數(shù)字電視原理與實現(xiàn)

1 電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化趨勢及其影響
在通信領域內的數(shù)字化已為人們所熟悉，例如程控電話、計算機通信以及移
動通信都實現(xiàn)了數(shù)字化。
　 近年來，電視領域也發(fā)生了一系列的變化，在電視節(jié)目的制作設備方面已有
很大一部分實現(xiàn)了數(shù)字處理；在電視節(jié)目的儲存設備方面也出現(xiàn)了許多數(shù)字設
備，包括人們最熟悉的VCD等 ；在節(jié)目的傳輸方面，我們從衛(wèi)星上已可以接收到
多套數(shù)字壓縮編碼的節(jié)目。
　 電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化正以超出人們預料的速度向前發(fā)展，這就要求人們不斷
更新知識，以便跟上技術發(fā)展的步伐。
　 電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化將會引起一系列技術革新：
　 (1)將最終形成電視、電話和計算機三網合一的綜合數(shù)字業(yè)務網。原本是完全
不同的媒體的電視廣播、電話和計算機數(shù)據(jù)通信，在全部數(shù)字化后，都使用同一
符號“0”和“1”，只不過它們的速率不同而已，人們可以把信號組合在一起，
通過一個雙向寬帶網送到每個家庭。
　 (2)全面數(shù)字的第二個特點是電視制式將實現(xiàn)全球統(tǒng)一，不再會有NTSC、PAL
和Secam等不同 的電視制式，而將統(tǒng)一在ITU-R601數(shù)字標準之中。因此更利于節(jié)
目的交換和信息的交流。在 數(shù)字系統(tǒng)中標準不僅僅對設備外圍的接口，而且對數(shù)
字信號處理的整個流程和細節(jié)都作了詳 細規(guī)定。MPEG標準將對數(shù)字電視的各種應
用和系統(tǒng)層作出詳細規(guī)定。DVB則對各種傳輸媒介 ，如衛(wèi)星、電纜和地面?zhèn)鬏斨?BR>的各種處理環(huán)節(jié)進行了規(guī)定。與通信和各種計算機設備及系統(tǒng)相聯(lián)的標準，目前
有DAVIS、MCNS和IEEE P802.14三個標準，不久將會統(tǒng)一。
　 (3)全面數(shù)字化的第三個影響是數(shù)字電視業(yè)務的可分級性帶來的各種業(yè)務的統(tǒng)
一性，不同質量的信源只是占用的比特率不同，而具有相同的格式，如家用質量
的電視比特率在1.5Mbps ，專業(yè)級質量在4~5Mbps，廣播級質量在8~9Mbps，但都
打成MPEG-2傳送包，可以在同一個設 備中完成各種不同級別的圖象業(yè)務。
2 多媒體通信概述
　 21世紀人類將步入信息時代，美國政府于1993年11月提出了旨在建立全國綜
合信息業(yè)務網的 “國家信息基礎設施(NII)”計劃，根據(jù)NII計劃的目的、特點與
建設思路，人們習慣稱之為 “信息高速公路”計劃。在美國之后，日本、英國、
德國和新加坡等國家相應提出了自己的 信息基礎建設計劃。我國也提出了“中國
信息基礎設施”(CII)計劃?？梢?1世紀將會以信 息技術為標志。
　 今后的有線電視寬帶綜合業(yè)務網，除傳送圖象信號外，還包括聲音、文字、
數(shù)據(jù)等多種信號 ，除了電視信號的分配外還包括了眾多交互式通信的內容，故在
此有必要對今后的通信系統(tǒng) 作一簡要介紹，即多媒體通信。
　 多媒體通信是通信技術和多媒體技術結合的產物。它并蓄兼收了計算機的交
互性、多媒體的 復合性、通信的分布性以及電視的真實性等優(yōu)點。 　眾所周知，信息是所有消息的總稱，而人類傳送信息，是通過各種信號來實
現(xiàn)的。信號是傳送信息的載體。例如，通過聲音和語音信號刺激人的聽覺器官來
得到各種信息，再進一步， 通過視頻圖象信號，尤其是動態(tài)視頻圖象信號，由人
的視覺來得到更生動更真實的信息。當 然，僅有圖象是不夠的，還必須配合以聲
音、文字等多種形式的信號。通過聽覺、視覺和其他感覺，使人類獲取信息的效
果更好。人類通過感官，用多種形式的信號交換信息，這便是我們所要討論的多
媒體技術。
　 那么，什么是多媒體呢?我們先討論媒體(Medium)。媒體也稱為媒質或媒介，
它是表示和傳 播信息的載體。例如上面所列舉的圖形、圖象、動畫、語言、文
字、聲音等都可稱為媒體。 國際電報電話咨詢委員會(CCITT)對媒體進行了如下
的分類：
　 (1)感覺媒體(Preception Medium) 直接作用于人的感官，產生感覺(視、
聽、嗅、味、觸 覺) 的媒體稱為感覺媒體。例如語言、音樂、音響、圖形、動
畫、數(shù)據(jù)、文字、文件等都是感覺媒體，也就是本章中討論的媒體。
　 (2)表示媒體(Presentation Medium) 為了對感覺媒體進行有效的傳輸，以便
于進行加工和處理，而人為地構造出的一種媒體稱為表示媒體。例如語言編碼，
靜止和活動圖象編碼以及文本編碼等都稱為表示媒體。
　 (3)顯示媒體(Display Medium) 顯示媒體是顯示感覺媒體的設備。顯示媒體
又分為兩類， 一類是輸入顯示媒體，如話筒，攝象機、光筆以及鍵盤等，另一種
為輸出顯示媒體，如揚聲器、顯示器以及打印機等。
　 (4)傳輸媒體(Transmission Medium) 傳輸媒體是指傳輸信號的物理載體，例
如同軸電纜、 光纖、雙絞線以及電磁波等都是傳輸媒體。
　 (5)存儲媒體(Storage Medium) 用于存儲表示媒體，也即存放感覺媒體數(shù)字
化后的代碼的媒體稱為存儲媒體。例如磁盤、光盤、磁帶、紙張等。
　 通常所指的多媒體就是上述感覺媒體的組合，也就是聲音、圖象、圖形、動
畫、文字、數(shù)據(jù) 、文件等各種媒體的組合。多媒體技術就是對多種媒體上的信息
和多種存儲媒體上的信息進 行處理和加工的技術。而多媒體系統(tǒng)是利用計算機網
和數(shù)字通信網技術對多媒體信息進行處 理和控制的系統(tǒng)。 　
2.2 多媒體技術的主要特征
多媒體技術是利用計算機技術把聲、文、圖象等多媒體集合成一體的技術，它具
有如下的主 要特征：
　 (1)交互性 交互性是多媒體技術的關鍵特征。它使用戶可以更有效地控制和
使用信息，增加對信息的注意和理解。眾所周知，一般的電視機是聲象一體化
的、把多種媒體集成在一起 的設備。但它不具備交互性，因為用戶只能使用信
息，而不能自由地控制和處理信息。例如在一般的電視機中，不能將用戶介入進
去，使銀幕上的圖象根據(jù)用戶需要配上不同的語言解說或增加文字說明，或者對
圖象進行縮放、凍結等加工處理，看到想看的電視節(jié)目等。當引入多媒體技術
后，借助交互性，用戶可以獲得更多的的信息。例如，在多媒體通信系統(tǒng)中， 收
發(fā)兩端可以相互控制對方，發(fā)送方可按照廣播方式發(fā)送多媒體信息，而另一方面
又可以按照接收方面的要求向收端發(fā)送所需要的多媒體信息，接收方可隨時要求
發(fā)送方傳送所需的某 種形式的多媒體信息。在多媒體遠程計算機輔助教學系統(tǒng)
中，學習者可以人為地改變教學過 程，研究感興趣的問題，從而得到新的體會，
激發(fā)學習者的主動性、自覺性和積極性。利用多媒體的交互性，激發(fā)學生的想象
力，可以獲得獨特的效果。再如在多媒體遠程信息檢索系統(tǒng)中，初級交互性可提
供給用戶找出想讀的書籍，快速跳過不感興趣的部分，從數(shù)據(jù)庫中檢錄聲音、圖
象或文字材料等。中級交互性則可使用戶介入到信息的提取和處理過程中，如對
關心的內容進行編排、插入文字說明及解說等。當采用虛擬或靈境技術時，多媒
體系統(tǒng)可提供高級的交互性。
　 (2)復合性 信息媒體的復合性是相對于計算機而言，也可稱為媒體的多樣化
或多維化，把計算機所能處理的信息媒體的種類或范圍擴大，不局限于原來的數(shù)
據(jù)、文本或單一的語音、 圖象。眾所周知，人類具有五大感覺，即視、聽、嗅、味與觸覺。前三種感覺占了總信息量 的95%以上，而計算機遠遠沒有達到人類處
理復合信息媒體的水平。計算機一般只能按照單 一方式來加工處理信息，對人類
接收的信息經過變換之后才能使用。而多媒體技術就是要把計算機處理的信息多
樣化或多維化。信息的復合化或多樣化不僅是指輸入信息，這稱為信息的獲取
(Capture)，而且還指信息的輸出，這稱為表現(xiàn)(Presentation)。輸入和輸出并不
一 定相同，若輸入與輸出相同，就稱為記錄或重放。如果對輸入進行加工、組合
與變換，則稱 為創(chuàng)作(Authoring)，可以更好地表現(xiàn)信息，豐富其表現(xiàn)力，使用
戶更準確更生動地接收信息。這種形式過去在影視制作過程中大量采用，在多媒
體技術中也采用這種方法。
　 (3)集成性 多媒體的集成性包括兩方面，一是多媒體信息媒體的集成，另一
是處理這些媒 體的設備和系統(tǒng)的集成。在多媒體系統(tǒng)中，各種信息媒體不是象過
去那樣，采用單一方式進行采集與處理，而由多通道同時統(tǒng)一采集、存儲與加工
處理，更加強調各種媒體之間的協(xié)同關系及利用它所包含的大量信息。此外，多
媒體系統(tǒng)應該包括能處理多媒體信息的高速及并 行的CPU，多通道的輸入/輸出接
口及外設，寬帶通信網絡接口及大容量的存儲器，將這些硬 件設備集成為統(tǒng)一的
系統(tǒng)。在軟件方面，則應有多媒體操作系統(tǒng)，滿足多媒體信息管理的軟 件系統(tǒng)，
高效的多媒體應用軟件和創(chuàng)作工作等。這些多媒體系統(tǒng)的硬件和軟件在網絡的支
持 下，集成為處理各種復合信息媒體的信息系統(tǒng)。
　 (4)實時性 由于多媒體系統(tǒng)需要處理各種復合的信息媒體，決定了多媒體技
術必然要支持實時處理。接收到的各種信息媒體在時間上必須是同步的，其中語
聲和活動的視頻圖象必須嚴格同步，因此要求實時性，甚至是強實時(Hard Real
Time)。例如電視會議系統(tǒng)的聲音和圖象不允許存在停頓，必須嚴格同步，包括
“唇音同步”，否則傳輸?shù)穆曇艉蛨D象就失去意義。