数字电视离我们还有多远

数字电视离我们还有多远   近两年以来，数字电视是人们谈论最多的热门话题之一。经过各种媒体的炒作和彩电厂家的广告宣传，诸如“数码电视”、“全数字电视”、“全媒体电视”、“多媒体电视”、“HDTV”等有关数字电视的五花八门的名称不断出现在报端、杂志和街头广告。   国庆50周年庆典的直播现场，人们期盼已久的高清晰度数字电视终于亮相。中央电视台进行了我国数字高清晰度电视的播出和接收试验。数字电视再次吸引了人们关注的目光。   由于数字电视是一种新鲜事物，一些相关报道及文章介绍中出现似是而非的概念，厂家也玩起“数字电视”的文字游戏，造成对消费者误导及市场的混乱，许多消费者感到困惑，茫然不知所措。其实，消费者最关心的是什么才是真正的数字电视，数字电视何时进入普通家庭，家里现在在用的电视机是否要被淘汰，高清晰度电视是否就是数字电视等问题。本文给读者介绍有关数字电视的基本概念和相关技术，以及国际上和我国数字电视的现状，希望使大家对数字电视有一个正确的认识。   在国内，真正的数字电视始终是“尤抱琵琶半遮面”。虽然厂家的广告不断地鼓噪“数字时代”已经来临，“数码电视”满天飞，实际上，市场上所谓的“数字电视”、“数码系列”多为采用了各种数字处理电路的普通电视，还没有一台真正意义上的商品化数字电视机。   一、什么是真正的数字电视？   1998年9月23日，英国广播公司（BBC）在世界上首先开播了商业化数字电视节目，被世界上许多有影响的媒体列为当年的十大新闻之一，它被视为电视发展史上继彩色电视之后的又一场重大革命。高清晰度数字电视是数字信号处理、大规模集成电路制造、计算机等领域的多项高科技成果的结晶，是继黑白电视、彩色电视之后的第三代电视。   “数字电视”概念的含义不仅是指我们一般人家中的电视接收机，而是包含了从发送、传输到接收的全过程。由电视台送出的图像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过空中无线方式或电缆有线方式传送，由数字电视接收机接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。电视节目从摄制、编辑、播送、传输、接收到显示的全过程均采用全数字化的技术处理，因此，信号在整个过程中的损失比起模拟电视大大减小，接收到的电视节目质量可以达到与演播现场一样的水平。   数字电视与模拟电视的比较，如同CD唱片与留声机相比一样，是革命性的改变。使用高清晰度数字电视，决不仅仅意味着我们通过电视荧屏将可以获得更加清晰的图像和更逼真、富有立体感的声音效果。更重要的是，数字电视应用了计算机和信息技术，可以进行交互式的双向信息传输，赋予电视许多全新的功能，包括节目点播、浏览Internet、发送电子邮件、实现网上购物和网上银行等新业务, 成为名副其实的信息家电。   目前，我国电视制式采用的PAL制属模拟电视广播。市场上一些厂家所宣传的所谓数字电视，只不过是在电视机的电路中采用了多种数字化处理技术，例如：数码100扫描技术、3D/5D数字化图像处理技术、I2C数字总线技术、数字画中画技术、NICAM数字伴音技术等。采用了这些数字处理技术的彩色电视机，虽然电视机的功能和图像、声音质量有一定的改善，但是，很显然这类部分采用了数字处理技术的彩电并不是真正数字电视，充其量可以叫做数字化电视机。有些厂家美其名把这类电视机叫做“数码电视”，实际上，数码和数字在英语中都是Digital，属于一回事。因此，厂家的宣传时有哗众取宠之嫌，纯粹是一种促销手段。电视数字化是电视技术发展的大方向，电视机厂家紧跟数字化潮流自然是好事，但如果功夫放在玩文字游戏而不是钻研技术的话，就未免有些不明智了。   二、数字电视的基本原理   在传统的模拟电视中，模拟全电视信号通过调制在无线电射频载波上发送出去。广播信道可以是地面广播、有线电视网或卫星广播。数字电视则是将电视信号进行数字化采样，其信号的数据率是很高的，直播室质量的数字化电视信号的数据率在200Mbps。要在原模拟电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号是不可能的，因此，必须发展数据压缩技术。   实现数据压缩技术方法有两种：一是在信源编码过程中进行压缩，利用人类听觉视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。在信源编码方面，IEEE的MPEG专家组已发展制订了ISO/IEC11172(MPEG－1)和ISO/IEC13818(MPEG－2)两项国际标准。MPEG－1的输入视频格式为CIF352×288，主要用于CD－ROM、VCD或T1(E1)线路传输，码率为固定的1.5Mbps；MPEG－2供数字电视使用，它支持标准分辨率的16∶9宽屏及高清晰度电视等多种格式，其码率可变，为3～40Mbps。   信源编码是把节目源的模拟图声信号变为数字信号，再经过MPEG－2压缩编码，形成数字信号源，并根据多个节目传输的要求，编为复用码流。MPEG－2是未来的广播电视数字压缩的国际标准。采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求，其应用面很广。从进入家庭的DVD到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。   目前，数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。这三种数字电视的信源编码方式相同，都是MPEG－2的复用数据包，但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。例如，欧洲DVB数字电视系统中，数字卫星电视系统（DVB－S）采用正交相移键控调制（OPSK）；数字有线电视系统（DVB－C）采用正交调幅调制（QAM）；数字地面开路电视系统（DVB－T）采用更为复杂的编码正交频分复用调制（COFDM）。  三、数字电视的特点   真正的数字电视并不等于人们常说的HDTV，它包括普及型数字电视（PDTV）或者低清晰度数字电视（LDTV）、标准清晰度数字电视（SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）。   我国风行的VCD产品，属于普及型（家用级）低清晰度数字产品，只相当于或稍低于目前的模拟电视，水平清晰度在300线上下。标准清晰度数字电视SDTV的图像和伴音的质量都比目前模拟电视有所提高，图像格式有720×480P（P代表逐行扫描）和720×525P等，相当于DVD的水平，水平清晰度超过500线，并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可同时播放4套（或更多）标准清晰度电视节目。高清晰度电视HDTV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。图像格式为1920×1080I（I代表隔行扫描）和1280×720I等格式，最高显示清晰度相当于目前模拟电视画面清晰度的2～3倍，水平清晰度超过1300线，HDTV画面采用16∶9的宽银幕图像模式，而不是传统的4∶3模式，SDTV采用兼容16∶9和4∶3模式，由电视台最终确定广播的模式，接收机可以选择播放模式。与模拟电视相比，数字电视有以下几个优点：  (1)图像清晰度高。使用效果不受传输、转播影响，在接收端有望达到发射端的水平。(2)音频质量高。支持5.1声道的数字环绕声节目源，可以通过电视节目获得家庭影院效果。(3)抗干扰。数字视频不受干扰、增益、相位错误和串音的影响。同等传输条件下的抗干扰能力明显优于模拟电视。(4)传输效率高。进行地面方式发送时，原PAL信道可播放高清晰度电视HDTV或四套标准格式数字电视SDTV，有线电视网中的一个PAL通道可播8～10套标准清晰度数字电视SDTV。(5)可以兼容现有模拟电视。通过在普通电视机前加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目，电视台的电视节目制作设备也可部分沿用。(6)提供全新的多业务用途。普通的模拟电视只能是电视台按预定的节目表播放节目，用户只能被动地接收。数字电视网与电信网及计算机网相结合，实现三网合一，不仅使信息源更为丰富，还可增加用户与各种信息提供源之间的交互性，实现用户自由点播节目自由选取网上的各种信息，可以提供多种数据业务服务，使电视机可以真正融入到信息网络中去，可以实现多种新的功能，例如，家长可对电视节目选择设定密码，以防止未成年人收看限制级节目等。   四、现行数字电视标准与各国现状   1.欧洲与DVB   1995年，欧洲150个组织合作开发数字视频广播(DVB)项目，并成立了DVB联盟。DVB联盟是一个由30多个国家的230多个成员组成的国际机构。该机构的首要目标是在全球范围内发展和推广共同的数字电视广播标准。DVB联盟共同制定了数字电视的DVB（Digital Video Broadcast）标准。这是一套有关电视广播系统大家庭诸多要素的统一标准，其中最引人瞩目的是DVB数字卫星和有线电视传输系统的标准。这些标准已作为世界统一的标准被大多数国家接受，包括中国。它较其他标准的优点是灵活可扩充和移动通信的优势。   DVB标准规定数字电视系统使用统一的MPEG－2压缩方法和MPEG－2传输流及复用方法。统一的服务信息系统提供广播节目的细节信息、统一的R－S纠错码、统一的加扰系统和条件接收公共接口。允许不同的厂商选用不同的条件接收系统，对于不同的传输媒体，可采用不同的调制方法及通道编码纠错方法。目前，DVB已有多个标准，它们分别是： DVB－S：用于卫星直播电视。它采用QPSK调制，使用MPEG－2格式，用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mbps，达到PAL质量的码率为5Mbps。一个54MHz转发器传送速率可达68Mbps，并可供多套节目复用。DVB－C：用于有线电视系统。它具有16、32、64QAM三种方式，采用64QAM调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mbps，还可供多套节目复用。DVB的音频压缩方法可有多种选择：立体声MUSICAM、多声道MUSICAM及AC－3。最近，MPEG专家组又公布了一种新的音频压缩方法供MPEG－4和MPEG－2使用。据称，其效果优于上述几种方法，可能会被DVB选用。DVB标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用DVB－S标准，包括美国的Echostar等。我国各省的卫星电视台均选用了DVB－S标准。DVB－T：用于有线电视系统。用于地面开路数字电视系统。DVB－T标准是1998年2月批准通过的。第一个正式的开路数字电视系统于1998年初开始运营。MPEG－2数字视音频压缩编码仍然是开路传输的核心。采用COFDM调制方式，适用于大范围多发射机的8k载波方式。数字地面电视(DVB－T)标准正在逐渐被世界各国所采用，目前已在欧洲的15个国家和澳大利亚、新西兰得到应用。由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题,数字卫星电视(DVB－S)网、数字有线电视(DVB－C)网和数字开路电视(DVB－T)网先走一步，发展很快。1997年以来，DVB标准为基础的数字电视已经在全世界普及，拥有了几百万用户，给整个电视行业带来深刻的影响。   2.作茧自缚的日本数字电视   日本是数字电视研究与开发起步最早的国家。早在1985年它就建立了1125线、每秒60帧的MUSE制式。1988年率先在汉城奥运会进行大屏幕HDTV试播。1989年，NHK开始进行面向HDTV的广播演示，到1991年底，这种广播每天已定时播放8小时，SONY公司也于1990年底发行了第一盘HDTV录像带。日本的MUSE制式打破了现有电视机的生产模式，HDTV广播与现有电视广播并行存在。日本第一台HDTV接收机体积很大，只适合在百货商店或其它公共场合使用。随后各公司也致力于开发体积适中的家用HDTV接收机（以36英寸为主）。由于价格昂贵（1台36英寸HDTV机约8000美元），市场推广困难重重。   日本早在1964年就开始进行高清晰度电视技术HDTV的研究，由于拥有世界上最强大的制造技术，日本在这个领域里一度领先。然而，日本人把所有的精力放在努力去完善模拟电视的清晰度。遗憾的是，日本在梦想建立一个全球性的高清晰度电视标准的同时，却忽视了数字技术发展的大趋势。虽然，早在90年代初日本已经开播模拟高清晰度电视节目，但在技术上实际上已经过时。为此，日本付出沉重的代价，不仅花费了巨额的资金，更重要的是耽误了无可挽回的时间，日本政府不得不中断模拟高清晰度电视的研究，走向数字化大潮流。目前，日本的数字电视技术要比美国和欧洲落后大约四五年。从1993年开始，日本开始研究全新概念的电视广播ISDB（综合业务数字广播），1994年11月，在国际电联无线电通信部门会议上，日本通过决议将MPEG－2作为数字广播的技术基础予以采用，正式开始迈向数字电视。美国多家电视台在1999年11月已正式开始播送高清晰度电视节目，但日本至少要到2003年才会正式开始开通常规性的数字电视转播服务，而且届时开通该项服务地区也只限于东京、大坂和名古屋三市，其他地区要等到2006年才有望开通数字电视转播。   3.美国与ATSC   与日本和欧共体相比，美国对HDTV的研究起步较晚，但是由于它在发展数字电视机方面占有优势，特别是1993年成立的数字HDTV大联盟（GA），使得它现在在HDTV的发展中具有举足轻重的作用。1994年2月，GA推出了数字HDTV大联盟制式，它不但吸取了本国各主要数字HDTV制式的优点，而且从日本和欧洲的研究中得到许多启示，因此标准高，方法灵活。1996年12月，美国正式批准了由ATSC委员会制定的主要用于地面广播数字电视的标准，称之为DTV。1997年4月，又颁布实施了数字电视地面广播的时间表及电视频道分配方案。按照时间表，在1999年5月1日以前，美国10个最大城市，包括纽约、华盛顿、芝加哥等的40多家电视台将播放数字电视节目，覆盖面占美国电视观众的比例为30％。在1999年的11月1日前，开播DTV节目的电视台数量将达160家，城市的数量将达30个，覆盖面占美国电视观众的比例为53％。到2002年，全美160多家电视台全部开播DTV节目。在这期间，美国数字电视广播和模拟电视广播同时播放，直到2006年全美将停止模拟电视的广播。   DTV标准包括视频编码输入、扫描格式和预处理、视频编码压缩和压缩参数、音频编码器输入格式、预处理、编码和压缩参数、服务业务复用、传输层特性及规范。其视频压缩采用ISO/IEC13818－2(MPEG－2)标准，音频压缩采用ATSC标准A/52（即AC－3），复用和传输系统采用ISO/IEC13818－1、13818－2、13818－4以及ATSC标准A/52。DTV的RF/传输子系统采用残余边带调制VSB，分为地面广播和高数据率两种模式。8VSB用于地面广播，它在6MHz频带内的传输数据速率为19.28Mbps，一般可传送4套标准幅宽度电视节目或一套1920×1080I高清晰度电视节目；16VSB用于高速率模式，它适用于信噪比很高的信道(高于28.3dB)，在6MHz频带内的传输速率可达38.57Mbps，可用于有线电视网等环境。   目前，已有加拿大、韩国、墨西哥、阿根廷等国采用了ATSC的DTV标准。在新加坡，官方所属的新加坡电视公司已正式实验美国规格ATSC，另外有一家民营电视台目前正实验欧洲规格。日本与新加坡政府签订有技术合作协定，以举办说明会的方式促销暂定规格的ISDB－T。  五、我国数字电视现状   我国从1996年就开始通过卫星传输数字电视信号了。卫星既能发送模拟制信号也能发送数字信号。目前，几乎所有省市的电视台都上了卫星，发送的都是数字信号。   我国政府也十分重视发展高清晰度电视的研究开发。1994年11月，国务院成立了由宋健任组长、11个国家部委局组成的研究开发协调小组。1996年国家科委将高清晰度电视列为国家重大科技产业工程项目，分别组织了高清晰度电视战略研究、高清晰度电视”八五”攻关、高清晰度电视功能样机研制3方面的研究，并在全国公开招标，组成一支由科研院所、大学、工厂等单位构成的200多人队伍，全力进行研究开发。两年后，我国第一台完全自主开发的高清晰度电视功能样机系统在北京试验成功。这一成功为我国发展数字高清晰度电视奠定了坚实的基础。对消费者则意味着高清晰度电视指日可待。中央电视台的演播室有一半已经改造成数字化，今后会全部转成数字设备，目前新闻联播中相当一部分节目就是用数字设备制作的。   1998年9月，我国广播电视行业的一个焦点新闻是我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。在9月8日至12日的5天时间里，中央电视塔利用这套系统试发射了数字电视节目。   1999年1月7日至10日，在美国拉斯维加斯举行的消费电子展览会（CES）上，康佳集团与索尼、松下、东芝、飞利浦、Zenith等彩电巨头同场较技，展示了第一代全数字高清晰度电视机（HDTV）T3298，为我国赢得了荣誉。T3298是由康佳集团深圳总部和美国硅谷康佳开发中心利用国际领先技术开发出来的全数字电视接收机。该机代表了我国数字电视接收机开发的最高水平，在国际上也处于领先地位，是我国第一台真正的数字电视接收机。   国庆50周年庆典上，我国也在北京试播了高清晰度数字电视。这次试播所使用的制式为DVB－T和ATSC两种，并通过试播实地考察测量它们的性能指标，为最后确定我国数字电视HDTV制式提供第一手资料。   为了达到试播目的之一——实验考察各种编码制式的传送效果，这次试播从国庆节前到10月13日共分为三个阶段，分别进行了三种制式的对比试播。节前至10月3日使用的是我国独创的64QAM调制方案，这种制式原是DVB体系用于数字有线电视的，这次经中国广科院负责研究改进后，尝试用于地面开路方式播出高清晰度数字电视；节后期间使用美国ATSC制的8VSB方式和欧洲DVB制的COFDM方式进行了对比试播，除了播送国庆庆典的实况录像外，还进行了有关试验内容的播出，获得了预期的效果。在视频格式上使用了原定的1920×1080I格式。试验播出所用发送设备由欧美进口，接收设备大部分为我国数字电视产业联盟试制的直显式和投影式显示器，主要由康佳、TCL、厦华、牡丹等厂家提供。调制解调的机项盒为国家计委高清晰度电视总体组所统一指导研制的产品。这次试播的数字电视是我国的第二代高清晰度电视，技术上有较大突破，其性能与国际水平相当，并在技术标准上实现了ATSC和DVB标准兼容。   六、普通消费者如何对待数字电视   美国研究开发数字电视，用了10年，花了100亿美元。计划到2006年完全取代模拟电视，为此还需耗资1500亿美元。在美国，HDTV电视机价格的高居不下，曾吓退了很多有潜力的购买者。美国市场目前一台高清晰度电视机的最低售价也要5000美元，有些高档机售价甚至高达20000美元以上。即使在美国也属于富人的玩艺。因此，要完全取代现行电视还需要时间。   从技术的发展过程看，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。如英国在50年代就提出将放弃扫描行数为405行的黑白电视，但直到1985年，405行的黑白电视才全部停播。虽然我国已经进行了数字电视的试播，但它的研究成分远远大于实用价值，中国数字电视的产业化还没有开始。建立一个好的数字电视发射台，动辄要上千万美元；我国大大小小的电视台有几百家，要改造成数字化需要巨额的资金投入，因此，短时间内不可能完成。同时，购买一台数字电视机要5000美元以上，决定了普通消费者在很长时间内都无缘享受。   目前我国有3．3亿台普通电视机，一下子把它们都淘汰而换成数字电视机显然不可能，更换要有一个过程。不过，要想用现有的电视机接收到数字电视信号也并非难事，只要装上一个具备接收解码功能的机顶盒，将它接收到的数字信号转换为模拟信号后，再接到普通电视机的AV接口上，一般家庭现有的电视机就能收看到以数字信号传输的电视节目了。目前，机顶盒的价格正逐渐下降，已经从最初的五六千元下降到1000多元，而且还会下降，这样数字信号进入千家万户就不是什么难事了。将来条件成熟的话，特别是数字电视接收芯片普及以后，可以把接收解码功能装入电视机内，就可以直接接收到数字信号了。   从数字电视的发展趋势来看，我国数字电视发展大致可分为三个阶段：普及型数字电视PDTV、标准清晰度数字电视SDTV和高清晰度数字电视HDTV，这三者将在一个很长的时期内并存。   第一阶段：PDTV逐渐取代模拟电视机。可以同时发送模拟制信号和数字信号，利用相当于现行模拟电视水平的机顶盒接收，价格可以完全控制在几百元，利用现在的市面上较新的数字化彩电，可以同时接受模拟和数字电视信号，例如超平或纯平电视机，由模拟电视向数字电视过渡。随着机顶盒的降价，估计8～15年后，我国就可以不再发送模拟制信号，而全部发送数字信号了。   第二阶段：SDTV电视机取代模拟电视机。新推出的彩电和机顶盒按数字电视标准生产，PDTV仍然可以利用，只不过影音质量达不到预定的水平。这样，经过自然更新和换代，现有的3．3亿台电视机和每年增加的两千多万台电视机将逐渐过渡为SDTV电视机。SDTV图像水平清晰度达到500线以上，相当于DVD的水平，具备5.1声道的环绕声效果。这种标准清晰度电视系统是今后几年我国广播电视发展的重点，因为它与现行彩色显像管的极限清晰度（大于550线）是相适应的，是一种投资少、见效快的方法。估计这种标准清晰度电视在我国将很快实现。   第三阶段：我国高清晰HDTV数字电视的实现和推广。我国黑白电视机从1958年诞生到1976年普及，用了18年时间，而彩色电视机自1973年诞生，则只用了12年时间就得到了普及。由于现存的模拟电视机数量巨大，SDTV电视机完全取代模拟电视机要用10～15年时间，而HDTV电视机的诞生和推广普及，随着数字芯片和生产成本的下降，所用时间也许会快得多，HDTV电视机的价格心理线将会在1万元左右。到那时，我国HDTV的消费将可以启动，数字电视完全进入家庭就指日可待了。