數(shù)字電視的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)

1、數(shù)字電視的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)0 引言當(dāng)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(lǐng)域以往所有模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)演進歷程一樣，在用戶需求和科學(xué)技術(shù)進步的巨大拉動下，數(shù)字電視技術(shù)日趨成熟，在不斷為人們提供更高質(zhì)量、更多功能、更個性化的音視頻節(jié)目服務(wù)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(zhì)量得到顯著改善，信道資源利用率大大提高，還可以提供其它增值業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)廣播、電視購物、電子商務(wù)、視頻點播等，使傳

2、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(gòu)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)數(shù)字視頻、音頻信號的接收。與傳統(tǒng)模擬技術(shù)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(shù)，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(guān)鍵技術(shù)數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)的研究重點主要涉及兩方面內(nèi)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(shù)。 數(shù)字電視系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：信源編解碼技術(shù)、復(fù)用解復(fù)用技術(shù)、信道編解碼技術(shù)（即糾錯編解碼技術(shù)） 、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、加擾解擾技術(shù)（數(shù)字電視的條件接收技術(shù)） 、高清晰度大屏幕電視顯示技術(shù)及高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。2.1信源編解碼技術(shù)信源編解碼技術(shù)包括視頻壓縮編解碼技術(shù)及音頻壓縮編解碼技術(shù)。無論是HDTV ,還是標(biāo)準(zhǔn)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(jù)率, 為了能

4、在有限的頻帶內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)方面, 國際上統(tǒng)一采用了MPEG- 2 標(biāo)準(zhǔn)。在音頻編碼方面 , 歐洲、日本采用了MPEG - 2 標(biāo)準(zhǔn) ; 美國采納了杜比公司的AC - 3 方案 ,MPEG - 2為備用方案。2.2復(fù)用解復(fù)用技術(shù)復(fù)用、解復(fù)用設(shè)備是數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，從發(fā)送端的信息流向來看，復(fù)用設(shè)備將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等信源編碼器送來的數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路的串行比特流， 送給信道編碼系統(tǒng)及調(diào)制系統(tǒng)，接收端與此過程正好相反。目前網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)都是按一定的格式打包傳輸?shù)?, 電視節(jié)目數(shù)據(jù)的打包將使其具備了可擴展性、分級性、交互

5、性的基礎(chǔ)。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，復(fù)用器把視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等組成的混合碼流通過打包器進行打包處理，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中常常稱數(shù)據(jù)分組包，因而廣為流行的分組交換技術(shù)又稱為包交換技術(shù)， 然后再復(fù)合成單路串行碼流。在數(shù)字電視的傳送復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)方面 , 國際上也統(tǒng)一采用 MPEG - 2 標(biāo)準(zhǔn)。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(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù)來提高信號的抗干擾能力。信道編碼后的基帶信號經(jīng)過調(diào)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(shù)。 糾錯編碼技術(shù)在數(shù)字電視系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，其本質(zhì)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(diào)制解調(diào)技術(shù)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(diào)制技術(shù)外，以下五種調(diào)制方式應(yīng)用很廣泛： （ 1）正交幅度調(diào)制（ QAM），調(diào)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(diào)制（ QPSK），調(diào)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(diào)制（ VSB），抗多徑傳播效應(yīng)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(fù)用調(diào)制（COFDM），抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播；（ 5）擴頻調(diào)制（ Spread SpectrumModulation ）， 主要是在 CDMA移動通信領(lǐng)域應(yīng)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(shù)加擾解擾技術(shù)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(wù)僅限于授權(quán)用戶使用， 即在節(jié)目的供應(yīng)單位、播出單位和用戶之間建立起一種有償服務(wù)體系。正是基于這種有償服務(wù)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良性循環(huán)的經(jīng)濟基礎(chǔ)。所謂加擾，就是改變標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視信號的特性，對視頻、音頻或輔助數(shù)據(jù)加以一定處理，防止未授權(quán)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(quán)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(yù)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(jù)前端送來的解擾信息來決定是否解擾。因此，加擾解擾技術(shù)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(shù)數(shù)字電視接收的最終信息需要在顯示設(shè)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(jīng)經(jīng)信道傳送過的圖像與伴音能夠高質(zhì)量、無失真地呈現(xiàn)給觀眾，是顯示領(lǐng)域的研究課題。因此顯示器件的品質(zhì)與特性直接影響經(jīng)信道傳送過來的圖像與伴音質(zhì)量，選擇性能優(yōu)異的高清晰度大屏幕顯示設(shè)備對數(shù)字電視的應(yīng)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(shù)日益成熟、日益完善，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用在數(shù)字電視顯示領(lǐng)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(zhì)量的環(huán)繞立體聲，必將會帶給觀念高質(zhì)量的視聽享受。2.7高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速接入網(wǎng)和高速互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)是數(shù)字電

10、視系統(tǒng)的有力保障。 多媒體數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出非?？量痰囊?，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(jù)時間相關(guān)性很強， 對網(wǎng)絡(luò)的延遲特別敏感，應(yīng)保證在任意給定的網(wǎng)絡(luò)交換能力下能提供給用戶可靠穩(wěn)定的帶寬、保證高質(zhì)量、平滑和全動態(tài)視頻的多媒體數(shù)據(jù)流傳輸。3 結(jié)束語目前數(shù)字電視領(lǐng)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(jīng)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(shù)，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(wǎng)絡(luò)化和信息化，未來數(shù)字電視的發(fā)展方向?qū)⑹菙?shù)字電視一體機， 即真正意義上的數(shù)字電視