數(shù)字電視的發(fā)展及其關鍵技術

1、數(shù)字電視的發(fā)展及其關鍵技術0 引言當前，世界各國正面臨著從模擬電視向數(shù)字電視演進的變革。和通信領域以往所有模擬技術向數(shù)字技術演進歷程一樣，在用戶需求和科學技術進步的巨大拉動下，數(shù)字電視技術日趨成熟，在不斷為人們提供更高質量、更多功能、更個性化的音視頻節(jié)目服務的同時，逐漸成為電視系統(tǒng)的主流。數(shù)字電視已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的電視，而是一個從電視節(jié)目采集、制作、編輯、播出、傳輸、用戶端接收、顯示等全過程數(shù)字化的系統(tǒng)。數(shù)字電視系統(tǒng)將成為一個數(shù)字信號傳輸平臺， 不僅使整個廣播電視節(jié)目制作和傳輸質量得到顯著改善，信道資源利用率大大提高，還可以提供其它增值業(yè)務，如數(shù)據廣播、電視購物、電子商務、視頻點播等，使傳

2、統(tǒng)的廣播電視媒體從形態(tài)、 內容到服務方式發(fā)生革命性的改變， 為“三網融合”提供了技術上的可能性。1 數(shù)字電視系統(tǒng)的組成數(shù)字電視廣播由節(jié)目源、廣播和接收三大環(huán)節(jié)組成。一個完整的數(shù)字電視系統(tǒng)由數(shù)字節(jié)目制作平臺、數(shù)字電視信號傳輸平臺及數(shù)字電視接收終端共同組成，如圖1 所示。圖 1 數(shù)字電視系統(tǒng)基本架構數(shù)字節(jié)目制作平臺是數(shù)字電視的信源部分（發(fā)送端），主要負責信源的編碼與制作；數(shù)字電視信號傳輸平臺是數(shù)字電視的信道部分（信道編碼存儲），主要負責信號的傳輸與存儲；數(shù)字電視接收終端是數(shù)字電視的信宿部分（接收端） ，主要負責數(shù)字視頻、音頻信號的接收。與傳統(tǒng)模擬技術不同，數(shù)字電視從電視節(jié)目錄制、播出到發(fā)射、接收，

3、全部采用數(shù)字編碼與數(shù)字傳輸技術，并采用數(shù)字信號進行編碼和解碼來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬信號。2 數(shù)字電視的關鍵技術數(shù)字電視關鍵技術的研究重點主要涉及兩方面內容： 以壓縮碼率為中心的高效編碼方法和電視演播室及電視接收機中的數(shù)字化技術。 數(shù)字電視系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術主要包括：信源編解碼技術、復用解復用技術、信道編解碼技術（即糾錯編解碼技術） 、調制解調技術、加擾解擾技術（數(shù)字電視的條件接收技術） 、高清晰度大屏幕電視顯示技術及高速寬帶網絡技術等。2.1信源編解碼技術信源編解碼技術包括視頻壓縮編解碼技術及音頻壓縮編解碼技術。無論是HDTV ,還是標準清晰度電視, 未壓縮的數(shù)字電視信號都具有很高的數(shù)據率, 為了能

4、在有限的頻帶內傳送電視節(jié)目, 必須對電視信號進行壓縮處理。在數(shù)字電視的視頻壓縮編解碼標準方面, 國際上統(tǒng)一采用了MPEG- 2 標準。在音頻編碼方面 , 歐洲、日本采用了MPEG - 2 標準 ; 美國采納了杜比公司的AC - 3 方案 ,MPEG - 2為備用方案。2.2復用解復用技術復用、解復用設備是數(shù)字電視系統(tǒng)的關鍵部分，從發(fā)送端的信息流向來看，復用設備將視頻、音頻、輔助數(shù)據等信源編碼器送來的數(shù)據比特流，經處理復合成單路的串行比特流， 送給信道編碼系統(tǒng)及調制系統(tǒng)，接收端與此過程正好相反。目前網絡通信的數(shù)據都是按一定的格式打包傳輸?shù)?, 電視節(jié)目數(shù)據的打包將使其具備了可擴展性、分級性、交互

5、性的基礎。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，復用器把視頻、音頻、輔助數(shù)據等組成的混合碼流通過打包器進行打包處理，在數(shù)據通信系統(tǒng)中常常稱數(shù)據分組包，因而廣為流行的分組交換技術又稱為包交換技術， 然后再復合成單路串行碼流。在數(shù)字電視的傳送復用標準方面 , 國際上也統(tǒng)一采用 MPEG - 2 標準。2.3信道編解碼信道編解碼是實現(xiàn)信號可靠傳輸?shù)闹匾ＷC， 數(shù)字電視信道編解碼的目的就是通過糾錯編碼、網格編碼、均衡等技術來提高信號的抗干擾能力。信道編碼后的基帶信號經過調制， 可送入各類通信中進行傳輸，數(shù)字電視的傳輸通道包括衛(wèi)星傳輸、地面開路傳輸和有線傳輸三種。糾錯編碼在信道編碼中占有重要地位，它是數(shù)字通信特有、而模擬通

6、信不具備的技術。 糾錯編碼技術在數(shù)字電視系統(tǒng)中得到了廣泛應用，其本質是通過按一定規(guī)則重新排列信號碼元或加入輔助碼的辦法來防止碼元在傳輸過程中出錯， 并進行檢錯和糾錯，以保證信號的可靠傳輸。2.4數(shù)字電視調制解調技術在數(shù)字電視系統(tǒng)中，除混合光纖同軸電纜（ HFC）傳輸系統(tǒng)中主要采用高速數(shù)字調制技術外，以下五種調制方式應用很廣泛： （ 1）正交幅度調制（ QAM），調制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸； （ 2）正交相移鍵控調制（ QPSK），調制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星廣播； （ 3）殘留邊帶調制（ VSB），抗多徑傳播效應好（即消除重影響效果好） ，適合地面

7、廣播； （4）編碼正交頻分復用調制（COFDM），抗多徑傳播效應和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網廣播；（ 5）擴頻調制（ Spread SpectrumModulation ）， 主要是在 CDMA移動通信領域應用極為廣泛，特別是在 WCDMA，CDMA 2000、 TD SCDMA等第三代移動通信（ 3G）中重要性非常突出。2.5數(shù)字電視加擾解擾技術加擾解擾技術是數(shù)字電視收費運營機制的保證。 收費電視系統(tǒng)的基本特點是所提供的業(yè)務僅限于授權用戶使用， 即在節(jié)目的供應單位、播出單位和用戶之間建立起一種有償服務體系。正是基于這種有償服務體系， 使電視節(jié)目制作及播出的巨大投資得以補償，從而為數(shù)字電

8、視產業(yè)的發(fā)展奠定了良性循環(huán)的經濟基礎。所謂加擾，就是改變標準數(shù)字電視信號的特性，對視頻、音頻或輔助數(shù)據加以一定處理，防止未授權者接收到清晰的圖像及伴音。 數(shù)字電視系統(tǒng)中的加擾、 用戶管理和授權控制等功能在系統(tǒng)前端完成，而解擾則在用戶端完成。 用戶終端解擾可以采用兩種方法：一是在用戶終端通過預約方式來解擾，而無須由前端進行尋址遙控；二是通過前端對用戶尋址控制來實現(xiàn)解擾。目前絕大多數(shù)的加擾、 解擾系統(tǒng)都采用尋址模式，用戶終端要根據前端送來的解擾信息來決定是否解擾。因此，加擾解擾技術在數(shù)字電視系統(tǒng)實現(xiàn)中必不可少，而且意義重大。2.6高清晰度大屏幕顯示技術數(shù)字電視接收的最終信息需要在顯示設備中還原出來

9、， 從而使來自數(shù)字演播室的圖像與伴音能夠呈現(xiàn)在節(jié)目觀看者面前。 如何使這些已經經信道傳送過的圖像與伴音能夠高質量、無失真地呈現(xiàn)給觀眾，是顯示領域的研究課題。因此顯示器件的品質與特性直接影響經信道傳送過來的圖像與伴音質量，選擇性能優(yōu)異的高清晰度大屏幕顯示設備對數(shù)字電視的應用與推廣意義重大。目前以 PDP、LCD、 OELD、LCOS為代表的平板顯示技術日益成熟、日益完善，已經越來越廣泛地應用在數(shù)字電視顯示領域，它們不僅具有高清晰度的圖像、色彩生動艷麗，而且性能優(yōu)異、環(huán)保健康，再配之以高質量的環(huán)繞立體聲，必將會帶給觀念高質量的視聽享受。2.7高速寬帶網絡技術高速接入網和高速互聯(lián)互通的傳輸網是數(shù)字電

10、視系統(tǒng)的有力保障。 多媒體數(shù)據對網絡環(huán)境提出非常苛刻的要求，帶寬和實時性的要求尤為突出。數(shù)字電視中的視頻、音頻數(shù)據時間相關性很強， 對網絡的延遲特別敏感，應保證在任意給定的網絡交換能力下能提供給用戶可靠穩(wěn)定的帶寬、保證高質量、平滑和全動態(tài)視頻的多媒體數(shù)據流傳輸。3 結束語目前數(shù)字電視領域發(fā)展現(xiàn)狀是：電視節(jié)目從采集到接收的全過程中，大部分環(huán)節(jié)已經實現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)上，尚未完全采取數(shù)字技術，例如有線電視的大多用戶是利用模擬電視接收機STB （數(shù)字機頂盒）的方式實現(xiàn)接收數(shù)字電視節(jié)目的。因此只有實現(xiàn)了電視節(jié)目從采集到用戶接收全過程的數(shù)字化，才是真正意義的數(shù)字電視。廣播電視的發(fā)展趨勢是數(shù)字化、網絡化和信息化，未來數(shù)字電視的發(fā)展方向將是數(shù)字電視一體機， 即真正意義上的數(shù)字電視