数字电视演播室基本参数

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,*,第二章 数字电视演播室基本参数,一、模拟信号的数字化,模拟信号,取样量化编码,数字信号,模拟信号：在时间和幅度上都连续的信号,数字信号：在时间和幅度上都离散的信号,模拟信号,t,数字信号,1 1 1 0 1 1,t,1、取样,取样：将时间轴上连续的信号每隔一定的时间间隔抽取出一个信号的幅度样本，使其成为时间上离散的脉冲序列。其中，样本之间的时间间隔称为取样周期（,Ts,），其倒数称为取样频率（,fs,）,取样过程相当于用一个电子开关对模拟信号进行控制。开关闭合时，该时刻的信号得以输出，于是就得到了该时刻的信号幅度值。开关每隔Ts闭合一次，这样就得到了间隔为Ts的取样脉冲序列，该序列在时间上已经离散化，但幅度仍然是连续变化的,取样信号的频谱,取样造成信号频谱的周期延拓。取样之后的频谱相当于原信号频谱以取样频率（fs）为周期所进行的周期延拓。,取样定理,要想取样后能够不失真地恢复出原信号，则取样频率必须大于信号最高频率的二倍。即fs 2fm,取样信号的恢复,用截止频率为fs/2的低通滤波器可恢复原始信号的频谱,2、量化,量化：,在幅度轴上将连续变化的幅度值用有限个量化电平（量化等级）表示，即将幅度离散化。相邻两个量化电平之间的间隔称为量化间隔。,量化比特数：,量化等级通常用二进制的位数n表示，称为量化比特数。n与十进制的量化等级数M之间的关系为：,量化过程,n=log,2,M,量化噪声：,由于量化过程是将连续变化的信号电平归并到有限个量化等级上，得到的数值是原幅值的近似值，因此会引入量化误差。量化误差对信号的影响类似于噪声，因此称为量化噪声。,量化比特数越多，即量化间隔越细，量化噪声越小,3、编码,编码：,将已量化的信号幅值用二进制或多进制数码表示。二进制数码中的每一位为一个比特（bit）。,常用的二进制编码方式有自然二进制码、格雷码、折叠二进制码等。,编 码,十进制数,自然二进制码,格雷码,折叠二进制码,0,000,000,011,1,001,001,010,2,010,011,001,3,011,010,000,4,100,110,100,5,101,111,101,6,110,101,110,7,111,100,111,二、数字电视信号的产生,复合编码方式,模拟电视信号,取样量化编码,数字电视信号,分量编码方式,1、复合编码方式,（1）取样,取样结构：,取样点在画面上相对于空间和时间的分布规律。,固定正交取样结构：,每一行的取样点正好处于前一场和前一行取样点的正下方，而且与前一帧的样点重合。,f,s,nf,H,固定正交取样结构,复合编码：将彩色复合电视信号作为一个整体进行取样、量化和编码,固定正交取样结构,奇数行,偶数行,奇数行样点,偶数行样点,取样频率,fs,的选择：,fs,=2.2 fm,fs,n,fsc,fs,n,f,H,fs,4,fsc,17.72MHz,每行取样点数为,1135,（2）量化,为了保证量化后的信号具有足够的信噪比，应尽量减小量化误差，即增加量化比特数。但量化比特数增加会导致数码率增加，给信号处理和传输带来困难。,如果要保证实际图像的量化信噪比大于,50dB,，则量化比特数不应少于8比特，即量化级数不少于,256,级。,电视系统采用的量化比特数为8或10比特。,（3）编码,将量化后的取样值用一组二进制码表示,2、分量编码方式,（1）取样,分量编码：对亮度信号和两个色差信号分别进行取样、量化和编码。,4,：,2,：,2,取样结构,Y,的取样频率：,13.5MHz,（是,625/50,及,525/60,系统行频的整数倍）,R-Y/B-Y,的取样频率：,6.75MHz,固定正交取样结构,4：2：2 分量取样结构,4,：,4,：,4,取样结构,R/G/B 的取样频率均为：13.5MHz,或Y/C,R,/C,B,的取样频率均为：13.5MHz,固定正交取样结构,4：4：4 分量取样结构,4,：,1,：,1,取样结构,Y,的取样频率为：,13.5MHz,R-Y/B-Y,的取样频率为：,3.375MHz,固定正交取样结构,4：1：1 分量取样结构,4,：,2,：,0,取样结构,Y,的取样频率：,13.5MHz,R-Y/B-Y,的取样频率：,6.75MHz,R-Y/B-Y,每两行取一行,固定正交取样结构,4：2：0 分量取样结构,取样参数,4：4：4,4：2：2,4：2：0,4：1：1,取样频率,（MHz）,Y,R,13.5,13.5,13.5,13.5,R-Y,G,13.5,6.75,6.75,3.375,B-Y,B,13.5,6.75,6.75,3.375,每帧有效,行数,Y,R,576,576,576,576,R-Y,G,576,576,288,576,B-Y,B,576,576,288,576,每行有效,象素数,Y,R,720,720,720,720,R-Y,G,720,360,360,180,B-Y,B,720,360,360,180,（2）量化与编码,量化比特数：8比特（或10比特）。,量化级数：256（或1024）,在量化之前，为了将三个分量归一化到相同的动态范围，需要对红色差信号R-Y和蓝色差信号B-Y进行压缩,归一化后,Y：01,C,R,：0.50.5,C,B,：0.50.5,1.000,0.922,0.063,0.000,255,235,16,0,11111111,11101011,00010000,00000000,Y,1.000,0.941,0.000,0.502,0.063,C,R,255,240,16,0,128,11111111,11110000,10000000,00010000,00000000,C,B,1.000,0.941,0.000,0.502,0.063,255,240,16,0,128,11111111,11110000,10000000,00010000,00000000,（3）数字有效行,数字有效行相当于模拟电视信号的行正程，但时基上略有不同，,如图所示,。,O,H,为每行开始的第一个取样点的位置，也是模拟电视信号行同步开始的位置。数字有效行由133852之间的720个样值组成。,3、SDTV演播室参数（,CCIR 601,）,参数,625/50 扫描格式,编码信号,Y，C,R,，C,B,取样结构,固定正交，C,R,，C,B,取样点位置与Y的奇数取样点位置重合,取样频率：Y,C,R,，C,B,13.5MHz,6.75MHz,取样点数/行：Y,C,R,，C,B,864,432,取样点数/数字有效行：Y,C,R,，C,B,720,360,编码方式,均匀量化，8bit、10bit,PCM编码,视频信号电平与量化等级之间的对应关系（8bit）,量化等级范围：,0255,Y,共220个量化等级，,消隐电平：16，峰值白电平：235,C,R,，C,B,共225个量化等级，,0电平：128，,最大正电平：240,最大负电平：16,O,H,模拟行同步前沿1/2幅值处基准点,三、数字高清晰度电视,1、HDTV,的发展历史及现状,模拟,HDTV,系统,数字,HDTV,系统,MUSE,制,HD-MAC,制,ATSC,标准,DVB,标准,ISDB,方案,国内情况,2、,HDTV,系统的定义,高清晰度电视系统应能使观看者在图像高度的大约3倍距离处观看图像细节时，能达到或接近具有正常视觉锐度的观看者观看原始景物的感觉。,也就是说，,HDTV,系统在垂直和水平方向上的分解力都应比,SDTV,系统提高一倍。,另外，,HDTV,在图像色彩、声音等方面也都有明显的改善。,3、,HDTV,系统的技术参数选择,扫描行数,为了使垂直分解力增加一倍，,HDTV,系统的每帧图像行数不应少于,1000,行。,ITU-R BT.709,建议书中曾给出两种扫描行数，即,1125,行,/,帧和,1250,行,/,帧。,b.每行取样点数,水平分解力也应增加一倍。,ITU-R BT.709,建议书中给出的每行取样点数为,2200,和,2304,，其中每行有效样点数为,1920,。,c.画面宽高比,根据双眼的视场清晰范围，,HDTV,画面宽高比应象宽银幕电影那样在（,1.661.85,）：1的范围内，目前已公认为,16:9,d.像素形状,如果像素在水平和垂直方向上的大小是相同的，则称为方形像素。,HDTV,系统采用方形像素有利于实现与计算机系统的互操作性。,ITU-R BT.709,建议书中专门规定了方形像素的帧格式，即每帧有效行数为,1080,，每行有效样点数为,1920,。,4、,我国,HDTV,演播室标准的基本参数,参数,数值,1,图像扫描顺序,从左到右，从上到下,隔行时，第一场的第一行在第二场的第一行之上,2,隔行比,2：1（隔行）,3,帧频（Hz）,25,4,行频（Hz）,28125,5,宽高比,16：9,6,像素形状,方形（1：1）,7,每帧总行数,1125,8,每帧有效行数,1080,（1080i）,9,每行总取样点数,R、G、B、Y,2640,C,R-Y,、C,B-Y,1320,10,每行有效取样点数,R、G、B、Y,1920,C,R-Y,、C,B-Y,960,11,取样频率(MHz),R、G、B、Y,74.25,C,R-Y,、C,B-Y,37.125,12,取样结构,固定正交,13,模拟信号标称带宽（MHz）,30,14,量化电平,10比特编码,8比特编码,R、G、B、Y黑电平,64,16,C,R-Y,、C,B-Y,消色电平,512,128,R、G、B、Y 标称峰值电平,940,235,C,R-Y,、C,B-Y,标称峰值电平,64和860,16和240,15,量化电平分配,10比特编码,8比特编码,视频数据,41019,1254,同步基准,03 和10201023,0 和 255,24p,参数,数值,1,每帧总行数,1125,2,隔行比,1：1（逐行）,3,帧频（Hz）,24,4,行频（Hz）,27000,5,宽高比,16：9,6,像素形状,方形（1：1）,7,每帧总行数,1125,8,每帧有效行数,1080,9,每行总取样点数,R、G、B、Y,2750,C,R-Y,、C,B-Y,1375,10,每行有效取样点数,R、G、B、Y,1920,C,R-Y,、C,B-Y,960,11,取样频率(MHz),R、G、B、Y,74.25,C,R-Y,、C,B-Y,37.125,12,取样结构,固定正交,13,模拟信号标称带宽（MHz）,30,数码率：系统在单位时间内传送的数据量,实时传输情况下：,数码率,fs,量化比特数,复合编码、8比特量化时：,数码率,17.72（MHz）8（bit）141.76Mbps,10比特量化时：,数码率,17.72（MHz）10（bit）177.2Mbps,四、数字电视信号的数码率,1、复合编码方式,2、分量编码方式（4：2：2,）,SDTV,系统,10bit,量化时：,亮度信号数码率,13.5（MHz）10（bit）,135 Mbps,色差信号数码率2,6.75（MHz）10（bit）,135 Mbps,总数码率,135,135,270 Mbps,8,比特量化时：,总数码率,108,108,216 Mbps,有效数码率：单位时间内传输的与视频信号有关的数据量。,有效数码率每行有效样点数,每帧有效行数,量化比特数帧频,4：2：2 分量信号的有效数码率,10bit量化时：,720,576,10,25,360,576,10,25,2,207.360,Mbps,8 bit 量化时：165.888,Mbps,HDTV,系统,10bit,量化时：,亮度信号数码率,74.25（MHz）10（bit）,742.5 Mbps,色差信号数码率2,37.125（MHz）10（bit）,742.5,Mbps,总数码率,742.5,742.5,1485 Mbps,8,比特量化时：,总数码率,594,594,1188