數(shù)字電視概述信源編碼信道編碼數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視接收第11章數(shù)字電視原理數(shù)字電視發(fā)展史數(shù)字電視的分類與特點數(shù)字電視系統(tǒng)架構(gòu)數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)電視信號的數(shù)字化視頻信號壓縮編碼本節(jié)內(nèi)容簡介：教學(xué)重點：

1、數(shù)字電視的分類與特點；

2、模擬電視信號的數(shù)字化、視頻信號壓縮編碼。教學(xué)難點：數(shù)字化過程、視頻信號壓縮編碼。教學(xué)目的：

1、了解數(shù)字電視發(fā)展史、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)；

2、掌握數(shù)字電視的分類與特點；

3、理解模擬電視信號的數(shù)字化、視頻信號壓縮編碼方法。數(shù)字電視DTV：11.1

數(shù)字電視概述從電視信號的攝取、節(jié)目制作、存儲、發(fā)射、傳輸?shù)叫盘柦邮铡⑻幚?、重現(xiàn)等全過程完全數(shù)字化的電視系統(tǒng)。它是用數(shù)字技術(shù)來處理電視信號的一門高新技術(shù)，是信息技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)和微電子技術(shù)等綜合應(yīng)用的結(jié)晶。

數(shù)字?jǐn)z像節(jié)目制作存儲發(fā)射傳輸信號接收信號處理數(shù)字揚聲器數(shù)字顯示器0/10/10/10/10/10/10/10/1TCL展示數(shù)字電視

JVC高畫質(zhì)等離子和液晶數(shù)字電視

康佳液晶電視美圖

康佳推出數(shù)字電視一體機

1600萬像素的數(shù)字高清電視閃亮登場

1.世界數(shù)字電視發(fā)展

(1)20世紀(jì)80年代，德國的ITT公司推出了世界上第一臺數(shù)字視頻處理彩色電視機；

(2)1982年，新一代數(shù)字式電視接收機由美國公司率先研制成功，83年正式生產(chǎn)并投放市場；

(3)20世紀(jì)90年代，歐、美、日等國家制定了現(xiàn)代數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)；11.1.1

數(shù)字電視發(fā)展史

(4)95年9月15日，美國正式通過ATSC數(shù)字電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

(5)90年代中期，歐盟制定了DVB數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)。

(6)1996年4月，法國第一個開始數(shù)字電視商業(yè)廣播；

(7)1998年，美國開始了數(shù)字電視廣播；(8)1999年，日本推出了ISDB數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)；

2.我國數(shù)字電視發(fā)展及規(guī)劃

(1)20世紀(jì)90年代初，我國開始數(shù)字電視技術(shù)的研究，計劃在MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)上制定自己的數(shù)字電視系列標(biāo)準(zhǔn)；

(2)1998年9月，中國的數(shù)字電視廣播HDTV-T在中央電視塔上廣播試驗成功；

(3)1999年國慶閱兵進(jìn)行了HDTV直播，通過衛(wèi)星向全國傳送8套全數(shù)字壓縮的數(shù)字電視節(jié)目；

(4)“數(shù)字電視地面?zhèn)鬏攪覙?biāo)準(zhǔn)”于2006年8月18日正式批準(zhǔn)成為強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，2007年8月1日起實施。(5)我國數(shù)字電視發(fā)展規(guī)劃：第一階段：到2005年實現(xiàn)普通電視的數(shù)字化；第二階段：到2010年全部設(shè)備實現(xiàn)數(shù)字化；第三階段：到2015年，圖象質(zhì)量達(dá)到35mm電影膠片質(zhì)量，并徹底停止模擬電視廣播。11.1.2

數(shù)字電視的分類與特點1．?dāng)?shù)字電視的分類數(shù)字電視接收設(shè)備數(shù)字電視顯示設(shè)備按用途分類地面無線傳輸衛(wèi)星傳輸按信號傳輸方式分類有線傳輸（a）（b）數(shù)字電視顯示器一體化數(shù)字電視接收機按產(chǎn)品類型方式分類數(shù)字電視機頂盒（c）低清晰度數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視按清晰度方式分類高清晰度數(shù)字電視4﹕3數(shù)字電視顯示設(shè)備16﹕9數(shù)字電視顯示設(shè)備按信號圖像幅型比方式分類（d）（e）LDTVSDTVHDTV2.數(shù)字電視特點及先進(jìn)性：與模擬電視相比較，數(shù)字電視具有以下特點及先進(jìn)性：（1）數(shù)字電視抗干擾能力強；（2）頻帶利用率提高，可實現(xiàn)信道多工復(fù)用；（3）信號發(fā)射功率降低，便于實現(xiàn)加解密、加解擾；（4）易存儲，易實現(xiàn)數(shù)字特技，提高圖象質(zhì)量；（5）采用VLSI技術(shù)(超大規(guī)模集成技術(shù))，可增強系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；（6）輸出信號具有擴展性，可分級性、和互操作性。11.1.3

數(shù)字電視系統(tǒng)架構(gòu)完整的數(shù)字電視系統(tǒng)由以下三部分共同組成。數(shù)字節(jié)目制作平臺數(shù)字電視信號傳輸平臺數(shù)字電視接收終端1.數(shù)字電視系統(tǒng)基本架構(gòu)：2.數(shù)字電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字信號源視頻編碼器音頻編碼器數(shù)據(jù)編碼器節(jié)目流復(fù)用器傳送流復(fù)用器RS編碼/交織TCM編碼QAM或QPSK或VSB調(diào)制或OFDM形成調(diào)諧器解調(diào)/解擾/RS解碼/解交織/TCM解碼解多路復(fù)用MPEG-2解碼傳送流輔助數(shù)據(jù)等（信源編碼/數(shù)字源制作）（信源）（信道編碼/存儲）（信宿）數(shù)字顯示器數(shù)字揚聲器1.數(shù)字電視信源編解碼技術(shù)

該技術(shù)主要是解決信號傳輸?shù)挠行詥栴}。11.1.4

數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)2.數(shù)字電視復(fù)用、解復(fù)用技術(shù)復(fù)用是將多路視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路的串行比特流，接收端與此正好相反。3.數(shù)字電視信道編解碼技術(shù)提高信號的抗干擾能力，即提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?.數(shù)字電視加解擾技術(shù)在復(fù)用器中加干擾信號使授權(quán)用戶才能正常接收看。

5.數(shù)字電視調(diào)制解調(diào)技術(shù)通常有：QAM、QPSK、VSB、、COFDM、SSM。6.高清晰度大屏幕顯示技術(shù)解析度為：1920×1080；尺寸大于25英寸；幅型比為：16：9。7.高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

高速寬帶的接入網(wǎng)和互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)是數(shù)字電視系統(tǒng)的有力保證。11.2

信源編碼取樣：11.2.1

電視信號的數(shù)字化（1）取樣過程：t0A（b）將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時間上離散的模擬量的過程。At（a）0At（c）00fmaxf（x）0f（y）2fsfs0f（z）2fsfs（2）模擬信號取樣前后波形與頻譜的變化：At（a）0tA（b）0At（c）0●復(fù)合編碼中：通常對復(fù)合視頻信號編碼僅需一個取樣頻率。

NTSC取為12.7MHz或10.7MHz；

PAL為13.3MHz或17.7MHz。（3）數(shù)字電視取樣頻率：●分量編碼中：亮度信號的取樣率為13.5MHz；色差信號的取樣頻率均為6.75MHz；伴音通道取樣頻率一般為36KHz或48KHz。2.量化：（1）量化過程（見右圖）01△2△3△4△5△6△7△8△vt2TT3T4T5T6T7T8T9T4△7△8△7△6△5△4△2△1△將采樣后時間上離散的模擬量轉(zhuǎn)換成某個確定的最小單位的整數(shù)倍的過程稱為量化。（2)數(shù)字電視信號量化準(zhǔn)則（分量編碼方式）：

●伴音：14bit量化；●亮度：8bit量化；

●色度：6bit量化。3.編碼：時刻輸入信號二進(jìn)制編碼

T4△01002T7△01113T8△10004T7△01115T6△01106T5△01017T4△01008T2△00109T1△0001（1）編碼過程：01△2△3△4△5△6△7△8△vt2TT3T4T5T6T7T8T9T4△7△8△7△6△5△4△2△1△將量化后的電視信號電平轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的過程。

（2）數(shù)字電視編碼：●伴音信號：用14bit偏移二進(jìn)碼，分辨率約80dB；●亮度信號：用8bit自然二進(jìn)碼或格雷碼，分辨率約40dB；●色度信號：用6bit偏移二進(jìn)碼，分辨率約20dB。

4、編碼方式（1）復(fù)合編碼方式：●指直接針對復(fù)合視頻信號進(jìn)行取樣、量化、編碼。●復(fù)合編碼框圖（見下圖）低通濾波取樣器量化器編碼器●復(fù)合編碼方式特點：碼率低、設(shè)備簡單、圖象質(zhì)量較差。（2）分量編碼方式●分量編碼是對亮度信號、兩個色差信號分別進(jìn)行取樣、量化、編碼、時分復(fù)接和傳輸?！穹至烤幋a框圖（見下圖）全電視信號輸出取樣器低通濾波量化器編碼器取樣器低通濾波量化器編碼器取樣器低通濾波量化器編碼器亮色分離數(shù)字全電視信號編碼EYEB-YER-Y●分量編碼方式特點：圖象質(zhì)量好，但設(shè)備造價高昂。11.2.2視頻信號壓縮編碼1、視頻壓縮編碼必要性分析（1）各種信息媒體的傳輸碼率（見下表）：媒體種類傳輸碼率壓縮后碼率突發(fā)性峰值/平均峰值數(shù)據(jù)、文本、靜止圖象155bps~12Gbps﹤1.2Gbps3~1000語音、音頻64kbps~1536kbps16~384kbps

1~3視頻、動態(tài)圖象3~166Mbps56kbps~35Mbps

1~10HDTV1Gbps20Mbps-（2）現(xiàn)有模擬電視傳輸信道帶寬為8MHz，而經(jīng)數(shù)字化后的數(shù)字電視信號帶寬遠(yuǎn)大于8MHz，可達(dá)108MHz。2.視頻信號壓縮編碼可行性分析；（1）視頻圖象壓縮編碼機理通常利用兩個基本原理：●利用圖象信號的統(tǒng)計特性；

●利用人眼視覺的視覺特性。結(jié)論：數(shù)字視頻信號必須經(jīng)過壓縮編碼后才能送入現(xiàn)有信道傳輸。（2）四種數(shù)據(jù)壓縮編碼方法：●利用空間冗余度的編碼方式：DCT編碼、差分編碼DPCM（一維預(yù)測編碼）、幀內(nèi)預(yù)測編碼（二維預(yù)測編碼）、行游程編碼（對量化后的DCT系數(shù)編碼）；●利用時間冗余度的編碼方式：差分編碼DPCM、預(yù)測編碼（主要是幀間預(yù)測編碼）；●利用視覺冗余度的編碼方式：離散余弦變換編碼DCT；●利用統(tǒng)計冗余度的編碼方式：可變字長編碼VLC，即霍夫曼編碼。3、視頻信號壓縮編碼基本原理（1）圖象預(yù)測編碼：●圖象預(yù)測壓縮編碼的思想：絕大多數(shù)圖象在局部空間和時間上具有連續(xù)變化性，即原始圖象數(shù)據(jù)具有很強的相關(guān)性，因而可以通過對一個或多個像素的觀測，預(yù)測出未來相鄰像素的估計值，這就是預(yù)測編碼的思想?！駡D象預(yù)測編碼的原理：是用已傳輸?shù)南袼刂祵Ξ?dāng)前像素值進(jìn)行預(yù)測，再對當(dāng)前像素的實際值與預(yù)測值之差值（預(yù)測誤差）進(jìn)行編碼傳輸，在接收端，對收到的預(yù)測誤差的碼字解碼后再與預(yù)測值相加，便可得到當(dāng)前像素值。xn`xn量化器編碼器解碼器預(yù)測器預(yù)測器信道－－＋enxn`en′xn``en′xn``●線性預(yù)測壓縮編碼（DPCM）系統(tǒng)（見下圖）：（2）Huffman編碼（可變字長編碼VLC）：

●Huffman碼編碼原理：

采用可變字長碼，對于數(shù)據(jù)符號出現(xiàn)概率大的，配置字長短的碼字，反之則反之。編碼后，平均碼長減小，碼率降低。例題：信源數(shù)據(jù)xi：x1x2x3x4x5x6x7x8出現(xiàn)概率：0.180.200.190.0050.170.150.100.005Huffman碼01x200x3111x1110x5101x61001x710001x810000x4x10.18x20.20x30.19x50.17x60.15x70.10x80.005x40.005數(shù)據(jù)符號出現(xiàn)概率1011010100001110.010.110.260.610.350.39（3）離散余弦編碼DCT：

●

DCT變換是無損編碼，本身不能壓縮數(shù)據(jù)，但原始圖像數(shù)據(jù)完成DCT變換，可方便粗量化處理實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮?！馜CT編解碼系統(tǒng)（如下圖示）

8X8子塊碼子輸出f（x.y）F（u.v）Q（u.v）原始圖象數(shù)據(jù)DCT變換量化器編碼器輸入碼子輸入f（x.y）F（u.v）Q（u.v）8X8子塊重建圖象數(shù)據(jù)逆量化解碼器IDCT反變換輸出傳輸信道4、MPEG系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)

MovingPictureExpertsGroup，活動圖像專家組（1）MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)：1992年11月推出主要內(nèi)容包括：

●系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：描述了數(shù)字音、視頻和輔助數(shù)據(jù)流等復(fù)用和同步的方法；

●視頻標(biāo)準(zhǔn)：描述了數(shù)字視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，壓縮比可達(dá)200:1；

●音頻標(biāo)準(zhǔn)：描述了數(shù)字音頻數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，壓縮比可達(dá)10:1。（2）MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)：于1994年11