在現今「數位化」的時代，所有的資料、影像、音訊等等皆被數位化。但是何謂「數位化」？本文的主題為「數位電視」，那麼何謂「數位電視」？簡單來說，「數位化」就是把音樂、電視、電話等聲光變化產生的「類比訊號」，轉換成「數位訊號」，亦即只有「0」與「1」兩個數字組成的「二進位」型式訊號（類似電腦系統中資料處理之訊號）。數位訊號之形成（要經過取樣、量化、編碼等過程）與處理（如多工、調變等），都是經由一些繁複的數學理論所導引得來的，在不同應用上，有各種不同的模式，最後發展出各種不同的系統。數位電視地面廣播，就是把「電視訊號」轉換成「數位訊號」的電視廣播系統。（以上節錄於台灣數位電視委員會。）

由於數位化電視需要有數位化的影像與音訊，那什麼是數位影像與音訊？不論是何種數位廣播系統，基本上都以MPEG-2 Transport Stream（TS）為其傳輸的內容。在本文中，將對MPEG-2 Transport Stream做一概略介紹，及MPEG-2 TS與DVB相關的Table資訊。

影像數位化的處理

首先，先利用(圖一)、(圖二)來瞭解何謂影像的「數位化」。圖一為一傳統類比式的攝影機，經過後段的A/D轉換（類比轉數位），將R、G、B訊號轉成270Mbps ITU-BT.R 601（or CCIR601）格式的訊號。音訊的部分也是經過一個A/D轉換（類比轉數位）模組來數位化左右聲道所接收到的聲音，為1.5Mbps AES/EBU（Audio Engineering Society/European Broadcasting Union）格式的訊號。

影像及音訊數位化後的好處是可針對這些數位化後的資料作處理，例如：去除雜訊或是加入特效。因為類比訊號在經過傳輸處理過程中，會累積許多「雜訊」並且難以去除，而「數位訊號」可以把這些「雜訊」去除，維持原有訊號 「品質」與「乾淨」。 另外數位化訊號還可以「壓縮」，使傳送資訊量加大，增加頻道的使用率，譬如：一個類比電視頻道只能播送一個節目（SDTV），而一個數位電視頻道卻可播送三、四個（SDTV）或更多節目，更可傳輸更高品質的HDTV格式的影像或是杜比的AC3音效（主要應用在美規ATSC系統）。

不論是ITU-BT.R 601或是AES/EBU，其資料碼率（Data Rate）太大，並不適合應用在傳輸上，因此MPEG規格應運而生。MPEG為Motion Picture Expert Group的縮寫。如(圖三)中的Digital House，當自身進入了標示MPEG的房間時，會發現到由ITU-BT.R 601及AES/EBU標準而來的影像與聲音的資料碼率遠大於現有電視系統所規劃的6/7/8MHz頻寬所能負擔（現行我國分配的頻道為6MHz頻寬），因此在Digital House的第一個房間，便利用了ISO/IEC13818 Video Coding（影像編碼）的技術，可將270Mbps壓縮到3Mbps～5Mbps，並且保留了影像原有的品質。（DVD能夠提供高畫質的影像，也是由於使用了MPEG2的壓縮技術）聲音的部分則是利用ISO/IEC 13818-3 Audio Coding（聲音編碼）的技術來做壓縮。以台灣現有的頻道規劃（6MHz），可以提供三倍之於過去可提供的頻道數。

《圖一　傳統類比式攝影機，經過類比轉數位化之過程圖》

《圖二　音訊經過類比轉數位化之過程圖》

6MHz的頻寬以及加上影像、聲音的數位化與壓縮，每個6MHz頻寬可提供三個SDTV（標準電視）的節目。另一個聲音壓縮技術Dolby AC-3目前為美規ATSC所採用的聲音編碼規格，未來歐規的DVB系統也考慮加入此一聲音壓縮標準。在Digital House的另一間房間中，為發射機（Transmitter）房。壓縮後的影像與聲音經由DVB-S/C/T或是ATSC的調變方式，傳播到收視戶。不論是何種數位電視傳播系統，皆以MPEG-2作為壓縮影像及聲音的標準規格。本文僅針對MPEG-2 Transport Stream做介紹，因此僅簡單介紹到此。

DVD所儲存的高畫質影像，也是由於使用了MPEG2的壓縮技術；聲音的部分，更是採用了Dolby AC-3 5.1聲道模式的技術。

《圖三　Digital House內部結構》

經過壓縮後的影像與聲音稱為Elementary Stream（Video ES and Audio ES；ES）。為了方便儲存於儲存媒體上（如DVD光碟片），可將Elementary Stream切成很多的封包（Packets），稱Packetized Elementary Stream（Video PES and Audio PES；PES） 。又經由多工器（Multiplexer）產生Transport Stream（Video TS and Audio TS；TS），並且額外加入Information Packet（Tables） 提供如EPG（Electronic Program Guide；電子節目選單）等的訊息服務。一個Transport Stream可包含有多少節目？端看傳輸路徑可提供的資料傳輸率（Mbps）。以我國為例，6MHz的頻寬可以傳輸一個含有三個SDTV節目的TS。

《圖四　MPEG-2 Transport Stream Multiplexer（多工器）示意圖》

＜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。＞

(圖四)為MPEG-2 Transport Stream Multiplexer（多工器）的示意圖。由圖中可發現不論是Video/Audio或是DATA的PES皆可經由MUX的處理成為一個TS（Transport Stream）；亦可利用MUX將多個TS和成為單一的TS。圖四中，最後TS是輸出至DVB的調變器，但是美規的ATSC也是利用相同的概念來MUX多個PES成為一個TS，差別僅在於PSI的部分。TS中的PSI封包（Program Specific Information）與SI封包（Service Information）提供了DVB（或ATSC）的解多工器（De-multiplexer）在進行「解多工」時所需的資訊。一個TS可載送的節目資料傳輸率為4Mbps to 7Mbps（Max. 15Mbps），其中包含了影像、聲音、資料及PSI/SI Table：

《表一　影像、聲音、資料、PSI/SI Table傳輸速率》

目前而言，在DVB-C/S/T的傳輸上，較常應用的資料傳輸率如(表二)所示：

《表二　DVB-C/S/T的傳輸上，較常應用的資料傳輸率》

在傳輸路徑上，由於資料傳輸率會根據所採用的傳播路徑（Cable，Satellite or Terrestrial）及調變機制而有所不同，因此所能傳送的節目數目會受限，或是必須採用影像壓縮率較高的ES及PES。

《圖五　MPEG-2解碼器（Decoder）全程解碼流程圖》

MPEG-2解碼器（Decoder）全程解碼流程

TS Synchronization：當TS進入Decoder後，首先要先同步，Sync Byte為「0x47」。Read-out of TS Content：PAT（Program Association Table）與PMT（Program Map Table）的內容提供MPEG 2 Decoder在對此TS解碼時所需的資訊。PAT載有所有PMT的PID（Packet Identifier）碼。PMT的數目等同於在此一TS中所擁有的節目數。

PMT的封包中，則載有與此一節目有關的Video TS，Audio TS及DATA三種TS的PID。因此，MPEG-2 Decoder需要利用PAT及PMT來Decode。將此TS中與想觀賞的節目相關PID所指到的封包取出，等候Decoding。假設有額外對TS做鎖碼，在Decoding前需將此一額外的鎖碼（Conditional Access）做解碼。

根據MPEG-2 Encoder編碼時的參數來做同步。相關的封包為：PCR（Program Clock Reference）；PTS（Program Time Stamp）；DTS（Decoding Time Stamp）。

若在信號源頭端（Head End）系統業者有在TS加入額外的資訊（如跑馬燈、額外的節目訊息），此時Decoder便須解碼SI（Service Information）Table中所載有的內容。

結語

MPEG-2技術的問世，使得透過地面廣播系統（DVB-T）來傳播高畫質影片的理想得以實現。未來更可能透過既有的電視頻道播放HDTV影像及AC-3格式的音效，提供使用者更高品質的影音享受。數位有線電視系統（DVB-C）更可利用既有的同軸電纜線路回傳資訊到頭端，達到「互動電視」（Interactive Television；I-TV）的理想，提供前所未有的「互動」感受。（作者為台灣羅德史瓦茲系統工程師）