数字电视广播原理与应用精品文稿.ppt
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1、数字电视广播原理与应用数字电视广播原理与应用第1页,本讲稿共58页1.1 1.1 景物像的分解与像素的顺序传输景物像的分解与像素的顺序传输1.1.1 景物像的分解景物像的分解1.1.2 像素的顺序传输像素的顺序传输第2页,本讲稿共58页 所谓电视或即电视广播,是通过电信系统将实时的或记录的活动景物(附带声音或不带声音)在一定距离之外即刻重现其图像和声音的技术。第3页,本讲稿共58页 基本要求方面,重现图像应符合人眼的视敏特性、亮度层次感觉、视觉惰性、闪烁感觉、细节分辨力和色彩感知能力等特性,以保证显示屏上的图像相对于原景物像有极佳的逼真感,无可见瑕疵。实施方式方面,包括景物像怎样转换成电信号,
2、对电信号作怎样的处理、编码和传输,以及在接收端怎样使电信号还原出光图像。第4页,本讲稿共58页 实施方式中包括发送端的摄像、光电转换、电信号处理和编码传输,以及接收端的电信号接收、解码处理和电光转换图像显示。第5页,本讲稿共58页 景物像分解,是将被拍摄景物通过摄像景物像分解,是将被拍摄景物通过摄像镜头成像于镜头成像于CCDCCD上的光图像分解成很多微粒像上的光图像分解成很多微粒像像素,也就是将整个景物像解析为是由很像素,也就是将整个景物像解析为是由很多的像素组成的,每个像素携载有亮度和色多的像素组成的,每个像素携载有亮度和色度信息。所谓像素顺序传输,是使每个像素度信息。所谓像素顺序传输,是使
3、每个像素的亮度和色度信息经光的亮度和色度信息经光电转换形成电信号电转换形成电信号后将各像素的电信号按照预定的时间先后,后将各像素的电信号按照预定的时间先后,顺序地向外传输,也即涉及像素扫描方式。顺序地向外传输,也即涉及像素扫描方式。第6页,本讲稿共58页 关于具体的景物像分解方式和像素数量选择,在摄像机中它们的实现实际上是由CCD摄像器体面上的光敏单元数量及其阵列自动完成的,每一个光敏单元对应于一个像素。1.1.1 景物像的分解景物像的分解第7页,本讲稿共58页 像素顺序传输是全部像素的电信号逐一地排队输出(顺序传输),而不是一齐输出(同时传输)。顺序传输方式中只需一路电信号传输通道,按照时(
4、间)分(割)方式传输各个像素的电信号。同时传输方式中,需要几十万甚至上百万路以上的电信号传输通道,按照空(间)分(割)方式传输各个像素的电信号。1.1.2 像素的顺序传输像素的顺序传输第8页,本讲稿共58页1.2.1 水平扫描和垂直扫描的参数水平扫描和垂直扫描的参数1.2.2 逐行扫描逐行扫描1.2.3 隔行扫描隔行扫描1.2 1.2 逐行扫描及隔行扫描逐行扫描及隔行扫描第9页,本讲稿共58页 确定扫描特性的重要参数是扫描频率及其倒数即扫描周期,还有扫描周期中正程时间与逆程时间两者的长度。1.2.1 水平扫描和垂直扫描的参数水平扫描和垂直扫描的参数第10页,本讲稿共58页 水平扫描(行扫描)参
5、数包括行扫描频水平扫描(行扫描)参数包括行扫描频率率f fH H、行扫描周期、行扫描周期T TH H、行正程时间、行正程时间T THtHt、行逆、行逆程时间程时间T THrHr 和行逆程系数和行逆程系数。1.水平扫描参数第11页,本讲稿共58页 该频率该频率f fH H通常简称为行频,它本身不是通常简称为行频,它本身不是一个独立变量而是一个因变量,行频一个独立变量而是一个因变量,行频f fH H实际实际导出自帧频导出自帧频f fF F(或场频(或场频f fv v,f fv v=f=fF F22)和每帧)和每帧画面的总行数画面的总行数n n(包括正程行数(包括正程行数ntnt和逆程行数和逆程行数
6、n nr r,n=n,n=nt t+n+nr r)。若每秒传输若干帧画面的帧频)。若每秒传输若干帧画面的帧频为为f fF F,每帧画面总行数为,每帧画面总行数为n n,则行频,则行频f fH H为为 f fH H=nf=nfF F=nf=nfv v/2 /2 (1 1)水平扫描(行扫描)频率水平扫描(行扫描)频率f fH H第12页,本讲稿共58页常规电视中有常规电视中有 T TH H=1/f=1/fH H=1/15625=64s=1/15625=64s国际上统一规定,国际上统一规定,T THtHt和和T THrHr值分别为值分别为 T THtHt=52s=52s,T THrHr=12s=12
7、s行逆程系数行逆程系数定义为定义为T THrHr与与T TH H之比,之比,=T =THrHr/T/TH H=12/64=0.1875=18.75%=12/64=0.1875=18.75%(2 2)行周期行周期T TH H、行正程时间、行正程时间T THtHt、行、行逆程时间逆程时间T THrHr和行逆程系数和行逆程系数第13页,本讲稿共58页 垂直扫描参数包括场扫描频率垂直扫描参数包括场扫描频率f fv v、场扫、场扫描周期描周期T Tv v、场正程时间、场正程时间T Tvtvt、场逆程时间、场逆程时间T Tvrvr和和场逆程系数场逆程系数。2.垂直扫描第14页,本讲稿共58页 该频率fv通
8、常简称为场频,其选择取决于所重现活动图像的运动连续感、特别是观看的画面上没有闪烁现象。根据人眼视觉特性,场频fv应高于45.8Hz,最好达到60Hz或更高。我国市电频率为50Hz,所以频率和帧频选择为 fv=50Hz,fF=50/2=25Hz(1 1)场扫描频率场扫描频率f fv v第15页,本讲稿共58页 场周期是场频的倒数,有场周期是场频的倒数,有 T Tv v=1/f=1/fv v=1/50=20ms,TF=2T=1/50=20ms,TF=2Tv v=40ms=40ms 国际上规定,一帧国际上规定,一帧625625行的每场行的每场312.5312.5行行内,场正程占内,场正程占287.5
9、287.5行,场逆程占行,场逆程占2525行。场正行。场正程时间程时间T Tvtvt和场逆程时间和场逆程时间TvrTvr分别为分别为 T Tvtvt=T=Tv v287.5/312.5=18.4ms287.5/312.5=18.4ms T Tvrvr=T=Tv v25/312.5=1.6ms 25/312.5=1.6ms(2 2)场周期场周期T Tv v、场正程时间、场正程时间T Tvtvt、场、场逆程时间逆程时间T Tvrvr和场逆程系数和场逆程系数第16页,本讲稿共58页 场逆程系数场逆程系数定义为定义为T Tvtvt与与T Tv v之比之比,常规电常规电视和高清晰度电视的视和高清晰度电视
10、的值分别为值分别为 SDSD=25/312.5=0.008=25/312.5=0.008 HDHD=45/1125=0.04=45/1125=0.04第17页,本讲稿共58页 逐行扫描中,摄像端的光敏器件逐行扫描中,摄像端的光敏器件CCDCCD上一上一行行地依次使各光敏单元内形成的电荷包转行行地依次使各光敏单元内形成的电荷包转变为电流输出至电阻负载上,产生图像电信变为电流输出至电阻负载上,产生图像电信号(或称视频信号)。号(或称视频信号)。逐行扫描视频信号的带宽逐行扫描视频信号的带宽ff是指信号最是指信号最高频率高频率f fmaxmax与最低频率与最低频率f fminmin之差,即之差,即 f
11、=f f=fmaxmax-f-fminmin。1.2.2逐行扫描逐行扫描第18页,本讲稿共58页 如果画面是一帧均匀亮度的灰白图像,如果画面是一帧均匀亮度的灰白图像,视频信号的视频信号的f fminmin可认为是可认为是0Hz0Hz。至于视频信号的最高频率至于视频信号的最高频率f fmaxmax,它产生于,它产生于一行内相邻像素为黑白相间的画面下。假设一行内相邻像素为黑白相间的画面下。假设垂直方向有效行数为垂直方向有效行数为z z行,有效画面垂直高度行,有效画面垂直高度为为h h,则有效画面水平宽度为,则有效画面水平宽度为l l时(时(l:hl:h为帧型为帧型比或宽高比),每行正程有比或宽高比
12、),每行正程有zl/hzl/h个像素,个像素,第19页,本讲稿共58页 经过光经过光电转换后的视频信号,每帧画电转换后的视频信号,每帧画面形成面形成1/2z1/2z2 2l/hl/h周正弦波号(只考虑方周正弦波号(只考虑方波的基波)。由于扫描帧频为波的基波)。由于扫描帧频为f fF F,所以视频,所以视频信号的信号的f fmaxmax为为 f fmaxmax=1/2l/hz=1/2l/hz2 2ffF F 对式(对式(1-101-10)须乘上一个修正因子()须乘上一个修正因子(1-1-)/(1-1-)f fmaxmax=1/2l/hz=1/2l/hz2 2ffF F(1-)/(1-)(1-)/
13、(1-)第20页,本讲稿共58页 隔行扫描技术能在基本不影响图像质量隔行扫描技术能在基本不影响图像质量水准的前提下降低一半视频信号带宽,其优水准的前提下降低一半视频信号带宽,其优点明显。实用的是点明显。实用的是2121隔行扫描,将一帧画隔行扫描,将一帧画面分成两场进行扫描,先扫描画面平面上的面分成两场进行扫描,先扫描画面平面上的奇数行图像扫遍由奇数行构成的奇场然后,奇数行图像扫遍由奇数行构成的奇场然后,进入偶数行图像的扫描,并包括偶场的场消进入偶数行图像的扫描,并包括偶场的场消隐期各行在内,最后扫描完整帧,再进入下隐期各行在内,最后扫描完整帧,再进入下一帧的奇、偶场扫描。一帧的奇、偶场扫描。1
14、.2.3隔行扫描隔行扫描第21页,本讲稿共58页 模拟电视中,为了使接收端的显像管模拟电视中,为了使接收端的显像管(CRTCRT)重现图像在空间位置上具有准确地交)重现图像在空间位置上具有准确地交错间隔的奇、偶场画面,要求驱动显像管电错间隔的奇、偶场画面,要求驱动显像管电子束扫描的场频和行频两个锯齿电流的周期子束扫描的场频和行频两个锯齿电流的周期之间,有精确的比例关系,表达式为之间,有精确的比例关系,表达式为 T Tv v=T=TH H(2k+1)/2=k(2k+1)/2=kTHTH+0.5T+0.5TH H=(k+0.5)T=(k+0.5)TH H 具体地,具体地,k=312,k=312,所
15、以所以T Tv v=312.5T=312.5TH H第22页,本讲稿共58页 在数字电视方面,标准清晰度电视系统在数字电视方面,标准清晰度电视系统中虽然也是中虽然也是625625行行/50/50场场/21/21隔行的扫描规范,隔行的扫描规范,但不需确保但不需确保T Tv v=(k+0.5k+0.5)T TH H的关系。的关系。第23页,本讲稿共58页1.31.3亮度视频信号亮度视频信号1.3.1概述概述1.3.2图像信号图像信号1.3.3复合消隐信号复合消隐信号1.3.4复合同步信号复合同步信号1.3.5全电视信号全电视信号第24页,本讲稿共58页 通过行、场扫描由CCD输出的有效画面上的一行
16、行、一场场景物像基带电信号可称为图像信号,为了使接收端接收到时能在显示屏上重现出画面稳定、水平不撕裂、垂直不滚动的正常图像,还需在传输信号中加入行、场(扫描)同步信号。实际需要传输的视频信号应由图像信号、复合消隐和复合同步三大部分组成,在先前的黑白电视广播中它们总称为黑白(基带)视频信号,而在彩色电视广播中则总称为彩色(基带)视频信号。1.3.1概述概述第25页,本讲稿共58页 黑白电视广播中,图像信号是一路反映景物画面上各像素明暗信息的亮度信号,在接收端可给出灰度层次对应于景物像明暗的黑白画面。彩色电视广播中,每个景物像像素包含的彩色信息有亮度、色调和饱和度(后两者可合称为色度),用电信号表
17、示时需要三路视频信号。第26页,本讲稿共58页 实际中不是传输亮度、色调和饱和度三个信息而是传输从色度学理论中得到的等效信息红(R)、绿(G)、蓝(B)基色图像信号,这三者实质上相当于三路黑白电视机那样的单色信号,它们综合相加便呈现彩色图像。无论黑白电视或彩色电视,模拟视频信号都是由图像信号、复合消隐和复合同步组成的。第27页,本讲稿共58页 黑白电视中,图像信号是携带景物明暗信息的电信号,彩色电视中,R,G,B三路基色信号是携带景物中红、绿、蓝基色图像成分信息的电信号。1.3.2图像信号图像信号第28页,本讲稿共58页 图像信号不同于声音信号,它是单极性图像信号不同于声音信号,它是单极性的而
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