高清晰度电视

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高清晰度电视(High Definition TeleVision,HDTV)

目录

什么是高清晰度电视[1]

  高清晰度电视的英文全称为High Definition Television,简称HDTV,它是集现代电子技术于一身的高科技视听系统。高清晰度电视机是HDTV系统的最终显示设备。

  国际无线电咨询委员会(CCIR)为高清晰度电视下的定义是:“当观看距离为屏幕高度的3倍时,高清晰度电视的垂直清晰度和水平清晰度应是现行电视的2倍以上,画面的宽高比为16:9,配有多声道优质伴音。”目前,已经有一些国家按上述要求研制出高清晰度电视,其画面清晰逼真,几乎和35mm电影胶片的放映效果不相上下,其伴音则与激光唱片的音质相同。高清晰度电视分为模拟HDTV系统和数字HDTV系统两大类型。早期研制的HDTV属模拟系统,而近期各国研制的HDTV则趋向数字系统。

  高清晰度电视的主观感觉特点是具有真实的视觉感受。人们在用眼睛观察实际景物和通过普通电视屏幕观察画面时存在着较大的差异,这种差别的原因在于景深感。当人眼观察实际景物时,由于其焦距很短,而眼睛调节聚焦的机能又很快,因而对远景和近景都会感到很精细,即景深感很强,这种感觉称为人眼视觉。人们在日常观察中已经习惯了这种感觉。凡具有这种视觉感受的情况都认同与观察实景一样。而通过电视屏幕观察就不同了,由于摄像机镜头的景深很短,聚焦点的主体景物很清楚,而非聚焦点的前景和背景都不够清楚,普通电视的分解力只有300线左右,背景就显得更加模糊,因此通过屏幕显示的电视图像总是主体清楚而背景模糊,人们习惯了电视屏幕的这种显示特点,自然而然地默认了这种差异,这种现象称为屏幕视觉。当高清晰度电视提供了更高的细节分辨率之后,情况就不同了,HDTV能把屏幕视觉中背景表现得相当清楚,使人感觉到与人眼视觉具有相同的效果,具有强烈的真实感。

高清晰度电视的技术特点[1]

  高清晰度电视的技术特点主要有以下几点:

  (1)多种扫描格式

  HDTV有四个参数最不易统一,它们是垂直清晰度、水平清晰度、帧频和扫描格式,这主要是因为图像清晰度受到压缩比的限制。从理论上讲,扫描行数越高,图像清晰度越好,但传输频带和数据会随之加大,致使图像的压缩比增加;而过大的图像压缩比又会降低图像的质量,使之事倍功半。目前,数字HDTV可以做到兼容多种扫描格式,可以和数字显示器兼容,因而使数字HDTV的应用前景更加广阔。

  (2)先进的图像压缩技术

  目前,HDTV在图像压缩方面采用了MPEG.2国际标准,比起早期HDTV采用的图像压缩技术更加先进,使得HDTV更易于在世界范围内推广。

  (3)更具有吸引力的音频技术

  HDTV在音频压缩方面取得了较大的进步,目前采用了国际上处于领先地位的杜比AC.3技术,杜比AC一3系统可以保证人们在欣赏画面的同时得到真实自然的音响效果,是目前音响技术中最完善的一种。

  (4)设计周全的调制方式

  HDTV设计更加周全的调制方式,考虑到地面广播和电缆传送两种模式,采用残留边带传送系统,特别是对于电缆传送系统调制方案的设计,更是其他电视系统望尘莫及的。

  在众多数字HDTV制式中,美国大联盟HDTV制式具有较多的优势,大联盟HDTV制式的出现,使美国在HDTV领域处于遥遥领先的地位,加快了HDTV向全数字化方向发展的进程。世界各国不得不重新调整各自的发展计划,以迎接数字HDTV时代的到来。从目前的发展趋势看,大联盟数字HDTV制式很有可能作为世界制式得到推广。对此,我国正给予高度重视,积极组织力量,加快对大联盟HDTV的跟踪研究,以便同国际先进水平保持同步发展。

高清晰度电视的主要参数[2]

  虽然HDTV目前还没有统一的国际标准,但其主要参数已经形成一些共识,这些参数主要有:

  1.扫描行数

  HDTV的扫描行数决定于人眼视觉系统的空间频率响应,扫描行数是观看距离的函数。主观评价质量相同的图像,观看距离越近,则要求扫描行数越多。表7.3列出了在几种不同的观看距离时所需的扫描行数。HDTV的扫描行数要求在1200行左右,目前已提出1050行、1125行和1250行。

表1  观看距离与扫描行数的关系
观看距离与图像高度之比扫描行数
3.9951
3.31125
2.8135l
2.31601
  
  2.图像尺寸及宽高比

  主观评价实验表明,画面尺寸越小,图像质量主观感觉越好。图像尺寸越大,重现图像的真实感越强。HTDV的图像宽高比一般为16:9或5:3,宽屏幕显示时图像的真实感及临场感好。

  3.信号带宽

  人眼视觉系统的彩色感觉特性与亮度感觉特性相比较,前者频带比后者窄得多。同时考虑到传输彩色图像信息方便起见,采用亮、色分离的传输方式是最好的方法。当要求图像的分辨率越高时,则亮度信号的频带越宽。根据人眼视觉系统的特性,不同扫描行数及宽高比的图像信号,其带宽也不同,表2列出了扫描行数与信号带宽的关系。

表2  扫描行数与信号带宽的关系
扫描行数951112513511601
亮度信号带宽/MHz15202840
色度信号带宽/MHzR5.07.O1014
G3.55.57.010
B4.76.59.413.3

高清晰电视与普通电视比较[3]

  表3是高清晰度电视与普通电视的比较。由于高清晰度电视的扫描线数大约是普通电视的2倍,所以画面质量特别好。

  此外,高清晰度电视画面的宽高比是16:9,从视觉效果上来说。是宽高比为4:3的普通电视所无法达到的。

  假设普通电视的有效扫描线数为490线,则像素数目为

  490×490×\frac{4}{3}=320000[个]

  设高清晰度电视的有效扫描线数为1000线,则其像素数目为

  1000×1000×\frac{16}{9}=1780000[个]

  是普通电视的5.5倍。

 高清晰度电视普通NTSC制电视
扫描线数1125525
画面宽高比l6:94:3
隔行比2:l2:l
场频60Hz59.41 Hz
图像信号带宽20MHz4.2MHz
声音信号调制方式PCM4通道FM2通道
最佳视听距离H×3H×7

  表中H为画面高度。

  图1是最佳视听距离的比较。普通电视的最佳视听位置是画面高度的7倍,而高清晰度电视的最佳视听位置是画面高度的3倍。此外,在最佳视听位置上观看画面,高清晰度电视水平张角是30°,是普通电视的3倍,临场感大大增强。

  Image:最佳视听位置.jpg

  图 最佳视听位置
  声音效果的比较

  普通电视NTSC制式的声音系统是2通道FM(调频)方式,而高清晰度电视共有4个声音通道。前方的声音来自正前方、左前方和右前方3个通/潲\道,左后方和右后方的声音共用1个通道。这样一来,高清晰度电视不但画面大,而且声音的信息量也增加了,临场感就更强了。

  Image:高清晰度电视的声音系统.jpg

  图 高清晰度电视的声音系统

高清晰度电视系统的构成[3]

  高清晰度电视系统的基本构成如下图所示。在发送端,高清晰度电视图像信号和声音信号先由编码器变换成数字信号,再经过FM调制器变成射频信号,然后由发射机将射频信号发送给广播卫星(BS)。在接收端,BS天线接收广播卫星送下来的电波,随后数字信号经解码器变成模拟信号,于是就得到了高清晰度电视图像。

  Image:高清晰度电视系统的基本构成.jpg

  图 高清晰度电视系统的基本构成

各国高清晰度电视的发展[4]

  在HDTV的研制中,走在世界前列的是日本。从1970年代起,日本便开始了HDTV的研制开发。最先让世界震惊的是日本广播协会(NHK)的研究成果——每帧图像1125行,每秒60场,隔行率为2:1,画面宽高比为5:3。

  日本研制的高清晰度电视,其艳丽的色彩画面、高保真的立体声与宽银幕带来的视觉冲击相结合,立刻引起了人们的关注,但由于其MUSE制式与原来的NTSC制式的不相容,加上其采用的仍是模拟技术,很快让美国后来居上。美国的高清晰度电视一开始便采用数字技术,并于1996年开始进行高清晰度数字电视试播,现已正式开始了数字电视的播出,2006年已全面淘汰模拟电视,停止模拟电视节目的播出。在欧洲,英、法、西班牙等国也先后开始了数字电视的播出。1993年,日本开始研究全新概念的电视广播ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting,综合业务数字广播)。1994年11月,在国际电联无线电通信部门会议上,日本通过决议将MPEG-2作为数字广播的技术基础予以采用,正式开始迈向数字电视。

  目前全球只有3个HDTV标准:①美国的ATSC(Advanced Television System Committee,先进电视制式委员会)标准。ATSC数字电视标准规定了一个在6MHz带宽内传输高质量的视频、音频和辅助数据的系统,在地面广播信道中可靠地传输约19Mbps的数字信息,在有线电视频道中可靠传输38Mbps的数字信息,系统能提供的分辨率是常规电视的5倍。ATSC在视频压缩和传输上采用MPEG-2技术,而在音频压缩和传输上采用DolbyDi西tal技术。②欧洲的DVB(Digital Video Broadcasting,数字视频广播)标准。DVB标准包括:DVB广播传输系统、DVB基带附加信息系统、DVB交互业务系统、DVB条件接收及接口标准。DVB对音频、视频的压缩和传输均采用了MPEG-2技术。DVB广播传输系统主要包含3个方面的标准:一是DVB—S数字卫星广播系统标准。它几乎为所有的卫星广播数字电视系统所采用,我国也选用了该标准。二是DVB—C数字有线电视广播系统标准。系统前端可从卫星和地面获得信号,在终端需要电缆机顶盒。三是DVB—T数字地面电视广播系统标准。它是最复杂的DVB传输系统,传输质量高,但接收费用也高。③日本的ISDB标准。ISDB利用一种已经标准化的复用方案,在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号,同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。目前,采用美国ATSC标准的有5个国家和地区,共有30个成员。决定采用欧洲DVB.T标准的已有33个国家和地区,其成员已经达到265个。ISDB筹划指导委员会的委员有17个,委员之外的成员有23个,它们都是日本国内的电子公司和广播机构。从这3个数字电视标准的成员数量及分布情况来看,DVB标准的发展最快,普及范围最大。

  中国于1999年10月1日天安门国庆50周年庆典时进行了高清晰度电视转播试验工作,试验的成功标志着我国高清晰度电视的研制开发进入了一个新的发展阶段,中央电视台试播了一个高清晰电视频道。从2005年开始,中央台的一些优秀栏目,如《非常6+1》、《开心辞典》、《艺术人生》等也都采用高清晰度电视设备录制,许多大型电视剧(如《大宅门》等)、大型专题节目也都采用高清晰设备录制,这标志着我国的高清晰数字电视进入了一个新时代。

  目前,我国已在北京、上海、深圳三个城市进行数字电视研究开发及产业化试点,目的是对目前已经提出的数字电视和HDTV的各种方案标准进行深入的考察试验,从实践中验证,为早日制订我国的数字电视和HDTV标准作准备。随着我国加入WTO和2008年北京奥运会的举办,国内数字电视产业化的进程将会明显加快,一个全新的产业也正在形成。

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参考文献

  1. 1.0 1.1 常志文编.电视原理.重庆大学出版社,2004.07.
  2. 裴昌幸,刘乃安编著.电视原理与现代电视系统.西安电子科技大学出版社,2011.08.
  3. 3.0 3.1 董灵江编.电子学入门.科学出版社,2011.01.
  4. 史可杨著.影视传播学.中山大学出版社,2011.07.
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评论(共2条)

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120.231.65.* 在 2022年3月6日 21:26 发表

反反复复

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120.231.56.* 在 2022年4月18日 20:21 发表

该不会吧

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