浅谈数字与模拟电视的异同

浅谈数字与模拟电视的异同

1什么是嫦娥1.1数字流的传输数字通信是指从域中接收、传输和接收的所有链接都是使用数字通信信息或数字通信信息来处理和构建的新电视系统。该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的,数字信号的传播速率是19.39Mb/s,如此大的数据流的传递保证了数字电视的高清晰度,克服了模拟电视的先天不足。其具体传输过程是: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,经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送,由数字电视接收后,通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理,因此,信号损失小,接收效果好,没有模拟电视的雪花、重影现象。1.2数字视频阅读器(1)20世纪80年代ITT公司研制了一套数字处理芯片,在接收模拟电视信号的情况下,再经模拟高中频处理,最后经模/数转换成数字信号进行数字处理,以改进图像清晰度。到90年代又出现多种具有画中画、倍行和其他质量的、改进的“数字电视机”,不过这些电视机接收的仍是模拟电视信号,仍处于模拟传输的模拟系统中,所以只能称为“数字模拟电视机”,并不是真正意义上的数字电视。(2)美国的“数字电视机”(简称DTV)专指地面数字电视广播系统。在这种系统中,除了目前节目制作中还有一部分是模拟的以外,从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对数字电视信号进行处理和调制。而也只有这种接收地面数字电视广播信号的电视机才是名副其实的数字电视机。1.3比较数字广播和模拟广播(1)级cd的水平模拟传输的电视信号在传输中易受干扰,噪声会不断叠加,图像质量仅相当超级VCD的水平,伴音只有单声道和立体声两种。而数字电视采用MPEG-2编码,在传输中抗干扰和纠错能力强,画面清晰,图像质量可达到DVD的水平,且可提供单声道、立体声、多语言、多声道和环绕声等多种伴音方式。(2)电视传输模拟电视只能传送电视节目和FM广播,最多只有79套。数字电视可传输500套以上的电视节目和广播节目。还可同时提供多种业务,如音频广播、数据广播、互动电视、电视购物等,服务内容不再限制在传统的视频节目。(3)电视用户配合、背景接收点传统的模拟电视不提供个性化服务,所有用户接收相同的节目,没有专门的数据类服务频道,获知节目内容简介只能通过查阅广播电视报或收看电视宣传片。数字电视用户可配合条件接收系统,根据用户的喜好和经济条件提供各种特定的个性化服务,如视频点播、音频点播等;数字电视还具有丰富的数据类服务,24h不间断播出,查看相关信息有专门的中文电子节目菜单可以随时查询各频道的名称和节目相关内容,如节目名称、播出起止时间、内容简介等。1.4数字视频网有线数字电视是在目前普遍使用的模拟电视的基础上发展起来的新一代电视,通过模拟电视机+有线数字电视机顶盒方式以实现模拟电视机对数字电视节目和数据信息的接收。数字电视相对模拟电视有以下优势:(1)清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强。数字电视信号的传输不像模拟信号受传输过程中噪声积累的影响,且不受地理因素的限制,几乎可以无限扩大覆盖面,在接收端收看到的电视图像及收听到的声音质量非常接近演播室水平。此外,数字电视的音频效果好,可支持5声道的杜比数码(AC-3)5.1环绕立体声家庭影院服务。(2)频道数量将成倍增加。利用现有的8MHz的一个模拟电视频道,可传输8套高质量的数字电视节目,用户对节目的可选度高。(3)可方便实现加密(解密)和加扰(解扰)功能,便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类计费业务)。而条件接收系统的应用,可以实现用户和业务的良好管理。(4)系统采用了开放的中间件技术,能实现各式各样的交互式应用。(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。有线电视数字化主要带来3个方面的变化:(1)量的变化。现在通过有线电视网可以看到30～50套电视节目。数字化之后,可以看到几百套电视节目,不仅能看到现有的频道,还可以看到多样化、专业化、个性化的频道,如足球频道、健康频道、幼儿教育频道、老年频道等,满足人们不同的需求。(2)质的变化。数字化之后,我们的电视机变成了多媒体信息终端,不仅能看电视节目,还可以听广播,可以获得多种信息资讯服务,可以通过电视购物、缴水电费,成为人们生活中不可缺少的工具,成为社会现代服务业的支撑平台。(3)方式的改变。现在看电视是被动地按电视台的播出时间,电视台什么时候播,我们就只能什么时候看。数字化之后,我们可以主动地看,根据自己的时间选取自己喜欢看的节目。广播电视数字化在满足公共需求和普遍要求的同时,为用户提供了一对一、端到端的个性化服务,为政府、社会各界和人民群众搭建了新的信息平台和服务窗口。1.5节目所带来的损伤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,这些弱点不会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,这些弱点显得并不重要。1.6图像分类(1)根据信号传输方式，可分为以下几类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)数字清明教的输出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。(3)根据产品类型，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)根据显示屏幕的振幅比分类数字电视可分为4∶3和16∶9幅型比两种类型。2国外的dvb、isdb研究目前投入使用的数字电视标准有3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。2.1atsc网络标准的主要内容ATSC数字电视标准由4个分离的层级组成,层级之间有清晰的界面。最高层为图像层,确定图像的形式,包括像素阵列,幅型比和帧频。第二层是图像压缩层,采用MPEG-2图像压缩标准。第三层是系统复用层,特定的数据被纳入不同的压缩包中,如节目1图像,节目2声音,或者辅助数据,采用MPEG-2系统标准。最后一层是传输层,确定数据传输的调制和信道编码方案。对于地面广播,其标准采用Zenith公司开发的8VSB,此系统可通过6MHz的地面广播频道实现19.3Mb/s的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统高数据率的16VSB模式,可在6MHz的有线信道中实现38.6Mb/s的传输速率。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的基础上运行的特定配置,如HDTV或SDTV。上面两层还确定ATSC标准支持的具体图像格式,共有18种格式(HDTV6种、SDTV12种),14种采用逐行扫描方式。(1)HDTV,1920像素(H)×1080像素(V),宽高比16∶9,帧频60Hz/隔行扫描制,帧频30Hz/逐行扫描制,帧频24Hz/逐行扫描制;(2)HDTV,1280像素(H)×720像素(V),宽高比16∶9,帧频60Hz/逐行扫描制,帧频30Hz/逐行扫描制,帧频24Hz/逐行扫描制;(3)SDTV,704像素(H)×480像素(V),宽高比16∶9或4∶3,帧频60Hz/隔行扫描制,帧频60Hz/逐行扫描制,帧频30Hz/逐行扫描制,帧频24Hz/逐行扫描制;(4)SDTV,640像素(H)×480像素(V),宽高比4∶3,帧频60Hz/隔行扫描制,帧频60Hz/逐行扫描制,帧频30Hz/逐行扫描制,帧频24Hz/逐行扫描制。HDTV除一种之外,图像格式都采用逐行扫描。因为1920×1080格式不适合在6MHz信道内以60帧/s进行逐行扫描,故以隔行扫描取代之。SDTV的640×480图像格式与计算机的VGA格式相同,保证了与计算机的适用性。在所有12种SDTV格式中,有9种采用逐行扫描,保留3种为隔行扫描方式以适应现有的视频系统。尽管ATSCDTV标准包含了高数据率的16VSB传输模式以适应有线电视系统,而美国的有线电视业实际上采用的是相近但不相同的标准,这是因为美国有线电视业在ATSCDTV标准被FCC通过之前已对发展不同的数字化技术投入大量的资金。作为ATSC的重要成员,有线电视通信工程协会已采纳了数字化有线系统的标准,此标准协调了美国有线工业现行标准化和ATSCDTV的标准。另外,这些有线标准包括反映现行标准的一级图像格式,ATSCSDTV图像格式,同时设定了一套二级图像格式,有线业可用于后兼容的电视上。二级图像格式与ATSCDTV格式相同,包括HDTV和SDTV两种格式。另外,ATSC还开发通过了在帧频为50Hz的国家使用的另行标准。HDTV的像素阵列相同,但帧频为25Hz和50Hz。SDTV格式的垂直分辨率为576行而水平分辨率则不同;也包含352×288格式,适应必要的窗口设置。基于50Hz版本的ATSCDTV标准使采用帧频为50Hz的国家更易于使用。ATSC成员30个,其中有美国国内成员20个,阿根廷、法国、韩国等7个国家的成员10个,我国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。2.2欧洲的dvb标准DVB标准包括:DVB广播传输系统、DVB基带附加信息系统、DVB交互业务系统、DVB条件接收及接口标准。2.2.1atv、mndsd的简介DVB数字广播传输系统利用了包括卫星、有线、地面、SMATV、MNDSD在内的所有通用电视广播传输媒体。它们分别对应的DVB标准中:DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-SMATV、DVB-MS和DVB-MC。(1)流变学参数该标准以卫星作为传输介质。通过卫星转发的压缩数字信号,经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理,输出现有模拟电视机可以接收的信号。这种传输覆盖面广,节目量大。数据流的调制采用四相相移键控调制(QPSK)方式,工作频率为11/12GHz。在使用MPEG-2的MP@ML(主类@主级)格式时,用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mb/s,达到PAL质量的码率为5Mb/s。一个54MHz转达发器传送速率可达68Mb/s,并可供多套节目复用。在DVB-S标准公布之后,几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准,包括美国的Echostar等,我国也选用了DVB-S标准。(2)系统的sdc-b调幅调制该标准以有线电视网作为传输介质,应用范围广。它具有16QAM、32QAM、64QAM3种方式,工作频率在10GHz以下。采用64QAM正交调幅调制时,一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s,还可供多套节目复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号,在终端需要机顶盒。2001年国家广电总局已颁布行业标准:《有线数字电视广播信道编码和调制规范》,该标准等同于DVB-C标准。行标的制订有利于我国有线数字电视的推进。(3)本地区所适用的广播电视系统这是最复杂的DVB传输系统。地面数字发射的传输容量,在理论上大致与有线电视系统相当,将本地区覆盖好。现在采用编码正交频分复用(COFDM)调制方式,8MHz带宽内能传送4套电视节目,而且传输质量高。但这种系统其接收费用高,频道也较少。(4)dvb-smatvets300473-数字smatv卫星使用天线广播的网络系统标准该标准是在DVB-S和DVB-C基础上制定的。(5)节目信号的读取MMDS是采用调幅微波向多点传送,分配多频道电视节目的系统。该标准基于DVB-S,使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-S接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MS信号。(6)ivb-mcets300749-图像广播系统，等效于10ghz的数字广播系统标准该标准基于DVB-C,使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-C接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MC信号。2.2.2ird节目信息接收DVB数字广播系统除传送普通的视频、音频信号外,还需传送接收IRD调谐、节目指南,以及图文、字幕、图标等信息。适用于此类基带附加信息系统的DVB标准包括:DVB-SI、DVB-TXT和DVB-SUB。(1)dvb-siets300468-数字广播业务信息系统标准该标准用于IRD自行设置,并为用户提供广播业务指南。DVB-SI由一系列的表和描述符构成,它们给出了有关DVB业务或节目的所有参数。(2)法律法规ets300472-数字文件网络成本该标准用于固定格式图文电视的传送。(3)dvb-subets300743-数字广播噪声系统标准该标准用于字幕及图标(台标等)的传送。2.2.3dvb对应层次DVB数字广播系统中的许多业务能根据需要,提供某种形式的交互服务。在通用DVB数字广播系统的基础上,进一步构成交互业务系统的要素包括与其他相关国际标准兼容的交互业务网络独立协议,传送交互服务过程命令与控制信号的回传信道等。与此对应的交互业务系统DVB标准有:DVB-NIP、DVB-RCC和DVB-RCT。(1)DVB-NIP(ETS300802)——DVB交互业务网络独立协议标准;(2)DVB-RCC(ETS300800)——CATV系统DVB反传信道标准;(3)DVB-RCT(ETS300801)——PSTN/ISDN的DVB反传信道标准。2.2.4dvb接口机DVB数字广播系统中有些业务传送的是加扰的条件接受信息。条件接收的通用接口,使IRD(IntegratedReceiverDecoder,综合解码接收机)能够解扰采用通用加扰算法的加扰信息。DVB数字广播系统与其他电信网络(例如PDH、SDH、ATM等)的连接扩展了DVB技术的应用范围,其与这些电信网络的接口实现了DVB向电信网络的过渡。此外还有用于连接专业设备及IRD的接口。关于这些接口的DVB标准包括:DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。(1)DVB-CI(EN50221)——条件接收及其他应用的通用接口标准。条件接收可确定哪些数字接收机能够接收特定的广播电视节目。这是付费电视广播的基本部分,因而对数字电视运行的成功发展至关重要。(2)DVB-PDH(ETS300813)——PDH(准同步数字系列)网络DVB接口标准。(3)DVB-SDH(ETS300814)——SDH(同步数字系列)网络DVB接口标准。(4)DVB-ATM(ETS300815)——ATM网络DVB接口标准。(5)DVB-PI(EN50083-9)——ATV/SMATV前端及类似的专业设备接口标准。(6)DVB-IPDI(EN50201)——DVB-IRD接口标准。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。从3个数字电视标准的成员数量及分布情况看,DVB标准的发展最快,普及范围最大。2.3选择合适的传输信号强度ISDB是日本的DIBEG(DigitalBroadcastingExpertsGroup,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,其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。2.43抗小波式的网络结构及特点ISDB-T和欧洲的DVB-T非常类似,可以说是经修改的欧洲方案,传输方案仍是COFDM,使用的编码方式相同,调制方法也相同,也分为2K和8K两种模式。因为日本电视射频带宽为6MHz,所以载波数、载波间隔有所差别。能够同时传送多种级别的图像(HDTV、SDTV、LDTV),传送多套节目,同时进行图像、声音和数据业务,这些都是数字电视的共同优点,对美、欧、日3种制式均适用。而抗多径能力强、可分层、可移动接收、可组成单频网则是OFDM的优点,也是欧洲、日本制式的共同优点。根据分层和窄带接收同时实现固定接收、移动接收和便携接收,则仅是日本制式的特点。与DVB-T相比,ISDB-T增加了部分接收和分层传输功能。由于模拟电视3种标准(及其许多子标准)的分隔,在各大洲之间、各国之间造成了很多障碍,使全世界的消费者为模拟电视标准的多样性付出了高昂的代价。目前,全世界的数字电视专家正在从中吸取教训、清理障碍、力求改变这种现状。可以预言在不远的将来ATSC、DVB、ISDB等数字电视标准都将不覆存在,取而代之的是统一的国际数字电视标准。3中国的数字表演3.1国内高清功能样机系统研究及应用自从科技部1995年批准实施中国高清晰度电视重大科技产业工程项目以来,中国的数字电视已经历了10年的发展,并取得了举世瞩目的成绩。1998年9月中国第一套(国际第四套)高清晰度电视地面广播功能样机系统研制成功。1999年10月,经过改进,利用自主开发的高清功能样机系统完成了国庆50周年天安门广场庆典的现场实况转播试验。2000年以来,国家设立了数字电视研发及产业化专项,重点是研究和制定自主知识产权的国家数字电视标准、数字电视产业化和应用推广试验,包括批准北京、上海、深圳3个试验区和2个测试实验室,批准立项系列产业化开发项目。2001年11月国家广电总局批准在全国13个城市率先开展有线数字电视的商业运营试验,2003年上海等城市开展城市移动无线电视商业试验,2003年10月深圳电视台开出全国首个高清电视运营频道。3.2电视两种网络标准经过广电等有关部门的艰苦努力,我国初步建立了数字广播电视标准体系,已制定发布多项国家标准和行业标准,涉及到信源采编与制作、业务应用与播出、传输与覆盖、监测等各个方面,基本满足了我国广播电视数字化进程的需要。目前我国已颁发的与数字电视相关的标准如下:(1)数字(高清晰度)电视标准体系。(2)数字电视基础标准,具体如下:①GB/T7400.11-1999数字电视术语;②GY/T134-1998数字电视图像质量主观评价方法;③GY/T144-2000广播电视SDH干线网管理接口协议;④GY/T145-2000广播电视SDH干线网网元管理信息模型规范;⑤GY/Z174-2001数字电视广播业务信息(SI)规范;⑥GY/Z175-2001数字电视广播条件接收系统(CA)规范。(3)演播室参数标准,具体如下:①GB/T14857-1993演播室数字电视编码参数规范;②GB/T17953-20004∶2∶2数字分量图像信号的接口;③GY/T155-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值;④GY/T156-2000演播室数字音频参数;⑤GY/T157-2000演播室高清晰度电视数字视频信号接口;⑥GY/T158-2000演播室数字音频信号接口;⑦GY/T159-20004∶4∶4数字分量视频信号接口;⑧GY/T160-2000数字分量演播室接口中的附属数据信号格式;⑨GY/T161-2000数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范;⑩GY/T162-2000高清晰度电视串行接口中作为附属数据信号的24比特数字音频格式;(11)GY/T163-2000数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输格式;(12)GY/T164-2000演播室串行数字光纤传输系统;(13)GB/T14919-1994数字声音信号源编码技术规范;(14)GB/T14920-1994四声道数字声音副载波系统技术规范;(15)GY/T167-2000数字分量演播室的同步基准信号;(16)GY/T165-2000电视中心播控系统数字播出通路技术指标和测量方法。(4)视频编码及复用标准①GB/T17975.2-2000信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第2部分视频;②MPEG-2视频标准在数字(高清晰度)电视广播中的实施准则(征求意见稿);③MPEG-2系统标准在数字(高清晰度)电视广播中的实施准则(征求意见稿)。(5)信道编码及调制标准①GB/T17700-1999卫星数字电视广播信道编码及调制标准;②GY/T170-2001有线数字电视广播系统信道编码及调制规范;③GY/T143-2000有线电视系统调幅激光器发送机和接收机入网技术条件和测量方法;④GY/T146-2000卫星数字电视上行站通用规范;⑤GY