学习要点
掌握数字电视的概念
理解高清电视的概念、熟悉高清电视节目制作的主要环节
理解交互电视的概念、了解其传输平台和技术标准
理解卫星电视的概念、了解其主要技术环节
理解多媒体数据广播的主要技术内涵
7.1 数字电视
7.1.1 数字电视的概念
1.什么是数字电视
数字电视是一个从节目采集、节目制作、节目传输直到用户端，都要以数字方式处理信号的端到端的系统。数字电视是一个系统，是一个集合概念，与现有电视系统的“数字化”是两个紧密联系而又完全不同的概念。其图像质量应达到电视演播室的质量水平，水平清晰度达到1200线以上，并利用AC3声音信号压缩技术，传输5.1声道的环绕声信号。这不仅使各种电视设备获得比原有模拟设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能实现的新功能，使广播电视技术进入了崭新的时代。
数字电视涉及3个领域：电视系统的信源部分（发送端）、信道部分（传输／存储）和信宿部分（接收端）。数字电视是随着集成电路和图像处理／图像编码技术的发展，而在模拟电视系统的这3个领域中先后逐步发展起来的。
2.数字电视的基本原理
在传统的模拟电视中，将模拟全电视信号调制在无线电射频载波上发送出去，广播信道可以是地面广播、有线电视网或卫星广播。数字电视则是将电视信号进行数字化采样，其信号的数据率是很高的，演播室质量的数字化电视信号的数据率为200Mbps，要在原模拟电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号是不可能的，因此，必须采用数据压缩技术。
实现数据压缩技术的方法有两种：一是在信源编码过程中进行压缩，利用人类听觉视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。
信源编码是把节目源的模拟图声信号变为数字信号，再经过MPEG‐2压缩编码，形成数字信号源，并根据多个节目传输的要求，编为复用码流。
目前，数字电视的传输途径可分为3种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。这3种数字电视的信源编码方式相同，都是MPEG‐2的复用数据包，但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用不同的调制方式。
3.数字电视的分类
数字电视可以按以下几种方式分类：
（1）按信号传输方式可以分为地面无线传输（地面数字电视）、卫星传输（卫星数字电视）、有线传输（有线数字电视）3类。
（2）按产品类型可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。
（3）按清晰度可以分为低清晰度数字电视（图像水平清晰度大于250线）、标准清晰度数字电视（图像水平清晰度大于500线）、高清晰度数字电视（图像水平清晰度大于800线，即HDTV）。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视（LDTV）水平，DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视（SDTV）水平。
（4）按显示屏幕幅型可以分为4：3幅型比和16：9幅型比两种类型。
（5）按扫描线数（显示格式）可以分为HDTV扫描线数（大于1000线）和SDTV 扫描线数（600～800线）等。
4.数字电视的优势
数字电视与原有的模拟电视相比，有如下优势：
（l）信号杂波比与连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可以把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值造成误码，也可以利用纠错编解码技术把它们纠正过来，所以，在数字信号传输过程中，不会降低信噪比。
（2）可避免系统非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像明显损伤。
（3）数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0”和“1”两个电平，“1”电平的幅度大小只要满足处理电路中能识别出是“1”电平即可，高点、低点无关紧要。
（4）易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。随着大规模集成电路（半导体存储器）的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理，获得各种新的电视图像特技效果。
（5）由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。
（6）数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播（Teletext）。
（7）压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内（地面广播），观众将以极大的概率实现无差错接收，收到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。
（8）可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视禁用频道（taboo channel），而且在今后能够采用单频率网络（single frequency network）技术，例如一套电视节目仅占用同一个数字电视频道而覆盖全国。此外，现有的6MHz 模拟电视频道可传输l 套数字高清晰度电视节目，或者4～6套质量较高的数字常规电视节目，或者16～24套数字电视节目。
（9）在同步转移模式（STM ）的通信网络中，可实现多种业务的动态组合（dynamic combination）。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻，这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其他业务（如电视节目指南、传真、电子游戏软件等），而不必插入大量没有意义的填充比特。
（10）很容易实现加密／解密和加扰／解扰技术，便于专业应用（包括军用）以及广播应用（特别是开展各类收费业务）。
（11）具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式（ATM）的网络中传输，也便于与计算机网络联通。可实现双向互动式交流，如交互电视、点播电视、加扰收费、网上购物、网上银行、电子信箱、网络漫游等等。
（12）具有高质量的音效，数字电视采用AC‐3和MPFG‐2等环声方案，避免噪音、失真，实现5.1路纯数字环绕立体声，同时还有多语种功能，收看一个节目可以选择不同语种。
（13）可以与计算机融合而构成一类多媒体计算机系统，成为国家信息基础设施（NII）的重要组成部分。
7.1.2 数字电视机顶盒技术
1.数字电视机顶盒的概念
对于机顶盒（Set‐Top‐Box），目前没有标准的定义，按文字释义是“置于电视机顶上的盒子”。从广义上说，凡是与电视机相连接的网络终端设备都可称为机顶盒。随着广播电视节目的数字化以及Internet 的迅速普及，机顶盒的功能也变得越来越强大。它是一种能够让用户在现有模拟电视机上观看数字电视节目，并进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的设备。如今，集解压缩、Internet 浏览、解密收费、多种接口、交互控制等多项功能于一体的机顶盒已经成为研究、开发的主要方向。
根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为数字卫星机顶盒（DVB‐S）、地面数字电视机顶盒（DVB‐T）和有线数字电视机顶盒（DVB‐C）三种，三种机顶盒的硬件结构主要区别在解调部分。目前应用较为广泛的是数字卫星机顶盒及有线电视数字机顶盒。
2.数字电视机顶盒的功能
数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体的应用功能，包括：
（1）电子节目指南（EPG）。它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。
（2）高速数据广播。它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。
（3）软件在线升级。它可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按DVB 数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。
（4）因特网接入和电子邮件。数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC 相连，通过PC 接入因特网。
（5）支持交互式应用。如：视频点播、互动游戏等。
（6）有条件接收。有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。
3.数字电视机顶盒的原理与结构
数字电视机顶盒接收各种传输介质来的数字电视和各种数据信息，通过解调、解复用、解码和音视频编码（或者通过相应的数据解析模块），在模拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。
以有线数字电视机顶盒为例，其工作原理如下：有线数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。信源在进入有线电视网络前完成两级编码，一是传输用的信道编码，另一级是音、视频信号的信源编码和所有信源封装成传输流。与前端相应，接收端机顶盒首先从传输层提取信道编码信号，完成信道解调；其次是还原压缩的信源编码信号，恢复原始音、视频流，同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。具有交互功能的机顶盒则需回传通道。
根据接收数字电视广播和互联网信息的要求，一个数字电视机顶盒的硬件结构由信号处理（信道解码和信源解码）、控制和接口几大部分组成。
机顶盒从功能上看是计算机和电视机的融合产物，从信号处理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次：
（1）物理层和连接层：包括高频调谐器，QPSK、QAM、OFDM、VSB 解调，卷积解码，去交织，里德‐所罗门解码，解能量扩散。
（2）传输层：包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。
（3）节目层：包括MPEG‐2视频解码，MPEG／AC‐3音频解码。
（4）用户层：包括服务信息，电子节目表，图形用户界面（GUI），浏览器，遥控，有条件接收，数据解码。
（5）输出接口：包括模拟视音频接口，数字视音频接口，数据接口，键盘，鼠标等。
数字电视机顶盒的工作过程大致如下：高频头接收来自有线网的高频信号，通过QAM 解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据信息的传送流（TS）。传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。
解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEG‐2解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。MPEG‐2解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D／A 变换，还原出模拟音、视频信号，在常规彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。
7.2 高清电视
7.2.1 概述
1.基本概念
高清晰度电视（HDTV）的“高清晰度”指与现行电视相比，其水平和垂直两个方向的图像分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕显示器近距离观看时，图像细腻逼真，无闪烁和粗糙感，并配以数字环绕音响伴音。
高清晰度电视是数字技术在电视领域里的必然发展趋势，其主要优点在于能实现无失真传输，并能充分利用有限的频谱资源。它可提供相当于标准清晰度电视画面5倍的信息量，最高清晰度超过1300线，相当于目前模拟电视画面清晰度的2～3倍，具有极高的图像分辨率和清晰度，采用16：9的图像模式的宽屏显示效果更符合人们的视觉习惯；在音频方面，模拟制电视只有一路伴音，而高清晰度电视采用杜比公司的AC‐3解码技术，可接收和输出5.1声道信号，并具极好的音质和真正的环绕音效，接驳上家庭影院音响后，可实现左、中、右、左后、右后和超重低音6声道环绕音效。
从观众角度看，通过高清晰度电视不仅可以观赏高清晰画面，领略逼真的音质和真正的环绕音效，而且还可以自由点播节目，可以自己控制视频效果，可以充分享受交互式功能服务，得到很大的享受。
从播放角度看，采用数字式播放，在原来模拟电视的一个频道内，可同时播放4套以上的数字电视节目，在按国际规定分配的频域内同时播放节目的频道数将比模拟式增加几十倍。此外，还可根据频道数据流的情况，在播出电视节目的同时播出可供计算机接收的数据。这无疑也为节目制作人员开辟了充分发挥积极性、创造性的空间。从节目播出费用的角度看，可大量节省资金。据估算，如果播放50个频道的节目，用模拟方式播放，需要50个中继器，而采用数字式播放，费用可以减少为1／4～1／6。如再加上各电视台的公用频道，费用还可以降低。