浅谈高清数字电视
[摘要]：文章介绍了高清数字电视的定义及各项技术参数。从其音频、视频效果、扫描格式等介绍高清数字电视所采用的技术。指出数字电视是指系统，高清晰度是指系统内的业务。高清数字电视的成功研制不仅代表着电视的发展方向，而且是现代高科技的结晶。
随着人们欣赏水平的不断提高以及电视领域的扩展，对电视质量的要求也日趋提高，高清析度电视的研制成功，3C概念的逐步深入人心，家电、电脑和手机等设备的界限变得模糊起来。有趋势表明，未来的电子产品，将会整合电脑的高显示质量、电视机的操作方便以及通讯设备的高度整合等特点。这些，在本文的主要介绍产品HDTV身上体现得淋漓尽致。
一．HDTV的含义
HDTV，英文全名是High Definition TV，中文名为高清数字电视。它是集数码电视技术、卫星通信技术、光纤通信技术等新成果于一身的现代高科技的结晶。从字面上我们就可以看出，HDTV属于数字电视这个大家庭。那么，什么是数字电视呢？数字电视要求从拍摄、编辑、制作到演播室发射、传输、接收过程中的所有环节都使用数字信号。相应地，能够播放这种全数字信号的电视设备便称为数字电视（或称为全数字电视）。
这里数字电视信号可以是直接生成的数字电视信号，如动画、字幕机和数字摄像机产生的数字信号；也可以是由模拟信号经数字化以后产生的数字电视信号；也可以是经处理的数字电视信号，如MPEG格式的压缩数字电视信号。 数字电视在这里是广义的概念，数字电视系统可按节目制作，一次分配、二次分配、发送和接收分类；也可以按卫星传输系统，地面传输系统和有线电视传输系统分类；或按消费类、专业类和演播室数字设备分类；或按低清晰度、常规清晰度和高清晰度业务分类。因此市场上会出现多种多样的数字电视系统和设备。实际上，新的系统和原系统的主要区别在传输。新的数字电视系统的名称也并非一样，如美国的“数字电视”(DTV：Digital TV)专指美国地面数字电视广播系统。这是一个专用名词，不是前面我们说的广义数字电视的概念。而欧洲的地面数字电视广播系统是DVB—T。在这种地面数字电视广播系统中，除了目前节目制作还有一部分是模拟的外，从演播室开始，到发射机到传输到接收的所有环节都是使用数字电视信号或对数字电视信号进行处理和调制，接收这种地面数字电视广播信号的电视机才是名副其实的数字电视机，即不能加“全”字。这样就出现了两种数字电视设备，接收模拟电视信号的数字设备和接收数字电视信号的数字设备，在模拟电视系统向数字转化的过渡阶段，应加以区分，一旦完成这一过渡，就不存在任何问题了。
高清晰度电视是一种电视业务，原ITU—R给高清晰度电视下的定义是：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象”。其水平和垂直清晰度是常规电视的两倍左右。配有多路环绕立体声。 所以，广义上说，数字电视是数字传输系统，是原有电视系统的数字化。数字电视系统可以传送多种业务，如高清晰度电视、常规清晰度电视、立体声及数据业务等等。下一代电视系统是可以传送普通清晰度电视和高清晰度电视等不同级别图像，集图像、声音和数据等多种业务的数字系统的认识是世界各国广播工作者和科学家在付出巨大代价后才得到的。
二．从视频效果来看
由于图像质量和信道传输所占的带宽不同，使得数字电视信号分成了几种不同的标准，即HDTV(高清晰度电视)、SDTV(标准清晰度电视)和LDTV(普通清晰度电视)，不同标准的数字电视信号会存在着一定的差别。从视觉效果来看，HDTV的规格最高，它要求电视节目和接收设备水平分辨率达到1000线以上(分辨率最高可达1920×1080)，其图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平；SDTV的要求就要低一些，水平清晰度达到480线即可(分辨率为720×576)，其图像质量可对应现有DVD电视节目的分辨率水平；LDTV的要求则最低，水平清晰度达到250线即可(分辨率为340×255)，主要是对应现有的VCD分辨率量级
三．从音频效果看，
数字电视信号在进行伴音处理时，数字信号只有0 、1两个电平，只需识别“1”电平的幅度大小，利用数字信号处理技术降低噪声电平，又有纠错，解码技术，因此信号的信噪比高，动态范围大。其音频信噪比可以达到80dB以上。抗噪能力得到了大大加强，HDTV支持杜比5.1声道音频流传送，在音质上HDTV具有5个独立的声道真正体现了环绕声的效果伴音的质量也将达到CD机高保真水平。这将给我们带来Hi-Fi级别的听觉享受。
四．HDTV技术参数
（一）像素
屏幕上能够显示的像素数量可以体现出一台电视机的图像表现能力，比如最高规格的HDTV电视机能够显示1920×1080个像素，也就是具备了207万像素，这远远超过了普通模拟电视机不到9万像素的水平(以分辨率为340×255为例)
（二）点距
根据电视屏幕和清晰度的关系我们很容易地知道，在同样显示最高规格为1920×1080的HDTV格式节目时，由于屏幕尺寸的不同，会造成点距的不同。通常来说，如果要显示1920×1080的最高规格HDTV节目，32英寸HDTV电视机的点距应当不大于0.38mm，36英寸HDTV电视机的点距应当不大于0.43mm，这样才能将高清图像演绎完美。
但是，根据我国的规定，在水平清晰度大于700线的情况下，很多电视机也可以称为HDTV电视机。而这些电视机的点距仅在0.55mm~0.65mm左右(仅指32和36英寸的电视机)，理论上它们的最高清晰度可以达到800线，也算是达到了我国标准。
（三）视频带宽
对于具体显示的图像来说，不同分辨率都对应着一个最小可接收的带宽，如果带宽小于该分辨率的可接收数值，显示出来的图像会失真或根本无法显示。因此，如果想要使图像达到一定水平的分辨率，也就是说，要想使图像的清晰度达到一定水平，那么必然地要有一个可以接收的带宽范围，否则标称的分辨率就只能是一句空话。
（四）帧速率
我们知道，动态影片的基本放映原理就是快速地将一张张连续的图片进行播放，当这个图片播放的速度超过了人眼能够分辨的范围，我们看上去的图像就“动”了起来。在这个过程中，我们把每幅图片称为一“帧”，而每秒中播放的帧数，就是我们说的帧速率。帧速率主要用于衡量视频信号传输的速度，单位为帧/秒(fps)。显然，帧速率越快，我们看到的动作感觉就越平滑连续，这也是衡量动态图像质量的重要指标之一。
（五）扫描频率
显然，需要一个参数对电子束扫描的速度进行衡量，以便使电视机能够达到观看动态图像流畅连续。因此，习惯上将单位时间内(一般以秒为单位)内电子枪扫描屏幕的次数称为扫描频率。由于电子枪工作特点限制，扫描频率包括了行频与场频两个概念。
场频：又称为“垂直扫描频率”或“刷新率”，是指单位时间(以秒计)之内电子枪对整个屏幕扫描的次数，通常以赫兹(Hz)表示。以60Hz刷新率为例，它表示显像管显示的内容每秒钟刷新60次。我国规定的HDTV的场频标准为50Hz。
行频：又称为“水平扫描频率”，指电子枪每秒在荧光屏上扫过的水平线的数量，单位为KHz(千赫兹)。行频值越大，显像管可以提供的分辨率越高，稳定性越好。我国规定的HDTV的行频标准为28125Hz。
（六）清晰度
我国的HDTV行扫描频率定为28125Hz，对应扫描周期为35.6微秒，如果按有效显示时间为30微秒计算，对应于1920线的视频带宽应该为64MHz，相当于现有PAL制带宽的10倍多。但在实际应用中，当视频带宽大于32MHz时，即水平清晰度达1000线以上，此时垂直清晰度可达1080线，此时的图像质量已经相当令人满意，因此32MHz视频带宽是我国HDTV的基本要求。而根据带宽、行频和场频的关系我们可以知道：在带宽一定的条件下，场扫描频率提高，清晰度将降低。因此，我国出台的HDTV技术标准只是选用50Hz场频(隔行)和28125Hz行频。
（七）逐行扫描
顾名思义，逐行扫描的原理是屏幕图像从第一条扫描线一直连续扫描到最后一条，而非先扫奇数条再扫描偶数条。逐行扫描可以消除因隔行扫描而产生的闪烁等现象，这是因为相较于隔行扫描而言，逐行扫描在同样的时间内扫描了2倍。举例来说，一般的HDTV电视机在隔行扫描的状态下，每秒只扫描了30个完整的图像，而在逐行扫描的状态下，相当于每秒可以扫描60个完整的图像。
（八）HDTV的几种分辨率标准
根据各个国家使用电视制式的不同，各国家和地区定义的HDTV的标准分辨率也不尽相同。具体来说，目前的HDTV有三种显示分辨率格式，分别是：720P(1280×720，逐行)、1080i(1920×1080，隔行)和1080P(1920×1080，逐行)，其中P代表英文单词Progressive(逐行)，而i则是Interlaced(隔行)的意思。
常见的两种显示模式是720P和1080i。1080i是目前大多数国家普遍采用的一种模式(也包括我国)，它的分辨率为1920×1080，拥有207.3万像素。在原本采用NTSC制式的国家如美日韩，他们规定的1080i仍然采用60Hz场频，这主要是为了与其以前的标准接轨；而我国规定1080i采用的是50Hz场频，也与以前PAL制式的场频相同
在1080i显示模式下，屏幕分辨率可以达到1920×1080，采用隔行扫描方式，也就是说：电子枪首先扫描540行，再扫描另一个540行，两者叠加构成完成画面。而对于一般消费者来说，540行的垂直分辨率水平，显示效果已经相当令人满意了，也可以说是达到了HDTV的高画质的要求。
从技术上说，开发720P这种显示分辨率明显比开发1080i更加复杂，因为它提供分辨率为1280×720，也就是92.16万像素。最重要的是，720P采用的是逐行扫描，也就是说在同一时间需要达到720线的垂直清晰度水平，而不是像1080i那样一次扫描540线经过两次叠加，因此将牵涉到更高的行频输出，对显像管的要求太高。目前主要是使用NTSC制式的美国和日本在使用此技术。自然，它们使用了60Hz的场频。
最后我们来看一看规格最高的1080P，这个提供了1920×1080逐行输出的高规格却提供了多种场频24Hz、25Hz和30Hz。
由于电影是以每秒24幅画面的方式播放胶片的，以1080P/24Hz方式拍摄的数字图像可以无损地传送到DLP等数字电影投影机上播放，因此1080P/24Hz可以说是专门为电影准备的一种格式。而如果采用1080P/25Hz格式拍摄高清晰度内容，则可以方便地将每一帧完整的1080P图像拆成两帧隔行扫描的1080i图像。这样1080P/25Hz格式就变成了1080i/50Hz的图像，这样就方便应用于欧洲和中国这些原PAL制国家的数字高清晰度电视。同理，1080P/30Hz上也可以在拍摄完毕后方便地转换为1080i/60Hz的图像，方便应用于美国和日本等国家。我们可以看到，目前1080P的主要场频标准还是远低于50Hz的最低收看标准，因此在观看这几种标准的HDTV节目时，一定会受到电视机闪烁的困扰，也就是说，目前1080P格式的HDTV节目还不是大规模应用的时候。而如果要达到1080P/50Hz场频的要求，则需要电视机的行频非常大，目前只有60英寸以上的超大PDP电视机能达到这个要求，这也是1080P格式普及不了的主要原因，在本文中，1080P格式我们不过多涉及。
而对于液晶电视机和PDP等离子电视机来说，由于其分辨率都是固定不变的。每一种显示屏都有一个最佳的分辨率，一般普通的15英寸液晶电视分辨率固定为1024×768，任何其他格式的信号都要转换为1024×768来显示。所以，这些数字显示器件播放1080P格式的图像都不是什么难事，只要把1080P这个格式写入软件，能正确的识别和转换就可以了，但最终显示的是该显示设备的固定分辨率。
五．与模拟电视相比
正是由于数字电视，具备以上特点和功能，它才具有模拟电视所不能相比拟的。
（一）从画面质量看
由于HDTV的分辨率基本上相当于传统模拟电视的4倍，因此其画面清晰度、色彩还原度都要远胜过传统的模拟电视。从直观的感觉来看，这种画质的提升就好比从传统的天线收看时代提升到DVD播放时代。
（二）从节目资源来看，
数字电视的频道数量将成倍增加。在跟模拟电视频道相同的发射频率条件下，数字电视可传输6~8套DVD质量或15~18套VCD质量的数字电视节目，这无疑将大大丰富节目的可选性。
（三）从附加功能看，数字电视还可开展多功能业务，实现观众和电视台之间真正的互动。随着有线电视传输和用户接收的数字化，以往用模拟方式无法提供的服务都将变成可能，电视网站、交互电视、实时股票行情与分析、视频点播、网上购物、网上银行、远程教育等新业务的开展将变得更加容易，用户将从被动的收视者变成积极的参与者，成为名副其实的信息家电的重要组成部分。
因此高清数字电视不仅给人们提供一种更高的文娱享受，而且在电影制作电子印刷、出版、艺术教育、医疗、电视会议、多媒体显示终端等非广播领域有着极其广阔的应用前景，引起世人瞩目。
