数字电视技术论文范文

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1数字电视概念

1．1数字电视定义

数字电视是电视数字化和网络化后的产物。数字电视是一个系统，是指从电视节目采集、制作、编辑、播出、传输、用户端接收、显示等全过程的数字化，换句话说就是系统所有过程信号全是由O、1组成的数字流。

数字电视已不仅仅是传统意义上的电视，而是能提供包括图像、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。

1．2数字电视与模拟电视的对比

数字电视采用的技术与原模拟电视有着很大的不同。其技术比较见下表。

1．3数字电视的优势

1)现有模拟电视频道带宽为8MHz，只能传送一套普通的模拟电视节目。采用数字电视后一个频道内就传送1—8套数字电视节目(随着编码技术的改进，传送数量还会进一步提高)，电视频道利用率大大提高。

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

特点

信号数据量少，技术成熟．价格便宜

信号不易在传输中失真，清晰度高，占用频带窄。数字电视信号可方便地在数字网络中传输，与计算机具有良好接口。

2)清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强。在同样覆盖范围内，数字电视的发射功率要比模拟电视小一个数量级。

3)可以实现移动接收、便携接收及各种数据增值业务，实现视频点播等各种互动电视业务，实现加密／解密和加扰／解扰功能，保证通信的隐秘性及收费业务。

4)系统采用了开放的中间件技术，能实现各种交互式应用，可与计算机网络及互联网等的互通互连。

5)易于实现信号存储，而且存储时间与信号的特性无关，易于开展多种增值业务。

6)由于保留了现有模拟电视视频格式，用户端仅需加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目，利于系统的平稳过渡，减少消费者的经济负担。

1．4数字电视的应用范围

1)基本业务：只要节目源许可，用户可以收看数百套数字电视节目，以及几十套调频广播节目和数字音频广播(DAB)节目。

2)扩展业务：可提供如图文电视、电视会议、数据信息广播、加密电视、视频点播等。

3)增值业务：可通过双向传输系统进行交互式的多功能应用，如互联网接入、远程教学、远程医疗、电子邮件、计算机联网、数据通讯、家庭保安监控等多媒体信息服务。

1．5数字电视的弱点

数字电视并不是完美无缺的，它同样存在着一些弱点。例如在取样的过程、量化误差、压缩编码所带来的信号损伤，在节目制作及传输过程中贯通延迟。有些损伤可以修复，并不影响图像的最终质量，而有些损伤只能通过一些补偿措施削弱它的影响，但这并不能影响电视领域向数字化的转变。与电视信号数字化后所带来的好处相比，这些影响往往会被忽略。

2数字电视分类

2．1按信号传输方式可分为: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)。

2．2按图像清晰度可分为三大类

1)数字高清晰度电视(HDTV)：需至少720线逐行或1080线隔行扫描、屏幕宽高比应为16：9、采用杜比数字音响，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信号，图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平。

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，采用杜比数字音响。对应现有电视的分辨率，其图像质量为演播室水平。

3)数字普通清晰度电视(LDTV)：显示扫描格式低于标准清晰度电视，即低于480线逐行扫描的标准。对应现有VCD的分辨率。

2．3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；

2．4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。

3数字电视技术

数字电视的实现，以下几项技术是关键：

3．1数字电视的信源(视频、音频)编解码技术在1920x1080显示格式下，数字化后信号的数码率在传输中高达995Mbit／s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多，因此必须去除图像信号中的多余信息，将数码率压缩到能在一个8MHz模拟电视信道中传送。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995Mbit／s减少为20Mbit／s～30Mbit／s。国际组织已经制定了对图像进行压缩编码的标准有JPEG(静态图像压缩编码标准)、MPEG-2(运动图像压缩编码标准)等。音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。对伴音进行压缩编码标准有MPEG伴音压缩编码标准、AC-3等。

3．2数字电视的复用系统

数字电视的复用系统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，送给信遭编码及调制。接受端与此过程相反。在HDTV复用传输标准方面，美国、欧洲、日本都采用了MPEG-2标准。

3．3数字电视的信道编解码及调制解调

为了提高传输的频带利用率，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。数字电视采用多进制调制方法，例如：残留边带调制(VSB)；正交振幅调制(QAM)；四相相移键控调制(QPSK)；差动四相相移键控调制(DQPSK)；编码正交频分复用调制(COFDM)等。

为了提高数字电视传输的可靠性，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，方法如：里德一索罗门码、卷积码、交织、格状编码调制等。美国、欧洲、日本数字电视的制式、标准不统一，主要是指在该方面的不同。

4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、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。

4．1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

支持室内接收、移动接收等需求，包括4个系统。

1)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数字有线电视广播系统标准。系统前端可从卫星和地面发射获得信号。

pWB-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。

2)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标准定义的画面格式

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。

3)DVB交互业务服务：对应标准有：DVB—NIP、DVB-R．CC和DVB-R．CT。

4)DVB条件接收及接口标准：条件接收是付费电视广播的基本部分。DVB数字广播系统与其他电信网络(如SDH、ATM等)连接，可实现DVB向电信网络的过渡。标准包括：DVB-C11DVB-PDH，DVB-SDH，DVB—ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。

DVB成员已经达到265个(来自35个国家和地区)，主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院和TCL电子集团也在其中。

4．3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。

频编码

4．4三种数字电视标准的对比

无论哪一种制式，它们的视频压缩技术都采用了MPEG-2标准，但是由于美国和欧洲等在模拟电视的制式的差别，为了兼容性，它们的视频采样格式也存在差别，主要体现在行和列的分辨率及场频等。

在数字电视信号的传输中，卫星传输一般采用QPSK调制技术，电缆传输一般采用QAM调制技术，但地面传输采用的技术则在不同的制式中存在很大差别，如美国的ATSC采用的是VSB调制技术，而欧洲的DVB和日本的ISDB则使用oFDM调制技术。

服务信息是指在数字电视中开展增值服务所用的数据，美国ATSC制式中的PSIP部分和欧洲DVB制式中的SI部分分别规定了各自数字电视中的服务信息格式。

ATScATV优点：频谱效率高、功率峰均比低，明显地减少了脉冲干扰。可将与原模拟NTSC信号的同频和邻频干扰减至最小。缺点是不能抵抗多径干扰，不支持移动接收。

DVB-T优点：在基于大量小功率、工作在同一频道的众多发射机，每一个均覆盖一个较小的区域的这样一种单频网络来说，DVB是一三种标准数字地面广播系统的比较

种最佳选择。同时提供了良好的移动接收性能。缺点是：其载／噪比低于8-VBS，并且限制了信号的有效传输距离，对来自于电机的脉冲干扰较敏感，较高的峰／均值比，并且需要较高功率的发射机，保护间隔降低了频谱效率并明显减少带宽的比特／赫兹率。

ISDB-T和DVB-T非常类似，根据分层和窄带接收同时实现固定、移动和便携接收，是日本制式的特点；与DVB-T相比，ISDB-T增加了部分接收和分层传输功能。

5中国的数字电视

早在1996年，我国便开始了数字电视的研究工作，数字电视被列人原国家科委“八五”重大科技产业工程项目，并成立了数字高清晰度电视的总体组。1999年10月，高清晰度方案被成功用于国庆50周年大典的数字电视现场直播。后国家将数字电视发展计划纳入“十五”高新技术的12个重大专项之列，数字电视研究工作全面启动。

5．1中国数字电视标准

1)信源编码技术标准：

中国的数字音视频编解码标准工作组制定了面向数字电视和高清激光视盘播放机的AVS标准。该标准与MPEG-2标准完全兼容，也可以兼容MPEG-4AVC／H．264国际标准基本层，其压缩水平可达MPEG-2标准的2-3倍。

2)信道传输技术标准

中国的卫星数字电视标准采用欧洲DVB—S标准。

中国有线数字电视的标准还在报批过程中，大中型城市有线电视台多采用欧洲的DVB-T标准在试播。

中国的地面数字电视标准方案目前还在制定过程之中。

3)条件接收系统标准(CA)、用户管理系统(SMC)已制定完成。

5．2数字电视现状及发展：

1)中国数字电视规划：

国家广电总局制定了《我国有线电视向数字化过渡时间表>。

2003年数字电视标准出台(未按期实现)。

2005年进行数字电视的商业播出，有线数字电视用户超过3000万户，直辖市、东部地区地(市)级以上城市、中部地区省会市和部分地(市)级城市、西部地区部分省会市的有线电视完成向数字化过渡。

2008年用数字电视转播奥运会，东部地区县以上城市、中部地区地(市)级城市和大分县级城市、西部地区部分地(市)级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。

2010年全面实现数字广播电视，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完成向数字化过渡。

2015年停播模拟信号，西部地区县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。

2)数字电视现实的困难：

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通过进行最高码率、最低码率以及优先级等参数的设置与调整，能够优化信号传输系统。在保证统计复用组内带宽充分的情况之下，通过调整最高码率，让其与输入码流一致，能够使得节目码流全都通过统计复用器，从而保证了图像的质量。调整最低码率，能够有效地过滤掉噪声大、质量差的码流，去其糟粕取其精华，从而提升了信号的整体质量。另外，对TS流设置优先级，在统计复用器的处理过程中，通过运行统计复用算法，实现对TS流的优先级控制。根据节目的收视率和输入信号的质量进行精心调整，可以使得有线数字节目运营商受益。

2.统计复用技术的应用研究

2.1统计复用技术在互动电视系统中的应用

视频点播是互动电视的重要功能。用户通过STB发射点播信号，通过CMTS回传通道，将点播信息发送到VOD服务器，互动电视系统中的VOD服务器在接收到点播请求之后，将点播的节目数据流SPTS输送到各地市的交换机中，通过交换机将信号输送到分机房的IPQAM设备上，经过调制后，将信号进行发射，最后由机顶盒中的接收天线进行接收，完成视频点播服务。随着各地加大互动业务的推广力度，用户的点播数也产生了大幅度的增长。然而，在点播高峰期，视频通道的负荷可达80%，视频通道与用户需求之间产生了较大的矛盾，为满足用户的点播需求，必须扩大视频通道，而视频通道的扩容成本高，建设周期长。另外，有些地区的分机房的IPQAM设备不足，也无法满足用户的点播需求。在这样情况下，通过引入统计复用技术，能够在不影响画面质量的前提下，通过对视频服务器要输出的TS流进行管理，实现单频点TS流增加50%的效果。这就相当于扩大了50%的视频通道容量。另外，在一些点播热点区域，利用统计复用技术，电视台通过修改前端的相关参数，就能够将服务器要发出的信号进行压缩，节省通道的占用，在点播量出现下降的时候，通过恢复相关设置就能实现功能的恢复。利用统计复用技术实现了互动电视系统的“软控制”。

2.2统计复用技术在地面数字电视中的应用

MPEG—2作为较为成熟的一种音频视频编码技术，被广泛应用于有线数字电视、卫星数字电视、制作数字电视节目和视频光盘等领域。地面数字电视广播，由于地面传输环境的复杂，容易发生多径反射现象，容易发生信号的衰减，而且传播过程中干扰信号多，因此信号传输通道的负荷量就比较低。在一些县级电视单位，无法直接复用卫星信号的TS流，加之，频率资源有限。因此，往往会在一个频点中压缩8~10个以上的电视节目，影响了节目的画面质量，也造成了资源的浪费。利用统计复用器能够实现对MPEG—2传输流的再复用，完成多节目的传送，实现数字电视节目的传输。仅1U高度的统计复用器就能够对192个HD数字MPEG—2业务的码流进行重组、复用以及码率转换等。而这些MPEG—2业务可以是音频、视频，也可以是SPTS、MPTS。而且利用统计复用技术能够直接复用卫星TS流，减少了中间环节，智能地对输出的节目码流进行分配，保证了数字电视节目的图像质量。另外，在一些县级地面数字电视广播中，实测码率仅为1.6Mbps，采用统计复用技术后，提高了图像分辨率，在42英寸的液晶电视机上画面质量仍然为人们所接受。

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二、数字电视地面广播技术应用分析

（一）车载移动电视

我国在2002年推出了公交车移动电视服务，上海因此成为我国第一个公交车上有移动电视服务的城市，同时也成为世界第二个普及移动电视的城市。自此，我国正式进入数字电视地面广播技术应用的实施阶段。上海是继新加坡之后世界上第二个普及移动电视的城市，并组建了经济实用的数字电视地面广播单频网，覆盖率在90%以上。移动电视技术的关键在于移动接收，即车载高速移动接收，接收情况如何会受到很多因素的影响，如车速变化、环境变化，同时多普勒效应频率变化也会对接收情况有一定影响。其中，多普勒频移和动态多径问题是移动接收需要解决的主要问题。我国一直在研究适合自己的数字电视地面广播标准，我国的DTTB制定原则为：传输信息量大，抗干扰能力强，兼容现有模拟广播电视，灵活性强，具有可扩展性。

（二）手机电视

电视可以说是最大的媒体，如今电视也在不断地与手机相融合，让人们无论在什么地方都能看到电视节目，如电子报纸、商务电视、新闻和购物等，这不仅可以增加电视业的收入，将电视节目浓缩在重量轻、体积小的产品中成为了可能，电视广播节目内容也因为数字电视地面广播技术与通信技术的融合变得更丰富。手机电视的节目码率较低，主要是因为其屏幕大小受限制，因此在DVB-T的IP数据广播下，由于带宽仅占100KHz到380KHz之间，所以如果电视频道为8MHz，则可以传送25到80套电视节目。然而地面电视广播每个节目所占带宽约2-5MHz，同样为8MHz的电视频道，地面电视广播只能传送3到4套节目。虽然DVB-T在便携、移动和固定接收方面都有较为出色的性能，但如果用于手机接收地面DTV信号就会存在性能、功耗和移动网络是否能够灵活设计等问题。

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二、频率合成器

频率合成器的主要功能为输出调制需要的视频载波本振信号频率，为单频网提供参考时间和参考频率。载波频率的产生通过PLL（锁相环频率合成器）完成。PLL回路包括一个恒温VCXO（压控晶体振荡器），带宽为10MHz。输出的每个频率都与10MHz基准频率同步，10MHz基准频率的频率精度较高，较高的频率精度可降低噪声和确保短期的稳定性。5控制电路数字激励器一般都配有可实现远程遥控的RS232接口，同时安装以工控机为核心的控制处理单元。控制处理单元提供了发射机当前的运行状态信息、故障报警信息、参数配置信息、发射机的开启与关闭及历史记录等信息。通过操控工控机可以显示功放系统内部各功放模块的实时状态，控制单元通过外接传感器监测发射机各装置，管理发射机的全部操作。