內容簡介
《數字電視原理》係統講述瞭數字電視係統的基本原理與關鍵技術。《數字電視原理》共分8章,內容包括:模擬電視的基本原理、數字電視的基本概念、圖像信號的數字化、數字電視的調製與解調、數字電視的傳輸、特種應用電視及應用環境、數字電視的新技術。
《數字電視原理》內容豐富、取材新穎,可作為高等院校通信工程及廣播電視等專業的本科生教材,也可供從事多媒體通信的工程技術人員和科技工作者參考。
內頁插圖
目錄
第1章 概論
1.1 電視技術的發展曆程
1.2 數字電視的基本概念及優點
1.3 數字電視係統和數字電視機頂盒
1.3.1 數字電視係統
1.3.2 數字電視機頂盒
習題
第2章 模擬電視的基本原理
2.1 色度學概念
2.1.1 人眼的視覺特性
2.1.2 彩色三要素和三基色原理
2.2 包視圖像的傳送
2.2.1 像素
2.2.2 光電與電光轉換
2.2.3 電子掃描
2.3 彩色電視製式與彩色電視信號
2.3.1 彩色電視製式分類
2.3.2 亮度信號與色差信號
2.3.3 NTSC製
2.3.4 PAL製
2.4 係統分解力與圖像清晰度
習題
第3章 數字電視的基本概念
3.1 數字電視原理概述
3.2 電視信號數字化參數
3.2.1 抽樣結構
3.2.2 量化
3.2.3 編碼
3.3 視頻分量信號量化比特數確定和量化電平的計算
習題
第4章 圖像信號的數字化
4.1 電視信號的離散化
4.2 視頻A/D、D/A變換器
4.2.1 視頻A/D變換器
4.2.2 PCM編碼器
4.2.3 視頻D/A變換器
4.2.4 並串型A/D變換器
4.3 PAL信號亮、色數字分離原理
4.3.1 亮、色數字分離電路
4.3.2 色差信號分離
4.4 圖像壓縮編碼和數字電視的國際標準
4.4.1 圖像壓縮編碼概述
4.4.2 常用的圖像壓縮編碼方法
4.4.3 視頻壓縮編碼標準
4.5 新一代圖像壓縮編碼
4.5.l 模型基編碼
4.5.2 神經網絡用於圖像編碼
習題
第5章 數字電視的調製與解調
5.1 數字電視調製概述
5.2 PSK調製方式
5.2.1 二進製絕對調相(2PSK)和相對調相(2DPSK)方式
5.2.2 多相調製
5.3 MQAM調製
5.3.1 2ASK信號的産生與解調
5.3.2 QAM信號
5.4 字節到符號的映射
習題
第6章 數字電視的傳輸
6.1 數字電視傳輸係統
6.1.1 數字電視傳輸係統的組成
6.1.2 數字電視傳輸係統的分類
6.2 能量擴散
6.S 數據交織與解交織
6.4 格狀編碼(TCM)簡介
習題
第7章 特種成像及防爆電視
7.1 紅外電視
7.1.1 紅外綫的基本概念
7.1.2 主動式紅外電視
7.1.3 被動式紅外電視
7.2 微光電視
7.2.1 微光電視的特點
7.2.2 微光像增強器
7.2.3 微光攝像機的應用
7.3 防爆電視設備
7.3.1 防爆電視設備的通用要求
7.3.2 防爆電視設備的設計
7.3.3 井下監測監控係統簡介
習題
第8章 數字電視應用技術與發展
8.1 水下電視
8.1.1 水下電視分類
8.1.2 水下電視的技術問題
8.2 X綫電視
8.2.1 X綫
8.2.2 X綫電視係統
8.2.3 X綫電視係統的應用
8.3 新型數字電視終端
8.3.1 超薄液晶電視
8.3.2 3D立體液晶電視
8.4 數字電視發展展望
習題
參考文獻
前言/序言
隨著數字圖像處理技術的發展,電視係統正快速走嚮“數字時代”,世界發達國傢的廣播電視從模擬到數字的過渡已基本完成,我國也在快速的發展中,目前已經初步完成瞭節目在製作、編排和傳輸環節的數字化,數字電視接收機、數字點播電視、數字交互電視、全數字高清晰度電視等數字電視設備層齣不窮,引導整個數字電視技術的潮流。
本書是作者在近10年從事數字電視原理理論教學和相關科研的基礎上編寫而成的,並結閤數字化礦山建設,對數字電視係統的基本原理和關鍵技術進行瞭研究,是作者多年教學工作的總結。
本書共分8章,其中第2、3、4、5、6章是講述的重點。第1章簡述電視技術的發展曆程及數字電視的基本概念。第2章論述模擬電視的基本原理,內容包括:色度學基礎、彩色電視信號及彩色電視製式、係統分解力與圖像清晰度。第3章簡述數字電視的基本概念及電視信號數字化參數。第4章闡述視頻A/D、D/A變換的基本原理及初步實現。第5章分析數字電視的調製與解調技術,內容包括:QPSK、MQAM等調製技術。第6章對數字電視傳輸係統做瞭初步研究。第7章和第8章概述瞭特種應用電視及應用環境和數字電視新技術。本書參考教學時數為48學時。
本書第1章、第7-8章由李白萍教授編寫,第2章由薛穎軼編寫,第3~6章由李榮編寫,全書由李白萍教授統稿。
本書的編寫得到瞭陝西省通信工程特色專業建設點(No.[2011]42)和陝西省通信工程係列課程教學團隊項目(No.[2013]32)的大力支持。
在本書的編寫過程中,參閱瞭大量參考文獻和圖書資料,在此謹嚮這些文獻、資料的原作者錶示衷心的感謝。
由於目前數字電視技術飛速發展,加之編者水平有限,書中難免存在疏漏,殷切希望廣大讀者批評指正。
電視信號的演變:從模擬走嚮數字的世界 在信息爆炸的時代,我們獲取視聽信息的方式正在經曆一場深刻的變革。迴溯電視技術的曆史長河,我們會發現,從最初的黑白信號傳輸,到色彩斑斕的模擬電視,再到如今高清、智能的數字電視,每一步的飛躍都凝聚著無數科學傢的智慧與汗水。盡管本書的重點在於深入剖析數字電視的核心原理,但理解這一技術飛躍的宏觀背景,有助於我們更清晰地把握其重要性和技術進步的脈絡。 模擬電視的輝煌與局限 在數字電視成為主流之前,模擬電視曾是信息傳播的王者。模擬信號的本質是將圖像和聲音信息編碼為連續變化的電信號,這些信號直接反映瞭原始信號的強度和頻率。這就好比我們用一支筆在紙上不斷描繪齣一條有起伏的麯綫來代錶聲音的大小變化,或者描繪齣不同明暗和色彩的區域來代錶畫麵。 模擬電視信號的傳輸,通常依賴於無綫電波或有綫電纜。在無綫傳輸方麵,電視颱通過天綫發射齣攜帶圖像和聲音的電磁波,接收端的電視機則通過其天綫接收這些電磁波,並將其還原為可見的圖像和可聽的聲音。而有綫電視則通過同軸電纜將信號傳輸到用戶的傢中。 然而,模擬電視在傳輸過程中存在著固有的局限性。首先,它容易受到乾擾。例如,雷電、其他無綫電信號的乾擾,甚至電視機內部電子元件的微弱輻射,都可能導緻畫麵齣現雪花點、扭麯,或聲音失真。這種乾擾會隨著信號傳輸的距離而纍積,距離越遠,信號質量下降得越厲害,這也是模擬電視在遠距離傳輸時效果不佳的主要原因。 其次,模擬信號的帶寬利用效率不高。為瞭傳輸高質量的模擬圖像和聲音,需要占用相當寬的頻譜帶寬。這意味著可用的頻道數量有限,也限製瞭內容的多樣性。 再者,模擬電視的圖像質量受限於信號的帶寬和信噪比。雖然經過多年的技術發展,模擬電視的畫麵質量已有顯著提升,但與數字電視相比,其分辨率、清晰度以及色彩錶現力都存在明顯的差距。例如,模擬電視難以實現高分辨率的畫麵,也就無法呈現齣數字電視那種縴毫畢現的細節。 最後,模擬電視在功能拓展方麵也顯得力不從心。諸如互動、多畫麵、高清、超高清等數字電視特有的功能,在模擬電視體係下是難以實現的。模擬信號的編碼方式決定瞭其固定的信息承載能力,很難在此基礎上進行復雜的交互和多媒體內容的疊加。 數字電視的革命性突破 正是在模擬電視的這些局限性麵前,數字電視技術應運而生,並以前所未有的速度改變瞭我們觀看電視的方式。數字電視的核心在於將圖像和聲音信息進行數字化處理,即將其轉化為一係列離散的二進製數字(0和1)。這與模擬電視的連續信號截然不同,就好比我們不再用連續的麯綫來描繪聲音,而是將其分割成一個個小片段,並用數字來錶示每個片段的大小和變化。 這種數字化的處理方式帶來瞭顛覆性的優勢。 抗乾擾能力強,信號質量高: 數字信號的本質是離散的,接收端隻需要判斷接收到的信號是0還是1,即使信號受到一定程度的乾擾,隻要接收端能夠正確地識彆這些0和1,就不會産生明顯的畫麵和聲音失真。這使得數字電視在傳輸過程中擁有極強的抗乾擾能力,無論信號傳輸多遠,隻要接收端能夠正確解碼,其畫麵和聲音質量都能保持穩定。換句話說,數字電視的“雪花點”和“重影”現象基本消失,呈現齣更加清晰、銳利的圖像。 高清晰度(HD)和超高清晰度(UHD)成為可能: 數字信號的編碼方式使得我們可以傳輸更高分辨率的圖像數據。高清晰度(HD)電視能夠提供比傳統標清(SD)模擬電視多齣數倍甚至數十倍的像素點,從而呈現齣更加細膩、生動的畫麵。而超高清晰度(UHD),如4K和8K電視,更是將分辨率提升到瞭新的高度,讓觀看體驗更加身臨其境,仿佛置身於真實場景之中。 頻譜利用效率高,頻道數量大幅增加: 通過先進的數字壓縮技術(如MPEG-2、MPEG-4/H.264、HEVC/H.265等),數字電視能夠以更低的帶寬傳輸更高質量的圖像和聲音。這意味著在相同的頻譜資源下,可以傳輸更多的電視頻道,極大地豐富瞭觀眾的選擇。這就像我們在打包行李時,采用更精密的打包方式,可以在相同大小的箱子裏裝下更多的物品。 豐富的功能拓展,互動體驗成為現實: 數字信號的靈活性使得電視的功能不再局限於單嚮的節目播放。觀眾可以通過數字電視網絡進行互動,例如參與節目投票、點播電影、收看多角度畫麵、獲取節目信息、甚至進行簡單的在綫購物和遊戲。這種互動性將電視從一個被動的接收設備,轉變為一個集信息、娛樂和社交於一體的綜閤平颱。 數據傳輸與視頻播放的融閤: 數字電視不僅傳輸圖像和聲音,還能夠傳輸數據信息。這為“電視+互聯網”的應用場景奠定瞭基礎,使得電視能夠連接到互聯網,獲取更豐富的內容和在綫服務。 數字電視的未來展望 數字電視技術的進步並未止步。隨著5G通信、人工智能、物聯網等新技術的不斷發展,數字電視正朝著更加智能化、個性化和沉浸式的方嚮演進。未來的數字電視將不僅僅是觀看節目,更可能成為傢庭信息娛樂的中心,與智能傢居設備深度聯動,為用戶提供更加便捷、高效、定製化的生活服務。 盡管本書的焦點在於解析數字電視的內在運行機製,但對模擬電視的迴顧以及對數字電視未來發展的展望,有助於我們認識到數字電視技術在信息傳播領域所扮演的關鍵角色。它是科技進步的結晶,是信息時代的重要基石,也是連接現實世界與數字世界的重要橋梁。理解瞭這些宏觀的背景,我們纔能更深刻地體會到數字電視原理研究所帶來的價值和意義。