电视原理第五章_数字电视与高清晰度电视

第五章数字电视与高清晰度电视5.1数字电视概述5.2数字电视标准5.3数字电视的接收5.4高清晰度电视一、欧洲数字电视的发展过程与趋势1995年，欧洲150个组织合作开发数字视频广播(DVB)项目，并成立了DVB联盟。DVB联盟是一个由30多个国家的230多个成员组成的国际机构。该机构的首要目标是在全球范围内发展和推广共同的数字电视广播标准。DVB联盟共同制定了数字电视的DVB（DigitalVideoBroadcast）标准。这是一套有关电视广播系统大家庭诸多要素的统一标准。5.1概述5.1.1数字电视发展历程2第五章数字电视与高清晰度电视其中最引人瞩目的是DVB数字卫星和有线电视传输系统的标准。这些标准已作为世界统一的标准被大多数国家接受，包括中国。•大概在同一时间段，欧洲的有线网也开始向数字化转换。•从1996年开始，欧洲数字电视市场无论从订户数量、还是产值上都有相当高的增长率。1997年底数字电视用户数只有200万；在许多欧盟成员中，数字电视用户的数量相对还很低，只有4.4%的电视家庭能收看数字电视。到1999年中，欧洲数字电视有了快速发展，其中英国和瑞典既有卫星和有线数字电视、又有地面数字电视；3第五章数字电视与高清晰度电视•欧洲数字电视频道增加得非常快，达到每年新增100个数字频道，到1999年末欧盟已有约400个数字电视频道。•数字电视频道主要是16：9格式数字电视、PPV和NVOD节目，同时有许多节目分类频道(如电影、体育、记录片、家庭购物等)。电子节目指南(EPG)、电子商务、电视银行、信息和新闻、游戏、电视电子邮件、电视互联网接入和交互电视等业务得到了广泛的应用。4第五章数字电视与高清晰度电视以英国为例，1998年11月BskyB开播卫星数字电视，有140个频道，并于2001年9月关闭其卫星模拟电视。共售出卫星数字电视机顶盒550万个，加上有线电视转播，共有10192万用户。英国是传统地面电视广播非常发达的国家，有线电视并未得到充分发展，到2001年11月共有410万用户，其中有160万数字用户，当中NTL有100万用户(总共280万)、Telewest有56.4万用户(总共130万)。英国的地面数字电视发展受到世界的关注，由于开播时间几乎和卫星DTV平台相同，也是1998年10月，到2001年11月共有120万个机顶盒5第五章数字电视与高清晰度电视•二、美国数字电视发展过程与趋势•与欧洲和日本相比，美国对HDTV（高清晰度数字电视）的研究起步较晚，但是由于它在发展数字电视机方面占有优势，特别是1993年成立的数字HDTV大联盟（GA），使得它现在在HDTV的发展中具有举足轻重的作用。•1994年2月，GA推出了数字HDTV大联盟制式，它不但吸取了本国各主要数字HDTV制式的优点，而且从日本和欧洲的研究中得到许多启示，因此标准高，方法灵活。1996年12月，美国正式批准了由ATSC委员会制定的主要用于地面广播数字电视的标准，称之为DTV。6第五章数字电视与高清晰度电视•到2002年2月6日，在美国84个地面电视广播城市和地区，已有244个数字电视台正式播出，DTV覆盖率已达75%。•根据CES的统计和估计，美国数字电视机的销售呈稳定增长趋势，到2001年底，数字电视机的拥有量已达222万台。在售出的数字电视机中，49以下的占38%，50～54的占27%，55～59的占16%，超过60的占20%；其中CRT占23%，投影占77%；可接收HDTV的占86%。7第五章数字电视与高清晰度电视•三、日本数字电视的发展过程与趋势••日本是数字电视研究与开发起步最早的国家。早在1985年它就建立了1125线、每秒60帧的MUSE制式。1988年率先在汉城奥运会进行大屏幕HDTV试播。1989年，NHK开始进行面向HDTV的广播演示，到1991年底，这种广播每天已定时播放8小时，SONY公司也于1990年底发行了第一盘HDTV录像带。•日本的MUSE制式打破了现有电视机的生产模式，HDTV广播与现有电视广播并行存在。日本第一台HDTV接收机体积很大，只适合在百货商店或其它公共场合使用。8第五章数字电视与高清晰度电视•四、我国数字电视的发展过程与趋势•中国在数字电视领域一开始便与科技先进的发达国家保持同步。1995年中央电视台开始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送4套加密电视节目。•1996年开始通过卫星传输数字电视信号。卫星既能发送模拟信号也能发送数字信号。目前，几乎所有省市的电视台都上了卫星，发送的都是数字信号。9第五章数字电视与高清晰度电视•1998年9月，我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。在9月8日至12日的5天时间里，中央电视塔利用这套系统试发射了数字电视节目。10第五章数字电视与高清晰度电视•从数字电视的发展趋势来看，我国数字电视发展大致可分为三个阶段。•第一阶段：1998～2003年。•这一阶段数字电视的有线广播国家标准尚未完成，数字电视的产业链还无法形成，不可能进行大规模的数字电视产业化。•在这一阶段，市场的热点在于电视台的设备更新与升级，这是数字电视产业化的先行者。在SDTV（标准清晰度数字电视）制作播出设备大规模进入电视台的同时，HDTV（高清晰度数字电视）制作播出设备也开始进入大型电视台。11第五章数字电视与高清晰度电视第二阶段：2003～2005年。我国主要城市的有线数字电视产业化开始启动。主要城市中SDTV开始大规模的进入家庭，普通模拟电视也可以通过加装机顶盒来实现数字电视的功能。在一些发达地区，人们开始逐渐接触HDTV。第三阶段：2005～2008年。我国主要城市将逐步普及数字高清晰度电视的商业播出。城市中HDTV成为电视机产品消费的主流。12第五章数字电视与高清晰度电视•5.1.2数字电视系统结构•模拟电视最明显的缺点是在传输过程中图像质量的损伤，因为信号的非线性失真积累使得图像对比度会产生越来越大的畸变，长距离传输后，图像的信噪比也会下降，图像的清晰度越来越低，相位失真的累积也会使得图像产生彩色失真、镶边和重影。13第五章数字电视与高清晰度电视•模拟电视还有稳定度差、可靠性低、调整不便、集成、自动控制困难等缺点。•数字电视从节目采集、编辑制作到信号的发送、传输和接收全部采用数字处理，其中利用了先进的数字图像压缩技术、数字信号纠错编码技术、高效的数字信号调制技术等。•在处理、传输过程中引入的噪波只要幅度不超过一定的门限都可以被清除掉，即使有误码，也可利用纠错技术纠正过来，所以数字电视接收的图像质量较高。14第五章数字电视与高清晰度电视•数字电视采用压缩编码技术，在只能传送一套模拟电视节目的频带内传送多套数字电视节目，电视频道数会相应地迅速增多。数字电视便于开展多种数字信息服务，如数据广播、文字广播等。数字电视容易实现加密、加扰，便于开展各类收费业务。•图5-1是数字电视广播系统方框图，系统由信源编码、多路复用、信道编码、调制、信道和接收机六部分组成。15第五章数字电视与高清晰度电视图5-1数字电视广播系统方框图16第五章数字电视与高清晰度电视5.2现有的数字电视标准目前数字电视广播有三个相对成熟的标准制式：欧洲的DVB(DigitalVideoBroadcasting)、美国的ATSC（AdvancedTelevisionSystemsCommittee）和日本的ISDB(IntegratedServicesDigitalBroadcasting)。17第五章数字电视与高清晰度电视•欧洲的DVB制式应用最广泛、最灵活。DVB制式主要包括数字卫星电视(DVB-S)、数字有线电视(DVB-C)和数字地面广播电视(DVB-T)三个标准，这三个标准的信源编码方式都是MPEG-2的复用数据包，规定视频采用MPEG-2编码，音频采用MPEG-2第二层(MUSICAM)编码标准。•DVB标准对于不同的传输媒体，采用了不同的调制方式：DVB-S采用QPSK四相相移键控调制方式，DVB-C采用QAM正交幅度调制方式，DVB-T采用COFDM多载波频分复用技术。18第五章数字电视与高清晰度电视•COFDM在抑制多径传输干扰方面有着显著的优越性。在传输比特率方面，DVB允许比特率可变，对DVB-T而言，在6MHz的频带内传输速率为3.7～23.8Mb/s，在8MHz的频带内，传输速率为4.9～31.7Mb/s。DVB-C和DVB-S已被世界各国采纳。19第五章数字电视与高清晰度电视•ATSC标准视频压缩采用MPEG-2标准，音频压缩采用ATSC标准A／52(即杜比公司的AC-3)，节目复用遵循MPEG-2标准，能完成各种码流的组合和调整。•地面电视广播系统中，采用网格编码（TrellisCode）8电平残留边带（8-VSB）调制方式，在6MHz的频带内可传送一路HDTV节目，传输比特率为19.39Mb/s；有线电视网中采用16-VSB调制方式，在6MHz的频带内可传送两路HDTV节目，传输比特率为38.78Mb/s。20第五章数字电视与高清晰度电视5.2.1ATSC标准1.系统ATSC标准采用了ITU-RTechGroup11／3(数字电视地面广播模式)的模式，由信源编码和压缩、业务复用和传送、RF／发送三个子系统组成，信源编码与压缩用来得到视频、音频和辅助数据流。辅助数据(Ancillarydata)是指控制数据、条件接收控制数据和与视频、音频节目有关的数据。21第五章数字电视与高清晰度电视•业务复用和传送把视频、音频和辅助数据流打成统一格式的数据包并合成一个数据流。RF／发送也称为信道编码和调制。信道编码的目的是从受到传输损失的信号中恢复出原信号，在地面传输中采用8VSB调制，在有线电视中采用16VSB调制。22第五章数字电视与高清晰度电视5.2.2DVB标准1.DVB是一个完整的系统DVB是以欧洲为主，世界上有200多个组织参加开发的项目。DVB是一套完整的数字电视解决方案，得到了广泛的应用。•DVB系统的主要标准有：DVB-S用于11／12GHz频段的数字卫星系统，适用于多种转发器带宽与功率，传输层的数据码速率最大为38.1Mb/s。23第五章数字电视与高清晰度电视DVB-C用于8MHz数字有线电视系统，与DVB-S兼容，传输层的数据码速率最大为38.1Mb/s。DVB-T用于6、7、8MHz地面数字电视系统，传输层的数据码速率最大为24Mb/s。DVB-CS用于数字卫星共用天线电视系统（SMATV），由DVB-C和DVB-S改变得出，服务于共用天线电视系统安装。24第五章数字电视与高清晰度电视DVB-SI业务服务信息系统，可对DVB解码器进行设置。DVB-TXT固定格式文本传送规范。DVB-CI用于条件接收及其他应用的DVB通用接口。DVB-DATA用于多媒体数据广播的技术规范。此外还有多种DVB回传信道和网络接口标准。25第五章数字电视与高清晰度电视5.2.3ISDB-T标准日本ISDB-T标准采用频宽分段传输正交频分复用调制方式(BandwidthSegmentedTransmissionOFDM)。该调制方式可以在6MHz带宽中传递HDTV服务或多节目服务。与DVB不同，ISDB-T标准将整个带宽分割成一系列的频率段称为OFDM段。ISDB-T提供了几种调制方式的组合(DQPSK、QPSK、16QAM、64QAM)和内编码的编码率(coderate)(1／2、2／3、3／4、5／6、7／8)。这些参数对每个OFDM段可以独立选择。26第五章数字电视与高清晰度电视•ISDB-T的模拟带宽有5.6MHz(宽带ISDB-T)和430kHz(窄带ISDB-T)两种选择，宽带ISDB-T由13个OFDM段组成，可以分层传输，也就是说，各个OFDM段可以具有不同的参数，这样就能够满足综合业务接收机的需要。窄带ISDB-T仅由一个OFDM段构成，适合语音和数据广播。宽带接收机可以接收窄带信号