1.3 典型数字媒体应用

1.3.1 数字电视和数字媒体产业

从上两节内容可以看出，数字媒体应用领域非常宽泛，针对不同应用，需要的关键支撑技术也较多，在一本书里很难全部覆盖、面面俱到。本书主要从众多数字媒体应用中提炼一些关键的共性技术，包括数字视音频编解码技术、基本流复用技术、纠错编码和数字调制技术等。图1.2给出了典型数字媒体应用的系统基本组成结构。

数字电视是一种非常典型的数字媒体应用，广播数字电视、网络流媒体电视、移动多媒体电视这些典型数字电视应用中采用的技术基本上覆盖了数字媒体其他应用所需要的关键技术。所以本书将围绕着数字电视技术的组成为主线来展开，在后面章节上同时兼顾其他应用。

图1.2 典型数字媒体应用的系统基本组成结构

1.3.2 数字电视的发展

这里以数字电视为例，简单介绍一个典型的数字媒体应用系统的基本组成。

视频图像信息是自然界景象经摄像机等摄取或投影后在某种介质上的二维或三维的表达。照片、传真及各种图片是静止图像，而电视视频信号或电影等记录的主要是活动图像。无论是静止图像还是活动图像，在传输或通信时均首先通过扫描将图像信息变换成一定格式的视频图像信号，然后经图像处理、图像信源编码、信道编码及调制后发送出去，在接收端经相反的过程将图像信息恢复出来，实现通信的目的。

从20世纪40年代的黑白电视、50年代的彩色电视，模拟电视走过了50年漫长的道路。随着科学技术的进步，对电视信号进行模拟处理和传输已越来越不能满足对电视信号高质量、高清晰度及多功能的要求。解决这一问题的根本途径是什么？经过多年研究得出的结论是：利用数字电视技术对电视信号进行处理和传输与模拟电视技术相比具有无可比拟的优越性。

1.3.3 数字电视系统基本组成和发展进程

实时连续视频信号的数据量是非常巨大的。符合BT.601建议的原始数字视频信号的码率高达216Mb/s以上，要传送这样高码率的数字视频信号至少需要几十MHz的信道带宽，而频谱资源是非常有限的，我国模拟电视系统中分配给一个频道的带宽仅有8MHz，可以看出这是不可行的。但采用了图像与声音压缩编码技术及高效率数字传输技术后，可以在一路模拟电视频道（8MHz）中传送4～6路数字标准清晰度电视的节目。

图1.3给出了数字电视系统的框图。图中左半部为发送端，数字视频信号、伴音信号及数据信号经信源编码可以达到几十倍的数码率压缩比，大大提高了传输的效率。然后进行信道编码，并采用各种纠错编码技术，以提高传输的可靠性，最后进行高效率的数字调制，以提高信道的频谱利用率。调制后的数字电视信号经发射机调制发射出去，经过信道传输，在接收端调谐器接收到射频调制信号，经数字解调、信道解码及解调复用器后，再通过视频、伴音及数据的解压缩解码，恢复出原来的数字电视信号。数字视频及声音信号经数字/模拟（D/A）变换器变换成模拟电视信号后，即可在显示终端重现图像（某些显示终端如PDP可直接进行数字显示），并回放伴音。图1.3中接收端虚线框内所包含的部分是数字电视综合接收解码器（IRD）或称数字电视接收机顶盒。

图1.3 数字电视系统的框图

1982年国际电信联盟制定了CCIR601视频信号数字化及CCIR656接口规范，世界范围内迅速开始了电视台内设备数字化的热潮，从时基校正器、帧同步机、制式转换器，电视台内几乎所有设备都用数字设备代替，大大提高了节目制作及播出的质量，但最后还是编码成模拟的复合全电视视频（CVBS）信号，再经模拟调制后由发射机发送。在接收机中，电视信号数字化后可以进行数字的亮色分离、数字彩色解码、数字的轮廓增强、数字的降噪及画中画等功能，可以在一定程度上提高电视图像质量。但这些改进还停留在模拟电视的范畴内，只是把模拟信号进行数字处理，改善一些图像质量。

1985年日本试播了模拟高清晰度电视（HDTV），随后欧美各国也开始研制全数字的电视系统。模拟视频信号数字化后，数据量很大，按BT.601标准4∶2∶2取样并采用8bit量化，得到的原始数字视频数据的数码率达到216Mbps。高清晰度情况下，数据的数码率更好。这样高的数码率，对于存储、实时传输与处理都是比较大的挑战。从20世纪80年代以来，视频与声音压缩编码成了数字电视发展的核心课题，1988年ITU组织推出了适用于会议电视的H.261，1991年推出了JPEG静止图像压缩编码标准，1991年开始制定MPEG-1、MPEG-2运动图像压缩编码标准，数据压缩率可以达到50倍而图像质量看不出明显失真，使数字电视广播成为可能。20世纪80年代末及90年代初世界各国成功研制了全数字的电视系统，主要有美国的ATSC及欧洲的DVB数字电视广播系统。1995年以后先开通了卫星及有线数字电视广播，1998年美国和欧洲均进行了数字地面电视广播。日本在2003年开播了ISDB—T数字电视系统。

我国也在1999年国庆50周年时成功地试播了自行研制的HDTV地面数字电视系统。2002年开始，全国各地相继开播了有线及卫星数字电视广播。2006年8月，我国颁布了地面数字电视国家标准。2008年1月1日，地面数字电视在北京开播，数字地面高清频道相继播出。新媒体发展取得突破。网络电视（IP电视）、手机电视等新媒体发展迅速。2008年6月9日，我国成功发射第一颗直播卫星“中星9号”。此后，我国成功举办了北京奥运会，广播影视服务奥运取得了圆满成功。数字高清晰度电视、移动多媒体广播电视、互联网广播电视等新手段的应用，丰富了科技奥运的内涵，成为北京奥运会的亮点。

我国已建成世界上覆盖人口最多，无线、有线、卫星、互联网等多种技术手段并用，中央与地方、城市与农村、国内与国外并重的规模庞大的广播影视网络。

从2007年3月1日起，美国出产的电视机抛弃传统的模拟信号，转为只接收数字信号。从全世界范围来看，数字取代模拟已成大势，美国和英国已分别宣布到2009年及2010年全部转为数字电视广播信号，而中国的时间表是到2015年停播模拟电视广播信号。

近年来，数字电视呈现了多种应用形式，包括广播数字电视、交互式网络数字电视（IPTV）、移动手机数字电视。多种形式的数字电视终端产品已经得到普遍应用，极大地丰富了人们的生活。随着信源编码、集成电路设计制造、网络通信技术的快速发展，数字电视也在不断发展中，逐渐向高清晰度、三维立体、交互式方向发展，成为数字媒体产业中最重要的一个分支。