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数字电视技术在电视领域的三个发展阶段

网络整理 2023-10-27 21:02

概述

其具体传输过程是:由电视台送出的图象及声音讯号,经数字压缩和数字调制后,产生数字电视讯号,经过卫星、地面无线广播或有线线缆等形式传送,由数字电视接收后,通过数字混频和数字视音频解码处理还原出原先的图象及伴音。由于全过程均采用数字技术处理,因而,讯号损失小,接收疗效好,没有模拟电视的雪花、重影现象。

发展历程

数字电视技术是近20年来发展最快的技术之一。2总体来看,数字技术在电视上的应用的发展总体分三个主要阶段:

第一阶段:19世纪80年代之前,当时以研究开发单独的局部设备为主数字电视回看功能,投入使用的设备主要有数字时基校准器(DTBC)、数字帧同步机(DFS)、数字特技机(DVE)等。

第二阶段:20世纪80年代到90年代,这一阶段的特征是成功开发了数字整机电视设备,如数字录象机、数字讯号处理摄像机等。

第三阶段:20世纪90年代之后,在这一阶段,数字电视技术已开始从单个设备向整个系统发展,一些研究机构提出了全数字化的数字电视广播标准,如法国的数字视频广播格式、美国的ATSC格式等,但是数字电视技术与高清晰度电视技术结合在一起,一些发达国家早已开始进行数字电视或数字高清晰度电视系统的试播。

异同点

优点

1、图像清晰度可接近于发射端信源部份的清晰度。其缘由之一是基频与连续处理的次数无关,因为杂讯主要叠加在传输讯号上,而采用二补码的数码讯号,通过整形以及引入的检错技术,很容易把这种杂讯的影响去除,模拟讯号在传输过程中噪音会逐渐累积,而数字讯号在传输中不会产生新的噪音,即杂讯可基本保持不变,所以模拟讯号要求杂讯S/N≥40dB,而数字讯号仅需≥20dB。诱因之二是数字系统的非线性失真的影响很容易清除,而模拟系统中的非线性失真会导致图象畸变。

2、伴音质量高,音高范围宽。因为采用信息压缩技术,频道借助率很高,容许传送高质量、宽带20Hz~20kHz的音频讯号和双路立体声/双伴音,或则传送AC-3数字立体声、和具有影院音质的伴音。

3、频道借助率高。在原有的8MHz宽带一个频道的范围内,可传送1路高清晰度数字电视,或则用集束形式传送2~3套标准清晰度电视以及有关业务数据,或加载通讯信道。

4、数字电视与模拟电视可施行信道兼容。在同一频道上可同时传送模拟电视与数字电视而互不干扰,既可在原有模拟电视接收机上改装数字电视机顶盒,又可在数字电视机分路处理模拟电视讯号,因此扩充了接收信道空间,使用户得到更多的便宜。

5、很容易实现加密/揭秘、干扰/解扰,便于扩充各种收费的广播电视服务和其他专业应用,如军事、商业服务。

6、便于与通讯和计算机融合,有利于构成国家信息高速传输网一种终端。这是由于计算机技术中的储存记录数字讯号的功能都可以用到电视讯号上,比如磁带录象将逐步被c盘、光盘所取代。因为数字讯号只有“1”和“0”,容易储存,因此可广泛地用于图象质量改善,比如现今的100Hz电视就是将50Hz的电视画面挨个储存上去,每位画面放两次,因而听众能够看见更稳定的电视图象,觉得不到闪动了。

7、可以采用纠错编码技术提升电视机的抗噪音干扰能力。

8、数字电路成本低,无需调整、调谐,不会老化,所以生产成本增加,修理也容易。

缺点

数字电视并不是完美无缺的,它同样存在着一些弱点。诸如在取样的过程、量化偏差、压缩编码所带来的讯号损伤,在节目制做及传输过程中贯通延后。有些损伤可以修补,并不影响图象的最终质量,而有些损伤只能通过一些补偿举措消弱它的影响,这种弱点不会影响电视领域向数字化的转变,与电视讯号数字化后所带来的益处相比,这种弱点变得并不重要。

分类

1、按讯号传输方法可分为:地面无线传输数字电视(地面数字电视);卫星传输数字电视(卫星数字电视);有线传输数字电视(有线数字电视)。

2、按图象清晰度可分为3大类:①数字高清晰度电视(HDTV):需起码720线逐行或1080线隔行扫描、屏幕宽高比应为16∶9,采用杜比数字功放,能将高清晰格式转化为其他格式并能接收并显示较低格式的讯号,图象质量可达到或接近35mm宽荧幕影片的水平。②数字标准清晰度电视(SDTV):必须达到480线逐行扫描,能将720逐行、1080隔行等格式变为480逐行输出,采用杜比数字功放。对应现有电视的帧率,其图象质量为演播室水平。③数字普通清晰度电视(LDTV):显示扫描格式高于标准清晰度电视,即高于480线逐行扫描的标准。对应现有VCD的帧率。

3、按照产品类型可分为:数字电视显示器、数字电视机顶盒和一体化数字电视接收机。

4、按显示屏幕幅型比分类:数字电视可分为4∶3和16∶9幅型比两种类型。

讯号数字化

模拟电视讯号数字化的步骤是取样、量化和编码。

1、采样

将时间和幅度上连续的模拟讯号转变为时间离散的讯号,即时间离散化。电视讯号数字化取样频度的选择首先应满足奈奎斯特抽样定律,即采样频度必须小于讯号带宽的两倍,能够从取样讯号中完全恢复原讯号。对于数字份量编码讯号的取样,CCIR601建议色温取样频度为525/59.94和625/50两大制式行频的最小公倍数2.25MHz的6倍,即13.5MHz。对现行电视制式而言,色温讯号的最大带宽是6MHz,13.5MHz>2×6MHz=12MHz,所以它符合奈奎斯特定律。而色差讯号的带宽比色温讯号窄得多,所以在份量编码时两个色差讯号的采样频度可以低一些。

2、量化

将幅度连续讯号转换为幅度离散的讯号,即幅度离散化。通过取样,把模拟讯号变为时间上离散的脉冲讯号。这种脉冲讯号的幅度一直是模拟的,因而还必须对模拟幅度进行离散化处理,能够用数码来表示其幅值。这些对幅值进行分级,并按每级进行舍零取整的过程叫作量化。取样频度越高数字电视回看功能,量化比特数越大,数码率就越高,所需传输设施的带宽则越宽。在目前各厂商生产的数字化视频设备中,最高的量化比特数是12。

3、编码

根据一定的规律,将时间和幅度上离散的讯号用对应的二补码或多补码代码表示。电视通道数字化后的分辨率太高,倘若不加压缩,一个通道就将占有100多兆赫的带宽。为此,为了简化讯号的传输与储存,压缩分辨率是非常必要的。常见有如下方式:

(1)增加取样频度

增加取样频度才能压缩分辨率,然而,奈奎斯特取样定律强调,当采样频度(fs)大于基带频度(fm)的2倍时,频谱发生重叠,则采用低通混频器难以无失真地恢复原讯号。因为电视图象讯号的能量主要集中在以行频及其各次纹波频度为中心的较窄范围内,中间存在很大的缝隙,为此,若把采样频度选为半行频的质数倍,就可使fs

(2)差值脉冲编码调制

标准数字电视采用的是MP@ML主类和主级。概括地说,MPEG2图象压缩的原理是借助了图象中的两种特点:空间相关性和时间相关性。一帧图象内的任何一个场景都是由若干象素点构成的,因而一个象素一般与它周围的个别象素在色温和浊度上存在一定的关系,这些关系称作空间相关性;一个节目中的一个情节往往由若干帧连续图象组成的图象序列构成,一个图象序列中前后帧图象间也存在一定的关系,这些关系称作时间相关性。这两种相关性促使图象中存在大量的冗余信息。倘若我们能将这种冗余信息去掉,只传输少量非相关信息,就可以大大节约传输频带。而接收机借助那些非相关信息,根据一定的解码算法,可以在保证一定的图象质量的前提下恢复原始图象。一个好的压缩编码方案就是才能最大限度地清除图象中的冗余信息。

(3)线性变换编码

线性变换编码不直接对图象数据编码,而是首先将图象数据进行某种线性变换,得到一组变换系数,之后对这种系数实现量化、编码、传输。在接收端,对收到的变换系数进行相应的逆变换,再恢复成图象讯号。从理论上讲,线性变换编码可以压缩分辨率的缘由在于图象讯号存在很强的相关性,这些相关性在频度域的反映是功率域混频的形式获得大的压缩比。

数字电视

网路结构

对于一个数字电视的有线电视网路来说,按照其数字电视讯号码率的先后传输方向,可分为后端上映机房、中端传输网路媒介和末端机顶盒用户三部份。

(1)后端上映机房

后端上映机房就好比人的脑部,处于整个系统中的核心地位。因而,确保后端上映机房系统的安全上映无疑是有线电视网路安全传输工作的首要条件。有线电视网路的后端上映机房是一个极其复杂多样的系统,囊括多个不同的子系统,主要包括加密子系统、调制/译码子系统、点播子系统以及应急处理子系统等等。

(2)中端传输网路媒介

中端传输网路媒介如同是人的中枢神经系统,传输着后端上映机房发送下来的数字电视讯号。在这个系统中,分五级进行传输数字电视讯号,依次是最主路放大器级、支路放大器级和楼宇放大器级。中端传输网路媒介层广泛地分布在城市的各个角落。它不像后端上映机房层那样,相对集中在一个电视台的相对封闭的区域内,相反,中端传输网路媒介层是一个完全“裸露”在一个城市的开发空间的系统,从分布的特质上,它是最容易遭到功击的。事实证明,到目前为止,所有针对数字电视讯号的功击,绝大多数都是来自这个环节。

(3)末端机顶盒用户

机顶盒设备有两部份组成,一部份是机顶盒的基本硬件,这是完成基本功能的部份;另一部份是机顶盒上的插卡,这是写入加密程序的储存器。在用户家里,机顶盒肩负着揭秘和点播的功能。

关键技术

数字电视的良好运行须要以下几个关键技术。

1、数字讯号发射频度。稳定的发射频度可以填补传统电视讯号不足造成的节目质量较差的问题,因而为实现数字电视发射频度的高频发射和低频发射的结合,需从几个方面来思索。首先,考虑电磁波在传输的过程中,其波频遭到UHF频度的干扰,引致讯号接收时电视图象的整体成形疗效受影响的情况。其次,因为其整体应用的芯片普遍被运用到调节电视的线路中,因而,其整体的适用范围相对有限。再度,出于舒适的使用感需求,数字电视应采用LD-MOS的方式进行工作。最后,因为其传输线讯号极易受外界诱因干扰,尤其在紧靠水源或阴湿的地域情况下,需注意由于波频的不同变化而形成的不同问题。

2、发射天线。发射天线能保证电视广播的精准性、传递图象疗效的真实性。为此,须要电磁波不停地在空间进行讯号幅射,进而进行电磁场的有效变化。

3、定位系统。在讯号接收和发射的过程中须要用到GPS全球定位系统,来保证数字讯号传输的覆盖面积以及数字讯号传播的稳定性,进而降低对私立发射机的依赖。

4、电磁波的传输。全面的无线数字讯号覆盖,对讯号塔的位置建设地点要求较高,必须满足发射天线的完善能符合当前阶段的具体需求。我国最常使用的办法是将讯号塔的构建进行垂直化的发射天线组件建立,提高整体性能,同时保证讯号分布的均匀性。

5、选址技术。天线的选址对于电磁波的传输具有较大的影响。通常情况下,相关的施工人员对天线的选址须要考虑实际的应用情况。首先,要考虑电磁波在幅射过程中所须要的幅射范围,保证其安装以后整体的覆盖范围足够广。其次,在传输过程中,尽量降低因为环境诱因带来的变化,保证整体的传播质量。

主要业务

1、传输数字讯号的广播、电视节目

这是数字电视的基本业务,与过去模拟电视传播不同的是,因为数字压缩技术的使用,数字电视可以传输的电视频道为原来的6—8倍甚至更多,因而不仅将原本的模拟广播、电视频道进行数字化上映外,数字电视还新增了大量的专业性付费频道,如垂钓频道、孕妇手册、考试在线、靓妆频道等。数字电视传输的电视节目,既可以支持标准清晰度格式,也可以支持高清晰度格式。

2、信息服务

包括政务、财经、生活、健康、教育、娱乐等各类分类信息。

3、电子节目手册(EPG)

具有分类查询功能的节目预告手册,便于用户才能便捷快速找到自己喜欢的频道或节目。

4、视频点播(VOD)

数字电视用户可以随时点播观看自己想看的影视节目。

5、增强电视

在电视节目中通过超链接的形式附加相关数据,可以随时进行互动操作。诸如在视频节目中附加有关人物、背景或某一产品的信息,用户在观看时可以用遥控器点击打开观看。

6、个人电视录象机(PVR)

将电视节目记录在硬碟上,该硬碟处于机顶盒中,可容纳20一60个小时的节目。PVR能按照时间、标题、演员或节目类型等标准对节目进行储存,手动跳过广告,使用户能随便暂停、回放或快进实况电视节目。

7、互动电视节目

互动电视节目容许用户在观看节目时通过选择不同的拍摄角度、人物角色等步入不同的观看情景,甚至由用户引导故事的结局。

8、电视商务

通过数字电视这个平台,可以申领购物、缴费、股票交易及各类建行业务等。

9、远程教育和远程医疗

通过数字电视接受即时的远程教育或医疗服务。

10、游戏体彩

通过数字电视进行在线互动游戏,买卖各类体彩。

11、短信/彩信

通过数字电视发送、接收邮件或彩信。

12、视频通话

通过数字电视进行远程视频对话。

交互电视系统

以数字电视为平台建立的交互电视系统,可以提供许多交互应用,比如:

1、数据广播。将数字化的音频、视频、图像、动画等各类信息通过数字电视广播信道传输到用户的数字电视接收机、电脑以及其他智能设备上,包括股票交易信息、电子节目手册、公共信息查询、(客机班机、天气预报、家政服务)、网页浏览等。

2、电视交行。用遥控器输入身分证号、登录密码后即可步入电视建行界面,查询、转账、缴费、信用卡、设置等按

钮就会出在界面上,点击步入相应功能。

3、节目浏览。

4、互联网接入。接入方法有两种,一是用数字电视接收机,二是用个人笔记本。数字电视网路接入能使听众用电视上网。而通过个人笔记本的网路接入,是把笔记本与字机顶盒联接,可以给用户提供更高的网路访问速率。

5、电视购物。

6、交互广告。当听众对某个广告信息内容感兴趣时,可以通过遥控器按钮选中步入,进而使听众和广告商之间通过服务器联接并交流。

数字电视和模拟电视的对比

1、声音图象:

模拟传输的电视讯号在传输中易受干扰,噪音会不断叠加,图象质量仅相当超级VCD的水平,伴音只有单声道和立体声两种。

数字电视采用MPEG-2编码,在传输中抗干扰和纠错能力强,画面清晰,图象质量可达到DVD的水平,且可提供单声道、立体声、多语言、多声道和环绕声等多种伴音形式。

2、节目数目和种类:

模拟电视只能传送电视节目和FM广播,最多只有79套。

数字电视可传输500套以上的电视节目和广播节目。还可同时提供多种业务,如音频广播、数据广播、互动电视、电视购物等,服务内容不再限制在传统的视频节目。

3、个性服务:

传统的模拟电视不提供个性化服务,所有用户接收相同的节目,没有专门的数据类服务频道,得知节目内容简介只能通过查阅广播电视报或收看电视宣传片。

数字电视用户可配合条件接收系统,按照用户的喜好和经济条件提供各类特定的个性化服务,如视频点播、音频点播等;数字电视还具有丰富的数据类服务,24h不间断上映,查看相关信息有专门的英文电子节目菜单可以随时查询各频道的名称和节目相关内容,如节目名称、播出起止时间、内容简介等。

从数字电视和模拟电视的区别来讲,数字电视具有下述三项特点:

1、影像信息源和声音信息源的信息源代码应该是数字压缩代码,也就是对模拟音视频讯号进行模/数转换后的压缩代码;

2、传输信道须要借助数字信道的调制译码功能,也就是说调制混频和信道编码也是数字化的过程;

3、电视发射机和接收机也都是数字式设备。

意义

有线数字电视发展的作用和意义早已超出了自身的范畴,将对整个社会经济形成巨大影响,推动一系列产业的发展,从而对整个社会形成较为深刻的影响。具体而言,有线数字电视的意义主要彰显在以下几个方面:

1、数字电视将促进我国信息化建设

数字电视的有线电视网路作为城市国民经济和信息化建设的基础设施之一,大力施行数字化改建,推广、普及数字电视应用,将大大推动我国的信息化进程,营造城市的国际化信息和文化环境,提升城市信息化程度,提升国际影响力和竞争力。广播电视是最普及的信息工具和最好的信息载体,数字电视使每位家庭都拥有了一个集公共传播、信息服务、文化娱乐、交流互动于一体的多媒体信息终端,通过有线数字电视网路平台,可以把大量信息,传输给广大用户,使数字电视成为社会信息化的平台,进而促进我国的信息化进程。

2、可以推动广播电视自身的发展

有线电视分配网通常只能传送40~50套模拟电视节目,频道资源相当紧张。采用数字技术后,将使广播电视的信息容量大大降低,可以提供数百套左右的数字频道,频道资源极大丰富,从根本上解决了频道资源紧张的矛盾。发展数字电视也使其服务形式大大改善,服务领域大大扩充,电视机除了是看电视的工具,还是信息工具、生活工具和服务工具。使广播电视可以提供专业化、多样化、个性化的市场服务,降低新的赢利模式,培植新的文化娱乐消费市场,使广播电视从单纯借助广告,向多种赢利模式转变。

3、可以推动国外数字电视产业链的产生和发展

数字电视带给我们的还是一个庞大的产业。现代文化产业是一个与现代技术同益融合的产业,数字电视的全面施行,将产生一种多样化的电视产业格局,发展数字电视,可以推动产生新的文化娱乐消费热点,促使传统文化产业开始向新兴文化产业转移。也将推动我国的数字电视元元件、机顶盒、数字电视机、数字电视应用软件、数字电视内容供应等产业的产生和发展,有利于构建新的数字电视价值链,培植新的经济增速点,推动广播电视产业、信息产业、文化产业等的发展,促使国民经济的发展。

发展方向

1、高清数字电视技术

数字电视技术发展的一个主要方向就是高清电视,高清电视具有很高的清晰度,同时技术要求也更为严格和严苛,它对数字讯号的质量、接收和传送技术的要求都很高。所谓高清数字电视,从字面意义来理解,指出的是画面、声音的清晰度,同时将帧率从720×576提高为1920×1080。人们对电视节目的清晰度要求越来越高,在电视卖场以及各个视频网站都可以见到高清的字眼,因而。高清数字电视的发展前景非常宽广,他是数字电视技术发展趋势中的关键部份。

2、网络电视

网路早已成为了现代人生活、工作和娱乐不可缺乏的部份。人们更多地在互联网上搜索和获得信息。网路电视就是以互联网为载体,将信息带给听众。网路电视与普通的电视相比,其节目内容更为丰富,同时,网路电视的终端设备为机顶盒或则是PC机,通过这种设备可以实现网路的互动,与双向的电视节目相比,人们更乐于随便点播自己中意的节目。这些强悍的互动性促使网路电视对传统的电视引起了巨大的冲击,另外因为网路技术的迅速发展,网路电视节目的质量也日渐增强,其清晰度也可以满足用户的要求,这也促使更多的用户倾向选择网路电视。为此,随着网路技术和数字电视技术的发展。其网路电视的发展趋势会越来越显著。

3、卫星直播电视技术

与前三者不同的是,卫星直播电视技术通过卫星来转播讯号的新型数字电视节目。科技的发展促使了卫星技术,通讯卫星的转发器的功能早已十分强悍。卫星转发器的功率很大,它完全可以实现数字电视讯号从发送端到接受终端的传送工作。与上述两项数字电视技术相比,卫星直播电视技术的突出特征就是其覆盖范围非常广,全球范围内的数字讯号的传输工作都可以通过卫星电视技术实现。除了这么,其设备也非常简单,通过天线就才能使用户观看到优质的数字电视节目。

4、地面无线数字电视

地面无线数字常用的传输模式有:数字MMDS传输模式、MUDS传输模式和“移动电视”模式。具体使用哪种模式,须要各地方电视台按照自身情况具体剖析。三种传输模式适用于不同的情况。例如,在范围较大,居住不集中且经济欠发达的地区,应当选用:数字MMDS传输模式、MUDS传输模式,“移动电视”模式似乎能取得良好的疗效,并且其成本较高,一次性投入较大;在居住密度大且经济情况较好的地区,则采用“移动电视”更有优势。地面无线数字电视的讯号发射时通过电磁波完成传递的,中间节约了好多环节,其设备复杂程度增加,这一点与之前提到的有线数字电视及卫星电视不同。另外,无线数字电视的成本较低,由于其服务范围较小,这一特性促使地面无线数字的设备简单且建设成本低,这产生了其独到的优势。同时,地面无线电视的管理工作简单,可以实现无人检测,节省了人力成本。最重要的是,地面无线电视技术因为服务范围小,其地方特色鲜明,不同的地区可以因地制宜地上映符合本地文化的电视节目,在节目制做方面也愈发灵活。为此,地面无线数字电视也具备良好的发展前景。

相关风波

2020年3月31日,全省地面数字电视700兆赫频度迁移工作领导小组通报了《地面数字电视700兆赫频度迁移工作方案》,就迁移工作的总体思路、工作目标、实施原则策略、总体安排、工作计划和运行保障等进行了说明和布署。

青海省广播电视局发布公告,将于2020年8月31近日取缔全部中央地面模拟电视节目,2020年12月31近日取缔全部省、市、县级地面模拟电视节目。山东省全面步入数字电视时代。

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