数字电视与高清晰度电视

数字电视与高清晰度电视

     ［摘要］ 文章介绍了数字电视的定义和按传输媒体、传输环节、业务和质量的分类。指出数字电视是指系统，高清晰度电视是指系统内的业务，同时给出ITU-R给高清晰度电视下的定义。介绍了美国、澳大利亚、新加坡决定采用各自数字地面电视广播标准的理由和准则。探讨了卫星、有线和地面电视广播系统实现数字化面临的不同问题，介绍了MPEG-2的基本原理和业务信息、有条件接收，以及在嵌入式系统和应用程序之间的中层协议。
    
    一、什么是数字电视和高清晰度电视
    
     对专业分类来说，通常是将有类似处理方法，有共同规律的东西归为一类。因此，凡在电视信号的获取、处理、传输和接收的过程中使用数字电视信号的，都可以称为数字电视系统或数字电视设备。这里数字电视信号可以是直接生成的数字电视信号，如动画、字幕机和数字摄像机产生的数字信号；也可以是由模拟信号经数字化以后产生的数字电视信号；也可以是经处理的数字电视信号，如MPEG格式的压缩数字电视信号。 数字电视在这里是广义的概念，数字电视系统可按节目制作，一次分配、二次分配、发送和接收分类；也可以按卫星传输系统，地面传输系统和有线电视传输系统分类；或按消费类、专业类和演播室数字设备分类；或按低清晰度、常规清晰度和高清晰度业务分类。因此市场上会出现多种多样的数字电视系统和设备。 关于"数字电视机"目前有两种不同的解释，80年代ITT公司就研制了一套数字处理芯片，在接收模拟电视信号的情况下，在模拟高、中频处理以后，经A／D转换成数字信号后进行数字处理，以便改进图像清晰度、降噪、倍行或用其他方法去闪烁。80年代末，国内为了推进该芯片在中国的应用，还成立过数字电视协会，严格地说应是"数字电视机芯片协会"。但因当时国内市场尚不成熟，推广不是很快，到90年代才有多种具有画中画、倍行和其他质量改进的"数字电视机"。这种数字电视机接收的是模拟电视信号，仍处在模拟传输的模拟系统中，更不?quot;全数字电视机"。但"数字电视"这一名词在模拟传输系统向数字系统转化时一直用于模拟系统中的数字设备。如数字录像机，数字摄像机，数字特技等。数字电视系统的出现，使数字电视系统和模拟系统中的数字设备的命名出现混淆，需要加以区别和说明。实际上，新的系统和原系统的主要区别在传输。新的数字电视系统的名称也并非一样，如美国的"数字电视"(DTV：Digital TV)专指美国地面数字电视广播系统。这是一个专用名词，不是前面我们说的广义数字电视的概念。而欧洲的地面数字电视广播系统是DVB-T。这样就出现了两种数字电视设备，接收模拟电视信号的数字设备和接收数字电视信号的数字设备，在模拟电视系统向数字转化的过渡阶段，应加以区分，一旦完成这一过渡，就不存在任何问题了。
    
     高清晰度电视是一种电视业务，原ITU-R给高清晰度电视下的定义是："高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象"。其水平和垂直清晰度是常规电视的两倍左右。配有多路环绕立体声。 所以，广义上说，数字电视是数字传输系统，是原有电视系统的数字化。数字电视系统可以传送多种业务，如高清晰度电视、常规清晰度电视、立体声及数据业务等等。下一代电视系统是可以传送普通清晰度电视和高清晰度电视等不同级别图像，集图像、声音和数据等多种业务的数字系统的认识是世界各国广播工作者和科学家在付出巨大代价后才得到的。
    
    二、广播电视发展的趋势
    
     大家都说，广播电视的发展趋势是数字化、网络化和信息化。实际上也是广播电视发展的几个阶段。首先是广播电视通道的数字化，对于电视的数字化，主要是卫星、有线和地面三大媒体。首先是卫星数字电视的发展，包括卫星电视广播和卫星电视直播，随后是数字有线电视，最后是数字地面电视。仅仅传输的数字化只是将传送媒体的通道数字化，只是选择了信道编码和调制方式。从信息交换的层次来说，是最低层物理层。而要交换信息，还必须网络化，要把千家万户和内容提供者和业务提供者连接在一起， 这在信息交换的层次中是传送层、链路层、会晤层和网络管理层。但数字化和网络化只是工具，信息化才是目的。这就要选择信息表述的方法、格式和信息压缩、检索的方法。要解决信息浏览，加密传送的方法。信息业务的开发最终成为关键。信息业务的三大媒体通信、广播和计算机正因广播电视数字化而最终融合。使多种业务能在各种通道中传送。电视通道有可能成为所有信息业务到达家庭的最佳途径。而要实现这一目标，广播环境要进行双向化改造，要把原来点到面的传送方式改造为双向传送。但这不是简单的双向化，是下行宽上行窄的双向化。而通信环境也要向非对称传送方向发展，以适应信息传送下行宽上行窄的特点。两个网进行各自的改造，逐步实现两网业务的互连和最终两网物理的融合。信息和业务本身也会有很大变化，不再是简单的话音、声音、图形、图像，可能是多种格式和媒体的组合。为了适应众多的格式和控制不同目的不同对象的传送，内容和业务本身附加一些功能。如可执行内容，本身带有格式的执行方式，可在特定环境中自动执行。
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    三、信息与载体的剥离数字系统和模拟系统不同，信息和载体的关系没有那么密切。
    
     在模拟系统中，信息及其所需的传输技术和承载的媒体之间密切不可分。人们一提起调频广播，尽管这是一个纯技术名称，但人们都知道这是高质量广播业务，而调幅广播则对应于低质量广播业务。因为相应的业务需要相应的技术来传送。而在数字通道中，首先是将信道最佳化，使其能传送最大的比特数和传输最可靠。至于如何安排业务，则可根据业务质量安排不同的比特数。数字化、网络化和信息化的结果就是使信息和载体逐步剥离。这将引起业务的重新划分，网络的重新划分、组织结构的调整和媒体传送方式的竞争。
    
    四、各种媒体均衡发展
    
     就原来的广播电视媒体来说，卫星、有线和地面三大媒体均衡发展是关键。我国和欧美不同，三大媒体均属广播电影电视总局管理，可以综合规划。我国幅员辽阔，对边远地区卫星传输显然是最佳途径。但在城市，高楼林立，互相遮挡，有的住户面对北面，不可能收到南方位于赤道上空的卫星信号。因此，有线电视的发展对于人口稠密的城市来说是经济有效的方式。加上有线电视的其他一些优点，如网络优势和多种业务，城市主要发展有线电视是最佳途径。究竟中国的地面数字电视如何推广，选用什么制式，播出什么类型的节目，应当有什么样的政策引导，是需要解决的问题。中国有中国的国情，与美国不一样，与欧洲也不一样。美国推出数字地面广播，第一位的原因是战略目标，美国在刚刚提出高清晰度电视时就意识到科学和技术是这场国际竞争的关键。1989年-1990年，美国参众两院的一些委员会、分委员会就HDTV举行了多次听证会，通过了"美国技术优胜地位法案"，认为美国产业在诸如高清晰度信息系统，先进制造技术和先进材料等领域的开发、设计和制造方面保持领先地位对美国至关重要，并制定了一系列措施以促进相关技术的发展。1987年成立高级电视顾问委员会(ACATS)，对建立美国高级电视的步骤、组织、技术进行了周密的准备。主要分为三步：第一步决定系统的选择准则，包括频谱利用、经济性和技术先进性的10条准则；第二步根据以上准则对参加竞争美国标准的系统进行测试；第三步对测试结果进行比较，试图选定其中最好的系统推荐为美国国家标准。第二位的原因是节省频率资源，美国FCC计划在模拟到数字转换结束时可以完全收回VHF频段并逐步实现电视频率收费。英国推动DVB-T也有类似的理由。
    
     我国是发展中国家，频率收费和限时转换都比较困难。地面数字电视广播的推广主要来自市场。由于地面数字电视可以做到便携接收和移动接收，可以供私人轿车和出租车后座观看。长途客车和火车乘客观看还需要大的单频网。中国地面数字电视发展的关键在数据广播和高清晰度电视。地面数字广播可以在原普通模拟电视频道内播出一套完整的高清晰电视节目，清晰度有大幅的提高、声音质量也有大幅的改善可以做到真正的家庭影院。但其发展不可能很快，不会象卫星，马上遍布全国。可以设想，高清晰度电视的推广首先是在主要的大城市，如北京、上海、广州、深圳等，主要瞄准商业用户如大商场的电视墙、街头的大屏幕，或设立高清影视。这样三种媒体有各自的优势，有各自的发展空间和时间，实现均衡发展。
    
    五、数字电视地面广播的主要问题
    
     地面广播受众多因素的影响，如多径问题，接收方式问题，接收区域问题，频率规划问题等。多径接收，是指因地形地貌，如山、房屋等反射，使到达接收点的信号不止一个。在模拟电视中的反映是重影，在数字接收中，某些特定相位的多径信号将使接收完全失败。在这种情况下，接收好坏不单单依赖于与发射台距离的远近，而且在很大程度上还依赖于接收信号之间的相位。接收方式是指固定接收，车载移动接收，还是便携接收。固定接收接有固定天线，电视机不能随便搬移，一般来说接收条件经调整后不再变化；便携接收可以是指在居室内使用机上天线，可以在居室内不同地点接收，因接收条件的变化而使信道特性有差异；另一种便携接收是可以将接收机装入衣袋，在户外低速移动接收。 移动接收，指车载高速移动接收，接收条件因地貌的不断变化而随之变化，同时因车速的变化还会受到多普勒效应频率变化的影响。接收地点是指由于接收地点离主发射台的距离变化和与其他发射台发射信号间相对关系的变化而引起的接收条件的变化。所有上述问题均使地面广播问题复杂化，使接收信道随时间、频率和地点而发生变化。 引起不同频率信号衰落的主要原因是多径接收，只要信号带宽大于延时时间的倒数，以接收时间倒数频率为周期，会出现周期性的衰落现象，这类似于一个信号通过延时线后原信号按不同比例加减而形成的数字滤波的情况相同。其结果使信道出现频率选择性。移动接收时，主信号和反射信号到达接收点的