数字电视相关技术及应用(二)_视频通信.pdf

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1、 DD 厦门装修 数字电视相关技术及应用（二）_视频通信 二、数字电视相关技术简介 1.数字电视广播流程及实现手段 数字电视广播，其信号流程包括制作、信号处理、广播和接收几个过程。目前用于数字节目制作的手段主要有：数字摄像机和数字照像相机、计算机、数字编辑机、数字字幕机；用于数字 DD 厦门装修 信号处理的手段有：数字信号处理技术、压缩、解压、缩放等技术；用于传输的手段有：地面广播传输、有线电视传输、卫星广播及宽带综合业务网、DVD 等；用于接受显示的手段有：阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子体显示器、投影显示等。2.数字电视关键技术 以上所述的各种手段中包括了数字电视系统中各种主要的技术，

2、全数字高清淅度电视对各种技术要求更高。原国家 DD 厦门装修 科委所组织的 HDTV 总体组在攻关过程中涉及九个单位，包括七个专项课题。这七个专项课题虽然不完全包括数字电视广播流程中的所有技术，但涉及了所有关键技术。在这七个专项课题中信源编解码、复用、信道编解码及调制解调是 HDTV 的技术核心。3.数字电视的信源编解码技术 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。在我国的 HDTV 功能样机研制中，视频压缩编解码 DD 厦门装修 技术由上海交大、天津大学、电子科学研究院共同完成；音频压缩编解码技术由电子部三所完成。3.1 视频编解码技术是 Array;HDTV 的技术难点

3、数字电视尤其数字高清晰度电视与模拟电视相比，在实现过程中，最为困难的部分就是对视频信号的压缩。在1Array201080 显示格式下，数字化后的码率在传输中高达 ArrayArray5Mbit/s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多。因而数字电视的图像不能象模拟电视的图像那样 DD 厦门装修 直接传输，而是要多一道压缩编码工序。视频编码技术主要功能是完成图像的压缩，使数字电视的信号传输量由 ArrayArray5Mbit/s 减少为 2030Mbit/s。视频编码计算时主要有以下客观依据：图像时间的相关性。视频信号由连续图像组成，相邻图像有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量。图像空间的相

4、关性。例如图像中有一大块单一颜色，那么不必把所有像素存贮。人眼的视觉特性。人眼对原始图像各处失真敏感度不同，对不 DD 厦门装修 敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理，即使这些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼比较敏感的信息，则尽可能减少其失真。事件间的统计特性。事件发生的概率越小，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。3.2 音频编解码技术 与视频编解码相同，音频编解码主要功能是完成声音信息 DD 厦门装修 的压缩。声音信号数字化后，信息量比模拟传输状态大得多，因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输

5、，而是要多一道压缩编码工序。音频信号的压缩编码主要利用了人耳的听觉特性。听觉的掩蔽效应。在人的听觉上，一个声音的存在掩蔽了另一个声音的存在，掩蔽效应是一个较为复杂的心理和生理现象，包括人耳的频域掩蔽效应和时域掩蔽效应。人耳对声音的方向特性。对于 2KHZ 以上的高频声音信号，人耳很难判断 DD 厦门装修 其方向性，因而立体声广播的高频部分不必重复存贮。3.3 信源编解码的相关标准 国际上对数字图像编码曾制订了三种标准，主要用于电视会议的 H.261，主要用于静止图像的 JPMG 标准，主要用于连续图像的 MPEG 标准。在 HDTV 视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲、日本设有分歧，都采用了

6、MPEG-2 标准。MPEG 意思是运动图像专家组，压缩后的信息可以供计算机处理，也可以在现有和将 DD 厦门装修 来的电视广播频道中进行分配。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。对于我国来说，今后信源编解码标准也会与美国、欧洲、日本一样采用 MPEG-2 标准。3.4MPEG 的相关应用 MPEG-1 已经广泛地用于 VCD 和 CD-ROM 等光盘产品中。MPEG-2不仅已被国际上公认为HDTV信源压缩编码的标准，DD 厦门装修 而且在许多方面得到了实际的应用，例如 DVD 就是应用了MPEG-2 标准。在国

7、外 MPEG-2 解码器已做成芯片，而目前我国 HDTV 关键芯片仍需进口，这将制约我国 HDTV 的进一步发展及产业化。4.数字电视的复用系统 数字电视的复用系统是 HDTV 的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信 DD 厦门装修 道编码及调制。接受端与此过程正好相反。我国的 HDTV功能样机，复用器部分由原广电部广播科学研究院研制开发。4.1 数据的打包功能提供了网络通信的接口 模拟电视系统不存在复用器。在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包，然后再复合成单路。目前网络通信的

8、数据都是按一定格式打包传输的。HDTV 数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、DD 厦门装修 交互性的基础。付费电视是现在和将来电视发展的一个方向。复用器可对打包的节目信息进行加扰，使其随机化，接收机具有密钥才能解扰。4.3 复用器的相关标准 在 HDTV 复用传输标准方面，美国、欧洲、日本也没有分歧，都采用了 MPEG-2 标准。美国已有了 MPEG-2 解复用的专用芯片。我国恐怕也会采用 MPEG-2 作为复用传输的标准。DD 厦门装修 HDTV 数据包长度是 188 个字节，正好是 ATM 信元的整数倍。今后以光纤为传输介质，以 ATM 为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未

9、来信息高速公路的主体设施。可用 4 个 ATM 信元来完整地传送一个 HDTV 传送包，因而可达到 HDTV 与 ATM 的方便接口。5.数字电视的信道编解码及调制解调 数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，通过调制 DD 厦门装修 把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。5.1 数字传输的常用调制方式 正交振幅调制：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。键控移相调制：调制效

10、率高，要求传送途径的信噪比低，DD 厦门装修 适合卫星广播。残留边带调制：抗多径传播效应好，适合地面广播。编码正交频分调制：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。5.2 美国数字电视的标准 美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展高清晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰度电视为基础的标 DD 厦门装修 准-ATSC。美国 HDTV 地面广播频道的带宽为 6MHZ，调制采用 8VSB。预计美国的卫星广播电视会采用 QPSK 调制，电缆电视会采用 QAM 或 VSB 调制。我国的 HDTV 样机由浙江大学承担了 8VSB 的信

11、道编解码及调制解调部分的研制工作。从 1ArrayArray5 年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播、数字电视卫星广播、数字电视有线广播的标准。欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道，采用 QPSK 调制。欧洲地面广播数字电视采用 COFDM 调制，8M 带宽。欧洲电缆数字 DD 厦门装修 电视采用 QAM 调制。我国的 HDTV 样机，原电子部飞虹公司承担了 COFDM 制式的信道编解码及调制解调部分的研制工作。5.4 日本数字电视的标准 日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用 QPSK 调制。并在 1ArrayArrayArray 年发布了数字电视的标准-ISDB。各国数字电视标准对比 美国标准

12、 ATSC DD 厦门装修 二、數字電視相關技術簡介 1.數字電視廣播流程及實現手段 數字電視廣播，其信號流程包括制作、信號處理、廣播和接收幾個過程。目前用於數字節目制作的手段主要有：數字攝像機和數字照像相機、計算機、數字編輯機、數字字幕機；用於數字信號處理的手段有：數字信號處理技術、壓縮、解壓、縮放等技術；用於傳輸的手段有：地面廣播傳輸、有線電視 DD 厦门装修 傳輸、衛星廣播及寬帶綜合業務網、DVD 等；用於接受顯示的手段有：陰極射線管顯示器、液晶顯示器、等離子體顯示器、投影顯示等。2.數字電視關鍵技術 以上所述的各種手段中包括瞭數字電視系統中各種主要的技術，全數字高清淅度電視對各種技術要

13、求更高。原國傢科委所組織的 HDTV 總體組在攻關過程中涉及九個單位，包括七個專項課題。這七個專項課題雖然不完全包括數字電 DD 厦门装修 視廣播流程中的所有技術，但涉及瞭所有關鍵技術。在這七個專項課題中信源編解碼、復用、信道編解碼及調制解調是 HDTV 的技術核心。3.數字電視的信源編解碼技術 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。在我國的 HDTV 功能樣機研制中，視頻壓縮編解碼技術由上海交大、天津大學、電子科學研究院共同完成；音頻壓縮編解碼技術由電子部三所完成。DD 厦门装修 3.1 視頻編解碼技術是 Array;HDTV 的技術難點 數字電視尤其數字高清晰度電視與模

14、擬電視相比，在實現過程中，最為困難的部分就是對視頻信號的壓縮。在1Array201080 顯示格式下，數字化後的碼率在傳輸中高達 ArrayArray5Mbit/s，這比現行模擬電視的傳輸信息量大得多。因而數字電視的圖像不能象模擬電視的圖像那樣直接傳輸，而是要多一道壓縮編碼工序。視頻編碼技術主要功能是完成圖像的壓縮，使數字電視的 DD 厦门装修 信號傳輸量由 ArrayArray5Mbit/s 減少為 2030Mbit/s。視頻編碼計算時主要有以下客觀依據：圖像時間的相關性。視頻信號由連續圖像組成，相鄰圖像有很多相關性，找出這些相關性就可減少信息量。圖像空間的相關性。例如圖像中有一大塊單一顏色

15、，那麼不必把所有像素存貯。人眼的視覺特性。人眼對原始圖像各處失真敏感度不同，對不敏感的無關緊要的信息給予較大的失真處理，即使這些信息全部丟失瞭，人眼也可能覺察不到；相反，對人眼比較 DD 厦门装修 敏感的信息，則盡可能減少其失真。事件間的統計特性。事件發生的概率越小，則其熵值越大，表示信息量越大，需分配較長的碼字；反之，發生的概率越大，則其熵值越小，隻需分配較短的碼字。3.2 音頻編解碼技術 與視頻編解碼相同，音頻編解碼主要功能是完成聲音信息的壓縮。聲音信號數字化後，信息量比模擬傳輸狀態大得多，因而數字電視的聲音不能象模擬電視的聲音那樣直接 DD 厦门装修 傳輸，而是要多一道壓縮編碼工序。音頻

16、信號的壓縮編碼主要利用瞭人耳的聽覺特性。聽覺的掩蔽效應。在人的聽覺上，一個聲音的存在掩蔽瞭另一個聲音的存在，掩蔽效應是一個較為復雜的心理和生理現象，包括人耳的頻域掩蔽效應和時域掩蔽效應。人耳對聲音的方向特性。對於 2KHZ 以上的高頻聲音信號，人耳很難判斷其方向性，因而立體聲廣播的高頻部分不必重復存貯。3.3 信源編解碼的相關標準 DD 厦门装修 國際上對數字圖像編碼曾制訂瞭三種標準，主要用於電視會議的 H.261，主要用於靜止圖像的 JPMG 標準，主要用於連續圖像的 MPEG 標準。在 HDTV 視頻壓縮編解碼標準方面，美國、歐洲、日本設有分歧，都采用瞭 MPEG-2 標準。MPEG 意思

17、是運動圖像專傢組，壓縮後的信息可以供計算機處理，也可以在現有和將來的電視廣播頻道中進行分配。在音頻編碼方面，歐洲、日本采用瞭 MPEG-2 標準；美國采 DD 厦门装修 納瞭杜比公司的 AC-3 方案，MPEG-2 為備用方案。對於我國來說，今後信源編解碼標準也會與美國、歐洲、日本一樣采用 MPEG-2 標準。3.4MPEG 的相關應用 MPEG-1 已經廣泛地用於 VCD 和 CD-ROM 等光盤產品中。MPEG-2不僅已被國際上公認為HDTV信源壓縮編碼的標準，而且在許多方面得到瞭實際的應用，例如 DVD 就是應用瞭MPEG-2 標準。在國外 MPEG-2 解碼器已做成芯片，而目前 DD

18、厦门装修 我國 HDTV 關鍵芯片仍需進口，這將制約我國 HDTV 的進一步發展及產業化。4.數字電視的復用系統 數字電視的復用系統是 HDTV 的關鍵部分之一。從發送端信息的流向來看，它將視頻、音頻、輔助數據等編碼器送來的數據比特流，經處理復合成單路串行的比特流，送給信道編碼及調制。接受端與此過程正好相反。我國的 HDTV功能樣機，復用器部分由原廣電部廣播科學研究院研制開 DD 厦门装修 發。4.1 數據的打包功能提供瞭網絡通信的接口 模擬電視系統不存在復用器。在數字電視中，復用器把音頻、視頻、輔助數據的碼流通過一個打包器打包，然後再復合成單路。目前網絡通信的數據都是按一定格式打包傳輸的。H

19、DTV 數據的打包將使其具備瞭可擴展性、分級性、交互性的基礎。付費電視是現在和將來電視發展的一個方向。復用器可對 DD 厦门装修 打包的節目信息進行加擾，使其隨機化，接收機具有密鑰才能解擾。4.3 復用器的相關標準 在 HDTV 復用傳輸標準方面，美國、歐洲、日本也沒有分歧，都采用瞭 MPEG-2 標準。美國已有瞭 MPEG-2 解復用的專用芯片。我國恐怕也會采用 MPEG-2 作為復用傳輸的標準。HDTV 數據包長度是 188 個字節，正好是 ATM 信元的整數倍。今後以光纖為傳輸介質，以 ATM 為信息傳輸模式的寬帶綜 DD 厦门装修 合業務數字網極有可能成為未來信息高速公路的主體設施。可

20、用 4 個 ATM 信元來完整地傳送一個 HDTV 傳送包，因而可達到 HDTV 與 ATM 的方便接口。5.數字電視的信道編解碼及調制解調 數字電視信道編解碼及調制解調的目的是通過糾錯編碼、網格編碼、均衡等技術提高信號的抗幹擾能力，通過調制把傳輸信號放在載波或脈沖串上，為發射做好準備。我們目前所說的各國數字電視的制式，標準不能統一，主要是 DD 厦门装修 指各國在該方面的不同，具體包括糾錯、均衡等技術的不同，帶寬的不同，尤其是調制方式的不同。5.1 數字傳輸的常用調制方式 正交振幅調制：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。鍵控移相調制：調制效率高，要求傳送途徑的信噪比低

21、，適合衛星廣播。殘留邊帶調制：抗多徑傳播效應好，適合地面廣播。DD 厦门装修 編碼正交頻分調制：抗多徑傳播效應和同頻幹擾好，適合地面廣播和同頻網廣播。5.2 美國數字電視的標準 美國地面電視廣播迄今仍占其電視業務的一半以上，因此，美國在發展高清晰度電視時首先考慮的是如何通過地面廣播網進行傳播，並提出瞭以數字高清晰度電視為基礎的標準-ATSC。美國 HDTV 地面廣播頻道的帶寬為 6MHZ，調制采用 8VSB。預計美國的衛星廣播電視會采用 QPSK 調制，電 DD 厦门装修 纜電視會采用 QAM 或 VSB 調制。我國的 HDTV 樣機由浙江大學承擔瞭 8VSB 的信道編解碼及調制解調部分的研制工作。從 1ArrayArray5 年起，歐洲陸續發佈瞭數字電視地面廣播、數字電視衛星廣播、數字電視有線廣播的標準。歐洲數字電視首先考慮的是衛星信道，采用 QPSK 調制。歐洲地面廣播數字電視采用 COFDM 調制，8M 帶寬。歐洲電纜數字電視采用 QAM 調制。我國的 HDTV 樣機，原電子部飛虹公司承擔瞭 COFDM 制式的信道編解碼及調制解調部分的研制工 DD 厦门装修 作。5.4 日本數字電視的標準 日本數字電視首先考慮的是衛星信道，采用 QPSK 調制。並在 1ArrayArrayArray 年發佈瞭數字電視的標準-ISDB。各國數字電視標準對比 美國標準 ATSC