数字电视的关键技术分析
2012-06-25文丨刘
文丨刘 镠
电视行业是我国民生行业中一个重要组成部分。随着科技以及经济的快速发展,数字电视被广泛应用。数字电视就是从信源开始,将电视信号经过量化、编码转换成由二进制数组成的数字式信号,然后对数字信号进行信源压缩编码、纠错、交织与调制等信道编码后,以较高的数码流发射、传输、并由数字电视接收机接收、处理和显示。数字电视是需要很多关键技术的支持,其要求专业性极强。本文主要分析了六种数字电视关键技术。
数字电视信源编解码技术
数字电视信号所携带的信息基本上都是多媒体信息,其中视频、音频数据信息量加大,因此,数字电视信号要想存储或者传输必须进行数据压缩编码,信源编码技术主要包括两个内容,即视频编解码和音频编解码。(1)视频编解码技术。视频编码技术主要就是连续压缩图像,其压缩编码的依据如下:1)连续图像间的时间相关性,同一个镜头内相邻图像的大部分内容是相同的。2)图像信号空间的相关性,图像信息相邻像素之间、行与行之间、列与列之间都有很多冗余度,则不必存储所有像素。3)人眼的视觉特性。人眼对原始图像各信息的敏感度不同,因此可以对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理,相反对人眼比较敏感的信息,则尽可能减少其失真。4)图像的统计特性。事件发生的概率较、小时,需要分配较长的码字;反之发生的概率较大时,则分配较短的码字。(2)音频编码技术。音频编码技术主要就是完成声音信息的压缩。音频编码技术主要利用人耳的听觉特性:1)听觉的掩蔽效应,在人的听觉上,一个声音的存在会掩蔽另一个声音的存在,掩蔽效应是一个较为复杂的心理和生理现象,包括人耳的频域掩蔽效应和时域掩蔽效应。2)人耳对声音的方向特性,人耳很难判断2kHz高频声音信号的方向性,因而立体声广播的高频部分不必重复存储。
复用技术
(1)复用器的数据打包功能。在数字电视中,复用器通过一个打包器将音频、视频、辅助数据的码流打包,然后将其复合成单路。目前,网络通信数据的打包都是按照一定格式来进行的。数字电视具有可扩展性、交互性和分级性,这就是由于复用器对打包节目的加扰所造成的。并且加扰技术可随机化,因此,要想对其进行解扰接收机必须具备密钥才行。(2)复用器的相关标准与传输介质。国际上采用的是MPEG-2标准,并且我国也将采用这一标准。HDTV数据包长度为188个字节,是ATM信元的整数倍。今后以光纤为传输介质,以ATM为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未来“信息高速公路”的主体设施。可用4个ATM信元来完整地传送一个HDTV传送包,因而可达到HDTV与ATM的方便接口。
数字电视的信道编码技术
信道编码就是通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助码,进行纠错,从而保证信号的可靠性传输。信道编码后的基带信号的传输可通过调制将其送入各类通信来进行,数字电视的传输信道包括卫星信道、有线电视信道和地面广播信道。其中卫星主要就是为了解决大面积覆盖的问题;有线电视主要就是为了解决城镇地区“信息到户”的问题;地面电视主要就是为了解决简单接收和移动接收的问题。对于信道编码而言,纠错编码是非常重要的,只有数字通信才具备纠错编码,而模拟通信是不具备的。在数字电视系统中,纠错编码被广泛应用。
数字电视调制解调技术
在数字电视系统中,主要采用五种数字调制技术。(1)正交振幅调制(QAM)。正交振幅调制目前已经成为了一种频谱利用率很高的调制方式,在有线电视网络高速数据传输中被广泛应用,这种技术调制效率高,要求传送途径的信噪比高。正交振幅调制的原理图如图1所示。(2)正交相移键控调制(QPSK)。这种调制技术调制效率高,要求传送途径的信噪比低,适合卫星广播;(3)残留边带调制(VSB),抗多径传播效应好(即消除重影响效果好),适合地面广播;(4)编码正交频分复用调制(COFDM),抗多径传播效应和同频干扰好,适合地面广播和同频网广播;(5)扩频调制(SSM),主要是在CDMA移动通信领域应用极为广泛,特别是在WCDMA,CDMA-2000、TD-SCDMA等第三代移动通信(3G)中重要性非常突出。
图1 正交振幅调制的原理图
数字电视加扰解扰技术
为了使数字电视收费运营机制顺利实施,必须采用加扰解扰技术。收费电视系统的基本特点是所提供的业务不是所有用户都能够享用,只有授权的用户才可使用,也就是说,它是一种有偿服务体系。正是这种有偿机制的实施,才使数字电视的投资能够产生经济效益。改变标准数字电视信号的特性就是加扰,在视频、音频等数据上做了一些特殊的处理,从而限制未授权用户使用。数字电视加扰是在用户前端完成,而数字电视解扰则是在用户端完成,其可分为两种方法:(1)通过愉悦方式在用户终端来解扰,不用通过前端来进行。(2)通过前端来解扰,即通过用户寻址控制来进行。目前,大多数的加扰和解扰都是用过第二种方式来进行的。加扰解扰技术在数字电视系统中是必不可少的。
高速宽带网络技术
保证数字电视系统的有效实施,其中速接入网和高速互联互通的传输网是非常重要的。多媒体数据对网络环境的要求是非常严的,尤其对带宽和实时性的要求更加严格。数字电视中的视频、音频数据时间相关性很强,对网络的延迟特别敏感,应保证在任意给定的网络交换能力下能提供给用户可靠稳定的带宽、保证高质量、平滑和全动态视频的多媒体数据流传输。
综上所述,数字电视的关键技术包括:数字电视信源编解码技术、复用技术、数字电视的信道编码技术、数字电视调制解调技术、数字电视加扰解扰技术、高速宽带网络技术。这些技术也是实现数字电视的基础技术。只有将这些关键技术有效的应用起来,才能更好的为居民提供良好的数字电视,同时也能够促进电视业的发展。