DTV

定义

DTV指数字电视，是把图像、声音和数据以数字编码形式完成采集、压缩、传输、存储与接收播放的电视系统，也常用来指具备数字调谐与解码能力的电视设备^[2][5]。其核心含义不是指某一台电视机，而是指信号处理链路整体数字化的技术体制^[6]。与之相对的模拟电视以连续变化的电信号承载图像与伴音，二者在信号形态、传输方式和终端设备上都不相同^[3]。

需要说明的是，DTV是一个上位概念，标准清晰度电视与高清电视都属于它的画面格式之一，数字电视并不等同于高清电视^[7]。

原理

数字化后的电视信号数据量极大，演播室质量的数字信号码率可达 200 Mbps，无法直接放进原有的电视频道带宽内，因此压缩编码成为关键环节^[8]。压缩有两条路径：一是在信源编码阶段利用人眼与人耳的感知特性去除冗余，二是通过信道编码与新型数字调制提高单位带宽内的传送速率^[8]。ISO/IEC 13818(MPEG-2)是广泛使用的信源压缩标准，码率可变，覆盖标准清晰度到高清晰度等多种格式^[8]。

在信道环节，调制方式随传输媒介不同而变化，卫星链路常用正交相移键控，有线网络常用正交调幅，地面广播则多用编码正交频分复用^[8]。以美国 ATSC 地面标准为例，其 6 MHz 频道采用 8-VSB 调制与 MPEG-2 压缩，可承载约 19.2 Mbps 的数据流。传输中还会加入里德-所罗门码、交织与网格编码等纠错手段，使接收端能够判错并纠正误码^[9]。

频带内的码流以复用方式组织，一路频道因此可以拆成若干子频道，分别承载不同节目，这种安排称为多频道广播^[7]。信道编码的作用是提高传输可靠性，代价是占用一部分可用容量，工程上需要在纠错能力与净荷速率之间取得平衡^[9]。

发展历程

20 世纪 80 年代起，视频信号数字化、信源编码和信道编码调制等环节陆续取得进展，为数字电视奠定了技术基础^[4]。1994 年 5 月，美国的 DirecTV 推出首个商用数字卫星平台；1996 年，美国有线电视网络开始测试并开通数字有线广播；1998 年 11 月，英国以 ONdigital 名义开通首个数字地面平台，采用 DVB-T 标准^[10]。

地面传输标准此后形成几大体系：美国先进电视系统委员会(ATSC)标准于 1995 年推出，欧洲地面数字视频广播(DVB-T)标准于 1997 年推出，日本地面综合业务数字广播(ISDB-T)标准于 1998 年推出，中国数字电视地面多媒体广播(DTMB)标准于 2006 年推出，国际电信联盟将它们分别列为系统 A、B、C 和 D^[4]。中国的 GB 20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》于 2006 年 8 月 18 日批准，2007 年 8 月 1 日起实施，融合了单载波与多载波两种方案，支持 4.813 Mbps 至 32.486 Mbps 的净荷速率^[11][12]。

随着标准落地，各国陆续关闭模拟地面信号：荷兰于 2006 年 12 月率先完成，美国于 2009 年 6 月 12 日完成，日本于 2011 年 7 月 24 日完成，英国于 2012 年 10 月 24 日完成^[13]。中国曾计划在 2020 年完成地面电视的数字化转换^[4]。

应用

DTV 的传输途径主要有地面无线、有线网络与卫星三类，三者信源编码方式相近，但调制方式因媒介特性不同而各异^[8]。在有线网络中，一个模拟频道的位置可传送 8 至 10 套标准清晰度数字节目，运营商因而能大幅扩充频道数量。

除基本收视外，数字电视还可承载电子节目指南、多语种伴音与字幕、数据广播以及交互业务，双向网络条件下可提供视频点播等服务^[14]。移动接收是另一类应用场景，日本 ISDB-T 将每个频道划分为 13 个段落，其中 1 个段落专门供手机等窄带终端接收^[14]。在中国，地面标准也支持固定接收与移动接收两种模式，可用于车载移动电视^[11]。

对用户而言，只有模拟调谐器的旧电视机无法解码数字信号，需要加装机顶盒或改用带数字调谐器的终端；这也是模拟信号停播后常见的过渡方案^[13]。

局限

数字电视的接收呈现断崖效应：信号质量下降到纠错能力之外时，画面会突然中断或出现马赛克，而不像模拟电视那样随信号减弱逐步变差^[14][15]。在偏远地区，原本以雪花画面勉强可看的远距离频道，转为数字信号后可能完全无法接收^[14]。

高压缩比会带来模拟电视与电影所没有的画面缺陷，例如 mosquito noise 一类蚊式噪声，以及在平坦区域出现的色彩分层；码率分配与压缩算法的水平直接决定了最终画质^[14]。为缓解这类问题，运营方常用结构相似性等算法监测编码质量，在快速运动场景与静止背景之间作不同取舍^[14]。

标准体系本身也存在互不兼容的问题：ATSC、DVB-T、ISDB-T 与中国的地面标准之间不能互通，一个体系的广播无法被另一体系的电视接收，各国在选择标准时因此受技术、经济与政治多重因素影响^[16]。标准选定后，此前按其他体系建设的发射与接收设备往往需要改造或更换，转换成本不容忽视^[17]。

参见

• 高清电视 —— 数字电视的一种画面格式，分辨率高于标准清晰度电视。

• DVB —— 欧洲主导的数字电视广播标准族，覆盖地面、有线、卫星与手持接收。

• ATSC —— 美国先进电视系统委员会制定的数字电视标准，地面传输采用 8-VSB 调制。

• ISDB —— 日本提出的综合业务数字广播标准体系，支持分段传输与移动接收。

• DTMB —— 中国数字电视地面广播传输标准，对应 GB 20600-2006。

• 机顶盒 —— 使仅有模拟调谐器的电视机能够接收数字信号的转换设备。