本科毕业论文数字电视技术及发展趋势.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除分类号 密级 U D C 编号 本科毕业论文（设计）题 目 数字电视技术及发展趋势 院 （系） 专 业 年 级 学生姓名 学 号 指导教师 二一 年 六 月此文档仅供学习与交流目录内容摘要3关键词3Abstract3Key word31.概述4 1.1 数字电视定义4 1.2 数字电视与模拟电视的对比4 1.3 数字电视的特点5 1.4 数字电视的应用范围5 1.5 数字电视分类62.数字电视系统组成及关键技术6 2.1 数字电视系统构成6 2.2 数字电视关键技术63.数字电视的传输标准7 3.1 美国ATSC标准7 3.2 欧洲DVB标准8 3.3 日本ISDB标准9 3.4 三种数字电视标准的对比10 3.5 中国数字电视标准114. 数字电视的前景与趋势12 4.1 中国数字电视发展概述12 4.2 数字电视的前景14参考文献16致谢 内容摘要：当前，世界各国正面临着从模拟电视向数字电视演进的变革。和通信领域以往所有模拟技术向数字技术演进历程一样，在用户需求和科学技术进步的巨大拉动下，数字电视技术日趋成熟，在不断为人们提供更高质量、更多功能、更个性化的音视频节目服务的同时，逐渐成为电视系统的主流。但是，数字电视技术是一门复杂的通信技术，涉及通信的各个领域。本文试图从系统的角度出发，简单分析数字电视系统的关键技术和系统发展趋势关 键 词：数字 电视 技术 发展 趋势Abstract：In Nowadays, DTV (Digital Television) is a conception well-known to the world. But it is difficult to get systemic understanding about DTV from the point of technology view, for it includes too many complex technologies. So this article urge to giving a simple explanation for DTV technologies and system. It also introduces some key technologies and system structure about DTV. According to compare the difference between three standards of DTV system, which are set up by USA, EU, JAPAN respectively, and analyze the trend of telecommunication technologies, The article make some predictions about DTV technologies and its adoption in China. Key words：digital television technology develop trend1 概述11 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。12 数字电视与模拟电视的对比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。13数字电视的特点1.3.1 数字电视的优点（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18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。(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。1.3.2 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。14 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 数字电视分类（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）按图像清晰度可分为三大类：数字高清晰度电视(HDTV)、数字标准清晰度电视(SDTV)、数字普通清晰度电视(LDTV)（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；（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。2数字电视系统组成及关键技术21数字电视系统构成交互式数字电视系统由三部分组成：数字前端系统、双向传输网络和用户终端系统。数字前端系统通常划分为信源处理、信息处理和传输处理三部分，完成节目的数字化、加扰、授权和认证等功能；双向传输网络主要通过卫星、Cable、地面发射、MMDS等方式将节目传送到用户家中，回传可采用HFC回传通道、PSTN和其它网络；用户终端系统采用机顶盒（STB）收看数字电视节目或实现交互式功能，如收看付费电视、实现Internet浏览、远程教育等。2. 2 数字电视关键技术2.2.1 数字电视的信源(视频、音频)编解码技术在1920x 1080显示格式下，数字化后信号的数码率在传输中高达995Mbits，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995Mbits减少为20Mbits30Mbits。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。2.2.2 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2.2.3 数字电视的信道编解码及调制解调数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，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。我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。数字传输的常用调制方式有：正交振幅调制(QAM)：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。键控移相调制(QPSK)：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制(VSB)：抗多径传播效应好(即消除重影效果好)，适合地面广播。 编码正交频分调制(COFDM)：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。3 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。3.1 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24Hz32 欧洲DVB标准支持室内接收、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画面分辨率画面幅型比图像帧频率扫描方式1920x108016：925Hz30Hz隔行720x57616：9或4：350Hz逐行544x57625Hz480x576隔行/逐行352x576DVB-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：DVBNIP、DVB-RCC和DVB-RCT。(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-C11 DVB-PDH，DVB-SDH，DVBATM、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。33 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4804：334 三种数字电视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-2MPEG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。ATSC ATV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。三种标准数字地面广播系统的比较美国ATSC ATV欧洲DVB-T日本ISDB-T带宽5.6MHz6.6,7.6 MHz5.6MHz,432kHz调制8VSBCOFDM载频调制QPSK，16QAM,64QAMDQPSK，16QAM,64QAM多工方式MPEG-2系统编码MPEG-2编码(声音为AC-3)MPEG-2编码信息码率19.39 Mbs4.35Mbs31.67 Mbs5.6 MHz：3.68 Mbs21.46 Mbs432kMHz：283kbs1.65 Mbs移动接受不可以困难(有条件可以)可以3. 5 中国数字电视标准早在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。（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-4AVCH264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DVBS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。4 数字电视的前景与趋势4. 1 中国数字电视发展概述4.1.1 中国数字电视的发展规划目前数字化浪潮已经席卷全球广播电视行业，数字电视以其高质量、高容量、交互性好、增值业务承载能力强等优势成为历史发展的必然。美国和日本基本完成数字化，而中国也把数字化工作列入国务院重点，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。4.1.2 中国数字电视发展现状中国数字电视主要由有线数字电视、地面数字电视、卫星数字电视、IPTV网络电视四类通道构成，由于国内目前是有线数字电视为主体的发展方向，所以在有线数字电视正处于高速发展之中，中国数字电视的高速发展主要依靠有线数字通道拉动。2006年，中国数字电视用户市场规模达到1355.6万户，2007年，中国数字电视用户市场规模达到2963万户，2008年，中国数字电视用户市场规模达到5317万户，2009年，中国数字电视用户市场规模达到8326万户，预计到2015年，中国数字电视用户市场规模达到3.66亿户左右。 如图 中国数字电视用户市场规模（2006年至2015年） 单位：万户未来中国数字电视终端市场增长将依然以有线通道作为发展主体，在有线数字电视市场的带动下，地面数字通道、卫星数字通道也已经开始启动，不断扩大市场规模，中国数字电视用户市场将在有线、地面、卫星、IP等多通道发展中得到快速的发展。近年来我国提出了三网合一，所谓三网合一是指利用有线宽带网的优势，将电信、电脑、电视三种网络合而为一，形成规模优势的发展模式。伴随着网络媒体时代的到来，有线电视网络所孕育的产业机遇非常明显，宽带网的突起使三网合一的向传播成为可能。三网合一后的有线电视网络视频类双向传播可以为我们提供Internet接入、视频点播、电视电话、电视会议、远程教育及医疗、电子商务等各项服务。西方发达国家的经验表明，宽带三网合一技术在有线电视网络上的应用是可行的。当前国际上的有线电视网络正在大幅升值，资本流向非常明显，新产业诞生的所有条件几乎都已经具备。而我国的有线电视在向数字化、多功能化、产业化和大规模联网方向发展的过程中，也应当成为未来信息社会新兴的网络媒体支柱。随着中国电信的分解式改组，中国联通的整合式重组，中国有线电视网络也将进行产业化改造，中国电信一家垄断市场的局面将被打破，相对分工、适度竞争的局面将在中国的信息市场展开。要发展数字电视面临的问题还很多。一是原先电视台设备的更换，节目的制作成本高于模拟电视。这直接造成数字电视初期节目源紧张。二是数字电视的基础是双向电视网络，现有网络由单向改为双向改造成本较高，难度很大。三是我国数字电视标准的不确定也影响了数字电视的进程。4. 2 数字电视的前景随着美国、欧洲、日本、韩国和中国陆续开播数字电视和强制规定模拟电视终结时间表，数字电视市场正在快速崛起，为了抓住这一千载难逢的发展机遇，中国主要的数字电视开发商和制造商都在全力设计个性化的高性能数字电视产品，他们的主要努力方向大概可归结为以下几类：支持多种数字电视标准、大屏幕、高清化、互联网DTV、DTV+PVR、支持更丰富的互联接口，本文将努力从上述几方面为大家描绘出数字电视的未来发展蓝图。一、多标准数字电视由于目前欧洲、北美、韩国和中国等大多数主要地区仍处于模拟电视与数字电视的转换过渡时期，因此市场上仍然有不少希望既能接收模拟电视节目又能接收数字电视节目的多功能电视机，当然啦，数字电视开发商和制造商也不一定非要把这两项功能都做在一部电视机中，也就是所谓的数字电视一体机，他们也可以采用机顶盒+模拟电视的解决方案来实现。具体的解决方案可参阅本数字电视设计专栏的其它部分。 此外，美国市场要求从2007年3月1日起，所有新上市的模拟电视机和电视接收设备均必须安装数字调谐器，这意味着数字电视一体机将在美国市场占据统治性地位，而中国的数字电视的增量市场也对一体机有着巨大的需求。因此，未来数字电视一体机会占据越来越大的市场份额。 二、大屏幕数字电视 随着现代人起居室的不断变大，用户市场对大屏幕数字电视的需求也在不断增长。目前，总体上讲，LCD数字电视是业界的发展主流。但由于性价比的关系，一旦尺寸大到某一限度，LCD屏幕的成本就会急剧上升。传统上，业界认为40英寸是液晶和等离子电视的分界点，液晶电视更专注于40英寸以下领域，而等离子电视则适