数字电视与中国的电视数字化进程

张寅生 沈云秋
　　数字音视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，正引发出一场消费电子产品从模拟技术转化为数字技术的革命。1995年，美国高级电视制式委员会（ATSC）以 ADTV大联盟开发的制式为基础，向联邦通信委员会（FCC）提出了美国数字电视标准的建议。1996年12月，FCC通过了“ATSC数字电视标准”，1997年 4月，FCC为全美1650个电视台指派了用于数字电视广播的频道，并公布了到2006年所有电视台全部实现数字播出，彻底停止现行模拟广播的日程表。在美国的带动下，欧洲、亚洲、澳洲等也纷纷为开展数字广播积极做准备，形成一股全球化的数字浪潮。

　　1　数字电视系统

　　1．1 数字电视系统概述

　　在数字电视（DTV）广播系统中，无论在信源部分还是DTV业务中心，视频和音频都以数字方式编码压缩，采用的是MPEG－2压缩算法。所有可用的节目都被复用并通过分布式网络传输。为了只让有权限的用户访问，采用条件访问机制把需付费收看的内容进行加密。有关频道分配的系统信息（SI）被加人数据流中，这样用户可以在家中调谐并选择节目，节目的选择通常使用电子节目向导。分布式系统将最终的节目流传给用户，采用方式可以是通过卫星、电缆或地面广播。终端用户设备包括合适的信号接收机，如卫星接收器，频道调谐器和节目选择器。

　　数据流携带视频和音频信号从业务中心到达用户端。广播网络是一个将许多节目流复用传输的宽带网，每个节目流比特率为3－19 Mbps。采用压缩方案，对于 NTSC制，30Mbps或更高速率的视频、音频或数据流，可在一个6MHz的模拟频带内传输（PAL制为8MHz）。典型的卫星系统采用四相键控（QPSK）调制，可在 27～36 MHz模拟带党内以 34～45Mbps速率传输数字信号。

　　数字视频广播网络按照传输协议将音频和视频流传给用户。用MPEG－2传输流载着数字数据通过广播网络来实现传输。MPEG－2传输结构中可能包含多路现频、音频信号和独立的数据，其中的MPEG包识别器（PIDS）可以唯一地识别所有的节目。

　　典型的数字机顶盒包括一个用于控制的微处理器。存储器、网络接口，用于接收电缆和卫星传输的调谐器、解调器、传输流解复用器，以及MPEG音频和视频解码器。当然，机顶盒也包含用户接口，如对输入信号的遥控和对输出信号的图形显示的调整，这些都用于控制和电子节目向导。利用所得的密钥，权限用户可以解开机顶盒中加密过的内容，进行收看。相似的功能也可以做进PC兼容接口卡中使个人计算机也能从广播网络接收数字机频、音频和数据。业务中心在数字电视网络上连续地传送节目流，从某种意义讲，网络带宽是被用户共享，所有比特都流向用户。诸如信道选择和音量调节，是由用户处理而不是在业务中心处理的。在业务许可的条件下，用户可以利用机顶盒调谐到合适的节目频道上进行收看。

　　数字电视系统首先必须能发布单向的数字视频广播，同时也可利用回传通信链接提供从用户到业务中心的上行数据流，使用户可以对按次付费电视和准点播电视进行定购。回传信道通常利用一个窄带通信链路实现，如公共交换电话网（PSTN）或综合业务数字网（ISDN）。具有双向通信装置的电缆系统也可以在自身基础设施上实现回传信道。

　　1.2 数字电视广播的特点

　　1）频率利用率高

　　利用带宽压缩技术可以在一个频道内播送5套和目前方式画面清晰度相同的节目，100频道级的声音广播，PC用数据广播，高画面广播等多样性广播可共同利用同一频率资源，而且占用频带窄。地面广播时，原PAL信道可播放高清晰度电视或4套标准格式数字电视。有线电视网络中一个PAL通道可播8～10套标准分辨率数字电视。

　　2）抗干扰性强

　　同等传送条件下的抗干扰能力优于模拟电视，清晰度高，可具有CD级音质效果。

　　3）服务多样

　　数字电视的发展将促进广播电视、通信和计算机产品的相互融合，产生多种新的信息业务。“电视是由电视台播送”的概念将被打破，数字电视不仅可以用于电视、录像，而且可进行家居购物和理财、交互式电视教育、图文杂志阅读、VOD、电子游戏等，另外可直接与因特网连接，作为个人电脑使用。而数字照相机，数字摄录机，DVD光盘相继问世则推动了数字电视的发展和应用。数字电视信号可用现在的公共电信传输网络传输。电视广播网络数字化使得有可能用来提供其它数据业务，从而为将广播网络连接到其它的网络，将视频业务融合进统一的信息基础设施（NII）开辟了道路。

　　4）清晰度高

　　使用不受传输、转播影响，在接收端仍可达到演播室水平。

　　5）音频效果好

　　可支持五声道加超重低音声道的 5＋1环绕声家庭影院服务。

　　6）便于过渡

　　数字电视保存了现有模拟电视画面格式，便于过渡。普通电视前加装数字电视机顶盒即可接收数字电视。电视台电视节目制做设备也有类似特点。

　　2 中国电视系统的数字化

　　2.1 中国数字电视的发展现状

　　中国广播电视系统的数字化进程已经启动，主要表现在以下几个方面。

　　1）中国已有几个广播和电视中心，建立了实用的全数字化系统。如中央电视台建立了数字化的演播中心，采用数字录像机和非线性编辑系统所制作的文艺节目质量明显提高。中央电视台和江苏电视台的大型数字转播车现已投入运行，中央台还购买了数字压缩的卫星新闻采集转播车。数字播音室也在广播领域逐步推广。上海广播电台已基本实现节目制作和播出的数字化。

　　2）亚洲第一个数字音频广播（DAB）先导网已经于1997年底在珠江三角洲播出。DAB是继调幅和调频广播之后的第三代广播，它具有CD质量的音质和较强的抗多径干扰的能力，以保证在高速移动下的接收质量。

　　3）卫星广播电视节目传送，在模拟向数字技术过渡上取得举世瞩目的进展。继中央电视台已通过卫星转发器向全国传送8套全数字压缩的电视节目，并向全球传送国际和戏曲音乐频道的节目后，全国已有11个省的12套电视节目使用MPEG－2／DVB标准的数字压缩技术，采用SCPC方式通过亚洲2号C波段转发器传送。
　　4）无线电视的数字立体声伴音已在北京电视台开始试验，并于1997年底确定了技术标准。目前试验所采取的技术是NICAM，副载频在5．85 MHz位置。一旦电视的立体声伴音制式确定，也可同时用在通信中。

　　2.2 中国电视系统的数字化应有选择、分阶段进行

　　 中国的国情决定了中国电视系统的数字化不可能一步到位，只能是有选择、分阶段进行。从技术与性能两方面来看，中国数字电视发展大致应经过三个阶段：
　　 第一阶段实现普通模拟电视的数字化，即利用数字信号处理技术的特点，改进现有的模拟电视的缺陷，提高图像、伴音质量，增加功能。遥控技术、画中画技术、图文电视、数字多伴音／立体声接收技术等均属于模拟电视数字化技术。

　　 第二阶段把现行模拟电视制式下的图像、声音信号进行数据压缩，其图像质量可达到电视演播室的质量水平，图像水平清晰度达到500线以上，传输5＋1声音道的环绕声效果的声音。这种标准清晰度电视系统是今后几年中国广播电视发展的重点，因为它与现行彩色管的极限清晰度（大于550线）相适应，是一种投资少、见效快的方法。估计这种标准清晰度电视在中国将很快实现。

　　 第三阶段图像质量达到 35 mm电影胶片水平，图像水平清晰度大于800线，这就是人们企盼已久的高清晰度电视。根据中国国情，高清晰度电视要在中国普及，至少需要10年时间。

　　2.3 大力开发数字机顶盒产品

　　 数字广播电视是广播电视的发展方向。但从模拟向数字过渡会有相当长的时期，这是因为：（1）现存的各种模拟广播电视不能立即废除，而购买新数字设备又花费巨大。（2）从技术发展过程看，广播电视是面向普通大众的，它一旦引进新制式，总会有一个很大的惯性，要改变需要时间。（3）模拟和数字设备并存的时间也取决于数字设备的价格能否被用户所接受。数字机顶盒，作为模拟与数字共存期内的过渡产品，起到了模拟电视向数字电视转换的桥梁作用。

　　 机顶盒又称顶置盒，是广播媒介实现数字化后接收端的重要设备，一般置于电视机上。早期的机顶盒是指观众通过遥控器或按键来控制某些收费节目的收看。近年来，随着数字广播和因特网的迅速发展，机顶盒已从单一的解密收费装置发展成为集解压缩、Web浏览、解密收费和交互控制为一体的数字化终端设备。因此，就中国目前的国情而言，大力开发数字机顶盒产品，将是中国电视系统实现由模拟向数字转换过程中的重要手段之一。

　　2.4 电视系统硬件设备的数字化应遵循先生后次、循序渐进的原则

　　 电视系统硬件设备由模拟向数字过渡只能采取循序渐进的平稳过渡方案，在过渡过程中既要考虑现有的设备继续发挥作用，又要使引入的数字设备有尽可能长的服务期限，因此可采取：在现有的系统中先建立数字分量岛，然后逐步使数字分量岛外围的设备数字化，起到贯通整个数字链，实现电视系统的全数字化。对于具体的电视节目制作系统的硬件设备的数字化，其简单的步骤如下：

　　 （1）实现主通道关键设备的数字化，形成以模拟设备为主数字分量设备为补充的混合制作环境。

　　 （2）增加主通道数字分量设备的数量，逐渐淘汰模拟设备。

　　 随着数字分量设备的增加，原来占统治地位的模拟制作设备开始退化为模拟岛，而数字分量岛逐渐占据统治地位，形成以数字分量设备为主，模拟设备为补充的节目制作环境。

　　 （3）当主通道数字设备达到一定比例时，通过引入开关矩阵和数字切换台，全面淘汰模拟设备，实现演播和制作系统的全面数字分量化。

　　 （4）将各自独立的后期制作系统、演播系统及节目带库联网，形成多媒体网络节目制作环境，提高数字化制作环境的功能和效率。

　　3　结束语

　　数字电视技术是伴随着电脑、多媒体、因特网、卫星直播等高科技的推广和应用而出现的，因此它不仅是1954年第一台彩色电视机问世以来电视技术领域的又一场革命，而且将带动整个电信工业的技术革命，并将在一定程度上改变人类社会的生活质量和方式。

　　总体说来，中国在发展数字电视方面成就显著，紧跟新技术发展的步代，而且由于日本、美国、欧洲的制式之争，在客观上延误了统一数字电视格式的时间，也给中国数字电视的发展提供了一个前所未有的发展机遇。因此，中国可以有一个机会，在相对接近的技术水平上，在一个新的数字电视的起点与各国竞争，中国不能放掉这个机会，中国也不会放掉这个机会。

（注：转载请注明来源“广电在线”！）

摘自《广电在线》