CH2 数字电视基础.ppt

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,2,章,数字电视基础,CH2,数字电视基础,2.1,数字电视和高清晰度电视,2.2,数字电视,系统构成,2.3,电视,信号数字化,2.1,数字电视和高清晰度电视,1.,数字电视,指,用二进制编码表示,图像和伴音，并以非常高的比特率进行数码流发射、传输、接收的系统。,是从节目采集、编辑制作到信号发送、传输和接收全部采用数字处理的全新电视系统。,数字电视的优点：,（,1,）,信号质量高，抗干扰能力强；,（,2,）,传输效率高，多功能复用，增加电视频道，便,于开展多种数字信息服务；,（,3,）具有双向交互性，易实现加密、加扰，便于开,展各类信息服务。,（,4,）便于网络化，实现三网合一。,2.,高清晰度电视,（,High Definition Television,HDTV,）,按,CCIR,定义：,HDTV,系统是,一个,透明系统，当观看距离为屏幕高度,3,倍时，正常视力观众所看到的画面质量就象在实际景地看到一样。,HDTV,特点,：,（,1,）垂直与水平方向上清晰度各提高约一倍；,（,2,）改善重现的彩色；,（,3,）提高电视画面的宽高比为,16,：,9,；,（,4,）高保真环绕立体声；,（,5,）色信号和亮度信号分离，抗干扰性提高。,3.,数字电视分类,类别,标准清晰度电视,SDTV,(Standard Definition Television),高清晰度电视,HDTV,(High Definition Television),分辨率,720570,（,PAL,）,720478 (NTSC),19201080,宽高比,16:9,；,4:3,16:9,清晰度,相当于,DVD,达到宽银幕电影,信道带宽,2,5.6Mb/s,10Mb/s,以上,数码电视,或,数字化电视,仅仅是对解调后的视频和音频的基带信号进行了数字化处理，获得了更高质量的图像和伴音，增加了电视机的功能，但它仍属于模拟电视的范畴，只能接收模拟电视信号，无法接收数字电视信号，与真正的数字电视是两个不同的概念，不可混淆。,4,、,数字电视,与,电视数字化处理,的区别,2.2,数字电视系统组成,一套完整的数字电视系统由三个部分组成：数字电视前端系统、传输网络和用户终端系统。,数字电视前端,传输网络,用户终端,数字电视系统构成,图,2-1,数字电视广播系统框图,1,、,数字电视广播节目制作、数字信号处理,-,前端,-,信源,，,视,、,音频编码,，,复用,，,信道编码,，,调制,2,、,信号传送,-,信道,3,、,接收、显示,-,用户终端,系统由信源编解码、复用和解复用、信道编解码、调制和解调、信道和显示器等六部分组成。,为提高数字通信传输效率而采取的措施，通过各种编码尽可能地去除信号中的冗余信息，以降低传输速率和减少传输频带宽度。,(1),信源编解码,对视频、音频、数据进行编解码。,目的：,视频编码采用,MPEG2,、,MPEG4,、,H.264,、,AVS,等标准。,音频编码采用,MPEG2,或,AC3,等标准。,(2),复用与解复用,复用,是将视频、音频和数据等各种媒体流按照一定的方法复用成一个节目的数据流（数据包），然后将多个节目的数据流再复用成单一的数据流的过程。接收端得解,复用过程与发送端得复用相反。,使传输的电视节目数据包具备可扩展性、分级性和交互性。,目的：,节目复用采用,MPEG-2,标准。,(3),信道编解码与调制解调,信道编解码,是为提高数字通信传输的可靠性而采取的措施。,调制解调是指为提高频谱利用率，把宽带的基带数字信号变换成窄带的高频载波信号的过程。,根据传输信道特点采用效率较高的信号调制方式，常用方式有,QAM,(,Quadrature,Amplitude Modulation,正交调幅,),、,QPSK,(Quaternary Phase Shift Keying,四相移键控,调制,),、,COFDM,（,Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex,正交频分复用编码,调制,）,和,VSB,(Vestigial Side-Band,残留边带,调制,),。,有卫星广播、有线电视和地面广播信道等。,(4),信道,卫星广播：,着重于解决大面积覆盖；,有线电视广播：,着重于解决城镇等人口居住,稠密地区“信息到户”的问题；,地面无线广播：,由于其独有的简单接收和移动,接收的能力，能够满足现代信息化社会“信息,到人”的基本需求。,(5),大屏幕显示,显示器是体现数字电视高清晰效果的终端。,用于,HDTV,的大屏幕显示器有,CRT,、,LCD,、,等离子体显示器,PDP,、投影和,平板显示器,FPD,等。,接收机,包括解调、信道解码、解复用、视音频解压缩和显示格式转换等。,数字电视接收机（数字电视机顶盒）的硬件主要功能是对接收的,RF,信号进行解码、解调、,MPEG2,码流及模拟音视频信号输出；而电视内容、节目信息和操作界面都依赖软件技术,-,中间件,来实现。,图,2-2,数字电视接收机软件系统示意图,2.3,电视,信号,的数字化,2.3.1 PCM,调制,(Pulse Coding Modulation),图,2-3,电视,信号数字处理系统框图,电视,信号数字处理包含,模拟信号的数字化过程和,模拟信号恢复,过程。,其中,f,c,为滤波器的截止频率，,f,s,为取样频率。,图,2-4,电视信号的,数字化框图,模拟信号的数字化,(,A/D,),抽样,将时间和幅度上连续的模拟信号转变为,时间离散的信号，即时间离散化。,1,、电视,信号,抽样,抽样时间,T,s,，,取样频率,f,s,1/,T,s,图,2-5,电视信号的,抽样,奈奎斯特,抽,样定理：,只要,f,s,2,f,m,=12,MHz,时,，则,抽,样后信号,f,s,(,t,),经一截止频率为,f,s,/2,的理想低通滤波器后，,可不失真地恢复原模拟信号。,PCM,：,对抽样信号进行,脉冲编码,图,2-6,抽样,信号滤波,量化,将幅度连续信号转换为幅度离散的,信号，即幅度离散化。,2,、抽样,信号,量化,(,单极性视频信号,),目的,用有限字长的数码表示,抽样,每个点的幅度值。,图,2-7,抽样,信号,量化,3,、,量化,信号,编码,编码,按照一定的规律，,将时间和幅度上离散的量化,信号用对应的,n,位二进制代,码,(,亮度用,8,位,),表示经取样、量化和编码后的信号称为,PCM,信号。,表,2,1,8,bit,视频,信号,量化级,与,相应编码,视频信号量化级,PCM,编码,视频信号量化级,PCM,编码,0,0000,0000,10,0000 1010,1,0000 0001,15,0000 1111,2,0000 0010,16,0001 0000,3,0000 0011,31,0001 1111,4,0000 0100,32,0010 0000,5,0000 0101,63,0011 1111,6,0000 0110,64,0100 0000,7,0000 0111,127,0111 1111,8,0000 1000,128,1000 0000,9,0000 1001,255,1111,1111,2.3.2,全信号和分量编码,1,、全信号编码,:,似乎很简单，但易造成亮、色干扰。,对彩色全电视信号直接进行编码。,彩色图像信号通常有两种形式：彩色全电视信号,(Y/C),；亮度信号,/,色差信号（,Y/R-Y,、,B-Y,，也可称为分量信号）。因此对图像信号的,PCM,编码也有全信号编码和分量编码两种。,对亮度信号,Y,和两个色差信号（,R-Y,）和,（,B-Y,）分别进行编码。,这种处理方式可使图像质量提高，因此应用较为广泛，国际标准中均采用分量编码方式。,虽增加了数字亮、色分离,但编码压缩是对分量信号进行的，消除了亮、色干扰现象。,2,、分量编码,首先应满足取样定理，即取样频率应该大于视,频带宽的两倍，即,保证取样结构是正交的，取样频率应该是行频,f,H,的整数倍，即,(1),亮度信号取样频率的选择,图,2-8,正交取样结构图,各帧、各场、各行的样,点都是垂直对准的。,兼容不同的电视制式。,625,行,/50,场和,525,行,/60,场扫描格式的行频分别为,15625Hz,和,15734.26573Hz,，它们的最小公倍数是,2.25MHz,。,抽样频率应为,2.25MHz,整数倍，即,f,s,=,m,2.25MHz=13.5,MHz,(,f,S,=13.5MHz=858,f,H,525,行,=864,f,H,625,行,;,f,H,625,行,=15625Hz),(2),色差信号取样频率的选择,444,色度格式,444,格式中，色差信号,C,R,和,C,B,的取样频率与亮度信号取样频率相同，即,亮度取样频率和两个色差信号的取样频率之比为,4:4:4,样点结构中每一个抽样点都有亮度信号,Y,和两个色差信号,C,R,、,C,B,样点。,422,色度格式,4:2:2,样点结构中每个抽样点都有亮度信号,Y,，而在行方向每四个亮度,Y,样点才分别有两个色差信号,C,R,、,C,B,样点。,4:2:2,格式中，色差信号,C,R,和,C,B,的取样频率均为亮度信号取样频率的一半，即,411,色度格式,4:1:1,样点结构中每一个抽样点都有亮度信号,Y,而在行方向每四个亮度,Y,样点才分别有一个色差信号,C,R,、,C,B,样点。,411,格式中，色差信号,C,R,和,C,B,的取样频率均为亮度信号取样频率的四分之一，即,420,色度格式,4:2:0,样点结构中每一个抽样点都有亮度信号,Y,，而在上、下两行每四个亮度,Y,样点才分别有一个色差信号,C,R,、,C,B,样点。,420,格式中，色差信号,C,R,和,C,B,的取样频率均为亮度信号取样频率的四分之一，即,图,2-8,不同格式的样点位置示意图,(3),视频数字化参数,1),全视频信号数码率,数码率,=,抽样频率,每样点的比特数,n,f,s,(,b,s,),这种计算方法包括了行、场消隐期间的所有的样点数据。,Y 13.5MHz8bit=108Mb/s,C,b,6.75MHz8bit=54Mb/s,C,r,6.75MHz8bit=54Mb/s,合计,=216Mb/s,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,，即,4:2:2,2),视频信号有效数码率,按这种计算方法算出的数据速率不包括行、场消隐期间的样点数据。,码率,=,一,帧图像样点样数,每样点比特数,每秒帧数,(25Hz),一帧图像样点样数,=,每行有效样点数,一,帧图像的有效行数,有效取样点是指只有效行、场扫描正程的样点有效，逆程的样点不在,PCM,编码的范围内。,Y,信号有效数码率,一行样点数,一行有效样点数,一帧有效行数,一帧图像样点数,(,抽样频率,),/(,行频,),一行样点数,水平回扫率,一帧行数,-,场消隐行数,一行有效样点数,一帧有效行数,(13.5MHz),/(15.625kHz),=864,点,8640.83,=720,点,625-50,576,行,720 576,=414720,点,Y,的码率,720 576 8bit25Hz=82.944Mb/s,4:2:2,格式视频信号有效数码率,C,b,的码率,3605768bit25Hz=41.472Mb/s,C,r,的码率,3605768bit25Hz=41.472Mb/s,视频信号有效数码率,82.944+241.472=165.9Mb/s,每个有效行传送的数据,=,1440(,1728,),个样值,