【正文】 等級(jí)多了好，但要付出的代價(jià)大。理論和實(shí)際都證明，對(duì)電視圖象信號(hào)，用 256 個(gè)等級(jí)就可以了。取樣、量化只是在時(shí)間和幅度上把信號(hào)的表示做到了離散化，還不是數(shù)字化。數(shù)字化的目的是用“ 0” 和“ 1” 兩個(gè)數(shù)字碼表示一切等級(jí)、量值。為什么要用“ 0” 和“ 1” ，不用 0— 9，就是因?yàn)椤?0” 和“ 1” 最容易用電量來表示。如，有電壓是“ 1” ，無電壓是‘ 0“ ；開關(guān)接通是“ 1” ，開關(guān)斷開是“ 0’,但“ 0” 和“ 1” 只能表示兩個(gè)等級(jí)， 256 個(gè)等級(jí)怎么辦？使用“ 0”“1” 的排列組成碼就解決了。 這有如條碼，條碼只有黑、白兩種條，但它們不同的組合可以編出無數(shù)的碼，可以分別代表多種商品。例如，我們用 8 位“ 0” 和“ 1” 編成 8 位碼，00000000、 0000000 00000010??..11111111 ，就有了 256=28 種不重復(fù)的碼，表示 256 個(gè)量。把量化后的信號(hào)，用“ 0” 和“ 1” 組成的碼來表示，叫做編碼。用數(shù)字編碼表示量化的信號(hào)，模擬信號(hào)才算是真正數(shù)字化了。總的是，模擬數(shù)字化三個(gè)過程：取樣、量化和編碼 。 壓縮 壓縮的必要性 下面的討論會(huì)看到，經(jīng)過取樣、量化、編碼后的電視信號(hào)信息量非常大。電視亮度信號(hào)的最高頻率是 6Mhz，每個(gè)色差信號(hào)大最高頻率為兩個(gè) 。根據(jù)奈奎斯特定理，亮度與色度信號(hào)的取樣頻率分別應(yīng)該大于 12Mhz和2 3Mhz=6Mhz。量化等級(jí)取 256，需要 8 位二進(jìn)制編碼。這樣，傳送一套電視節(jié)目，所需要的碼率（每秒鐘傳送碼的位數(shù)）為（ 12+2 3） 8=144Mbit/s。傳送這么高的速率，對(duì)我們現(xiàn)在一個(gè)頻道 8Mhz的帶寬，實(shí)在是大得了不得。實(shí)際上取樣頻率是 ,量化比特?cái)?shù)是 10,因而碼率為 270Mhz。所以，要想使數(shù)字化節(jié)目真正能付之使用，必須對(duì)碼率進(jìn)行壓縮。這就是數(shù)字電視信號(hào)壓縮的必要性。 、壓縮的可能性 數(shù)字電視信號(hào)之所以可以壓縮，是因?yàn)殡娨曅盘?hào)存在著冗余。首先是空間冗余。就是一幅畫面內(nèi)，各象素之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。例如，藍(lán)天，不必全部藍(lán)天的每一個(gè)象素都傳送一次，只傳送一個(gè)象素就行，其余的，到接收點(diǎn)全部按第一個(gè)復(fù)制。這樣一來就節(jié)約了大量信息，去除了冗余。其次是時(shí)間冗余。相鄰兩幀圖像的內(nèi)容也大體相似。我們可以不必每一幀圖像都傳，例如只傳送第一幀、在接收端，第三幀用第一幀預(yù)測(cè)產(chǎn)生，第二幀用第一、三兩幀取平均產(chǎn)生，這又可以壓縮碼率。再次，是人的視覺冗余。利用人眼對(duì)圖象高頻細(xì)節(jié)、色度信號(hào)靈敏度低的特點(diǎn)進(jìn)行壓縮，把人眼本來看不到的信號(hào)取消，以節(jié)省碼率。這就是信號(hào)壓縮的可能性。 、壓縮的方法 壓縮的方法，采用 MPEG2 標(biāo)準(zhǔn)。它針對(duì)圖像上述幾種冗余的特點(diǎn)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)估值、離散余弦變換（ DCT）、自適應(yīng)量化和熵編碼等技術(shù)（實(shí)際是一些算法），實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)碼率的壓縮。把數(shù)字化后144Mbit/s 的碼率壓縮到 6Mbit/s，仍然可以保持 SDTV 的水平。而且壓縮比可變，由 VCD 到 HDTV 等級(jí)都可以。運(yùn)動(dòng)估值是為了消除相鄰幀間的空間冗余。因?yàn)橄噜彽膸g，圖象大量的數(shù)據(jù)是相同的，不必都全部傳輸，僅傳遞相鄰幀的變化部分就可以了，這樣就可以壓縮了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。離散余弦變換 DCT，是將信號(hào)由空間域變換到頻域，使信號(hào)能量集中到低頻率。自適應(yīng)量化是針對(duì) DCT而言，因?yàn)槿搜鄣囊曈X對(duì)圖象細(xì)節(jié)不敏感，故表示圖象細(xì)節(jié)的高頻部分可以壓縮。自適應(yīng)量化就是對(duì) DCT變換后的高頻系數(shù)采用粗量化，對(duì)低頻系數(shù)細(xì)量化。實(shí)際上是基于視覺冗余。熵編碼，就是可變字長編碼。給使用概率大的事件分配短字碼，給使用概率小的事件分配長字碼，最大限度的提高編碼效率。 模擬電視信號(hào)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換、壓縮后，變成了由二進(jìn)制脈沖組成的脈沖序列，叫做碼流。 每一套節(jié)目有視頻碼流、音頻碼流，這些與模擬信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的碼流稱為基本流 ES。為便于傳輸，實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用，基本流 ES 必須“打包”，就是將順序、連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流按一定的時(shí)間長度進(jìn)行分割，分割的小段叫做“包”，因而打包也稱為分組。在每個(gè)包前加上包頭，就構(gòu)成了打包的基本流 PES。 傳送一套節(jié)目有三種基本碼流：視頻、音頻和相應(yīng)的數(shù)據(jù)流，需要把它們組合到一起，叫做復(fù)用。復(fù)用的方法是時(shí)分復(fù)用。上述把同一節(jié)目的三種基本流復(fù)用到一起叫節(jié)目復(fù)用。復(fù)用后，根據(jù)需要可以形成節(jié)目流 PS 和傳輸流TS。它們分別適用于不同的傳輸環(huán)境。 PS碼流： 包的長度可變，抗誤碼能力低，適用于相對(duì)誤碼低的環(huán)境，如存儲(chǔ)、制作 DVD等 TS碼流 包的長度固定， 188字節(jié)，抗誤碼能力較高可用于相對(duì)較差的信道環(huán)境，如傳輸?shù)? HFC網(wǎng)上傳輸?shù)模? 模擬電視連續(xù)的電信號(hào)數(shù)字化后，變成了完全由“ 0”、“ 1”組成的脈沖串（經(jīng)過 MPEG2 編碼形成由 MPEG2包組成的傳輸流）。直接把數(shù)字串在網(wǎng)絡(luò)上傳送，叫做基帶傳輸（未經(jīng)某種處理的數(shù)字信號(hào)稱為基帶信號(hào)）。它要占用從 0 開始的無限帶寬。但是我們現(xiàn)在的 HFC網(wǎng)絡(luò)，傳輸模擬電視信號(hào)是采用 AMVSB（殘留邊帶調(diào)幅）頻分復(fù)用方式傳輸?shù)?。就是說，每套電視節(jié)目先調(diào)制到一個(gè)指定的高頻率載波上（采用殘留邊帶調(diào)幅方式），每一個(gè)高頻率載運(yùn)一套節(jié)目，占用不同頻率的載頻，混合送到 HFC網(wǎng)絡(luò)上傳輸。節(jié)目是以頻率不同而區(qū)分的，這就是頻分復(fù)用。每套節(jié)目占用的頻帶寬度都是 8Mhz。這就是我們目前HFC 的規(guī)矩 —— 體制。 數(shù)字化后的基帶，不符合目前 HFC 的傳輸體制，沒有辦法讓數(shù)字電視信號(hào)以基帶的形式上網(wǎng)與現(xiàn)有的模擬電視信號(hào)兼容傳輸。數(shù)字電視信號(hào)要服從原來的規(guī)矩，這叫做兼容。為了使數(shù)字基帶信號(hào)適應(yīng)HFC 網(wǎng)絡(luò)的要求，與模擬的頻帶信號(hào)在 HFC 中兼容傳輸，就需要對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)做適當(dāng)處理，我們稱這種做法叫信道編碼。就是說，信道編碼，是使數(shù)字基帶信號(hào)適配進(jìn) HFC網(wǎng)絡(luò)的過程。 信道編碼是在前端完成的。包括以下幾個(gè)部分：碼流的隨機(jī)化； RS 編碼；卷積交織；字節(jié)到字符的映射；差分編碼；基帶成型濾波和 QAM 調(diào)制 . 碼流的隨機(jī)化（也叫擾碼）處理，有兩個(gè)目的：一是防止在特殊情況下出現(xiàn)調(diào)制器輸出未調(diào)制載波，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。二是把 MPEG2 碼流中的連“ 0”、連“ 1”信號(hào)攪亂。因?yàn)檫B“ 0”、連“ 1”會(huì)破壞傳輸系統(tǒng)的定時(shí)功能，而定時(shí)一旦被破壞，收、發(fā)雙方會(huì)失去同步，時(shí)分復(fù)用的數(shù)字傳輸就完全亂了。隨機(jī)化的方法，是采用偽隨機(jī)碼（ PRBS）對(duì)輸入的 MPEG2 碼流進(jìn)行隨機(jī)化處理。就是用較長的偽隨機(jī)序列與 MPEG2 序列送如移位寄存器一個(gè)比特一個(gè)比特地“模 2 加”，使原來的信號(hào)規(guī)律也具有了偽隨機(jī)性質(zhì)。這樣連“ 0”、連“ 1”的現(xiàn)象就被消滅了。由于偽隨機(jī)碼具有相當(dāng)大的帶寬，碼流被隨機(jī)化處理以后，功率譜被擴(kuò)散，所以隨機(jī)化處理也叫能量擴(kuò)散。 RS 編碼是為了糾錯(cuò)的。模擬方式傳輸錯(cuò)誤一般稱為失真 —— 與原信號(hào)不一樣。模擬傳輸時(shí)，失真的表現(xiàn)是漸變的。收視者對(duì)限度以內(nèi)的失真劣化可以容忍。數(shù)字電視中的一切劣化集中表現(xiàn)為碼錯(cuò)誤 —— 誤碼。數(shù)字信號(hào)誤碼對(duì)圖像質(zhì)量的影響有斷崖效應(yīng)，即碼錯(cuò)誤率超過一定值，整個(gè)圖象會(huì)立即變成不可看，收視者沒有容忍的余地。所以數(shù)字傳輸要集中力量解決誤碼問題，采用有效的措施，糾正傳輸誤碼?，F(xiàn)在使用的 RS 編碼，糾錯(cuò)能力相當(dāng)強(qiáng)，對(duì)每個(gè)傳輸包而言，可糾正 8 個(gè)字節(jié)隨機(jī)錯(cuò)誤的任意組合，或者可糾正長度不大于 57 的突發(fā)錯(cuò)誤。具體的說，在輸入誤碼率 10E4 的情況下，糾正錯(cuò)誤碼，達(dá)到 10E12。誤碼率劣于 10E4 已經(jīng)無法恢復(fù)圖像，而 10E12 相當(dāng)于幾個(gè)小時(shí)才出現(xiàn)一