数字电视信号,数字电视设备

数字电视信号,数字电视设备

　　将电视模拟信号转变为数字信号并进行处理、记录、存储、传输和接收的技术。数字广播电视包括图像信号（同步信号和伴音信号）的数字化。数字电视系统与模拟电视系统相比，其优点是信号经多次转接切换和远距离传输而没有失真的积累，抗干扰性能强，图像质量好。数字电视系统可实现模拟电视系统难以高质量实现的功能，如时轴处理、制式转换、电视特技等。它和计算机相配合，可实现电视信号的实时处理。此外，数字电视便于图像信号和伴音信号的时分复用传输。数字电视首先应用于电视中心，而在传输方面应用较晚。这是因为电视信号数字化后数码率很高，占用频带较宽，原有的传输信道已不适应要求的缘故。但是，光纤通信的发明，开辟了新的宽频带信道。另外，数字电视压缩编码技术能显著压缩频带，因而数字电视的传输也正在迅速发展。
　　电视信号数字化系统 首先将模拟电视信号编码为数字信号，然后在信道中传输或在设备中存储并加工处理，最后由译码器(亦称解码器)把数字信号还原为模拟信号。为了减少信道传输中产生的误码，要加信道编码器进行纠错。为了适应不同特性的信道，信号应进行不同的调制和变换。
　　彩色电视信号所用PCM编码方式有两种 ，即复合编码和分量编码。复合编码是将模拟的全电视信号直接进行模数转换，以形成数字式全电视信号 ； 而分量编码则是分别对Y ，(R-Y)，(B-Y) 信号进行模数转换 ， 然后将这些信号并路合成为数字式全电视信号。为了获得高质量的数字化电视信号和便于国际间的节目交换，国际无线电咨询委员会( CCIR )601号建议中要求全数字化的电视中心采用分量编码 ，以便不同彩色电视制式采用统一的编码标准。其取样频率定为 ：Y信号用13.5兆赫，(R-Y)和（B-Y)信号用6.75兆赫，都是8比特均匀量化PCM编码。
　　数字电视信号的记录 利用磁盘、磁带或其他载体实现数字记录的技术。记录设备有以下3种。
　　①电子静止图像存储库。将数字电视信号存储在一个磁盘或一组磁盘上，磁盘转速与帧频或场频相同，数据的写入、读出均用磁头和磁盘表面的磁感应来实现。这种设备的特点是可存储数百到数千帧图像，并可通过计算机灵活编辑。它能代替飞点扫描器，还可供制作动画和电子绘图。
　　②数字磁带录像机。将数字电视信号存储在磁带上。它的机械结构与模拟录像机类似。但数字图像信息的码率很高(106～216兆比特／秒) ， 记录时必须采用高密度磁带 ，增加磁头与磁带间的相对速度，或采用压缩编码技术。数字磁带录像机的特点是，经几十次复制后的图像质量无明显下降，而模拟录像机经数次复制后质量便明显下降。
　　③数字视频存储器。不同于电子静止图像存储库和数字磁带录像机，它用集成电路作存储元件，主要特点是快速随机存取，且长时间存储图像质量不下降。按存储容量大小可分为行、场、帧等存储器。数字视频存储器在数字电视中 ，应用相当广泛。它常用在数字电视信号高速实时处理的各种设备，如制式转换器、帧同步器、时基校正器等，在压缩编码和静止图像传输等装置中也得到广泛应用。此外，它也是计算机图像处理系统中输入输出设备的重要组成部分。
　　数字电视信号处理 利用数字技术实现电视图像信号的频带压缩、图像质量的改善和电视特技等功能的技术。它是数字图像处理原理在电视中的应用。
　　电视信号虽 然是一维时间信号 ，但它代表的却是空间（或平面的）图像。因此，它具有多维信息的特征，数字化后的码率很高。传输时要求很宽的信道带宽，存储时要求存储器的容量很大。这就产生了图像处理的数据压缩问题。
　　当电视图像从一种形式转变为另一种形式时，例如摄像、录制、处理、传输或显示等，输出图像的质量可能不及输入图像质量。图像增强则是有选择地强调和抑制图像中的某些信息，以改善图像的质量。因此，它在数字电视中得到较多的应用。例如γ校正（对比度增强）、轮廓校正、孔阑校正（去模糊或锐化）以及降噪等。除孔阑效应外，传输与显示系统的高空间频率比低空间频率有较大衰减，还可能引起轮廓失真。
　　数字电视设备 为了提高播出图像的质量，电视中心采用以下各种数字电视设备：
　　①数字时基校正器。用以改善录像机重放图像的质量 。录像机重放的图像信号时基误差较大，会造成编辑和多次复制时图像质量下降，所以必须采取校正措施。首先将被校正的信号以它的时基信号为基准写入存储器，然后以电视中心的时基信号为基准读出，即可得到时基误差较小的视频信号。
　　②帧同步器。用以将不同来源的非同步电视信号变成同步的电视信号，以便进行切换和特技混合等处理。它能解决用同步锁相方法不能解决的多个信号源同步的问题。它的原理与时基校正器基本相同，只是帧同步器的存储量要求至少为一帧。写入由输入视频信号形成的时基信号控制；读出由电视中心的时基信号控制。
　　③数字制式转换器。用以将不同制式的电视信号互相转换，便于国际间电视节目交换。它的原理是将数字化后的视频信号存储起来，存储量为一帧；然后采用空间滤波器和时间复用器，将复合编码所产生的数字信号源变换为亮度和色度信号按时间分割的数字信号源；用场内插器改变输入信号的场频，用行内插器改变输入信号的行数；最后用新的副载波对处理后的模拟信号进行重新调制，完成制式转换。
　　④数字视频特技发生器。能将图像作各种变换，如压缩(将原来的宽高比缩小)、位移(压缩后移至不同位置)、扩张(将原来的宽高比放大)、复合冻结(将一个完整的动作分成4、9或16个分解动作，同时显示在画面上)、裂像（可将图像在水平方向或垂直方向分开，使第二个画面透过裂开的画面显示出来）。它把帧存储器与计算机结合起来，按编好的程序进行时基变换、取样点数变换和起始位置变换等以实现必要的特技显示。、
　　数字电视信号的传输 电视信号，特别是彩色电视信号，具有很大的信息量 。 如按CCIR601号建议作PCM数字化 ，则一套彩色电视节目需要216兆比特／秒的码率 。 若直接传送则需要频带极宽的传输信道。已有的微波和卫星信道远不能满足需要，因而必须压缩码率。为了与数字电话系统的码率等级相匹配，必须将码率压缩到 34～140兆比特／秒 。电视图像像素间、行间、帧间的相关性较强，因而图像信息中存在很大的多余度。在不明显损害图像质量的情况下，如何减少图像信息的多余度(或解除其相关性)是实现压缩编码的中心问题。常用的压缩编码有两类：空间域中的图像编码，即预测编码(又称差值脉码调制，即△PCM )，和变换域中的图像编码，即变换编码。
　　①预测编码。对于当前像素值，用过去像素值的加权和作为它的预测值求出两者的差值，然后对差值进行量化编码并传送。这一差值序列的相关性较弱，因而可用较少的量化比特数编码达到压缩码率的目的。
　　②变换编码。将一帧图像分成若干个子图像，然后对每一子图像进行正交变换，基本上可解除变换系数间的相关性。然后对不同系数进行不同的量化比特数的编码。正交变换可将子图像从一个域(比如空间域)变换到另一个域（比如变换域）。变换后，能量集中在变换域中的少数项上，保留这些项并弃舍其他项即可达到压缩码率的目的。
　　预测编码和变换编码不仅可在帧内，也可以帧间进行。
　　电视编码传输的发送端，在信源编码器后还有信道编码器 。它的功能是插入纠错码，以便对误码起防护作用。它是利用增加多余度来发现或纠正误码的。