1.1数字电视与图像通信技术的发展.DOC

第1章 绪 论 1.1 数字电视与图像通信技术的发展 视频图像信息是自然界景象经摄像机等摄取或投影后在某种介质上的二维或三维的表达。照片、传真及各种图片是静止图像，而电视视频信号或电影等记录的主要是活动图像。无论是静止图像还是活动图像，在传输或通信时均首先通过扫描将图像信息变换成一定格式的视频图像信号，然后经图像处理、图像信源编码、信道编码及调制后发送出去，在接收端经相反的过程将图像信息恢复出来，从而实现通信的目的。 从20世纪40年代黑白电视到50年代的彩色电视，模拟电视走过了四五十年漫长的道路。随着科学技术的进步，对电视信号进行模拟处理和传输已越来越不能满足人们对电视信号高质量、高清晰度及多功能的要求。那么，解决这一问题的根本途径是什么？经过多年来的研究得出的结论是：利用数字电视技术对电视信号进行处理和传输与模拟电视技术相比具有无可比拟的优越性。 从1837年莫尔斯发明电报机，1895年马可尼成功进行了无线电报实验，到1995年11月发布低数码率视频编码的H.263建议，可视电话与会议电视已成为重要的通信手段，图像通信也得到快速发展。 1.1.1 模拟电视及其数字处理 模拟电视信号是指幅度及时间均连续变化的电视信号，NTSC、PAL、SECAM三大电视制式均是对模拟电视信号进行模拟处理和传输的体制。为了节省传输带宽，红（R）、绿（G）、蓝（B）模拟电视信号先组成一个亮度信号和两个色差信号，然后使色差信号对某副载波进行调制，调制后的色度信号再和亮度信号混合后变成全电视信号进行传输。为了能在接收端分离亮度信号和色度信号，可以在色差信号对副载波进行调制时将其频谱分布和亮度信号的频谱实现频谱交错。由于模拟梳状滤波器梳状特性较差，且亮度与色度的能量在高频谱部分不可避免地重叠在一起，以致在接收机中亮度和色度信号不能进行完善的分离，亮度、色度之间的串扰甚为严重，这是造成图像质量下降的重要原因之一。 隔行扫描是三大制式的共同特点，它原本是提高清晰度、减少带宽的有效方法，但正是因为隔行扫描引起了行间闪烁与爬行现象。且由于帧频与场频太低，使电视图像出现了大面积闪烁，而且每帧行数太少，使行结构粗糙。模拟电视制式已不能满足人们对电视图像质量越来越高的要求。 电视信号的数字化早在1948年就提出来了。在20世纪70～80年代，科学家们已经研制出各种数字电视设备，如数字帧同步机、数字制式转换器、数字录像机和数字降噪器等，但这仅仅是模拟海洋中的一个个“数字孤岛”。之后又实现了在电视台内的数字电视处理与传输，除了信号源及发射端外，在电视台内几乎实现了全数字的处理。数字分量等手段的采用大大提高了电视台节目的制作质量，但遗憾的是，电视台内的数字电视信号还需要转换成模拟电视信号才能进行调制发射。接收机接收到的仍是模拟电视信号。 为了克服上述两个缺点，可以在不改变原来制式的情况下，在电视接收机内利用数字处理技术以提高接收机电视图像质量，这就是所谓的改良清晰度电视（IDTV）。其方法是：在接收机内将视频检波后的全电视信号进行数字化，然后对数字视频信号进行数字处理，利用数字梳状滤波器构成数字的亮色分离电路，大大提高亮色分离的性能，将亮色之间的串扰降低到人眼难以察觉的程度。 隔行扫描所引起的行间闪烁与爬行现象、帧频太低所引起的大面积闪烁以及每帧行数太少引起的行结构粗糙等现象可以用倍行及倍场的方法加以改善。倍行即使行频增加一倍，倍场即使场频增加一倍。倍行、倍场处理后，每帧行数增加了一倍，行结构不再粗糙；场频增加了一倍，从50Hz增加到100Hz，消除了大面积闪烁、行间闪烁与爬行现象，改善了图像质量。而倍行及倍场处理也只有使用数字处理技术才能实现。 在电视接收机内用数字处理代替模拟处理，图像质量的改善是有限的。于是人们希望在电视发射端进行改进以达到进一步提高图像质量的目的。20世纪80年代后期西欧及日本相继研制了称为EDTV的新一代电视系统，即增强清晰度电视。西欧的PAL-PLUS及日本的EDTV-1等增强清晰度电视相继开播，图像质量又有了明显的改善。但真正的全数字电视系统在20世纪90年代中期才正式开播，从此就进入了全数字电视时代。 1.1.2 数字电视系统及数字电视发展进程 1982年，国际无线电咨询委员会（CCIR）通过了601号建议，确定以分量编码4:2:2标准作为电视演播室数字编码的国际标准。601号建议规定，亮度信号和色度信号的取样频率分别为13.5MHz及6.75MHz，每一像素量化为8bit。符合601号建议的数字电视信号的总码率为216Mb/s，要传送这样高码率的数字电视信号至少需要几十MHz带宽的信道，这是不可行的。但当我们采用图像与声音压缩编码技术及数字传输技术后，就能在一路模拟电视频道（8MHz）中传送4～6路数字标准清晰