数字电视原理-第3章 电视信号的数字化

*,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,数字电视原理,第,3,章 电视信号的数字化,3.1,信号的数字化,3.2,音频信号的数字化,3.3,视频信号的数字化,3.1,信号的数字化,采样,采样是指用每隔一定时间（或空间）间隔的信号样本值序列代替原来在时间（或空间）上连续的信号，也就是在时间（或空间）上将模拟信号离散化。,3.1,信号的数字化,量化,量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量、有一定间隔的离散值。,3.1,信号的数字化,编码,编码则是按照一定的规律，把量化后的离散值用二进制数字表示，以进行传输或记录。,3.2,音频信号的数字化,声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的高低体现在声音的频率上。因而，声音信号的两个基本参数是频率和幅度。,3.2,音频信号的数字化,声波信号按频率划分：,频率小于,20Hz,的信号称为,亚音,(,Subsonic,),信号,，或称为,次音信号,频率高于,20kHz,的信号，称为,超声波,(,Ultrasonic,),信号,频率在,20Hz20kHz,之间的声波是人耳可以听到的声音，称之为,音频,(,audio,),信号,人的发音器官发出的声音频率约在,80Hz 3400Hz,之间，但人说话的信号频率通常在,300Hz3400Hz,之间，人们把这种频率范围的信号称为,语（话）音信号,(,speech,，,voice,),3.2,音频信号的数字化,采样频率,经常使用的采样频率有,11.025kHz,、,22.05kHz,、,32kHz,、,44.lkHz,和,48kHz,等。采样频率越高，声音失真越小、音频数据量越大。,人耳听觉的频率上限在,20kHz,左右，为了保证声音不失真，采样频率应大于,40kHz,。,3.2,音频信号的数字化,量化比特数,经常采用的量化比特数有,8bit,、,12bit,和,16bit,。量化比特数越多，音质越好，数据量也越大。,人耳的听觉能感觉极微小的声音失真而且又能接受极大的动态范围。由于这个特点，所以对音频信号进行数字化所用的量化比特数比起视频信号来要多。,3.2,音频信号的数字化,声道数,记录声音时，如果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生成二个声波数据，称为立体声（双声道），立体声更能反映人的听觉感受。,3.2,音频信号的数字化,音频数字化的采样频率和量化精度越高，音质越好，恢复出的声音越接近原始声音，但记录数字声音所需存储空间也随之增加。可以用下面的公式估算声音数字化后每秒所需的存储量（假定不经压缩）：,存储量,=(,采样频率,量化比特数,声道数,)/8,其中，存储量的单位为,B,（字节）,3.2,音频信号的数字化,质量,等级,采样频率,/kHz,量化,精度,/bit,声道数,数码率（未压缩）,/,kbit/s,频带,/Hz,电话,话音,8,8,单声道,64,2003400,AM,11.025,8,单声道,88.2,507000,FM,22.05,16,双声道,705.6,2015000,CD,44.1,16,双声道,1411.2,2020000,DAT,48,16,双声道,1536,2020000,3.3,视频信号的数字化,在时间轴上,(t,轴,),分为,一系列离散的帧,每帧图像在垂直方向,(y,轴,),上离散为,一条一条的扫描行,每行在水平方向,(x,轴,),上采样，得到,一个一个像素。,3.3,视频信号的数字化,对彩色电视信号的数字化处理主要有,分量数字编码,和,复合数字编码,两种方式。,复合数字编码,是将彩色全电视信号直接进行数字化，编码成,PCM,形式。,分量数字编码,方式是分别对亮度信号,Y,和两色差信号,B-Y,、,R-Y,分别进行,PCM,编码。,3.3,视频信号的数字化,分量数字编码优点：,避免了复合数字编码时因反复解码所引起的质量损伤和器件的浪费，而且编码几乎与电视制式无关,后期制作的处理方便,时分复用方式，不会像复合数字编码那样因频分复用带来亮、色串扰，可获得高质量的图像,亮度信号和色度信号的带宽根据需要取不同,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,分量数字编码采样频率的确定,亮度信号的采样频率,各国主观测试亮度信号带宽,f,m,5.86MHz,为保证足够小的混叠噪声，采样频率,f,s,应取,（,2.2 2.7,）,f,m,。,采样频率,f,s,至少应等于,12.76 13.2MHz,采用每帧固定的正交采样结构，有利于行间、场间和帧间的信号处理。因此，应使,f,s,满足,f,s,m,f,H,的关系,为了使,625,行,/,50,场及,525,行,/,60,场这两种扫描制式实现行兼容应采用同一采样频率,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,亮度信号的采样频率,625,行,/,50,场扫描制式行频,(,15625Hz,),525,行,/,60,场扫描制式行频,(,4.5MHz/286,),亮度信号的采样频率为,13.5MHz,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,色差信号的采样频率,主观测试,色度信号的带宽应选为,2.8MHz,，,若色差信号采样频率为,6 7 MHz,时能满足色键处理等对图像质量的较高要求,为保证足够小的混叠噪声,采样频率为行频的整数倍,为了使,625,行,/,50,场及,525,行,/,60,场这两种扫描制式实现行兼容,色差信号的采样频率为,6.75MHz,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,采样结构,a)420 b)422 c)444,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,量化比特数的确定和量化级的分配,量化比特数,量化比特数是指要区分所有量化级所需的二进制码位数。其大小直接影响到数字图像的质量，每增加或减少,1bit,，就使量化信噪比增加或减少,6dB,。,CCIR601,建议中，规定对亮度和色差信号都采用,8 bit,的均匀量化。,8 bit,的量化精度在某些场合是不够的，在后来的数字演播室中又扩展到,10 bit,的量化。,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,量化比特数的确定和量化级的分配,亮度信号的量化级分配,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,量化比特数的确定和量化级的分配,色差信号的量化级分配,为了使色差信号电平的动态范围控制在,0.5,0.5,之内：,3.3.1,电视信号分量数字编码参数的确定,量化比特数的确定和量化级的分配,色差信号的量化级分配,3.3.2 ITU-R BT.601,建议,1982,年,2,月，在,CCIR,第,15,次全会上，在通过的,CCIR 601,建议建议中，确定了以分量数字编码,422,标准作为演播室彩色电视信号数字编码的国际标准。该建议考虑到现行的多种彩色电视制式，提出了一种世界范围兼容的数字编码方式，是向数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出的第一步。,3.3.2 ITU-R BT.601,建议,参数,625,行,/50,场,525,行,/60,场,有效扫描行数,576,480,编码信号,Y,，,C,B,，,C,R,每行样点数,亮度信号,864,858,色差信号,432,429,每行有效样点数,亮度信号,720,色差信号,360,采样结构,正交，按行、场、帧重复，每行中的,C,R,，,C,B,的样点同位置，并与每行第奇数个（,1,，,3,，,5,，,）亮度的样点同位置,采样频率,/MHz,亮度信号,13.5,色差信号,6.75,编码方式,对亮度信号和色差信号都进行均匀量化，每个样值为,8bit,量化,量化级,亮度信号,共,220,个量化级，消隐电平对应于第,16,量化级，峰值白电平对应于第,235,量化级,色差信号,共,225,个量化级（,16240,），色差信号的零电平对应于第,128,量化级,同步,第,0,级和第,255,级保留,作业,P69,6,请画图示意说明,444,、,422,、,420,采样格式。,