数字电视的发展及其关键技术

1、数字电视的发展及其关键技术0 引言当前，世界各国正面临着从模拟电视向数字电视演进的变革。和通信领域以往所有模拟技术向数字技术演进历程一样，在用户需求和科学技术进步的巨大拉动下，数字电视技术日趋成熟，在不断为人们提供更高质量、更多功能、更个性化的音视频节目服务的同时，逐渐成为电视系统的主流。数字电视已不仅仅是传统意义上的电视，而是一个从电视节目采集、制作、编辑、播出、传输、用户端接收、显示等全过程数字化的系统。数字电视系统将成为一个数字信号传输平台， 不仅使整个广播电视节目制作和传输质量得到显著改善，信道资源利用率大大提高，还可以提供其它增值业务，如数据广播、电视购物、电子商务、视频点播等，使传

2、统的广播电视媒体从形态、 内容到服务方式发生革命性的改变， 为“三网融合”提供了技术上的可能性。1 数字电视系统的组成数字电视广播由节目源、广播和接收三大环节组成。一个完整的数字电视系统由数字节目制作平台、数字电视信号传输平台及数字电视接收终端共同组成，如图1 所示。图 1 数字电视系统基本架构数字节目制作平台是数字电视的信源部分（发送端），主要负责信源的编码与制作；数字电视信号传输平台是数字电视的信道部分（信道编码存储），主要负责信号的传输与存储；数字电视接收终端是数字电视的信宿部分（接收端） ，主要负责数字视频、音频信号的接收。与传统模拟技术不同，数字电视从电视节目录制、播出到发射、接收，

3、全部采用数字编码与数字传输技术，并采用数字信号进行编码和解码来代替传统的模拟信号。2 数字电视的关键技术数字电视关键技术的研究重点主要涉及两方面内容： 以压缩码率为中心的高效编码方法和电视演播室及电视接收机中的数字化技术。 数字电视系统实现的关键技术主要包括：信源编解码技术、复用解复用技术、信道编解码技术（即纠错编解码技术） 、调制解调技术、加扰解扰技术（数字电视的条件接收技术） 、高清晰度大屏幕电视显示技术及高速宽带网络技术等。2.1信源编解码技术信源编解码技术包括视频压缩编解码技术及音频压缩编解码技术。无论是HDTV ,还是标准清晰度电视, 未压缩的数字电视信号都具有很高的数据率, 为了能

4、在有限的频带内传送电视节目, 必须对电视信号进行压缩处理。在数字电视的视频压缩编解码标准方面, 国际上统一采用了MPEG- 2 标准。在音频编码方面 , 欧洲、日本采用了MPEG - 2 标准 ; 美国采纳了杜比公司的AC - 3 方案 ,MPEG - 2为备用方案。2.2复用解复用技术复用、解复用设备是数字电视系统的关键部分，从发送端的信息流向来看，复用设备将视频、音频、辅助数据等信源编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路的串行比特流， 送给信道编码系统及调制系统，接收端与此过程正好相反。目前网络通信的数据都是按一定的格式打包传输的 , 电视节目数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互

5、性的基础。在数字电视系统中，复用器把视频、音频、辅助数据等组成的混合码流通过打包器进行打包处理，在数据通信系统中常常称数据分组包，因而广为流行的分组交换技术又称为包交换技术， 然后再复合成单路串行码流。在数字电视的传送复用标准方面 , 国际上也统一采用 MPEG - 2 标准。2.3信道编解码信道编解码是实现信号可靠传输的重要保证， 数字电视信道编解码的目的就是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术来提高信号的抗干扰能力。信道编码后的基带信号经过调制， 可送入各类通信中进行传输，数字电视的传输通道包括卫星传输、地面开路传输和有线传输三种。纠错编码在信道编码中占有重要地位，它是数字通信特有、而模拟通

6、信不具备的技术。 纠错编码技术在数字电视系统中得到了广泛应用，其本质是通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助码的办法来防止码元在传输过程中出错， 并进行检错和纠错，以保证信号的可靠传输。2.4数字电视调制解调技术在数字电视系统中，除混合光纤同轴电缆（ HFC）传输系统中主要采用高速数字调制技术外，以下五种调制方式应用很广泛： （ 1）正交幅度调制（ QAM），调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输； （ 2）正交相移键控调制（ QPSK），调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播； （ 3）残留边带调制（ VSB），抗多径传播效应好（即消除重影响效果好） ，适合地面

7、广播； （4）编码正交频分复用调制（COFDM），抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播；（ 5）扩频调制（ Spread SpectrumModulation ）， 主要是在 CDMA移动通信领域应用极为广泛，特别是在 WCDMA，CDMA 2000、 TD SCDMA等第三代移动通信（ 3G）中重要性非常突出。2.5数字电视加扰解扰技术加扰解扰技术是数字电视收费运营机制的保证。 收费电视系统的基本特点是所提供的业务仅限于授权用户使用， 即在节目的供应单位、播出单位和用户之间建立起一种有偿服务体系。正是基于这种有偿服务体系， 使电视节目制作及播出的巨大投资得以补偿，从而为数字电

8、视产业的发展奠定了良性循环的经济基础。所谓加扰，就是改变标准数字电视信号的特性，对视频、音频或辅助数据加以一定处理，防止未授权者接收到清晰的图像及伴音。 数字电视系统中的加扰、 用户管理和授权控制等功能在系统前端完成，而解扰则在用户端完成。 用户终端解扰可以采用两种方法：一是在用户终端通过预约方式来解扰，而无须由前端进行寻址遥控；二是通过前端对用户寻址控制来实现解扰。目前绝大多数的加扰、 解扰系统都采用寻址模式，用户终端要根据前端送来的解扰信息来决定是否解扰。因此，加扰解扰技术在数字电视系统实现中必不可少，而且意义重大。2.6高清晰度大屏幕显示技术数字电视接收的最终信息需要在显示设备中还原出来

9、， 从而使来自数字演播室的图像与伴音能够呈现在节目观看者面前。 如何使这些已经经信道传送过的图像与伴音能够高质量、无失真地呈现给观众，是显示领域的研究课题。因此显示器件的品质与特性直接影响经信道传送过来的图像与伴音质量，选择性能优异的高清晰度大屏幕显示设备对数字电视的应用与推广意义重大。目前以 PDP、LCD、 OELD、LCOS为代表的平板显示技术日益成熟、日益完善，已经越来越广泛地应用在数字电视显示领域，它们不仅具有高清晰度的图像、色彩生动艳丽，而且性能优异、环保健康，再配之以高质量的环绕立体声，必将会带给观念高质量的视听享受。2.7高速宽带网络技术高速接入网和高速互联互通的传输网是数字电

10、视系统的有力保障。 多媒体数据对网络环境提出非常苛刻的要求，带宽和实时性的要求尤为突出。数字电视中的视频、音频数据时间相关性很强， 对网络的延迟特别敏感，应保证在任意给定的网络交换能力下能提供给用户可靠稳定的带宽、保证高质量、平滑和全动态视频的多媒体数据流传输。3 结束语目前数字电视领域发展现状是：电视节目从采集到接收的全过程中，大部分环节已经实现了数字化，但在某些环节上，尚未完全采取数字技术，例如有线电视的大多用户是利用模拟电视接收机STB （数字机顶盒）的方式实现接收数字电视节目的。因此只有实现了电视节目从采集到用户接收全过程的数字化，才是真正意义的数字电视。广播电视的发展趋势是数字化、网络化和信息化，未来数字电视的发展方向将是数字电视一体机， 即真正意义上的数字电视