2.2 數字電視基本知識

2.2.1 知識要點

1.了解數字電視的基本概念

（1）模擬電視：電視信號在產生、發送、傳輸、接收和記錄的全過程中，采用的都是模擬信號，故稱模擬電視。模擬信號指的是電壓信號或電流信號在時間上、幅度上都是連續變化的。它的變化規律類似于原物理量變化的電壓信號或電流信號。

（2）數字電視：數字電視是指包括節目攝制、編輯、發送、傳輸、存儲、接收和顯示等環節全部采用數字處理的全新電視系統。也可以說數字電視是在信源、信道、信宿三個方面全面實現數字化和數字處理的電視系統。其中電視信號的采集（攝?。?、編輯加工、播出發送（發射）屬于數字電視的信源，傳輸和存儲屬于信道，接收端與顯示器件屬于信宿。

數字電視按其傳輸途徑可分為三種：衛星數字電視（DVB-S）、有線數字電視（DVB-C）和地面數字廣播電視（DVB-T）。

數字電視按照掃描標準、圖像格式或圖像清晰度、傳輸視頻（活動圖像）比特率的不同，一般分為標準清晰度數字電視（SDTV）和高清晰度數字電視（HDTV）。標準清晰度電視的視頻比特率為3～8Mbit/s，圖像水平清晰度≥450線，分辨率為720×576，采用4:3的屏幕寬高比；高清晰度電視視頻比特率為18～20Mbit/s，圖像水平清晰度≥720線，分辨率為1920×1080，采用16:9的屏幕寬高比。

（3）高清晰度電視：CCIR（國際無線電咨詢委員會，現改名為ITU-R）對HDTV的定義是：“高清晰度電視應是一個透明系統，一個正常視力的觀眾在觀看距離為顯示屏高度的三倍距離處所看到的圖像的清晰程度，應具有觀看原始景物或表演時相同的感覺”。

我國于2006年3月29日發布的《數字電視接收設備術語》（SJ/T 11324—2006）中定義高清晰度電視為“圖像清晰度在水平和垂直兩個方向近似為模擬電視系統圖像清晰度的2倍，圖像格式為1920×1080，圖像寬高比為16:9，并能傳送數字聲音的電視系統”。

2.熟悉數字電視系統的基本組成

數字電視系統包括信源、信道和信宿三大部分，如圖2-7所示。

圖2-7 數字電視系統的基本組成框圖

在信源部分，首先將模擬圖像、音頻信號分別進行A-D變換，將模擬信號轉換成數字信號后送入信源編碼器中。信源編碼承擔著圖像、音頻數據壓縮碼率的功能，它去掉信號中的冗余，使傳輸碼率降低，以提高信息的傳輸效率。多路復用器則將視、音頻信號、數據信號及多路電視信號復用成一路傳輸碼流。復用后的傳輸碼流進入信道編碼器，信道編碼即為糾錯編碼，目的是提高信號在傳輸過程中的抗干擾能力，保證接收信息的可靠性。調制器是將數字基帶信號的頻譜搬移到某個載頻上，將數字基帶信號轉換成為適宜在信道中傳輸的波形，使信號特性與傳輸信道相匹配。信道是指信號在各種媒質中傳輸的通道，可以是光纖、電纜、微波、衛星等。信宿是指接收端，它是發送的逆過程，包括解調、信道解碼、解復用、信源解碼、D/A變換，還原成模擬圖像、音頻信號。

3.理解視、音頻信號數字化的步驟

視、音頻信號（模擬信號）數字化要經過取樣、量化、編碼三個步驟，形成二進制數字信號，這三步總稱為脈沖編碼調制（PCM），如圖2-8所示。

圖2-8 視、音頻信號數字化示意圖

取樣是在時間上將模擬信號離散化。量化是在幅度上將模擬信號變為離散值的數字信號，通常將一組連續的幅度值四舍五入轉化成一組有限的量化電平。將模擬信號數字化的第三步是編碼。經過取樣，量化后，模擬信號已經變成了離散的脈沖序列，但量化輸出的信號是用十進制表示的離散量化電平，為了發揮數字通信的優點，必須將要傳輸十進制量化電平變換成二進制量化電平，即用nbit二進制碼表示已經量化電平值。例如，一個二進制碼“110”，是3bit的二進制碼，代表十進制量化電平6。

4.熟悉數字電視的信源編碼

信源編碼就是在原始圖像信號中移去自然存在的冗余度，以達到用盡可能少的數碼來有效地表示圖像信號，從而降低碼率，壓縮頻帶，所以信源編碼又稱壓縮編碼。由PCM形成的數字圖像信號是離散的信號，但由于圖像信號具有很強的相關性，因而由原始圖像信號的抽樣值作為信源必定存在時間或空間的冗余度。所以在數字電視中必須先進行信源編碼。一般來講，信源編碼分為無損編碼和有損編碼。

圖像的信源編碼還可分為幀內編碼和幀間編碼。幀內編碼主要是去除空間的冗余度，常用于靜止圖像壓縮編碼，或用于活動圖像編碼的第一幀。幀間編碼可同時去除空間域和時間域的冗余度，常用來編碼一個圖像序列中連續且相似的若干幀。

5.熟悉數字電視的信道編碼

信道編碼的實質是提高信息傳輸的可靠性，或者說增加整個系統的抗干擾能力。對信道編碼的要求主要有兩條：一是要求編碼器輸出碼流的頻譜特性適應信道的頻譜特性，從而使傳輸過程中能量損失最小，提高信道能量與噪聲能量的比例，減小發生差錯的可能性。二是增強糾錯能力，使得即使出現差錯，也能得以糾正。前者要用到頻譜成形技術，即合理地選擇和設計數字信號的碼型，使數字信號的頻譜特性適應傳輸通道的頻譜特性，后者則要用到差錯控制技術，這是信道編碼的主要內容。

信道編碼又稱差錯控制編碼或稱糾錯編碼，其基本原理是為了使信源具有檢錯和糾錯能力，按一定的規則在信源編碼的基礎上增加一些冗余碼元（又稱監督碼元），使這些冗余碼元與被傳信息碼元之間建立一定的關系，發送端完成這個任務的過程就稱為糾錯編碼。在接收端，根據信息碼元與監督碼元的特定關系實現檢錯（發現錯誤碼元）和糾錯，輸出原信息碼元，完成這個任務的過程就稱糾錯解碼。

在信源編碼中，需除去冗余，壓縮碼元數量，提高傳輸效率。而在信道編碼中卻要增加冗余，增加碼元數量，降低了傳輸效率，增加的冗余部分即監督碼元，信道編碼是以降低傳輸效率為代價而獲得傳輸的可靠性。

信道編碼和信源編碼對于傳輸效率的作用而言是相反的。

6.了解數字電視機頂盒的功能和分類，掌握數字電視機頂盒的工作過程

數字電視機頂盒英文縮寫“STB”（Set-Top Box）。它是一種將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它把經過數字化壓縮的圖像和聲音信號解碼還原成模擬視音頻信號送入普通的電視機。

（1）數字電視機頂盒的功能：數字電視機頂盒的主要功能是接收數字電視廣播節目，進行視、音頻解碼，為現有的模擬電視機提供高質量的視、音頻信號。同時數字電視機頂盒還具有所有廣播與交互式多媒體應用功能。主要包括：

1）電子節目指南（EPG）。電子節目指南給用戶提供一個容易使用、界面友好、可以快速訪問想看節目的一種方式，用戶可以通過該功能看到一個或多個頻道甚至所有頻道上近期將播放的電視節目。同時，EPG可提供分類功能，幫助用戶瀏覽和選擇各種類型的節目。

2）高速數據廣播。高速數據廣播能給用戶提供股市行情、票務信息、電子報紙、熱門網站等各種信息。

3）軟件在線升級。軟件在線升級可看成是數據廣播的應用之一。數據廣播服務器按DVB數據廣播標準將升級軟件傳播下來，機頂盒能識別該軟件的版本號，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新。

4）因特網接入和電子郵件。數字電視機頂盒可通過內置的電纜調制解調器方便地實現因特網接入功能。用戶可以通過機頂盒內置的瀏覽器上網，發送電子郵件。同時機頂盒也可以提供各種接口與PC相連，用PC與因特網連接。

5）有條件接收。有條件接收的核心是加擾和加密，數字機頂盒應具有解擾和解密功能。

總之，到目前為止，圍繞數字機頂盒的數字視頻、數字信息與交互式應用三大核心功能開發了多種增值業務，具體見表2-1。

表2-1 數字機頂盒目前開發的增值業務

（2）數字電視機頂盒的分類：數字電視按照傳輸途徑分為衛星、有線和地面三種方式，于是有三種適用于不同傳輸網絡的數字電視機頂盒；數字電視按照掃描標準、圖像格式或圖像清晰度等一般分為標準清晰度數字電視（SDTV，簡稱標清電視）、高清晰度數字電視（HDTV，簡稱高清電視）。由此，可以演變出6種不同的數字電視機頂盒，如圖2-9所示。

圖2-9 數字電視機頂盒的分類

（3）有線數字電視機頂盒的工作過程：有線數字電視機頂盒的硬件組成框圖如圖2-10所示。

一體化調諧器（高頻頭）接收來自有線電視網絡的射頻信號并下變頻為中頻信號，經過QAM解調器進行解調，輸出包含音、視頻和其他數據信息的傳輸碼流（TS）。傳輸碼流中一般包含多個音、視頻流及其一些數據信息。解復用器接收傳輸碼流，從中抽出一個節目的分組基本碼流（PES）數據，包括視頻PES和音頻PES，送入專用的解碼器和相應的解析軟件，完成數字音視頻信號的還原。其中視頻分組基本碼流（PES）送入MPEG-2視頻解碼器模塊進行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊進行解碼，輸出PCM音頻數據到D/A變換器，變換成立體聲模擬音頻信號，經音頻輸出電路輸出。

圖2-10 基本型有線數字電視機頂盒的組成框圖

2.2.2 選擇題

（注：有*號的為多項選擇題，其余為單項選擇題）

1.數字電視的含義是（ ）。

A.指家用數字化電視機

B.指高清數字電視機

C.指從電視節目采集、錄制、播出到傳輸、用戶端接收全部采用數字編碼與數字傳

輸技術的新一代電視系統

2.目前我國高清晰度電視的掃描格式采用的是（ ）。

A.1280×720p B.1920×1080i C.1920×1080p

3.演播室分量編碼4:2:2標準的總碼率為（ ）。

A.216Mbit/s B.324Mbit/s C.162Mbit/s

4.我國有線數字電視系統采用壓縮編碼標準是（ ）。

A.MPEG-2 B.MPEG-4 C.H.264 D.AVS

*5.我國有線數字電視系統信道編碼采用（ ）。

A.RS編碼 B.卷積編碼 C.交積 D.卷積交積

6.我國有線數字電視傳輸采用標準是（ ）。

A.美國的ATSCB標準 B.日本的ISDBC標準

C.歐洲的DVB標準 D.我國自己的標準

*7.數字電視機頂盒的分類有（ ）。

A.基本型、增強型、高級型 B.超薄型、流線型、功能型

C.衛星、有線、地面

8.我國計劃基本停止播出模擬信號電視節目的時間是（ ）。

A.2010年 B.2015年 C.2020年 D.不確定

9.標準清晰度數字電視的圖像質量可以達到（ ）。

A.VCD的圖像質量 B.DVD的圖像質量

C.EVD的圖像質量 D.HVD的圖像質量

2.2.3 判斷題

1.數字電視是一場全世界范圍的新技術革命，是廣播電視發展的必然趨勢。 （ ）

2.高清晰度電視就是數字電視。 （ ）

3.按照國家的高清標準，數字高清晰度電視的英文縮寫是HDTV。 （ ）

4.我國有線數字電視傳輸的數字電視頻道帶寬為6.5MHz。 （ ）

5.我國有線數字電視系統中的圖像格式是采用MPEG-2中的圖像格式。 （ ）

6.幀內壓縮編碼的目的在于消除一幀（或一場）內圖像的空間冗余。 （ ）

7.信道編碼是以降低傳輸效率為代價而獲得的傳輸可靠性。 （ ）

8.收看有線付費電視節目時只要購買一臺數字電視機頂盒就可以。 （ ）

9.用戶購買了機頂盒并插入已授權智能卡后才能正常收看數字電視節目。 （ ）

10.用戶買了普通高清數字電視機后，收看數字電視節目就不用添加機頂盒了。 （ ）

11.有線數字電視可以幫助用戶一邊聽廣播一邊干家務。 （ ）

12.數字電視除看到更多、更清晰的電視節目外還可以實現互聯網的上網功能。 （ ）

13.交互式數字電視的主要功能是變被動地“看”電視為自主地“用”電視。 （ ）

14.一臺數字電視機頂盒可以支持一臺電視機收看高清數字電視節目。 （ ）

2.2.4 填空題

1.模擬信號數字化的三個步驟是____、____和____。

2.數字電視按照掃描標準、圖像格式或圖像清晰度的不同一般分為（SDTV）和（HDTV）兩大類。

3.信源編碼一般可分為____和____。

4.圖像的信源編碼還可分為和。

5.分量編碼是指對電視信號的、、或、、分量信號進行PCM編碼。

6.數字電視機頂盒是一種將轉換成的變換設備，它把經過圖像和聲音信號，還原成模擬視音頻信號送入普通的電視機。____

7.數字電視機頂盒按照傳輸途徑不同可分為____、____和____三種。

8.數字電視機頂盒按業務和功能不同可分為____、____和____三種。

9.數字電視機頂盒的基本功能有：____、____、____、____、____、____。

2.2.5 簡答題

1.數字電視系統由哪幾部分組成？

2.電視圖像信號的數碼率為什么能夠壓縮？

3.模擬信號數字化主要經過哪些處理步驟？

4.信號傳輸過程中，誤碼產生的原因是什么？

5.信道編碼與信源編碼有哪些異同點？

6.簡述有線數字電視機頂盒的工作原理。