书城科普读物探究式科普丛书-千里一线牵:通信
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第7章 时代脉搏——科技通信(4)

2.标新立异——数字通信的优点

数字电视技术与原有的模拟电视技术相比,有如下优点。

(1)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示,因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后,杂波幅度只要不超过某一额定电平,通过数字信号再生,都可能把它清除掉。即使某一杂波电平超过额定值,造成误码,也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以,在数字信号传输过程中,不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中,每次都可能引入新的杂波,为了保证最终输出有足够的信杂比,就必须对各种处理设备提出较高的信杂比要求。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累,而数字信号在传输过程中,基本上不产生新的噪声,它的信杂比基本不变。

(2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中,非线性失真会造成图像的明显损伤。

(3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0”、“1”两个电平,“1”电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“1”电平就可,大一点、小一点无关紧要。

(4)易于实现信号的存储,而且存储时间与信号的特性无关。近年来,大规模集成电路(半导体存储器)的发展,可以存储多帧的电视信号,从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如,帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。

(5)由于采用数字技术,与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。

(6)数字技术可实现时分多路,充分利用信道容量,利用数字电视信号中行、场消隐时间,可实现文字多工广播。

(7)压缩后的数字电视信号经数字调制后,可进行开路广播,在设计的服务区内(地面广播),观众将以极大的概率实现“无差错接收”(发“0”收“0”,发“1”收“1”),收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。

(8)可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言,数字电视可以启用模拟电视的禁用频道,而且在今后能够采用“单频率网络”技术,例如l套电视节目仅占用同1个数字电视频道而覆盖全国。

此外,现有的6兆赫模拟电视频道,可用于传输l套数字高清晰度电视节目或4~6套质量较高的数字常规电视节目,或者16~24套与家用录像机质量相当的数字电视节目。

(9)在同步转移模式的通信网络中,可实现多种业务的“动态组合”。例如,在数字高清晰度电视节目中,经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少,便可插入其他业务(如电视节目指南、传真、电子游戏软件等),而不必插入大量没有意义的“填充比特”。

(10)很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术,便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类特种收费业务)。

(11)具有可扩展性、可分级性和互操作性,便于在各类通信信道特别是异步转移模式的网络中传输,也便于与计算机网络联通。

(12)可以与计算机“融合”而构成一类多媒体计算机系统,成为未来国家信息基础设施的重要组成部分。

3.一专多能——数字电视通信的用途

在数字电视中,采用了双向信息传输技术,增加了交互能力,赋予了电视许多全新的功能,使人们可以按照自己的需求获取各种网络服务,包括视频点播、网上购物、远程教学、远程医疗等新业务,使电视机成为名副其实的信息家电。

数字电视提供的最重要的服务就是视频点播。视频点播是一种全新的电视收视方式,它不像传统电视那样,用户只能被动地收看电视台播放的节目,它提供了更大的自由度、更多的选择权、更强的交互能力,传用户之所需,看用户之所点,有效地提高了节目的参与性、互动性、针对性。因此,未来电视的发展方向就是朝着点播模式的方向发展。数字电视还提供了其他服务,包括数据传送、图文广播、上网服务等。用户能够使用电视现实股票交易、信息查询、网上冲浪等,使电视被赋予了新的用途,扩展了电视的功能,把电视从封闭的窗户变成了交流的窗口。

4.展望未来——数字电视通信的前景

世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革,数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化,传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其他手段相互融合,从而形成全新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起人们的广泛关注。

数字电视被各国视为新世纪的战略技术,也成了继电信引爆互联网之后的又一大“热点”。

电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命。数字电视不但是一个由标准、设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统,而且将对相关行业产生影响并促进更大的发展。

下一代数字电视的技术发展方向:

(1)标准数字电视

由于目前世界上大多数国家主要地区仍处于模拟电视与数字电视的转换过渡时期,因此市场上仍然存在既能接收模拟电视节目又能接收数字电视节目的多功能电视机,也就是所谓的数字电视一体机,它们可以采用机顶盒+模拟电视的解决方案来实现。

(2)大屏幕数字电视

随着现代人起居室的不断变大,用户对大屏幕数字电视的需求也在不断增长。目前,总体上讲,液晶显示器数字电视是业界的发展主流。但由于性价比的关系,一旦尺寸大到某一限度,液晶显示器屏幕的成本就会急剧上升。传统上,业界认为40英寸是液晶和等离子电视的分界点,液晶电视更专注于40英寸以下领域,而等离子电视则适合40英寸以上的显示需求。但随着技术的进步,50英寸有望成为液晶和等离子电视新的分界点。

(3)高清化

随着高清节目源的增多,图像水平清晰度大于800线的高清数字电视(HDTV)成为数字电视的主流,相应的数字电视机顶盒以及编解码芯片也适应这一发展的要求。

(4)互联网数字电视

数字电视的下一个重要发展方向就是连接互联网,未来的消费者不必再检查邮箱、发送电子邮件、在线玩网络游戏、下载和播放网络视频,甚至收看流媒体视频,人们将可以直接用无线鼠标或无线键盘体验家用电脑的所有功能。

从技术的角度看,人们可以采用百兆/千兆以太网等无线或有线技术实现数字电视与互联网的连接,当然必须在数字电视中增加应用处理器或多媒体处理器。

(5)个人视频录像机

个人视频录像机也是未来数字电视的下一个重要发展方向。随着未来的数字电视集成多媒体处理器,个人视频录像功能将逐步融合到未来,基于硬盘或微硬盘的数字电视产品中。

(6)支持更丰富的互联接口

未来的数字电视还将支持更多的互联接口,以实现与数码相机、数码摄像机、移动硬盘、家用电脑、笔记本电脑、智能手机、数码打印机等数字设备的连接,共享相互之间的音视频信息。

第十一节“条条大道通罗马”——数据通信

数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息,必须有传输信道。根据传输媒体的不同,分为有线数据通信与无线数据通信。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来,而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

数据通信是以“数据”为业务的通信系统,数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。

在通信发展史上,数据通信的发展经历了五个大的阶段:

第一阶段:以语言为主,通过人力、马力、烽火等原始手段传递信息。

第二阶段:文字、邮政。(增加了信息传播的手段。)第三阶段:印刷。(扩大了信息传播范围。)第四阶段:电报、电话、广播。(进入电器时代。)第五阶段:信息时代,除语言信息外,还有数据、图像、文本等。

基本的数据通信系统

基本的数据通信系统大致有五种:

(1)脱机数据传输系统

是简单地利用电话或类似的链路来传输数据,不包括计算机系统。这样一条链路两端所使用的设备不是计算机的部件,或至少不是立刻把数据提供给计算机处理,即数据在发送或接收时是脱机的,这种数据通信相对来说比较简单。

(2)远程批处理数据通信系统

是采用数据通信技术来使数据的输入和输出在地理上远离按批处理模式处理它们的计算机。

(3)联机数据收集系统

指的是用数据通信技术来向计算机即时提供刚产生的输入数据这种方法。数据于是存储在计算机里(比如磁盘上),并按预定时间间隔或者根据需要进行处理。

(4)询问——应答系统

是为用户提供从计算机提取信息的功能。询问功能是被动的,也就是说,它不修改所存储的信息。提问可以很简单。这类系统可能要使用能产生硬拷贝和(或)可视显示的终端。

(5)实时系统

信号是消息(或数据)的一种电磁编码,信号中包含了所要传递的消息。任何信号(不管是模拟信号还是数字信号)都是由各种不同频率的谐波组成的,任何信号都有相应的带宽。而且任何信道在传输信号时都会对信号产生衰减,因此,任何信道在传输信号时都存在一个数据传输率的限制。

实时系统是这样一类系统,其中计算机系统是在动态情况下取得和处理信息,以便使计算机采取动作来影响正在发生的事件(比如在过程控制应用中)或者可通过存储在计算机里的准确且不断更新的信息来影响人(操作员),比如在预售系统中。

第十二节方便快捷——传真通信

传真通信是将文字、图表、相片等记录在纸面上的静止图像。

通过扫描和光电变换,变成电信号,经各类信道传送到目的地,在接收端通过一系列逆变换过程,获得与发送原稿相似记录副本的通信方式,它是近年来发展最快的非话电信业务。

传真是基于公共交换电话网络的电信信号通过设备中转成传真信号。最近由于科技迅速发展,电子网络传真逐渐成为取代传真机的新一代通信工具。传真的主要技术有扫描技术、记录技术、同步同相技术、传输技术。传真的通信过程包含扫描、光电变换、图像信号的传输、记录变换、收信扫描和同步同相。

传真机的工作原理很简单,也就是先扫描即将需要发送的文件,并转化为一系列黑白点信息,这个信息再转化为声频信号并通过传统电话线进行传送;接收方的传真机接收到信号后,会将相应的点信息打印出来,这样,接收方就会收到一份原发送文件的复印件。

需要指出的是,不同类型的传真机在接收到信号后,打印方式是不同的,但它们的工作原理是基本相同的。

1.灵感来自偶然——传真通信的发展史

传真通信是利用扫描和光电变换技术,从发端将文字、图像、照片等静态图像通过有线或无线信道传送到收端,并在收端以记录的形式重显原静止的图像的通信方式。

1843年,美国物理学家亚历山大·贝思根据钟摆原理发明了传真。

1850年美国的弗·贝克韦尔开始采用“滚筒和丝杆”装置代替了亚历山大·贝恩的钟摆方式,使传真技术前进了一步。1865年,伊朗人阿巴卡捷里根据贝恩和贝克韦尔提出的原理,制造出实用的传真机,并在法国的巴黎、里昂和马赛等城市之间进行了传真通信实验。可见从发明至今,传真已经有超过150年的历史,但它被推广、普及则是近几十年的事。在这之前,它的发展非常缓慢,这主要是受到使用条件及其本身技术落后等原因的限制。自20世纪70年代开始,世界各国相继在公用电话交换网上开放传真业务,传真才得到广泛的发展。

进入20世纪80年代以来,随着传真机标准化的进程和技术的成熟,传真通信成了发展最快的一种非话业务。概括起来传真从产生到发展经历了以下三个阶段:

(1)基础阶段(1843-1972年)

这一阶段的传真机基本上采用机械式扫描方式,并大部分使用滚筒式扫描。传真机的电路部分是采用模拟技术,分立元件。在传输方面则是采用调幅、调频等低效率的调制技术,且基本上利用专用的有线电路进行低速传输。这时传真的应用范围很窄,主要用于新闻、气象广播等。

(2)发展普及阶段(1972-1980年)

自1969年,特别是1972年以后,由于世界各国相继允许在公用电话交换网上开放传真业务,使传真进入了一个新的历史发展时期。这一时期的传真技术从模拟发展到了数字,机械式扫描由固体化电子扫描取代,低速传输向高速传输发展。以文件传真三类机为代表,它的出现和推广应用改变了人们对传真机的传统看法,加快了传真通信的发展。此外,传真的应用范围也得到了扩大,除用于传送文件、新闻照片、气象图以外,在医疗、印刷、图书管理、情报咨询、金融数据、电子邮政等方面也开始得到应用。

(3)多功能化阶段(1980年以后)

这一阶段的传真机不仅作为通信设备获得了广泛应用,还在办公室自动化系统和电子邮政等方面担任了重要角色,向综合处理的终端过渡。现在,已开始和微型计算机相结合,利用计算机技术来增加传真在信息收集、存储、处理、交换等方面的功能,逐步纳入到综合业务数字网中去。

网上传真业务是宽带网和传统电话传真业务的良好结合。