《有線數(shù)字電視技術(shù)》課件第3章

第3章有線數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)3.1模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別3.2數(shù)字信號的產(chǎn)生及特點3.3數(shù)字信號和數(shù)據(jù)3.4數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成和特點3.5數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本認識3.6數(shù)字電視的基本認識3.7數(shù)字電視的主要標準3.8數(shù)字電視的核心技術(shù) 3.1模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別

在自然界，非人工的信息傳送往往是以模擬信號的形式出現(xiàn)的，例如，聲音在空氣中傳播時，其聲壓隨時間作連續(xù)變化；人眼看到的圖像是可見光綜合反射的連續(xù)結(jié)果。模擬信號的特點是，信號在時間上和振幅上的變化都是連續(xù)的。與此相對應(yīng)，如果在時間上和幅度上均為離散的信號，則為數(shù)字信號。從廣義的方向理解，連續(xù)的含義是在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值，而離散的含義是在某一取值范圍內(nèi)只能取有限個值。數(shù)字信號的特點則表現(xiàn)為離散性，在時間軸上是離散的，即單位時間內(nèi)只存在著有限個樣值；在幅度軸上也是離散的，即每個幅度只存在有限個量化級。數(shù)字信號通常用一組脈沖序列來表示。

在數(shù)字系統(tǒng)中，信號往往處于兩種狀態(tài)，即高電平“H”和低電平“L”，高電平用邏輯電平“1”表示，低電平用邏輯電平“0”表示。如果在系統(tǒng)中用5V表示高電平，0V代表低電平，通常在傳輸過程中必然會出現(xiàn)各種干擾，例如導(dǎo)致低電平0V上升，高電平5V跌落，但數(shù)字信號系統(tǒng)中的再生判決過程仍然可以方便地區(qū)分高低電平。因此，運用數(shù)字技術(shù)傳輸?shù)姆椒ú坏岣吡诵旁氡?，而且在動態(tài)范圍、非線性失真、頻帶等方面都有極大的改善。數(shù)字信號加工方便，存儲容易，出錯易糾，從而得到廣泛應(yīng)用。再如，在模擬錄音和錄像過程中，失真和噪聲限制了重放信號的動態(tài)范圍，如果把聲音和圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即便在記錄和重放中出現(xiàn)噪聲和失真，只要重放時能識別這些數(shù)字信號，就可重現(xiàn)原有的信號。顯然，數(shù)字信號動態(tài)范圍并不受失真和干擾影響。要把幅波上連續(xù)變化的信號變成離散信號，需經(jīng)過采樣、量化和編碼三個過程。所謂采樣，是以恒定的周期間斷地采集模擬信號在該時刻的數(shù)值。所謂量化，是用特定的尺度來測量采樣值。顯然，經(jīng)過采樣、量化后的信號并不是數(shù)字信號，還必須經(jīng)過編碼這一過程。所謂編碼，實質(zhì)上是將幅波上已量化的數(shù)值，用二進制1和0數(shù)碼按一規(guī)則來編制。編碼除了自然二進制碼以外，還常采用格雷碼和折疊二進制碼等。在現(xiàn)實應(yīng)用中，采樣、量化、編碼這三個過程在模/數(shù)集成電路芯片中一次完成很簡單，但作為基本概念，仍要了解其原理。

圖3-1為模擬信號和數(shù)字信號示意圖。圖3-1模擬信號和數(shù)字信號示意圖 3.2數(shù)字信號的產(chǎn)生及特點

1.數(shù)的進制及應(yīng)用

人們在日常生活中習(xí)慣于十進制數(shù)，也許是人有十個手指，所以原始人用十進制計數(shù)。例如，十進制數(shù)902可表示如下：

(902)10=9×102?+0×101?+2×100其實，任何數(shù)也可以用其他進制來表示，例如，二進制數(shù)1011轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的計算過程如下：(1011)2?=1×23?+0×22?+1×21?+1×20?=(11)10在計算機運算上二進制的實現(xiàn)要比十進制方便，因為它只有兩種狀態(tài)：開關(guān)的開與合，晶體管的通與斷，電平從一種狀態(tài)跳到另一種狀態(tài)。因此，在數(shù)字通信中常用二進制，特別是在數(shù)字的基帶傳輸中常用二進制碼。二進制的碼率為比特/秒，可寫成bit/s、b/s或bps，稱為傳輸速率或比特率。但在通帶傳輸中則常用多進制，例如：

在16QAM調(diào)制中用的是四進制；

在64QAM調(diào)制中用的是六進制；

在256QAM調(diào)制中用的是八進制。

因此，在多進制數(shù)字信號傳輸中采用的是碼元速率。碼元速率亦稱符號率，但最后送到計算機終端的信號必須是二進制數(shù)。比特率和符號率的關(guān)系為RB?=?RSlbM(bit)M=2n(n=1，2，3…)其中，RB為比特率，RS為符號率，M為進制。例如：對于二進制，RB?=?RS；對于四進制，RB=2RS。因此，在講符號率時必須說明調(diào)制方式，即說明進制，否則沒有意義，因為最終要轉(zhuǎn)化為二進制的速率。在傳輸過程中，某些比較大的數(shù)值還可能用到更高的進制。例如在DVB-S的幀結(jié)構(gòu)中，同步字節(jié)未反轉(zhuǎn)的用47HEX表示，HEX表示十六進制，逐比特取反(補碼)為B8HEX。

2.模擬通信與數(shù)字通信的信號表示方法

(1)在模擬通信中，信號的大小是以電壓的V、mV、μV等表示的。例如，對于復(fù)合視頻信號，峰—峰值為1V，其中同步頭幅度為25%，即250mV；視頻信號的幅度為75%，即750mV。

在模擬信號的傳輸過程中，要求達到終端信號的波形不變，同時信號的波形不變，否則就有失真，將影響再現(xiàn)信號的質(zhì)量。

(2)在數(shù)字通信中，傳輸?shù)牟皇侵苯拥男盘柕拇笮。谴硇盘柎笮〉囊粋€數(shù)。例如，視頻信號的最大幅度為750mV，劃分為256級(28)，即8比特量化，每一級大約為2.93mV。

在某一瞬間，視頻信號幅度假定為94mV，這時它不是傳送94這個數(shù)值，而是傳送32(25)，到信宿端再將32轉(zhuǎn)化為94mV，即32×2.93=93.76mV。這種轉(zhuǎn)化有一定誤差，稱為量化誤差。

3.模擬信號與數(shù)字信號的比較

模擬信號與數(shù)字信號的比較見表3-1。 3.3數(shù)字信號和數(shù)據(jù)

1.數(shù)字信號

數(shù)字信號是廣義的，凡數(shù)字化的信號均稱為數(shù)字信號。數(shù)字信號分為兩大類：數(shù)字信號和數(shù)據(jù)。

將音頻信號或視頻信號經(jīng)采樣、量化和編碼，即A/D轉(zhuǎn)換后形成的信號稱為數(shù)字信號，數(shù)字信號一般以8比特為1字節(jié)。

2.數(shù)據(jù)

具有一定編碼格式和位長要求的數(shù)字信號叫做數(shù)據(jù)。計算機通信網(wǎng)絡(luò)所使用的數(shù)字信號即為數(shù)據(jù)，計算機通信系統(tǒng)也稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)以代碼的形式出現(xiàn)。這些代碼包括26個大寫英文字母，26個小寫英文字母，阿拉伯數(shù)字0～9，32個字符，34個符號，共128(即27)個代碼。這種代碼中每個字符由一個唯一的7比特(b1…b7)組合表示，因此，可以表示128個不同的字母、數(shù)字、符號和字符。為了提高傳輸?shù)目煽啃?，常在b7之后再加一位b8

，作奇偶校驗用。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)終端設(shè)備或計算機輸出的數(shù)據(jù)信息以字母、數(shù)字、字符和符號表示。為了傳遞這些信息，必須用二進制代碼來代表不同的字母、數(shù)字、字符和符號。

隨著數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，代碼的標準化十分重要。目前廣泛使用的是美國信息交換標準碼(ASCII)，如表3-2所示?？傊瑪?shù)據(jù)是具有一定含義的字母、數(shù)字、符號等數(shù)字信號的組合。數(shù)據(jù)通信是在計算機或其他數(shù)據(jù)終端之間發(fā)生的存儲處理和交換數(shù)字化編碼信息的通信技術(shù)。 3.4數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成和特點

3.4.1數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成

數(shù)字通信系統(tǒng)可分為基帶傳輸系統(tǒng)和載波傳輸系統(tǒng)兩類。

基帶傳輸系統(tǒng)由信源編碼器、信道編碼器、碼型變換、發(fā)送濾波器、復(fù)接器、傳輸信道、中繼器、分接器、接收濾波器、均衡器、抽樣判決器、信道解碼器和信源解碼器等部分組成，如圖3-2所示。信源編碼器用來把需要傳輸?shù)哪M信號變?yōu)镻CM數(shù)字信號(又稱為A/D變換)。圖3-2數(shù)字通信系統(tǒng)為了提高傳輸效率，我們可以利用圖像的統(tǒng)計特性和傳輸圖像之間的相關(guān)性，少傳或不傳已經(jīng)傳輸過的信息，并除去那些與信息無關(guān)(例如18%的行逆程和8%的場逆程)或?qū)D像質(zhì)量影響不大的多余部分等，以達到壓縮信源數(shù)碼率的目的。信源編碼是為了提高傳輸效率的有效性，而信道編碼則是為了保證傳輸?shù)目煽啃?。為此，我們可以在信息碼中人為地加進一些多余的碼元(監(jiān)督碼)，這些監(jiān)督碼與信息碼具有一定的邏輯關(guān)系，便于接收端根據(jù)這些邏輯關(guān)系進行自動檢錯和糾錯。信道編碼器輸出的代碼一般是單極性的，不利于傳輸，還需要經(jīng)過碼型變換，將其變?yōu)檫m合傳輸?shù)拇a型，并經(jīng)過發(fā)送濾波器濾除部分高頻分量，以消除對其他通路的竄擾。復(fù)接器是利用時分復(fù)用方式把多路信號復(fù)接成一路信號后送入傳輸信道。經(jīng)過光纖、電纜、雙絞線或微波等傳輸信道傳輸一段距離后，由于干擾、噪聲、失真等的存在，基帶信號波形會出現(xiàn)嚴重的失真，需要經(jīng)過再生中繼器進行放大、恢復(fù)波形，以傳輸更遠的距離。到達接收端后，首先要通過分接器把復(fù)接信號還原成發(fā)送端的多路信號，通過接收濾波器進行補償，濾除噪聲和其他干擾，通過抽樣判決器對失真的數(shù)字信號波形進行鑒別，判斷出各個信號波形所代表的數(shù)字信號，并把它再生、恢復(fù)成同發(fā)送端相同的信號波形，送入信道解碼器和信源解碼器，輸出相應(yīng)的PAM信號，并通過其中的低通濾波器恢復(fù)為模擬信號，送入終端設(shè)備。接收濾波器的第一個作用是濾除噪聲和干擾，第二個作用是得到所需的信號形式，減少碼間干擾，提高頻帶利用率。為了濾除噪聲和干擾，應(yīng)針對具體的輸入信號把接收濾波器設(shè)計為匹配濾波器，使有用信號得到加強，噪聲和干擾得到削弱，以獲得最大信噪比，減少誤碼率。但完全匹配的濾波器對第二個作用有影響。當信噪比較差時，例如在一些無線傳輸系統(tǒng)中，這兩個作用應(yīng)同時考慮，往往在兩者之間取一折衷。在信噪比較高時，則只需考慮第二個作用，不采用匹配濾波器。3.4.2數(shù)字通信的特點

同模擬通信相比，傳輸數(shù)字信號的數(shù)字通信有許多明顯的特點。

(1)無噪聲積累，抗干擾能力強，可以實現(xiàn)遠距離的傳輸。數(shù)字通信中傳輸?shù)男畔⒉幌衲M通信那樣包含在波形中，而是包含在代碼(代碼只有兩種離散值，很容易根據(jù)脈沖的有無和正負來判斷)中，雖然傳輸過程中的噪聲也會對信號進行干擾，但只要這種干擾小于規(guī)定的門限電平，就不影響對代碼的判斷，并可以及時采用再生的辦法產(chǎn)生一個和發(fā)送端一樣無噪聲干擾的再生信號。因無噪聲積累，故能傳輸很遠的距離，也不會影響信號的質(zhì)量。

(2)便于利用計算機對信號進行處理、存儲和交換。這是因為，數(shù)字通信傳輸?shù)男盘柵c計算機使用的信號都是離散的二進制信號，便于計算機識別，因而可以在一個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)多種通信業(yè)務(wù)，便于向綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)過渡。

(3)便于加密處理。數(shù)字信號比模擬信號更易實現(xiàn)加擾和解擾，而且數(shù)字信號的加擾和解擾技術(shù)具有更為安全、更為方便及便于綜合利用的特點，可以進行各種更高要求的加密通信。

(4)數(shù)字信號簡單，可以采用時分復(fù)用方式來提高信道的利用率，且不需要頻分復(fù)用中體積龐大的濾波器，便于通信設(shè)備的集成化、小型化。

(5)占用頻帶較寬，這是數(shù)字信號最大的缺點。為了使取樣后的數(shù)字信號能不失真地還原成原來的模擬信號，要求取樣頻率至少為原來模擬信號最高頻率的兩倍，因而占用頻帶較寬。例如，一路數(shù)字電話占64kHz，是一路模擬電話帶寬的16倍，如果一路數(shù)字電視占144MHz，則是一路模擬電視帶寬的18倍，這也就是數(shù)字電視不能很快發(fā)展的原因之一。但隨著壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，這個問題已得到解決。3.4.3數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標

一個數(shù)字通信系統(tǒng)的性能主要用傳輸速率、頻帶寬度和差錯率等來描述。傳輸速率又分為信息傳輸速率(簡稱為傳信率)和符號傳輸速率(或稱為碼元傳輸速率，簡稱為傳碼率)。差錯率又分為誤碼率(又稱為誤符號率)和誤比特率(又稱為誤信率)。信息傳輸速率和符號傳輸速率代表一個數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸有效性，要求二者越大越好，在相同的傳輸速率下，所占的頻帶寬度越窄，則頻帶利用率越高；而誤碼率和誤比特率則代表數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，要求其越小越好。信息傳輸速率定義為單位時間內(nèi)傳輸信息量的多少，常用b/s或bps(比特/秒)為單位。1b/s表示在一秒內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘渴且粋€比特(即一個二進制碼元所含的信息量)。

符號傳輸速率定義為單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，其單位是波特(記為Bd)。這里的碼元不一定是二進制碼元，可能是四進制、六進制碼元等。

信息傳輸速率R和符號傳輸率N滿足如下的關(guān)系：R?=?NlbM

其中：M代表具體的進制，除二進制以外的其他進制稱為多進制。在二進制中，M等于2；在四進制中，M等于4。顯然，在二進制中，信息傳輸速率和符號傳輸速率是相同的，但在其他進制中卻不同。例如，當符號傳輸速率為300Bd時，在二進制中信息傳輸速率是300b/s，在四進制中信息傳輸速率是600b/s，在八進制中信息傳輸速率是1200b/s?？梢姡捎枚噙M制傳輸，可以提高系統(tǒng)傳輸?shù)挠行?。頻帶利用率定義為單位頻帶內(nèi)的符號傳輸速率，單位是波特/赫茲(Bd/Hz)。它有時也可定義為單位頻帶內(nèi)的信息傳輸速率，單位是(b/s)/Hz。頻帶利用率越高，系統(tǒng)的有效性就越好。

數(shù)字信號在傳輸過程中，噪聲等的干擾和再生判斷時出現(xiàn)的錯誤，都可能使接收到的信號與發(fā)出的信號之間出現(xiàn)誤差。衡量這種誤差的差錯率中，誤碼率是單位時間內(nèi)錯誤碼元數(shù)與發(fā)送的總碼元數(shù)之比，誤比特率則是單位時間內(nèi)發(fā)生差錯的比特數(shù)在傳輸比特數(shù)中所占的比例，在實際中使用更多的是誤比特率。誤碼率和誤比特率之間的關(guān)系類似于符號傳輸速率和信息傳輸率之間的關(guān)系。在二進制中，誤碼率和誤比特率在數(shù)值上是相等的。3.4.4數(shù)字信號的基帶傳輸

在早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，多采用基帶傳輸方式?；鶐鬏斒怯脗鬏斆浇榈恼麄€容量作為一個信道，即利用雙絞線、同軸電纜等傳輸介質(zhì)直接傳輸以經(jīng)過脈沖編碼調(diào)制等方式得到的數(shù)字信號?；鶐盘柋群竺鎸⒁v的載波傳輸信號更容易被翻譯和再生。因為基帶數(shù)字信號含有豐富的低頻分量，故要求傳輸信道具有低通特性。

如圖3-2所示，數(shù)字信號的基帶傳輸系統(tǒng)由信源編碼器、信道編碼器、碼型變換、發(fā)送濾波器、復(fù)接器、傳輸信道、中繼器、分接器、接收濾波器、均衡器、抽樣判決器、信道解碼器和信源解碼器等部分組成，各部分的基本作用在3.4.1節(jié)已經(jīng)述及，有關(guān)碼型變換、復(fù)接器、分接器、均衡器以及碼間干擾、誤碼率等的基本知識，可參考數(shù)字通信書籍。 3.5數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本認識

數(shù)據(jù)通信是在計算機或其他數(shù)據(jù)終端之間發(fā)生的存儲、處理、傳輸和交換數(shù)字化編碼信息的通信技術(shù)。由于有線電視綜合信息網(wǎng)將實現(xiàn)與計算機網(wǎng)、電信網(wǎng)互聯(lián)互通，因此，掌握和了解數(shù)據(jù)通信十分重要。下面介紹數(shù)據(jù)通信的一些基本知識。

3.5.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成如圖3-3所示。按功能劃分，任何一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都是由數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)電路(線路子系統(tǒng))和計算機中心組成的。圖3-3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)包括輸入、輸出設(shè)備和傳輸控制器(TCE)。輸入、輸出設(shè)備的作用是正確地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并進行適當處理，把人可以識別的數(shù)據(jù)信號變?yōu)橛嬎銠C可以處理的二進制信息，或者反過來，把計算機可以處理的二進制信息變?yōu)槿丝梢宰R別的數(shù)據(jù)信號。典型的終端設(shè)備有鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備及打印機、傳真機、繪圖機、顯示器等輸出設(shè)備。

傳輸控制器的作用是接通或斷開通信線路，對數(shù)據(jù)進行串/并行變換，對通信過程進行控制。例如，在傳輸信息之前，規(guī)定通信鏈路；在傳輸信息時，保持接收端與發(fā)送端的嚴格同步，并進行差錯控制；在傳輸信息結(jié)束之后，拆離通信線路。數(shù)據(jù)電路包括數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)和傳輸線路。如果傳輸線路是模擬線路，則數(shù)據(jù)通信設(shè)備的作用是把數(shù)據(jù)終端設(shè)備送來的數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，再送往線路傳輸，或者反過來，把線路送來的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，再送往數(shù)據(jù)終端設(shè)備。如果傳輸線路是數(shù)字線路，則數(shù)據(jù)通信設(shè)備的作用只對數(shù)字信號進行處理，使之能正確地進行傳輸。最簡單的數(shù)據(jù)通信設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器。

傳輸線路一般分為兩種類型：專用直達線路和交換線路。直達線路使用專線，交換線路則使用電話網(wǎng)或有線電視網(wǎng)。計算機中心的作用是對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行控制，對數(shù)據(jù)信號進行收集與處理。它包括中央處理器和通信控制器。

通信控制器實際上是一臺能承擔通信控制任務(wù)的專用計算機，它包括線路接口、計算機接口、線路控制、中央控制等四個部分。它的作用是進行線路控制、差錯檢測和校正、數(shù)據(jù)傳輸率變換控制、電文的處理和交換等，以實現(xiàn)與中央處理器的處理速率和通信線路傳輸速率之間的匹配，并進行串/并行變換。

中央處理器主要用于收集和處理由數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入來的數(shù)據(jù)。主存儲器主要用來存放處理數(shù)據(jù)需要的程序，副存儲器主要用于臨時存儲程序和數(shù)據(jù)。3.5.2數(shù)據(jù)通信過程

數(shù)據(jù)通信過程一般分為五步。

第一步：數(shù)據(jù)通信鏈路的聯(lián)通(專線方式不需此步驟)。用戶首先將待建立的對方地址等信息通知交換機，交換機查詢對應(yīng)地址的數(shù)據(jù)終端，并在該終端空閑時為通信雙方建立一條物理通路。這一步與打電話時的撥號相似。

第二步：建立通信線路。在同步傳輸方式下，通信雙方首先發(fā)出同步信號，建立起同步關(guān)系，確保數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備處于正確的收、發(fā)狀態(tài)，并核實雙方地址。第三步：傳輸與控制信息，是數(shù)據(jù)通信的主要過程。在這一步中，通信雙方相互交換數(shù)據(jù)信息和通信控制信息。這一步相當于打電話時雙方通話階段。

第四步：結(jié)束數(shù)據(jù)鏈路的連接。在準備結(jié)束通信時，雙方通過有關(guān)控制信息通知對方，并確認通信即將結(jié)束。

第五步：拆線。通信結(jié)束后，雙方的任何一方通知交換機斷開物理通路。這一步相當于打電話時雙方掛機。

至此，數(shù)據(jù)通信過程完全結(jié)束。

需要說明的是，上述第三步是最為主要的。另外，在專線通信方式下，由于沒有交換機，因此第一、第五步不需要。3.5.3數(shù)據(jù)傳輸方式

1.二線制和四線制

數(shù)據(jù)通信雙方之間由一對通信線路連接起來進行信息傳輸?shù)姆绞椒Q做二線制。如果通信線路由兩對組成，則稱為四線制。

2.全雙工與半雙工

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，如果能夠同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)或信息，則稱為全雙工。如果在時間上交替進行數(shù)據(jù)或信息的發(fā)送與接收，則稱為半雙工。如果數(shù)據(jù)或信息只能朝一個方向傳輸，則稱為單向傳輸。

3.并行傳輸與串行傳輸

并行傳輸是指，在數(shù)據(jù)通信中，被傳輸字符編碼的各比特是同時從一方傳向另一方，信道數(shù)目應(yīng)與傳輸字符的位數(shù)相同。例如8bit的數(shù)字信息需要8條通道。

并行傳輸方式具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，常用于需要高速信息傳輸?shù)膱龊希缬嬎銠C內(nèi)部和計算機與其外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。由于通信信道成本較高，因此在遠程數(shù)據(jù)通信時不使用并行傳輸方式。

與并行傳輸相反，串行傳輸字符編碼的各個比特是按時間順序一位一位傳輸?shù)模诮邮辗皆賹⒏鞅忍亟M合起來形成字符。串行通信速率低，所需信道少，同時存在通信雙方同步的問題。

4.同步傳輸與異步傳輸

同步是數(shù)據(jù)通信中的一個重要問題，同步的實現(xiàn)方法是在通信雙方設(shè)置時鐘發(fā)生器，二者的初始頻率比較接近，在通信過程中，接收端的時鐘頻率和起始位置根據(jù)發(fā)送端的時鐘進行校準。

同步要求通信雙方的時鐘在每一位上保持嚴格同步，用于一次發(fā)送一個完整的數(shù)據(jù)塊，接收端只需判斷數(shù)據(jù)塊的每一個字符的第一位，并知道數(shù)據(jù)長度和傳輸速率，就可以正確接收和識別字符。

異步傳輸也稱為起止式同步方式，它每次送一個字符，而且字符之間沒有固定的時間關(guān)系，可以間隔幾秒甚至幾小時發(fā)送多個數(shù)據(jù)。因此，異步方式必須在每發(fā)送一個字符時在通信雙方重新建立同步。異步傳輸?shù)耐绞窃诿總€發(fā)送字符之前設(shè)置起始位，以告知接收端信息傳輸即將開始，接收端根據(jù)此起始位狀態(tài)啟動接收時鐘，保證收發(fā)同步。 3.6數(shù)字電視的基本認識

3.6.1數(shù)字電視和高清晰度電視

數(shù)字電視(DTV，DigitalTelevision)是從模擬電視發(fā)展過來的，雖繼承了電視技術(shù)原有的命名，但其內(nèi)涵已遠遠超出電視本身。數(shù)字電視是指一個從節(jié)目攝制、制作、編輯、存儲、發(fā)射、傳輸，到信號接收、處理、顯示等全過程完全數(shù)字化的電視系統(tǒng)。具體來講，數(shù)字電視采用數(shù)字攝像機、數(shù)字錄像機等數(shù)字設(shè)備完成節(jié)目的制作、編輯和存儲，電視臺發(fā)射、傳輸?shù)男盘柡碗娨暯邮諜C接收的信號均為數(shù)字信號，電視接收機內(nèi)部則采用數(shù)字信號處理技術(shù)來實現(xiàn)多種新的功能。數(shù)字電視廣播的最大特點是電視信號是以數(shù)字形式進行廣播的，其制式與模擬電視廣播制式有著本質(zhì)的不同。值得指出的是，20世紀90年代市場上大肆炒作的“數(shù)碼彩電”是在現(xiàn)有模擬電視廣播的制式下，只在接收機內(nèi)部的電路設(shè)計、信號處理中使用了一些數(shù)字技術(shù)，將接收的模擬電視信號部分地進行了數(shù)字化處理，目的是為了改進和提高現(xiàn)有彩電的圖像及伴音質(zhì)量并增加如多視窗、畫中畫、畫外畫、視窗放大、倍行等一些功能，但其畫面清晰度無法與數(shù)字電視相比?！皵?shù)碼彩電”是不能接收數(shù)字電視信號，也不能按數(shù)字電視顯示格式顯示圖像的，它不是真正意義上的“數(shù)字電視”接收機，本質(zhì)上仍是模擬電視。數(shù)字電視的真正意義在于，數(shù)字電視廣播系統(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(zhì)量得到顯著改善，信道資源利用率大大提高，還可以提供其他增值業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)廣播、電視購物、電子商務(wù)、軟件下載、視頻點播等，使傳統(tǒng)的廣播電視媒體從形態(tài)、內(nèi)容到服務(wù)方式發(fā)生革命性的改變，為“三網(wǎng)融合”提供了技術(shù)上的可能。

隨著數(shù)字化產(chǎn)品走入消費市場，它將帶動一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)的調(diào)整與發(fā)展。數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展將誘發(fā)整個廣播電視產(chǎn)業(yè)鏈的深刻變革，它已經(jīng)被各國視為信息時代的一項“戰(zhàn)略技術(shù)”。從某種意義上來說，數(shù)字電視將影響國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級與發(fā)展。高清晰度電視(HDTV，HighDefinitionTelevision)是一種電視業(yè)務(wù)，原CCIR(無線電咨詢委員會，現(xiàn)改名為ITU-R)給高清晰度電視下的定義是：“高清晰度電視是一個透明的系統(tǒng)，一個視力正常的觀眾在觀看距離為顯示屏高度的3倍處所看到的圖像的清晰程度，與觀看原始景物或表演的感覺相同”。其圖像質(zhì)量的視覺效果可達到接近35mm寬銀幕電影的水平。高清晰度電視具有以下鮮明的特點：

(1)圖像清晰度在水平和垂直方向上均是常規(guī)電視的2倍以上。

(2)擴大了彩色重顯范圍，使色彩更加逼真，還原效果好。

(3)應(yīng)具有大屏幕顯示器，其畫面幅型比(寬高比)由常規(guī)電視的4∶3變?yōu)?6∶9，將更加符合人眼的視覺特性。

(4)配有高保真、多聲道環(huán)繞立體聲。從發(fā)展過程來看，高清晰度電視有模擬高清晰度電視及數(shù)字高清晰度電視。但全數(shù)字化是各國電視發(fā)展的趨勢，因而現(xiàn)在一般所說的HDTV應(yīng)該指數(shù)字高清晰度電視。

從清晰度的角度來說，數(shù)字電視的業(yè)務(wù)包括數(shù)字高清晰度電視(HDTV)、數(shù)字標準清晰度電視(SDTV，StandardDefinitionTelevision)和數(shù)字低清晰度電視(LDTV，LowDefinitionTelevision)。三者的區(qū)別主要在于圖像質(zhì)量和信號傳輸時所占信道帶寬的不同。從視覺效果來看，HDTV的圖像質(zhì)量可達到或接近35mm寬銀幕電影的水平，顯示圖像分辨率達1920×1080，幅型比為16∶9，適合大屏幕觀看；SDTV的圖像質(zhì)量相當于演播室水平，顯示圖像分辨率為720×576(PAL制)和720?×?480(NTSC制)，這是一種普及型數(shù)字電視，成本較低，具備數(shù)字電視的各種優(yōu)點；數(shù)字低清晰度電視LDTV的圖像分辨率和現(xiàn)有VCD的圖像分辨率356×288顯示水平相當。數(shù)字電視按傳輸介質(zhì)不同可分為地面、衛(wèi)星和有線數(shù)字電視。因此，數(shù)字電視的核心技術(shù)包括有線數(shù)字電視核心技術(shù)，只不過有線數(shù)字電視不僅具有數(shù)字電視技術(shù)的共性，而且在效率、安全性、增加頻帶利用率及信息傳輸?shù)确矫?，有自身的特性而已。?shù)字電視就是一個包括數(shù)碼流發(fā)射、傳輸和接收的系統(tǒng)工程，是一項涉及廣播電視技術(shù)、通信技術(shù)、計算機和微電子等諸領(lǐng)域的高新技術(shù)。3.6.2新興媒體

數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，不僅促使傳統(tǒng)的廣播電視升級換代，也使得新興媒體異軍突起，并逐漸受到人們的關(guān)注。為了滿足人們隨時隨地獲取廣播電視節(jié)目和信息的需求，出現(xiàn)了在地鐵和公交車上的車載移動電視、在公共場所的樓宇電視、用手機等便攜式終端接收的移動多媒體廣播，以及用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳輸通過電視機觀看的IP電視、用計算機收聽收看的網(wǎng)絡(luò)廣播和網(wǎng)絡(luò)電視等傳播廣播電視節(jié)目的多種形態(tài)，這些都統(tǒng)稱為新興媒體。新興媒體的一個重要標志就是傳輸手段和接收終端的多樣化。

1.網(wǎng)絡(luò)電視和IP電視

隨著數(shù)字壓縮、編碼等技術(shù)的發(fā)展，通過電話線、互聯(lián)網(wǎng)傳輸視頻節(jié)目成為可能。近年來，網(wǎng)絡(luò)電視和IP電視等新興媒體逐漸受到業(yè)界、學(xué)界和廣大消費者的廣泛關(guān)注，并表現(xiàn)出較強的發(fā)展態(tài)勢。

1)網(wǎng)絡(luò)電視

(1)技術(shù)概念。網(wǎng)絡(luò)電視是指一套集各種視聽壓縮標準、流媒體技術(shù)、IP傳輸技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)視聽技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)電視示意圖如圖3-4所示。

(2)傳輸方式。通過普通的互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸。

(3)接收終端。通常由計算機通過寬帶網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)收看。圖3-4網(wǎng)絡(luò)電視示意圖

2)?IP電視

(1)技術(shù)概念。IP電視是指具有集成前端、通過城域網(wǎng)的內(nèi)部IP網(wǎng)向電視機或計算機終端傳送電視節(jié)目的電視運營業(yè)務(wù)，除了網(wǎng)絡(luò)電視所需的視聽壓縮、流媒體、IP傳輸技術(shù)外，還需要開展運營所需的用戶管理、用戶認證和計費等技術(shù)。傳輸IP電視的網(wǎng)絡(luò)通常不是公開的互聯(lián)網(wǎng)。IP電視示意圖如圖3-5所示。圖3-5IP電視示意圖

(2)傳輸方式。理論上，任何支持IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)都可以承載IP電視，通常由電信部門的寬帶網(wǎng)實現(xiàn)。廣播電視網(wǎng)通過雙向改造后，原則上也可以開展IP電視業(yè)務(wù)。但由于IP電視應(yīng)用于廣播業(yè)務(wù)并沒有優(yōu)勢，因此通常廣播業(yè)務(wù)通過有線數(shù)字電視來實現(xiàn)，而點播業(yè)務(wù)或交互業(yè)務(wù)通過IP電視來實現(xiàn)。

(3)接收終端。IP電視通常通過IP機頂盒接收信號，用電視機收看。

(4)組網(wǎng)方式。IP電視需要強大的網(wǎng)絡(luò)資源支持，理論上只要在網(wǎng)絡(luò)中的一個服務(wù)器上發(fā)布節(jié)目，全網(wǎng)都可以收視。然而，由于核心流媒體服務(wù)器的并發(fā)流處理能力不足(只有幾百至上千個流，一個流只能支持一個終端收看)，或干線網(wǎng)與分配網(wǎng)的帶寬不夠，無法為全網(wǎng)直接提供點播服務(wù)，因此主要采取“內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)和分布式服務(wù)解決框架，常用做法就是“核心—邊緣”服務(wù)器分布結(jié)構(gòu)，在干線網(wǎng)與小區(qū)的邊緣設(shè)置邊緣服務(wù)器，通過對用戶的就近服務(wù)，分流核心服務(wù)器的流量。

2.移動多媒體廣播電視

人們使用便攜移動終端獲取多媒體服務(wù)的技術(shù)有兩種。一種是廣播方式，稱為“移動多媒體廣播”，是利用數(shù)字廣播電視技術(shù)、通過地面或衛(wèi)星廣播電視覆蓋網(wǎng)(如通過地面覆蓋的有韓國T—DMB、歐洲D(zhuǎn)VB—H、美國MediaFLO，通過衛(wèi)星覆蓋的日韓S—DMB、美國天狼星等以及我國的STiMi)面向七英寸以下小屏幕、小尺寸的多種便攜移動終端，如手機、PDAMP3、MP4、數(shù)碼相機、筆記本電腦等接收設(shè)備以及在火車、汽車、輪船、飛機上的小型車載接收終端，隨時隨地、點對面的提供廣播電視節(jié)目和信息服務(wù)。另一種方式稱為“手機電視”，是利用移動通信技術(shù)，通過無線通信網(wǎng)(如3G、GPRS、CDMA1X等)提供點對點多媒體服務(wù)，其特點是可以個性化互動服務(wù)，但易受網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸成本限制。我國移動多媒體廣播采用“天地一體”的技術(shù)體制，利用大功率S波段衛(wèi)星覆蓋全國100%的國土，利用地面增補轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)對衛(wèi)星信號盲區(qū)(約5%國土，主要為城市樓群遮擋區(qū)域)進行補點覆蓋，利用無線移動通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建回傳通道實現(xiàn)交互，形成星網(wǎng)結(jié)合、單向廣播和雙向互動相結(jié)合、中央和地方相結(jié)合的全程網(wǎng)結(jié)合、無縫覆蓋的系統(tǒng)。

經(jīng)過三年多的準備，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)標準和適合我國國情的天地一體的技術(shù)體制的移動多媒體廣播CMMB，利用2008年北京奧運會這個有利時機進行試驗播出，獲得成功。從2009年開始，我國CMMB將轉(zhuǎn)入商業(yè)運營，將能提供多種類的廣播電視節(jié)目和各種信息服務(wù)。

3.樓宇電視

目前，在城市的各大寫字樓、便利店、銀行、大賣場等擁有大量人群的場所大都建立了視音頻播放平臺——樓宇電視。每臺樓宇電視設(shè)單獨的人工開啟密碼，平時無需專人管理，采用DVD單機自動循環(huán)播放，并能按照設(shè)定時間定時啟動、自動停止。樓宇電視播放的內(nèi)容以廣告為主，一個廣告時間長約30秒，每12分鐘循環(huán)一次，每日重復(fù)60次，每周由人工更換一次光盤。據(jù)統(tǒng)計，2005年中國樓宇電視總量達到12萬塊，短短幾年時間，樓宇電視已遍布中國數(shù)十個經(jīng)濟發(fā)達城市的數(shù)萬棟樓宇，日覆蓋超過3000萬都市人群，已經(jīng)形成了一個具有巨大用戶量的新型視音頻媒體。樓宇電視示意圖如圖3-6所示。圖3-6樓宇電視示意圖 3.7數(shù)字電視的主要標準

3.7.1視頻國際編碼標準的發(fā)展狀況

數(shù)字視頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用帶動了視頻編碼相關(guān)標準的制定和完善。視頻編碼標準主要由ITU-T和ISO/IEC發(fā)布，ITU-T發(fā)布的視頻編碼標準有H.261、H.262、H.263、H.263+、H.263++，ISO/IEC發(fā)布的系列標準有靜止圖像壓縮標準JPEG、JBIG、JPEG2000，視音頻編碼標準MPEG-1和MPEG-2，基于視聽媒體對象的多媒體編碼標準MPEG-4，多媒體內(nèi)容描述標準MPEG-7，并且計劃公布多媒體框架標準MPEG-21。此外還有JVT(JointVideoTeam，聯(lián)合視頻組)提出的AVC(AdvancedVideoCoding)編碼，又稱H.264。視頻編碼國際標準如圖3-7所示。圖3-7視頻編碼國際標準

1984年，CCITT的第15研究組針對ISDN成立了一個專門研究會議電視和可視電話數(shù)字視頻壓縮編碼問題的專家小組，該小組于1988年10月提交了ISDN中可視電話/會議電視的CCITTH.261建議草案，即“P×64kb/s聲像業(yè)務(wù)的圖像編碼”，H.261正式標準于1990年12月完成并發(fā)布。H.261視頻壓縮編碼標準是圖像壓縮編碼領(lǐng)域40年研究成果的總結(jié)與結(jié)晶，是第一個在國際上產(chǎn)生廣泛影響的視頻壓縮編碼標準。隨后推出的MPEG系列標準，其視頻壓縮編碼算法從原理及實現(xiàn)上來看都是基于H.261的，是對H.261的重要發(fā)展與改進。

1986年，ISO與CCITT聯(lián)合成立了聯(lián)合圖片專家組(JPEG，JointPhotographicExpertGroup)，并于1991年3月提交了用于灰度等級與顏色兩方面連續(xù)變化的靜止圖像壓縮編碼的JPEG建議草案，1992年7月通過正式標準。JPEG有兩種操作模式，即基于DCT的有損壓縮方式和基于熵編碼的無損壓縮方式。

1995年以前，IEC和ISO通過一個聯(lián)合技術(shù)委員會ISO/JTC1來制定信息技術(shù)標準，包括多媒體標準。MPEG(MovingPictureExpertGroup，運動圖像專家組)原是ISO/IEC/JTC1/SC29下面的第11工作組WG11，成立于1988年，其任務(wù)是研究開發(fā)活動圖像及其聲音的數(shù)字國際編碼標準。MPEG在1991年11月提交了ISO11172標準的建議草案，它是“用于數(shù)字存儲媒體的碼率為1.5Mb/s的活動圖像及其聲音編碼”，即通常所說的MPEG-1，該標準于1992年11月通過，在影視和多媒體計算機領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，曾經(jīng)非常流行的VCD就采用MPEG-1標準進行壓縮編碼。1992年7月，MPEG開始制定MPEG-2標準，它是MPEG制定的第二個國際標準。1993年11月產(chǎn)生了ISO/IEC13818MPEG-2草案，即運動圖像及其聲音的通用編碼，1994年11月MPEG-2被正式確定為國際標準，而其中的視頻編碼部分就是ITU的H.262標準。與ITUH.261標準一樣，H.262標準中沒有聲音系統(tǒng)方面的內(nèi)容。MPEG-2是一個非常成功的國際標準，它廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視、高清晰電視、DVD和多媒體通信等領(lǐng)域，大大促進了大規(guī)模集成電路專用芯片的發(fā)展。在MPEG-1和MPEG-2之后，本來還有針對高清晰度電視的MPEG-3標準，但是由于在1992年，MPEG把MPEG-2定位為一個包羅萬象的通用標準，因此，MPEG-2的功能已使MPEG-3多余，1992年7月即取消了MPEG-3標準的制定。隨著通信、圖像壓縮編碼和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，個人視頻通信正成為現(xiàn)實。個人視頻通信的顯著特點是極高的交互性和極低的通信碼率(極低碼率通常是指編碼后的碼率低于64kb/s)。因此，極低碼率數(shù)字視頻壓縮編碼成為國際上的研究熱點，在此背景下，H.263和MPEG-4應(yīng)運而生，隨后關(guān)于多媒體檢索的MPEG-7標準以及多媒體應(yīng)用框架的MPEG-21標準也被陸續(xù)提出。需要特別強調(diào)，MPEG系列標準已成為國際上影響最大的多媒體技術(shù)標準，對數(shù)字電視、視聽消費電子、多媒體應(yīng)用等信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。MPEG組織是專門從事多媒體視音頻壓縮編碼標準制定的國際組織，它所制定的一系列標準具有三方面的優(yōu)勢：首先是作為國際標準研究制定的，具有很好的兼容性；其次是能夠比其他壓縮編碼算法提供更高的壓縮比；最后是能夠保證在提高壓縮比的同時，數(shù)據(jù)損失很小。

MPEG-1和MPEG-2是采用預(yù)測編碼、變換編碼、熵編碼及運動補償?shù)鹊谝淮鷫嚎s編碼技術(shù)制定的國際標準。MPEG-4則是基于內(nèi)容的第二代壓縮編碼國際標準，它蘊涵著視頻編碼的新一代技術(shù)，是目前最活躍的研究領(lǐng)域。要實現(xiàn)基于內(nèi)容的編碼，必須對圖像進行預(yù)處理，即根據(jù)視覺敏感性分割圖像以及將場景中物體與背景分割出來進行分層描述，其中最大的難點是對圖像的分割。MPEG-4將基于內(nèi)容的交互性作為其核心思想，通過引入AV對象來實現(xiàn)更多的交互功能，它在實現(xiàn)高壓縮比的同時仍能保證高質(zhì)量的圖像畫面，因而最適合于交互視頻的存儲、點播及網(wǎng)絡(luò)傳輸。MPEG系列標準視頻信息表征的對比圖如圖3-8所示。圖3-8MPEG系列標準視頻信息表征對比圖3.7.2數(shù)字電視信號視頻壓縮編碼國際標準的應(yīng)用情況

(1)?JPEG：用于靜止圖像壓縮。

(2)?H.261：用于會議電視。

(3)?MPEG-1：用于活動圖像，主要在光盤上使用，如VCD、視頻游戲。

(4)?MPEG-2：用于活動圖像，為目前數(shù)字電視普遍使用的壓縮方式，如數(shù)字有線電視、數(shù)字衛(wèi)星電視廣播、DVD、高清晰度電視等，MPEG-1是MPEG-2的一個子集。

(5)?MPEG-4：是基于音頻和可視對象的編碼。MPEG-4標準將眾多的多媒體應(yīng)用集成于一個完整的框架內(nèi)，旨在為多媒體通信提供標準算法和工具，用于實現(xiàn)視聽數(shù)據(jù)的有效編碼及更為靈活的存取。

(6)?MPEG-7：用于對龐大的圖像、聲音信息的管理和迅速檢索。

(7)?MPEG-21：為多媒體框架標準，可使多媒體資料在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中進行有效傳播，以及協(xié)調(diào)不同層次的多媒體技術(shù)標準。3.7.3視音頻編碼國際標準

仔細分析并思考ITU-T與ISO/IEC所制定的一系列多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國際標準，就會發(fā)現(xiàn)這些標準的制定都與同時期視頻、音頻編碼技術(shù)的發(fā)展水平相同步、相適應(yīng)。

在H.261、H.262、H.263、JPEG、MPEG-1、MPEG-2等標準中，主要采用的是以香農(nóng)信息論為基礎(chǔ)的第一代數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)，其中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括DCT變換、運動補償與霍夫曼編碼，通過使用DCT變換大大減小了圖像信息的空間冗余度，使用運動補償大大減小了圖像信息的時間冗余度，使用霍夫曼編碼則大大減小了圖像信息的統(tǒng)計冗余度。這些技術(shù)的綜合運用，使這一系列壓縮編碼標準的適用性更強、壓縮率更高，從而為可視電話、會議電視、VCD、DVD及數(shù)字電視和高清晰度電視等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。MPEG-1(H.261與MPEG-2(H.262)的基本框架分別如圖3-9、圖3-10所示。圖3-9MPEG-1(H.261)基本框架圖3-10MPEG-2(H.262)基本框架

MPEG-4則是基于第二代壓縮編碼技術(shù)制定的國際標準，它以視聽媒體對象為基本單元，采用了基于對象、基于內(nèi)容的壓縮編碼，以實現(xiàn)數(shù)字視音頻、圖形合成應(yīng)用及交互式多媒體的集成。作為第二代視頻編碼標準的典型代表，MPEG-4的基本思想是根據(jù)內(nèi)容將圖像分割成不同的視頻對象(VO)，它與傳統(tǒng)視頻編碼標準的最大不同就在于第一代提出了基于對象的視頻編碼的新概念及新思想。MPEG-4(H.263)的基本框架如圖3-11所示。圖3-11MPEG-4(H.263)基本框架第二代視頻編碼技術(shù)涉及編碼技術(shù)的學(xué)科非常之多，由于相關(guān)學(xué)科的許多核心技術(shù)還未取得重大突破，同時也由于離散余弦變換DCT在視頻壓縮方面具有許多優(yōu)勢，因此在編碼實現(xiàn)方案上，MPEG-4仍然采用以16×16像素宏塊為基礎(chǔ)的混合編碼，其算法基礎(chǔ)仍是“分塊DCT+運動補償預(yù)測+VLC編碼”，這在一定意義上反映出MPEG-4的設(shè)想與具體實現(xiàn)有較大差距，同時也揭示出視頻編碼技術(shù)的研究還有許多工作要做。

MPEG-7是多媒體描述標準，它支持對多媒體資源的高效組織、管理、搜索、過濾及檢素。隨著多媒體信息時代的到來，MPEG-7基于內(nèi)容和語義的多媒體信息檢索功能將會在信息社會發(fā)揮出愈來愈重要的作用。MPEG-21由MPEG-7發(fā)展而來，它是通過建立統(tǒng)一的多媒體框架，為多媒體內(nèi)容從發(fā)布到消費所涉及的標準提供基礎(chǔ)體系，以支持連接全球網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備透明訪問各種多媒體資源。在未來的電子商務(wù)中，MPEG-21將發(fā)揮重要作用。

H.264標準則是視頻編碼技術(shù)的新發(fā)展，它不僅具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率，而且其碼流結(jié)構(gòu)具有很強的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，通過增加差錯恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP與無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，并能夠滿足日益增長的視頻應(yīng)用要求。但是，H.264的性能改進以增加編碼、解碼的復(fù)雜性為代價，隨著技術(shù)的進步，有理由相信，這種復(fù)雜性的增加將會在技術(shù)可接受的范圍之內(nèi)。

H.264標準目前仍處在不斷發(fā)展完善之中。在數(shù)字電視領(lǐng)域，H.264已成為數(shù)字高清晰度電視追求的編碼方案，因而對數(shù)字電視與高清晰度電視的普及與發(fā)展具有重要意義。有趨勢表明，H.264很可能會成為未來廣播電視領(lǐng)域、通信領(lǐng)域及存儲媒體領(lǐng)域的統(tǒng)一標準，而且會成為寬帶交互新媒體的國際標準。H.264更高的壓縮比、更好的信道適應(yīng)能力，必將會在視頻編碼及多媒體通信領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

綜觀視頻編碼技術(shù)的發(fā)展歷程，可清晰看出基于對象、基于內(nèi)容代表著現(xiàn)代視頻編碼技術(shù)的發(fā)展方向。新一代視頻編碼技術(shù)在視頻編碼發(fā)展史上第一次把編碼對象從圖像幀拓展到具有實際意義的任意狀態(tài)的視頻對象，實現(xiàn)了從基于像素的傳統(tǒng)編碼向基于對象和內(nèi)容的現(xiàn)代編碼的轉(zhuǎn)變，這揭示了新一代智能圖像編碼的發(fā)展趨勢。同時，在視頻編碼技術(shù)的實際應(yīng)用中，應(yīng)該堅持積極務(wù)實、勇于創(chuàng)新的態(tài)度，既要考慮視頻編碼相關(guān)學(xué)科的發(fā)展成果及現(xiàn)狀，又要對視頻編碼技術(shù)的發(fā)展有前瞻性，只有這樣，才能使視頻編碼技術(shù)真正在現(xiàn)代社會中得到廣泛應(yīng)用，并且不斷成熟、不斷完善?？傊?，基于內(nèi)容的交互性作為新一代視頻編碼標準的核心思想，對于視頻編碼技術(shù)的發(fā)展方向及廣泛應(yīng)用都具有特別重要的意義。目前，我國有線數(shù)字電視臺實行的是MPEG-2視頻編碼標準。

我國第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的AVS數(shù)字視頻編解碼標準于2005年3月通過AVS高清編解碼芯片的鑒定。AVS數(shù)字視頻編解碼標準與H.264相當，但編碼復(fù)雜度只有H.264的1/3，特別專利許可費只有MPEG-2的1/20，因此該標準將在我國得以實施。 3.8數(shù)字電視的核心技術(shù)

數(shù)字電視按傳輸介質(zhì)不同可分為地面數(shù)字電視、衛(wèi)星數(shù)字電視和有線數(shù)字電視。因此，數(shù)字電視的核心技術(shù)包括有線數(shù)字電視的核心技術(shù)。數(shù)字電視就是一個包括數(shù)碼流發(fā)射、傳輸和接收的系統(tǒng)工程，是一項涉及廣播電視技術(shù)、通信技術(shù)、計算機和微電子等諸多領(lǐng)域的高新技術(shù)，是集半個多世紀的圖像編碼技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)和通信技術(shù)等發(fā)展的成就于一身的現(xiàn)代高科技產(chǎn)品。數(shù)字電視的系統(tǒng)工程概念十分重要。從系統(tǒng)工程角度來看，所謂數(shù)字電視，就是將電視畫面的每一個像素、伴音的每一個音節(jié)都用二進制數(shù)編成多位數(shù)碼，并以非常高的比特率進行數(shù)碼流發(fā)射、傳輸和接收的系統(tǒng)工程。數(shù)字電視就是把模擬電視信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并進行數(shù)字信號處理、存儲、控制、傳輸和顯示的系統(tǒng)。這也就是說，數(shù)字電視系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)有很多共同之處，它們都可用典型數(shù)字通信系統(tǒng)模型來概括，其技術(shù)基礎(chǔ)包括數(shù)字信號形成技術(shù)、信源編碼與解碼技術(shù)、加密和解密條件接收技術(shù)、信道編碼與解碼技術(shù)、多路復(fù)用與多址連接技術(shù)、調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、擴頻技術(shù)、同步技術(shù)、軟件平臺—中間件技術(shù)、大屏幕顯示技術(shù)等諸多核心技術(shù)。3.8.1數(shù)字信號形成技術(shù)

數(shù)字信號形成技術(shù)主要用來把源信息變換成適應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)處理和傳輸?shù)臄?shù)字符號，其在技術(shù)上包含抽樣、量化、脈沖編碼調(diào)制，變換以后則形成基帶或低通信號。

模擬數(shù)字電視信號可以是直接生成的有線數(shù)字電視信號，如動畫、字幕機和數(shù)字攝像機產(chǎn)生的數(shù)字信號；也可是經(jīng)處理的數(shù)字電視信號，如MPEG格式的壓縮數(shù)字電視信號；此外，也可以是由模擬信號經(jīng)數(shù)字化以后產(chǎn)生的數(shù)字電視信號。模擬信號的數(shù)字化需要經(jīng)過三個步驟：取樣、量化和編碼。取樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續(xù)的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。量化是用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號流。這樣得到的數(shù)字信號可以通過電纜、微波干線、衛(wèi)星通道等數(shù)字線路進行傳輸。在接收端則與上述模擬信號數(shù)字化的過程相反，再經(jīng)后置濾波，將恢復(fù)成原來的模擬信號。數(shù)字化的過程又稱為脈沖編碼調(diào)制(PCM)。

1.抽樣

模擬信號不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時間上也是連續(xù)的。要使模擬信號數(shù)字化并實現(xiàn)時分多路復(fù)用，首先要在時間上對模擬信號進行離散化處理，這一過程叫抽樣或取樣。所謂抽樣，就是每隔一定的時間間隔T，抽取模擬信號的一個瞬時幅度值(抽樣值)，抽樣后所得出的一系列在時間上離散的抽樣值，稱為樣值序列，如圖3-12所示。抽樣后的樣值序列在時間上是離散的，可進行時分多路復(fù)用，也可將各個抽樣值經(jīng)過量化、編碼變換成二進制數(shù)字信號。理論和實踐證明，只要抽樣脈沖的間隔小于等于取樣間隔，即T≤2ts，或取樣頻率大于或等于二倍模擬信號最高頻率，即f≥2fs(fs是模擬信號的最高頻率)，則抽樣后的樣值序列可不失真地還原成原來的模擬信號。圖3-12模擬信號與其對應(yīng)的樣值序列圖像是二維函數(shù)，如何將它數(shù)字化呢？如前面所述，數(shù)字化包括兩方面內(nèi)容：一是時間上或空間上的離散化，即取樣；二是幅度上的離散化，即量化。所以，數(shù)字圖像信號是指時間或空間上及幅度上均離散化了的信號。

既然圖像是二維函數(shù)，那么在空間上進行二維取樣，用二維陣列來代替一幅圖像是很自然的。但對于圖像信號的傳輸而言，一般是采用掃描方法將二維圖像掃描后變成一維的視頻信號，然后進行傳輸，此時圖像信號的數(shù)字化就是對一維的視頻信號進行數(shù)字化。即使是二維圖像的數(shù)字化，一般也首先變成一維視頻信號，經(jīng)數(shù)字化后再變成二維圖像陣列。一維視頻信號的數(shù)字化先是對模擬視頻信號在時間上進行取樣，使模擬的視頻信號變換為時間上離散的視頻信號，即脈沖幅度調(diào)制信號(PAM)；然后進行幅度上的離散化，用有限的層次來代表幅度大小，即量化；最后進行編碼，變成二進制數(shù)字視頻信號，即變成PCM信號。

2.量化

抽樣把模擬信號變成了時間上離散的脈沖信號，但脈沖的幅度仍然是模擬的，還必須進行離散化處理，才能最終用數(shù)碼來表示。這就要對幅值進行舍零取整的處理，該過程稱為量化。量化有兩種方式：一種量化方式中，取整時只舍不入，即0～1V間的所有輸入電壓都輸出0V，1～2V間的所有輸入電壓都輸出1V等，采用這種量化方式時，輸入電壓總是大于輸出電壓，因此，產(chǎn)生的量化誤差總是正的，最大量化誤差等于兩個相鄰量化級的間隔Δ；另一種量化方式在取整時有舍有入，即0～0.5V間的輸入都輸出0V，0.5～2.5V間的輸出電壓都輸出1V等，采用這種量化方式的量化誤差有正有負，量化誤差的絕對值最大為Δ/2。顯然，采用有舍有入法進行量化時，誤差較小。實際信號可以看成量化輸出信號與量化誤差之和，因此，只用量化輸出信號來代替原信號就會有失真。一般說來，可以把量化誤差的幅度概率分布看成在-Δ/2～+Δ/2之間的均勻分布?？梢宰C明，量化失真功率與最小量化間的間隔平方成正比，最小量化間隔越小，失真就越小。最小量化間隔越小，用來表示一定幅度的模擬信號時所需要的量化級數(shù)就越多，因此處理和傳輸就越復(fù)雜。所以，量化時既要盡量減少量化級數(shù)，又要使量化失真看不出來。一般都用一個二進制數(shù)來表示某一量化級數(shù)，經(jīng)過傳輸在接收端再按照這個二進制數(shù)來恢復(fù)原信號的幅值。所謂量化比特數(shù)，是指要區(qū)分所有量化級而所需的幾位二進制位數(shù)。例如，有8個量化級，那么可用3位二進制數(shù)來區(qū)分，因此，稱8個量化級的量化為3比特量化。量化誤差與噪聲是有本質(zhì)區(qū)別的，因為任一時刻的量化誤差是可以從輸入信號求出的，而噪聲與信號之間就沒有這種關(guān)系?？梢宰C明，量化誤差是高階非線性失真的產(chǎn)物。但量化失真在信號中的表現(xiàn)類似于噪聲，也有很寬的頻譜，所以也被稱為量化噪聲，并用信噪比來衡量。

上面所述的采用均勻間隔量化級進行量化的方法稱為均勻量化或線性量化，這種量化方式會造成大信號時信噪比有余而小信號時信噪比不足的缺點。如果使用小信號時量化級間寬度小些，而使用大信號時量化級間寬度大些，則可以使小信號和大信號時的信噪比趨于一致。這種非均勻量化級的安排稱為非均勻量化或非線性量化。數(shù)字電視信號大多采用非均勻量化方式，這是由于模擬視頻信號要經(jīng)過校正，而校正類似于非線性量化特性，可減輕小信號時誤差的影響。目前普遍使用的另一類方法，是將壓縮、量化、編碼三個作用結(jié)合起來，在編碼過程中同時完成非均勻量化，在接收端由解碼器同時完成解碼與擴展。這類方法是采用分段性的折線來逼近對數(shù)特性，所以容易匹配，也適合標準化、集成化，這種特性又稱為數(shù)字壓擴率。

3.編碼

抽樣、量化后的信號還不是數(shù)字信號，需要把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼脈沖，這一過程稱為編碼。最簡單的編碼方式是二進制編碼，具體說來，就是用n比特二進制碼來表示已經(jīng)量化了的樣值，每個二進制數(shù)對應(yīng)一個量化值，然后把它們排列，得到由二值脈沖組成的數(shù)字信息流。編碼過程中，在接收端可以按所收到的信息重新組成原來的樣值，再經(jīng)過低通濾波器恢復(fù)原信號。用這種方式組成的脈沖串的頻率等于抽樣頻率與量化比特數(shù)的積，稱為所傳輸數(shù)字信號的數(shù)碼率。顯然，抽樣頻率越高，量化比特數(shù)越大，數(shù)碼率就越高，所需要的傳輸帶寬就越寬。

除了上述的自然二進制碼，還有其他形式的二進制碼，如格雷碼和折疊二進制碼等。在通信理論中，編碼分為信源編碼和信道編碼兩大類。所謂信源編碼，是指將信號源中多余的信息除去，形成一個適合用來傳輸?shù)男盘枴榱说种菩诺涝肼晫π盘柕母蓴_，往往還需要對信號進行再編碼，編成在接收端不易為干擾所弄錯的形式，這稱為信道編碼。

要將模擬視頻信號數(shù)字化，就要將視頻信號進行取樣、量化、編碼，從而編碼成二進制的脈沖編碼調(diào)制(PCM)信號。這一數(shù)字化的過程通常用稱之為A/D變換的電路來實現(xiàn)；相反地，將數(shù)字信號變成模擬信號的過程用稱之為D/A變換的電路來實現(xiàn)。視頻信號有兩種編碼方式，即復(fù)合編碼和分量編碼。復(fù)合編碼是將復(fù)合彩色信號直接編碼成PCM形式。復(fù)合彩色信號是指彩色全電視信號，它包含有亮度信號和以不同方式編碼的色度信號。分量編碼是將三基色信號R、G、B分量或亮度和色差信號Y、(B-Y)、(R-Y)分別編碼成PMC形式。

復(fù)合編碼的優(yōu)點是碼率低，設(shè)備較簡單，適用于在模擬系統(tǒng)中插入單個數(shù)字設(shè)備的情況。它的缺點是，由于數(shù)字電視的抽樣頻率必須與彩色副載頻保持一定的關(guān)系，而各種制式的副載頻各不相同，難以統(tǒng)一。采用復(fù)合編碼時，由抽樣頻率和副載頻間的差拍造成的干擾將影響圖像的質(zhì)量。分量編碼的優(yōu)點是編碼與制式無關(guān)，只要抽樣頻率與行頻有一定的關(guān)系，便于制式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一，而且由于Y、(R-Y)、(B-Y)分別編碼，可采用時分復(fù)用方式，避免亮色互串，可獲得高質(zhì)量圖像。在分量編碼中，亮度信號(Y)用較高的碼率傳送，兩個色差信號(R-Y)、(B-Y)的碼率可低一些，但總的碼率比較高，設(shè)備價格相應(yīng)較貴。3.8.2信源編碼與解碼技術(shù)

信源編碼與解碼的目的在于把所形成的數(shù)字信號在一定比特率下增加其信噪比，或者在一定信噪比下減少其比特率。換句話說，應(yīng)盡量減少信源的多余度，用最少的比特來傳送信息，從而提高了傳輸?shù)挠行?。信源編碼的基本方法有三類。一類是概率編碼，它是根據(jù)信源中各元素的出現(xiàn)概率不同，分別給予不同長短的代碼，使代碼長度與概率分布相匹配，代碼的平均長度比較短，數(shù)碼也就少了，霍夫曼(Huffman)編碼則屬于這一類。另一類是變換編碼，它是把信源從一種信號空間變換成另一種信號空間，然后對變換后的信號進行編碼。例如預(yù)測變換，即把預(yù)測將發(fā)生的信號值與真實信號的誤差信號進行編碼，如果預(yù)測比較準確，預(yù)測誤差越小，則編成的數(shù)碼就越少，達到了壓縮數(shù)碼的目的，增量調(diào)制即屬于這一類。第三類為識別編碼，它是對信源先進行識別，視其是什么文字或什么聲音，然后把每種文字和聲音編成不同的代碼，發(fā)端向收端只發(fā)送代碼，收端則根據(jù)代碼恢復(fù)成標準的文字或聲音。顯然，這種方法可極大地壓縮數(shù)碼率，但已失去了原來的文字或聲音的特征，不同人寫的字或不同人發(fā)的聲音都恢復(fù)成同一個樣了，聲碼器即屬于這一類。目前信源編碼中的語音編碼受到了人們極大的關(guān)注，同時也取得了很大的進展。例如，采用ADPCM數(shù)碼率為32kb/s，加上數(shù)字話音內(nèi)插技術(shù)，可比普通的PCM64kb/s數(shù)碼率時的容量增大4～5倍，這對衛(wèi)星通信有限頻帶的利用是十分重要的。對模擬話音信號，除常見的差分脈碼調(diào)制(DPCM)、增量調(diào)制(ΔM)、分組編碼(矢量量化編碼、變換編碼、子帶編碼)、分析/合成編碼(聲碼器、線性預(yù)測編碼)外，近年來低碼率編碼技術(shù)的進展更引人注目，例如自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制(ADPCM)、多脈沖激勵線性預(yù)測編碼(MP-LPC)、碼激勵預(yù)測編碼(CELP)等，數(shù)碼率可下降到4～8kb/s，且可保證一定的話音質(zhì)量。此外，各國對音樂、廣播、電視、圖像等信源編碼的研究也在大力進行中。3.8.3加密與解密技術(shù)

為了保證數(shù)字信號與所傳信息的安全，防止無權(quán)用戶干擾和竊密，一般應(yīng)采取加密措施。數(shù)字信號比起模擬信號來易于加密，且效果也好，這是數(shù)字通信突出的優(yōu)點之一。國內(nèi)的網(wǎng)間隔離安全設(shè)備(如防火墻)產(chǎn)品較多，但服務(wù)器的安全和與之通信的客戶的安全卻更為重要。服務(wù)器和客戶端的軟件應(yīng)具有信息加解密、身份認證、訊問控制、信息完整性和抗否認性驗證等內(nèi)容。在因特網(wǎng)領(lǐng)域，公開密鑰密碼體制或非對稱密碼體制的應(yīng)用比以DES為代表的私鑰密碼體制要顯得更加靈活和實用。在電子商務(wù)系統(tǒng)中，數(shù)字簽名和認證等都是基于公鑰體制的。在遠程教育系統(tǒng)中，也存在大量信息傳輸?shù)募用芎徒饷軉栴}。目前的公鑰體制仍得到了業(yè)界的重視，而加密解密技術(shù)在有線數(shù)字電視中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在條件接收系統(tǒng)，數(shù)字加密為有條件接收提供了一種十分安全且無質(zhì)量損失的手段。

1.數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)規(guī)范

數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)規(guī)范是國家廣電行業(yè)標準化指導(dǎo)性技術(shù)文件(GY/Z175-2001)，于2001年9月18日發(fā)布的該文件主要參考了DVB系列規(guī)范，并結(jié)合了國際和國內(nèi)有關(guān)條件接收的生產(chǎn)、開發(fā)、試驗和應(yīng)用情況，從我國的國情出發(fā)編制而成。該文件由正文和9個附錄構(gòu)成，規(guī)定了地面、有線、衛(wèi)星等數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中條件接收系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成及總體要求，并在附錄中給出了節(jié)目信息管理系統(tǒng)與條件接收系統(tǒng)的接口和要求，用戶管理系統(tǒng)的接口和要求，智能卡及其與接收機的接口和要求，以及條件接收技術(shù)、同密技術(shù)、多密技術(shù)、多密技術(shù)的使用，通用加擾系統(tǒng)和與CA有關(guān)的業(yè)務(wù)信息/節(jié)目特定信息(SI/PSI)的規(guī)定。

該文件適用于地面、有線、衛(wèi)星等數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中的條件接收系統(tǒng)。

2.條件接收系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

典型的條件接收系統(tǒng)由用戶管理系統(tǒng)、節(jié)目信息管理系統(tǒng)、加密/解密系統(tǒng)、加擾/解擾系統(tǒng)等構(gòu)成，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。圖3-13條件接收系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)其中系統(tǒng)各部門之間通過相關(guān)接口進行通信和數(shù)據(jù)傳輸，主要包括節(jié)目信息管理接口、用戶管理系統(tǒng)接口、復(fù)用器接口、智能卡接口等。

1)用戶管理系統(tǒng)

用戶管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)數(shù)字電視廣播條件接收用戶的管理，包括對用戶信息、用戶設(shè)備信息、用戶預(yù)訂信息、用戶授權(quán)信息、財務(wù)信息等進行記錄、處理、維護和管理。

系統(tǒng)管理是對整個用戶管理系統(tǒng)進行初始化設(shè)置和參數(shù)配置以及其他系統(tǒng)管理工作，完成系統(tǒng)及子系統(tǒng)之間的配置、管理、控制和執(zhí)行，并定義系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)管理的主要目的是保證系統(tǒng)安全可靠地運行。

用戶管理的主要功能是編輯和管理用戶信息，處理用戶的節(jié)目定單，檢查用戶付費情況，產(chǎn)生用戶的預(yù)授權(quán)信息。

用戶授權(quán)管理負責(zé)用戶業(yè)務(wù)開通前的授權(quán)預(yù)處理操作，主要包括對用戶信用度的確認，用戶業(yè)務(wù)與智能卡有效性確認等。

2)節(jié)目信息管理系統(tǒng)

節(jié)目管理是指為即將播出的節(jié)目建立節(jié)目表。節(jié)目表包括頻道、日期和時間安排，也包括要播出的各個節(jié)目的CA信息。

節(jié)目管理信息被SI發(fā)生器用來生成SI/PSI信息，被播控系統(tǒng)用來控制節(jié)目的播出，被CA系統(tǒng)用來做加擾高度和生產(chǎn)ECM，同時送入SMS系統(tǒng)。

3)加擾/解擾系統(tǒng)

加擾是為了保證傳輸安全而對業(yè)務(wù)碼流進行的特殊處理，通常在廣播前端的條件接收系統(tǒng)控制下改變或控制被傳送業(yè)務(wù)碼流的某些特性，使得未經(jīng)授權(quán)的接收者不能得到正確的業(yè)務(wù)碼流。

解擾是加擾的逆過程，在用戶接收端的解擾器中完成。

4)加密/解密系統(tǒng)

在條件接收系統(tǒng)中存在兩種類型的加密單元，用途如下：

(1)授權(quán)管理信息EMM：進行加密處理，然后以授權(quán)或分組授權(quán)的方式發(fā)送到用戶接收終端的相應(yīng)處理裝置。

(2)授權(quán)控制信息ECM：進行加密處理，ECM信息中包含了對業(yè)務(wù)的訪問準則信息以及用于解擾的信息。

解密操作在接收機端進行。通常為了安全性，解密操作和接收機分離，在一個可分離的模塊中進行(如智能卡)，以利于增強系統(tǒng)的保密性。3.8.4信道編碼與解碼技術(shù)

數(shù)字信號在信道傳輸時，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會引起差錯，信道編碼的目的就是提高傳輸?shù)目垢蓴_性。香農(nóng)曾證明：如果信源的速率低于信道容量，則可采用編碼和解碼的方法，以任意小的差錯概率在有噪聲的信道上傳輸信息。數(shù)十年來提出了許多編解碼的方法，以減小比特差錯概率或者減小所需的比特能量與干擾功率譜密度之比。編解碼帶來的好處是以帶寬或功率的增加為代價的。采用大規(guī)模集成電路可實現(xiàn)運算量大、體積小、重量輕的編解碼器，從而可獲得8dB的性能改善。信道編碼的一類基本方法是波形編碼，或稱為信號設(shè)計。它把原來的波形變換成新的較好的波形，以改善其檢測性能。編碼過程主要是使被編碼信號具有更好的距離特性(即信號之間的差別性更大)。屬于這類的編碼有雙極性波形、正交波形、多元波形、雙正交波形等。信道編碼的另一類基本方法是結(jié)構(gòu)化序列，在信息碼外引入一定代數(shù)結(jié)構(gòu)的冗余碼，用以檢出和糾正所發(fā)生的差錯。這類編碼方法可獲得與波形編碼相似的差錯概率，但所需帶寬較小。在這一類編碼方法中，又有分組碼和卷積碼。線性分組碼中的一個子類是循環(huán)碼，它可用反饋移位寄存器來實現(xiàn)，易于檢錯和糾錯，是一種很有效的編解碼方法。目前分組碼中著名的有漢明碼、格雷碼、DCH碼、RS碼等。卷積碼的主要特點是有記憶特性，所編成的碼不僅是當前輸入的信息碼的函數(shù)，而且與以前輸入的信息碼有關(guān)。卷積碼的譯碼算法有多種，如序列譯碼、門限譯碼、Viterbi最大似然譯碼以及反饋譯碼等。為了糾正成片突發(fā)差錯碼，可采用交織的方法將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機差錯，也可以分組交織或卷積交織。此外，如果采用Viterbi譯碼的卷積碼為內(nèi)碼，以RS碼為外碼的級聯(lián)碼，則可以達到僅離香農(nóng)極限4dB。3.8.5多路復(fù)用及多址連接技術(shù)

有線數(shù)字電視按照多址方式可以分為頻分多址、時分多址、空分多址、碼分多址和混合多址方式。

頻分多址(FDMA)的基本特征：是把有線射頻頻帶劃分為若干個互不重疊的部分，分配給每個節(jié)目頻道所要發(fā)送的各載波使用。因此，在FDMA方式中，可使各個頻道的節(jié)目同時發(fā)送信號，但各個載波占用的頻帶是嚴格分開的。

時分多址(TDMA)的基本特征：是把有線傳輸信道工作時間分割為周期性的互不重疊的時隙間隔，分配給各節(jié)目使用。這樣在每個時刻只能有一個節(jié)目發(fā)送信號，接收端根據(jù)接收信息的時隙位置，提取信號，形成節(jié)目?？辗侄嘀?SDMA)的基本特征：利用無線電波束在空間的不重疊分割，構(gòu)成不同的信道，將這些空間信道分配給不同的節(jié)目，空間波束與信道具有一一對應(yīng)關(guān)系。SDMA實現(xiàn)的核心技術(shù)是智能天線的應(yīng)用，該系統(tǒng)通過不同的空間波束來區(qū)分節(jié)目。

碼分多址(CDMA)的基本特征：基于碼型來分割信道，傳輸信息不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而在頻率、時間、空間上都可能重疊，載波可以相同。各個節(jié)目可以同時發(fā)射信號，但不同的節(jié)目有不同的地址碼。該系統(tǒng)通過不同的地址碼來區(qū)分節(jié)目。目前應(yīng)用較多的是擴頻碼分多址和跳頻碼分多址。不同的多址方式具有不同的優(yōu)勢，在實現(xiàn)上也有各自的難點，因此應(yīng)用的場合也各不同。比如，碼分多址具有抗干擾能力強、信號功率譜密度低、隱蔽性好、不需要網(wǎng)絡(luò)定時等優(yōu)點，但有頻帶利用率低、通信容量小、地址碼選擇較難、捕獲時間長等缺點，通常用于軍事通信領(lǐng)域。多路復(fù)用和多址連接技術(shù)都是信道復(fù)用問題，目的是充分利用通信資源。不過，多路復(fù)用是指把送來的多個信號在基帶信道上進行復(fù)用，而多址連接則是指多個發(fā)射的信號在射頻信道的復(fù)用。二者都是對多用戶合理有效地分配信道資源，基本的方法有頻分、時分、碼分、空分和極化波分。所有這些方式的共同點在于各用戶間互不干擾，在接收端易于區(qū)分，它們都是利用信號間互不重疊，在頻域、時域、空域中的正交性或準正交性。其中，頻分和時分是經(jīng)典的；碼分是利用在時域或頻域及其二者的組合編碼的準正交性；空分和極化波分則是在不同空域中頻率的再利用和在同一空域中不同極化波的再利用。在實際系統(tǒng)中，又多為這些多路和多址技術(shù)的組合，如TDM/TDMA，F(xiàn)DM/FDMA等。隨著有線電視技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了名目繁多的隨機多址技術(shù)，如計算機局域網(wǎng)中的ALOHA及其各種變形、輪詢技術(shù)等，它們多適用于突發(fā)信息的傳輸。這些多址技術(shù)又稱為各種算法和協(xié)議，它們的性能主要表現(xiàn)在系統(tǒng)傳輸信息的吞吐量和時延上。3.8.6調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

傳輸信息的方式有兩種：基帶傳輸和調(diào)制傳輸。由信源直接生成的信號，無論是模擬信號還是數(shù)字信號，都是基帶信號，其頻率比較低?；鶐鬏斁褪菍⑿旁瓷傻幕鶐盘栔苯觽魉?，如音頻市話、計算機間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)??；鶐鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，但難以長距離傳輸，因為一般的傳輸信道在低頻處的損耗都是很大的。為進行長途傳輸，必須采用調(diào)制傳輸?shù)姆绞?。調(diào)制就是將基帶信號搬移到信道損耗較小的指定的高頻處進行傳輸。調(diào)制后的基帶信號稱為通帶信號，其頻率比較高。數(shù)字電視廣播(DVB)傳輸系統(tǒng)是數(shù)字傳輸系統(tǒng)，因此其中采用的調(diào)制技術(shù)是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。數(shù)字調(diào)制的基本任務(wù)有兩個：第一個任務(wù)同模擬調(diào)制一樣，將不同的節(jié)目傳輸信號搬移到規(guī)定的頻帶上，這一功能是由調(diào)制器和解調(diào)器實現(xiàn)的，它實質(zhì)上是一個載波耦合的過程；第二個任務(wù)是控制傳輸效率，在DVB傳輸系統(tǒng)中，可根據(jù)需要將頻帶利用率從2(b/s)/Hz提高至6(b/s)/Hz，這相當于提供了2～6倍的壓縮，這一功能是由映射和反映射實現(xiàn)的。實際上，數(shù)字調(diào)制的主要目的在于控制傳輸效率，不同的數(shù)字調(diào)制技術(shù)正是由其映射方式區(qū)分的，其性能也是由映射方式?jīng)Q定的。數(shù)字式的調(diào)制技術(shù)可分為二進制相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、幅度鍵控(ASK)、連續(xù)相位調(diào)制(CPM)以及它們的各種組合。但為了提高傳輸碼率和頻帶利用率，在衛(wèi)星通信中又考慮到減小互調(diào)干擾問題，因此，主要選擇恒包絡(luò)調(diào)制，實際采用的是PSK調(diào)制，而有線數(shù)字電視技術(shù)則采用QAM調(diào)制。對這些調(diào)制信號，在接收端可以進行相干解調(diào)或非相干解調(diào)。前者需要知道載波的相位才能檢測，后者則不需要。各種不同的調(diào)制方式具有不同的檢測性能。標志各種調(diào)制方式的性能指標為比特差錯概率，它是比特能量與噪聲功率譜密度之比的函數(shù)。理想的比特差錯概率特性為香農(nóng)極限。當極限值低于1.6dB時，對于任何信息速率都不可能進行無差錯的通信。調(diào)制與編碼過去一直是分別加以研究的，前者實際上相當于波形編碼。在分別優(yōu)化的基礎(chǔ)上將二者統(tǒng)一考慮，使之互相匹配，以達到組合優(yōu)化。自網(wǎng)格編碼(Trelliscode)提出以來，這方面的研究進展很大，在衛(wèi)星通信中已獲實際應(yīng)用?，F(xiàn)已證明，在不增加帶寬的條件下，可得凈編碼增益3～6dB。數(shù)字電視廣播由于傳送媒體的不同，目前有三種不同的傳送方式：衛(wèi)星數(shù)字電視廣播調(diào)制標準、有線數(shù)字電視廣播調(diào)制標準和地面數(shù)字電視廣播調(diào)制標準。由于它們的信號傳播性能的不同及所處傳送環(huán)境的差異，其調(diào)制方式也不盡相同，如美國地面廣播采用8-VSB或16-VSB調(diào)制技術(shù)，歐洲和日本地面廣播采用COFDM調(diào)制技術(shù)。目前，衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸國際上