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电大理工 2009 年 3 月 Study of Science and Engineering at RTVU. 第 1 期 总第 238 期 数字环境下高清晰度视频原理探究 数字环境下高清晰度视频原理探究 马鸣鹤马鸣鹤 辽宁装备制造职业技术学院辽宁装备制造职业技术学院 ( 沈阳市沈阳市 110161 ) 摘摘 要要 目前，视频技术已经广泛应用于各行各业，其使用范围之广，发展速度之快使人们始料未及HDTVD 的特征及新技术的应用，有必要使我们对它的原理做一个梳理，HDTV 从其信号及格式要求非常高，从其发展的角度上来看具有多种清晰度等级和不同的图像显示格式; 采用变频技术; 全面兼容数字信号; 使用精细微节距显像管;采用全新宽带视频处理大规模专用数字信号处理芯片，因此其研究意义非常重大 关键词关键词: 数字 高清晰度 视频 HDTV 0 引言引言 数 字 视 频 包 括 标 准 清 晰 度 数 字 视 频（SDTV） 、增强型清晰度视频（EDTV）和数字高清晰度视频（High Definition TV ，简写为HDTV）等多种图像等级显示格式。

对于 HDTV是美国首先提出来的， 经过多年的技术开发， 于1995 年确定为美国的 HDTV 地面广播方式和产品规格，于 1998 年正式开播数字高清晰度视频节目 我国已于 1999 年 10 月 1 日采用高清晰数字视频， 试播国庆大阅兵实况， 为发展适合我国国情的 HDTV 彩电市场拉开了序幕 1 数字高清晰度视频的特征数字高清晰度视频的特征 1.1 数字高清晰度视频的定义 对于数字高清晰度视频的含义， 国际无线电咨询委员会(简称 ITU-R)给 HDTV 所下的定义为：“高清晰视频应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的映像”就视觉映像而言，要求图像质量的视觉效果要达到或接近 35 mm 宽银幕电影的水平不论是画质、图幅、音质、信号的压缩、 存储和延时等各方面， 模拟彩电都无法比拟 1.2 数字高清晰度视频所涉及的高新技术 HDTV 是数字视频(DTV)标准中最高级的一种， 它的技术含量很高， 代表了数字视听技术的新潮流 它是超大规模集成电路技术、 计算机技术、微电子技术、通信技术、数字压缩及解压缩技术和高清晰度显示器技术等高度综合应用的结晶。

在视频节目制作、 信道传输和接收解码等过程中， 采用了数字图像压缩编码、 数字伴音压缩编码、 数字多路复用技术、 信道纠错编码技术以及适用于各种传输信道的调制解调技术等 1.3 数字高清晰度视频信号与图像格式要求 HDTV 信号在拍摄、编辑、制作、播出、传输、接收等都使用数字高新技术,所用设备为数字设备目前经常使用的 HDTV 图像格式有两种： 第一种格式：水平方向 1920 像素，垂直方向 1080 像素，隔行扫描； 第二种格式：水平方向 1440 像素，垂直方向 1152 像素，隔行扫描； 为了方便节目交换，国际标准组织最新建议，HDTV 图像格式将过渡到统一使用第一种格式 . 4 . 电大理工 总第238期 一个通常意义下的 HDTV 系统是指 HDTV 编码传输和接收解码系统，不包括 HDTV 摄录设备和显示设备 该系统所应达到的主要目标是： ①高质量视频HDTV，同时可以收看 SDTV 和LDTV②高质量音频5.1 路环绕声，包括立体声， 多语种等。

③广播频道所规定的带宽内 （我国为 8 MHz） 最大容量数据流传输 ④最大的广播信号覆盖范围 （对不同传输媒介有不同要求） ⑤可与计算机进行交互式操作 （主要是指显示格式及网络传输能力） ⑥信源部分是数字信号处理密集区，算法主要依照 MPEG-2 标准（多声道音频编解码还可依照 Dolby AC-3 算法实现） ，视频编码器的性能对整个 HDTV 系统的性能有决定性影响，对图像数据的压缩比应在 30:1 到50:1 之间，且 HDTV 视频对信号处理速度要求高，目前尚无专用芯片（组）完成 HDTV 视频压缩 为了在给定压缩率的前提下得到更高的解码图像质量， 应重视视频信号预处理、 量化矩阵系数以及缓存器控制策略等内部处理环节的方法选择复用器提供系统业务灵活性和可扩展性， 它完成各种数字码流的组合、 调整以及提供与各种传输网络 （电信、 卫星、 电缆、 地面等等）相适配的接口，实际应用对复用器提出更高要求，并已使 MPEG-2 暴露出一些应用问题人们正在摸索编码码流无缝串接，实现不同码率、级别和类型之间的转换方法 ⑦信道部分的任务是在给定传输带宽和考虑传输信道所存在的各种干扰的前提下， 保证最大容量数据流的正确传输与接收。

它与所传输的数据内容无关， 即构建一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台，既可传输 HDTV 节目的编码数据，亦可传输多路 SDTV 节目的编码数据数字信号的调制与解调的具体技术内容决定了信道部分的主要性能，不同的技术内容构成了各国 DTV 传输标准的不同 目前有两种技术标准体制： 美国的 VSB和欧洲的 COFDM， VSB 源于传统的视频单载波残留边带调制技术， 技术上较成熟， 在美国已经过严格的实验室和野外测试； COFDM 是多载波并行正交调制， 在地面开路传输信道中， 可用于移动接收并能够实现单频网（SFN）广播，这项技术较新，欧洲仍在继续搜集各种实测参数HDTV 系统所用发射机可以用现有视频发射机改装， 但当对发射效率要求高时， 应采取预校正等措施以保证其带内线性及对带外的抑制 系统所用调谐器也可以根据现有设计并在满足信道数字解调要求的基础上改装 ⑧随着信息技术的高速发展， 要求数字视频必须具有网络终端显示的功能 在数字视频中各种清晰度等级不同的视频数据、 音频数据、 文字数据可以统一在一个系统标准内，数字视频广播不但可以传送图像节目，而且可以传送文字信息因此，在数字视频的设计中必须考虑文字显示时的各种扫描显示格式， 视频机能够兼容多少种扫描显示格式是区别数字高清晰度视频机档次的主要标准之一。

对只能显示一、两种图像格式(单频技术)或几种图像格式(双频技术)的数字视频机和显示十几种图像格式(变频技术)的数字视频机，两者无论在设计水平和生产水平上都有很大的区别 前者使用单频技术或双频技术可通过对模拟彩电的改造来实现； 而后者采用变频技术可以显示十几种图像格式的数字视频机， 符合国际高清晰数字视频发展的新潮流， 从技术发展的角度来看， 采用变频技术的数字视频，才是真正的 HDTV 2 数字高清晰度视频的发展数字高清晰度视频的发展 2.1 具有多种清晰度等级和不同的图像显示格式 数字高清晰度视频将由现有的低清晰度视频（LDTV） 、标准清晰度视频（SDTV）和增强型清晰度视频（EDTV）发展为全新的高清晰度视频（HDTV）图像显示格式屏幕采用 16:9比例， 整幅图像有数百万个像素， 即使在大屏幕上看到的图像效果也如在大自然中看到的一样 2.2 采用变频技术 第 1 期 马鸣鹤:数字环境下高清晰度视频原理探究 . 5 . 信息社会的高速发展， 要求数字视频必须具有网络终端显示的功能。

在数字视频中各种清晰度等级不同的视频数据、 音频数据、 文字数据可以统一在一个系统标准内， 数字视频广播不但可以传送图像节目，而且可以传送文字信息HDTV 的扫描显示格式为几十种图像格式(变频技术)，即能够兼容多种扫描显示格式 2.3 全面兼容数字信号 未来将实现视频、电信和计算机三网合一，数字高清视频接收机将作为公共终端显示器， 必须全面兼容各类数源信号 即对接收到的来自中国及世界各种数字高清晰度视频节目信号， 能够逼真地还原出高清晰度画面； 对来自计算机网络上的数据， 能够还原出多媒体信息； 对来自电信网上的信号，能够还原出声音、图像和数据为了确保与即将到来的数字时代的完美兼容， 同时从中国目前的情况出发， 开发出适合中国消费者的高清晰度视频，对现有普通视频信号、AV 信号、DVD 信号等模拟信号进行数字处理，改变原有闪烁粗糙的视频画面， 画面以清晰稳定的高清格式（1920＊1080i，i 表示隔行扫描）显示，引领消费者进入数字高清时代 2.4 使用精细微节距显像管 HDTV 采用细点阵显像管将每个像素单位的排列更紧密，垂直栅条密度提升 50%以上，达到数字视频画面更加精细逼真的视觉享受。

数字高清背投系列采用智能化数字变频加精显1520/1250 超级双制式逐行扫描（PAL/NTSC）技术为兼容接收数字高清信号， 适应多种高清格式 使每幅图像的有效像点超过 200 万个， 再配合高清晰全数字3D亮色分离电路和宽带数字高清晰调谐器， 彻底消除图像的大面积闪烁、 行间闪烁和扫描线， 使图像细节更清晰， 色彩更亮丽 2.5 采用全新宽带视频处理大规模专用数字信号处理芯片 宽带视频处理大规模专用数字信号处理芯片构成了全新的宽带视频电路， 覆盖了高清晰度视频信号所占带宽， 实现了高清晰度画面的完美显示 芯片中所包含的核心技术主要有： 数字精细微点显示技术、 数字精细微点高频像素显示技术、 数字精细微点优化技术、 数字精细微点矩阵显像技术、数字 30M 超宽频带信道传输技术、数字 1080 垂直像素点扫描提升技术、数字健康抗闪烁高清晰度格式提升技术和数字3D空间高清格式滤波技术等，大大提高了图像质量 6）智能化程度大大提高 由于电路结构上采用了计算机信息处理技术，使 HDTV 的生产容易实现模块化，调试、故障诊断与维修软件化，使用操作程序化、自动化等 3 结论结论 本文通过对 HDTV 的系统研究和分析，明确了 HDTV 的一些特点和原理，它是超大规模集成电路技术、计算机技术、微电子技术、通信技术、 数字压缩及解压缩技术和高清晰度显示器技术等高度综合应用的结晶， 同时又兼顾其稳定性和超越性， 因此对其特点和原理作了深入的分析， 同时指出了其发展前景， 从而提高了它的研究价值。

参考文献参考文献 [1]李怀甫.新型彩色视频机原理与维修.南京:东南大学出版社,2005. [2]《家电维修》工作室.2006 年国产彩电维修技术年鉴.北京: 电子科技大学出版社,2006. [3]姜秀华.数字视频原理与应用.北京:人民邮电出版社, 2003. [4]张新芝.视频技术.北京:高等教育出版社,2003. [5]刘午平.超级单片彩电修理.北京:国防工业出版社,2006. [6]孙景琪,孙京.数字视频技术及应用.北京:北京工业大学出版社,2007. [7]王忠诚.超级芯片和单片数码彩电电路分析与检修.北京:电子工业出版社,2008. 。