数字高清电视与传统电视的比较*

毕 坤，崔海亮

(1.新乡市高级技工学校，河南 新乡453002;2.延津县电业局，河南 延津453200)

数字高清电视机的优点:能实现无失真传输，充分利用频谱资源;具有极高的图像分辨率，清晰度相当于模拟电视的三倍;采用AC－3解码技术，可接收和输出5.1声道信号，具极好的音质和真正的环绕音效;具有数字电视独特的交互式播放功能;可以直接和计算机网络相连等。

1 数字电视的概念

高清晰度电视并不等于数字电视，这是两个不同的概念。数字电视是指从电视节目的采集、制作和编辑到信号的发射、传输和最终接收的全过程、全系统都是数字化的电视系统。这就不仅仅是一个电视机的问题。数字电视包括标准清晰度电视(SDTV)和高清晰度电视(HDTV)。标准清晰度电视的图像和伴音的质量都比目前模拟电视有所提高，并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可以同时播4套(或更多)标准清晰度节目。高清晰度电视，画面可提供相当于标准清晰度电视画面5倍的信息量，因此具有更高的图像分辨率和清晰度［1］。

在声音处理方面，目前模拟电视只有一路伴音，经过电路处理后可转换成为立体声;SDTV有两路数字伴音，具有CD级的音质;HDTV则有多路数字伴音，音质较好并具有环绕音效。不同的HDTV标准采用了不同的伴音方式。欧洲的DVB标准采用的是MPEG－2AUDI0伴音方式;美国的ATSC标准采用的是AC－3伴音方式，也就是常说的5.1声道。

因此，数字电视与常规模拟电视在信号的传输(广播标准)、伴音方式、图像模式等方面都完全不同。所谓的“数码彩电”只是利用了一些数字技术改进和提高现有彩电的图像及伴音质量，并增加一些功能，还不是真正意义上的“数字彩电”接收机，准确说应称之为“数字化彩电”［2］。

2 HDTV所涉及的原理及其核心技术

2.1 数字信号及其传输方式

数字信号的传输方式一般有两种:基带传输与载波传输。

前者由于矩形脉冲波包含有较大的谐波分量，在有限带宽的信道中传输必定会产生失真，引起码间串扰。为了提高其传输效率，多采用多路复用技术，而应用最广泛的是时分复用。它不易产生交调和互调失真，对非线性失真指标要求不高。

而在较长距离的传输中，必须采用后者。调制方式主要可分为三种:即ASK(振幅键控)，FSK(频移键控)，PSK(相位键控)。二进制振幅键控信号的频带宽度为二进制基带信号的两倍，而二进制频移键控的带宽较大，频带利用率低;相位键控的误码率较低。

2.2 数字电视的主要技术

从图像信息的获取上来讲，就必须使用数字化的摄像设备。在节目的制作和编排上，由于有计算机硬件系统和图像处理的一套软件系统作保障，将获取的原始素材进行加工和剪辑就显得比较容易。制作好节目后进行播出的过程中，电视台发射和用户接收到的信号均为数字载波信号，而在电视机内部则全部采用数字信号处理(DSP)技术。

HDTV的技术核心包括:信源编码解码，复用、信道编码解码，以及调制与解调等。信源编解码技术包括视频和音频压缩编解码。

在信道编码与调制解调技术中，通过纠错编码、网络编码、均衡技术来提高信号的抗干扰能力，通过调制将信号加载到脉冲串上发射。

3 HDTV与传统电视的差异

即使是数字化电视，仍然属于模拟电视的范畴。因为它只不过是利用了目前数字图像处理以及微电子技术的成果，对模拟的彩色图像进行数字方式的处理，以求获得更好的图像重现效果。而数字电视的图像、伴音处理信号均为数字信号，它与模拟电视的最大区别则是信号处理方式的不同。

3.1 传统电视的缺陷

传统模拟彩色电视系统已经存在50多年了，它由于隔行扫描产生的一些缺陷，随着时代的变化，人们需求的提高，越来越凸现出来。主要有以下几个方面:

1)行间闪烁:隔行扫描方式，把一帧图像分为奇数场和偶数场扫描，虽然降低了视频带宽，简化了电路，但是一行图像出现的频率比逐行扫描降低了一半，场频是50Hz或60Hz，帧频仍是25Hz或30Hz，低于临界闪烁频率45.8Hz，一行图像出现的频率为25Hz或30Hz，视觉感觉图像有行间闪烁。行间闪烁影响图像垂直清晰度，大面积图像闪烁易造成视觉疲劳。

2)视在并行:当运动物体沿垂直方向向下移动的时间恰好是经过一场时间，即T=1/50Hz=20ms或T=1/60Hz=16.67ms，物体垂直向下运动速度等于扫描线向下移动一行的速度时，则第二场传送的细节与第一场相同，图像垂直清晰度下降了一半，即图像像素未变，但是人的感觉是图像清晰度下降了。

3)垂直边缘锯齿化:当运动物体沿水平方向运动速度足够大时，因隔行扫描使相邻行在时间上相差一场，结果导致运动物体垂直边缘锯齿化;运动速度越快，垂直边缘锯齿化越严重。

4)并行现象:传统模拟电视系统采用隔行扫描方式，理想情况下奇数场扫描线与偶数场扫描线均匀镶嵌。但当场同步电路产生同步误差时，有可能使奇数场图像与偶数场图像重合或镶嵌不均匀，造成并行或准并行。当奇数场图像与偶数场图像完全重合时，垂直方向图像清晰度下降了一半，使图像清晰度降低。

5)爬行效率:PAL制彩色电视信号的色度信号采用逐行倒相方式，如果在色度解码电路中存在解调误差(解调角误差、相位配合误差、幅度配合误差)时，色差信号中混有远行倒相的串色分量，产生相邻行电平的不一致性，显示的图像亮度逐行有强弱变化，再加上隔行扫描的原因，场扫描自上而下进行，人眼感觉有明暗间隔的行结构缓慢向上“爬行”，低频串色引起大面积爬行，高频串色引起彩色图像边缘蠕动;色饱和度越强，爬行现象越明显。

3.2 数字电视的优点

数字电视采用逐行扫描方式，就不存在以上问题。数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点:

1)信号杂波比与连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信杂比，就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号要求S/N＞40dB，而数字信号只要求S/N＞20dB。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产生新的噪声，也即信杂比基本不变。

2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0”、“l”两个电平，“l”电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“l”电平就可，大一点、小一点无关紧要。

3)易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播(Teletext)。压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内(地面广播)，观众将以极大的概率实现无差错接收，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量［3］。

4)在同步转移模式(STM)的通讯网络中，可实现多种业务的“动态组合”(dynamic combination)。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其他业务(如电视节目指南、传真、电子游戏软件等)，而不必插入大量没有意义的“填充比特”。

5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术，便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类收费业务)。

6)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的网络中传输，也便于与计算机网络联通。可以与计算机“融合”而构成一类多媒体计算机系统，成为未来“国家信息基础设施”(NII)的重要组成部分。

4 结语

时代在发展，科技在进步，模拟电视必将走入历史。从数字电视的发展趋势来看，要经过三个阶段:普及型数字电视PDTV，标准清晰度数字电视SDTV，以及高清晰度数字电视HDTV。首先，PDTV逐渐取代目前的纯模拟电视机，利用机顶盒接收技术，可以同时接收模拟数字信号;其次，SDTV取代模拟电视机，其图像的清晰度达到DVD的水平;最后，HDTV将成为市场的主流，结束过渡阶段。

［1］ 刘达.数字电视技术(第2版)［M］.北京:电子工业出版社，2007.

［2］ 陈万伦.电视技术基础［M］.北京:电子工业出版社，2001.

［3］ 王锡胜.有线电视技术［M］.北京:电子工业出版社，1996.