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高清晰度電視(High Definition TeleVision,HDTV)

目錄

  • 1 什麼是高清晰度電視[1]
  • 2 高清晰度電視的技術特點[1]
  • 3 高清晰度電視的主要參數[2]
  • 4 高清晰電視與普通電視比較[3]
  • 5 高清晰度電視系統的構成[3]
  • 6 各國高清晰度電視的發展[4]
  • 7 相關條目
  • 8 參考文獻

什麼是高清晰度電視[1]

  高清晰度電視的英文全稱為High Definition Television,簡稱HDTV,它是集現代電子技術於一身的高科技視聽系統。高清晰度電視機是HDTV系統的最終顯示設備。

  國際無線電咨詢委員會(CCIR)為高清晰度電視下的定義是:“當觀看距離為屏幕高度的3倍時,高清晰度電視的垂直清晰度和水平清晰度應是現行電視的2倍以上,畫面的寬高比為16:9,配有多聲道優質伴音。”目前,已經有一些國家按上述要求研製出高清晰度電視,其畫面清晰逼真,幾乎和35mm電影膠片的放映效果不相上下,其伴音則與激光唱片的音質相同。高清晰度電視分為模擬HDTV系統和數字HDTV系統兩大類型。早期研製的HDTV屬模擬系統,而近期各國研製的HDTV則趨向數字系統。

  高清晰度電視的主觀感覺特點是具有真實的視覺感受。人們在用眼睛觀察實際景物和通過普通電視屏幕觀察畫面時存在著較大的差異,這種差別的原因在於景深感。當人眼觀察實際景物時,由於其焦距很短,而眼睛調節聚焦的機能又很快,因而對遠景和近景都會感到很精細,即景深感很強,這種感覺稱為人眼視覺。人們在日常觀察中已經習慣了這種感覺。凡具有這種視覺感受的情況都認同與觀察實景一樣。而通過電視屏幕觀察就不同了,由於攝像機鏡頭的景深很短,聚焦點的主體景物很清楚,而非聚焦點的前景和背景都不夠清楚,普通電視的分解力只有300線左右,背景就顯得更加模糊,因此通過屏幕顯示的電視圖像總是主體清楚而背景模糊,人們習慣了電視屏幕的這種顯示特點,自然而然地預設了這種差異,這種現象稱為屏幕視覺。當高清晰度電視提供了更高的細節解析度之後,情況就不同了,HDTV能把屏幕視覺中背景表現得相當清楚,使人感覺到與人眼視覺具有相同的效果,具有強烈的真實感。

高清晰度電視的技術特點[1]

  高清晰度電視的技術特點主要有以下幾點:

  (1)多種掃描格式

  HDTV有四個參數最不易統一,它們是垂直清晰度、水平清晰度、幀頻和掃描格式,這主要是因為圖像清晰度受到壓縮比的限制。從理論上講,掃描行數越高,圖像清晰度越好,但傳輸頻帶和數據會隨之加大,致使圖像的壓縮比增加;而過大的圖像壓縮比又會降低圖像的質量,使之事倍功半。目前,數字HDTV可以做到兼容多種掃描格式,可以和數字顯示器兼容,因而使數字HDTV的應用前景更加廣闊。

  (2)先進的圖像壓縮技術

  目前,HDTV在圖像壓縮方面採用了MPEG.2國際標準,比起早期HDTV採用的圖像壓縮技術更加先進,使得HDTV更易於在世界範圍內推廣。

  (3)更具有吸引力的音頻技術

  HDTV在音頻壓縮方面取得了較大的進步,目前採用了國際上處於領先地位的杜比AC.3技術,杜比AC一3系統可以保證人們在欣賞畫面的同時得到真實自然的音響效果,是目前音響技術中最完善的一種。

  (4)設計周全的調製方式

  HDTV設計更加周全的調製方式,考慮到地面廣播和電纜傳送兩種模式,採用殘留邊帶傳送系統,特別是對於電纜傳送系統調製方案的設計,更是其他電視系統望塵莫及的。

  在眾多數字HDTV制式中,美國大聯盟HDTV制式具有較多的優勢,大聯盟HDTV制式的出現,使美國在HDTV領域處於遙遙領先的地位,加快了HDTV向全數字化方向發展的進程。世界各國不得不重新調整各自的發展計劃,以迎接數字HDTV時代的到來。從目前的發展趨勢看,大聯盟數字HDTV制式很有可能作為世界制式得到推廣。對此,我國正給予高度重視,積極組織力量,加快對大聯盟HDTV的跟蹤研究,以便同國際先進水平保持同步發展。

高清晰度電視的主要參數[2]

  雖然HDTV目前還沒有統一的國際標準,但其主要參數已經形成一些共識,這些參數主要有:

  1.掃描行數

  HDTV的掃描行數決定於人眼視覺系統的空間頻率響應,掃描行數是觀看距離的函數。主觀評價質量相同的圖像,觀看距離越近,則要求掃描行數越多。表7.3列出了在幾種不同的觀看距離時所需的掃描行數。HDTV的掃描行數要求在1200行左右,目前已提出1050行、1125行和1250行。

表1  觀看距離與掃描行數的關係
觀看距離與圖像高度之比掃描行數
3.9951
3.31125
2.8135l
2.31601
  
  2.圖像尺寸及寬高比

  主觀評價實驗表明,畫面尺寸越小,圖像質量主觀感覺越好。圖像尺寸越大,重現圖像的真實感越強。HTDV的圖像寬高比一般為16:9或5:3,寬屏幕顯示時圖像的真實感及臨場感好。

  3.信號帶寬

  人眼視覺系統的彩色感覺特性與亮度感覺特性相比較,前者頻帶比後者窄得多。同時考慮到傳輸彩色圖像信息方便起見,採用亮、色分離的傳輸方式是最好的方法。當要求圖像的解析度越高時,則亮度信號的頻帶越寬。根據人眼視覺系統的特性,不同掃描行數及寬高比的圖像信號,其帶寬也不同,表2列出了掃描行數與信號帶寬的關係。

表2  掃描行數與信號帶寬的關係
掃描行數951112513511601
亮度信號帶寬/MHz15202840
色度信號帶寬/MHzR5.07.O1014
G3.55.57.010
B4.76.59.413.3

高清晰電視與普通電視比較[3]

  表3是高清晰度電視與普通電視的比較。由於高清晰度電視的掃描線數大約是普通電視的2倍,所以畫面質量特別好。

  此外,高清晰度電視畫面的寬高比是16:9,從視覺效果上來說。是寬高比為4:3的普通電視所無法達到的。

  假設普通電視的有效掃描線數為490線,則像素數目為

  490×490×\frac{4}{3}=320000[個]

  設高清晰度電視的有效掃描線數為1000線,則其像素數目為

  1000×1000×\frac{16}{9}=1780000[個]

  是普通電視的5.5倍。

 高清晰度電視普通NTSC制電視
掃描線數1125525
畫面寬高比l6:94:3
隔行比2:l2:l
場頻60Hz59.41 Hz
圖像信號帶寬20MHz4.2MHz
聲音信號調製方式PCM4通道FM2通道
最佳視聽距離H×3H×7

  表中H為畫面高度。

  圖1是最佳視聽距離的比較。普通電視的最佳視聽位置是畫面高度的7倍,而高清晰度電視的最佳視聽位置是畫面高度的3倍。此外,在最佳視聽位置上觀看畫面,高清晰度電視水平張角是30°,是普通電視的3倍,臨場感大大增強。

  Image:最佳视听位置.jpg

  圖 最佳視聽位置
  聲音效果的比較

  普通電視NTSC制式的聲音系統是2通道FM(調頻)方式,而高清晰度電視共有4個聲音通道。前方的聲音來自正前方、左前方和右前方3個通/潲\道,左後方和右後方的聲音共用1個通道。這樣一來,高清晰度電視不但畫面大,而且聲音的信息量也增加了,臨場感就更強了。

  Image:高清晰度电视的声音系统.jpg

  圖 高清晰度電視的聲音系統

高清晰度電視系統的構成[3]

  高清晰度電視系統的基本構成如下圖所示。在發送端,高清晰度電視圖像信號和聲音信號先由編碼器變換成數字信號,再經過FM調製器變成射頻信號,然後由發射機將射頻信號發送給廣播衛星(BS)。在接收端,BS天線接收廣播衛星送下來的電波,隨後數字信號經解碼器變成模擬信號,於是就得到了高清晰度電視圖像。

  Image:高清晰度电视系统的基本构成.jpg

  圖 高清晰度電視系統的基本構成

各國高清晰度電視的發展[4]

  在HDTV的研製中,走在世界前列的是日本。從1970年代起,日本便開始了HDTV的研製開發。最先讓世界震驚的是日本廣播協會(NHK)的研究成果——每幀圖像1125行,每秒60場,隔行率為2:1,畫面寬高比為5:3。

  日本研製的高清晰度電視,其艷麗的色彩畫面、高保真的立體聲與寬銀幕帶來的視覺衝擊相結合,立刻引起了人們的關註,但由於其MUSE制式與原來的NTSC制式的不相容,加上其採用的仍是模擬技術,很快讓美國後來居上。美國的高清晰度電視一開始便採用數字技術,並於1996年開始進行高清晰度數字電視試播,現已正式開始了數字電視的播出,2006年已全面淘汰模擬電視,停止模擬電視節目的播出。在歐洲,英、法、西班牙等國也先後開始了數字電視的播出。1993年,日本開始研究全新概念的電視廣播ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting,綜合業務數字廣播)。1994年11月,在國際電聯無線電通信部門會議上,日本通過決議將MPEG-2作為數字廣播的技術基礎予以採用,正式開始邁向數字電視。

  目前全球只有3個HDTV標準:①美國的ATSC(Advanced Television System Committee,先進電視制式委員會)標準。ATSC數字電視標準規定了一個在6MHz帶寬內傳輸高質量的視頻、音頻和輔助數據的系統,在地面廣播通道中可靠地傳輸約19Mbps的數字信息,在有線電視頻道中可靠傳輸38Mbps的數字信息,系統能提供的解析度是常規電視的5倍。ATSC在視頻壓縮和傳輸上採用MPEG-2技術,而在音頻壓縮和傳輸上採用DolbyDi西tal技術。②歐洲的DVB(Digital Video Broadcasting,數字視頻廣播)標準。DVB標準包括:DVB廣播傳輸系統、DVB基帶附加信息系統、DVB交互業務系統、DVB條件接收及介面標準。DVB對音頻、視頻的壓縮和傳輸均採用了MPEG-2技術。DVB廣播傳輸系統主要包含3個方面的標準:一是DVB—S數字衛星廣播系統標準。它幾乎為所有的衛星廣播數字電視系統所採用,我國也選用了該標準。二是DVB—C數字有線電視廣播系統標準。系統前端可從衛星和地面獲得信號,在終端需要電纜機頂盒。三是DVB—T數字地面電視廣播系統標準。它是最複雜的DVB傳輸系統,傳輸質量高,但接收費用也高。③日本的ISDB標準。ISDB利用一種已經標準化的復用方案,在一個普通的傳輸通道上發送各種不同種類的信號,同時已經復用的信號也可以通過各種不同的傳輸通道發送出去。目前,採用美國ATSC標準的有5個國家和地區,共有30個成員。決定採用歐洲DVB.T標準的已有33個國家和地區,其成員已經達到265個。ISDB籌劃指導委員會的委員有17個,委員之外的成員有23個,它們都是日本國內的電子公司和廣播機構。從這3個數字電視標準的成員數量及分佈情況來看,DVB標準的發展最快,普及範圍最大。

  中國於1999年10月1日天安門國慶50周年慶典時進行了高清晰度電視轉播試驗工作,試驗的成功標誌著我國高清晰度電視的研製開發進入了一個新的發展階段,中央電視臺試播了一個高清晰電視頻道。從2005年開始,中央台的一些優秀欄目,如《非常6+1》、《開心辭典》、《藝術人生》等也都採用高清晰度電視設備錄製,許多大型電視劇(如《大宅門》等)、大型專題節目也都採用高清晰設備錄製,這標志著我國的高清晰數字電視進入了一個新時代。

  目前,我國已在北京、上海、深圳三個城市進行數字電視研究開發及產業化試點,目的是對目前已經提出的數字電視和HDTV的各種方案標準進行深入的考察試驗,從實踐中驗證,為早日制訂我國的數字電視和HDTV標準作准備。隨著我國加入WTO和2008年北京奧運會的舉辦,國內數字電視產業化的進程將會明顯加快,一個全新的產業也正在形成。

相關條目

  • 高解析度數字電視

參考文獻

  1. 1.0 1.1 常志文編.電視原理.重慶大學出版社,2004.07.
  2. ↑ 裴昌幸,劉乃安編著.電視原理與現代電視系統.西安電子科技大學出版社,2011.08.
  3. 3.0 3.1 董靈江編.電子學入門.科學出版社,2011.01.
  4. ↑ 史可楊著.影視傳播學.中山大學出版社,2011.07.