数字电视何时进入家庭

众所周知，电视技术的发展经历了从黑白电视到彩色电视，从电子管式、晶体管式到集成电路形式，约半个世纪，然而从电视系统对电视信号的处理、传输到控制上却没有本质的变化，都是用模拟电路处理和传输模拟电视信号。近年来，随着数字技术的应用、基础理论的更新和超大规模集成电路技术的发展，数字电视已悄然进入了人们的生活且大有取代模拟电视一统天下的趋势。然而，什么是数字电视？它有什么特点？它的发展及前景如何。甚至何时能进入家庭等都是人们普遍关心的问题。

数字电视又称数码电视，是电视信号包括伴音信号数字化，即将模拟电视信号转换成数字信号，及用数字电路进行处理、控制和传输，最终还原成模拟信号的全过程。由于将50～1000MHz的高频电视信号由数字信号形式发射和接收，目前还无法实现。因此，通常所谓的数字电视实际上仅是指彩色电视机内对解调后基带信号的数字化及处理，所以数字电视就是数字彩色电视机的简称。

数字彩色电视机的高中频通道与模拟电视机相同，是用模拟方式进行，解调输出的全电视信号及伴音信号仍是模拟信号。数字电视机的主要特点有：第一，对解调出的全电视信号（包括亮度信号和色度信号）、扫描信号及伴音信号经A／D转换器变换成数字信号；第二，上述各信号分别用相应的数字电路进行加工处理；第三，上述数字化和处理电路与高频调谐器的选台电路统一由微处理器组成的中央控制单元（CPU）进行控制，以完成各种功能。数字技术及数字电路应用在电视技术中是一个变革，不仅增加了电视机的功能，提高了质量，也使电路设计进入了一个新的发展阶段。现简述如下：

1．由A／D转换器完成电视信号的数字化A／D转换一般分取样、量化和编码三步完成。取样是指对一个连续变化的模拟信号按一定时间间隔周期性地抽取幅值的过程。模拟信号经取样后变成一个个离散的脉冲信号。奈奎斯特（Nyguist）定理规定了取样信号的频率至少应为被取样信号最高频率成分的两倍，否则将会产生频谱混叠，使复原后的信号失真。实际中为了减少彩色副载波与取样频率之间的串扰，取样频率通常选为副载频的3～4倍，即13.29MHz或17.72MHz。量化是指将取样后的信号按大小值分成若干等级的归类化过程，显然量化级越多即分层数越多，复原后的信号越逼真；分层少了，对电视图像灰度缓慢变化的区域会出现虚假轮廓和量化杂波。编码是对取样及量化后的电平用二进制代码表示的过程。编码后即完成了A／D转换，此时模拟信号变成了用一组组二进制数表示的，即由一组织脉冲代表的数字信号。其二进制代码的位数即bit数表示了A／D转换的精度或分辨力。理论和实践表明，为使数字信号能还原成高保真的模拟信号，视频信号需要8bit的分辨力，色度信号需要6bit，伴音需要12～14bit，偏转信号需要13bit。当然，取样值越多，量化层数越细，精度越高，所需的硬件数目也越多，它不仅带来技术上的复杂，集成块体积增大，也会使成本增高，故设计时需根据实际情况综合考虑。

2．通过各种数字电路进行信号处理 对数字全电视信号的处理包括：用数字滤波器实现梳状滤波进行亮度和色度信号的分离，使分离完善，降低亮色串扰；用数字横向滤波器消除电视重影；用存储器实现行场内插，变隔行扫描为逐行扫描；用二维轮廓加强电路对亮度信号进行处理等，使图像的清晰度得到很大提高。

对扫描信号的数字化处理包括有：用数字同步分离电路实现行、场同步信号的分离；用存储器实现倍场即变每秒50场为100场，以减少图像闪烁。数字电视机还可自己产生行场信号以提高图像的稳定性；数字行扫描信号可直接推动行输出级产生行偏转电流和高压，数字场扫描信号则通过脉宽调制器推动场输出级产生场偏转电流并供给枕形校正电路。

伴音信号的A／D转换器可提供14bit的分辨力，获得最大清晰度并滤除噪声而且不需调整；数字式识别滤波器用来识别是单声道、双声道还是立体声；用复杂的数字滤波器实现调频信号去加重、音调音量控制、左右声道平衡控制等，并可根据用户要求进行不同的调节，可从一般音量音调转换到理想的音量音调。目前正试制一种数字式扬声器，可直接用数字信号推动发出声音。

3．通过微处理器进行数字信号控制 数字电视机的核心是中央控制单元，由它统一指挥整机数字信号的数据处理，通常由8位微处理机和存储量较大的电可擦可编程只读存储器加上时钟信号发生器以及输入译码器等组成。主要功能有：发出各种指令，对电视频道自动选择、自动搜索和频道显示；存储和调整电视频道和亮度、音调、音量、对比度、色饱和度、色调等数据；还可在电视机生产时根据实际情况存入最佳图像质量的调节数据和程序，供用户随时调整和维修，这是模拟电视机无法实现的。

1．数字彩色电视机增加了功能由于数字彩色电视机采用了数字图像处理技术和微处理器、存储器、超大规模集成电路等，可以实现画中画、多画面、静止画、制式换转，并可与录像机、摄像机、视频唱盘机、卫星电视附加器等连接，还可与个人计算机、图文电视、视频数据检索装置及宽带数字传输网络连接，作为传播信息的新媒介，满足现代社会的需要。

2．节省元件、生产调试工序自动化且维修方便数字彩色电视机集成化程度高，外围元件少，几乎没有可调元件；电路板用计算机辅助设计，不但设计合理且易于实现生产自动化。数字信号对幅度大小要求不太严，使元件筛选和调整工作大为简化，在提高可靠性、节省资源和劳动力等方面远优于模拟电视机。加之如前述机内预置了维修程序和最佳性能参数并增加了维修功能，使电视机能自动调整，始终保持在出厂时的质量水平。以上种种决定了数字彩色电视机是未来电视机的发展方向。

数字电视技术从七十年代发展至今，经历了一段艰苦的历程。西德ITT公司是世界上最早研制数字电视机的公司，并于1983年把首批数字彩色电视机投放市场。到目前为止，该公司已生产有从20英寸到28英寸各种型号的数字电视机，至今仍处世界领先地位。世界上有30多个大电视机厂家参加了他们的“DIGIT 2000俱乐部”，推广他们的数字电视技术和专用集成电路。最近该公司正在研制和推出以三片集成电路为主的第二代和单片集成电路的第三代数字彩色电视机。此外，日本各大电视机厂商近年来也竞相研制和生产数字电视机，采用了数字亮色分离技术，逐行显示、场频加倍，增强水平和垂直轮廓等，以及画中画、多画面等功能。荷兰飞利浦公司及欧洲西门子公司也争先恐后地研制推出数字电视机，八十年代中期联合开发了多种数字电视机专用集成电路，开发采用9片64k×4bit的存储器及外加三片集成电路的“功能盒”以实现多功能控制。美国莫托洛拉公司采用模拟和数字混合方式使电视机部分电路数字化。可见，数字电视机的市场竞争相当激烈。

在这场世界新技术革命的激烈竞争中，全数字化高清晰度电视（HDTV）脱颖而出，已成为世界公认的新一代广播电视制式，它以无可比拟的电视图像质量吸引了从事电视技术的研究者，并以惊人的速度发展，现已取得巨大的成果。日本在该领域的研究走在前列，但美国在该领域已取得了突破性的进展。由于综合利用数字图像处理技术及高密度码率压缩技术的发展，可同时采用几种码率压缩方法使码率压缩率达几十倍，使全数字HDTV地面广播在现有的6MHz、7MHz、8MHz三种带宽的电视频道中传送的愿望有可能变为现实。美国计划在1995年一步到位地进行HDTV电视广播的试播，这无疑对世界数字电视技术的发展带来不小的冲击。

我国对发展数字电视给予了相当的重视，并努力探索一条适合我国国情的有效的研制和开发数字彩色电视机的路子。1989年8月成立了中国数字电视与高清晰度电视俱乐部，开展了把德国ITT数字电视国际俱乐部有关数字电视技术和专用集成电路的购买权提供给国内，节省了外汇。举办了数字电视技术的培训班，介绍和交流最新技术，并集中介绍了DIGIT2000数字电视集成电路的原理。1990年机电部三所及天津通广公司开展了数字彩色电视Ⅰ型机的攻关，采用数字信号处理方式完成具有画中画、多制式、图文电视等功能的大屏幕电视机，并于1992年首批投放市场，销售情况良好。Ⅱ型机要在Ⅰ型机的基础上进一步改进图像质量，采用倍场技术、顺序扫描、三维亮色分离、动态自适应检测及数字降噪等措施，争取在2000年市场上有我国自主设计的数字彩色电视机产品。

虽然数字电视技术的发展最终将被HDTV取代，这是一场大规模的技术及产品更新，但对我们这样一个大国，全数字的HDTV电视机要成为商品进入家庭，还需要一段较长的过程。许多专家认为在我国实现HDTV广播不可能一步到位，因此需根据我国国情一方面等待引进发达国家的技术和元器件，同时开展我国国产数字电视集成电路和整机的研制。准备用2年左右时间进行技术攻关，3～4年研制出产品，争取“九五”期间商品化。

虽然当前数字彩色电视机的价格还比较贵，但数字电视机取代模拟电视机的趋势与当年彩色电视取代黑白电视一样势不可挡。数字电视机的价格主要取决于大规模集成电路和帧存储器的价格，而它们的价格近年来下降很快，所以数字彩色电视机的价格也会以较快的速度下降，可望在今后的几年内降至模拟彩色电视机的价格水平，将来定会比模拟电视机更便宜。所以，数字彩色电视机取代模拟彩色电视机的时代即将到来。数字电视进入家庭也为期不远了。（高厚琴）