數(shù)字電視信號(hào),數(shù)字電視設(shè)備

　　將電視模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理、記錄、存儲(chǔ)、傳輸和接收的技術(shù)。數(shù)字廣播電視包括圖像信號(hào)（同步信號(hào)和伴音信號(hào)）的數(shù)字化。數(shù)字電視系統(tǒng)與模擬電視系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)經(jīng)多次轉(zhuǎn)接切換和遠(yuǎn)距離傳輸而沒有失真的積累，抗干擾性能強(qiáng)，圖像質(zhì)量好。數(shù)字電視系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模擬電視系統(tǒng)難以高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)的功能，如時(shí)軸處理、制式轉(zhuǎn)換、電視特技等。它和計(jì)算機(jī)相配合，可實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。此外，數(shù)字電視便于圖像信號(hào)和伴音信號(hào)的時(shí)分復(fù)用傳輸。數(shù)字電視首先應(yīng)用于電視中心，而在傳輸方面應(yīng)用較晚。這是因?yàn)殡娨曅盘?hào)數(shù)字化后數(shù)碼率很高，占用頻帶較寬，原有的傳輸信道已不適應(yīng)要求的緣故。但是，光纖通信的發(fā)明，開辟了新的寬頻帶信道。另外，數(shù)字電視壓縮編碼技術(shù)能顯著壓縮頻帶，因而數(shù)字電視的傳輸也正在迅速發(fā)展。
　　電視信號(hào)數(shù)字化系統(tǒng) 首先將模擬電視信號(hào)編碼為數(shù)字信號(hào)，然后在信道中傳輸或在設(shè)備中存儲(chǔ)并加工處理，最后由譯碼器(亦稱解碼器)把數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)。為了減少信道傳輸中產(chǎn)生的誤碼，要加信道編碼器進(jìn)行糾錯(cuò)。為了適應(yīng)不同特性的信道，信號(hào)應(yīng)進(jìn)行不同的調(diào)制和變換。
　　彩色電視信號(hào)所用PCM編碼方式有兩種 ，即復(fù)合編碼和分量編碼。復(fù)合編碼是將模擬的全電視信號(hào)直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以形成數(shù)字式全電視信號(hào) ； 而分量編碼則是分別對(duì)Y ，(R-Y)，(B-Y) 信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ， 然后將這些信號(hào)并路合成為數(shù)字式全電視信號(hào)。為了獲得高質(zhì)量的數(shù)字化電視信號(hào)和便于國際間的節(jié)目交換，國際無線電咨詢委員會(huì)( CCIR )601號(hào)建議中要求全數(shù)字化的電視中心采用分量編碼 ，以便不同彩色電視制式采用統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)。其取樣頻率定為 ：Y信號(hào)用13.5兆赫，(R-Y)和（B-Y)信號(hào)用6.75兆赫，都是8比特均勻量化PCM編碼。
　　數(shù)字電視信號(hào)的記錄 利用磁盤、磁帶或其他載體實(shí)現(xiàn)數(shù)字記錄的技術(shù)。記錄設(shè)備有以下3種。
　?、?a target="_blank">電子靜止圖像存儲(chǔ)庫。將數(shù)字電視信號(hào)存儲(chǔ)在一個(gè)磁盤或一組磁盤上，磁盤轉(zhuǎn)速與幀頻或場頻相同，數(shù)據(jù)的寫入、讀出均用磁頭和磁盤表面的磁感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)備的特點(diǎn)是可存儲(chǔ)數(shù)百到數(shù)千幀圖像，并可通過計(jì)算機(jī)靈活編輯。它能代替飛點(diǎn)掃描器，還可供制作動(dòng)畫和電子繪圖。
　　②數(shù)字磁帶錄像機(jī)。將數(shù)字電視信號(hào)存儲(chǔ)在磁帶上。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)與模擬錄像機(jī)類似。但數(shù)字圖像信息的碼率很高(106～216兆比特／秒) ， 記錄時(shí)必須采用高密度磁帶 ，增加磁頭與磁帶間的相對(duì)速度，或采用壓縮編碼技術(shù)。數(shù)字磁帶錄像機(jī)的特點(diǎn)是，經(jīng)幾十次復(fù)制后的圖像質(zhì)量無明顯下降，而模擬錄像機(jī)經(jīng)數(shù)次復(fù)制后質(zhì)量便明顯下降。
　?、蹟?shù)字視頻存儲(chǔ)器。不同于電子靜止圖像存儲(chǔ)庫和數(shù)字磁帶錄像機(jī)，它用集成電路作存儲(chǔ)元件，主要特點(diǎn)是快速隨機(jī)存取，且長時(shí)間存儲(chǔ)圖像質(zhì)量不下降。按存儲(chǔ)容量大小可分為行、場、幀等存儲(chǔ)器。數(shù)字視頻存儲(chǔ)器在數(shù)字電視中 ，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。它常用在數(shù)字電視信號(hào)高速實(shí)時(shí)處理的各種設(shè)備，如制式轉(zhuǎn)換器、幀同步器、時(shí)基校正器等，在壓縮編碼和靜止圖像傳輸?shù)妊b置中也得到廣泛應(yīng)用。此外，它也是計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)中輸入輸出設(shè)備的重要組成部分。
　　數(shù)字電視信號(hào)處理 利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)電視圖像信號(hào)的頻帶壓縮、圖像質(zhì)量的改善和電視特技等功能的技術(shù)。它是數(shù)字圖像處理原理在電視中的應(yīng)用。
　　電視信號(hào)雖 然是一維時(shí)間信號(hào) ，但它代表的卻是空間（或平面的）圖像。因此，它具有多維信息的特征，數(shù)字化后的碼率很高。傳輸時(shí)要求很寬的信道帶寬，存儲(chǔ)時(shí)要求存儲(chǔ)器的容量很大。這就產(chǎn)生了圖像處理的數(shù)據(jù)壓縮問題。
　　當(dāng)電視圖像從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式時(shí)，例如攝像、錄制、處理、傳輸或顯示等，輸出圖像的質(zhì)量可能不及輸入圖像質(zhì)量。圖像增強(qiáng)則是有選擇地強(qiáng)調(diào)和抑制圖像中的某些信息，以改善圖像的質(zhì)量。因此，它在數(shù)字電視中得到較多的應(yīng)用。例如γ校正（對(duì)比度增強(qiáng)）、輪廓校正、孔闌校正（去模糊或銳化）以及降噪等。除孔闌效應(yīng)外，傳輸與顯示系統(tǒng)的高空間頻率比低空間頻率有較大衰減，還可能引起輪廓失真。
　　數(shù)字電視設(shè)備 為了提高播出圖像的質(zhì)量，電視中心采用以下各種數(shù)字電視設(shè)備：
　　①數(shù)字時(shí)基校正器。用以改善錄像機(jī)重放圖像的質(zhì)量 。錄像機(jī)重放的圖像信號(hào)時(shí)基誤差較大，會(huì)造成編輯和多次復(fù)制時(shí)圖像質(zhì)量下降，所以必須采取校正措施。首先將被校正的信號(hào)以它的時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn)寫入存儲(chǔ)器，然后以電視中心的時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn)讀出，即可得到時(shí)基誤差較小的視頻信號(hào)。
　?、趲狡?。用以將不同來源的非同步電視信號(hào)變成同步的電視信號(hào)，以便進(jìn)行切換和特技混合等處理。它能解決用同步鎖相方法不能解決的多個(gè)信號(hào)源同步的問題。它的原理與時(shí)基校正器基本相同，只是幀同步器的存儲(chǔ)量要求至少為一幀。寫入由輸入視頻信號(hào)形成的時(shí)基信號(hào)控制；讀出由電視中心的時(shí)基信號(hào)控制。
　?、蹟?shù)字制式轉(zhuǎn)換器。用以將不同制式的電視信號(hào)互相轉(zhuǎn)換，便于國際間電視節(jié)目交換。它的原理是將數(shù)字化后的視頻信號(hào)存儲(chǔ)起來，存儲(chǔ)量為一幀；然后采用空間濾波器和時(shí)間復(fù)用器，將復(fù)合編碼所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)源變換為亮度和色度信號(hào)按時(shí)間分割的數(shù)字信號(hào)源；用場內(nèi)插器改變輸入信號(hào)的場頻，用行內(nèi)插器改變輸入信號(hào)的行數(shù)；最后用新的副載波對(duì)處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行重新調(diào)制，完成制式轉(zhuǎn)換。
　?、軘?shù)字視頻特技發(fā)生器。能將圖像作各種變換，如壓縮(將原來的寬高比縮小)、位移(壓縮后移至不同位置)、擴(kuò)張(將原來的寬高比放大)、復(fù)合凍結(jié)(將一個(gè)完整的動(dòng)作分成4、9或16個(gè)分解動(dòng)作，同時(shí)顯示在畫面上)、裂像（可將圖像在水平方向或垂直方向分開，使第二個(gè)畫面透過裂開的畫面顯示出來）。它把幀存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，按編好的程序進(jìn)行時(shí)基變換、取樣點(diǎn)數(shù)變換和起始位置變換等以實(shí)現(xiàn)必要的特技顯示。、
　　數(shù)字電視信號(hào)的傳輸 電視信號(hào)，特別是彩色電視信號(hào)，具有很大的信息量 。 如按CCIR601號(hào)建議作PCM數(shù)字化 ，則一套彩色電視節(jié)目需要216兆比特／秒的碼率 。 若直接傳送則需要頻帶極寬的傳輸信道。已有的微波和衛(wèi)星信道遠(yuǎn)不能滿足需要，因而必須壓縮碼率。為了與數(shù)字電話系統(tǒng)的碼率等級(jí)相匹配，必須將碼率壓縮到 34～140兆比特／秒 。電視圖像像素間、行間、幀間的相關(guān)性較強(qiáng)，因而圖像信息中存在很大的多余度。在不明顯損害圖像質(zhì)量的情況下，如何減少圖像信息的多余度(或解除其相關(guān)性)是實(shí)現(xiàn)壓縮編碼的中心問題。常用的壓縮編碼有兩類：空間域中的圖像編碼，即預(yù)測編碼(又稱差值脈碼調(diào)制，即△PCM )，和變換域中的圖像編碼，即變換編碼。
　?、兕A(yù)測編碼。對(duì)于當(dāng)前像素值，用過去像素值的加權(quán)和作為它的預(yù)測值求出兩者的差值，然后對(duì)差值進(jìn)行量化編碼并傳送。這一差值序列的相關(guān)性較弱，因而可用較少的量化比特?cái)?shù)編碼達(dá)到壓縮碼率的目的。
　?、谧儞Q編碼。將一幀圖像分成若干個(gè)子圖像，然后對(duì)每一子圖像進(jìn)行正交變換，基本上可解除變換系數(shù)間的相關(guān)性。然后對(duì)不同系數(shù)進(jìn)行不同的量化比特?cái)?shù)的編碼。正交變換可將子圖像從一個(gè)域(比如空間域)變換到另一個(gè)域（比如變換域）。變換后，能量集中在變換域中的少數(shù)項(xiàng)上，保留這些項(xiàng)并棄舍其他項(xiàng)即可達(dá)到壓縮碼率的目的。
　　預(yù)測編碼和變換編碼不僅可在幀內(nèi)，也可以幀間進(jìn)行。
　　電視編碼傳輸?shù)陌l(fā)送端，在信源編碼器后還有信道編碼器 。它的功能是插入糾錯(cuò)碼，以便對(duì)誤碼起防護(hù)作用。它是利用增加多余度來發(fā)現(xiàn)或糾正誤碼的。