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,电视技术与数字电视,第六章数字电视与高清晰度电视,第六章数字电视与高清晰度电视,数字电视概述,电视信号的数字处理,6.4,6.1,电视信号的编码,6.2,频带压缩编码,6.3,数字电视机原理介绍,6.5,高清晰度电视,6.6,1、HDTV有哪几种显示格式？2、数字电视按清晰度是如何分类的？,HDTV(HighDefinitionTelevision)，高清晰度电视。720p、1080i、1080p，屏幕纵横比为16:9，音频输出为5.1声道(杜比数字格式)。EDTV(EnhancedDefinitionTelevision)，增强清晰度电视。要求电视至少具备480线逐行(480p)扫描，音频输出为杜比数字格式。852480SDTV(StandardDefinitionTelevision)，标准清晰度电视。要求电视至少具备480线隔行(480i)扫描。720576或720480PDTV(PopularDigitalTelevision)，普及型数字电视。只相当于或稍低于目前的模拟电视，水平清晰度在300线上下。352288或352240,720P(1280720，逐行),1080i(19201080，隔行),1080P(19201080，逐行),复习,仅回顾自复习可略,3.现行地面数字电视广播制式有哪些？,四种地面数字电视广播制式：ATSC、DVB-T、ISDB-T和中国的DTTB标准另外：有线数字电视传输系统：DVB-C，欧洲，中国，世界标准卫星数字电视传输系统：DVB-S，欧洲，中国,复习,仅回顾自复习可略,4、给定条件下的全电视信号编码的数据率和每一帧的数据量分别是多少？,对PAL制，若fS4fSC、n=8(8位A/D转换)时，总数据速率约为：44.438=141.76Mb/s由此可见，数字图像信号的数据速率是很高的。每一帧的数据量为:141.76Mb/s0.04s=5.67Mb或为708.8kB。,复习,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。则未经压缩时的码率为：Y13.5MHz8bit=108Mb/sU6.75MHz8bit=54Mb/sV6.75MHz8bit=54Mb/s合计=216Mb/s低标准：4:1:113.5/3.375/3.375MHz，2:1:16.75/3.375/3.375MHz。,5、采用分量编码时，若给定取样频率如何计算数据速率和每帧的数据量？,复习,第六章数字电视与高清晰度电视,数字电视概述,电视信号的数字处理,6.4,6.1,电视信号的编码,6.2,频带压缩编码,6.3,数字电视机原理介绍,6.5,高清晰度电视,6.6,复习,图像数据压缩基理来自两个方面：(1)图像信号中存在大量冗余度可供压缩，并且这种冗余度在解码后还可无失真地恢复。其中包括：空间冗余：相邻象素/行变化小时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性来自被编码信号概率密度分布的不均匀(2)利用人的视觉特性，在不被主观视觉察觉的容限内，通过减少表示信号的精度，以一定的客观失真换取数据压缩。,结构方面的冗余,统计方面的冗余,1、图像数据压缩机理是什么？,复习,(1)无损压缩方法仅仅删除图像数据中的冗余信息，回放压缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。通常无损压缩编码方式的压缩比不超过1:4。例如：基于统计概率的方法和基于词典的方法。(2)有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图像，而将有选择地损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。例如：预测编码、变换编码等。,2、压缩编码是如何分类的？,复习,仅回顾自复习可略,3、差分脉码调制的原理是什么？,在预测编码时，不直接传送图像样值本身，而是对实际样值与它的一个预测值间的差值进行编码、传送。如果这一差值-预测误差被量化后再编码，这种预测编码方式叫差分脉码调制(DPCM)。,复习,仅回顾自复习可略,(1)帧内预测前值预测,一维预测,二维预测用同一扫描行和上几个行中的几个抽样值来预测当前像素。,4电视中所用的预测编码的类型有哪些？,复习,这种预测器需要使用大容量的帧存储器来存储前一帧的图像。,(2)帧间预测帧间预测：又称为三维预测，是用前一帧的像素来预测当前像素。,差分脉码调制(DPCM),2预测编码的类型,复习,例子：设计一个线性预测器，其预测公式为：,待预测像素,5、如何进行简单的预测器的设计？,复习,MPEG标准所采用的预测编码I帧：帧内帧P帧：前向预测帧B帧：双向预测帧,6、说明下列的I、P、B分别为那类预测帧？请用箭头标出P、B帧的参考帧。,复习,仅回顾自复习可略,变换编码是通过信号变换来消除图像数据空间冗余的一种有效办法。,7、变换编码种类有哪些？其压缩数据的原理？,常用的变换编码有：傅里叶变换、离散余弦变换(DCT)、沃尔什(Walsh)变换等。,变换编码压缩数据的原理由于图像空间存在相关性，在变换域中，各空间频率分量是不均匀的，即空间频率低的区域信号幅度大，高频区域信号幅度小。若根据统计特性，低频部分编n值大的长码，高频部分编n值小的短码（与均匀量化+可变字长编码类似），则平均码长和总的码率都会下降，达到压缩码率的目的。,复习,仅回顾自复习可略,将整幅图像分解出数个用于DCT的子块,进行DCT变换，DCT系数中绝对值较大的集中在矩阵的左上角。,将一些绝对值很小的系数或区块置零便于丢弃,串并转换舍去零系数,量化矩阵复原,恢复DCT系数,图像子块重建,整幅图像重建,传输或存储,8、简述DCT编码压缩系统中各模块的功能？,复习,仅回顾自复习可略,第六章数字电视与高清晰度电视,数字电视概述,电视信号的数字处理,6.4,6.1,电视信号的编码,6.2,频带压缩编码,6.3,数字电视机原理介绍（略）,6.5,高清晰度电视,6.6,复习,视频和音频信号全部数字化。采用MPEG-2标准对数字化视频信号进行压缩编码，目标是降低数字信号的传输码率。(信源编码)压缩编码后的数字视频信号在调制前，为了保证在传输工程中尽可能减少差错，通常还要加入用于纠错的RS码和卷积码，同时还要作交织处理使可能产生的差错均匀分布，以利于纠错。目的是提高数字信号的传输的可靠性。(信道编码)采用MPEG-2、AC-3或AAC等标准(将来可能还会有新的标准)将数字化音频信号进行压缩编码，提供5.1声道的数字伴音信号。采用高效率的数字调制技术，完成数字电视信号的发送传输任务。,1、简述全数字电视系统的基本特征。,复习,仅回顾自复习可略,图像序列层(VideoSequencelayer)图像组层(GroupofPicture)图像层(Picture)宏块条/片层(Slice)宏块层(Macroblock)块层(Blocklayer),MPEG对视频数据流规定了分层的结构(六个层次):视频序列层(VideoSequencelayer)图像层(Picture)宏块层(Macroblock),2、MPEG的视频数据流结构是如何划分的？,复习,一种典型的GOP图像帧序为：IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI,3、典型GOP图像帧的数据率？,在MPEG-1中，每个I帧图像含有152Kb，P帧图像含有80Kb，B帧图像含有23Kb，一个典型GOP由1个I帧、3个P帧、8个B帧组成，所以，一个GOP的数据量为:152+803+238=576Kb则平均每帧为48Kb，帧频为25Hz时，其视频码率为:4825=1.2Mb/s,复习,在信道编码过程中将附加数据(如奇偶校验位)加于数据流之中，在接收端通过奇偶校验位来发现有错误的数据字，并给予纠正。RS码RS码即里德-所罗门码，是Reed和Solomon与1960年提出来的，是一种性能优良的分组线性码，在同样的编码冗余度下具有很强的纠错能力。编解码芯片已经商品化，在通信领域应用较为广泛。,4、数字电视系统常用的纠错编码？,复习,卷积码卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。在卷积码的上部采用RS码块，RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误，其功能强大。Turbo码Turbo码在1993年被提出，它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。Turbo码具有接近香农容量限的性能，得到广泛的关注和发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响。,复习,交织是对纠错过程的补充，交织的基本原理是在编码时将数码流按已定义的规则“搅乱”，在接受端再将那些“搅乱”的数据字按相反的规则重新排列，使之恢复出原始次序。,5、数字电视系统交织是如何定义的？,复习,数字电视系统常用基本调制方式有QAM、VSB、QPSK等。在具体应用中，根据不同的传输介质，采用了不同的调制参数。QAM(QuadratureAmplitudeModulation:正交调幅;16-QAM：16状态/电平正交调幅)VSB(VestigialSide-Band：残留边带；8-VSB：Trellis-Coded8-LevelVestigialSide-Band：8电平残留边带)QPSK(QuadraturePhase-ShiftKeying：四相正交移相键控，与四状态QAM相同)COFDM(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing：编码正交频分复用),6、数字电视系统常用哪些调制方式？,复习,四、数字电视系统中的音频编码,鉴于数字化音频技术的优点，各国、各大公司竞相开发数字音频信号的压缩编码技术。目前，音频压缩编码已成为标准的是：(1)MPEG-1(ISO/IEC11172-3)(2)MPEG-2(ISO/IEC13818-3)(3)美国大联盟推荐的AC-3这些编码技术普遍利用了人耳的掩蔽效应和临界频带等听觉特性来进行子带编码或者变换编码。,7、宽带音频编码的国际标准,掩蔽即一种声音的存在会抑制人们听到另一个声音，一个较响的音可能完全将较弱的音淹没掉，频率低的声音容易掩蔽掉高频率的声音。通常将听不到的声音称为被掩蔽声，而起掩蔽作用的声音称为掩蔽声。,临界频带是指，当噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为中心频率的一定频带宽度内的噪声频率。如这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率。,6.6高清晰度电视,仅回顾自复习可略,Y:U:V抽样点格式可分为:4:4:4;4:2:2;4:2:0;4:1:1。,抽样点格式,4:4:4样点格式,复习,抽样点格式,4:2:2样点格式,复习,抽样点格式,4:2:0样点格式,复习,抽样点格式,4:1:1样点格式,复习,