电视原理与现代电视系统6.ppt

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1、电视原理与现代电视系统6 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望62 电视信号的编码电视信号的编码 621 电视信号的数字化电视信号的数字化 模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟/数字转换编数字转换编码过程码过程(称可为称可为PCM调制脉冲编码调制，由调制脉冲编码调制，由A/D转换器实现转换器实现)，由数，由数字电视信号转换为模拟信号则称字电视信号转换为模拟信号则称PCM解调过程（由解调过程（由D/A转换器实

2、现）转换器实现）。我们知道我们知道A/D转换是对模拟信号进行取样、量化的过程，将连转换是对模拟信号进行取样、量化的过程，将连续续(幅度和时间幅度和时间)的信号变离散的的信号变离散的 n 位的二进制数字码。设离散值位的二进制数字码。设离散值的最大个数为的最大个数为M，n 与与 M 的关系为的关系为 2n-1=M。A/D转换输出可以是转换输出可以是 n 位平行码，也可以是数率为位平行码，也可以是数率为n fS 的串行码的串行码(fS为采样转换频率为采样转换频率)。量化过程（时域相乘，频域卷积）与频谱量化过程（时域相乘，频域卷积）与频谱 根据取样定理根据取样定理，当信号的最高频率为，当信号的最高频率

3、为fm时，应有时，应有fS 2fm，实际上，实际上为了便于为了便于D/A后利用滤波还原信号，应有后利用滤波还原信号，应有fS 2.2 fm。n=3，M=7频域频域时域时域理想低通滤理想低通滤波器特性波器特性取样函数取样函数fS/2 622 图像信号的编码方案与参数确定图像信号的编码方案与参数确定 彩彩色色图图像像信信号号通通常常有有两两种种形形式式：彩彩色色全全电电视视信信号号(Y/C)；亮亮度度信信号号/色色差差信信号号（Y/R-Y、B-Y，也也可可称称为为分分量量信信号号）。因因此此对对图图像像信信号号的的PCM编编码码也也有有全全信信号号编编码码和和分分量量编编码码两两种种，数数字字电电

4、视视系系统统宜宜用分量编码，电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。用分量编码，电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。1全电视信号编码全电视信号编码 (1)取样频率取样频率 由于取样过程是非线性过程（由于取样过程是非线性过程（时域相乘时域相乘），在对对全电视信号），在对对全电视信号采样量化时，取样频率采样量化时，取样频率 fS S 的选择，除了要满足取样定理外，的选择，除了要满足取样定理外，要考要考虑采样后的信号中虑采样后的信号中fS S与与 fSCSC的差频的影响：当的差频的影响：当 fS3 fSC或或 fS4 fSC时，时，fS S与与 fSCSC的差频将落在的差频将落在Y Y信号的频谱

5、间隙中。信号的频谱间隙中。应使取样点在屏幕中应使取样点在屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。的位置固定，且满足正交取样条件。以以PAL制为例，当制为例，当 fS4 fSC时时 fSC(283+3/4)fH+25 ，即一行中有（即一行中有（1135+4/625）个取样周期。每帧的取样点个数为整数）个取样周期。每帧的取样点个数为整数 625（1135+4/625）个取样点）个取样点 ，两相邻帧间取样点的位置相同。，两相邻帧间取样点的位置相同。相邻行（奇、偶两场）的起始点相隔相邻行（奇、偶两场）的起始点相隔313(1135+4/625)个采样点，个采样点，也是近似整数也是近似整数(仅差仅差0.00

6、32)，满足正交结构。，满足正交结构。fS4 fSC的另一好处的另一好处是因是因fS/2与与fm间有较大间隔，可以降低模拟低通滤波器和数字滤波间有较大间隔，可以降低模拟低通滤波器和数字滤波器的设计难度。（但码率高）器的设计难度。（但码率高）(2)编码位数编码位数 量化信噪比量化信噪比 对于经过对于经过校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性编码。设单极性图像信号的变化范围为编码。设单极性图像信号的变化范围为0到到1，分为，分为2n-1-1个量化层个量化层,约每个量化层高为约每个量化层高为2-n。由于。由于均匀分布均匀分布，量化误差的均方根值：量化

7、误差的均方根值：满量程量化信噪比：满量程量化信噪比：即量化位数每增加一位，信噪比提高即量化位数每增加一位，信噪比提高6dB。实验表明：当。实验表明：当n=7、8（即将信号量化为（即将信号量化为127至至255个层时），人们已很难感到量化的影响个层时），人们已很难感到量化的影响（但对于未经（但对于未经校正的图像信号，则需要量化位数应大于校正的图像信号，则需要量化位数应大于11），由上），由上式可知，对应的量化信噪比约为式可知，对应的量化信噪比约为5060dB。全信号编码时的数据速率全信号编码时的数据速率 以以PAL制制 fS4 fSC 、n=8(8位位A/D转换转换)为例，总数据速率约为为例，总

8、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约。每一帧的数据量为由此可见，数字图像信号的数据速率是很高约。每一帧的数据量为5.67Mb或或708.8kB。2分量编码分量编码 分分量量编编码码就就是是对对Y、R-Y、B-Y或或三三个个基基色色分分量量R、G、B分分别别编编码，进行并行传输或时分复用传输。码，进行并行传输或时分复用传输。(1)取样频率取样频率 fS 的选定原则和标准的选定原则和标准 选定原则选定原则 fS应大于最高频率（应大于最高频率（Y Y：5.86MHz，色差，色差2 MHz）的的2.2倍。倍。为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频

9、为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频 fH的整数的整数倍。倍。fS是是50Hz/625行、行、60Hz/525两类行频的公倍数，以为了便两类行频的公倍数，以为了便于不同电视制式转换。于不同电视制式转换。亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。CCIR(国际无线电咨询委员会国际无线电咨询委员会)的分量编码国际标准的分量编码国际标准 对对Y/R-Y/B-Y的取样频率为的取样频率为13.5/6.75/6.75MHz,简称简称4:2:2标标

10、准。准。(fS=13.5MHz=858 fS 525行行=864 fS 625行行，fH 525行行=15734.264Hz)低标准：低标准：4:1:1/13.5/3.375/3.375MHz，2:1:1/6.75/3.375/3.375MHz (2)数字有效行数字有效行(内的信号样点数内的信号样点数)数字有效行的数据由每行必须进行处理和存储的取样点构成数字有效行的数据由每行必须进行处理和存储的取样点构成,有效行期间包括了正程。两种制式的数字有效行均为亮度信号样点有效行期间包括了正程。两种制式的数字有效行均为亮度信号样点数：数：720、色度样点数：、色度样点数：360个，便于两种制式的转换。一

11、行的起点个，便于两种制式的转换。一行的起点定在行同步前沿脉冲的中部。定在行同步前沿脉冲的中部。PAL制的有效行由样点制的有效行由样点133至至852构成，构成，而正程对应的样点为而正程对应的样点为142至至844。(3)编码位数和排列编码位数和排列 亮亮度度信信号号和和色色差差信信号号分分别别规规一一化化为为01及及-0.5+0.5的的范范围围，并并都都编编为为8位位线线性性码码。由由于于原原来来的的R-Y最最大大值值为为0.701，B-Y的的最最大大值为值为0.886，故要对，故要对R-Y和和B-Y进行压缩，压缩比分别为进行压缩，压缩比分别为 k R-Y=0.5/0.701、k B-Y=0.

12、5/0.866，压缩后三分量压缩后三分量Y、(R-Y)、(B-Y)的表示式为：的表示式为：Y0.299R+0.587G+0.114B (R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B；(B-Y)-0.169R-0.331G+0.5B Y编编为为自自然然二二进进码码，双双极极性性的的(R-Y)、(B-Y)编编为为偏偏移移二二进进制制码码，即即-0.5对对应应自自然然码码的的0，+0.5为为255，零零电电平平为为128。为为了了防防止止信信号号过过载载、直直流流漂漂移移，256个个量量化化级级并并不不全全用用。亮亮度度信信号号的的黑黑白白电电平平对对应于应于16至至235量化级，色差信号则在底部

13、和顶各留量化级，色差信号则在底部和顶各留16个量化级。个量化级。分量编码的数字信号在传输时的数据序列：分量编码的数字信号在传输时的数据序列：(B-Y)Y(R-Y)(Y)(B-Y)Y(R-Y)(Y)这里这里(B-Y)Y(R-Y)是空间同一取样点的数字，而是空间同一取样点的数字，而(R-Y)(Y)(B-Y)中中的的(Y)是仅有亮度取样的空间取样点的数字，它规定在一行的偶数是仅有亮度取样的空间取样点的数字，它规定在一行的偶数样点上。样点上。(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只对亮度只对亮度信号采样信号采样对亮度色度对亮度色度信号都采样信号都采样 3电视伴音信号的编码电视伴音信号的编码

14、由由于于伴伴音音与与电电视视体体制制没没有有确确定定的的关关系系、编编码码比比较较简简单单。模模拟拟伴伴音音信信号号的的频频带带为为20Hz至至15kHz，高高质质量量的的伴伴音音为为20Hz至至20kHz。对对于于15kHz信信号号取取样样频频率率一一般般取取fS32kHz。对对于于20kHz信信号号，取取样样频频率率可可取取fS48kHz。取取样样频频率率应应与与图图像像取取样样频频率率保保持持固固定定的的关关系系，从从同同一一时时钟钟源源得得到到。在在PAL的的分分量量编编码码时时，若若仍仍采采用用48kHz取取样样频频率率,就可以保持这种关系：就可以保持这种关系：13.5MHz 375

15、 3 4=48kHz 伴伴音音编编码码的的位位数数要要比比图图像像编编码码的的位位数数多多。这这是是因因为为伴伴音音信信号号的的动动态态范范围围大大（90dB 以以上上），高高质质量量的的伴伴音音要要求求很很高高的的信信号号噪噪声声比比，应应有有8590dB的的信信号号量量化化噪噪声声比比。由由上上面面的的均均匀匀量量化化的的信信噪噪比比公公式式，则则均均匀匀量量化化所所需需的的编编码码位位数数为为13至至14位位。在在演演播播室室的的高高质质量量话话音音编编码码中中，若若要要对对低低电电平平的的声声音音仍仍有有高高的的信信号号噪噪声声比比，编编码码位位数数甚甚至要取到至要取到16位。位。伴音

16、信号由于信号幅值分布的特性伴音信号由于信号幅值分布的特性(非均匀分布，幅值大的概非均匀分布，幅值大的概率小率小)以及人的听觉持性，也可以采用非线性编码，这样以及人的听觉持性，也可以采用非线性编码，这样n11、12时也可以得到很高的声音质量。虽然伴音编码的位数比图像编码的时也可以得到很高的声音质量。虽然伴音编码的位数比图像编码的位数多，但因是低速编码，反而更容易实现。位数多，但因是低速编码，反而更容易实现。63 频带压缩编码频带压缩编码 为什么要进行频带压缩编码为什么要进行频带压缩编码 一一路路标标准准清清晰晰度度的的数数字字电电视视信信号号的的码码率率是是很很高高的的，例例如如4:2:2分分量

17、量编编码码彩彩色色图图像像的的码码率率为为(13.5+26.35)8216Mb/s，即即便便是是采采用用1.5b/Hz的的高高效效数数字字调调制制，传传输输频频带带也也要要144MHz，相相当当于于18个个模模拟电视信号的频带拟电视信号的频带(模拟信号一个频道为模拟信号一个频道为8MHz)，根本无法实现。，根本无法实现。如何进行压缩如何进行压缩 消除电视信号中的冗余成分：消除电视信号中的冗余成分：空间冗余：相邻象素空间冗余：相邻象素/行行 变化小；变化小；时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性；时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性；生生理理冗冗余余：人人的的视视觉觉惰惰性性，如如对对运运动动的的和和

18、突突变变(如如轮轮廓廓边边界界)的图像的分辨力低等的图像的分辨力低等 频谱冗余等频谱冗余等 具体的压缩频带方法具体的压缩频带方法：预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余）预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余）变换编码（主要消除空间冗余）变换编码（主要消除空间冗余）其它压缩码率的措施其它压缩码率的措施 631 预测编码预测编码基本含义：基本含义：从已知信号推测未来信从已知信号推测未来信号。号。目标：目标：减小空间和时间冗余。减小空间和时间冗余。在图像预测编码中，在图像预测编码中，人人们力求根据图像或信息所存们力求根据图像或信息所存在的相关性，推测未来图在的相关性，推测未来图中中*人人*和国和国 中

19、华人民共和国中华人民共和国 1预测编码的原理预测编码的原理 差分脉码调制差分脉码调制(DPCM)像或象素的可能值。大量实验证明，一般图像的相邻两帧只有像或象素的可能值。大量实验证明，一般图像的相邻两帧只有10以下的象素的亮度值会有超过以下的象素的亮度值会有超过2的变化，而色度只有的变化，而色度只有1以下的变以下的变化。毫无疑问，预测编码技术应用到图像处理中是非常正确的。当化。毫无疑问，预测编码技术应用到图像处理中是非常正确的。当然，预测编码仅对非独立信源起作用。然，预测编码仅对非独立信源起作用。预测值是已各点量化值的线性组合预测值是已各点量化值的线性组合 ai是预测系数是预测系数。当序列的统计

20、特性已知时（如相关函数），可以得。当序列的统计特性已知时（如相关函数），可以得到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小。到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小。待编码取待编码取样序列样序列量化后数量化后数字序列字序列预测值预测值 (1)(1)非均匀量化编码非均匀量化编码+固定字长固定字长 非均匀量化编码：对出规概率大的小信号细量化，对出现概率非均匀量化编码：对出规概率大的小信号细量化，对出现概率小的大信号粗量化。小的大信号粗量化。5bit5bit /pelpel的非均匀量化可以获得与的非均匀量化可以获得与 8bit8bit /pelpel均匀量化大致相同的图像质量。均匀量

21、化大致相同的图像质量。(2)(2)均匀量化均匀量化+可变字长编码可变字长编码 根根据据熵熵编编码码原原理理，对对概概率率大大的的小小差差值值信信号号编编为为小小字字长长码码（位位数数少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为大字长码。少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为大字长码。DOCM预预测测编编码码结结构构简简单单，易易于于实实现现，压压缩缩效效率率高高；主主要要缺缺点点是抗御误码的能力差。是抗御误码的能力差。2 2 自适应预测编码及运动补偿预测编码自适应预测编码及运动补偿预测编码 实实践践证证明明，人人眼眼观观看看物物体体细细节节的的相相对对分分解解能能力力与与其其空空间间频频

22、率率（物物体体的的细细小小程程度度）和和时时间间分分辨辨率率（物物体体运运动动的的快快慢慢）有有关关。一一般般情情况况下下，可可以以认认为为人人眼眼在在观观看看物物体体（或或图图像像）时时，最最大大空空间间分分辨辨率率与与最最大大时时间间分分辨辨率率的的乘乘积积近近似似为为常常数数。根根据据这这一一点点，可可以以对对高高速速运运动动的的图图像像赋赋予予较较大大的的量量化化步步长长，而而给给与与较较高高的的传传送送速速度度；对对低低速速运运动或静止的图像赋予较小的量化步长，而给与较低的传送速度。动或静止的图像赋予较小的量化步长，而给与较低的传送速度。运运动动补补偿偿是是一一种种对对活活动动图图像

23、像的的帧帧间间编编码码技技术术，目目的的是是根根据据活活动动图像相邻帧间的时域相关性，尽可能消除这部分冗余。图像相邻帧间的时域相关性，尽可能消除这部分冗余。632变换编码变换编码 将将图图像像中中的的像像素素按按区区域域分分成成一一些些包包括括MN个个像像素素的的许许多多方方块块。这这些些像像素素点点的的取取样样值值构构成成一一空空间间(设设为为X,Y二二维维)的的数数字字阵阵列列,然然后后将将它它们们变变换换到到由由正正交交矢矢量量构构成成的的变变换换域域中中,再再对对这这些些变变换换域域中中的的阵阵列列系系数数进进行行编编码码发发送送,接接收收端端通通过过逆逆变变换换恢恢复复原原数数据据。

24、实实用用的的变变换换有有富里叶变换、富里叶变换、离散余弦变换离散余弦变换(DCT)、沃尔什、沃尔什(Walsh)变换等。变换等。变变换换编编码码压压缩缩数数据据的的原原理理：图图像像空空间间存存在在相相关关性性,在在变变换换域域中中,各各空空间间频频率率分分量量是是不不均均匀匀的的,即即空空间间频频率率低低的的区区域域信信号号幅幅度度大大,高高频频区域信号幅度小。若根据统计特性区域信号幅度小。若根据统计特性,低频部分编低频部分编 n 大的长码，大的长码，高频高频亮度亮度部部分分编编 n 小小的的短短码码（与与均均匀匀量量化化+可可变变字字长长编编码码类类似似），则则平平均均码码长长和和总总的的

25、码码率率都都会会下下降降，达达到到压缩码率的目的。压缩码率的目的。离离散散余余弦弦变变换换压压缩缩率率最最高高,有有快快速速算算法法，能能实实现现 实实 时时 压压 缩缩；沃沃 尔尔 什什变换易于硬件实现。变换易于硬件实现。633 其它压缩码率的措施其它压缩码率的措施(利用图像信号的某些特性进行压缩利用图像信号的某些特性进行压缩)1 1亚奈奎斯特取样亚奈奎斯特取样 根据取样定理，应有根据取样定理，应有fS2fm，若不满足此条件，会发生频谱混，若不满足此条件，会发生频谱混叠而失真。然而，由于视频信号存在较大的频谱间隙，如果恰当选叠而失真。然而，由于视频信号存在较大的频谱间隙，如果恰当选择择 fS

26、2fm采样的频率，使频谱折叠区域落在原信号的频谱间隙中，采样的频率，使频谱折叠区域落在原信号的频谱间隙中，就不会发生频谱折叠失真。就不会发生频谱折叠失真。视频信号频谱：视频信号频谱：n fHm fH，取取则折叠频率为则折叠频率为 低通特性低通特性 梳状滤波梳状滤波的特性的特性 2同步信号的编码同步信号的编码 电视信号的行逆程和场逆程电视信号的行逆程和场逆程中，只有同步信号、消隐信号和中，只有同步信号、消隐信号和色同步信号。它们所携带的信息很少，但占据的时间却很长。数字色同步信号。它们所携带的信息很少，但占据的时间却很长。数字化过程中，没有必要对这些逆程信号的全部进行波形取样编码，也化过程中，没

27、有必要对这些逆程信号的全部进行波形取样编码，也没有必要逐行、逐场传送这些信息，而只要对行、场定时信号单独没有必要逐行、逐场传送这些信息，而只要对行、场定时信号单独编码，插入到图像数字信号中即可。编码，插入到图像数字信号中即可。离散余弦变换离散余弦变换DCT编码压缩系统简介编码压缩系统简介 DCTIDCT其中：其中：二维二维DCT变换是一种线性变换，可以分解成两个一维变换是一种线性变换，可以分解成两个一维DCT变变化的乘积。特别是当化的乘积。特别是当MN时，二维时，二维DCT变换可用方阵表示：变换可用方阵表示：例：例：88亮度子块的亮度子块的DCT编码压缩和解码编码压缩和解码 JPEG88亮亮度

28、子块度子块DCDCT第一步：第一步：DCT变换变换 DCT编码压缩编码压缩JPEG亮度量化矩阵表亮度量化矩阵表 第二步：量化处理降低每个第二步：量化处理降低每个DCT系数的比特数系数的比特数 量化过程是将量化过程是将DCT系数矩阵系数矩阵F(u,v)中的每个元素与量化矩中的每个元素与量化矩阵阵Q(u,v)中的对应元素相除后中的对应元素相除后,舍去小于舍去小于0.5以下的数。例如：以下的数。例如：Q(u,v)为为量化矩阵。量化矩阵。量化结果量化结果第三步：第三步：Z扫描并串转换扫描并串转换第四步：编码传输第四步：编码传输游程编码：游程编码：本例为（本例为（39，-3，2，1，-1，1，0，0，0

29、，0，0，-1，EOB）。）。EOB表示块表示块结束，接收端收到结束，接收端收到EOB后后自动将自动将64个元素中余下的个元素中余下的元素补零。元素补零。DCT解码复原解码复原第一步：恢复量化矩阵第一步：恢复量化矩阵将将EOB后的元素自动补零后的元素自动补零第二步：反量化（第二步：反量化（IQ）（619）第三步：第三步：IDCT主要原因是主要原因是量化所致。量化所致。重建后的信号与重建后的信号与原信号相差很小原信号相差很小 JPEG色度量化矩阵表色度量化矩阵表 将整幅图像分将整幅图像分解出数个用于解出数个用于DCT的子块的子块DCT系数中绝对系数中绝对值较大的集中在值较大的集中在矩阵的左上角。

30、矩阵的左上角。将一些绝对值很将一些绝对值很小的系数或区块小的系数或区块置零便于丢弃置零便于丢弃串并转换串并转换舍去零系数舍去零系数量化矩阵复原量化矩阵复原恢复恢复DCT系数系数图像子块重建图像子块重建整幅图像重建整幅图像重建传输或存储传输或存储2020 DCT子块子块IDCT重建的重建的10075图像图像活动图像的活动图像的DCT编解码示例编解码示例100100 DCT子块子块等亮度方块等亮度方块黑白交错的干扰信号黑白交错的干扰信号DCT结果结果量化量化结果结果特殊图像的例子特殊图像的例子重构误差会很大重构误差会很大64 电视信号的数字处理电视信号的数字处理 641概述概述 利用数字技术对电视

31、信号的处理，不仅能完成模拟处理技术中利用数字技术对电视信号的处理，不仅能完成模拟处理技术中的相应，还能完成许多模拟电视中难以完成的各种功能，从而达到的相应，还能完成许多模拟电视中难以完成的各种功能，从而达到提高图像质量，丰富电视节目等目的。提高图像质量，丰富电视节目等目的。6 64 42 2 数字滤波器数字滤波器 1 1数字滤波器的作用（略，详见数字信号处理）数字滤波器的作用（略，详见数字信号处理）2 2数字滤波器的基本结构和原理数字滤波器的基本结构和原理（略，详见数字信号处理）（略，详见数字信号处理）3 3数字滤波器举例数字滤波器举例 (1)(1)亮度水平滤波器亮度水平滤波器 滤波器的传递函

32、数滤波器的传递函数(a)(b)代入代入 ze j=2ffS，当，当 fS=4 fSC时，时，(2)亮亮/色分离梳状滤波器色分离梳状滤波器 PAL制行延时制行延时TTH A至至B 的的传输函数传输函数HY()代入代入 ze j及及=2ffHA至至C的的传输函数传输函数HC()NTSC制的制的Y/C分离分离 传递函数取传递函数取(1(1行延迟行延迟)结构图如何画？结构图如何画？幅频特性：幅频特性：2行延时行延时 传递函数取传递函数取(1帧延迟：帧延迟：TTF，PAL制要延迟制要延迟 2 帧帧)这种这种Y/C分离方法适合于静止图像或变化十分缓慢的图像，特分离方法适合于静止图像或变化十分缓慢的图像，特

33、别是静止图像（帧重复），可以获得非常高的清晰度（对同一位置别是静止图像（帧重复），可以获得非常高的清晰度（对同一位置的像素求和）。由于模拟延迟难以获得高精度长时间延迟，所以这的像素求和）。由于模拟延迟难以获得高精度长时间延迟，所以这种方法只能用于数字处理。种方法只能用于数字处理。(3)PAL色度解调器色度解调器 U支路的滤波器幅频特性支路的滤波器幅频特性由于由于:所以所以 实际延迟与标准实际延迟与标准延迟之差极小。延迟之差极小。(64.05603s)V支路的滤波器幅频特性支路的滤波器幅频特性 分离后的分离后的U、V信号都是信号都是取样频率为取样频率为fS4fSC的数字信的数字信号，分别送入锁存

34、器以号，分别送入锁存器以fSC频频率进行再取样。由于取样时率进行再取样。由于取样时钟的频率钟的频率fS4 fSC，并与色，并与色同步信号严格锁相，实际上同步信号严格锁相，实际上取样时就已实现了取样时就已实现了FU、FV这这两个数字色度分量分离。两个数字色度分量分离。位位于于fSC零相的采样值为零相的采样值为V 分量分量，位于位于fSC 90(将将fSC延迟延迟T TS S，即，即一个一个A/DA/D采样周期采样周期)的采样值的采样值为为U分量。分量。所以利用彩色副所以利用彩色副载波载波fSC作为时钟进行再取样，作为时钟进行再取样，fSC零相的再取样值即为零相的再取样值即为V分分量值，量值，fS

35、C延迟一个延迟一个fS的周期的周期TS的取样值即为的取样值即为U分量值，分量值，以完成副载频信号至视频信以完成副载频信号至视频信号的频率变换。号的频率变换。643 电视信号的时基处理电视信号的时基处理 数数字字信信号号的的在在存存储储器器里里的的存存入入、取取出出由由外外部部的的定定时时信信号号决决定定。若若数数字字电电视视信信号号在在存存储储过过程程中中，采采用用不不同同的的存存入入和和取取出出的的定定时时信信号号,就可以将电视信号在时间上进行变换就可以将电视信号在时间上进行变换,这种变换称为时基处理。这种变换称为时基处理。1 数字时基校正数字时基校正 数数字字时时基基校校正正器器(DTM)

36、是是一一种种典典型型的的时时基基处处理理设设备备，它它主主要要用用于于校正视频磁带录像机校正视频磁带录像机VTR)重放时输出信号的时基误差重放时输出信号的时基误差(TBE)。(RAM或或SRAM)用于用于DTBC的存储器容量一般为的存储器容量一般为10余行以上，而校正的时基余行以上，而校正的时基误差可达几十误差可达几十s甚至更大。甚至更大。2 数字时基处理的其它应用数字时基处理的其它应用 时基变换和处理的原理，还可用于其它方面，例如倍行频或倍时基变换和处理的原理，还可用于其它方面，例如倍行频或倍场频显示，隔行场频显示，隔行/逐行扫描转换，数字式彩色电视制式转换等。这逐行扫描转换，数字式彩色电视

37、制式转换等。这些都是通过对帧存储器内的数字电视信号进行特殊的读些都是通过对帧存储器内的数字电视信号进行特殊的读/写控制和写控制和内插处理而实现的。内插处理而实现的。倍行倍行/场频扫描场频扫描 将电视信号以正常的取样时钟写入存储器，通过数据内插方法将电视信号以正常的取样时钟写入存储器，通过数据内插方法(即将相邻行的数据平均，得到内插行的数据；或者将相邻帧的数即将相邻行的数据平均，得到内插行的数据；或者将相邻帧的数据平均，得到内插帧的数据据平均，得到内插帧的数据)进行数据扩展。再以双倍取样频率取进行数据扩展。再以双倍取样频率取出数据。同时显示时以倍行频扫描，即每场出数据。同时显示时以倍行频扫描，即

38、每场625行显示，这是倍行行显示，这是倍行频显示技术。也可以重新排列扫描顺序，频显示技术。也可以重新排列扫描顺序，由隔行扫描改为逐行扫描由隔行扫描改为逐行扫描。以上两种显示扫描行数都加倍，只是数据的读出顺序不同。倍行频以上两种显示扫描行数都加倍，只是数据的读出顺序不同。倍行频可以消除行间的闪烁现象。倍场频显示是保持隔行扫描不变，而使可以消除行间的闪烁现象。倍场频显示是保持隔行扫描不变，而使场频加倍场频加倍(每秒由每秒由50场提高到场提高到100场。当然行频也加倍场。当然行频也加倍)。倍场频显。倍场频显示既能消除行间闪烁，也能消除场间大面积的闪烁。示既能消除行间闪烁，也能消除场间大面积的闪烁。数

39、字制式转换器数字制式转换器 将将525行和行和625行两行两种制式转换的数字制式种制式转换的数字制式转换器转换器(DSC)，也是利用，也是利用上述时基变换和行、场上述时基变换和行、场内插等技术实现的。内插等技术实现的。625=2525；525=212566 高清晰度电视高清晰度电视 661 普通电视系统存在的缺陷普通电视系统存在的缺陷（以（以NTSC系统为例）系统为例）1总体上的缺陷总体上的缺陷 宽高比宽高比 早期拟订电视规范时，选择了早期拟订电视规范时，选择了4:3的宽高比，因为当时的宽高比，因为当时35mm影片有同样的宽高比，而且观众对此格式也感到舒适。但今天影片有同样的宽高比，而且观众对

40、此格式也感到舒适。但今天“宽宽屏幕屏幕”形式很普遍，形式很普遍，NHK的研究表明，人们更喜欢的研究表明，人们更喜欢5:3或甚至或甚至2:1的宽高比。的宽高比。有限的垂直分解力有限的垂直分解力(NTSC系统比系统比PAL系统更明显系统更明显)在在NTSC制的制的525扫描行中，只有扫描行中，只有485行能产生图像，余下的行能产生图像，余下的40行是场消隐期。在最佳的情况下，人们期望分解出行是场消隐期。在最佳的情况下，人们期望分解出485行，但实际行，但实际上有一些影响使这个数字大大减少，如凯尔上有一些影响使这个数字大大减少，如凯尔(Kell)系数和隔行系数系数和隔行系数等均使可观察到的分解力降低

41、，最多只能达到等均使可观察到的分解力降低，最多只能达到330行左右。行左右。有限的水平分解力有限的水平分解力 假设水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在满屏假设水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在满屏宽约为宽约为440行。要达到这样的分解力，需要频率响应的平坦部分达行。要达到这样的分解力，需要频率响应的平坦部分达到到4.2MHz左右。左右。NTSC制规定视频带宽的上限也只有制规定视频带宽的上限也只有4.2MHz，此，此频率上限不能随便扩展，因为电视额道的划分大多互相紧邻。频率上限不能随便扩展，因为电视额道的划分大多互相紧邻。严重受限的色度分解力严重受限的色度分解力 根根据据对

42、对人人类类视视觉觉系系统统的的研研究究结结果果，人人眼眼对对彩彩色色的的分分辨辨力力是是有有限限的的，因因此此决决定定利利用用这这一一点点对对色色度度系系统统的的频频率率响响应应也也作作同同样样的的限限制制。虽虽然然这这种种方方法法已已证证明明是是使使色色度度信信号号符符合合原原先先单单色色传传输输标标准准的的极极好好方方法法，但但目目前前节节目目制制作作设设备备却却正正在在发发生生变变化化，为为了了尽尽量量减减小小图图像像的的劣劣化，采用化，采用RGB基色或基色或Y、B-Y、G-Y分量进行编辑。分量进行编辑。2隔行缺陷隔行缺陷 行间闪烁行间闪烁 爬行爬行 移动物体的垂直和对角线轮廓会发生畸变

43、（锯齿化现象）移动物体的垂直和对角线轮廓会发生畸变（锯齿化现象）3其它各种缺陷其它各种缺陷 静态光栅（可见行结构）静态光栅（可见行结构）由由于于电电视视机机屏屏幕幕尺尺寸寸的的增增加加和和质质量量的的改改进进，观观众众开开始始能能看看到到组组成成一一帧帧图图像像的的各各扫扫描描行行，许许多多人人对对此此感感到到不不快快，使使扫扫描描点点单单纯纯地地散散焦焦，会会产产生生使使水水平平清清晰晰度度同同时时下下降降的的缺缺陷陷。按按照照NTSC制制标标准准，观观众众要要在在图图像像高高度度的的7倍倍处处(PAL制制是是6倍倍)才才可可以以避避免免看看到到行行结结构构。在在这这个个距距离离上上，观观看

44、看者者不不会会有有身身临临其其境境的的感感觉觉，相相反反是是感感觉觉在在看看“一一只盒子中的图画只盒子中的图画”。大面积闪烁大面积闪烁 研研究究表表明明，人人眼眼可可观观察察到到频频率率非非常常高高的的场场景景亮亮度度变变化化，它它取取决决于于视视场场和和亮亮度度电电平平。就就正正常常的的观观看看电电平平来来讲讲，欧欧洲洲的的PAL和和SECAM的的50Hz场场频频对对许许多多人人来来说说可可能能是是太太低低了了。测测试试表表明明，100Hz的的场场频频对对避避免免大大面面积积闪闪烁烁效效果果是是很很好好的的，当当然然这这时时接接收收机机的的成本会有较大的增加。成本会有较大的增加。串色串色 串

45、串色色看看起起来来就就像像新新闻闻播播音音员员身身上上花花呢呢短短上上衣衣的的异异常常彩彩色色编编织织图图案案的的效效果果，这这是是由由于于NTSC将将高高频频亮亮度度信信号号与与色色度度信信号号混混合合在在同同一一个个复复合合信信号号里里所所致致。减减小小此此种种串串扰扰有有两两个个办办法法，一一种种是是将将亮亮度度倍倍号号带带宽宽限限制制到到大大约约3MHz(该该方方法法比比较较经经济济，直直到到几几年年前前一一直直在在普普遍遍使使用用)；再再就就是是利利用用流流状状滤滤波波器器将将色色度度信信号号从从亮亮度度信信号号中中滤滤出出，但又会使垂直分辨率降低。但又会使垂直分辨率降低。串亮串亮

46、串串亮亮是是由由于于色色度度信信号号漏漏入入亮亮度度通通道道所所致致，特特别别是是在在黑黑白白电电视视接接收收机机中中，屏屏幕幕上上由由密密布布点点组组成成矩矩阵阵状状干干扰扰。串串亮亮可可采采取取与与抗抗串串色相同的方法来消除。色相同的方法来消除。时域混叠时域混叠 这种这种“车轮向后转车轮向后转”的视觉效应是由的视觉效应是由30帧秒的取样率造成的。帧秒的取样率造成的。传统电视系统的缺陷小结：传统电视系统的缺陷小结：为为了了使使闪闪烁烁减减少少到到可可接接受受的的水水平平，又又要要保保持持带带宽宽不不变变，采采用用隔隔行行扫扫描描是是最最好好的的折折中中。采采用用这这样样的的技技术术不不可可能

47、能没没有有损损失失，如如行行间间闪闪烁、快速运动时垂直边缘模糊等。烁、快速运动时垂直边缘模糊等。为为减减轻轻这这些些缺缺陷陷的的影影响响，尤尤其其是是要要避避免免看看到到行行结结构构，观观众众应应该该在在6倍倍图图像像高高度度距距离离处处观观看看。但但是是在在这这个个距距离离上上，观观看看者者不不会会有有融融进进节目的感觉，相反是感觉它像节目的感觉，相反是感觉它像“一只盒子中的图一只盒子中的图”。为了使彩色电视和黑白电视兼容采用了频率分割复用技术，使为了使彩色电视和黑白电视兼容采用了频率分割复用技术，使得色差信号和亮度信号在频谱上的交借，这是很大的进步，但又免得色差信号和亮度信号在频谱上的交借

48、，这是很大的进步，但又免不了会有串亮和串色。这也是在新一代电视系统中要解决的问题。不了会有串亮和串色。这也是在新一代电视系统中要解决的问题。662 人眼视觉和电视标准人眼视觉和电视标准 1视角和临场感视角和临场感 当一幅清楚的图像呈现在宽阔的视觉场时，人眼将不能区分被当一幅清楚的图像呈现在宽阔的视觉场时，人眼将不能区分被显示的图像空间和观看者所处的空间，这将使观看者几乎忘记了这显示的图像空间和观看者所处的空间，这将使观看者几乎忘记了这是由显示产生的图像，而获得逼真的立体视觉。因此，扩展屏幕宽是由显示产生的图像，而获得逼真的立体视觉。因此，扩展屏幕宽度对产生临场感是极为有效的技术手段。度对产生临

49、场感是极为有效的技术手段。实验证明，只有当视场角至少超过实验证明，只有当视场角至少超过20时才能开始获得具有时才能开始获得具有“临场感临场感”表现的心理效果。随着观看者的视场角增加，这种心理效表现的心理效果。随着观看者的视场角增加，这种心理效果也增加，当达到果也增加，当达到80 120时趋于饱和。目前的电视系统，位于时趋于饱和。目前的电视系统，位于最佳距离观看时，水平视角大约只有最佳距离观看时，水平视角大约只有10左右，而未来的电视系统左右，而未来的电视系统的水平视角则希望达到的水平视角则希望达到20 30。视觉场大小和观看距离有关，普。视觉场大小和观看距离有关，普通电视在距图像高度的通电视在

50、距图像高度的7倍处观看，倍处观看，HDTV在距图像高度在距图像高度3倍的距离倍的距离处观看已获得较大的视角。为了满足近处观看，处观看已获得较大的视角。为了满足近处观看，HDTV的图像就必的图像就必须有相应的图像细节和清晰的轮廓。须有相应的图像细节和清晰的轮廓。图图6-22 2垂直细节和观看距离垂直细节和观看距离 要要提提高高电电视视系系统统的的垂垂直直清清晰晰度度，就就必必须须提提高高扫扫描描行行数数。为为此此有有必必要要来来确确定定在在满满足足人人眼眼视视觉觉对对图图像像质质量量要要求求的的前前提提下下，新新的的高高清清晰晰度度电电视视系系统统的的扫扫描描行行数数至至少少应应为为多多少少行行