畢 坤,崔海亮
(1.新鄉(xiāng)市高級(jí)技工學(xué)校,河南 新鄉(xiāng)453002;2.延津縣電業(yè)局,河南 延津453200)
數(shù)字高清電視機(jī)的優(yōu)點(diǎn):能實(shí)現(xiàn)無(wú)失真?zhèn)鬏敚浞掷妙l譜資源;具有極高的圖像分辨率,清晰度相當(dāng)于模擬電視的三倍;采用AC-3解碼技術(shù),可接收和輸出5.1聲道信號(hào),具極好的音質(zhì)和真正的環(huán)繞音效;具有數(shù)字電視獨(dú)特的交互式播放功能;可以直接和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連等。
高清晰度電視并不等于數(shù)字電視,這是兩個(gè)不同的概念。數(shù)字電視是指從電視節(jié)目的采集、制作和編輯到信號(hào)的發(fā)射、傳輸和最終接收的全過(guò)程、全系統(tǒng)都是數(shù)字化的電視系統(tǒng)。這就不僅僅是一個(gè)電視機(jī)的問(wèn)題。數(shù)字電視包括標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)和高清晰度電視(HDTV)。標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的圖像和伴音的質(zhì)量都比目前模擬電視有所提高,并且其頻道利用率高,在目前模擬電視的一個(gè)頻道內(nèi)可以同時(shí)播4套(或更多)標(biāo)準(zhǔn)清晰度節(jié)目。高清晰度電視,畫面可提供相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視畫面5倍的信息量,因此具有更高的圖像分辨率和清晰度[1]。
在聲音處理方面,目前模擬電視只有一路伴音,經(jīng)過(guò)電路處理后可轉(zhuǎn)換成為立體聲;SDTV有兩路數(shù)字伴音,具有CD級(jí)的音質(zhì);HDTV則有多路數(shù)字伴音,音質(zhì)較好并具有環(huán)繞音效。不同的HDTV標(biāo)準(zhǔn)采用了不同的伴音方式。歐洲的DVB標(biāo)準(zhǔn)采用的是MPEG-2AUDI0伴音方式;美國(guó)的ATSC標(biāo)準(zhǔn)采用的是AC-3伴音方式,也就是常說(shuō)的5.1聲道。
因此,數(shù)字電視與常規(guī)模擬電視在信號(hào)的傳輸(廣播標(biāo)準(zhǔn))、伴音方式、圖像模式等方面都完全不同。所謂的“數(shù)碼彩電”只是利用了一些數(shù)字技術(shù)改進(jìn)和提高現(xiàn)有彩電的圖像及伴音質(zhì)量,并增加一些功能,還不是真正意義上的“數(shù)字彩電”接收機(jī),準(zhǔn)確說(shuō)應(yīng)稱之為“數(shù)字化彩電”[2]。
數(shù)字信號(hào)的傳輸方式一般有兩種:基帶傳輸與載波傳輸。
前者由于矩形脈沖波包含有較大的諧波分量,在有限帶寬的信道中傳輸必定會(huì)產(chǎn)生失真,引起碼間串?dāng)_。為了提高其傳輸效率,多采用多路復(fù)用技術(shù),而應(yīng)用最廣泛的是時(shí)分復(fù)用。它不易產(chǎn)生交調(diào)和互調(diào)失真,對(duì)非線性失真指標(biāo)要求不高。
而在較長(zhǎng)距離的傳輸中,必須采用后者。調(diào)制方式主要可分為三種:即ASK(振幅鍵控),F(xiàn)SK(頻移鍵控),PSK(相位鍵控)。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的頻帶寬度為二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍,而二進(jìn)制頻移鍵控的帶寬較大,頻帶利用率低;相位鍵控的誤碼率較低。
從圖像信息的獲取上來(lái)講,就必須使用數(shù)字化的攝像設(shè)備。在節(jié)目的制作和編排上,由于有計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和圖像處理的一套軟件系統(tǒng)作保障,將獲取的原始素材進(jìn)行加工和剪輯就顯得比較容易。制作好節(jié)目后進(jìn)行播出的過(guò)程中,電視臺(tái)發(fā)射和用戶接收到的信號(hào)均為數(shù)字載波信號(hào),而在電視機(jī)內(nèi)部則全部采用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)。
HDTV的技術(shù)核心包括:信源編碼解碼,復(fù)用、信道編碼解碼,以及調(diào)制與解調(diào)等。信源編解碼技術(shù)包括視頻和音頻壓縮編解碼。
在信道編碼與調(diào)制解調(diào)技術(shù)中,通過(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、均衡技術(shù)來(lái)提高信號(hào)的抗干擾能力,通過(guò)調(diào)制將信號(hào)加載到脈沖串上發(fā)射。
即使是數(shù)字化電視,仍然屬于模擬電視的范疇。因?yàn)樗徊贿^(guò)是利用了目前數(shù)字圖像處理以及微電子技術(shù)的成果,對(duì)模擬的彩色圖像進(jìn)行數(shù)字方式的處理,以求獲得更好的圖像重現(xiàn)效果。而數(shù)字電視的圖像、伴音處理信號(hào)均為數(shù)字信號(hào),它與模擬電視的最大區(qū)別則是信號(hào)處理方式的不同。
傳統(tǒng)模擬彩色電視系統(tǒng)已經(jīng)存在50多年了,它由于隔行掃描產(chǎn)生的一些缺陷,隨著時(shí)代的變化,人們需求的提高,越來(lái)越凸現(xiàn)出來(lái)。主要有以下幾個(gè)方面:
1)行間閃爍:隔行掃描方式,把一幀圖像分為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)掃描,雖然降低了視頻帶寬,簡(jiǎn)化了電路,但是一行圖像出現(xiàn)的頻率比逐行掃描降低了一半,場(chǎng)頻是50Hz或60Hz,幀頻仍是25Hz或30Hz,低于臨界閃爍頻率45.8Hz,一行圖像出現(xiàn)的頻率為25Hz或30Hz,視覺(jué)感覺(jué)圖像有行間閃爍。行間閃爍影響圖像垂直清晰度,大面積圖像閃爍易造成視覺(jué)疲勞。
2)視在并行:當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體沿垂直方向向下移動(dòng)的時(shí)間恰好是經(jīng)過(guò)一場(chǎng)時(shí)間,即T=1/50Hz=20ms或T=1/60Hz=16.67ms,物體垂直向下運(yùn)動(dòng)速度等于掃描線向下移動(dòng)一行的速度時(shí),則第二場(chǎng)傳送的細(xì)節(jié)與第一場(chǎng)相同,圖像垂直清晰度下降了一半,即圖像像素未變,但是人的感覺(jué)是圖像清晰度下降了。
3)垂直邊緣鋸齒化:當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體沿水平方向運(yùn)動(dòng)速度足夠大時(shí),因隔行掃描使相鄰行在時(shí)間上相差一場(chǎng),結(jié)果導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)物體垂直邊緣鋸齒化;運(yùn)動(dòng)速度越快,垂直邊緣鋸齒化越嚴(yán)重。
4)并行現(xiàn)象:傳統(tǒng)模擬電視系統(tǒng)采用隔行掃描方式,理想情況下奇數(shù)場(chǎng)掃描線與偶數(shù)場(chǎng)掃描線均勻鑲嵌。但當(dāng)場(chǎng)同步電路產(chǎn)生同步誤差時(shí),有可能使奇數(shù)場(chǎng)圖像與偶數(shù)場(chǎng)圖像重合或鑲嵌不均勻,造成并行或準(zhǔn)并行。當(dāng)奇數(shù)場(chǎng)圖像與偶數(shù)場(chǎng)圖像完全重合時(shí),垂直方向圖像清晰度下降了一半,使圖像清晰度降低。
5)爬行效率:PAL制彩色電視信號(hào)的色度信號(hào)采用逐行倒相方式,如果在色度解碼電路中存在解調(diào)誤差(解調(diào)角誤差、相位配合誤差、幅度配合誤差)時(shí),色差信號(hào)中混有遠(yuǎn)行倒相的串色分量,產(chǎn)生相鄰行電平的不一致性,顯示的圖像亮度逐行有強(qiáng)弱變化,再加上隔行掃描的原因,場(chǎng)掃描自上而下進(jìn)行,人眼感覺(jué)有明暗間隔的行結(jié)構(gòu)緩慢向上“爬行”,低頻串色引起大面積爬行,高頻串色引起彩色圖像邊緣蠕動(dòng);色飽和度越強(qiáng),爬行現(xiàn)象越明顯。
數(shù)字電視采用逐行掃描方式,就不存在以上問(wèn)題。數(shù)字電視技術(shù)與原有的模擬電視技術(shù)相比,有如下優(yōu)點(diǎn):
1)信號(hào)雜波比與連續(xù)處理的次數(shù)無(wú)關(guān)。電視信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化后是用若干位二進(jìn)制的兩個(gè)電平來(lái)表示,因而在連續(xù)處理過(guò)程中或在傳輸過(guò)程中引入雜波后,其雜波幅度只要不超過(guò)某一額定電平,通過(guò)數(shù)字信號(hào)再生,都可能把它清除掉,即使某一雜波電平超過(guò)額定值,造成誤碼,也可以利用糾錯(cuò)編、解碼技術(shù)把它們糾正過(guò)來(lái)。所以,在數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中,不會(huì)降低信雜比。而模擬信號(hào)在處理和傳輸中,每次都可能引入新的雜波,為了保證最終輸出有足夠的信雜比,就必須對(duì)各種處理設(shè)備提出較高信雜比的要求。模擬信號(hào)要求S/N>40dB,而數(shù)字信號(hào)只要求S/N>20dB。模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中噪聲逐步積累,而數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中,基本上不產(chǎn)生新的噪聲,也即信雜比基本不變。
2)可避免系統(tǒng)的非線性失真的影響。而在模擬系統(tǒng)中,非線性失真會(huì)造成圖像的明顯損傷。設(shè)備輸出信號(hào)穩(wěn)定可靠。因數(shù)字信號(hào)只有“0”、“l(fā)”兩個(gè)電平,“l(fā)”電平的幅度大小只要滿足處理電路中可能識(shí)別出是“l(fā)”電平就可,大一點(diǎn)、小一點(diǎn)無(wú)關(guān)緊要。
3)易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ),而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無(wú)關(guān)。近年來(lái),大規(guī)模集成電路(半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)的發(fā)展,可以存儲(chǔ)多幀的電視信號(hào),從而完成用模擬技術(shù)不可能達(dá)到的處理功能??蓪?shí)現(xiàn)時(shí)分多路,充分利用信道容量,利用數(shù)字電視信號(hào)中行、場(chǎng)消隱時(shí)間,可實(shí)現(xiàn)文字多工廣播(Teletext)。壓縮后的數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)數(shù)字調(diào)制后,可進(jìn)行開路廣播,在設(shè)計(jì)的服務(wù)區(qū)內(nèi)(地面廣播),觀眾將以極大的概率實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)接收,收看到的電視圖像及聲音質(zhì)量非常接近演播室質(zhì)量[3]。
4)在同步轉(zhuǎn)移模式(STM)的通訊網(wǎng)絡(luò)中,可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的“動(dòng)態(tài)組合”(dynamic combination)。例如,在數(shù)字高清晰度電視節(jié)目中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)較少的時(shí)刻。這時(shí)由于壓縮后的圖像數(shù)據(jù)量較少,便可插入其他業(yè)務(wù)(如電視節(jié)目指南、傳真、電子游戲軟件等),而不必插入大量沒(méi)有意義的“填充比特”。
5)由于采用數(shù)字技術(shù),與計(jì)算機(jī)配合可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制和調(diào)整。很容易實(shí)現(xiàn)加密/解密和加擾/解擾技術(shù),便于專業(yè)應(yīng)用(包括軍用)以及廣播應(yīng)用(特別是開展各類收費(fèi)業(yè)務(wù))。
6)具有可擴(kuò)展性、可分級(jí)性和互操作性,便于在各類通信信道特別是異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)的網(wǎng)絡(luò)中傳輸,也便于與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通??梢耘c計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng),成為未來(lái)“國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施”(NII)的重要組成部分。
時(shí)代在發(fā)展,科技在進(jìn)步,模擬電視必將走入歷史。從數(shù)字電視的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段:普及型數(shù)字電視PDTV,標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視SDTV,以及高清晰度數(shù)字電視HDTV。首先,PDTV逐漸取代目前的純模擬電視機(jī),利用機(jī)頂盒接收技術(shù),可以同時(shí)接收模擬數(shù)字信號(hào);其次,SDTV取代模擬電視機(jī),其圖像的清晰度達(dá)到DVD的水平;最后,HDTV將成為市場(chǎng)的主流,結(jié)束過(guò)渡階段。
[1] 劉達(dá).數(shù)字電視技術(shù)(第2版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.
[2] 陳萬(wàn)倫.電視技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.
[3] 王錫勝.有線電視技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,1996.