【文章內(nèi)容簡介】 量的曲線形狀會基本吻合，即，用離散量可以表示連續(xù)的模擬量。這種間隔測量的方式，叫做在連續(xù)變化的模擬量上的取樣。這是把模擬信號數(shù)字化的第一步。取樣間隔多大合適？首先的原則是能基本如實的代表原來的連續(xù)模擬量。間隔太遠(yuǎn)了要漏去重要的信息，比如測氣溫，最高氣溫出現(xiàn)在每天的14：00，取樣間隔太大，偏偏漏掉了14：00，就會發(fā)生大錯。因而，取樣間隔與信號性質(zhì)有關(guān)，要符合奈奎斯特定理：即取樣頻率要大于信號最高頻率的二倍。這樣抽取的樣值就包含了原來模擬信號的全部信息而不遺漏。例如電視亮度信號，最高頻率是6Mhz，取樣頻率就應(yīng)該大于26=12Mhz。取樣的實現(xiàn)也簡單，讓信號經(jīng)過一個電子開關(guān)，開關(guān)每秒鐘接通12M次（當(dāng)然每次接通時間都很短），就實現(xiàn)了在模擬信號中每秒取12M個離散了的樣值。這些樣值，不再是連續(xù)的了。取樣的結(jié)果，僅是把模擬信號進(jìn)行時間上的離散。樣值的幅度，仍然是模擬取值的，具有連續(xù)的數(shù)值。必須在幅度值上也進(jìn)行離散處理，才能實現(xiàn)不僅時間上離散，幅度值上也離散。對幅度值的離散，就是把幅度值分成若干等級，對不在等級線上的進(jìn)行舍零取整處理，歸到相鄰的等級上去。這與我們買鞋是一個道理。這樣，連續(xù)的幅度值就用離散化的有限個等級取代了，這個過程叫做量化。量化取多少個等級合適？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(guān)接通是?1?，開關(guān)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、000000000000010……..11111111，就有了256=28種不重復(fù)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?？偟氖?，模擬數(shù)字化三個過程：取樣、量化和編碼。有線數(shù)字電視講座（3）二、有關(guān)數(shù)字壓縮。討論壓縮的必要性、可能性和壓縮的方法。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。根據(jù)奈奎斯特定理，亮度與色度信號的取樣頻率分別應(yīng)該大于12Mhz和23Mhz=6Mhz。量化等級取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+23）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。,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(jìn)行壓縮。這就是數(shù)字電視信號壓縮的必要性。數(shù)字電視信號之可以壓縮，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(guān)性。例如，藍(lán)天，不必全部藍(lán)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(fù)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(yù)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(xì)節(jié)、色度信號靈敏度低的特點進(jìn)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，采用MPEG2標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)量化和熵編碼等技術(shù)（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。目前數(shù)字有線電視使用的壓縮等級是主級主類：MP@ML，相當(dāng)于SDTV（標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視720*576象素）水平。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(yīng)量化是針對DCT而言，因為人眼的視覺對圖象細(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DCT變換后的高頻系數(shù)采用粗量化，對低頻系數(shù)細(xì)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。三、數(shù)據(jù)電視的傳輸碼流；模擬電視信號經(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，這些與模擬信號一一對應(yīng)的碼流稱為基本流ES。為便于傳輸，實現(xiàn)時分復(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包的長度較長，且可變，適用于在良好的媒質(zhì)里傳輸。TS包長是固定的，188個字節(jié)，適用于容易出錯的媒體中傳輸。在有線電視系統(tǒng)中傳輸?shù)氖莻鬏斄鱐S。TS包的包頭，長4個字節(jié)，包頭里最重要的要素是包識別符PID，它標(biāo)識該包是屬于哪套節(jié)目的什么流。接著的是可變長度的適配域，后面是凈荷，凈荷攜帶實際內(nèi)容。有線數(shù)字電視講座（4）五、數(shù)字電視的特點。與模擬電視相比，數(shù)字電視有如下特點：⑴數(shù)字信號傳輸噪聲沒有積累。我們知道，模擬信號在傳輸?shù)拿總€環(huán)節(jié)，都要加入噪聲，如放大器，每級放大器的噪聲都要加進(jìn)去，放大后信號大了，C/N低了。數(shù)字信號是一連串的?0?和?1?脈沖序列，在傳輸過程中，侵入的噪聲可以通過再生的方法去除。所謂再生處理，就是收到信號后，不是直接放大，而是重新在有脈沖的位臵制作一個形狀完全相同的脈沖，恢復(fù)信號中脈沖的原樣而清除了噪聲。再生是基帶數(shù)字傳輸抗干擾的重要手段。其次，數(shù)字傳輸技術(shù)有非常有效的糾錯方式，如我們使用的RS糾錯，可以把誤碼率由10E4改善到10E12。所以，我們收看數(shù)字有線電視時，主觀感覺最為明顯的是畫面清潔，沒有雜波、雪花。從維修的角度，數(shù)字信號對C/N的要求也比模擬信號寬容。模擬信號C/N=43dB時可以得到4分的收看質(zhì)量。數(shù)字電視C/N=31dB就可以滿意收看。事實上，整個網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字信號的功率電平就是以比模擬電平低10dB來傳輸?shù)?。⑵?shù)字信號的傳輸和處理過程不存在非線性失真。⑶有較好的收視穩(wěn)定性。模擬電視的收看質(zhì)量的劣化是漸變的，圖像由好到壞有一個過程，令人討厭。數(shù)字電視收看質(zhì)量的劣化有?斷崖效應(yīng)?，只要有圖像，質(zhì)量就是好的，無噪點，穩(wěn)定。信號劣化，就立即馬塞克，沒有過渡。相對于模擬信號，給收看者以穩(wěn)定的感覺。⑷模擬改數(shù)字以后，極大地釋放了頻率資源。由于采用壓縮率非常高的MPEG2壓縮方法，使碼率降低很多，加上采用高效率的調(diào)制方式，可以在一個8Mhz的帶寬里傳送6套以上質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)清晰度（SDTV）的節(jié)目。這給有線電視提供更多套節(jié)目，為實現(xiàn)NVOD、VOD提供資源。⑸可以在現(xiàn)行傳輸體制下傳輸高清晰度電視（HDTV）。⑹數(shù)字信號容易處理，易于使用大規(guī)模集成電路和微型化，生產(chǎn)時設(shè)備一致性好，無須調(diào)整。容易大量使用軟件，實現(xiàn)智能化操作。⑺對節(jié)目加擾、加密容易、可靠，保證商業(yè)運作。六、數(shù)字電視信號是怎樣在有線電視HFC網(wǎng)上傳輸?shù)?？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(luò)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(luò)，傳輸模擬電視信號是采用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