电视原理数字电视

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字电视,第一节 概述,1,、数字电视概念：,数字电视是将模拟的电视信号变换为数字形式的电视信号（更先进的电视摄像机应直接获取数字电视信号），然后进行传输、处理或进行存储的系统，或还原成图像（可先还原成模拟信号）。,2,、数字电视系统组成框图：,3,、数字电视的优点,(1),数字电视的抗干扰能力强，避免了串台、串音、噪声等影响；,(2),数字电视机稳定可靠，易于调整，便于生产，兼容现有模拟电视机；,(3),数字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口；,(4),利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号处理功能 。,(5),传输效率高。利用有线电视网中的模拟频道可以传送,810,套标准清晰度数字电视节目；,(6),收视效果好，图像清晰度高，音频质量高，满足人们感官的需求。,4,、数字电视实现的关键技术,(1),有效的视频压缩技术和高效的数字调制技术；,(2),采用光纤等宽带传输信道；,(3),数字集成电路的发展,第二节 视频音频信号数字化原理,一、视频信号数字化,1,、,PCM,模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟,/,数字转换编码过程,(,称可为,PCM,调制脉冲编码调制，由,A/D,转换器实现,),，由数字电视信号转换为模拟信号则称,PCM,解调过程（由,D/A,转换器实现）。,(1),、取样：根据取样定理，当信号的最高频率为,f,m,时，应有,f,S,2,f,m,，实际上为了便于,D/A,后利用滤波还原信号，应有,f,S,2.2,f,m,。,(2),、量化，就是把幅值离散化，便于用有限个状态即用有限个二进制数表示一组连续值取样的过程,(3),、编码：,取样、量化后的信号并非是数字信号，必须经过编码这一重要过程。,2,、视频信号的,PCM,编码类型,(1),、全电视信号编码,(,复合信号编码,),由于取样过程是非线性过程（时域相乘），在对对全电视信号采样量化时，取样频率,f,S,的选择，除了要满足取样定理外，要考虑采样后的信号中,f,S,与,f,SC,的差频的影响：当,f,S,3,f,SC,或,f,S,4,f,SC,时，,f,S,与,f,SC,的差频将落在,Y,信号的频谱间隙中。 应使取样点在屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。,(2),、分量编码,分量编码就是对,Y,、,R-Y,、,B-Y,或三个基色分量,R,、,G,、,B,分别编码，进行并行传输或时分复用传输。,选定原则,A,、,f,S,应大于最高频率（,Y,：,5.8,6MHz,，色差,2 MHz,）的,2.2,倍。,B,、为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频,f,H,的整数倍。,C,、,f,S,是,50Hz /625,行、,60Hz/ 525,两类行频的公倍数，以为了便于不同电视制式转换。,D,、亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。,CCIR(,国际无线电咨询委员会,),的分量编码国际标准,对,Y / R-Y/B-Y,的取样频率为,13.5/6.75/6.75MHz,，简称,4:2:2,标准。,低标准：,4:1:1/ 13.5/3.375/3.375MHz,，,2:1:1/ 6.75/3.375/3.375MHz,3,、视频信号,PCM,编码参数,(1),、取样频率,复合信号编码,f,S,(34),f,SC,，,f,SC,为彩色副载频；分量编码中亮度信号,Y,：,f,S,13.5MHz,，色差信号,f,S,6.75MHz,。,(2),、每个取样的量化比特数,n,一般取,8,。,(3),、全数字电视信号的数码率,R,b,复合信号编码：,R,b,f,S,n,分量信号编码：,R,b,f,SY,n,Y,+,f,S(R,-Y),n,R-Y,+,f,S(B,-Y),n,B-Y,f,SY,、,f,S(R,-Y),、,f,S(B,-Y),分别为亮度和色差信号的取样频率。,二、电视伴音信号的编码,伴音取样频率应与图像取样频率保持固定的关系，从同一时钟源得到。,复合信号编码：,f,S,44.1kHz,，,n,16,分量信号编码：,f,S,48kHz,，,n,16,伴音编码的位数要比图像编码的位数多,第三节 模拟电视机中的数字技术及机顶盒,一、数字化彩色电视接收机,所谓数字化彩色电视机是将天线接收到的电视信号，通过调谐器选台变频和图像、伴音中频放大以后，在分别解调取出调制在载波上的全电视信号和音频信号，然后在对全电视信号和伴音信号进行数字化处理，提高显示的图像质量。,二、数字化电视与模拟电视的最大区别,三、数字化技术,1,、视频信号数字处理,2,、音频信号的数字处理,3,、同步偏转系统的数字处理,4,、高频调谐器的遥控选台和多功,能操作,四、机顶盒,1,、机顶盒定义：,(,STB,Set,-Top Box),是以电视机为显示终端的信号接收与处理设备。机顶盒系统可划分为信道解码器和信源解码器两部分，信道解码器又称前端，信源解码器又称后端。,信道解码器：先接收在信道中的传输的射频信号并将其转换为中频信号，然后进行解调和解信道编码、纠错等处理，恢复出传送流给信源解码器；信源解码器先从传送流中选出用户感兴趣的一套节目所包含的打包的数据流，即解复用。,2,、机顶盒信号处理技术：,(1),声像同步：,编码器在视频,PES,包、音频,PES,包和传送流中插入定时信息，以保证解码器声像同步。,(2),传送流解复用,一路传送流由多个,PES,包组成，传送流解复用就是从传送流分离出各路,PES,的过程；即从输入的传送流中过滤出包标识符,PID,的特定值的包，并将其有效内容输出到解码器专用的存储器中。,(3),视频解码：,视频解码输入为视频,PES,包，输出为,4,：,2,：,0,格式的视频,YUV,数据。,(4),解码图像的后处理,将输出的,YUV,数据经过模拟制式编码，转换为了,PAL,制或,NTSC,制的数据格式并经过,D/A,转换后，才能在传统的模拟电视机上显示。,(5),电子解码指南功能,即显示在一段时间内各个频道上播出节目的相关信息，并允许用户从中选择节目进行播放或录制。,第四节 数字图像压缩编码原理和,MPEG,标准,1,、数字压缩的必要性,2,、 图像压缩编码的可能性,(1),图像时间的相关性。视频信号由连续图像组成，相邻图像有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量,;,(2),图像空间的相关性,;,(3),人眼的视觉特性。人眼对原始图像各处失真敏感度不同，对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理，即使这些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼比较敏感的信息，则尽可能减少其失真,;,(4),事件间的统计特性。事件发生的概率越小，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。,3,、 图像压缩编码方法的分类,(1),从信息论角度出发可分为两大类：,冗余度压缩方法，也称无损压缩，信息保持编码或熵编码。就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。,信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。,(2),应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分类为：,无损压缩编码种类,哈夫曼编码 算术编码 行程编码,Lempel,zev,编码,有损压缩编码种类, 预测编码：,DPCM,，运动补偿, 频率域方法：正文变换编码,(,如,DCT),，子带编码, 空间域方法：统计分块编码, 模型方法：分形编码，模型基编码, 基于重要性：滤波，子采样，彩色空间变换，矢量量化,混合编码,H.261,，,JPEG,，,MPEG,等技术标准,(3),衡量一个压缩编码方法优劣的重要指标是：,压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百乃至几千倍；,压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易；,解压缩的图像质量要好。,4,、 压缩编码方法简介,(1),莫尔斯码与信源编码, 莫尔斯码即电报码，其精华之处在于用短码来表示常出现的英文字母，用长码来表示不常出 现的字母，以减小码率。这种方法非常有效，故延用至今。,(2),差值脉冲编码,电视图像基本上是由面积较大的像块,(,如蓝天、大地、服装等,),组成。虽然每个像块的幅值各不相同，但像块内各样值的幅度是相近的或相同的，幅值跃变部分相应于像块的轮廓，只占整幅图像的很小一部分。帧间相同的概率就更大了，静止图像相邻帧间的相应位置的像素完 全一样，这意味着前后像素之差或前后帧间相应位置像素之差为零或差值小的概率大，差值大的概率小。这就是差值编码的基本想法，,(3),预测编码, 不仅利用前后样值的相关性，同时也利用其它行、其它帧的像素的相关性，用更接近当前样值的预测值与当前样值相减，小幅度差值就会增加，总数码率就会减小，这就是预测编码的方法。,(4),哈达玛特变换,(,Hadamard,Transform),这是一种有效地去除噪波的方法，噪波的存在往往容易和小幅度变化的信号相混淆，利用多帧平均的方法，对于静止图像，各帧相同，平均的结果其值不变，对于噪波，多帧平均趋于零 。,(5),离散余弦变换,DCT,是先将整体图像分成,NN,像素块，然后对,NN,像素块逐一进行,DCT,变换。,(6),游程编码,游程长度指的是由字构成的数据流中各个字符连续重复出现而形成字符串的长度。,(7) Huffman,编码,定理：在变字长编码中，如果码字长度严格按照对应符号出现的概率大小逆序排列，则其平均码字长度为最小。,(8),运动估计的运动补偿编码,利用帧间的空间相关性，减小空间冗余度,5,、,JPEG,标准,JPEG,是（,Joint Photographic Experts Group,）联合图像专家小组的英文缩写,.,主要用于计算机静止图像的压缩，在用于活动图像时，其算法仅限于帧内，便于编辑。,6,、,MPEG- 1,和,MPEG-2,标准,MPEG(Moving,Picture Expert Group),意思是“运动图像专家组”,图像序列,(Video Sequence)-,图像组,(Group of Picture)-,图像,(Picture)-,宏块条,(,Silce,)-,宏块,(,Macroblock,)-,块,(Block),。,7,、,MPEG-1,和,MPEG-2,中三种类型图像,三种类型图像，即,I,、,B,、,P,三种,I,帧,(Intra-Frame),是帧内压缩，不使用运动补偿，提供中等的压缩比。由于,I,帧不依赖于其他帧，所以是随机存取的入点，同时是解码中的基准帧。 一个图像组总是以,I,帧开头的。,P,帧,(Predicated-Frame),根据前面的,I,帧或,P,帧进行预测,(,向前预测,),，使用运动补偿算法进行压缩，因而压缩比要比,I,帧高，数据量平均达到,I,帧的,1/3,左右。,P,帧是对前后的,B,帧和后继的,P,帧进行解码的基准帧。,P,帧本身是有误差的，如果,P,帧的前一个基准帧也是,P,帧，就会造成误差传播。,B,帧,(,Bidirectinal,-Frame),是基于内插重建的帧，它基于前后的两个,I,、,P,帧或,P,、,P,帧，使用双向预测。, 码流组成,一个,GOP,由一串,I,、,B,、,P,帧组成，起始为,I,帧,如：,IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI,MPEG-2,系统有以下几个任务：,对音频、视频、数据、控制等基本比特流起系统复用的作用。,提供用于恢复时间基准的时间标志，缓冲器初始化和管理，音频和视频的解码时间，显示时间。,给解码器提供一种信息,(PSI),，使之更容易和更迅速地找到所需节目。,给误差恢复，有条件接入，随机接入，数字存储控制提供支持。,MPEG- 2,视频压缩编码,划分为不同的“,Profile”,和“,Level”(“,类”和“级”,),Main Profile(,主类,),：图像质量合乎一定要求，允许有一定损伤，不具有可分级性；,Simple Profile (,简化类,),：如,Main Profile,相同，不用,B,帧，为了节约,RAM,；,SNR Scalable Profile(,信噪比可选类）：信噪比可分级；,Spatially Scalable Profile,（空间尺寸可选类）：空间分辨率方面也可分级；,High Profile(,高质量类,),：,(,宏块的组成是：,4,个,Y,块,+2,个,Cb,块,+2,个,Cr,块,),；,Low Level(,低级,),：类似,H.261,中的,CIF,格式；,Main Level(,主级,),：相当于普通电视；,High 1440 Level(,高,1440,级,),：大致相当于具有每行,1440,个采样的,HDTV,；,High Level(,高级,),：大致相当于每行,1920,个采样的,HDTV,。,第五节 数字电视制式,一、,DVB,标准,1,、,DVB,标准系统,DVB(Digital,Video Broadcasting),意为数字视频广播。,DVB,是欧洲有,170,多个组织参加的一个项目。它包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。,DVB,S,、,DVB,C,和,DVB,T,，分别用于卫星、电缆电视和地面广播,DVB,各种系统的核心技术是通用的,MPEG,2,视频和音频编码,二、,ATSC,标准,美国于,1987,年成立高级电视顾问委员会（,ACATS,），,20,世纪,90,年代初，在组织有关公司对两种模拟电视系统和四种数字系统深入进行研究和测试后，决定放弃模拟制式，采用全数字电视制式。,该系统未考虑移动接收问题,。,三、,ISDB-T,制式,日本,1998,年才提出,ISDB-T,地面综合业务数字广播标准，,ITU-R,于,2001,年予以批准,该标准采用频带分段传输,正交频分复用（,BST-OFDM,）调制技术，有,2K,、,4K,和,8K,三种载波模式。,四、我国数字地面电视制式,1,、,TiMi,广播科学院提出的,基于多载波,OFDM,技术的地面传输解决方案,2,、,DMB-T,清华大学提出的,DMB-T,方案是基于多载波调制技术,OFDM,的地面传输解决方案。,3,、,ADTB-T,上海交通大学提出的,ADTB-T,方案是基于单载波调制技术的,QAM/OQAM,方案。,