數(shù)字電視的關(guān)鍵技術(shù)分析

文丨劉 镠

電視行業(yè)是我國民生行業(yè)中一個(gè)重要組成部分。隨著科技以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，數(shù)字電視被廣泛應(yīng)用。數(shù)字電視就是從信源開始，將電視信號(hào)經(jīng)過量化、編碼轉(zhuǎn)換成由二進(jìn)制數(shù)組成的數(shù)字式信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信源壓縮編碼、糾錯(cuò)、交織與調(diào)制等信道編碼后，以較高的數(shù)碼流發(fā)射、傳輸、并由數(shù)字電視接收機(jī)接收、處理和顯示。數(shù)字電視是需要很多關(guān)鍵技術(shù)的支持，其要求專業(yè)性極強(qiáng)。本文主要分析了六種數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)字電視信源編解碼技術(shù)

數(shù)字電視信號(hào)所攜帶的信息基本上都是多媒體信息，其中視頻、音頻數(shù)據(jù)信息量加大，因此，數(shù)字電視信號(hào)要想存儲(chǔ)或者傳輸必須進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮編碼，信源編碼技術(shù)主要包括兩個(gè)內(nèi)容，即視頻編解碼和音頻編解碼。（1）視頻編解碼技術(shù)。視頻編碼技術(shù)主要就是連續(xù)壓縮圖像，其壓縮編碼的依據(jù)如下：1）連續(xù)圖像間的時(shí)間相關(guān)性，同一個(gè)鏡頭內(nèi)相鄰圖像的大部分內(nèi)容是相同的。2）圖像信號(hào)空間的相關(guān)性，圖像信息相鄰像素之間、行與行之間、列與列之間都有很多冗余度，則不必存儲(chǔ)所有像素。3）人眼的視覺特性。人眼對(duì)原始圖像各信息的敏感度不同，因此可以對(duì)不敏感的無關(guān)緊要的信息給予較大的失真處理，相反對(duì)人眼比較敏感的信息，則盡可能減少其失真。4）圖像的統(tǒng)計(jì)特性。事件發(fā)生的概率較、小時(shí)，需要分配較長的碼字；反之發(fā)生的概率較大時(shí)，則分配較短的碼字。（2）音頻編碼技術(shù)。音頻編碼技術(shù)主要就是完成聲音信息的壓縮。音頻編碼技術(shù)主要利用人耳的聽覺特性：1）聽覺的掩蔽效應(yīng)，在人的聽覺上，一個(gè)聲音的存在會(huì)掩蔽另一個(gè)聲音的存在，掩蔽效應(yīng)是一個(gè)較為復(fù)雜的心理和生理現(xiàn)象，包括人耳的頻域掩蔽效應(yīng)和時(shí)域掩蔽效應(yīng)。2）人耳對(duì)聲音的方向特性，人耳很難判斷2kHz高頻聲音信號(hào)的方向性，因而立體聲廣播的高頻部分不必重復(fù)存儲(chǔ)。

復(fù)用技術(shù)

（1）復(fù)用器的數(shù)據(jù)打包功能。在數(shù)字電視中，復(fù)用器通過一個(gè)打包器將音頻、視頻、輔助數(shù)據(jù)的碼流打包，然后將其復(fù)合成單路。目前，網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的打包都是按照一定格式來進(jìn)行的。數(shù)字電視具有可擴(kuò)展性、交互性和分級(jí)性，這就是由于復(fù)用器對(duì)打包節(jié)目的加擾所造成的。并且加擾技術(shù)可隨機(jī)化，因此，要想對(duì)其進(jìn)行解擾接收機(jī)必須具備密鑰才行。（2）復(fù)用器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與傳輸介質(zhì)。國際上采用的是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，并且我國也將采用這一標(biāo)準(zhǔn)。HDTV數(shù)據(jù)包長度為188個(gè)字節(jié)，是ATM信元的整數(shù)倍。今后以光纖為傳輸介質(zhì)，以ATM為信息傳輸模式的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)極有可能成為未來“信息高速公路”的主體設(shè)施?？捎?個(gè)ATM信元來完整地傳送一個(gè)HDTV傳送包，因而可達(dá)到HDTV與ATM的方便接口。

數(shù)字電視的信道編碼技術(shù)

信道編碼就是通過按一定規(guī)則重新排列信號(hào)碼元或加入輔助碼，進(jìn)行糾錯(cuò)，從而保證信號(hào)的可靠性傳輸。信道編碼后的基帶信號(hào)的傳輸可通過調(diào)制將其送入各類通信來進(jìn)行，數(shù)字電視的傳輸信道包括衛(wèi)星信道、有線電視信道和地面廣播信道。其中衛(wèi)星主要就是為了解決大面積覆蓋的問題；有線電視主要就是為了解決城鎮(zhèn)地區(qū)“信息到戶”的問題；地面電視主要就是為了解決簡單接收和移動(dòng)接收的問題。對(duì)于信道編碼而言，糾錯(cuò)編碼是非常重要的，只有數(shù)字通信才具備糾錯(cuò)編碼，而模擬通信是不具備的。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，糾錯(cuò)編碼被廣泛應(yīng)用。

數(shù)字電視調(diào)制解調(diào)技術(shù)

在數(shù)字電視系統(tǒng)中，主要采用五種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。（1）正交振幅調(diào)制（QAM）。正交振幅調(diào)制目前已經(jīng)成為了一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，在有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸中被廣泛應(yīng)用，這種技術(shù)調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高。正交振幅調(diào)制的原理圖如圖1所示。（2）正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）。這種調(diào)制技術(shù)調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星廣播；（3）殘留邊帶調(diào)制（VSB），抗多徑傳播效應(yīng)好（即消除重影響效果好），適合地面廣播；（4）編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制（COFDM），抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播；（5）擴(kuò)頻調(diào)制（SSM），主要是在CDMA移動(dòng)通信領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，特別是在WCDMA，CDMA－2000、TD－SCDMA等第三代移動(dòng)通信（3G）中重要性非常突出。

圖1 正交振幅調(diào)制的原理圖

數(shù)字電視加擾解擾技術(shù)

為了使數(shù)字電視收費(fèi)運(yùn)營機(jī)制順利實(shí)施，必須采用加擾解擾技術(shù)。收費(fèi)電視系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是所提供的業(yè)務(wù)不是所有用戶都能夠享用，只有授權(quán)的用戶才可使用，也就是說，它是一種有償服務(wù)體系。正是這種有償機(jī)制的實(shí)施，才使數(shù)字電視的投資能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。改變標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視信號(hào)的特性就是加擾，在視頻、音頻等數(shù)據(jù)上做了一些特殊的處理，從而限制未授權(quán)用戶使用。數(shù)字電視加擾是在用戶前端完成，而數(shù)字電視解擾則是在用戶端完成，其可分為兩種方法：（1）通過愉悅方式在用戶終端來解擾，不用通過前端來進(jìn)行。（2）通過前端來解擾，即通過用戶尋址控制來進(jìn)行。目前，大多數(shù)的加擾和解擾都是用過第二種方式來進(jìn)行的。加擾解擾技術(shù)在數(shù)字電視系統(tǒng)中是必不可少的。

高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

保證數(shù)字電視系統(tǒng)的有效實(shí)施，其中速接入網(wǎng)和高速互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)是非常重要的。多媒體數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求是非常嚴(yán)的，尤其對(duì)帶寬和實(shí)時(shí)性的要求更加嚴(yán)格。數(shù)字電視中的視頻、音頻數(shù)據(jù)時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延遲特別敏感，應(yīng)保證在任意給定的網(wǎng)絡(luò)交換能力下能提供給用戶可靠穩(wěn)定的帶寬、保證高質(zhì)量、平滑和全動(dòng)態(tài)視頻的多媒體數(shù)據(jù)流傳輸。

綜上所述，數(shù)字電視的關(guān)鍵技術(shù)包括：數(shù)字電視信源編解碼技術(shù)、復(fù)用技術(shù)、數(shù)字電視的信道編碼技術(shù)、數(shù)字電視調(diào)制解調(diào)技術(shù)、數(shù)字電視加擾解擾技術(shù)、高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這些技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視的基礎(chǔ)技術(shù)。只有將這些關(guān)鍵技術(shù)有效的應(yīng)用起來，才能更好的為居民提供良好的數(shù)字電視，同時(shí)也能夠促進(jìn)電視業(yè)的發(fā)展。