葛建华
西安电子科技大学 通信工程学院
陕西 西安 710071
1 什么是数字电视？
数字电视（DTV）是将活动图像、声音和数据，通过数字技术进行压缩、编码、传输、存储，实时发送、广播，供观众接收、播放的视听系统。也就是说，这是一个从节目的采集、制作到节目传输，以及到用户终端的接收全部实现数字化的系统。
2 数字电视的分类
有关机构已经将数字电视的清晰度分为3个等级，即：PDTV（普通清晰度电视）、SDTV（标准清晰度电视）和HDTV（高清晰度电视）。
按照美国消费电子协会最近公布的数字电视标准，数字电视分为高清晰度电视（HDTV）、增强清晰度电视（EDTV）和标准清晰度电视（SDTV）三大类，其中高清晰度数字电视必须至少720线逐行或1 080线隔行扫描、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显示较低格式的信号等。
标准清晰度电视的图像和伴音的质量都比目前模拟电视有所提高。在目前模拟电视的一个频道内可以同时播4套（或更多）标准清晰度节目。在声音处理方面，目前模拟电视只有一路伴音，经过电路处理后可转换成为立体声；SDTV有两路数字伴音，具有CD级的音质；HDTV则有多路数字伴音，除了音质好之外，还具有真正的5．1声道环绕音效。不同的HDTV标准 采用了不同的伴音方式。欧洲的DVB标准采用的是MPEG-2AUDIO伴音方式；美国的ATSC标准采用的是Dolby AC-3伴音方式。
SDTV的分辨率是720×480i／30（NTSC，隔行）和720×576i／25（PAL，隔行）。
HDTV的分辨率种类则很多，可以从最低的720×480p（NTSC，逐行）到1280×720p（NTSC，逐行）或者1 920×1 080i（隔行）。
标准清晰度数字电视的图像效果与DVD类似，而高清晰度数字电视的图像效果则远远超过DVD。
数字电视还具有多种清晰度等级不同的图像显示格式。美国的高清标准主要有2种格式，分别为1 280×720p／60和1 920×1 080i／60，行扫描频率分别为45kHz和33．75 kHz；中国格式为1 920×1 080i／50，行扫描频率为28．125 kHz；日本基本上与美国相同；欧洲倾向于1 920×1 080i／50，行扫描频率为28．80 kHz。故从各国目前已采用的格式，行频率跨越了28．125～45 kHz的范围。
我们可以看出，数字电视与常规模拟电视在信号的传输（广播标准）、伴音方式、图像模式等方面都完全不同。
3 数字电视的特点
与模拟电视相比，数字电视技术有以下特点和优势：
（1）更有效地利用各类频道资源，如在有线广播传输一套模拟电视的8 MHz频道内可以传输6套数字标准清晰度电视节目（他的关键技术是信源压缩和高效信道编码调制技术）。
（2）采用数字录像机和非线性编辑制作节目质量明显提高，数字电视节目易于存贮处理。
（3）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在传输过程中噪声积累的影响，在接收端收看到的电视图像非常接近演
播室水平。此外，数字电视的音频效果很好，可支持杜比数码（AC-3）5.1环绕立体声家庭影院服务。
（4）可开展多功能业务。随着电视传输和用户接收的数字化，以往用模拟方式无法提供的服务将成为可能，电视网站、交互电视、股票行情与分析、视频点播等新业务的开展将变得更加容易，用户将从单纯的收视者变为积极的参加者。
（5）数字电视网和因特网是相辅相成的，数字电视接收机完全可以作为因特网的终端显示器，将各家各户与因特网连接在一起，加快了社会信息化的进程。数字电视网络还是相对低廉的宽带资源，他在有线广播8 MHz带宽上可传送38 Mb／s数据。
4 DTV基本系统的组成
通常，DTV系统是指DTV编码传输和接收解码系统，不包括DTV摄录设备和显示设备。
按功能来分，数字电视系统由3大部分组成：信源部分、信道部分和信宿部分。图1给出一个地面DTV系统的基本组成框图。该系统在应用中可以分为发射和接收2个子系统（图1的上下两部分），发射部分在广播者一方，接收端构成未来数字电视机的接收电路主要部分，与发端相比，灵活性减少，但强调对标准的遵守和对显示格式的兼容。该系统在技术上可以分为信源和信道两部分（对应图1以复用和解复用为界的左右两部分）。
信源编码部分包括信源（音频／视频）编码器和复用器。信源编码对视频／音频信号进行压缩编码，能够在一定压缩率的前提下得到最高的解码图像质量；信源部分算法主要依照MPEG-2标准（多声道音频编解码还可依照杜比AC-3算法实现），视频编码器的性能对整个DTV系统的图像性能有决定性影响，对图像数据的压缩比应在30∶1～50∶1之间。复用器提供系统业务灵活性和可扩展性，他完成各种数字码流的组合、调整以及提供与各种传输网络（电信、卫星、电缆、地面等）相适配的接口。
信道传输部分包括信道编码与调制、发射机、传输媒质、接收机和信道解调与解码，其中传输媒质可 以是有线、卫星、地面、MMDS等。根据媒质的不同在信道传输部分中将会采取不同的信道编码和调制方式，因此信道传输部分对应有3类标准：地面广播、卫星直接广播和有线电视（电缆和MMDS）。由于地面广播信道的特性十分不理想，各种干扰和杂波使信号的差错率增加、业务质量下降，为了更有效地克服恶劣的环境和移动接收，地面广播信道所采用的技术相对其他两类要复杂。
信道传输部分的任务是在给定传输带宽和考虑传输信道所存在的各种干扰的前提下保证最大容量数据流的正确传输。他与所传输的数据内容无关，即这是一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台，既可传输一路HDTV／多路SDTV节目的编码数据，亦可传输数据。数字信号的编码与调制方式决定了信道传输部分的主要性能，采用不同编码与调制方式构成了各国DTV传输标准的不同。地面广播DTV系统所用发射机可以用现有电视发射机改装，但当对发射效率要求高时，应采取非线性预校正等措施以保证其带内线性及对带外的抑制。
信源解码部分包括信源（音频／视频）解码器和解复用器。
高清晰度数字电视信宿部分要求符合3个条件（按照美国的标准）：
（1）能够接收和显示1 920×1 080i×60 Hz的格式（简称隔行1 080），此种格式的行频是33．75 kHz。
（2）能够接收和显示1 280×720p×60 Hz的格式（简称逐行720），此种格式的行频是45 kHz。
（3）显示画面的长宽比16∶9。
由以上所述可以看到，数字电视系统与模拟电视系统（包括现有许多含有数字处理电路的改进型模拟电视）的根本区别在于电视信号编码和传输体制的革命性改变，即信源和信道部分数字技术的采用。
一套完整的数字电视系统由3个部分组成：数字电视前端系统、传输网络和用户终端系统。
数字电视前端系统通常划分为信源处理、信息处理和传输处理三部分。从功能上又划分为用户管理子系统、CA子系统、信道编码调制前端设备子系统、数字节目的存储和编播子系统、数据广播和中间件子系统等，原理如图2所示。
5 数字电视广播信道编码及调制标准
数字电视广播主要通过卫星、有线电视、MMDS2及地面无线等传输方式实现。目前，全球数字电视广播有3种数字电视广播标准体系：
第一种是以美国为首的ATSC数字电视标准（1995）；
第二种是以欧洲为中心的DVB数字视频广播标准（1997）；
第三种是日本NHK推出的ISDB标准（1999）。
由于他们的信号传播性能的不同及所处传送环境的差异，其信道编码和调制方式也不尽相同。由于卫星和有线电视的传输环境相对没那么复杂，所以其制式争议不大，卫星广播系统信道编码和调制标准采用基于QPSK调制的欧洲DVB-S，有线广播系统信道编码和调制标准采用基于多电平QAM调制。地面数字电视的传播条件复杂，容易受到地形、高楼遮挡及海面反向波的影响，同时还有模拟和数字同频信号、邻频信号及地面脉冲等的干扰，传送质量、可靠性及覆盖范围受到限制，特别是车载移动接收的高质量难度更加增大。由于数字电视地面广播的传输环境恶劣，频谱资源有限，应用需求分散，其制式目前在各国仍有议。目前，国际上地面数字电视广播传输系统有单载波和多载波COFDM两种传输方式，美国的ATSC方案采用的是8VSB单载波调制方式；欧洲的DVB方案采用的是COFDM多载波调制方式；而日本的ISDB方案采用的是修改后的OFDM调制方式。我国采用何种制式标准，尚在研究之中。
通常，移动数字电视指的是通过地面无线传输方式实现的移动接收数字电视。
数字地面电视广播（DTTB）具备无线数字系统所共有的优点；较之卫星接收，有实现容易、价格低廉的特点；较之有线接收，不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的断网影响；完善的DTTB系统所具备的蜂窝单频网功能，不仅提高了频谱的利用率，而且可应用与宽带无线接入市场；而移动和便携的独特优势使该系统能满足现代信息社会“信息到人”的要求。因此，DTTB有着具有巨大的社会需求和市场商机。
DTTB的应用需求：
（1）传输信息量要大，支持包括高清电视的多媒体广播服务。
（2）抗干扰能力强，在一般室内环境下可接收。
（3）与现有模拟广播电视频道兼容，并有利于频道规划和模拟向数字过渡。
（4）具有灵活性
支持标准高清晰度和高清晰度兼容的电视广播； 支持移动接收；支持便携接收；支持单频网。
（5）具有可扩展性支持交互数据综合业务。
摘自《现代电子技术》
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