2.2 数字电视基本知识

2.2.1 知识要点

1.了解数字电视的基本概念

（1）模拟电视：电视信号在产生、发送、传输、接收和记录的全过程中，采用的都是模拟信号，故称模拟电视。模拟信号指的是电压信号或电流信号在时间上、幅度上都是连续变化的。它的变化规律类似于原物理量变化的电压信号或电流信号。

（2）数字电视：数字电视是指包括节目摄制、编辑、发送、传输、存储、接收和显示等环节全部采用数字处理的全新电视系统。也可以说数字电视是在信源、信道、信宿三个方面全面实现数字化和数字处理的电视系统。其中电视信号的采集（摄取）、编辑加工、播出发送（发射）属于数字电视的信源，传输和存储属于信道，接收端与显示器件属于信宿。

数字电视按其传输途径可分为三种：卫星数字电视（DVB-S）、有线数字电视（DVB-C）和地面数字广播电视（DVB-T）。

数字电视按照扫描标准、图像格式或图像清晰度、传输视频（活动图像）比特率的不同，一般分为标准清晰度数字电视（SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）。标准清晰度电视的视频比特率为3～8Mbit/s，图像水平清晰度≥450线，分辨率为720×576，采用4:3的屏幕宽高比；高清晰度电视视频比特率为18～20Mbit/s，图像水平清晰度≥720线，分辨率为1920×1080，采用16:9的屏幕宽高比。

（3）高清晰度电视：CCIR（国际无线电咨询委员会，现改名为ITU-R）对HDTV的定义是：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在观看距离为显示屏高度的三倍距离处所看到的图像的清晰程度，应具有观看原始景物或表演时相同的感觉”。

我国于2006年3月29日发布的《数字电视接收设备术语》（SJ/T 11324—2006）中定义高清晰度电视为“图像清晰度在水平和垂直两个方向近似为模拟电视系统图像清晰度的2倍，图像格式为1920×1080，图像宽高比为16:9，并能传送数字声音的电视系统”。

2.熟悉数字电视系统的基本组成

数字电视系统包括信源、信道和信宿三大部分，如图2-7所示。

图2-7 数字电视系统的基本组成框图

在信源部分，首先将模拟图像、音频信号分别进行A-D变换，将模拟信号转换成数字信号后送入信源编码器中。信源编码承担着图像、音频数据压缩码率的功能，它去掉信号中的冗余，使传输码率降低，以提高信息的传输效率。多路复用器则将视、音频信号、数据信号及多路电视信号复用成一路传输码流。复用后的传输码流进入信道编码器，信道编码即为纠错编码，目的是提高信号在传输过程中的抗干扰能力，保证接收信息的可靠性。调制器是将数字基带信号的频谱搬移到某个载频上，将数字基带信号转换成为适宜在信道中传输的波形，使信号特性与传输信道相匹配。信道是指信号在各种媒质中传输的通道，可以是光纤、电缆、微波、卫星等。信宿是指接收端，它是发送的逆过程，包括解调、信道解码、解复用、信源解码、D/A变换，还原成模拟图像、音频信号。

3.理解视、音频信号数字化的步骤

视、音频信号（模拟信号）数字化要经过取样、量化、编码三个步骤，形成二进制数字信号，这三步总称为脉冲编码调制（PCM），如图2-8所示。

图2-8 视、音频信号数字化示意图

取样是在时间上将模拟信号离散化。量化是在幅度上将模拟信号变为离散值的数字信号，通常将一组连续的幅度值四舍五入转化成一组有限的量化电平。将模拟信号数字化的第三步是编码。经过取样，量化后，模拟信号已经变成了离散的脉冲序列，但量化输出的信号是用十进制表示的离散量化电平，为了发挥数字通信的优点，必须将要传输十进制量化电平变换成二进制量化电平，即用nbit二进制码表示已经量化电平值。例如，一个二进制码“110”，是3bit的二进制码，代表十进制量化电平6。

4.熟悉数字电视的信源编码

信源编码就是在原始图像信号中移去自然存在的冗余度，以达到用尽可能少的数码来有效地表示图像信号，从而降低码率，压缩频带，所以信源编码又称压缩编码。由PCM形成的数字图像信号是离散的信号，但由于图像信号具有很强的相关性，因而由原始图像信号的抽样值作为信源必定存在时间或空间的冗余度。所以在数字电视中必须先进行信源编码。一般来讲，信源编码分为无损编码和有损编码。

图像的信源编码还可分为帧内编码和帧间编码。帧内编码主要是去除空间的冗余度，常用于静止图像压缩编码，或用于活动图像编码的第一帧。帧间编码可同时去除空间域和时间域的冗余度，常用来编码一个图像序列中连续且相似的若干帧。

5.熟悉数字电视的信道编码

信道编码的实质是提高信息传输的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰能力。对信道编码的要求主要有两条：一是要求编码器输出码流的频谱特性适应信道的频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信道能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性。二是增强纠错能力，使得即使出现差错，也能得以纠正。前者要用到频谱成形技术，即合理地选择和设计数字信号的码型，使数字信号的频谱特性适应传输通道的频谱特性，后者则要用到差错控制技术，这是信道编码的主要内容。

信道编码又称差错控制编码或称纠错编码，其基本原理是为了使信源具有检错和纠错能力，按一定的规则在信源编码的基础上增加一些冗余码元（又称监督码元），使这些冗余码元与被传信息码元之间建立一定的关系，发送端完成这个任务的过程就称为纠错编码。在接收端，根据信息码元与监督码元的特定关系实现检错（发现错误码元）和纠错，输出原信息码元，完成这个任务的过程就称纠错解码。

在信源编码中，需除去冗余，压缩码元数量，提高传输效率。而在信道编码中却要增加冗余，增加码元数量，降低了传输效率，增加的冗余部分即监督码元，信道编码是以降低传输效率为代价而获得传输的可靠性。

信道编码和信源编码对于传输效率的作用而言是相反的。

6.了解数字电视机顶盒的功能和分类，掌握数字电视机顶盒的工作过程

数字电视机顶盒英文缩写“STB”（Set-Top Box）。它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它把经过数字化压缩的图像和声音信号解码还原成模拟视音频信号送入普通的电视机。

（1）数字电视机顶盒的功能：数字电视机顶盒的主要功能是接收数字电视广播节目，进行视、音频解码，为现有的模拟电视机提供高质量的视、音频信号。同时数字电视机顶盒还具有所有广播与交互式多媒体应用功能。主要包括：

1）电子节目指南（EPG）。电子节目指南给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的一种方式，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。同时，EPG可提供分类功能，帮助用户浏览和选择各种类型的节目。

2）高速数据广播。高速数据广播能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。

3）软件在线升级。软件在线升级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传播下来，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。数字电视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，用PC与因特网连接。

5）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。

总之，到目前为止，围绕数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用三大核心功能开发了多种增值业务，具体见表2-1。

表2-1 数字机顶盒目前开发的增值业务

（2）数字电视机顶盒的分类：数字电视按照传输途径分为卫星、有线和地面三种方式，于是有三种适用于不同传输网络的数字电视机顶盒；数字电视按照扫描标准、图像格式或图像清晰度等一般分为标准清晰度数字电视（SDTV，简称标清电视）、高清晰度数字电视（HDTV，简称高清电视）。由此，可以演变出6种不同的数字电视机顶盒，如图2-9所示。

图2-9 数字电视机顶盒的分类

（3）有线数字电视机顶盒的工作过程：有线数字电视机顶盒的硬件组成框图如图2-10所示。

一体化调谐器（高频头）接收来自有线电视网络的射频信号并下变频为中频信号，经过QAM解调器进行解调，输出包含音、视频和其他数据信息的传输码流（TS）。传输码流中一般包含多个音、视频流及其一些数据信息。解复用器接收传输码流，从中抽出一个节目的分组基本码流（PES）数据，包括视频PES和音频PES，送入专用的解码器和相应的解析软件，完成数字音视频信号的还原。其中视频分组基本码流（PES）送入MPEG-2视频解码器模块进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块进行解码，输出PCM音频数据到D/A变换器，变换成立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。

图2-10 基本型有线数字电视机顶盒的组成框图

2.2.2 选择题

（注：有*号的为多项选择题，其余为单项选择题）

1.数字电视的含义是（ ）。

A.指家用数字化电视机

B.指高清数字电视机

C.指从电视节目采集、录制、播出到传输、用户端接收全部采用数字编码与数字传

输技术的新一代电视系统

2.目前我国高清晰度电视的扫描格式采用的是（ ）。

A.1280×720p B.1920×1080i C.1920×1080p

3.演播室分量编码4:2:2标准的总码率为（ ）。

A.216Mbit/s B.324Mbit/s C.162Mbit/s

4.我国有线数字电视系统采用压缩编码标准是（ ）。

A.MPEG-2 B.MPEG-4 C.H.264 D.AVS

*5.我国有线数字电视系统信道编码采用（ ）。

A.RS编码 B.卷积编码 C.交积 D.卷积交积

6.我国有线数字电视传输采用标准是（ ）。

A.美国的ATSCB标准 B.日本的ISDBC标准

C.欧洲的DVB标准 D.我国自己的标准

*7.数字电视机顶盒的分类有（ ）。

A.基本型、增强型、高级型 B.超薄型、流线型、功能型

C.卫星、有线、地面

8.我国计划基本停止播出模拟信号电视节目的时间是（ ）。

A.2010年 B.2015年 C.2020年 D.不确定

9.标准清晰度数字电视的图像质量可以达到（ ）。

A.VCD的图像质量 B.DVD的图像质量

C.EVD的图像质量 D.HVD的图像质量

2.2.3 判断题

1.数字电视是一场全世界范围的新技术革命，是广播电视发展的必然趋势。 （ ）

2.高清晰度电视就是数字电视。 （ ）

3.按照国家的高清标准，数字高清晰度电视的英文缩写是HDTV。 （ ）

4.我国有线数字电视传输的数字电视频道带宽为6.5MHz。 （ ）

5.我国有线数字电视系统中的图像格式是采用MPEG-2中的图像格式。 （ ）

6.帧内压缩编码的目的在于消除一帧（或一场）内图像的空间冗余。 （ ）

7.信道编码是以降低传输效率为代价而获得的传输可靠性。 （ ）

8.收看有线付费电视节目时只要购买一台数字电视机顶盒就可以。 （ ）

9.用户购买了机顶盒并插入已授权智能卡后才能正常收看数字电视节目。 （ ）

10.用户买了普通高清数字电视机后，收看数字电视节目就不用添加机顶盒了。 （ ）

11.有线数字电视可以帮助用户一边听广播一边干家务。 （ ）

12.数字电视除看到更多、更清晰的电视节目外还可以实现互联网的上网功能。 （ ）

13.交互式数字电视的主要功能是变被动地“看”电视为自主地“用”电视。 （ ）

14.一台数字电视机顶盒可以支持一台电视机收看高清数字电视节目。 （ ）

2.2.4 填空题

1.模拟信号数字化的三个步骤是____、____和____。

2.数字电视按照扫描标准、图像格式或图像清晰度的不同一般分为（SDTV）和（HDTV）两大类。

3.信源编码一般可分为____和____。

4.图像的信源编码还可分为和。

5.分量编码是指对电视信号的、、或、、分量信号进行PCM编码。

6.数字电视机顶盒是一种将转换成的变换设备，它把经过图像和声音信号，还原成模拟视音频信号送入普通的电视机。____

7.数字电视机顶盒按照传输途径不同可分为____、____和____三种。

8.数字电视机顶盒按业务和功能不同可分为____、____和____三种。

9.数字电视机顶盒的基本功能有：____、____、____、____、____、____。

2.2.5 简答题

1.数字电视系统由哪几部分组成？

2.电视图像信号的数码率为什么能够压缩？

3.模拟信号数字化主要经过哪些处理步骤？

4.信号传输过程中，误码产生的原因是什么？

5.信道编码与信源编码有哪些异同点？

6.简述有线数字电视机顶盒的工作原理。