电视信号的数字化.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,数字电视原理,电视信号的数字化,第1页,信号数字化,3.1,音频信号数字化,3.2,第3章 电视信号数字化,视频信号数字化,3.3,电视信号的数字化,第2页,模拟信号数字化过程主要是,采样,、,量化,和,编码,。,采样,将时间和幅度上连续模拟信号转变为时间离散信号，即,时间离散化,。,3.1信号数字化,电视信号的数字化,第3页,3.1,信号数字化,采样,-时间上离散化,采样,是指,用每隔一定时间（或空间）间隔信号样本值序列代替原来在时间（或空间）上连续信号，也就是在时间（或空间）上,将模拟信号离散化。,电视信号的数字化,第4页,3.1,信号数字化,量化-,幅度离散化,量化,是,用有限个幅度值近似原来连续改变幅度值，把模拟信号连续幅度变为有限数量、有一定间隔离散值,。,即,幅度离散化,。,电视信号的数字化,第5页,3.1,信号数字化,编码-,离散值数字表示,编码,则是,按照一定规律，把量化后离散值用二进制数字表示，以进行传输或统计。,电视信号的数字化,第6页,模拟信号数字化框图如图3-1所表示，其中,f,c为滤波器截止频率，,f,s为取样频率。,图3-1模拟信号数字化框图,电视信号的数字化,第7页,3.2,音频信号数字化,声音是经过空气传输一个连续波，叫声波。声音强弱表达在声波压力大小上，音调高低表达在声音频率上。因而，,声音信号,两个基本参数是,频率,和,幅度,。,电视信号的数字化,第8页,3.2,音频信号数字化,声波信号按频率划分：,亚音(Subsonic)信号,（,次音信号）,20kHz,音频(audio)信号,:在20Hz20kHz之间声波,人发音:在80Hz 3400Hz之间,人说话:在300Hz3400Hz之间-,语（话）音信号(speech，voice),电视信号的数字化,第9页,3.2,音频信号数字化,采样频率,经常使用采样频率有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。,人耳听觉频率上限在20kHz左右，为了确保声音不失真，采样频率应大于40kHz。,电视信号的数字化,第10页,3.2,音频信号数字化,量化比特数,经常采取量化比特数有8bit、12bit和16bit。量化比特数越多，音质越好，数据量也越大。,人耳听觉能感觉极微小声音失真而且又能接收极大动态范围。因为这个特点，所以对音频信号进行数字化所用量化比特数比起视频信号来要多。,电视信号的数字化,第11页,3.2,音频信号数字化,声道数,统计声音时，假如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），立体声更能反应人听觉感受。,电视信号的数字化,第12页,3.2,音频信号数字化,音频数字化采样频率和量化精度越高，音质越好，恢复出声音越靠近原始声音，但统计数字声音所需存放空间（数据量）也随之增加。能够用下面公式估算声音数字化后每秒所需存放量（假定不经压缩）：,存放量=(采样频率量化比特数声道数)/8,其中，存放量单位为B（字节）,电视信号的数字化,第13页,3.2,音频信号数字化,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,1411.2,200,DAT,48,16,双声道,1536,200,电视信号的数字化,第14页,在PAL制625行/50场/21隔行电视信号中，利用每场312.5行中294行统计数字音频信号，每行统计3个音频样值，于是取样频率为,fs50（场）294（行）3（样值）=44.1kHz,1.,取样频率,电视信号的数字化,第15页,2.,量化比特数,电视信号的数字化,第16页,3.演播室数字音频声道,多路声音轨统计声道分配,电视信号的数字化,第17页,3.3,视频信号数字化,在时间轴上(t轴)分为,一系列离散帧,（等间隔）,每帧图像在垂直方向(y轴)上离散为,一条一条扫描行,每行在水平方向(x轴)上采样，得到,一个一个像素。,模拟视频信号：,三维视频信号,扫描,一维时间改变信号,电视信号的数字化,第18页,3.3,视频信号数字化,结果：,数字电视图像帧-由二维空间排列像素点组成；,视频序列-由时间上一系列数字图像帧组成。,电视信号的数字化,第19页,3.3,视频信号数字化,对彩色电视信号数字化处理主要有,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,（已被淘汰）。,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。,电视信号的数字化,第20页,3.3,视频信号数字化,分量数字编码优点：,防止了复合数字编码时因重复解码所引发质量损伤和器件浪费，且编码几乎与电视制式无关世界统一数字编码标准,后期制作处理方便,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，可取得高质量图像,亮度信号和色度信号带宽依据需要取不一样,电视信号的数字化,第21页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,分量数字编码采样频率确实定,亮度信号采样频率,各国主观察试亮度信号带宽,f,m5.86MHz,为确保足够小混叠噪声，采样频率,f,s,应取,（2.2 2.7）*,f,m，则应,f,s,=,12.76 13.2MHz。,电视信号的数字化,第22页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,采取每帧固定正交采样结构，有利于行间、场间和帧间信号处理。所以，应使,f,s,满足,f,sm,f,H,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取同一采样频率；,电视信号的数字化,第23页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,亮度信号采样频率,625,行/,50,场扫描制式行频(,15625Hz,),525,行/,60,场扫描制式行频(,4.5MHz/286,),亮度信号采样频率,为,13.5MHz,电视信号的数字化,第24页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,色差信号采样频率,主观察试,色度信号,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较高要求,为确保足够小混叠噪声,采样频率为行频整数倍,为了使,625,行,/50,场及,525,行,/60,场这两种扫描制式实现行兼容,色差信号采样频率,为,6.75MHz,电视信号的数字化,第25页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,采样结构,a)420,电视信号的数字化,第26页,本格式中，色差信号Cr和Cb取样频率均为亮度信号取样频率四分之一，即,电视信号的数字化,第27页,420格式中，色差信号Cr和Cb在水平方向和垂直方向上取样点数均为Y二分之一，一行按422取样，另一行按400取样，所以称为420格式。,420格式中，4个像素产生6个样值（Y为4个，Cb和Cr各1个），假如每个样值8比特编码，68=48bits,48/4=12bits/per pixel，即平均每个像素12bits。,电视信号的数字化,第28页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,采样结构,b)422,电视信号的数字化,第29页,在444格式中，亮度信号和两个色差信号Cr和Cb（或R，G，B信号）取样频率均为13.5MHz，且取样结构完全相同，即,亮度取样频率和两个色差信号取样频率之比是,电视信号的数字化,第30页,在422格式中，亮度信号取样频率为13.5MHz，两个色差信号取样频率均为亮度信号取样频率二分之一，即,所以，亮度取样频率和两个色差信号取样频率之比是,422编码方式主要应用于电视演播室节目制作中。,电视信号的数字化,第31页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,采样结构,c)444,电视信号的数字化,第32页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,采样结构,a)420 b)422 c)444,电视信号的数字化,第33页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,量化比特数确实定和量化级分配,量化比特数,量化比特数是指要区分全部量化级所需二进制码位数。其大小直接影响到数字图像质量，,每增加或降低1bit，就使量化信噪比增加或降低6dB,。,CCIR601提议中，要求对亮度和色差信号都采取,8 bit均匀量化,。8 bit量化精度在一些场所是不够，在以后数字演播室中又扩展到10 bit量化。,电视信号的数字化,第34页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,量化比特数确实定和量化级分配,亮度信号量化级分配,20 保护带,16 保护带,电视信号的数字化,第35页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,量化比特数确实定和量化级分配,色差信号量化级分配,为了使色差信号电平动态范围控制在0.5-0.5之内，色差信号需,归一化,：,电视信号的数字化,第36页,3.3.1电视信号分量数字编码参数确定,量化比特数确实定和量化级分配,色差信号量化级分配,16 保护带,15 保护带,电视信号的数字化,第37页,3.3.2 ITU-R BT.601,提议,1982年2月，在CCIR 第15次全会上，在经过CCIR 601提议提议中，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国际标准,。该提议考虑到现行各种彩色电视制式，提出了一个世界范围兼容数字编码方式，是向数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出第一步。,电视信号的数字化,第38页,3.3.2 ITU-R BT.601,提议,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,（行正程）,色差信号,360,（行正程）,采样结构,正交，按行场帧重复，每行中CR，CB样点同位置，并与每行第奇数个（1，3，5，）亮度样点同位置,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），色差信号零电平对应于第128量化级,同时,第0级和第255级保留,电视信号的数字化,第39页,3.3 标准清楚度数字电视演播室标准,3.3.1 演播室数字编码参数,演播室数字编码主要参数(422格式)如表3-3所表示。,电视信号的数字化,第40页,电视信号的数字化,第41页,电视信号的数字化,第42页,3.4 数字分量电视信号接口,1并行和串行接口通用信号格式,凡按照,ITU,-,R,BT,.601提议进行数字视频信号分量编码视频信号，其接口和数据流都应符合以下要求。,电视信号的数字化,第43页,(1)422数字分量信号时分复用传输,数字设备向外传输每帧内像素数据时，应该按以下次序时分复用：,C,b1,Y,1,C,r1,Y,2,C,b2,Y,3,C,r2,Y,4,C,b3,Y,5,C,r3,Y,4,.C,b360,Y,719,C,r360,Y,720,奇数点按,C,b,YC,r,次序传输数据，偶数点只有,Y,样点数据传输。每一行均如此，直至第576行。,电视信号的数字化,第44页,(2),视频数据与模拟行同时间定时关系,数字分量视频信号是由模拟分量视频信号经过,A,/,D,转换得到，数字有效行与模拟行之间应该有明确定时关系。,电视信号的数字化,第45页,数据格式与模拟波形定时关系,电视信号的数字化,第46页,(3)422数字流组成,假如是全数字系统，在接收端不是,PAL,接收机而是数字接收机，其扫描同时电路也是数字扫描电路，则无须探究数字视频信号与模拟视频信号,O,H,定时关系，能够只关注数字流组成。,电视信号的数字化,第47页,(4),视频定时基准信号,SAV,和,EAV,在数字标准清楚度电视(,SDTV,)中，扫描参数依然为625/50/21，即垂直扫描为含有奇偶场隔行扫描，扫描需要区分行、场正程期和行、场消隐期。,电视信号的数字化,第48页,(5)奇偶场内场识别和场消隐期扫描行序号,在奇数场和偶数场内，场识别和场消隐期行序号如表3-6所表示。,电视信号的数字化,第49页,电视信号的数字化,第50页,2比特并行接口,(1)机械特征,每帧数字视频以,C,b,1,Y,1,C,r,1,Y,2,C,b,2,Y,3,C,r,2,Y,4,C,b,3,Y,5,C,r,3,Y,6,.,C,b,360,Y,719,C,r,1360,Y,720,次序进行传输。,假如数据字长10bit，则要占用10个通道。,电视信号的数字化,第51页,(2)并行接口电气特征,时钟与数据定时关系,时钟信号是27,MHz,方波，周期为,T,CK,=37,ns,，定时基准为时钟信号高低电平过渡时刻，时钟信号正向跳变应出现在两次数据跳变中间。,电视信号的数字化,第52页,收、发间线路驱动器特征,收发之间每位数据采取平衡双绞线传输,允许电缆长度,因为在双绞线上传输27,MHz,数据，电缆幅频特征限制了使用电缆长度。,电视信号的数字化,第53页,3 比特串行接口,比特串行接口(,Serial,Digital,Interface,，,SDI,)中，每个10比特数据字经并/串转换电路后变成串行数据流，传输码率从27,Mbit,/,s,变为270,Mbit,/,s,，用单芯同轴电缆传输。,电视信号的数字化,第54页,(1)并/串变换,输入数据由27,MHz,时钟信号并行写入移位存放器，然后用10倍频270,MHz,时钟串行读出。,电视信号的数字化,第55页,(2)扰码,因为接收端解码时需要恢复时钟信号，而串行接口不能像并行接口那样使用单独数据线传输时钟信号，时钟恢复只能利用信号本身跳变来产生，这称为自时钟方式。,-随机化处理；m序列；统计特征,电视信号的数字化,第56页,(3)码型变换,NRZ-NRZI编码器是把非归零码(NRZ)变换成非归零倒相码(NRZI)。,NRZI编码和NRZ区分就是NRZI用信号翻转代表一个逻辑，信号保持不变代表另外一个逻辑。,-每次碰到比特1都发生电平跃迁，这能提供一个同时机制。,电视信号的数字化,第57页,扰码电路和NRZ-NRZI变换编码电路,电视信号的数字化,第58页,(4)机械特征,在数字比特串行接口中用特征阻抗75单芯同轴电缆传输信号，接插件为标准BNC型接头。,电视信号的数字化,第59页,作业,P69,1.请说明电视数字化三个步骤。,4.什么叫复合数字编码？什么叫分量数字编码？它们各有什么优缺点？,6请画图示意说明,444、422、420,采样格式。,电视信号的数字化,第60页,