随着卫星电视广播及大屏幕彩色电视的发展,如果仍采用现行电视制式,就会使电视图像的清晰度大大降低。因此,从八十年代开始,美国、日本及西欧等国家先后开始研究高清晰度电视。目前美国数字式高清晰度电视有可能成为今后全球性制式标准。
数字式高清晰度电视把亮度信号的取样频率波为13.5MHz,两个色差信号取样频率定为6.75MHz。码率方式采用DPCM制,该制式把普通电视55万个像素中的每一个像素又分成8个子像素。这样亮度信号的码率为13.5×8=108Mbit/s,两个色差信号的码率为6.75×8×2=108Mbit/s,全数字电视的码率为108+108=216Mbit/s。要发射这样高码率的电视信号,要求电视信号的通带宽度在100MHz以上。
这样高的接收带宽比普通电视6MHz带宽高出很多,如果要兼容就必须采用码率压缩技术,否则普通电视机是收不到数字电视信号的。压缩的主要根据是:电视信号具有很强的时间相关性,即后一帧图像与前一帧图像一般情况差别很小,因而可以传送两帧之间信号差图像(例如采用预测编码),去掉两帧相同的图像,这样就大大降低了传递信号的码率。
采用以上码率压缩,可以把数字电视的码率压缩到1/50~1/100,这样普通电视就可以接收数字电视信号了。
图1和图2给出典型数字式HDTV电视发射机和接收机方块图。发射机采用了预测编码技术,输入的新图像信号与预测图像信号同时加到一个加法器中(因输入的两个信号是反相的,所以实际上是两个信号相减),经主通道放大,只传送两帧差图像信号,从而减少了两帧重复的图像信号。但是,它并不是简单地把前一帧图像与后一帧图像相减后传送其差值,而是采用运动预测和补偿技术,使前帧图像(预测图像),更加接近后帧图像(新图像),这样就减少了需要传送的差值信号,达到压缩图像码率的目的。


差图像信号送入变换编码器,从时域信号变为空域信号,把统计相关像素变为不相关的变换系数,把最大的信号能量集中在少数系数上,从而去掉小值和0值系数,只传送少数大值系数。此系数又送到自适应量化器,熵编码器和缓冲放大器,把差值信号的系数进一步放大,以保证后级所需要的最大功率。
缓冲放大器输入与输出数据必须一致,而且稳定不变。如果输入数据太高,缓冲级不能承受时,它将输出一个反馈量送到自适应量化器,这时自适应量化器把数据降低,以达到输入与输出数据一致。此系统和普通电视自动频率微调相似。
自适应量化器输出信号送到反量化器,经反量化后又把信号送入反变换器,反变换输出的信号与预测图像信号一起送入加法器中。加法器输出信号送到图像存储器,存储器分两路输出;第一路送到运动补偿预测器与运动矢量相加后,反馈到第一级,因它是预测图像,所以与新图像相加,形成差图像,去主通道进行放大。第二路,它与新图像一起加到运动预测器中,形成运动矢量。它和已编码系数、数字声音、辅助/控制数据、同步信号一起加到多工组合器,这一级数字电视信号加入前向误差校正器,最后送到调制器,形成RF高频信号发射出去。
图2示出典型数字式高清晰度电视接收机方框图。它是一个解码器,完成上述编码器的反过程,读者很易看懂和理解,这里不再赘述。 (刘继山)