数字技术：数字电视原理与应用 (2010 年度畅销榜NO.47331 )

本书是有关数字电视这个课题详尽全面的权威著作,详细介绍了数字电视的基本原理、技术、系统标准的形成和发展,还对数字电视技术在商业应用领域设计的方方面面进行了讲述.本书资料大量引自高级电视制式委员会的文件,极有权威性.本书适于从事广播电视系统和非广播专业成像系统的设计、规范、安装维护的技术工程人员,也是广播电视业界政策制定者,管理决策者,产业界的经营管理者的案头必备之作,还是想了解数字电视的非业界人士的理想读物. \r\n
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第1章 DTV之路 \r\n\r\n 1. 1 引言 \r\n\r\n 1. 1. 1 开创者 \r\n\r\n 1. 1. 2 传输标准 \r\n\r\n 1. 1. 3 常规电视系统 \r\n\r\n 1. 2 HDTV的早期发展 \r\n\r\n 1. 2. 1 1125／60设备的开发 \r\n\r\n 1. 2. 2 1125／60系统 \r\n\r\n 1. 2. 3 欧洲的HDTV制式 \r\n\r\n 1. 2. 4 HDTV标准化的前景 \r\n\r\n 1. 2. 5 数字制式的兴起 \r\n\r\n 1. 2. 6 数字视频广播 \r\n\r\n 1. 2. 7 电影行业的卷入 \r\n\r\n 1. 2. 8 政治考虑 \r\n\r\n 1. 2. 9 术语 \r\n\r\n 1. 2. 10 HDTV之路的建议 \r\n\r\n 1. 2. 11 制式测试：第2轮 \r\n\r\n 1. 2. 12 大联盟的形成 \r\n\r\n 1. 2. 13 测试大联盟系统 \r\n\r\n 1. 2. 14 大联盟的最后一段 \r\n\r\n 1. 3 HDTV制式的兼容性 \r\n\r\n 1. 3. 1 兼容制式中的折衷 \r\n\r\n 1. 3. 2 兼容业务附加器 \r\n\r\n 1. 3. 3 代码转换功能 \r\n\r\n 1. 4 参考文献 \r\n\r\n 1. 5 参考书目 \r\n\r\n 第2章 HDTV的应用 \r\n\r\n 2. 1 引言 \r\n\r\n 2. 1. 1 分解力 \r\n\r\n 2. 1. 2 制作制式与传输制式 \r\n\r\n 2. 1. 3 术语定义 \r\n\r\n 2. 2 HDTV的应用 \r\n\r\n 2. 2. 1 商业和工业应用 \r\n\r\n 2. 2. 2 广播应用 \r\n\r\n 2. 2. 3 计算机应用 \r\n\r\n 2. 3 视频信号的特点 \r\n\r\n 2. 3. 1 对观众和节目制作者的关键意义 \r\n\r\n 2. 3. 2 影像尺寸 \r\n\r\n 2. 3. 3 格式发展 \r\n\r\n 2. 4 视觉现实性中的听觉成分 \r\n\r\n 2. 4. 1 听觉 \r\n\r\n 2. 4. 2 使音频与视频匹配 \r\n\r\n 2. 4. 3 最大程度地利用音频 \r\n\r\n 2. 4. 4 理想的声音系统 \r\n\r\n 2. 4. 5 杜比AC-3 \r\n\r\n 2. 5 影片节日源 \r\n\r\n 2. 5. 1 影片种类 \r\n\r\n 2. 5. 2 影片和HDTV节目源的协同作用 \r\n\r\n 2. 5. 3 标准转换 \r\n\r\n 2. 5. 4 从影片到视频的转换系统 \r\n\r\n 2. 5. 5 从视频到影片的激光束转换 \r\n\r\n 2. 6 参考文献 \r\n\r\n 2. 7 参考书目 \r\n\r\n 第3章 成像系统基本原理 \r\n\r\n 3. 1 引言 \r\n\r\n 3. 2 电视的视场 \r\n\r\n 3. 2. 1 黄斑和周围视觉 \r\n\r\n 3. 2. 2 垂直细节和观看距离 \r\n\r\n 3. 2. 3 水平细节和图像宽度 \r\n\r\n 3. 2. 4 影像的详细内容 \r\n\r\n 3. 2. 5 景深的感觉 \r\n\r\n 3. 2. 6 对比度和色调范围 \r\n\r\n 3. 2. 7 亮度和色度 \r\n\r\n 3. 2. 8 视觉的色度方面 \r\n\r\n 3. 2. 9 彩色视觉的锐敏度 \r\n\r\n 3. 2. 10 视觉中的时间因素 \r\n\r\n 3. 2. 11 照度的时间方面 \r\n\r\n 3. 2. 12 模糊和有关的效应 \r\n\r\n 3. 2. 13 闪烁 \r\n\r\n 3. 2. 14 视频带宽的视觉基础 \r\n\r\n 3. 2. 15 伽马 \r\n\r\n 3. 3 大联盟制式的概况 \r\n\r\n 3. 3. 1 扫描格式 \r\n\r\n 3. 3. 2 相对水平和垂直间距 \r\n\r\n 3. 3. 3 亮度和色度分量 \r\n\r\n 3. 3. 4 像素传输速率和数字调制 \r\n\r\n 3. 3. 5 视频压缩 \r\n\r\n 3. 4 参考文献 \r\n\r\n 第4章 视频信号的数字编码 \r\n\r\n 4. 1 引言 \r\n\r\n 4. 2 数字信号的变换过程 \r\n\r\n 4. 2. 1 Nyquist极限和混叠效应 \r\n\r\n 4. 2. 2 A／D变换过程 \r\n\r\n 4. 2. 3 D／A变换过程 \r\n\r\n 4. 2. 4 变换器的性能判据 \r\n\r\n 4. 3 视频信号的空间域和时间域分量 \r\n\r\n 4. 3. 1 Nyquist多维空间的维数 \r\n\r\n 4. 3. 2 Nyquist多维空间中的各种特征频率 \r\n\r\n 4. 3. 3 Nyquist多维空间中各种信号的区分 \r\n\r\n 4. 4 数字调制 \r\n\r\n 4. 4. 1 QPSK \r\n\r\n 4. 4. 2 信号分析 \r\n\r\n 4. 4. 3 数字编码 \r\n\r\n 4. 4. 4 纠错编码 \r\n\r\n 4. 4. 5 8-VSB调制系统 \r\n\r\n 4. 5 各种数字滤波器 \r\n\r\n 4. 5. 1 各种FIR滤波器 \r\n\r\n 4. 5. 2 各种IIR滤波器 \r\n\r\n 4. 6 数字信号处理 \r\n\r\n 4. 6. 1 视频的取样过程 \r\n\r\n 4. 6, 2 串行数字接口(SDl) \r\n\r\n 4. 7 参考文献 \r\n\r\n 第5章 视频和音频的压缩 \r\n\r\n 5. 1 引言 \r\n\r\n 5. 2 变换编码 \r\n\r\n 5. 2. 1 平面的变换 \r\n\r\n 5. 2. 2 帧间的变换编码 \r\n\r\n 5. 3 JPEC标准 \r\n\r\n 5. 3. 1 压缩技术 \r\n\r\n 5. 3. 2 DCT和JPEG \r\n\r\n 5. 4 MPEG标准 \r\n\r\n 5. 4. 1 基本的规定 \r\n\r\n 5. 4. 2 运动补偿 \r\n\r\n 5. 4. 3 把它们汇集在一起 \r\n\r\n 5. 4. 4 各种档次和各种等级 \r\n\r\n 5. 4. 5 演播室档次 \r\n\r\n 5. 5 MPEG-2的各种特性应用于数字电视的重要性 \r\n\r\n 5. 5. 1 MPEG-2的分层结构 \r\n\r\n 5. 5. 2 条带 \r\n\r\n 5. 5. 3 图像. 图像组和序列 \r\n\r\n 5. 5. 4 运动矢量的搜索算法 \r\n\r\n 5. 5. 5 运动矢量的精度 \r\n\r\n 5. 5. 6 运动矢量的编码 \r\n\r\n 5. 5. 7 信源编码器的预测环路 \r\n\r\n 5. 5. 8 双重最佳的预测模式 \r\n\r\n 5. 5. 9 自适应的图像场／图像帧的预测模式 \r\n\r\n 5. 5. 10 图像的更新 \r\n\r\n 5. 5. 11 离散余弦变换 \r\n\r\n 5. 5. 12 视频数据的熵编码 \r\n\r\n 5. 5. 13 解码器的框图 \r\n\r\n 5. 5. 14 空间和S／N的可分级性 \r\n\r\n 5. 6 级联过程 \r\n\r\n 5. 6. 1 各种压缩的损伤 \r\n\r\n 5. 7 音频压缩 \r\n\r\n 5. 7. 1 冗余度和不相干性 \r\n\r\n 5. 7. 2 人们的听觉系统 \r\n\r\n 5. 7. 3 量化 \r\n\r\n 5. 7. 4 取样频率和比特率 \r\n\r\n 5. 7. 5 处理过程和传播的时延 \r\n\r\n 5. 7. 6 各种通用的压缩技术 \r\n\r\n 5. 7. 7 子带的APCM编码 \r\n\r\n 5. 8 参考文献 \r\n\r\n 5. 9 参考书目 \r\n\r\n 第6章 高清晰度电视制作系统 \r\n\r\n 6. 1 引言 \r\n\r\n 6. 2 1125／60系统 \r\n\r\n 6. 2. 1 1125／60的基本原理 \r\n\r\n 6. 2. 2 1125／60 HDTV的标准化工作 \r\n\r\n 6. 2. 3 HDTV节目制作标准 \r\n\r\n 6. 2. 4 SMPTE 240M的技术概况 \r\n\r\n 6. 2. 5 带宽和分解力的考虑 \r\n\r\n 6. 2. 6 隔行与逐行扫描 \r\n\r\n 6. 2. 7 SMPTE 240M的数字表达 \r\n\r\n 6. 3 SMPTE 260M-1992 \r\n\r\n 6. 3. 1 取样和编码 \r\n\r\n 6. 3. 2 主要的工作参数 \r\n\r\n 6. 3. 3 制作窗口 \r\n\r\n 6. 3. 4 整洁窗口 \r\n\r\n 6. 3. 5 SMPTE 240M-1995 \r\n\r\n 6. 3. 6 高清晰度串行数字接口 \r\n\r\n 6. 3. 7 1920x1080扫描标准 \r\n\r\n 6. 3. 8 HDTV-电影制作问题 \r\n\r\n 6. 4 欧洲系统 \r\n\r\n 6. 4. 1 D-MAC／D2-MAC系统 \r\n\r\n 6. 4. 2 增强电视的目标和约束 \r\n\r\n 6. 4. 3 尤里卡(Eureka)计划 \r\n\r\n 6. 4. 4 尤里卡的结局 \r\n\r\n 6. 5 数字视频广播(DVB) \r\n\r\n 6. 5. 1 DVB系统的技术背景 \r\n\r\n 6. 5. 2 MPEG-2数据包 \r\n\r\n 6. 5. 3 DVB-S \r\n\r\n 6. 5. 4 DVB条件接入的一揽子办法 \r\n\r\n 6. 5. 5 DVB和ATSC DTV系统 \r\n\r\n 6. 6 参考文献 \r\n\r\n 6. 7 参考书目 \r\n\r\n 第7章 DTV音频的编码和解码过程 \r\n\r\n 7. 1 引言 \r\n\r\n 7. 1. 1 AES音频 \r\n\r\n 7. 1. 2 音频压缩 \r\n\r\n 7. 1. 3 编码过程 \r\n\r\n 7. 1. 4 解码过程 \r\n\r\n 7. 2 AC-3系统概述 \r\n\r\n 7. 2. 1 音频编码器接口 \r\n\r\n 7. 2. 2 输出信号技术要求 \r\n\r\n 7. 3 AC-3标准的运行细节 \r\n\r\n 7. 3. 1 变换滤波器组 \r\n\r\n 7. 3. 2 编码的音频表达式 \r\n\r\n 7. 3. 3 比特指派 \r\n\r\n 7. 3. 4 重新设置矩阵的过程 \r\n\r\n 7. 3. 5 耦合过程 \r\n\r\n 7. 3. 6 比特流元素和语法 \r\n\r\n 7. 3. 7 响度和动态范围 \r\n\r\n 7. 3. 8 AC-3比特流的编码过程 \r\n\r\n 7. 3. 9 AC-3／MPEG比特流 \r\n\r\n 7. 3. 10 AC-3比特流解码过程 \r\n\r\n 7. 3. 11 算法细节 \r\n\r\n 7. 3. 12 比特指派 \r\n\r\n 7. 4 音频系统声级控制 \r\n\r\n 7. 4. 1 对话归一化 \r\n\r\n 7. 4. 2 动态范围的压缩 \r\n\r\n 7. 4. 3 深压缩, COMPR, COMPR2 \r\n\r\n 7. 5 音频系统的特点 \r\n\r\n 7. 5. 1 完整的主要音频业务(CM) \r\n\r\n 7. 5. 2 主要音频业务. 音乐和效果(ME) \r\n\r\n 7. 5. 3视觉有障碍者(VI) \r\n\r\n 7. 5. 4 听觉有障碍者(HI) \r\n\r\n 7. 5. 5 对话(D) \r\n\r\n 7. 5. 6 解说词(C) \r\n\r\n 7. 5. 7 紧急信息 \r\n\r\n 7. 5. 8 画面外的语音(VO) \r\n\r\n 7. 5. 9 多语种业务 \r\n\r\n 7. 6 参考文献 \r\n\r\n 7. 7 参考书目 \r\n\r\n 第8章 AISC的数字电视系统 \r\n\r\n 8. 1 引言 \r\n\r\n 8. 1. 1 系统概述 \r\n\r\n 8. 1. 2 视频系统的各种特性 \r\n\r\n 8. 1. 3 传送系统的各种特性 \r\n\r\n 8. 2 视频压缩和解压缩的概述 \r\n\r\n 8. 2. 1 MPEG-2的各种等级和各种档次 \r\n\r\n 8. 2. 2 数字电视的视频系统之概述 \r\n\r\n 8. 2. 3 彩色分量的分离和处理过程 \r\n\r\n 8. 2. 4 进行编码的扫描行数目 \r\n\r\n 8. 2. 5 影片模式 \r\n\r\n 8. 2. 6 像素 \r\n\r\n 8. 2. 7 传送编码器的接口和比特率 \r\n\r\n 8. 2. 8 级联的图像序列 \r\n\r\n 8. 2. 9 用于更新过程的指导意见 \r\n\r\n 8. 3 用于地面广播的各种传输特性 \r\n\r\n 8. 3. 1 信道误码的保护和同步 \r\n\r\n 8. 3. 2 调制 \r\n\r\n 8. 3. 3 业务的复用和传送系统 \r\n\r\n 8. 3. 4 传送子系统的概述 \r\n\r\n 8. 3. 5 高级复用过程的功能 \r\n\r\n 8. 3. 6 PES的分组格式 \r\n\r\n 8. 3. 7 高数据率模式 \r\n\r\n 8. 3. 8 与其他传送系统的兼容性 \r\n\r\n 8. 4 节目和系统信息之协议 \r\n\r\n 8. 4. 1 PSIP的要点 \r\n\r\n 8. 5 参考文献 \r\n\r\n 第9章 DTV传输及实施问题 \r\n\r\n 9. 1 前言 \r\n\r\n 9. 1. 1 现实世界条件 \r\n\r\n 9. 1. 2 比特率的考虑 \r\n\r\n 9. 1. 3 地面广播模式的性能特性 \r\n\r\n 9. 1. 4 上变频器及RF载波频率偏置 \r\n\r\n 9. 1. 5 高数据率模式的性能特性 \r\n\r\n 9. 2 频谱问题 \r\n\r\n 9. 2. 1 UHF禁用频道 \r\n\r\n 9. 2. 2 同频道干扰 \r\n\r\n 9. 2. 3 邻频道干扰 \r\n\r\n 9. 2. 4 第6次报告及命令 \r\n\r\n 9. 2. 5 NTSC及ATV的功率额定值 \r\n\r\n 9. 3 传输问题 \r\n\r\n 9. 3. 1 技术选择 \r\n\r\n 9. 3. 2 频道-组合考虑 \r\n\r\n 9. 3. 3 天线系统 \r\n\r\n 9. 4 系统实施问题 \r\n\r\n 9. 4. 1 MPEG比特流拼接 \r\n\r\n 9. 4. 2 隔行和连续扫描的考虑 \r\n\r\n 9. 4. 3 网络节目供给的选择 \r\n\r\n 9. 4. 4 DTV实施概要 \r\n\r\n 9. 5 参考文献 \r\n\r\n 第10章 接收机系统和显示设备 \r\n\r\n 10. 1 引言 \r\n\r\n 10. 1. 1 噪声系数 \r\n\r\n 10. 2 接收系统概述 \r\n\r\n 10. 2. 1 调谐器 \r\n\r\n 10. 2. 2 频道滤波和VSB载波恢复 \r\n\r\n 10. 2. 3 段同步和符号时钟恢复 \r\n\r\n 10. 2. 4 非相干和相干AGC \r\n\r\n 10. 2. 5 数据场同步 \r\n\r\n 10. 2. 6 干扰抑制滤波器 \r\n\r\n 10. 2. 7 频道均衡器 \r\n\r\n 10. 2. 8 相位跟踪环路 \r\n\r\n 10. 2. 9 网格解码器 \r\n\r\n 10. 2. 10 数据解交织器 \r\n\r\n 10. 2. 11 其他接收机功能块 \r\n\r\n 10. 2. 12 接收机均衡问题 \r\n\r\n 10. 3 HDTV显示考虑 \r\n\r\n 10. 3. 1 数字视频中的色空间问题 \r\n\r\n 10. 3. 2 显示技术趋势 \r\n\r\n 10. 3. 3 彩色CRT显示器件 \r\n\r\n 10. 3. 4 投影系统 \r\n\r\n 10. 3. 5 光阈系统 \r\n\r\n 10. 3. 6 LCD投影系统 \r\n\r\n 10. 3. 7 影院应用的投影要求 \r\n\r\n 10. 4 参考文献 \r\n\r\n 第11章 视频测量技术 \r\n\r\n 11. 1 引言 \r\n\r\n 11. 1. 1 最低视频频率 \r\n\r\n 11. 1. 2 最高视频频率 \r\n\r\n 11. 1. 3 水平分解力 \r\n\r\n 11. 1. 4 扫描产生的视频频率 \r\n\r\n 11. 2 彩色显示的测量 \r\n\r\n 11. 2. 1 彩色重现的评价 \r\n\r\n 11. 2. 2 色适应性及白平衡 \r\n\r\n 11. 2. 3 总伽马要求 \r\n\r\n 11. 2. 4 彩色差别的知觉 \r\n\r\n 11. 2. 5 显示分解力和像素格式 \r\n\r\n 11. 2. 6 对比度 \r\n\r\n 11. 2. 7 波带片信号的应用 \r\n\r\n 11. 2. 8 显示器测量技术 \r\n\r\n 11. 2. 9 CRT主观测量 \r\n\r\n 11. 2. 10 CRT客观测量 \r\n\r\n 11. 2. 11 观看环境考虑 \r\n\r\n 11. 3 数字电视图像质量测量 \r\n\r\n 11. 3. 1 信号／图像质量 \r\n\r\n 11. 3. 2 图像质量自动测量 \r\n\r\n 11. 3. 3 眼图 \r\n\r\n 11. 3. 4 传输问题 \r\n\r\n 11. 3. 5 DTV系统主要参数 \r\n\r\n 11. 4 参考文献 \r\n\r\n 第重2章 术语汇编 \r\n\r\n 12. 1 采用的术语 \r\n\r\n 12. 2 字首组合词和缩写词 \r\n\r\n 12. 3 参考文献 \r\n\r\n 第13章 参考文献 \r\n\r\n 13. 1 视频 \r\n\r\n 13. 2 音频 \r\n\r\n 13. 3 业务复用和传送系统 \r\n\r\n 13. 4 系统信息标准 \r\n\r\n 13. 5 接收机系统 \r\n\r\n 13. 6 节目引导 \r\n\r\n 13. 7 节目／段落／版本识别 \r\n\r\n 13. 8 有关数字电视的SMPTE文件 \r\n\r\n 13. 8. 1 一般项目 \r\n\r\n 13. 8. 2 数字控制接口 \r\n\r\n 13. 8. 3 编辑判断清单 \r\n\r\n 13. 8. 4 影像领域 \r\n\r\n 13. 8. 5 接口及信号 \r\n\r\n 13. 8. 6 监视器 \r\n\r\n 13. 8. 7 测试图 \r\n\r\n 13. 8. 8 电视记录及重现 \r\n\r\n 13. 9 本书引用的参考文献 \r\n
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高清晰度电视, 过去10来年在技术界是个大辩论的课题, 现在已成为现实. ATSC数字制式, 已由联邦通信委员会批准, 已经作好从空中电视广播到计算机游戏的各种应用的准备. 通往数字电视(DTV)的道路既漫长又曲折. 当它从1989年正式开始时, 很少(极少)有工业专家能够精确预测这场标准化之战的结局.

1989年, 本文作者任广播工程杂志的编辑主任, 这是一家为无线电／电视行业业务的技术贸易出版物. 作为30周年纪念专刊的一部分, 我组织了一个由5位专家组成的智囊小组, 预测一下在即将来临的5年之内技术将如何影响通信事业. 抓住的一个问题是HDTV. 我们的预测, 发表在1989年5月, 如下：

“高清晰度电视是一个极为复杂的课题, 但这不能阻止我们做少数几个预测. 对于开端者, 到1992年, 广播者将参加HDTV, 实际上是ATV(高级电视, 比‘真正的’HDTV稍微差一些). 到那时, 兼容6MHz制式将被FCC批准并且现场测试. 少数几家先锋广播公司将抢先向空中播出ATV. 一开始节目将是有限的, 使用在35mm胶片上拍摄的电影和其他材料, 通过卫星从节目供应商或网络传送. 当然, 1992年以高清晰度显示一周电影, 对于观众来说, 就像1965年以彩色显示Bonanza(富源)一样地吸引人.

“由FCC选择的ATV制式将是目前提出的一个或几个制式的混合体. 它将提供改善了的图像, 其宽高比为16：9. 在ATV格式中将作好准备, 当附加频谱可供使用时, 可以进一步提高影像质量. 但是, 由于陆地移动通信行业将首先抓住不放, 所以永远不会有附加频谱可供使用. 第二‘扩充’频道的缺乏并不能严重伤害ATV的实施, 这是因为, 智能型接收机将提供逐行扫描. 行间内插. 噪声降低. 重影消除. 细节增强. 对于一般电视观众, 在高科技电视机上的ATV看上去将是富丽壮观. 纯粹派艺术专家和专业工作者能看出差别来, 但是上一代的观众将看不出来.

“ATV和标准NTSC的同播(simulcasting)将不会出现. 这种想法的提出是作为一种方式去实现从当前的技术到全带宽HDTV的有序过渡. 虽然目标是值得称赞的, 但那是不实际的. 对频谱的需求太多了, FCC不能将更多的频谱分配给电视. ”

对于未来就预测了这么多, 当时我们错了, 至少80％是错误的.

从1989年的优势地位来看, 那时作的基本假设是十分合理的, 杂志的35 000位读者中没有一人对我们的结论提出异议. 然而我们没能料到HDTV技术发展中的一个关键要素：数字压缩.

在美国和其他地方, 关于高清晰度电视的大多数早期开发工作, 都是由模拟设计工程师和科学家利用常规的视频技术作为样板而完成的. 当模拟视频样板被抛弃而让位于计算机硬件和软件时, 则以迅速的步伐展开了变化.

说了那些之后, 指出这样一点是公平的：现成的. 可负担得起的硬件平台中可供使用的处理能力的爆发, 使在HDTV的开发过程中所作的视频压缩(或者码率压缩)技术的长足进步变得实用化. 软件和硬件在恰当的时候结合在一起, 使HDTV数字解决方案的实施变得实际可行. 如果FCC坚持其决定新HDTV传输标准的最初目标日期(1991年), 那么以模拟为基础的制式现在应该到位了. 那时数字技术没有作好准备.

所有的事情都考虑到了, 导致美国HDTV标准的过程是一个关于标准化过程应当如何工作的教科书书橱. 制式被提出. 评价. 修订. 再评价. 终于, 一个理想的制式出来了.

关于本书

本书对于广泛地应用, 考察了数字高清晰度视频技术, 还考察了DTV的根本技术, 并且列举了典型使用的例子. 另外还说明了新的开发工作, 并且指出了这些工作的好处.

本书的对象是从事广播电视系统和非广播专业成像系统的设计. 规范. 安装维护的技术工程人员. 本书一般性地讨论了数字电视的基本原理, 尤其讨论了HDTV的基本原理, 着重指出基本技术如何影响最终应用.

作者尽一切努力综合叙述数字电视这个课题. 每一章的结尾都附有广泛的参考资料, 指引读者查找进一步的信息源.

整个的DTV制式(当然)是以高级电视制式委员会(ATSC)的工作为基础的. ATSC出版了一套综合性的文件, 叙述新的DTV业务. 本书的几个章节大量取自ATSC的里程碑性的工作. 作者衷心感谢对本书做出贡献的人们. ,

那些对于取得全套ATSC文件感兴趣的人, 从ATSC的万维网网站(www. atsc. org)可以得到可应用的标准. 也可以从SMPTE(White Plains, NY)(www. smpte. org)和美国国家广播协会(Washington, DC)(www. nab. org)买到这些文件的印刷版本.

由于DTV实施的快速变化的特点, 鼓励读者定期检查上列因特网网站. 关于DTV发展的另外一个资源是作者的网站：www. technicalpress. com. 访问者能够发现文章. 背景资料. 交流会日程. 对DTV相关机构的联络等内容.

明天的技术

影像分解力和清晰度的进步是许多新产品背后的推动力. 在计算机应用中, 提高的影像分解力是当前和将来工作的一个重要领域. 随着计算机概念和视频行业概念的融合, HDTV甚至将获得更大的重要性.

DTV和HDTV所包含的科学领域既广泛而又令人振奋. 它是一个对广播. 专业视频. 军事. 工业客户越来越重要的领域, 而且很快它也将引起消费者的极大兴趣. 当然, 正是消费市场将使HDTV家喻户晓.

DTV：电子成像技术中的革命一书的目标是, 以一种可以理解的方式, 把这些各种各样的概念和技术集合到一起.

Jerry C. Whitaker

数字电视和HDTV：重新发明广播

Joseph A. Flaherty(FIEE, FRTS), CBS, 纽约

早在1936年6月15日, 当时电视本身正在从无线电的基础上兴起, 后来的美国无线电公司总裁David Sarnoff给联邦通信委员会(FCC)作了一次讲演, 题目叫做“无线电的未来和公众兴趣. 方便性及必要性”. 在那次演讲中, 这位将军讲到电视的发展：

“在地平线上现在能看到的将来的各种行业中, 电视最牢固地抓住了公众的想象力. 为了使电视达到为公众业务所需要的完善程度, 我们的工作在进行, 面临着巨大的压力. 高成本. 令人鼓舞的技术成果. ”

“最高级的想象力, 以及跟着那种想象力走的勇气……这样的实验要求. 证实在这种精神中, 我们的实验室和我们的科学家在以勤奋奉献的态度, 从事着为人类提供最高服务的工作. ”

从这样的工作中诞生了电视, 今天, 为人类业务的同样的天才和献身精神使高级电视制式委员会(ATSC)的数字电视(DTV)和高清晰度电视(HDTV)标准得以诞生.

电视, 这种20世纪的现象, 到目前为止是如此先进, 以至于今天世界上看电视的人多于读书的人. 然而, 沿着这条道路, 自从John Logie Baird的28行机械扫描系统以来, 电视质量中的每一明显进展, 都被欢呼为“高清晰度电视”. 力所能及的高清晰度总是最佳的, 它具有极高的工艺水平.

于是, 1970年, 即Sarnoff将军演讲之后34年, 现代的HDTV开始了. NHK推动了高清晰度电视的现代发展, 作为选择扫描格式. 宽高比. 崭新的电子成像系统的基础工作, 进行了广泛的研究和物理测试. 从1970年到1977年, 世界上到处都在发表论文, 论述图像质量的主观评价. 人类视觉系统对增加扫描行数的响应. 隔行扫描的视觉效果. 人类视觉系统对色度空间频率的响应. 后来, 在1973年, NHK发表了原始的宽屏幕1125行HDTV系统.

1974年, 国际电信联盟通过CCIR采纳了一个HDTV研究课题, 其中陈述：

“鉴于高清晰度电视要求的分解力大致相当于35mm影片的分解力, 对应于目前电视制式的至少2倍的水平分解力和2倍的垂直分解力：

“CCIR一致决定, 应当对这个课题进行研究：为了向一般公众广播, 对高清晰度电视应当推荐什么标准?”

到1977年, 成立了美国电影电视工程师协会(SMPTE)高清晰度电视研究小组, 1980年SMPTE杂志发表了该小组的HDTV研究报告. 报告说明：

“用于对HDTV进行比较的合适的标准是投影到宽银幕上的35mm发行影片的最佳性能(当前和将来的). ”

SMPTE HDTV研究小组的结论是：“HDTV的适合行频是大约每一帧1100行, 帧频应为30Hz, 2：1隔行……”.

的确, HDTV不是要比必要的还要好, 而是最终使电视与电影院质量妣美. 我们不是好得过分, 我们只是刚刚赶上, 赶上创作团体和美国公众能广泛接受的质量而已. 通过完全的HDTV, 电视最终将达到它在技术上的成熟.

1981年迎来了这种成熟的第一道曙光, 那时CBS和NHK在旧金山举行的SMPTE冬季电视大会上在美国首次演示了HDTV. 两个星期之后, 在华盛顿特区为FCC和其他政府部门进行了HDTV演示, 随后很快在纽约和好莱坞进行了大量的演示, 观众被迷住了.

没有退路. 电视永远不会再同过去一样1

1985年11月21日, 由于抄袭了Arthur C. Clarke的标题而向他道歉, 我发表了一篇演说, 演说的题目是：“2001年, 广播的奥德赛. ”(奥德赛：古希腊史诗, 相传为荷马所作——译注. )在那篇演讲中我这样说：

“当我们评价明天的电视和HDTV并且规划其实施时, 我们必须记住, 观众享受的今天的业务标准不是他们明天的期望水平. 足够好不再是完美的, 甚至可能变成完全不满意的.

“质量是一个运动着的目标, 在节目中和技术中都是这样. 我们对未来的判断不应以今天的性能为基础, 也不应以一些小修小改为基础. ”

电视的质量目标继续运动, 1987年, FCC寻求私有工业部门的支持, 组成高级电视业务顾问委员会(ACATS), Richard Wiley任主席, 负责研究高级电视地面广播问题, 对提出的制式进行测试, 1993年第2季度为选出美国单一地面广播的HDTV传输标准提出建议.

在ACATS的过程中, 高级电视(ATV)制式的提案猛增至21个, 但到1990年缩减至9个. 其中只有2个是HDTV同播制式, 而且均为模拟设计.

1990年4月, 后来的FCC主席Sikes宣布：

“……委员会的意向是选择同播高清晰度电视标准, 它要与当前的6MHz频道规划兼容, 但采用独立于NTSC技术的新设计原理. 我们预料……在作出HDTV标准的最后决定之前, 委员会决不会采纳增强清晰度标准. ”

美国有一个目标, 那就是完全质量的地面广播的HDTV.

进入美国FCC顾问委员会的高级电视经过2年零8个月以后, 于1990年6月1日, 通用仪器公司提出了全数字地面HDTV制式, 电视从此永远变了. 数字时代已经开始, 模拟电视在世界范围内开始消亡!自从它的发明以及此后的渲染以来, 电视正面临着它的最根本的技术变化.

到1991年, 仅仅剩下5个HDTV制式, 其中只有1个是混合的模拟／数字制式, 即NHK窄带MUSE. 其他4个都是全数字制式, 而这种数字转换把顾问委员会的时间表推迟了大约6个月.

这些制式是：

●NHK的混合式模拟／数字窄带MUSE制式, 采用频分脉冲幅度调制.

●通用仪器公司的DigiCipher制式, 采用数字DCT压缩算法和16或32状态的正交幅度调制, 或16／32 QAM.

●AT&T和Zenith的数字频谱兼容HDTV或DSC-HDTV, 采用逐行扫描. 数字DCT压缩算法. 4电平残留边带调制(4VSB／2VSB).

●Thomson. Philips. Sarnoff实验室. NBC的先进数字HDTV或者AD-HDTV, 采用数字DCT压缩算法和频谱整形正交幅度调制.

●通用仪器公司和MIT的频道兼容DigiCipher或CC-DigiCipher, 采用逐行扫描. 数字DCT压缩算法. 16或32状态正交幅度调制(16／32 QAM).

1990年9月, FCC在它的第1份报告和规则中决定：

“我们没有发现进一步考虑那些使用附加的频谱来‘提高’原有6MHz频道以提供NTSC兼容业务的制式是有用的.

“与我们在ATV业务中保证优秀质量的目标一致, 我们打算选用同播高清晰度电视制式.

“同播制式在频谱方面效率也是很高的, 而且有利于实施高级电视业务. 这样一种制式, 将同样地在当前的电视频道规划中使用的6MHz频道间隔上传输增加了信息的HDTV信号. ”

于是, 1990年, FCC和私有工业部门顾问委员会放弃了“增强”和“提高”制式的考虑, 把进一步的工作集中在不兼容HDTV同播制式上, 保证在批准任何HDTV制式之前对提议的所有制式进行完整. 客观的测试.

FCC主席Sikes最好地表达了这一点, 当时他说：

“我理解那些相信逐步渐进地走向HDTV的人们的关心……, 但是, 追求扩展清晰度可选项会增加工业和消费者两方面的过渡成本. 电视台可能需要进行一系列连续的投资, 缓慢走向完全的HDTV. 然而同时, 消费者几乎肯定给弄糊涂了, 也许会抵制购买那些在比较短的时间内就会过时的设备. ”……“FCC非常关心它向公众提供的广播和业务, 想要最好的, 即完全的HDTV, 而不是对这种令人生畏的挑战的某个渐进解决方案. ”

1992年8月, 私有工业部门的高级电视测试中心(ATTC)实验室完成了5种制式的客观实验室测试和“专家观众”的心理生理测试. 1992年10月在加拿大的高级电视评价实验室(ATEL)完成了“非专家”心理生理测试. 为了准备1993年2月FCC顾问委员会特别小组的会议, 1992年12月发表了实验室测试报告.

与这项工作并行, FCC发表了它的第2个规则制定建议通知, 缩写为NPRM. 在这个通知中, FCC建议如何定义HDTV业务, 以及它的实施和取代NTSC业务的时间表.

第2个FCC NPRM声明：

“我们预料HDTV……最终将取代现在的NTSC. 为了对这一技术进行平稳过渡, 我们及早决定允许在单独的6MHz(同播)频道播送高级电视. 为了继续提高频谱效率, 我们打算要求广播者完全“转换”到HDTV, 也就是说, 一旦HDTV成为占主要地位的媒体, 就交出一个6MHz频道, 仅仅广播HDTV. ”

1992年5月, 在实施HDTV业务的第2份报告和规则中, 委员会决定为HDTV进行频率的成块分配, 而广播业者将对这些频率首先拥有选择权.

在第3份规则制定建议的通知中, FCC建议将广播过渡到全HDTV业务, 并且要求广播公司, 在从HDTV标准制定和最后的HDTV频道分配表生效之日起的15年之内, 交出它们的两对频道之一. 这时, 将放弃NTSC业务, 但是将周期性地查看这个时间表.

于是, FCC正在完成管理HDTV地面广播用的法规程序和规则.

ACATS推荐的HDTV制式原定在1993年初出台, 但是1992年11月, 在通往建议书的道路上发生了一件有趣的事情. 接近测试过程的末尾, 并且根据测试的结果, 每一个制式提议者都认为他们的系统有了一系列的“改进”, 并请求FCC顾问委员会实施这些改进.

由Irwin Dorros博土和我本人主持的顾问委员会技术分小组被指定对这些改进建议进行评估, 并且批准那些被认为合适的建议. 这个技术分小组于1993年11月18日开会, 并且批准了其中的许多建议.

顾问委员会的特别小组于1993年11月8日所在的一周内开会, 考虑测试结果和系统改进, 打算选择最后的HDTV制式, 推荐给顾问委员会.

虽然所有的制式都在6MHz的带宽内产生好的HDTV图像, 但是没有一种系统有足够好的性能可以选作那时的单一标准. 但是, 由于全数字制式的性能明显地优于混合模拟／数字窄带MUSE制式, 所以放弃了这种制式, 不再作进一步的考虑. 特别小组批准对4种全数字制式进行改进, 建议迅速地重新测试这些制式.

同时, 最后的4个数字制式的提议者开始审查这样的可能性, 即通过一个联合会(后来叫做“大联盟”), 把他们的制式结合起来, 成为单一的好上加好的HDTV制式. 1993年5月24日, 4个数字HDTV制式的提议者AT&T／Zenith. 通用仪器公司. DSRC(Sarnoff)／Thomson／Philips. MIT组成了大联盟.

FCC顾问委员会把任务分配给它的技术分小组, 包括来自加拿大. 墨西哥. EBU. NHK的观察员, 仍旧由Dorros博士和我主持. 这个任务是：评估大联盟建议. 对它作必要的修改. 选择最后的规范及批准制式制作样机.

继详细的制式评估和修改之后, 大联盟和技术分小组推荐了基本制式参数：

●支持两种, 并且只有两种扫描频率, 一种是1080有效行, 每行1920正方形像素, 以59. 94和60场／秒隔行扫描, 另一种是720有效行, 每行1280正方形像素, 以59. 94和60帧／秒逐行扫描. 两种格式也能够以30和24帧／秒逐行扫描方式操作.

●采用MPEG-2兼容视频压缩和传送系统.

●采用杜比AC-3 384 Kb／s音频系统.

在残留边带(VSB)系统和正交幅度调制(QAM)系统的子系统测试之后, 1994年2月24日批准了8VSB.

大联盟系统进行了制作. 测试. 现场测试, 以证明它比4个单独的HDTV制式提案中的任何一个都好. 它是好中之好.

1995年春天, 在这么晚的时候, FCC主席ReedHundt要求顾问委员会把几个标准清晰度或SDTV格式包括在DTV标准中, 未经进一步的SDTV测试, 把SDTV格式增加到ATSC扫描格式中, 计划向HDTV的过渡变成向SDTV和HDTV的过渡.

1995年11月28日, 顾问委员会把ACATS数字TV和HDTV标准推荐给FCC.

在另外一个最后一分钟的变化中, FCC在广播公司. 消费设备生产制造厂商和计算机行业成员之间发起了一系列会议, 就ATSC标准的扫描格式经折衷达成一致意见. 这样, 扫描格式被私有化, 现在成为私有工业部门的ATSC标准. 根据这种折衷意见, 1996年12月24日FCC最后批准了ATSC标准, 在地面DTV／HDTV广播中强制执行. 81天之后, 1997年4月3日, FCC采纳了数字频道分配计划和DTV业务规则.

FCC把数字电视进程中FCC的第5次报告和规则总结如下：

“这个进程的中心目标是能免费为地方提供数字广播电视. 为了支持DTV成功的机会, 委员会决定只要广播公司继续向公众提供他们逐渐信赖的免费节目, 就能够根据他们判断为最好的业务来使用它们的频道. 特别是, 广播公司必须提供一个免费数字视频节目业务, 其分解力至少可与今天的业务相比拟, 并且与今天的模拟业务在相同的时间播出.

“广播公司将能够把它们认为最吸引用户的数字产品的不论什么包装放在一起, 及与别家建立伙伴关系, 以有助于用最有成果. 最有效的方式使用它们的频道. 在数字频道的使用上给广播公司以灵活性, 将使它们能够把业务和节目的最好的混合放在一起, 刺激消费者接受数字技术, 购买数字接收机.

“委员会要求10大市场中的4大网络(ABC. CBS. Fox. NBC)的联播电视台到1999年5月1日必须播出一个数字信号.

“在这个过程中的一个重要目标是在DTV过渡期结束时交还模拟(NTSC)频谱. 委员会把2006年定为结束NTSC业务的一个合理的日子. 委员会在其周期性的检查中将检查这个日子. 周期性检查每2年进行1次, 评估DTV的进展, 必要时改变委员会的规则. ”

根据在FCC的强烈要求下达成的一项志愿性的协议, 某些团体拥有者(包括CBS)同意10大数字电视台到1998年11月1日向空中播出.

这样, 在9年3个月22天的研究. 辩论. 设计. 制作. 测试. 规则制定之后, 美国地面广播公司拥有了ATSC数字电视和HDTV制式, 如果迅速使用的话, 可以保证它与其他21世纪分配媒体进行平等竞争.

FCC提出了有进取心的初次展示. 短的过渡时期. 及略述困难的DTV广播时间表. 不仅如此, 这种数字过渡不会在“自由市场”环境中发生. 联邦政府想要在尽可能短的时间内收回现在的NTSC频谱进行拍卖和再使用, 这将不断造成对政府的压力, 在尽可能短的时间内完成数字过渡. 反过来, 这将缩短在完全的“自由市场”中通常发生的过渡期.

过去, 电视市场中所有的竞争都是以相同的一般技术质量为基础的. 那是从舞台上摄像机的525行NTSC到家中的接收机, 高级管理人员从来不要对节目演示质量做出决策. 从今以后, 送给观众的技术质量将有一个宽广的范围, 从SDTV, “SDTV多路复用”节目, 直到完全质量的HDTV. 技术质量将成为争夺观众的一个越来越重要的因素. 各种电视媒体将提供宽屏幕HDTV, 因此, HDTV将总是仅隔一个频道点击之遥.

HDTV可能成为节目制作者. 节目计划者. 分配媒体及观众的首选媒体. 在著述本文时, 某些有线和DBS节目计划者已经声明他们打算提供HDTV节目的业务. 很自然, 某些广播的白天部分不久将有必要由SDTV节目构成, 而某些广播公司. 有线经营者. 卫星到家系统将采用多路复用SDTV节目.

然而, 考虑到HDTV的重要性, 至关重要的是要理解, 宽屏幕高清晰度对于今天的小屏幕电视机来说不仅仅是漂亮的图像, 而是一个崭新的数字平台, 支持在商业化中开发的大型. 大大改善了的显示器. 在这样的大型宽屏幕显示器上观看HDTV, 将在家中创造一种全新的观看体验. HDTV最后将使家庭影院梦想成真.

数字实施已经开始, 电视事业的每一部分都将感觉到这个数字革命的影响. 不仅如此, 数字技术发展得非常快, 它们的影响比许多人认为的还要快. 我们把这种“数字化”叫做革命, 这是因为, 数字技术将从根本上改变电视的通信手段. 它的质量. 它的灵活性. 商业的进行. 业务的范围和效果, 以及媒体的几乎每一个其他方面.

现在, 在NHK开始其HDTV工作之后25年左右, ATSC HDTV标准采用基本的1973. 宽屏幕1125行制式, 其有效行数为1080, 2：1隔行扫描. 就像SMPTE和CCIR的研究定义的那样, “高清晰度”电视, 在过去. 现在并且将总是这样一种制式, 采用至少1000有效行. 隔行或逐行扫描. 有效行数较少的格式有可能对NTSC和PAL制式有所“改进”, 但那不是, 也永远不会是“高清晰度”.

ATSC标准采纳了, 数字频道分配了, 业务规则到位了, 设备有了, 数字TV和HDTV接收机开始出现, 数字电视台正在建设. 对于美国来说, 数字TV和HDTV时代就在眼前!

正像Alexander Pope在他的1710"关于批评主义的小品文”中忠告的那样：“勿作尝新第一人, 小为弃旧最后者”.

Joseph A. Flaherty