广播电视新技术发展现状及趋势.ppt

广播电视技术发展现状及趋势,冯锡增dabfxz2012.7.17,主要内容,广播电视技术发展简单回顾；技术发展的微观方面；技术发展的宏观方面；热门话题：3DTV、超高清电视、移动电视、IPTV、三网融合、NGB,HbbTV、数字声音广播、,一简单的历史回顾,无线电发明至今不过百年；无线电发明之前，前人做了大量的基础工作；,麦克斯韦,赫芝,马可尼,简单的历史回顾,JohnBardeen,WilliamShockleyWalterBrattainatBellLabs,1948.,爱迪生,兹沃尔金,电视技术的发展历程,1电视的诞生,19世纪末，少数先驱者设想并开始研究设计图像的传送技术。1873年英国科学家约瑟夫梅发现硒元素的光电特性，为后来电视技术的的发明奠定了基础。,P.Nipkow,“尼普柯夫圆盘”上螺旋形排列着一些孔洞，当这个盘子旋转时，通过每个孔洞可以浏览一幅图像的一行，光线透过这个孔洞照在这幅图像便完成了一次行扫描，硒光电池将图像的反射光转变成电信号，下一个孔洞顺序扫描紧挨着的那部分图像，直到完整的图像全部被扫描。,1883年圣诞节（一说为1884年），德国电气工程师尼普柯夫（P.Nipkow）用他发明的“尼普柯夫圆盘”使用机械扫描方法，作了首次发射图像传送的实验。每幅画面有24行扫描线，图像相当模糊。,1923年，美籍俄国人兹沃尔金（V.K.Zworykin）发明静电积贮式摄像管，后来又发明电子扫描式显像管，这是近代电视摄像术的先驱。在1929年11月18日，Zworykin示范他的全部电子电视接收器。,V.K.Zworykin,1939年前后使用电视显象管和摄像管,1908年，英国肯培尔.斯文顿、俄国罗申克夫提出电子扫描原理，奠定了近代电视技术的理论基础。,19271929年，贝尔德通过电话电缆首次进行机电式电视试播，并进行短波电视试验，英国广播公司开始试验播发电视节目。1936年11月2日是一个值得纪念的日子，位于英国市郊的亚历山大宫的英国广播公司电视台开始正式播出。这是世界上第一座正式开播的电视台，人们把这一天作为电视事业的开端。英国正式开播的电视在开始时仍为机电系统，4个月后被电子系统取代。,1925年，英国的贝尔德（J.L.Baird），根据“尼普科夫圆盘”进行了新的研究工作，发明机械扫描式电视摄像机和接收机。当时画面分辨率仅30行扫描线，扫描器每秒只能5次扫过扫描区，画面本身仅有2英寸高、1英寸宽。1926年，贝尔德向英国报界作了一次播发和接收电视的表演，开创了电视技术研究的先河。,MZTV博物馆的J.L.BairdTelevisor,1941年，美国国家电视标准委员会确定美国的电视技术标准为每秒30帧、每帧525行。（就每帧行数和场频来说，现行电视标准主要有525行/60帧和625行/50帧两种）同年7月1日，美国联邦通信委员会正式批准建立美国第一座电视台全国广播公司的纽约WNBT电视台。,RCATRK91939(美国),RCATRK121939(RCA:美国无线电公司),广播电视科技历史上的一些重大突破,无线电的发明,调频技术,光电管,PCM的提出,录像机,微波传送,人造卫星,激光的发明,模拟高请电视,IC技术,数字压缩,PC技术,1900,2000,晶体管,光纤,广播电视的历史在二十世纪,晶体管,高锟,第一台计算机,摩尔,二微观方面的技术发展,1.器件的演变：电子管晶体管集成电路PC、FPGA、CRTLED、PDP2.信号形式的演变：模拟信号数字信号。3.信号调制方法的演变：调幅调频OFDM4.信号处理方法的演变：模拟处理方法数字处理（频带压缩）,4.5寸超正析像管,3寸超正析像管,1.25寸氧化铅摄像管,1寸Vidicon,寸Vidicon,尺寸是指靶面直径,典型的CCD器件,新的调制方法,调频,调幅,正交频分复用（）,与制作有关的新技术,虚拟演播室非线性编辑硬盘化网络化媒体资产管理,信源和信道编码的进展,信源:MPEG-4,H.264到.265信道：RS码，格形编码，加速码(TurboCode)效率能更接近山农极限。另外，COFDM，S-COFDM，CDMA，CDMA-SOFDM也得到了广泛应用。,内容及与内容相关技术的进展,版权的保护（水印）和保险计算机广泛应用的“可执行内容”方式元数据（MetaData）MPEG-7有关内容和对象的描述标准SMPTE/EBU比特流节目素材交换标准API：MHP,DASE,ATVEF嵌入式操作系统，维纳斯，女娲，Linux选择方法的变更，网上广播和个人电视,与广播电视传输有关的新技术,卫星技术的发展（功率越来越大，转发器数量多，寿命越来越长）；各种新制式的提出（欧洲用DVB-S2）；新调制方法的使用:OFDM；硬件仍有发展；有线电视网络向宽带网发展；网络用于广播电视和流媒体。,例子：卫星Internet,与接收有关的新技术,各种新显示技术的商品化;数字信号处理技术的应用;数字影院的普及；,显示技术,LCD（liquidCrystalDisplay液晶显示器）PDP（Plasma）TFT-LCD（）PALCD（PlasmaAddressableLCD）DLP（DigitalLightProcessing）:DMD（DigitalMicromirrorDevice）LCOS（LiquidCrystalonSilicon）,接收机的信号处理,降噪；色、亮分离（二维或三维）；去闪烁；去混叠；自适应技术；倍场、逐行扫描；伴音技术（杜比、环绕声等等）；多功能（硬盘录象、上网、显示终端等）；,数字影院及其有关技术,数字放映技术（高亮度、高清晰度，DLP，D-ILA技术）；胶转磁和数字处理/制作；数字发行；,三宏观方面的技术发展,黑白电视彩色电视高清电视超高清电视，3D电视，移动电视;调幅广播调频广播（立体声）数字音频广播；地面无线有线广播电视卫星互联网,广播电视技术系统,节目制作,传输,无线发射有线电视,用户,摄像录象演播室灯光音响特技,光纤微波卫星,全固态IOTDABDVBATSC,显示技术信号处理,近年有哪些新技术,数字化互联网、云计算高清电视3D电视IP电视数字声音广播；软件无线电、认知无线电；,电视新名词,IPTVWebTVInternetTVMobileTVMobilphoneTVHybridTVHbbTVOHTVSmartTVConnectedTVInternetEnhancedTVOTTTVNextGenerationTVFutureTV,模拟电视数字电视标清电视高清电视立体电视超高清电视交互电视点播电视移动电视有线电视卫星电视地面电视,四广播电视新技术介绍,3DTV；超高清电视；三网融合与HbbTV等;CDR;,3DTV,主要内容,前言-目前现状；人如何看到3D图像,人眼的特性；3D电视的环节；3D电视的显示；3D电视信号的摄制；3D信号的表示；3D信号的编码；3D信号的传输；,前言,普通电视是不是走到了尽头？非也！3D电视提到了议事日程，从前年(2009)阿凡达上映开始，越来越热；ITU、EBU、SMPTE把它提上日程；在大型展览会如NAB、IBC、BIRTV上，一些大公司开始宣传其产品，首先是终端，接着是制作设备,都在摩拳擦掌；中央电视台已经开办3D频道，一些省也陆续开播；,有关3D电视的一些提示,声音的立体声已经有60多年的历史，调频立体声广播是它的里程碑；立体电影其实已有50多年历史；至今为止，大多数立体图象是靠双眼的差别实现的；3D电视的关键是如何显示；3D电视的理论基础是什么？,3D电视发展简史,1830年代，惠斯登第一次演示立体影像；1850年代，DAlmeida演示红蓝眼镜的立体；1920年代，Hammond的快门式；1936年，偏光式出现；1990年代，裸眼立体显示；2003年，立体制作；2009年，阿凡达；,人如何看到3D图像人眼的特性,这个问题本来已经研究得比较多，但是这方面的知识并不够普及；研究得透不透，见仁见智。即使是立体声，现在还有人在研究；既然现在要发展3D，这个问题就应当搞清楚，特别是人眼视觉的基本知识要搞明白；,人的视觉系统十分复杂,对深度的提示（depthcues）,要了解人如何看到立体图像，先要分清客观的景物和我们观看的图像之间的关系。客观事物本来就是3D的，一些物体在前，另一些物体在后，其间的几何关系是确定的，也是可以测量的。当观看一个景物的时候，只凭人的眼睛是无法把各个物体的几何关系准确地确定下来的，但人又有“立体感”，包括我们可以判断所见景象的“深度”，从而得到物体之间前后关系的感觉。我们把这种景物的深度关系称为对深度的提示（depthcues）。,深度的提示（depthcues）,深度的提示分为两方面：1.心理的深度提示(2D)2.生理上的深度提示（3D）,人类视觉心理的深度提示(2D),线性透视（Linearperspective）。人们在绘画的时候就是利用透视的原理，不管是照相还是绘画，画面必须符合透视的基本原理。光线变化和阴影（Shadingandshadowing）。空间透视（Aerialperspective）叠加（Interposition）视网膜图像的大小（Retinalimagesize）纹理、色彩等,心理提示：透视、阴影、大小和叠加,生理上的深度提示主要有,眼球的调节效应（Accommodation），实际就是眼球的对焦；视差（parallax）双眼视差（Binoculardisparity）活动视差（Motionparallax）,眼球的调节效应（Accommodation）,眼睛为了看清一个物体，必须调节眼球。眼球的调节涉及视觉系统的许多方面，比如整个眼球的进出、瞳孔的大小、水晶体的焦距等等。物体离眼睛的距离不同，眼球的聚焦也不同，这个过程要动用眼球有关的肌肉和神经，这个过程反映到大脑，让人对物体有了距离感，也就是深度感。,双眼聚散（vergence）现象,当物体离人比较近时，为了盯住物体，两个眼球会向中间聚集（convergence）,在物体远去时，两个眼球会散开（divergence），双眼聚散效应配合调节效应，通过大脑的融合，人就会有对物体的距离感。（请注意convergence和Accommodation这两个词的区别，目前国内大多数资料说不清楚）,视差（parallax）,视差概念比较多，首先是指双眼视差（Binoculardisparity）；另一个重要概念是活动视差；还有垂直视差等；,双眼视差（Binoculardisparity）,在观看物体时，双眼对物体得到的形状是有差别的，如右图。大脑会根据这种差别产生物体的距离感。,正视差、零视差和负视差,双眼立体（Stereoscopic）,利用双眼视差的视觉又叫做双眼立体（Stereoscopic），虽然它与真正意义的3D还有距离，但却是最成熟和最普及的技术。什么是真正的3D？后面会介绍；要区分Stereoscopic和3D。我把前者用“双眼立体”这个词来表示，贴切与否？,活动视差（Motionparallax）,活动视差（Motionparallax）。这是指人在判断目标景物之间的前后关系时，会主动地移动自己的头部，通过向左右活动从而获得有关的信息。比如说，当你看不清楚两个并排物体的前后关系时，走到旁边就看清了。这种活动视差是自然的，如果没有活动视差，人倒是觉得不自然了。有没有活动视差是衡量一个显示系统质量的指标之一。目前大多数立体电视是没有活动视差效果的，而真正的3D就应当有活动视差效果。这同时也说明了，立体感并不一定要双眼才可以产生，只要有活动视差，单眼也可以有3D效果的。,垂直视差,双眼视差是水平方向的（除非人有三只眼）；垂直视差是活动视差的一种；,当前立体电视的关键技术手段,利用人眼的视差；在一个荧屏上显示左右眼需要的信号；左眼的信号送到左眼，右眼的信号送到右眼；,真正的3D,把实物现场中的光线分布（光场）复制到眼前的空间，那么人就应当像在现场一样，看到栩栩如生的景物（除了大小和原形不同），包括活动视差等3D关系（你甚至可以走到后面去看）。因此有人说，必须有活动视差的显示才是真正的3D。双眼立体（Stereoscopic）只是3D的初级阶段，“对焦-聚散”矛盾无法彻底解决；,3D电视的环节,3D电视信号的摄制；3D信号的表示；3D信号的编码；3D信号的传输；3D信号的解码3D电视的显示；,3D电视的环节,众多环节中，先讲3D显示，为什么？是当前的焦点之一，几乎所有厂家的“3D电视”卖点都有不同特点，到底差别在哪里？3D显示的技术类型最多，发展方向分散，有些已经成熟，有些才起步；真3D和S3D的区别首先就在显示部分。,3D电视的成像和显示,3D电视的成像和显示的分类,3D显示技术的发展概况,目前主流立体显示技术的核心,技术前提：在平面显示器上，利用双眼视差取得立体效果；技术核心：把右眼信号送到右眼；把左眼信号送到左眼；方法：头戴式：双屏、眼镜（彩色、偏振光、快门）裸眼（Autostereoscopic）:圆柱状透镜（lenticular）、挡板（barrier）,autostereo挡板和透镜方法,不用眼镜,例如,裸眼,透镜,挡板,R-Lstrippicture,R-Lstrippicture,目前主流的民用立体显示方式,“裸眼”的双眼立体显示之一,用档板（百叶窗）的裸眼立体显示,“裸眼”双眼立体的典型例子,“立体明信片”在上世纪70-80年代很流行，其机构就是圆柱状透镜。现在也有卖的，在下塘的地摊就有。,整体显示,图像的全息显示,图像的全息显示（二）,图像的全息显示（三）,光线阵列集成再生3D电视(NHK)ReproductionofLightRaysIntegral3DTVsystem,70,3D电视信号的摄制,摄制系统可以分为：单摄像机系统、多摄像机系统专用摄像系统；,单摄像机系统,FVVFreeViewpointVideo,多机系统,2D到3D的转换,把原有的2D资料转换为3D，是重要的节目源；利用双眼视差原理，可以把2D图像转换为立体图像；把一张图像分为左右两张；逐个物体进行处理，距离远的有较大的负视差；距离近的有较大的正视差；已经有软件可以实现，但仍要人工介入；,3D信号的表示(representation),彩色电视系统中，视频信号既可以表示为R、G、B信号，也可以表示为Y、（R-Y）、（B-Y）；立体声信号既可以表示为L、R信号，也可以表示为M、S信号。对于3D信号，它的表示方法也有多种。3D信号表示决定了如何编码、传输，有很多工作要做；,密集深度表示：AFX(animationframeworkextension),以表面为基础的表示；以点为基础的表示体量表示；纹理映射；伪3D表示；光场表示；以目的物为基础的表示。,3D信号的表示(representation),密集深度表示,2D+z方式,深度信号的获取,3D信号的表示,ITU-R3D格式分类,3D信号的编码和解码,双眼立体视频编码多视点视频编码（MultiviewVideocoding,MVC）视频+深度编码3D网格压缩（3Dmeshcompression）编码多重描述编码（Multiple-descriptioncoding,MDC）,MVC-Multi-viewVideoCoding,双眼立体电视信号编码,双眼立体电视信号解码,3D信号的传输,不仅要考虑广播，更要考虑在网络里的的传输,Blockdiagramofaframeworkforserver-to-client3DTVunicastoverIP,立体电视发射的例子,3DTV技术的方方面面,3DTV技术,标准,采集,表示,编码,应用,系统,原理,显示,传输,小结,3DTV目前只是初级阶段的前期：当前立体电视的根本矛盾是依赖于双眼视差，无法解决舒适问题；,超高清电视,超高清电视屏幕越大，视觉越舒适,超高清电视UHDTV(UltraHighDefinitionTV),NHK的研究人员在2003年九月公布和演示了第一个样机。之后，NHK在多个国际展览和会议上成功演示其超高清电视系统。美国的SMPTE2007年第一次发布UHDTV标准2036。2012年6月初，国际电联ITU正式纳入国际标准。,超高清电视,UHDTV在日本称为UHV(UltraHigh-Vision);目前，UHDTV定义了两个档次：UHDTV1(有3840 x2160个像素又称4K)和UHDTV2(有7680 x4320个像素又称8K)。声音为22.2个声道；（简单的规范见后）,超高清电视UHDTV(UltraHighDefinitionTV),在2007年IBC上，欧广联授予NHK的Fujio先生为终生会员，会上他介绍了超高清电视的进展；在2008年的IBC上，超高清电视演示工作组被授予IBC特别奖，该组的代表是日本NHK研究试验室主任Dr.Kubota先生。,2008年IBC特别奖,试验的超高清电视参数,超高清电视的声音-22.2系统,临场感和水平视角(NHK),在IBC2008上演示的超高清电视系统,在NHK的超高清电视实验设备,NHK展示的超高清电视卫星系统,超高清电视的挑战,器件；带宽；（10Gbit/S)2012年奥运会,数字声音广播,为什么人们需要数字广播？现有AM,FM广播存在的问题,1.AM广播播出的是模拟信号，质量受制约，中、短波广播频道带宽只有9(10)千赫，解调出来的音频实际不到5千赫，实际测量结果表明，各种AM接收机的特性没有达到8千赫的。同时，它对脉冲干扰没有抵抗力，因为脉冲干扰表现为幅度干扰。在带宽方面，FM广播要比AM广播好，但是仍然存在模拟广播质量受制约的问题。,2.接收AM和FM广播都需要调谐，当接收机内部电路调谐不准时，解调得到的信号就会失真（上下边带变得不对称，合成的调幅或调频信号就会失真）；选台调谐的时候也有类似问题：调谐得准不准，一般是靠耳朵判别。即使是数字调谐也有一定的误差。,3.调频广播会有多径反射引起的失真,数字音频广播有几种制式？,DAB,DAB+，主要用于欧洲；HDRadioIBOC，主要用于北美；ISDB-T，只有日本采用；DRM,DRM+，当初主要是中、短波广播，北美，欧洲都用，现在可能用于FM;其它，如FMeXtra,CompatibleAM-Digital(CAM-D)等。卫星的数字音频广播；,（地面）数字广播系统,CAM-D（CompatibleAM-Digital）DAB/DAB+DRM/DRM+HDRadioISDB-TCDR（ChinaDigitalRadio）其它，如FMeXtra,等。,数字音频广播的历史和现状,1980年代，随着CD的出现，人们考虑FM广播的缺点并寻找一种能达到CD质量的广播；欧洲1984年的一份研究指出，这是可能的；1986年，德国的广播技术研究所（IRT）和法国的通讯与广播研究发展中心（CCETT）等19个组织发起Eureka-147项目，随后BBC也积极参加；,DAB的试播和通过标准时期,经过比较和试验不同的音频压缩方式和信道编码方式，最后选定了MUSICAM和COFDM，这就是现在简称DAB的制式；第一次演示是在1988年日内瓦进行的；1994年通过了第一个标准；1995年开始在欧洲试播；1996年在佛山试验，1997年播出；2002年开始在英国等进入大发展时期；,HDRadio的简单历史和现状,1998年由USADigitalRadio公司提出IBOC，即带内同频(InBandonChannel)系统方案；iBiquity收购了UDR公司后，把系统注册为HDRadio，HD是HybridDigital，即混合数字的意思。2004年4月，FCC接受了这个技术标准。2005年9月NRSC（全国广播系统委员会）发布IBOC/HDRadio系统标准规范文本，成为美国的数字音频广播标准。,DRM的简单历史和现状,DigitalRadioMondiale(DRM)由德国之声、美国之音等发起，广科院等参加，于1998年在广州白天鹅宾馆成立；最初的目标是要实现中、短波广播的数字化；2001年九月，提出了DRM的技术规范；（TechnicalSpecification，TS）2003年五月:欧洲ETSI发布了ETSIES201980V1.2.2(2003-4),DigitalRadioMondiale(DRM)标准和DRM的数据广播标准：ETSITS101968V1.1.1(2003-04),DigitalRadioMondiale(DRM)等，成为国际标准。,小结,数字音频广播从上世纪80年代末提出，最初是DAB，其后出现了其他制式。经过近20年的发展，除了日本的ISBT和其它制式外，现在实际上有三种主要的制式；三种制式技术上有共同的地方，但也有很大区别，各有优缺点；三种制式相互关系复杂，给各国如何实现广播的数字化带来难题；,AAC+v2,HEAACv2编码器的方框图,音频编码新技术之一参数立体声(PS)的基本原理,音频编码新技术之二SBR（谱带复制）,SBR的原理和实现,AAC+的实现,AMHDRadio混合型的频谱,FMHDRadio的频谱结构,HDRadio混合型的频谱,HDRadio扩展混合型的频谱,HDRadio全数字型的频谱,DRA-中国的数字音频编码标准,这是我国具有自己知识产权的编码方式这种格式的主要目标是数字电视，特别是高清电视；它的竞争对象是AC-3，DTS等，但亦可以用于音频广播；,CDR-ChineseDigitalRadio中国的数字音频广播,2010年提出，由广科院和国际台牵头；以多年的经验为背景，已经可以提出我国独立的技术标准；音频编码采用DRA,信道编码OFDM，频谱设置类似于HD-Radio；,CDR的提出,HDRadio在中国做了不少工作；与其用国外的制式不如研发自己的制式；CMMB已经是成功的例子；参加试验的有北京、江苏、广东等；具体的进展：,音频广播世界有可能统一吗？,数字世界更复杂，更多样化。不仅数字电视有许多制式，数字广播也有许多制式；不同制式的后面是利益的博弈，因为科学技术发展到了今天，几乎任何目标都是可以实现的；不管用哪种制式，包括我国提出的，自己的标准，关键是要掌握基本的技术；,广播的新方式-Internetradio和Wi-FiRadio,网络收音机类型,内置式,软件式,便携式,小结,音频编码的格式很多，但直接用于广播电视的不多；MUSICAM是最早的方式，但是已经过时；AAC,AAC+的性能/效率比是目前最高的；DRA的性能接近于AAC;,三网融合和HbbTV、OHTV、Hybridcast,有线电视网和宽带网,传统上，因为业务的不同而形成了广电网、电信网、计算机网（依附在前两个网上）。广义来说，广播电视跟其它信息系统是一样的，包括信息的收集、加工、传输，最后到用户手里。最突出的地方是：它是一个点对面的系统。电信网和计算机网本来都是点对点的网络，但是都在向点对面的方向发展三个网都向宽带发展，带宽和速度一样，是生产力水平的标志，是人类的追求。广电要进入市场，当然要跳出CATV的圈子研究宽带网,宽带网的发展历史,广电宽带网的发展过程；电信宽带网的发展过程