数字电视_采用数字技术的播放设备

数字电视

采用数字技术的播放设备

数字电视（Digital Television）简称DTV，是从节目采集、节目制作、节目传输一直到用户端都以数字方式处理信号的电视系统，即从演播室到发射、传输、接收的全部环节都使用数字信号，或者是通过0、1数字串所构成的数字序列进行传播。数字电视是继黑白模拟电视、彩色模拟电视之后的第三代电视类型，是相对模拟电视而言的概念。和模拟电视相比，数字电视画质更高，功能更强，音效更佳，内容也更丰富，通常还具备交互性和通信功能。

电子产品概述

数字电视就是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对数字电视信号进行处理和调制的全新电视系统。该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的，传播速率是19.39Mb/s，保证了数字电视的高清晰度，克服了模拟电视的先天不足。

其具体传输过程是：由电视台送出的图像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送，由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理，因此，信号损失小，接收效果好，没有模拟电视的雪花、重影现象。

发展历程

数字技术是多年来发展最快的技术之一。总体来看，数字技术在电视上的应用的发展总体分三个主要阶段：

第一阶段：19世纪80年代之前，当时以研究开发单独的局部设备为主，投入使用的设备主要有数字时基校正器（DTBC）、数字帧同步机DFS、数字特技机(DVE)等。

第二阶段：20世纪80年代到90年代，这一阶段的特点是成功开发了数字整机电视设备，如数字录像机、数字信号处理摄像机等。

第三阶段：20世纪90年代以后，在这一阶段，数字电视技术已开始从单个设备向整个系统发展，一些研究机构提出了全数字化的数字电视广播标准，如欧洲的数字视频广播格式、美国的ATSC格式等，而且数字电视技术与高清晰度电视技术结合在一起，一些发达国家已经开始进行数字电视或数字高清晰度电视系统的试播。

截至2020年，中国有线电视和直播卫星用户分别达到2.1亿户和1.3亿户，5000余座发射台上万部数字电视发射机覆盖广大城乡地区，通过多渠道传输覆盖广大城乡地区；通过多渠道传输覆盖系统，观众打开电视就能收看到数字电视节目。2020年7月，中国地面数字电视覆盖网络全面建成。2020年底，无线模拟电视退出历史舞台，中国全面进入数字电视时代。

优缺点

优点

1、图像清晰度可接近于发射端信源部分的清晰度。其原因之一是信噪比与连续处理的次数无关，由于杂波主要叠加在传输信号上，而采用二进制的数码信号，通过整形以及引入的检错技术，很容易把这些杂波的影响消除，模拟信号在传输过程中噪声会逐步累积，而数字信号在传输中不会产生新的噪声，即信噪比可基本保持不变，所以模拟信号要求信噪比S/N≥40dB，而数字信号仅需≥20dB。原因之二是数字系统的非线性失真的影响很容易消除，而模拟系统中的非线性失真会造成图像畸变。

2、伴音质量高，音域范围宽。由于采用信息压缩技术，频道利用率很高，允许传送高质量、宽带20Hz～20kHz的音频信号和双路立体声/双伴音，或者传送AC-3数字立体声、和具有影院音效的伴音。

3、频道利用率高。在原有的8MHz宽带一个频道的范围内，可传送1路高清晰度数字电视，或者用集束方式传送2～3套标准清晰度电视以及有关业务数据，或加载通信信道。

4、数字电视与模拟电视可实施信道兼容。在同一频道上可同时传送模拟电视与数字电视而互不干扰，既可在原有模拟电视接收机上加装数字电视机顶盒，又可在数字电视机分路处理模拟电视信号，因而扩展了接收信道空间，使用户得到更多的实惠。

5、很容易实现加密/解密、干扰/解扰，以便扩展各类收费的广播电视服务和其他专业应用，如军事、商业服务。

6、便于与通信和计算机融合，有利于构成国家信息高速传输网一种终端。这是因为计算机技术中的存储记录数字信号的功能都可以用到电视信号上，例如磁带录像将逐渐被磁盘、光盘所代替。由于数字信号只有“1”和“0”，容易存储，因而可广泛地用于图像质量改善，例如100Hz电视就是将50Hz的电视画面逐个存储起来，每个画面放两次，因此观众就能看到更稳定的电视图像，感觉不到闪烁了。

7、可以采用纠错编码技术提高电视机的抗噪声干扰能力。

8、数字电路成本低，无需调整、调谐，不会老化，所以生产成本降低，维修也容易。

9、单向传播。在进行广播电视数据传播的时候，数字电视不需要使用许多附带的其他组播技术的交换或者路由设备等等。在传输的过程中，也不会因为信号所覆的用户较多、覆盖范围较广，而影响传输的网络信号稳定性。它不会在传输中受到网络中带宽压力的影响，同时也不会被黑客进行攻击。

缺点

数字电视同样存在着一些弱点。例如在采样的过程、量化误差、压缩编码所带来的信号损伤，在节目制作及传输过程中贯通延迟。有些损伤可以修复，并不影响图像的最终质量，而有些损伤只能通过一些补偿措施削弱它的影响，这些弱点不会影响电视领域向数字化的转变，与电视信号数字化后所带来的好处相比，这些弱点显得并不重要。

分类

1、按信号传输方式可分为：地面无线传输数字电视(地面数字电视)；卫星传输数字电视(卫星数字电视)；有线传输数字电视(有线数字电视)。

2、按图像清晰度可分为3大类：①数字高清晰度电视(HDTV)：需至少720线逐行或1080线隔行扫描、屏幕宽高比应为16∶9，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并显示较低格式的信号，图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平。②数字标准清晰度电视(SDTV)：必须达到480线逐行扫描，能将720逐行、1080隔行等格式变为480逐行输出，采用杜比数字音响。对应现有电视的分辨率，其图像质量为演播室水平。③数字普通清晰度电视(LDTV)：显示扫描格式低于标准清晰度电视，即低于480线逐行扫描的标准。对应现有VCD的分辨率。

3、按照产品类型可分为：数字电视显示器、数字电视机顶盒和一体化数字电视接收机。

4、按显示屏幕幅型比分类：数字电视可分为4∶3和16∶9幅型比两种类型。

信号数字化

模拟电视信号数字化的步骤是采样、量化和编码。

1、采样

将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离散的信号，即时间离散化。电视信号数字化采样频率的选择首先应满足奈奎斯特抽样定理，即取样频率必须大于信号带宽的两倍，才能从采样信号中完全恢复原信号。对于数字分量编码信号的采样，CCIR601建议亮度采样频率为525/59.94和625/50两大制式行频的最小公倍数2.25MHz的6倍，即13.5MHz。对现行电视制式而言，亮度信号的最大带宽是6MHz，13.5MHz>2×6MHz=12MHz，所以它符合奈奎斯特定理。而色差信号的带宽比亮度信号窄得多，所以在分量编码时两个色差信号的取样频率可以低一些。

2、量化

将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅度离散化。通过采样，把模拟信号变为时间上离散的脉冲信号。这些脉冲信号的幅度仍然是模拟的，因此还必须对模拟幅度进行离散化处理，才能用数码来表示其幅值。这种对幅值进行分级，并按每级进行舍零取整的过程叫作量化。采样频率越高，量化比特数越大，数码率就越高，所需传输设施的带宽则越宽。各厂商生产的数字化视频设备中，最高的量化比特数是12。

3、编码

按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号用对应的二进制或多进制代码表示。电视通道数字化后的码率太高，如果不加压缩，一个通道就将占有100多兆赫的带宽。因此，为了简化信号的传输与存储，压缩码率是十分必要的。常见有如下方法：

（1）降低采样频率

降低采样频率能够压缩码率，但是，奈奎斯特采样定理指出，当取样频率（fs）小于基带频率（fm）的2倍时，频谱发生重叠，则采用低通滤波器无法无失真地恢复原信号。由于电视图像信号的能量主要集中在以行频及其各次谐波频率为中心的较窄范围内，中间存在很大的空隙，因此，若把取样频率选为半行频的奇数倍，就可使fs<2fm时出现的频谱混迭部分形成半行交错。于是，可以采用梳状滤波器将其选出以较小的失真恢复原始信号。

（2）差值脉冲编码调制

标准数字电视采用的是MP@ML主类和主级。概括地说，MPEG2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。一帧图像内的任何一个场景都是由若干像素点构成的，因此一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系，这种关系叫做空间相关性；一个节目中的一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系，这种关系叫做时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只传输少量非相关信息，就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。

（3）线性变换编码

线性变换编码不直接对图像数据编码，而是首先将图像数据进行某种线性变换，得到一组变换系数，然后对这些系数实现量化、编码、传输。在接收端，对收到的变换系数进行相应的逆变换，再恢复成图像信号。从理论上讲，线性变换编码可以压缩码率的原因在于图像信号存在很强的相关性，这种相关性在频率域的反映是功率域滤波的方式获得大的压缩比。

网络结构

对于一个数字电视的有线电视网络来说，根据其数字电视信号码流的先后传输方向，可分为前端播出机房、中端传输网络媒介和末端机顶盒用户三部分。

（1）前端播出机房

前端播出机房就好比人的大脑，处于整个系统中的核心地位。因此，确保前端播出机房系统的安全播出无疑是有线电视网络安全传输工作的首要条件。有线电视网络的前端播出机房是一个非常复杂多样的系统，涵盖多个不同的子系统，主要包括加密子系统、调制/解调子系统、点播子系统以及应急处理子系统等等。

（2）中端传输网络媒介

中端传输网络媒介就像是人的中枢神经系统，传输着前端播出机房发送出来的数字电视信号。在这个系统中，分三级进行传输数字电视信号，依次是最主路放大器级、支路放大器级和楼宇放大器级。中端传输网络媒介层广泛地分布在城市的各个角落。它不像前端播出机房层那样，相对集中在一个电视台的相对封闭的区域内，相反，中端传输网络媒介层是一个完全“裸露”在一个城市的开发空间的系统，从分布的特质上，它是最容易受到攻击的。事实证明，所有针对数字电视信号的攻击，绝大多数都是来自这个环节。

（3）末端机顶盒用户

机顶盒设备有两部分组成，一部分是机顶盒的基本硬件，这是完成基本功能的部分；另一部分是机顶盒上的插卡，这是写入加密程序的存储器。在用户家里，机顶盒担负着解密和点播的功能。

关键技术

数字电视的良好运行需要以下几个关键技术。

1、数字信号发射频率。稳定的发射频率可以弥补传统电视信号不足导致的节目质量较差的问题，因此为实现数字电视发射频率的高频发射和低频发射的结合，需从几个方面来思考。首先，考虑电磁波在传输的过程中，其波频受到 UHF 频率的干扰，导致信号接收时电视图像的整体成型效果受影响的情况。其次，由于其整体应用的芯片普遍被运用到调节电视的线路中，因此，其整体的适用范围相对有限。再次，出于舒适的使用感需求，数字电视应采用 LD-MOS 的形式进行工作。最后，由于其传输线信号极易受外界因素干扰，尤其在靠近水源或潮湿的地域情况下，需注意因为波频的不同变化而产生的不同问题。

2、发射天线。发射天线能保证电视广播的精准性、传递图像效果的真实性。因此，需要电磁波不停地在空间进行信号辐射，从而进行电磁场的有效变化。

3、定位系统。在信号接收和发射的过程中需要用到 GPS 全球定位系统，来保证数字信号传输的覆盖面积以及数字信号传播的稳定性，从而减少对公立发射机的依赖。

4、电磁波的传输。全面的无线数字信号覆盖，对信号塔的位置建设地点要求较高，必须满足发射天线的建立能符合当前阶段的具体需求。我国最常使用的办法是将信号塔的建立进行垂直化的发射天线组件构建，增强整体性能，同时保证信号分布的均匀性。

5、选址技术。天线的选址对于电磁波的传输具有较大的影响。一般情况下，相关的施工人员对天线的选址需要考虑实际的应用情况。首先，要考虑电磁波在辐射过程中所需要的辐射范围，保证其安装之后整体的覆盖范围足够广。其次，在传输过程中，尽量减少由于环境因素带来的变化，保证整体的传播质量。

主要业务

1、传输数字信号的广播、电视节目

这是数字电视的基本业务，与过去模拟电视传播不同的是，由于数字压缩技术的使用，数字电视可以传输的电视频道为原先的6—8倍甚至更多，因此除了将原先的模拟广播、电视频道进行数字化播出外，数字电视还新增了大量的专业性付费频道，如钓鱼频道、孕妇指南、考试在线、靓妆频道等。数字电视传输的电视节目，既可以支持标准清晰度格式，也可以支持高清晰度格式。

2、信息服务

包括政务、财经、生活、健康、教育、娱乐等各种分类信息。

3、电子节目指南(EPG)

具有分类查询功能的节目预告指南，以便用户能够方便快速找到自己喜欢的频道或节目。

4、视频点播(VOD)

数字电视用户可以随时点播观看自己想看的影视节目。

5、增强电视

在电视节目中通过超链接的方式附加相关数据，可以随时进行互动操作。例如在视频节目中附加有关人物、背景或某一产品的信息，用户在观看时可以用遥控器点击打开观看。

6、个人电视录像机(PVR)

将电视节目记录在硬盘上，该硬盘处于机顶盒中，可容纳20一60个小时的节目。PVR能根据时间、标题、演员或节目类型等标准对节目进行存储，自动跳过广告，使用户能随意暂停、回放或快进实况电视节目。

7、互动电视节目

互动电视节目允许用户在观看节目时通过选择不同的拍摄角度、人物角色等进入不同的观看情境，甚至由用户引导故事的结局。

8、电视商务

通过数字电视这个平台，可以办理购物、缴费、股票交易及各种银行业务等。

9、远程教育和远程医疗

通过数字电视接受即时的远程教育或医疗服务。

10、游戏彩票

通过数字电视进行在线互动游戏，买卖各种彩票。

11、短信/彩信

通过数字电视发送、接收短信或彩信。

12、视频通话

通过数字电视进行远程视频对话。

交互电视系统

以数字电视为平台构建的交互电视系统，可以提供许多交互应用，例如：

1、数据广播。将数字化的音频、视频、图像、动画等各种信息通过数字电视广播信道传输到用户的数字电视接收机、电脑以及其他智能设备上，包括股票交易信息、电子节目指南、公共信息查询、（飞机航班、天气预报、家政服务）、网页浏览等。

2、电视银行。用遥控器输入身份证号、登录密码后即可进入电视银行界面，查询、转账、缴费、信用卡、设置等按

钮都会出在界面上，点击进入相应功能。

3、节目浏览。

4、互联网接入。接入方式有两种，一是用数字电视接收机，二是用个人电脑。数字电视网络接入能使观众用电视上网。而通过个人电脑的网络接入，是把电脑与字机顶盒连接，可以给用户提供更高的网络访问速度。

5、电视购物。

6、交互广告。当观众对某个广告信息内容感兴趣时，可以通过遥控器按键选中进入，从而使观众和广告商之间通过服务器连接并交流。

数字电视和模拟电视的对比

1、声音图像：

模拟传输的电视信号在传输中易受干扰，噪声会不断叠加，图像质量仅相当超级VCD的水平，伴音只有单声道和立体声两种。

数字电视采用MPEG-2编码，在传输中抗干扰和纠错能力强，画面清晰，图像质量可达到DVD的水平，且可提供单声道、立体声、多语言、多声道和环绕声等多种伴音方式。

2、节目数量和种类：

模拟电视只能传送电视节目和FM广播，最多只有79套。

数字电视可传输500套以上的电视节目和广播节目。还可同时提供多种业务，如音频广播、数据广播、互动电视、电视购物等，服务内容不再限制在传统的视频节目。

3、个性服务：

传统的模拟电视不提供个性化服务，所有用户接收相同的节目，没有专门的数据类服务频道，获知节目内容简介只能通过查阅广播电视报或收看电视宣传片。

数字电视用户可配合条件接收系统，根据用户的喜好和经济条件提供各种特定的个性化服务，如视频点播、音频点播等;数字电视还具有丰富的数据类服务，24h不间断播出，查看相关信息有专门的中文电子节目菜单可以随时查询各频道的名称和节目相关内容，如节目名称、播出起止时间、内容简介等。

从数字电视和模拟电视的区别来讲，数字电视具有下列三项特征：

1、影像信息源和声音信息源的信息源代码应当是数字压缩代码，也就是对模拟音视频信号进行模/数转换后的压缩代码；

2、传输信道需要利用数字信道的调制解调功能，也就是说调制解调和信道编码也是数字化的过程；

3、电视发射机和接收机也都是数字式设备。

意义

有线数字电视发展的作用和意义已经超出了自身的范畴，将对整个社会经济产生巨大影响，推进一系列产业的发展，进而对整个社会产生较为深刻的影响。具体而言，有线数字电视的意义主要体现在以下几个方面：

1、数字电视将推动我国信息化建设

数字电视的有线电视网络作为城市国民经济和信息化建设的基础设施之一，大力实施数字化改造，推广、普及数字电视应用，将大大加快我国的信息化进程，营造城市的国际化信息和文化环境，提高城市信息化程度，提高国际影响力和竞争力。广播电视是最普及的信息工具和最好的信息载体，数字电视使每个家庭都拥有了一个集公共传播、信息服务、文化娱乐、交流互动于一体的多媒体信息终端，通过有线数字电视网络平台，可以把大量信息，传输给广大用户，使数字电视成为社会信息化的平台，从而推动我国的信息化进程。

2、可以加快广播电视自身的发展

有线电视分配网一般只能传送40～50套模拟电视节目，频道资源相当紧张。采用数字技术后，将使广播电视的信息容量大大增加，可以提供数百套左右的数字频道，频道资源极大丰富，从根本上解决了频道资源紧张的矛盾。发展数字电视也使其服务方式大大改善，服务领域大大扩展，电视机不仅是看电视的工具，还是信息工具、生活工具和服务工具。使广播电视可以提供专业化、多样化、个性化的市场服务，增加新的盈利模式，培育新的文化娱乐消费市场，使广播电视从单纯依靠广告，向多种盈利模式转变。

3、可以带动国内数字电视产业链的形成和发展

数字电视带给我们的还是一个庞大的产业。现代文化产业是一个与现代技术同益融合的产业，数字电视的全面实施，将形成一种多元化的电视产业格局，发展数字电视，可以带动形成新的文化娱乐消费热点，促进传统文化产业开始向新兴文化产业转移。也将带动我国的数字电视元器件、机顶盒、数字电视机、数字电视应用软件、数字电视内容供应等产业的形成和发展，有利于构筑新的数字电视价值链，培育新的经济增长点，促进广播电视产业、信息产业、文化产业等的发展，促进国民经济的发展。

发展方向

1、高清数字电视技术

数字电视技术发展的一个主要方向就是高清电视，高清电视具有很高的清晰度，同时技术要求也更为严格和苛刻，它对数字信号的质量、接收和传送技术的要求都很高。所谓高清数字电视，从字面意义来理解，强调的是画面、声音的清晰度，同时将分辨率从720×576提升为1920×1080。人们对电视节目的清晰度要求越来越高，在电视卖场以及各个视频网站都可以看到高清的字眼，因此。高清数字电视的发展前景十分广阔，他是数字电视技术发展趋势中的关键部分。

2、网络电视

网络已经成为了现代人生活、工作和娱乐不可缺少的部分。人们更多地在互联网上搜索和获得信息。网络电视就是以互联网为载体，将信息带给观众。网络电视与普通的电视相比，其节目内容更为丰富，同时，网络电视的终端设备为机顶盒或者是PC机，通过这些设备可以实现网络的互动，与单向的电视节目相比，人们更乐于随意点播自己中意的节目。这种超强的互动性使得网络电视对传统的电视造成了巨大的冲击，另外由于网络技术的迅速发展，网络电视节目的质量也日益提高，其清晰度也可以满足用户的要求，这也使得更多的用户倾向选择网络电视。因此，随着网络技术和数字电视技术的发展。其网络电视的发展趋势会越来越明显。

3、卫星直播电视技术

与前两者不同的是，卫星直播电视技术通过卫星来转播信号的新型数字电视节目。科技的发展促进了卫星技术，通信卫星的转发器的功能已经非常强大。卫星转发器的功率很大，它完全可以实现数字电视信号从发送端到接受终端的传送工作。与上述两项数字电视技术相比，卫星直播电视技术的突出特点就是其覆盖范围十分广，全球范围内的数字信号的传输工作都可以通过卫星电视技术实现。不仅如此，其设备也十分简单，通过天线就能够使用户观看到优质的数字电视节目。

4、地面无线数字电视

地面无线数字常用的传输模式有：数字MMDS传输模式、MUDS传输模式和“移动电视”模式。具体使用哪种模式，需要各地方电视台根据自身情况具体分析。三种传输模式适用于不同的情况。比如，在范围较大，居住不集中且经济欠发达的地区，应该选用：数字MMDS传输模式、MUDS传输模式，“移动电视”模式虽然能取得良好的效果，但是其成本较高，一次性投入较大；在居住密度大且经济情况较好的地区，则采用“移动电视”更有优势。地面无线数字电视的信号发射时通过电磁波完成传递的，中间节省了很多环节，其设备复杂程度降低，这一点与之前提到的有线数字电视及卫星电视不同。另外，无线数字电视的成本较低，因为其服务范围较小，这一特点使得地面无线数字的设备简单且建设成本低，这形成了其独特的优势。同时，地面无线电视的管理工作简单，可以实现无人监测，节约了人力成本。最重要的是，地面无线电视技术由于服务范围小，其地方特色鲜明，不同的地区可以因地制宜地播出符合本地文化的电视节目，在节目制作方面也更加灵活。因此，地面无线数字电视也具备良好的发展前景。