小议数字电视的原理

数字电视是指电视的图像和音频用数字化信号发送。所以准确定义的数字电视除了指我们平时所说的数字电视接收机外,还包含了从发送、传输到接收的全过程。由电视台送出的图像及声音信号,经数字压缩和数字调制后,形成数字电视信号,经过无线介质或有线介质传送到数字电视接收机,然后通过数字解调和数字视音频解码处理还原出图像及伴音。

因为演播室质量的数字化电视信号的数据率约为200Mbps,高清电视在1920×1080显示格式下的视频传输码率高达995Mbps,如此高的数据率是无法在模拟电视频道带宽内传输的,因此必须要进行数据压缩。

首先是压缩信源编解码技术,这部分包括视频和音频压缩编解码技术。通过视频编码技术将模拟图声信号变为数字信号源,再进行MPEG-2压缩编码。MPEG-2支持标准分辨率的16:9宽屏及高清晰度电视等多种格式,其码率范围为3～40Mbps。压缩音、视频的主要任务是去掉信源的音、视频中的信息冗余,提高信源的有效性。压缩完的音、视频数据比特流经复用系统处理复合成单路串行的比特流,复用系统把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包(这是通俗的说法,其实是数据分组),然后再复合成单路。目前网络通信的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、交互性的基础。

接着是信道编码技术,信道编码技术主要采用数字电视信道的编解码及调制解调数字调制技术。目的是提高单位频宽数据传送率,增强数据流的可靠性,对信源编码后的数据包加上附加比特以及其他处理,使得经过信道传输后的数据流即使在受到损伤后,在接收端也能实现误码纠正,恢复出正确的数据。

然后就是数字电视的传输了,数字电视的传输方式有三种,一种是卫星传输,一种是有线传输,一种是地面传输。这三种数字电视的信源编码都采用MPEG-2的复用数据包,但由于它们的传输途径不同,因而在信道编码方面采用不同的调制方式。主要有以下方式:

1.正交振幅调制(QAM):这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式,正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制,利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。它的调制效率高,要求传送途径的信噪比高,它主要用于有线电视电缆传输。

2.键控移相调制(QPSK):在数字信号的调制方式中,QPSK四相移键控是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性,在电路上实现也较为简单。所以它的调制效率高,要求传送途径的信噪比低,用于卫星广播传输方式。

3.残留边带调制(VSB):VSB是介于SSB与DSB之间的一种调制方式,在VSB中,设法让一个边带通过,同时又保留另一个边带的一部分,因此这种方法称为残留边带调制。抗多径(即重影)传播效应好,适合地面广播。

4.编码正交频分调制(COFDM):它的基本思想通过采用允许子信道频谱重叠,但相互间又不影响的频分复用(FDM)方法来并行传送数据。它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。

最后一步就是信号的接受过程,接受信号的过程正好和发送信号的过程相反。这样就完成了整个数字电视的全过程。

由此我们可以看出,数字电视有以下优点:

1.图像清晰度好,音频质量高,支持5.1声道的数字环绕声节目源。

2.传输效率高。通过使用先进的信道编码和调制方法,一个频带内可实现多路、多套节目的同时传输。

3.数字电路成本低,无需调整和调谐,容易维修。

4.提供全新的业务方式。数字电视网、电信网和计算机网的结合,将提供更丰富的信息源、共享方式、交互方式,可扩大用户使用和控制信息使用的自由度。

5.便于信号的存储。可以存储多帧的电视信号,而且所用的存储时间与信号的特性无关。

6.实现高效的控制。与计算机配合不仅可以实现设备的自动控制和调整,很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术。

迄今为止,卫星数字电视、有线数字电视、地面数字电视均未形成太大规模,发展前景受多方面因素影响,趋势难料。有线数字电视优势明显,就如从前的模拟信号到有线模拟信号,强度有很大提升,加之合理的收费,在全国的普及速度可能很快。而地面信号还是依靠地面折射,信号相对较弱。因此鉴于有线数字电视的特点,仍有很大生存发展空间。而卫星数字电视在费用和信号双方面均有优势,在势均力敌情况下,终端产品的发展程度和技术储备在很大程度上将影响信号传输方式普及的推进。