数字电视原理与实现

1 电视系统的全面数字化趋势及其影响
在通信领域内的数字化已为人们所熟悉，例如程控电话、计算机通信以及移
动通信都实现了数字化。
　 近年来，电视领域也发生了一系列的变化，在电视节目的制作设备方面已有
很大一部分实现了数字处理；在电视节目的储存设备方面也出现了许多数字设
备，包括人们最熟悉的VCD等 ；在节目的传输方面，我们从卫星上已可以接收到
多套数字压缩编码的节目。
　 电视系统的全面数字化正以超出人们预料的速度向前发展，这就要求人们不断
更新知识，以便跟上技术发展的步伐。
　 电视系统的全面数字化将会引起一系列技术革新：
　 (1)将最终形成电视、电话和计算机三网合一的综合数字业务网。原本是完全
不同的媒体的电视广播、电话和计算机数据通信，在全部数字化后，都使用同一
符号“0”和“1”，只不过它们的速率不同而已，人们可以把信号组合在一起，
通过一个双向宽带网送到每个家庭。
　 (2)全面数字的第二个特点是电视制式将实现全球统一，不再会有NTSC、PAL
和Secam等不同 的电视制式，而将统一在ITU-R601数字标准之中。因此更利于节
目的交换和信息的交流。在 数字系统中标准不仅仅对设备外围的接口，而且对数
字信号处理的整个流程和细节都作了详 细规定。MPEG标准将对数字电视的各种应
用和系统层作出详细规定。DVB则对各种传输媒介 ，如卫星、电缆和地面传输中
的各种处理环节进行了规定。与通信和各种计算机设备及系统相联的标准，目前
有DAVIS、MCNS和IEEE P802.14三个标准，不久将会统一。
　 (3)全面数字化的第三个影响是数字电视业务的可分级性带来的各种业务的统
一性，不同质量的信源只是占用的比特率不同，而具有相同的格式，如家用质量
的电视比特率在1.5Mbps ，专业级质量在4~5Mbps，广播级质量在8~9Mbps，但都
打成MPEG-2传送包，可以在同一个设 备中完成各种不同级别的图象业务。
2 多媒体通信概述
　 21世纪人类将步入信息时代，美国政府于1993年11月提出了旨在建立全国综
合信息业务网的 “国家信息基础设施(NII)”计划，根据NII计划的目的、特点与
建设思路，人们习惯称之为 “信息高速公路”计划。在美国之后，日本、英国、
德国和新加坡等国家相应提出了自己的 信息基础建设计划。我国也提出了“中国
信息基础设施”(CII)计划。可见21世纪将会以信 息技术为标志。
　 今后的有线电视宽带综合业务网，除传送图象信号外，还包括声音、文字、
数据等多种信号 ，除了电视信号的分配外还包括了众多交互式通信的内容，故在
此有必要对今后的通信系统 作一简要介绍，即多媒体通信。
　 多媒体通信是通信技术和多媒体技术结合的产物。它并蓄兼收了计算机的交
互性、多媒体的 复合性、通信的分布性以及电视的真实性等优点。 　众所周知，信息是所有消息的总称，而人类传送信息，是通过各种信号来实
现的。信号是传送信息的载体。例如，通过声音和语音信号刺激人的听觉器官来
得到各种信息，再进一步， 通过视频图象信号，尤其是动态视频图象信号，由人
的视觉来得到更生动更真实的信息。当 然，仅有图象是不够的，还必须配合以声
音、文字等多种形式的信号。通过听觉、视觉和其他感觉，使人类获取信息的效
果更好。人类通过感官，用多种形式的信号交换信息，这便是我们所要讨论的多
媒体技术。
　 那么，什么是多媒体呢?我们先讨论媒体(Medium)。媒体也称为媒质或媒介，
它是表示和传 播信息的载体。例如上面所列举的图形、图象、动画、语言、文
字、声音等都可称为媒体。 国际电报电话咨询委员会(CCITT)对媒体进行了如下
的分类：
　 (1)感觉媒体(Preception Medium) 直接作用于人的感官，产生感觉(视、
听、嗅、味、触 觉) 的媒体称为感觉媒体。例如语言、音乐、音响、图形、动
画、数据、文字、文件等都是感觉媒体，也就是本章中讨论的媒体。
　 (2)表示媒体(Presentation Medium) 为了对感觉媒体进行有效的传输，以便
于进行加工和处理，而人为地构造出的一种媒体称为表示媒体。例如语言编码，
静止和活动图象编码以及文本编码等都称为表示媒体。
　 (3)显示媒体(Display Medium) 显示媒体是显示感觉媒体的设备。显示媒体
又分为两类， 一类是输入显示媒体，如话筒，摄象机、光笔以及键盘等，另一种
为输出显示媒体，如扬声器、显示器以及打印机等。
　 (4)传输媒体(Transmission Medium) 传输媒体是指传输信号的物理载体，例
如同轴电缆、 光纤、双绞线以及电磁波等都是传输媒体。
　 (5)存储媒体(Storage Medium) 用于存储表示媒体，也即存放感觉媒体数字
化后的代码的媒体称为存储媒体。例如磁盘、光盘、磁带、纸张等。
　 通常所指的多媒体就是上述感觉媒体的组合，也就是声音、图象、图形、动
画、文字、数据 、文件等各种媒体的组合。多媒体技术就是对多种媒体上的信息
和多种存储媒体上的信息进 行处理和加工的技术。而多媒体系统是利用计算机网
和数字通信网技术对多媒体信息进行处 理和控制的系统。 　
2.2 多媒体技术的主要特征
多媒体技术是利用计算机技术把声、文、图象等多媒体集合成一体的技术，它具
有如下的主 要特征：
　 (1)交互性 交互性是多媒体技术的关键特征。它使用户可以更有效地控制和
使用信息，增加对信息的注意和理解。众所周知，一般的电视机是声象一体化
的、把多种媒体集成在一起 的设备。但它不具备交互性，因为用户只能使用信
息，而不能自由地控制和处理信息。例如在一般的电视机中，不能将用户介入进
去，使银幕上的图象根据用户需要配上不同的语言解说或增加文字说明，或者对
图象进行缩放、冻结等加工处理，看到想看的电视节目等。当引入多媒体技术
后，借助交互性，用户可以获得更多的的信息。例如，在多媒体通信系统中， 收
发两端可以相互控制对方，发送方可按照广播方式发送多媒体信息，而另一方面
又可以按照接收方面的要求向收端发送所需要的多媒体信息，接收方可随时要求
发送方传送所需的某 种形式的多媒体信息。在多媒体远程计算机辅助教学系统
中，学习者可以人为地改变教学过 程，研究感兴趣的问题，从而得到新的体会，
激发学习者的主动性、自觉性和积极性。利用多媒体的交互性，激发学生的想象
力，可以获得独特的效果。再如在多媒体远程信息检索系统中，初级交互性可提
供给用户找出想读的书籍，快速跳过不感兴趣的部分，从数据库中检录声音、图
象或文字材料等。中级交互性则可使用户介入到信息的提取和处理过程中，如对
关心的内容进行编排、插入文字说明及解说等。当采用虚拟或灵境技术时，多媒
体系统可提供高级的交互性。
　 (2)复合性 信息媒体的复合性是相对于计算机而言，也可称为媒体的多样化
或多维化，把计算机所能处理的信息媒体的种类或范围扩大，不局限于原来的数
据、文本或单一的语音、 图象。众所周知，人类具有五大感觉，即视、听、嗅、味与触觉。前三种感觉占了总信息量 的95%以上，而计算机远远没有达到人类处
理复合信息媒体的水平。计算机一般只能按照单 一方式来加工处理信息，对人类
接收的信息经过变换之后才能使用。而多媒体技术就是要把计算机处理的信息多
样化或多维化。信息的复合化或多样化不仅是指输入信息，这称为信息的获取
(Capture)，而且还指信息的输出，这称为表现(Presentation)。输入和输出并不
一 定相同，若输入与输出相同，就称为记录或重放。如果对输入进行加工、组合
与变换，则称 为创作(Authoring)，可以更好地表现信息，丰富其表现力，使用
户更准确更生动地接收信息。这种形式过去在影视制作过程中大量采用，在多媒
体技术中也采用这种方法。
　 (3)集成性 多媒体的集成性包括两方面，一是多媒体信息媒体的集成，另一
是处理这些媒 体的设备和系统的集成。在多媒体系统中，各种信息媒体不是象过
去那样，采用单一方式进行采集与处理，而由多通道同时统一采集、存储与加工
处理，更加强调各种媒体之间的协同关系及利用它所包含的大量信息。此外，多
媒体系统应该包括能处理多媒体信息的高速及并 行的CPU，多通道的输入/输出接
口及外设，宽带通信网络接口及大容量的存储器，将这些硬 件设备集成为统一的
系统。在软件方面，则应有多媒体操作系统，满足多媒体信息管理的软 件系统，
高效的多媒体应用软件和创作工作等。这些多媒体系统的硬件和软件在网络的支
持 下，集成为处理各种复合信息媒体的信息系统。
　 (4)实时性 由于多媒体系统需要处理各种复合的信息媒体，决定了多媒体技
术必然要支持实时处理。接收到的各种信息媒体在时间上必须是同步的，其中语
声和活动的视频图象必须严格同步，因此要求实时性，甚至是强实时(Hard Real
Time)。例如电视会议系统的声音和图象不允许存在停顿，必须严格同步，包括
“唇音同步”，否则传输的声音和图象就失去意义。