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关于《数字电视基础》（教材）的成果总结
0．概述
数字电视是电视发展的必然趋势，是计算机网络技术、通信技术、数字技术和微电子技术融合的重要标志。近年来，数字电视与图像通信在我国获得了迅猛的发展，许多领域特别是与人们日常工作、生活密切相关的领域，迫切需要大量的从事数字电视研究与应用的人才。本书能够从数字电视的基本原理出发，将涉及数字电视基础部分的理论与实践，从多个角度将其阐述清楚，以期给读者一个较为清晰的线索。因此本书的出版适应了高等学校教学改革与创新教育的需要，适应了人才市场的需要，有其积极的现实意义。
1．历史背景
巢湖学院物理系自1986年成立“电子技术专业”以来，《电视原理》这门课一直是本专业的主要专业课之一。期间的实验条件与师资队伍逐渐扩大，在1992-1998年，以美国、欧盟和日本为代表的数字电视技术与标准逐渐走向世界，我国也在积极跟踪并与1999年国庆推出具有自主知识产权的高清晰度电视接收功能样机。我们“电子技术教研组”也在一方面积极地、多渠道地收集有关数字电视方面的资料并加以研究，一方面在相关的课程教学中适当补充一些关于数字电视的内容。为适应教学改革的需要，适应人才市场的需要，本教研组于1998年暑假期间，正式启动《数字电视基础》的编篡工作。可以说，在几乎没有同类参考书的情况下，本教材的编写完全是在探索中完成的。
本工作正式开始后，在安徽大学、合肥工业大学和上海交大等高校专家教授的帮助下，我们结合多年来的“电视原理”、“信号与系统”、“电子线路”等专业课程的教学经验，以及在“数字电视基础”讲座的基础上，同时收集的大量涉及数字电视方面的资料，集体制订了《数字电视基础》章节顺序及相关内容概要，然后确定相应的教学计划与教学大纲，并对此教学大纲与教学计划，反复咨询专家、教授，集体讨论修改《数字电视基础》章节目录、教学大纲与教学计划，使之适应“数字电视”发展及其“数字电视基础”的教学需要。与2000年春基本完成上述任务，而后开始编写教材，编写期间仍然不断地搜集、整理资料。
2．内容安排
虽然数字电视的发展历史不长，但它的发展速度很快，是传统模拟电视的质的飞跃，无论是在声像质量上，还是在功能上，传统的模拟电视无法与真正的数字电视相提并论。在技术上，数字电视融合了计算机网络技术、通信技术、数字技术和微电子技术等；因此在《数字电视基础》的章节结构上，应该首先介绍数字电视的发展轨迹，数字电视较模拟电视所具有的强大功能。逐步过渡到涉及数字电视的关键技术，即信源压缩编码技术和信道编码技术，然后突出数字电视的应用，目前主要是数字有线电视的机顶盒接收形式，包括交互电视理论与实践。鉴于数字音频压缩编码已在数字电视成熟前问世，所以将其放在本书的最后，一是根据教学时数的安排可作调整，其二也可自学。
3．主要内容
首先必须明确的是，真正的数字电视应该是从“信源的开始、传输与接收均为数字信号形式”。因此全书的主要内容放在第2至第8章，重点放在第2章至第7章，其中第4和第5章又是重难点章节。而各章之间既有联系又区别，且每章的重点在该章的“提要与目标”中作了简要介绍。具体各章主要内容如下
第1章介绍了“数字电视不仅仅是其信号便于压缩存储或与计算机接口，重要的是数字电视的声像质量得到极大提高，同时还开发了诸如交互电视等功能。还介绍了数字电视及其广播的基本形式：高清晰度电视（HDTV）、标准清晰度电视（SDTV）、低清晰度电视（LDTV）；以及数字电视有线传输（DVB-C）、数字电视卫星传输（DVB-S）和数字电视地面传输（DVB-T）。比较系统地介绍了数字电视系统和数字电视传输系统的构成及其关键技术。并通过简单地比较，介绍了数字电视的国内外发展现状及其发展趋向。通过本章的学习，便于读者了解数字电视的基本内涵，建立数字电视系统的框架结构。在了解国内外数字电视发展现状的同时，着重了解我国数字电视发展进程及现状也是很有必要的”。
第2章介绍了“数字电视信号从何而来？数字摄像有什么高标准要求？如何将模拟信号转变为数字信号？取样和量化坚持什么原则？又如何将数字信号转变为模拟信号？它们各有哪些常用的形式？如何直观地用矩阵行或列向量形式描述数字图像信号？本章就上述问题，分别作了回答。通过本章的学习，大体上能够了解数字电视信号的形成过程，以及数字电视图像信号的表示方法；其中重点讨论的均匀量化原理，对于进一步了解“量化”是数字电视产生失真的重要根源，是有帮助的。此外，有了图像信号矩阵表示，建立图像信号存在相关性的基本概念；再有《脉冲与数字电路》、《线性代数》和《模拟电视原理》等方面的基础知识，容易掌握本章的内容”。
第3章是“数字图像信号处理的主体就是数字信号，其分析方法是建立在离散傅立叶变换的基础上，如离散一维、二维傅立叶变换，图像信号的傅立叶正交基和傅立叶频谱分析，空间频率是描述数字图像信号空间频率结构的常用形式。离散哈尔变换也是正交变换的一种重要的形式之一。通过本章的学习，加深对客观存在的图像信号结构的本质了解，了解数字图像信号的一般描述方法。重点了解离散傅立叶变换及图像信号频谱结构的基本特征”。本章是数字信号分析与处理的理论基础。
第4章“重点讨论了以MPEG-2标准下的编译码原理。详细分析了预测编码以及块匹配法的预测编码重点内容、离散余弦变换（DCT）编码、Huffman编码和算术编码
、子带编码、小波变换编码方法及其特点，并简要介绍了具有发展前途的分形编码和模型基编码。为加深对图像信号信源编码的理解，本章前两节主要介绍信源压缩的依据，即图像得以压缩的冗余性分析，同时本章通过对MPEG-2标准下的若干编码技术进行了系统的分析与比较，也介绍了MPEG的基本形式及其特点。通过本章的学习，要求读者掌握图像信号压缩编码的必要性与可能性，了解预测编码的基本原理；熟悉DCT正、反变换及其编解码的物理过程与特点，熟悉Huffman编解码原理；重点掌握小波变换的特征，并对小波变换的过程、子带编码和算术编解码的原理有一个初步的了解。对分形编码与MPEG、JPEG一些基本理论有一个基本认识”。
第5章是“信道编码是数字信号在发送前区别于模拟信号发送的一个显著标志，是数字通信的标志之一。它是通过增加纠错的冗余码等多种技术，换取传输信号误码率的降低，以增加接收端的可靠性。本章以DVB-S信道编码为主要线索，介绍信道编码的工作原理。主要包括RS编码、卷积码、交织和网格编码，以及如数字移相键控、残留边带调制（VSB）和编码正交频分复用（COFDM）等内容。通过本章的学习，主要掌握信道编码的意义及主要构成。了解RS编码特点、卷积码的编译码要点和网格编码的特点，熟悉信道编码中的交织与解交织技术,熟悉数字移相键控的特点以及DVB-S
QPSK实现方法。了解8-VSB与COFDM实现的基本原理，并对Turbo码作了一个初步的介绍，以期达到一个基本认识”。
第6章是“着重介绍构成数字电视系统的几个重要组成，如数字电视复用系统和缓存器等，并对其原理及应用也相应地作了描述；重点讨论以MPEG-2为标准的数字电视广播与接收，详细介绍了MPEG-2的解码原理。同时针对ATM技术是数字电视信号的重要传输方式之一，也作了简明扼要地阐述。对DVB-T
COFDM和ATSC
8-VSB两种典型的地面传输形式作了全面的比较。最后扼要地介绍我国在数字电视领域所取得的部分成果。对构成数字电视系统重要组成部分的分析，有助于读者对数字电视系统的理解和认识。譬如，数字电视的复用系统和缓存器控制策略，它们在收发两端的多节目信号形成、平稳传输与接收、有条件接收等方面起着非常重要的作用”。
第7章是“机顶盒是伴随数字电视的诞生而产生的特殊数字信号处理器件，是目前模拟电视接收机接收数字电视信号的必备设备。交互电视是数字电视区别于模拟电视的一个显著功能。本章介绍了机顶盒的结构及其工作原理，详细讨论了交互电视的系统结构、工作原理。并就机顶盒和交互电视的国内外产业现状作了适当的介绍。通过本章的学习，基本了解机顶盒的结构和工作原理，了解交互电视的功能及其关键结构与特点，以及基于CATV(HFC)视频点播的实现原理。能够比较全面地了解数字交互电视系统的框架结构”。本章主要介绍数字电视的应用及其基本形式。
第8章是“介绍了人耳的听觉特性，给出了声音压缩的理论依据。着重介绍了数字领域声音的两种编解码方法，即MUSICAM和AC-3的编解码原理，并就此对MUSICAM和AC-3进行了比较。最后对具有发展潜力的MPEG-4标准的声音编码作了简要介绍。通过本章的学习，了解声音传播的特点和人耳的听觉特性，数据声音的压缩就是充分利用人耳的听觉特性；了解并基本掌握MUSICAM和AC-3两种声音的编解码原理，特别是两者之间的一些重要区别”。
可见，本书的内容量大，涉及了数字电视的方方面面，且重点突出，难点分解，内容安排上循序渐进，注重理论联系实际。重要的是许多理论为验证其正确性，在计算机上模拟多次。比如第4章第4节关于二维离散余弦变换的内容，还有第5章关于卷积码的编码与Vertib解码原理。且为了能够自学成才，对于相关章节涉及较多数学的知识，在其章节后附录中，作了数学补充。
4．实践意义与教学展望
《数字电视基础》作为我系的专业课后，得到我校各级领导的重视并加以重点建设课程的支持，并于2001年申报省教育厅重点建设课程获得批准。经过两年多的教学实践，《数字电视基础》这本书基本上能够适应高等学校的教学或教学参考需要，但因数字电视在我国发展刚刚起步，许多新技术、新理论还在验证实施中。所以我们在本书出版后，为更好地适应教学需要，结合从学生反馈意见，做了大量的修订工作，比如在第4章增加块匹配法包括三步搜索法、二维对数搜索法以及菱形搜索法的基本原理，删节了第1章、第3章、第5章等章节中理论性过强或是去掉影响不大的内容。第7章增加了数字电视有条件接收的许多细节内容。此外，以《数字电视基础》这本书为基础，我们制作了电子教案，利用校园网实行网上教学，教学效果明显好转。
综上所述，我们在多年的电子技术专业教学基础上，以省教育厅“重点建设课程”为契机，同时在校内外同行的帮助下，在各级领导的关怀下，编写了《数字电视基础》一书，并制订了相关的教学大纲与教学计划。该教材自问世以来，一直受到读者的欢迎，有在许多近来发表的文章及在出版的“数字电视”书籍中，都引用了本书的观点或内容。从对师生两年多来（包括外校的）使用该教材的反馈情况看，总体上反应良好，尤其是适应了教学改革的需要，适应了人才培养与人才市场的需要。此外，我们在此教材的基础上，根据教学与数字电视发展的特点，已经修改了许多内容，制作了相应的电子课件，并编写了与之配套的实验讲义。可以相信，再经过不长时间的共同努力，一个更能适合教学的，进一步提高教学质量的修改版《数字电视基础》教材及电子课件将走向高等学校课堂。