【正文】 等級多了好，但要付出的代價大。理論和實際都證明，對電視圖象信號，用 256 個等級就可以了。取樣、量化只是在時間和幅度上把信號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” 兩個數(shù)字碼表示一切等級、量值。為什么要用“ 0” 和“ 1” ，不用 0— 9，就是因為“ 0” 和“ 1” 最容易用電量來表示。如，有電壓是“ 1” ，無電壓是‘ 0“ ；開關接通是“ 1” ，開關斷開是“ 0’,但“ 0” 和“ 1” 只能表示兩個等級， 256 個等級怎么辦？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 種不重復的碼，表示 256 個量。把量化后的信號，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，模擬信號才算是真正數(shù)字化了。總的是，模擬數(shù)字化三個過程：取樣、量化和編碼 。 壓縮 壓縮的必要性 下面的討論會看到，經(jīng)過取樣、量化、編碼后的電視信號信息量非常大。電視亮度信號的最高頻率是 6Mhz，每個色差信號大最高頻率為兩個 。根據(jù)奈奎斯特定理，亮度與色度信號的取樣頻率分別應該大于 12Mhz和2 3Mhz=6Mhz。量化等級取 256，需要 8 位二進制編碼。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，對我們現(xiàn)在一個頻道 8Mhz的帶寬，實在是大得了不得。實際上取樣頻率是 ,量化比特數(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，必須對碼率進行壓縮。這就是數(shù)字電視信號壓縮的必要性。 、壓縮的可能性 數(shù)字電視信號之所以可以壓縮，是因為電視信號存在著冗余。首先是空間冗余。就是一幅畫面內(nèi)，各象素之間有很強的相關性。例如，藍天，不必全部藍天的每一個象素都傳送一次，只傳送一個象素就行，其余的，到接收點全部按第一個復制。這樣一來就節(jié)約了大量信息，去除了冗余。其次是時間冗余。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，第三幀用第一幀預測產(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。利用人眼對圖象高頻細節(jié)、色度信號靈敏度低的特點進行壓縮，把人眼本來看不到的信號取消，以節(jié)省碼率。這就是信號壓縮的可能性。 、壓縮的方法 壓縮的方法，采用 MPEG2 標準。它針對圖像上述幾種冗余的特點，運用運動估值、離散余弦變換（ DCT）、自適應量化和熵編碼等技術（實際是一些算法），實現(xiàn)對信號碼率的壓縮。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 等級都可以。運動估值是為了消除相鄰幀間的空間冗余。因為相鄰的幀間，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，是將信號由空間域變換到頻域，使信號能量集中到低頻率。自適應量化是針對 DCT而言，因為人眼的視覺對圖象細節(jié)不敏感，故表示圖象細節(jié)的高頻部分可以壓縮。自適應量化就是對 DCT變換后的高頻系數(shù)采用粗量化，對低頻系數(shù)細量化。實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。 模擬電視信號經(jīng)過 A/D 轉換、壓縮后，變成了由二進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，這些與模擬信號一一對應的碼流稱為基本流 ES。為便于傳輸，實現(xiàn)時分復用，基本流 ES 必須“打包”，就是將順序、連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流按一定的時間長度進行分割，分割的小段叫做“包”，因而打包也稱為分組。在每個包前加上包頭，就構成了打包的基本流 PES。 傳送一套節(jié)目有三種基本碼流：視頻、音頻和相應的數(shù)據(jù)流，需要把它們組合到一起，叫做復用。復用的方法是時分復用。上述把同一節(jié)目的三種基本流復用到一起叫節(jié)目復用。復用后，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，適用于相對誤碼低的環(huán)境，如存儲、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)絡上傳送，叫做基帶傳輸（未經(jīng)某種處理的數(shù)字信號稱為基帶信號）。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，傳輸模擬電視信號是采用 AMVSB（殘留邊帶調(diào)幅）頻分復用方式傳輸?shù)?。就是說，每套電視節(jié)目先調(diào)制到一個指定的高頻率載波上（采用殘留邊帶調(diào)幅方式），每一個高頻率載運一套節(jié)目，占用不同頻率的載頻，混合送到 HFC網(wǎng)絡上傳輸。節(jié)目是以頻率不同而區(qū)分的，這就是頻分復用。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)字電視信號以基帶的形式上網(wǎng)與現(xiàn)有的模擬電視信號兼容傳輸。數(shù)字電視信號要服從原來的規(guī)矩，這叫做兼容。為了使數(shù)字基帶信號適應HFC 網(wǎng)絡的要求，與模擬的頻帶信號在 HFC 中兼容傳輸，就需要對數(shù)字基帶信號做適當處理，我們稱這種做法叫信道編碼。就是說，信道編碼，是使數(shù)字基帶信號適配進 HFC網(wǎng)絡的過程。 信道編碼是在前端完成的。包括以下幾個部分：碼流的隨機化； 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 . 碼流的隨機化（也叫擾碼）處理，有兩個目的：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，對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。二是把 MPEG2 碼流中的連“ 0”、連“ 1”信號攪亂。因為連“ 0”、連“ 1”會破壞傳輸系統(tǒng)的定時功能，而定時一旦被破壞，收、發(fā)雙方會失去同步，時分復用的數(shù)字傳輸就完全亂了。隨機化的方法，是采用偽隨機碼（ PRBS）對輸入的 MPEG2 碼流進行隨機化處理。就是用較長的偽隨機序列與 MPEG2 序列送如移位寄存器一個比特一個比特地“模 2 加”，使原來的信號規(guī)律也具有了偽隨機性質。這樣連“ 0”、連“ 1”的現(xiàn)象就被消滅了。由于偽隨機碼具有相當大的帶寬，碼流被隨機化處理以后，功率譜被擴散，所以隨機化處理也叫能量擴散。 RS 編碼是為了糾錯的。模擬方式傳輸錯誤一般稱為失真 —— 與原信號不一樣。模擬傳輸時，失真的表現(xiàn)是漸變的。收視者對限度以內(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)為碼錯誤 —— 誤碼。數(shù)字信號誤碼對圖像質量的影響有斷崖效應，即碼錯誤率超過一定值，整個圖象會立即變成不可看，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，糾錯能力相當強，對每個傳輸包而言，可糾正 8 個字節(jié)隨機錯誤的任意組合，或者可糾正長度不大于 57 的突發(fā)錯誤。具體的說，在輸入誤碼率 10E4 的情況下，糾正錯誤碼，達到 10E12。誤碼率劣于 10E4 已經(jīng)無法恢復圖像，而 10E12 相當于幾個小時才出現(xiàn)一