第三章 数字信号产生.ppt

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1、 数字数字电视原理电视原理 第三章第三章 数字电视信号的产生数字电视信号的产生主要内容主要内容一、一、数字电视信号的产生数字电视信号的产生二、二、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三、三、HDTVHDTV视频参数标准视频参数标准四、数字电视扫描制式表示方法四、数字电视扫描制式表示方法 数字数字电视原理电视原理 信源编码与复用原理数字视频信号数字视频信号数字音频信号数字音频信号数据信号数据信号视频编码器视频编码器音频编码器音频编码器数据编码器数据编码器节节目目复复用用节节目目复复用用传传输输复复用用传输码流传输码流.数字数字电视原理电视原理 数字电视系统结构方框图传输码流传

2、输码流信信道道编编码码调调制制器器调调谐谐器器解解调调器器信信道道解解码码解解复复用用视频解码视频解码音频音频解码解码显示器显示器数据数据信信道道 数字数字电视原理电视原理 数字电视信号的产生数字电视信号的产生脉冲编码调制PCM 信号数字化需要完成采样、量化、编码三步。1.采样：用每隔一定时间（或空间）间隔的信号样本序列代替原来在时间（或空间）上连续的信号。即将模拟信号离散化。数字数字电视原理电视原理 采样在数字电视中取样频率的选择应该从以下四个方面考虑：（1）满足奈奎斯特取样定理，即抽样频率应该大于视频带宽的两倍。亮度信号带宽 最大是6MHz，因此有：（2）为了保证取样结构是固定正交的，取样

3、频率应该是行频fH的整数倍 (3)在制订国际统一的编码标准时亮度信号的取样频率的选择还必须兼顾不同的扫描制式。数字数字电视原理电视原理 2、量化所谓量化就是把幅度连续变化的信号变为幅度离散的数字信号。量化过程不可避免地引起量化误差。由于量化误差会在接收端恢复图象的画面上出现颗粒状的细斑，量化误差又称为颗粒噪声或量化噪声。数字数字电视原理电视原理 取整时有舍有入取整时有舍有入 取整时只舍不入取整时只舍不入量量化化误误差差的的绝绝对对值值最最大大为为A/2，误差较小，误差较小 数字数字电视原理电视原理 数字数字电视原理电视原理 ：量化级数n：量化比特数，（码源位数）是指要区分所有量化级所需几位二进

4、制数 M=2n抽样频率与量化比特数的积，称为所传输数字信号的数码率。(13.5+26.75)8216Mb/s4:2:2分量编码数码率：数字数字电视原理电视原理 量化分类：量化分类：1、均匀量化：量化间隔相同。、均匀量化：量化间隔相同。2、非均匀量化：、非均匀量化：小信号量化间隔小小信号量化间隔小 大信号量化间隔大大信号量化间隔大 数字数字电视原理电视原理 (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，校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性编码。即用线性编码。满量程量化信噪比：满量程量化信噪比：量化位数每增加一位，信噪比提高量化位数每增加

5、一位，信噪比提高6dB。当当n=7、8（即将信号量化为即将信号量化为127至至255个层时），个层时），量化的影响效果小，量化信噪比约为量化的影响效果小，量化信噪比约为5060dB。数字数字电视原理电视原理 取样时刻 取样值 量化值 编码 t1 2.9 3 0011 t2 12.6 13 1101 t3 14 14 1110 t4 3.3 3 0011 t5 4.5 5 0101 数字数字电视原理电视原理 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全信号编码全信号编码(Y/C)电视接收机中的数字化处理电视接收机中的数字化处理分量编码分量编码（Y/R-Y、B-Y）对对Y、R-Y、B

6、-Y或或三三个个基基色色分分量量R、G、B分分别别编编码码，进进行行并并行行传传输输或或时时分分复复用用传传输。输。数字数字电视原理电视原理 区别复合编码：1.设备较简单。2.抽样频率必须与彩色副载频保持一定的关系，难以统一。3.采用复合编码时由抽样频率和副载频间的差拍，造成干扰将影响图像的质量。分量编码：1.编码与制式无关，只要抽样频率与行频有一定的关系，便于制式转换和统 一。2.由于Y、(RY)、(BY)分别编码，可采用时分复用方式，避免亮色互串，可获得高质量的图像。3.亮度信号用较高的码率传送，两个色差信号的码率可低一些，但总的码率比较高，设备价格相应较贵。数字数字电视原理电视原理 1全

7、电视信号编码全电视信号编码(1)取样频率取样频率，取样频率取样频率 fS 满足取样定理：当满足取样定理：当 fS3 fSC或或 fS4 fSC时，时，fS与与 fSC的差频将落在的差频将落在Y信号的频谱间隙中。信号的频谱间隙中。应使取样点在应使取样点在屏幕中的位置固定，且满足正交取样条屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。件。数字数字电视原理电视原理 取样值在图像上沿垂直线按行、场、帧成固定的周期取样值在图像上沿垂直线按行、场、帧成固定的周期排列，在隔行扫描中图像相邻场相加时，水平与垂直排列，在隔行扫描中图像相邻场相加时，水平与垂直清晰度都不受损伤，有利于行、帧间信号处理。清晰度都不受损伤，有

8、利于行、帧间信号处理。数字数字电视原理电视原理 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，总数据速率约为 44.438=141.76Mb/s。数字数字电视原理电视原理 分量编码标准的亮度信号抽样频率fs为13.5 MHz：对于625行/50场扫描制式的亮度信号，每行的取样点数为：对于525行/60场扫描制式的亮度信号，每行的取样点数为：数字数字电视原理电视原理 CCIRCCIR的分量编码国际标准图像采样的分量编码国际标准图像采样如果如果对色差信号使用的采色差信号使用的采样频率比率比对亮度信亮度信号使用的采

9、号使用的采样频率低，率低，这种采种采样就称就称为图像像子采子采样(subsamplingsubsampling)。1 1、使用相同的采、使用相同的采样频率率对图像的亮度信像的亮度信号和色差信号号和色差信号进行采行采样；2 2、对亮度信号和色差信号分亮度信号和色差信号分别采用不同采用不同的采的采样频率率进行采行采样。数字数字电视原理电视原理 4:4:4 4:4:4 YCbCrYCbCr格式格式在每条在每条扫描描线上每上每4个个连续的采的采样点取点取4个亮度个亮度Y样本、本、4个个红色差色差Cr样本和本和4个个蓝色差色差Cb样本本4:4:44:4:4子采子采样格式格式 数字数字电视原理电视原理 表

10、示全像素点阵,用于高质量视频应用、演播室以及专业视频产品。YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整。（每个分量通常8比特)4:4:4 4:4:4 YCbCrYCbCr格式格式 数字数字电视原理电视原理 4:2:2 4:2:2 YCbCrYCbCr格式格式是是DVD、数字、数字电视、HDTV以及其它消以及其它消费类视频设备的最常用格的最常用格式。式。在每条在每条扫描描线上每上每4个个连续的采的采样点取点取4个亮度个亮度Y样本、本、2个个红色差色差Cr样本和本和2个个蓝色差色差Cb样本本 数字数字电视原理电视原理 每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平每个

11、色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。的一半。下面的四个像素为：下面的四个像素为：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为：存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3映射出像素点为：映射出像素点为：Y0 U0 V1 Y1 U0 V1 Y2 U2 V3 Y3 U2 V34:2:2 4:2:2 YCbCrYCbCr格式格式 数字数字电视原理电视原理 4:1:1 4:1:1 YCbCrYCbCr格式格式在每条在每条扫描描线上每上每4 4个个连续的采的采样点取点取4 4个亮度个亮

12、度Y Y样本、本、1 1个个红色差色差CrCr样本和本和1 1个个蓝色差色差CbCb样本本 数字数字电视原理电视原理 4:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度进行的色度抽样，是在水平方向上对色度进行4:1抽样。抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。下面的四个像素为下面的四个像素为:Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为存放的码流为:Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3映射出像素点为：映射出像素点为：Y0 U0 V2 Y1 U0 V2 Y2 U0 V2 Y3 U0 V24:1:1 4:1:1 Y

13、CbCrYCbCr格式格式 数字数字电视原理电视原理 仅采样奇数扫描线，是便携式视频设备(MPEG-4)以及电视会议(H.263)最常用格式。4:2:0 4:2:0 YCbCrYCbCr格式格式 数字数字电视原理电视原理 4:2:0 4:2:0 YCbCrYCbCr格式格式指对每行扫描线来说，只有一种色度分量以指对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，一行是的扫描行存储不同的色度分量，一行是4:2:0，下一行就是，下一行就是4:0:2，.以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率以此类推。对每个色度分量来说，水平方

14、向和竖直方向的抽样率都是都是2:1，所以可以说色度的抽样率是，所以可以说色度的抽样率是4:1。下面八个像素为：下面八个像素为：Y0U0V0Y1U1V1Y2U2V2Y3U3V3Y5U5V5Y6U6V6Y7U7V7Y8U8V8存放的码流为：存放的码流为：Y0U0Y1Y2U2Y3Y5V5Y6Y7V7Y8映射出的像素点为：映射出的像素点为：Y0U0V5Y1U0V5Y2U2V7Y3U2V7Y5U0V5Y6U0V5Y7U2V7Y8U2V7 数字数字电视原理电视原理 HDTV视频参数标准演播室彩色电视信号数字编码标准传统隔行扫描HDTV视频格式的主要参数方形像素通用HDTV视频格式我国HDTV节目视频参数标准 数字数字电视原理电视原理 数字电视扫描制式表示方法1080/50i 720/60P 1080/50/2:11125/60i 75060P1080i/50