内容简介
《数字电视原理》系统讲述了数字电视系统的基本原理与关键技术。《数字电视原理》共分8章,内容包括:模拟电视的基本原理、数字电视的基本概念、图像信号的数字化、数字电视的调制与解调、数字电视的传输、特种应用电视及应用环境、数字电视的新技术。
《数字电视原理》内容丰富、取材新颖,可作为高等院校通信工程及广播电视等专业的本科生教材,也可供从事多媒体通信的工程技术人员和科技工作者参考。
内页插图
目录
第1章 概论
1.1 电视技术的发展历程
1.2 数字电视的基本概念及优点
1.3 数字电视系统和数字电视机顶盒
1.3.1 数字电视系统
1.3.2 数字电视机顶盒
习题
第2章 模拟电视的基本原理
2.1 色度学概念
2.1.1 人眼的视觉特性
2.1.2 彩色三要素和三基色原理
2.2 包视图像的传送
2.2.1 像素
2.2.2 光电与电光转换
2.2.3 电子扫描
2.3 彩色电视制式与彩色电视信号
2.3.1 彩色电视制式分类
2.3.2 亮度信号与色差信号
2.3.3 NTSC制
2.3.4 PAL制
2.4 系统分解力与图像清晰度
习题
第3章 数字电视的基本概念
3.1 数字电视原理概述
3.2 电视信号数字化参数
3.2.1 抽样结构
3.2.2 量化
3.2.3 编码
3.3 视频分量信号量化比特数确定和量化电平的计算
习题
第4章 图像信号的数字化
4.1 电视信号的离散化
4.2 视频A/D、D/A变换器
4.2.1 视频A/D变换器
4.2.2 PCM编码器
4.2.3 视频D/A变换器
4.2.4 并串型A/D变换器
4.3 PAL信号亮、色数字分离原理
4.3.1 亮、色数字分离电路
4.3.2 色差信号分离
4.4 图像压缩编码和数字电视的国际标准
4.4.1 图像压缩编码概述
4.4.2 常用的图像压缩编码方法
4.4.3 视频压缩编码标准
4.5 新一代图像压缩编码
4.5.l 模型基编码
4.5.2 神经网络用于图像编码
习题
第5章 数字电视的调制与解调
5.1 数字电视调制概述
5.2 PSK调制方式
5.2.1 二进制绝对调相(2PSK)和相对调相(2DPSK)方式
5.2.2 多相调制
5.3 MQAM调制
5.3.1 2ASK信号的产生与解调
5.3.2 QAM信号
5.4 字节到符号的映射
习题
第6章 数字电视的传输
6.1 数字电视传输系统
6.1.1 数字电视传输系统的组成
6.1.2 数字电视传输系统的分类
6.2 能量扩散
6.S 数据交织与解交织
6.4 格状编码(TCM)简介
习题
第7章 特种成像及防爆电视
7.1 红外电视
7.1.1 红外线的基本概念
7.1.2 主动式红外电视
7.1.3 被动式红外电视
7.2 微光电视
7.2.1 微光电视的特点
7.2.2 微光像增强器
7.2.3 微光摄像机的应用
7.3 防爆电视设备
7.3.1 防爆电视设备的通用要求
7.3.2 防爆电视设备的设计
7.3.3 井下监测监控系统简介
习题
第8章 数字电视应用技术与发展
8.1 水下电视
8.1.1 水下电视分类
8.1.2 水下电视的技术问题
8.2 X线电视
8.2.1 X线
8.2.2 X线电视系统
8.2.3 X线电视系统的应用
8.3 新型数字电视终端
8.3.1 超薄液晶电视
8.3.2 3D立体液晶电视
8.4 数字电视发展展望
习题
参考文献
前言/序言
随着数字图像处理技术的发展,电视系统正快速走向“数字时代”,世界发达国家的广播电视从模拟到数字的过渡已基本完成,我国也在快速的发展中,目前已经初步完成了节目在制作、编排和传输环节的数字化,数字电视接收机、数字点播电视、数字交互电视、全数字高清晰度电视等数字电视设备层出不穷,引导整个数字电视技术的潮流。
本书是作者在近10年从事数字电视原理理论教学和相关科研的基础上编写而成的,并结合数字化矿山建设,对数字电视系统的基本原理和关键技术进行了研究,是作者多年教学工作的总结。
本书共分8章,其中第2、3、4、5、6章是讲述的重点。第1章简述电视技术的发展历程及数字电视的基本概念。第2章论述模拟电视的基本原理,内容包括:色度学基础、彩色电视信号及彩色电视制式、系统分解力与图像清晰度。第3章简述数字电视的基本概念及电视信号数字化参数。第4章阐述视频A/D、D/A变换的基本原理及初步实现。第5章分析数字电视的调制与解调技术,内容包括:QPSK、MQAM等调制技术。第6章对数字电视传输系统做了初步研究。第7章和第8章概述了特种应用电视及应用环境和数字电视新技术。本书参考教学时数为48学时。
本书第1章、第7-8章由李白萍教授编写,第2章由薛颖轶编写,第3~6章由李荣编写,全书由李白萍教授统稿。
本书的编写得到了陕西省通信工程特色专业建设点(No.[2011]42)和陕西省通信工程系列课程教学团队项目(No.[2013]32)的大力支持。
在本书的编写过程中,参阅了大量参考文献和图书资料,在此谨向这些文献、资料的原作者表示衷心的感谢。
由于目前数字电视技术飞速发展,加之编者水平有限,书中难免存在疏漏,殷切希望广大读者批评指正。
电视信号的演变:从模拟走向数字的世界 在信息爆炸的时代,我们获取视听信息的方式正在经历一场深刻的变革。回溯电视技术的历史长河,我们会发现,从最初的黑白信号传输,到色彩斑斓的模拟电视,再到如今高清、智能的数字电视,每一步的飞跃都凝聚着无数科学家的智慧与汗水。尽管本书的重点在于深入剖析数字电视的核心原理,但理解这一技术飞跃的宏观背景,有助于我们更清晰地把握其重要性和技术进步的脉络。 模拟电视的辉煌与局限 在数字电视成为主流之前,模拟电视曾是信息传播的王者。模拟信号的本质是将图像和声音信息编码为连续变化的电信号,这些信号直接反映了原始信号的强度和频率。这就好比我们用一支笔在纸上不断描绘出一条有起伏的曲线来代表声音的大小变化,或者描绘出不同明暗和色彩的区域来代表画面。 模拟电视信号的传输,通常依赖于无线电波或有线电缆。在无线传输方面,电视台通过天线发射出携带图像和声音的电磁波,接收端的电视机则通过其天线接收这些电磁波,并将其还原为可见的图像和可听的声音。而有线电视则通过同轴电缆将信号传输到用户的家中。 然而,模拟电视在传输过程中存在着固有的局限性。首先,它容易受到干扰。例如,雷电、其他无线电信号的干扰,甚至电视机内部电子元件的微弱辐射,都可能导致画面出现雪花点、扭曲,或声音失真。这种干扰会随着信号传输的距离而累积,距离越远,信号质量下降得越厉害,这也是模拟电视在远距离传输时效果不佳的主要原因。 其次,模拟信号的带宽利用效率不高。为了传输高质量的模拟图像和声音,需要占用相当宽的频谱带宽。这意味着可用的频道数量有限,也限制了内容的多样性。 再者,模拟电视的图像质量受限于信号的带宽和信噪比。虽然经过多年的技术发展,模拟电视的画面质量已有显著提升,但与数字电视相比,其分辨率、清晰度以及色彩表现力都存在明显的差距。例如,模拟电视难以实现高分辨率的画面,也就无法呈现出数字电视那种纤毫毕现的细节。 最后,模拟电视在功能拓展方面也显得力不从心。诸如互动、多画面、高清、超高清等数字电视特有的功能,在模拟电视体系下是难以实现的。模拟信号的编码方式决定了其固定的信息承载能力,很难在此基础上进行复杂的交互和多媒体内容的叠加。 数字电视的革命性突破 正是在模拟电视的这些局限性面前,数字电视技术应运而生,并以前所未有的速度改变了我们观看电视的方式。数字电视的核心在于将图像和声音信息进行数字化处理,即将其转化为一系列离散的二进制数字(0和1)。这与模拟电视的连续信号截然不同,就好比我们不再用连续的曲线来描绘声音,而是将其分割成一个个小片段,并用数字来表示每个片段的大小和变化。 这种数字化的处理方式带来了颠覆性的优势。 抗干扰能力强,信号质量高: 数字信号的本质是离散的,接收端只需要判断接收到的信号是0还是1,即使信号受到一定程度的干扰,只要接收端能够正确地识别这些0和1,就不会产生明显的画面和声音失真。这使得数字电视在传输过程中拥有极强的抗干扰能力,无论信号传输多远,只要接收端能够正确解码,其画面和声音质量都能保持稳定。换句话说,数字电视的“雪花点”和“重影”现象基本消失,呈现出更加清晰、锐利的图像。 高清晰度(HD)和超高清晰度(UHD)成为可能: 数字信号的编码方式使得我们可以传输更高分辨率的图像数据。高清晰度(HD)电视能够提供比传统标清(SD)模拟电视多出数倍甚至数十倍的像素点,从而呈现出更加细腻、生动的画面。而超高清晰度(UHD),如4K和8K电视,更是将分辨率提升到了新的高度,让观看体验更加身临其境,仿佛置身于真实场景之中。 频谱利用效率高,频道数量大幅增加: 通过先进的数字压缩技术(如MPEG-2、MPEG-4/H.264、HEVC/H.265等),数字电视能够以更低的带宽传输更高质量的图像和声音。这意味着在相同的频谱资源下,可以传输更多的电视频道,极大地丰富了观众的选择。这就像我们在打包行李时,采用更精密的打包方式,可以在相同大小的箱子里装下更多的物品。 丰富的功能拓展,互动体验成为现实: 数字信号的灵活性使得电视的功能不再局限于单向的节目播放。观众可以通过数字电视网络进行互动,例如参与节目投票、点播电影、收看多角度画面、获取节目信息、甚至进行简单的在线购物和游戏。这种互动性将电视从一个被动的接收设备,转变为一个集信息、娱乐和社交于一体的综合平台。 数据传输与视频播放的融合: 数字电视不仅传输图像和声音,还能够传输数据信息。这为“电视+互联网”的应用场景奠定了基础,使得电视能够连接到互联网,获取更丰富的内容和在线服务。 数字电视的未来展望 数字电视技术的进步并未止步。随着5G通信、人工智能、物联网等新技术的不断发展,数字电视正朝着更加智能化、个性化和沉浸式的方向演进。未来的数字电视将不仅仅是观看节目,更可能成为家庭信息娱乐的中心,与智能家居设备深度联动,为用户提供更加便捷、高效、定制化的生活服务。 尽管本书的焦点在于解析数字电视的内在运行机制,但对模拟电视的回顾以及对数字电视未来发展的展望,有助于我们认识到数字电视技术在信息传播领域所扮演的关键角色。它是科技进步的结晶,是信息时代的重要基石,也是连接现实世界与数字世界的重要桥梁。理解了这些宏观的背景,我们才能更深刻地体会到数字电视原理研究所带来的价值和意义。