在现今「数字化」的时代，所有的数据、影像、音频等等皆被数字化。但是何谓「数字化」？本文的主题为「数字电视」，那么何谓「数字电视」？简单来说，「数字化」就是把音乐、电视、电话等声光变化产生的「模拟讯号」，转换成「数字讯号」，亦即只有「0」与「1」两个数字组成的「二进制」型式讯号（类似计算机系统中数据处理之讯号）。数字讯号之形成（要经过取样、量化、编码等过程）与处理（如多任务、调变等），都是经由一些繁复的数学理论所导引得来的，在不同应用上，有各种不同的模式，最后发展出各种不同的系统。数字电视地面广播，就是把「电视讯号」转换成「数字讯号」的电视广播系统。（以上节录于台湾数字电视委员会。）

由于数字化电视需要有数字化的影像与音频，那什么是数字影像与音频？不论是何种数字广播系统，基本上都以MPEG-2 Transport Stream（TS）为其传输的内容。在本文中，将对MPEG-2 Transport Stream做一概略介绍，及MPEG-2 TS与DVB相关的Table信息。

影像数字化的处理

首先，先利用(图一)、(图二)来了解何谓影像的「数字化」。图一为一传统模拟式的摄影机，经过后段的A/D转换（模拟转数字），将R、G、B讯号转成270Mbps ITU-BT.R 601（or CCIR601）格式的讯号。音频的部分也是经过一个A/D转换（模拟转数字）模块来数字化左右声道所接收到的声音，为1.5Mbps AES/EBU（Audio Engineering Society/European Broadcasting Union）格式的讯号。

影像及音频数字化后的好处是可针对这些数字化后的数据作处理，例如：去除噪声或是加入特效。因为模拟讯号在经过传输处理过程中，会累积许多「噪声」并且难以去除，而「数字讯号」可以把这些「噪声」去除，维持原有讯号 「质量」与「干净」。另外数字化讯号还可以「压缩」，使传送信息量加大，增加频道的使用率，譬如：一个模拟电视频道只能播送一个节目（SDTV），而一个数字电视频道却可播送三、四个（SDTV）或更多节目，更可传输更高质量的HDTV格式的影像或是杜比的AC3音效（主要应用在美规ATSC系统）。

不论是ITU-BT.R 601或是AES/EBU，其数据码率（Data Rate）太大，并不适合应用在传输上，因此MPEG规格应运而生。MPEG为Motion Picture Expert Group的缩写。如(图三)中的Digital House，当自身进入了标示MPEG的房间时，会发现到由ITU-BT.R 601及AES/EBU标准而来的影像与声音的数据码率远大于现有电视系统所规划的6/7/8MHz带宽所能负担（现行我国分配的频道为6MHz带宽），因此在Digital House的第一个房间，便利用了ISO/IEC13818 Video Coding（影像编码）的技术，可将270Mbps压缩到3Mbps～5Mbps，并且保留了影像原有的质量。（DVD能够提供高画质的影像，也是由于使用了MPEG2的压缩技术）声音的部分则是利用ISO/IEC 13818-3 Audio Coding（声音编码）的技术来做压缩。以台湾现有的频道规划（6MHz），可以提供三倍之于过去可提供的频道数。

《图一 传统模拟式摄影机，经过模拟转数字化之过程图》

《图二 音频经过模拟转数字化之过程图》

6MHz的带宽以及加上影像、声音的数字化与压缩，每个6MHz带宽可提供三个SDTV（标准电视）的节目。另一个声音压缩技术Dolby AC-3目前为美规ATSC所采用的声音编码规格，未来欧规的DVB系统也考虑加入此一声音压缩标准。在Digital House的另一间房间中，为发射机（Transmitter）房。压缩后的影像与声音经由DVB-S/C/T或是ATSC的调变方式，传播到收视户。不论是何种数字电视传播系统，皆以MPEG-2作为压缩影像及声音的标准规格。本文仅针对MPEG-2 Transport Stream做介绍，因此仅简单介绍到此。

DVD所储存的高画质影像，也是由于使用了MPEG2的压缩技术；声音的部分，更是采用了Dolby AC-3 5.1声道模式的技术。

《图三 Digital House内部结构》

经过压缩后的影像与声音称为Elementary Stream（Video ES and Audio ES；ES）。为了方便储存于储存媒体上（如DVD光盘片），可将Elementary Stream切成很多的封包（Packets），称Packetized Elementary Stream（Video PES and Audio PES；PES） 。又经由多任务器（Multiplexer）产生Transport Stream（Video TS and Audio TS；TS），并且额外加入Information Packet（Tables） 提供如EPG（Electronic Program Guide；电子节目选单）等的讯息服务。一个Transport Stream可包含有多少节目？端看传输路径可提供的数据传输率（Mbps）。以我国为例，6MHz的带宽可以传输一个含有三个SDTV节目的TS。

《图四 MPEG-2 Transport Stream Multiplexer（多任务器）示意图》

＜MUX表示Multiplexer；PES表示Packetized Element Stream；STC表示System Time Clock；PSI表示Program Specific Information；PCR表示 Program Clock Reference。＞

(图四)为MPEG-2 Transport Stream Multiplexer（多任务器）的示意图。由图中可发现不论是Video/Audio或是DATA的PES皆可经由MUX的处理成为一个TS（Transport Stream）；亦可利用MUX将多个TS和成为单一的TS。图四中，最后TS是输出至DVB的调变器，但是美规的ATSC也是利用相同的概念来MUX多个PES成为一个TS，差别仅在于PSI的部分。TS中的PSI封包（Program Specific Information）与SI封包（Service Information）提供了DVB（或ATSC）的解多任务器（De-multiplexer）在进行「解多任务」时所需的信息。一个TS可载送的节目数据传输率为4Mbps to 7Mbps（Max. 15Mbps），其中包含了影像、声音、数据及PSI/SI Table：

《表一 影像、声音、数据、PSI/SI Table传输速率》

目前而言，在DVB-C/S/T的传输上，较常应用的数据传输率如(表二)所示：

《表二 DVB-C/S/T的传输上，较常应用的数据传输率》

在传输路径上，由于数据传输率会根据所采用的传播路径（Cable，Satellite or Terrestrial）及调变机制而有所不同，因此所能传送的节目数目会受限，或是必须采用影像压缩率较高的ES及PES。

《图五 MPEG-2译码器（Decoder）全程译码流程图》

MPEG-2译码器（Decoder）全程译码流程

TS Synchronization：当TS进入Decoder后，首先要先同步，Sync Byte为「0x47」。Read-out of TS Content：PAT（Program Association Table）与PMT（Program Map Table）的内容提供MPEG 2 Decoder在对此TS译码时所需的信息。PAT载有所有PMT的PID（Packet Identifier）码。PMT的数目等同于在此一TS中所拥有的节目数。

PMT的封包中，则载有与此一节目有关的Video TS，Audio TS及DATA三种TS的PID。因此，MPEG-2 Decoder需要利用PAT及PMT来Decode。将此TS中与想观赏的节目相关PID所指到的封包取出，等候Decoding。假设有额外对TS做锁码，在Decoding前需将此一额外的锁码（Conditional Access）做译码。

根据MPEG-2 Encoder编码时的参数来做同步。相关的封包为：PCR（Program Clock Reference）；PTS（Program Time Stamp）；DTS（Decoding Time Stamp）。

若在信号源头端（Head End）系统业者有在TS加入额外的信息（如跑马灯、额外的节目讯息），此时Decoder便须译码SI（Service Information）Table中所载有的内容。

结语

MPEG-2技术的问世，使得透过地面广播系统（DVB-T）来传播高画质影片的理想得以实现。未来更可能透过既有的电视频道播放HDTV影像及AC-3格式的音效，提供用户更高质量的影音享受。数字有线电视系统（DVB-C）更可利用既有的同轴电缆线路回传信息到头端，达到「互动电视」（Interactive Television；I-TV）的理想，提供前所未有的「互动」感受。（作者为台湾罗德史瓦兹系统工程师）