数字电视技术的概念及其发展史.docx

1、数字电视技术的概念及其发展史前言随着时代的进步，电子技术也运用于各类行业和生活用品中，人们对生活的需求也越来越高，尤其是与人们日常生活息息相关家电类用品，比如电视。如今的电视技术已经发展到了数字化时代，数字电视技术的应运而生给人们的生活带来了前所未有的改变，而数字电视也已经走进到各家各户中，数字电视的技术优势必然会取代模拟电视，数字技术的应用会使电视技术开辟一个新天地。当然模拟技术在局部小范围的电视技术上也会占有一定市场。数字电视为电子信息产业提供了一个难得机遇。从模拟电视广播向数字电视广播的过渡，将带来上万亿元的市场，它必将成为我国新的经济增长点。数字电视已不仅仅是传统意义上的电视，而是能提

2、供包括图像、数据、语音等全方位的服务，是3C融合的一个典范，是计算机、传输平台、消费电子三个环节的聚焦点。这样的数字电视明确的显示着人们生活水平的不断提高。本文通过查询资料来了解和阐述数字电视技术，以及数字电视的优点和未来的发展趋势。1、数字电视技术的概念及其发展史 1.1数字电视的概念数字电视是指从节目的采集、录制到发射、传输、接收等所有环节中，都使用数字电视信号或对数字电视信号采用数字处理和调制的方法，是一种全新电视系统。它由信源、信道与信宿三部分组成，其组成方框图如图1-1所示：数字电视按信号的传输途径可分为三种：数字卫星电视（DVB-S）、数字有线电视（DVB-C）和地面无线传输数字电

3、视（DVB-T）。数字电视按其传输视频比（图像清晰度）可分为三类：数字高清晰度电视（HDTV）、数字标准清晰度电视（SDTV）和数字普通清晰度电视（LDTV）。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。按照产品类型结构分类，数字电视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机等。数字电视的优点：1）传输图像质量高，传送距离远2）频道资源得到了充分利用3）提供了全新业务，易于实现有条件接收4）可降低发送功率，扩大覆盖范围数字电视与模拟电视的技术比较模拟电视数字电视描述采用模拟信号传输电视图像、伴音、附加功能等信号采用数字信号传输电视图像、伴音、附加功能等信号信

4、源编解码因为信号数据量不大。所以不存在信息编码压缩问题电视信号数字化后，其信号的数据传输率很高。须具有良好的数据编码压缩技术复用无夏用器，视频、音频信号分别传输将编码后的视频、音频、辅助数据信号分别打包后复合成单路串行的比特流，使数字电视具备了可扩展性、分级性、交互性、与网络的互通性信道编解码调制解调图像信号按行、场排列，并具有行、场同步信号、前后均衡脉冲等，并对视频信号有补偿处理。调制方式一般采用调频或调幅有压缩及复用，传送时的信号不再有模拟电视场、行标志及概念。通过纠错、均衡来提高信号抗干扰能力，调铡采用QAM、COFDM等新方法。且随着调制方法技术的改进。传输效率会进一步提高1.2数字电

5、视的标准：1.2.1数字电视基础标准包括：GB/T 7400.11数字电视术语、GY/T 134数字电视图像质量主观评价方法、GY/T 144广播电视 SDH干线网络管理接口协议、GY/T 145广播电视SDH干线网络管理信息模型规范、GY/Z 174数字电视广播业务信息（SI）规范、GY/Z 175数字电视广播有条件接收系统（CA）规范。1.2.2数字电视标准数字电视标准是指数字电视采用的视音频采样、压缩格式、传输方式和服务信息格式等的规定。目前投入使用的有三种：美国的ATSC(先进电视系统委员会)；欧洲的DVB(数字视频广播)；日本的ISDB(综合服务数字广播)。每一种标准对于信源的处理、

6、画面格式及传输方式等方面均有一些差别。每一种数字电视标准又可分为卫星传输、电缆传输和地面传输方式。1）美国ATSC标准ATSC标准由四个层级组成，最高为图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。接着是图像压缩层。再下来是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中。最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。下面两层共同承担普通数据的传输。上面两层确定在普通数据传输基础上运行的特定配置，如HDTV或SDTV；还确定ATSC标准支持的具体图像格式。另外，ATSC还开发并通过了可为采用50Hz帧频的国家使用的另行标准。ATSC成员30个，其中有美国国内成员20个、来自阿根廷、法国、韩国

7、等7个国家的成员10个，中国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。ATSC标准定义的画面格式格式画面分辨率画面幅型比图像帧频率扫描力式HDTV1920x108016：960Hz隔行30Hz逐行24Hz1280x72060Hz30Hz24HzSDTV704x48016：9或4060Hz隔行30Hz逐行24Hz640x4804：360Hz隔行30Hz逐行24Hz2）欧洲DVB标准 支持室内接收、移动接收等需求，包括4个系统。DVB传输系统：涉及卫星、有线电视、地面、SMATV、MMDS等所有传输媒体。DVB-S数字卫星广播系统标准：卫星传输具有覆盖面广、节目容量大等特点。DVB-C数字有线电视广播

8、系统标准：系统前端可从卫星和地面发射获得信号。paw-T数字地面电视广播系统标准：本地区覆盖最好。传输质量高，但接收费用也高。DVB-SMATV是数字卫星共用天线电视(SMATV)广播系统标准。DVB-MS高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。DVB-MC低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。DVB基带附加信息系统：可传送接收IRD调谐、节目指南及图文、字幕、图标等信息。DVB-SI数字广播业务信息系统标准。DVB-TXT数字图文广播系统标准，用于固定格式图文电视的传送。DVB-SUB为数字广播字幕系统标准，用于字幕及图标的传送。DVB标准定义的画面格式画面分辨率画面幅型比图像

9、帧频率扫描方式1920x108016：925Hz30Hz隔行720x57616：9或4：350Hz逐行544x57625Hz隔行/逐行480x576352x5763）日本ISDB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1999年发布了数字电视的标准-ISDB。ISDB是日本的DIBEG(数字广播专家组)制订的数字广播系统标准，它利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。ISDB具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。ISDB筹划指导委员会委员17

10、个，其他成员23个，其成员均为日本国内电子公司和广播ISDB标准定义的画面格式三种数字电视标准对比机构。水平分辨率垂直分辨宰叠面幅型比图像帧频率扫描方式1920108016：930Hz隔行14407204801280运行720运行隔行544隔行4804：3三国标准的对比美国标准ATSC欧洲标准DVB日本标准ISDB地面卫星有线地面卫星有线地面卫星有线调制方式8VSB16VSBQBKQAM2k8kCOFDMQPSKQAM分段COFDMQPSKQAM视频编码MPEG-2MPEG-2MPEG-2音频编码AC-3复用MPEG-2MPEG1.3数字电视的发展史广播电视数字化的发展经历了大约三个阶段：第一

11、个阶段从20世纪70年代开始，主要是针对当时模拟彩电制式的一些缺陷，如隔行扫描造成电视图像闪烁、亮度与色度之间互相串扰引起水平分解力降低等进行改进，当时电视数字化能力较低，仅能对节目源制作处理以及接收控制部分数字化：第二阶段从20世纪80年代开始，由于电视数字化技术越来越成熟，演播室已开始全面数字化，并对广播电视数字化制定了一系列标准；第三阶段从20世纪90年代开始，卫星、有线、地面对数字电视从发送到接收已全面实现数字化。在这个阶段中，日本、美国及欧洲各国都制订了各自的开发计划。日本目前已基本完成了网络改造，采用有线、地面传输方式，实现广播电视数字化。美国的有线数字已基本覆盖全国，有线网络实现

12、了光纤化和数字化双向改造。数字电视平台不仅提供数字电视节目，还可以开展信息服务等多种增值服务。美国计划于2009年停播模拟电视节目。英国于1998年久启动了数字电视广播和互动电视平台，经过对传输网络进行光纤化、数字化的改造，于2000年已成为全球发展较好的数字电视市场，并计划于2010年停播模拟电视。法国的数字电视业发展得比较快，并计划于2011年全部停止模拟电视信号的播出。俄罗斯于2007年夜启动了数字电视发展计划，并于2015年，利用8年时间实现广播电视数字化。2、数字电视技术的基础知识2.1数字信号及主要技术参数1）什么是数字信号数字信号是由“0”和“1”构成的信号，数字信号的传输分串行

13、传输和并行2）数字信号的特点a.采用“0”和“1”二值形式组合的数字信号，其波形简单，很容易利用电路的两个稳定状态来实现。b.数字信号在传输过程中，它的各种信息存在于以脉冲的有无或正负形式表示的代码中，很软怕那个一判断。c.系统中生成禾传输的数字信号与计算机使用的信号都是离散的二进制信号，便于使用计算机对信号进行识别、处理、存储和交换。d.因数字信号简单，再生能力强，可以采用时分复用方式传输，提高了信道的利用率；e.使有限的频谱资源得到了充分的利用f.数字信号便于加密加扰，可提高信息安全质量g.数字系统部件通用性强，可扩展性好3）数字信号的主要技术参数a.传送速率二进制出现的频率，即单位时间内

14、传送的二进制数字的位数，叫做传送速率b.宽带利用率宽带利用率是指单位频带内所能实现的传送能力，它是衡量数字系统效率的一个重要指标。c.误码、误码率和比特差错率在数字信号传输系统中，当发生发送端发“0”，而接收端收到的却为“1”，发送与接收的信息互为否认，即收发码元不一致的情况时，称为误码；误码率是指码元或符号被传错的概率，是用来衡量数字系统正确传输信号的可靠程度的；比特差错率是指二进制码元被传错的概率，是用来衡量数字系统正确传输信号的可靠程度的。2.2模拟信号数字化模拟信号要变换为数字信号要经过取样，量化，编码三个过程。取样:取样就是把连续变化的模拟信号，按一定的时间间隔进行抽样，江模拟信号离

15、散化，得到与模拟信号在抽样瞬间的幅度呈正比的一系列脉冲。量化:量化也称为分层，是将幅度上无限多种连续的样值变换为有限个离散样值的过程。编码:编码是把取样、量化后的信号按照一定的对应关系转换成一系列数字编码脉冲的过程。2.3音视频信号的数字处理2.3.1图像信号的数字化1）图像信号的取样取样方法有两类：a.直接对表示图像的二维函数值进行取样，又称为点阵取样；b.先将图像函数进行某种正交变换，使其变换系数作为取样值，故又称为正交系数取样。电视图像的数字化取样时依原来的次序对每一行逐步进行的。为了保证每一个取样点在图像中的位置稳定，图像的取样频率必须是行频的整数倍。按CCIR601标准，选取样频率为

16、13.5MHz。2）量化过程对样点信号的离散化过程称为量化，量化分为两分种：一种是将样点信号等间隔分档取整，称均匀量化；另一种是不等间隔分档取整，称为非均匀量化。a.量化等级的选取 量化级数要按照图像内容和应用要求来选取b.取样幅度值的分层 取样幅度值的分层有均匀分层和非均匀分层c.码电平的分配 码电平是指对模拟信号电平的量化级电平。3）编码编码是对各个量化后的取样幅值数据用最少的码字去编成数码输出,作为数字化的输出，一般是PCM脉冲编码调制码。PCM脉冲编码调制，是把模拟信号转换成码并在此基础上再转换成二进制数字信号变为脉冲形式。PCM编码器普遍利用数字电路的异或门和或门来组成。它的原理是，

17、利用量化器各层输出不是0就是1的相关性，永异或门来判别相邻哪两层有0与1差别，将异或门的输出送到对应于该电平门的或门中去。2.3.2音频信号的数字化音频信号数字化处理的基本原理与图像信号数字化处理基本相同，也需要经过取样、量化和编码。2.4数字电视信号参数的确定1）视频信号取样频率的选择视频信号取样频率的选择要满足奈奎斯特取样定理。各种制式的视频带宽不同，最大为6MHz，因此取样频率应大于12MHz，加上其他考虑，实际选择13.5MHz。2)视频信号量化比特数的等级选择视频信号量化比特数的等级选择是由数字电视图像的主观评价来决定的3)视频信号的误码率数字信号在传输过程中，可能会出现误码，由误码

18、引起的噪声在电视画面上的表现为黑白点状的冲击干扰。4）视频信号数码率视频信号数码率即为视频信号的传输速率，表示单位时间内需要传输的二进制码元数。5）数字音频信号的参数音频信号的取样频率主要由奈奎斯特取样定理来确定；音频信号的量化比特参数主要由声音的动态范围来确定。2.5音视频数字信号的压缩方法音视频数字信号的压缩过程属于数字电视系统的信源编码范畴。信源编码是以压缩信源数码数据为目的，即从数字信号中去掉不必传送的数据，然后在接收端通过解码，按比例地恢复。因此数据的压缩就是以最小的数据，表示信源所发出的信号。1）图像压缩编码通过一定的编码方法来减少某一图像序列的数据量的方法称为图像压缩编码。压缩编

19、码就是去掉信息中的冗余，保留不确定的信息，去除确定的课推知信息，用一种接近信息的信息量的描述来代替原有的冗余的传输密切关系。常用的码率压缩方式有很多种，有预测编码、统计编码、变换编码等。2）数字音频压缩编码在数字电视技术中除了图像信号需要压缩外，音频信号也需要压缩，数字音频压缩编码方法有很多种，常用的油MUSICAM编码和AC-3编码。2.6数字音频压缩编码技术标准2.6.1JPEG标准JPEG是联合图像专家小组的英文缩略语，JPEG算法被确定为彩色、灰度、静止图像压缩编码的第一个国际标准。JPEG无失真编码系统由二维DPCM和统计编码组成。JPEG失真度编码系统以离散余弦变换（DCT）为基础

20、，编码过程为：输入图像数据经DCT，其变换系数量化后进行熵编码，得到压缩图像数据。JPEG无失真度编码系统方框图2.6.2MPEG标准MPEG为运动图像专家组英文缩略语，有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和MPEG-7标准系列；MPEG标准分三个部分：第一个部分是系统层，第二个部分是视频压缩标准，第三部分是音频压缩标准。1) MPEG-1标准MPEG-1是关于1.5Mbit/s数据传输率的数字存储媒体运动图像及音频编码的国际标准。适用于低比特率的应用。2) MPEG-2标准MPEG-2是音视频编码的第二个标准。它市声音和图像信号数字化的基础标准，广泛用于数字电视及数字声音广播、数字图像

21、与声音信号的传输，以及多媒体邓领域。3) MPEG-4标准MPEG-4是音视频编码的另一个国际标准，它规定了数字音视频场景用具有某种时空关系的“音视频对象”加以描述。它为新型应用领域出现的各种需求找到了统一的答案，这些领域包括：互交式音视频服务、高级音视频通信服务、远程监控、多媒体以及无线电与电视广播等。4) MPEG-7标准MPEG-7为MPEG标准系列中的一个新成员，正式名称为“多媒体内容接口“。它规定了一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准集合。5) 其他标准a.H.32X标准H.32X标准包括主要应用于会议电视系统的H.320、H.323标准及主要应用于可视电话系统中的H.3

22、24标准系统等。b.H.26X标准H.26X标准是电视图像压缩编码国际标准，它包括H.261标准等国际标准。c.G.723标准G.723标准为多媒体通信的数字音频压缩编码标准。2.7信道编码与调制2.7.1信道编码信道编码又称差错控制编码或纠错编码，其指导思想是为了使信源具有检错和纠错能力。按一定的规律在信源码的基础上增加一些冗余码元，使这些冗余码元与被传信息码元之间建立一定关系，发送端完成这个过程称为信道编码。在接收端，根据信息码元与监督码元的特定关系实现检错和纠错，即发现错误码元后予以纠正，输出原信息码元，接收端完成这个任务的过程称为信道解码或称为纠错解码。信道编码方法有：RS码（里德索罗

23、门码）、卷积码和交织码等。信道编码可分为外信道编码和内信道编码，内信道编码与调制结合起来进行优化，根据各自特点，提高抗干扰能力。1)信息码的基本关系码元为信息码中每一信息符号（如1或0），码组则是一个独立的信息单位几个码元的组合。2)码的差错控制数字信号在传输过程中，会因各种各样的干扰，使码元产生差错，差错控制就是发现误码兵给予纠正。差错控制主要有前向纠错（FEC）、检错重传（ARQ）、信息反馈（IRQ）和混合差错控制（HEC）等。a前向纠错（FEC） FEC的基本原理是信道编码器将信息码组编成具有一定纠错能力的码。在接收端解码器对收到的码组进行解码时，解码器对差错数目的码进行定位并加以纠正。

24、FEC差错控制方式要求预先确定信道差错统计特性来选择适当的纠错码。b检错重传（ARQ） 它的基本原理是：接收端如收到差错码字后，通过反馈向前端发送一个应答信号，要求前端重发接收端认为有错误的码字来达到纠正错误的目的。这种方式误码率低，其结构复杂、成本高，因有反馈信道的存在，不适用于单向传输。c信息反馈（IRQ） IRQ又称为回程校验，工作原理为：接收端将所收到的数据，全部通过反馈信道送回发送端，再由发送端与原发送数据进行比较，找出错误。IRQ方式传输速率低，数据信道差错率较小。 d混合差错控制（HEC） HEC的工作原理是：由发送端发送具有自动纠错和检错能力的码组，接收端接收到码组后，检查是否

25、存在差错，如果存在差错，则自动纠正。如存在差错较大时，接收端通过反馈信道要求发送端重发该组数据，直到纠正为止。可知HEC为FEC与ARQ得结合，具有两者的优点。3)纠错码的分类纠错码的分类主要有以下几种方法：a在分组码中，按照码的特点，分循环码和非循环码。 b 按信源输出的码元序列处理方式不同，分为分组码和卷积码。c 根据监督元与信息元的关系，又分为为线性码与非线性码。d 按编码后每个码字的结构，又分为系统码与非系统码。e 按纠正差错类型，分纠正随机错误码和纠正突发错误码。2.8数字电视信号的调制数字信号在传送过程中，需要把视频基带信号调制到一定的载波上，江载波送入信道区传输。数字电视信号的调

26、制就是用数字基带信号调制射频正弦波振荡器的参数，如振幅、频率和相位等。数字电视常用的调制方式有：QPSK（四相移相键控）调制、QAM（正交幅度）调制和OFDM调制等。1）QPSK调制QPSK调制称为四相移相键控调制，Q代表正交、PSK代表移相键控，QPSK调制因其调制度不高，每个符号所需的功率较小，相应的所需的总发射功率也较低，所以QPSK调制主要应用于数字卫星电视广播传播系统。2）QAM调制QAM称为正交调幅调制，它是勇数字信号既调载波幅度，也调制其相位，使载波的幅度和相位均受控于数字信号。QAM调制主要应用于有线数字有线电视系统中，QAM的幅度和相位均携带信息，因此QAM调制度好，频谱利用

27、率高。3）OFDM调制OFDM由大量在频率上等间隔的子载波构成，各载波可用同一种数字调制方法，或不同的载波使用不同的调制方法加以调制。OFDM调制可克服地面电视广播存在的多径反射回波和同频干扰等问题。因此OFDM主要应用于地面数字电视广播系统中。3.数字电视技术的未来发展趋势我国数字电视发展很快，自从国家科技部于1995年批准实施中国高清晰度电视重大科技产业工程项目以来，我国的数字电视发展取得了举世瞩目的成绩。中央电视台于1996年1月开始，通过卫星传播数字化编码压缩的CCTV电视节目。接着，各省市也纷纷通过卫星转播各自的数字节目。从1997年元旦开始，我国卫星数字广播系统采用了DVB-S标准

28、。2000年以来，国家又设立了多项数字电视研发及产业化专项，重点是研究和制定自主知识产权的国家电视标准，进行数字电视产业化和应用推广试验，并把北京、上海、深圳作为试验区域。我国数字电视发展纳入了国家“十五”计划高新技术的几个重大专项之列，数字电视研究工作取得很大进展。目前全国已有49个城市成为开展有线数字电视整体转换的试点，还有一批城市也在积极尝试开展有线数字电视新业务。国家广电局对我国的数字电视发展作了全面规划，整个规划按应用区域分为四个阶段：第一阶段：2005年前，直辖市、东部地区（市）以上城市、中部地区省会和不封地级城市、西部地区部分省会城市的有线电视基本完成向数字化过渡。第二个阶段：2

29、008年前。东部地区县以上城市、中部地区地级城市和大部分县级城市、西部地区部分地级市以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。第三阶段：2010年前，中部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本上完成向数字化过渡。第四阶段：2015年前，西部地区县级以上城市的有线电视基本完成向数字化过渡。总结经过一系列的查找和研究，我对数字电视技术及其发展有了一定的了解。2001年，广电总局发布广播影视科技“十五”计划和2010年远景规划，明确提到2005年我国有线数字电视用户超过3000万户，2010年全面实现数字广播电视，5年停止模拟广播电视的播出；2003年5月20日，国家广电总

30、局发布我国有线电视向数字化过渡时间表，划分、时间，制定过渡计划及过渡办法；2003年，总局发布我国开始启动有线电视从模拟向数字整体转换，说明：“有线数字化的主要任务是从模拟向数字整体转换”，决定从2003年开始数字电视整体转. 我国目前有约4亿台电视机，12亿多的广播电视受众，有线电视用户超过1亿，广播电视是我国国家信息化的重要组成部分，有线电视数字化对国家信息化有着十分重要的推动作用，有线电视的数字化在满足人们对广播影视节目需求的同时，还能使人们充分享受信息化带来的各种好处，使每个家庭拥有一个集公共传播、信息服务、文化娱乐于一体的多媒体信息平台。致谢从开始写作至本论文最终定稿，总共花费了我一

31、个月以来所有的业余时间。虽说在繁忙的工作之余要完成这样一篇论文的确不是一件很轻松的事情，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨但我内心深处却满含深深的感激之情。本论文是在施继红老师的悉心指导下完成的。施继红老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在施继红老师的指导下完成的，倾注了施继红老师大量的心血。在此，谨向施继红老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持和无私的奉献；感谢我的母校给了我在