數(shù)字電視演播室基本參數(shù).ppt

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第二章 數(shù)字電視演播室 基本參數(shù),,一、模擬信號的數(shù)字化,模擬信號,取樣量化編碼,,,數(shù)字信號,模擬信號：在時間和幅度上都連續(xù)的信號,數(shù)字信號：在時間和幅度上都離散的信號,1、取樣,取樣：將時間軸上連續(xù)的信號每隔一定的時間間隔抽取出一個信號的幅度樣本，使其成為時間上離散的脈沖序列。其中，樣本之間的時間間隔稱為取樣周期（Ts），其倒數(shù)稱為取樣頻率（fs）,取樣過程相當(dāng)于用一個電子開關(guān)對模擬信號進行控制。開關(guān)閉合時，該時刻的信號得以輸出，于是就得到了該時刻的信號幅度值。開關(guān)每隔Ts閉合一次，這樣就得到了間隔為Ts的取樣脈沖序列，該序列在時間上已經(jīng)離散化，但幅度仍然是連續(xù)變化的,取樣信號的頻譜,取樣造成信號頻譜的周期延拓。取樣之后的頻譜相當(dāng)于原信號頻譜以取樣頻率（fs）為周期所進行的周期延拓。,取樣定理,要想取樣后能夠不失真地恢復(fù)出原信號，則取樣頻率必須大于信號最高頻率的二倍。即fs ≥ 2fm,取樣信號的恢復(fù),用截止頻率為fs/2的低通濾波器可恢復(fù)原始信號的頻譜,2、量化,量化：在幅度軸上將連續(xù)變化的幅度值用有限個量化電平（量化等級）表示，即將幅度離散化 。相鄰兩個量化電平之間的間隔稱為量化間隔。,量化比特數(shù)：量化等級通常用二進制的位數(shù)n表示，稱為量化比特數(shù)。n與十進制的量化等級數(shù)M之間的關(guān)系為：,n = log2 M,量化噪聲：由于量化過程是將連續(xù)變化的信號電平歸并到有限個量化等級上，得到的數(shù)值是原幅值的近似值，因此會引入量化誤差。量化誤差對信號的影響類似于噪聲，因此稱為量化噪聲。,量化比特數(shù)越多，即量化間隔越細(xì)，量化噪聲越小,3、編碼,編碼：將已量化的信號幅值用二進制或多進制數(shù)碼表示。二進制數(shù)碼中的每一位為一個比特（bit）。,常用的二進制編碼方式有自然二進制碼、格雷碼、折疊二進制碼等。,二、數(shù)字電視信號的產(chǎn)生,復(fù)合編碼方式,模擬電視信號,取樣量化編碼,,,數(shù)字電視信號,分量編碼方式,,1、復(fù)合編碼方式,（1）取樣,取樣結(jié)構(gòu)： 取樣點在畫面上相對于空間和時間的分布規(guī)律。 固定正交取樣結(jié)構(gòu)： 每一行的取樣點正好處于前一場和前一行取樣點的正下方，而且與前一幀的樣點重合 。 fs＝nfH 固定正交取樣結(jié)構(gòu),,復(fù)合編碼：將彩色復(fù)合電視信號作為一個整體進行取樣、量化和編碼,固定正交取樣結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,取樣頻率fs的選擇 ： fs=2.2 fm fs＝n fsc fs＝n fH fs ＝4 fsc＝17.72MHz 每行取樣點數(shù)為1135,（2）量化,為了保證量化后的信號具有足夠的信噪比，應(yīng)盡量減小量化誤差，即增加量化比特數(shù)。但量化比特數(shù)增加會導(dǎo)致數(shù)碼率增加，給信號處理和傳輸帶來困難。 如果要保證實際圖像的量化信噪比大于50dB，則量化比特數(shù)不應(yīng)少于8比特，即量化級數(shù)不少于256級。 電視系統(tǒng)采用的量化比特數(shù)為8或10比特。,（3）編碼,將量化后的取樣值用一組二進制碼表示,2、分量編碼方式,（1）取樣,分量編碼：對亮度信號和兩個色差信號分別進行取樣、量化和編碼。,4：2：2 取樣結(jié)構(gòu),Y 的取樣頻率：13.5MHz（是625/50及525/60系統(tǒng)行頻的整數(shù)倍） R-Y/B-Y的取樣頻率：6.75MHz 固定正交取樣結(jié)構(gòu),4：2：2 分量取樣結(jié)構(gòu),4：4：4 取樣結(jié)構(gòu),R /G / B 的取樣頻率均為：13.5MHz 或Y/CR/CB的取樣頻率均為：13.5MHz 固定正交取樣結(jié)構(gòu),4：4：4 分量取樣結(jié)構(gòu),4：1：1 取樣結(jié)構(gòu),Y 的取樣頻率為：13.5MHz R-Y / B-Y 的取樣頻率為：3.375MHz 固定正交取樣結(jié)構(gòu),4：1：1 分量取樣結(jié)構(gòu),4：2：0 取樣結(jié)構(gòu),Y 的取樣頻率：13.5MHz R-Y/B-Y的取樣頻率：6.75MHz R-Y/B-Y每兩行取一行 固定正交取樣結(jié)構(gòu),4：2：0 分量取樣結(jié)構(gòu),取樣參數(shù),（2）量化與編碼,量化比特數(shù)：8比特（或10比特）。 量化級數(shù)：256（或1024） 在量化之前，為了將三個分量歸一化到相同的動態(tài)范圍，需要對紅色差信號R-Y和藍(lán)色差信號B-Y進行壓縮,歸一化后 Y：0～1 CR：－0.5～0.5 CB：－0.5～0.5,（3）數(shù)字有效行,數(shù)字有效行相當(dāng)于模擬電視信號的行正程，但時基上略有不同，如圖所示。,OH為每行開始的第一個取樣點的位置，也是模擬電視信號行同步開始的位置。數(shù)字有效行由133～852之間的720個樣值組成。,3、SDTV演播室參數(shù)（ CCIR 601 ）,三、數(shù)字高清晰度電視,1、HDTV的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,模擬HDTV系統(tǒng),數(shù)字HDTV系統(tǒng),,MUSE制,HD-MAC制,,ATSC標(biāo)準(zhǔn),DVB標(biāo)準(zhǔn),ISDB方案,國內(nèi)情況,2、HDTV系統(tǒng)的定義,高清晰度電視系統(tǒng)應(yīng)能使觀看者在圖像高度的大約3倍距離處觀看圖像細(xì)節(jié)時，能達(dá)到或接近具有正常視覺銳度的觀看者觀看原始景物的感覺。 也就是說，HDTV系統(tǒng)在垂直和水平方向上的分解力都應(yīng)比SDTV系統(tǒng)提高一倍。 另外，HDTV在圖像色彩、聲音等方面也都有明顯的改善。,3、HDTV系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)選擇,掃描行數(shù) 為了使垂直分解力增加一倍，HDTV系統(tǒng)的每幀圖像行數(shù)不應(yīng)少于1000行。 ITU-R BT.709建議書中曾給出兩種掃描行數(shù)，即1125行/幀和1250行/幀。,b. 每行取樣點數(shù) 水平分解力也應(yīng)增加一倍。ITU-R BT.709建議書中給出的每行取樣點數(shù)為2200和2304，其中每行有效樣點數(shù)為1920。,c. 畫面寬高比 根據(jù)雙眼的視場清晰范圍，HDTV畫面寬高比應(yīng)象寬銀幕電影那樣在（1.66～1.85）：1的范圍內(nèi)，目前已公認(rèn)為16:9,d. 像素形狀 如果像素在水平和垂直方向上的大小是相同的，則稱為方形像素。HDTV系統(tǒng)采用方形像素有利于實現(xiàn)與計算機系統(tǒng)的互操作性。 ITU-R BT.709建議書中專門規(guī)定了方形像素的幀格式，即每幀有效行數(shù)為1080，每行有效樣點數(shù)為1920。,4、我國HDTV演播室標(biāo)準(zhǔn)的基本參數(shù),,,,,（1080i）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,24p,,,,,,,,,,,,,,數(shù)碼率：系統(tǒng)在單位時間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量 實時傳輸情況下： 數(shù)碼率＝fs量化比特數(shù) 復(fù)合編碼、8比特量化時： 數(shù)碼率＝17.72（MHz）8（bit）＝141.76Mbps 10比特量化時： 數(shù)碼率＝17.72（MHz）10（bit）＝177.2Mbps,四、數(shù)字電視信號的數(shù)碼率,1、復(fù)合編碼方式,2、分量編碼方式（ 4：2：2 ）,SDTV系統(tǒng),10bit量化時： 亮度信號數(shù)碼率＝13.5（MHz）10（bit） ＝135 Mbps 色差信號數(shù)碼率＝2 6.75 （MHz） 10（bit） ＝135 Mbps 總數(shù)碼率＝ 135 ＋ 135 ＝270 Mbps 8比特量化時： 總數(shù)碼率＝ 108 ＋ 108＝216 Mbps,有效數(shù)碼率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)呐c視頻信號有關(guān)的數(shù)據(jù)量。 有效數(shù)碼率＝每行有效樣點數(shù)每幀有效行數(shù) 量化比特數(shù)幀頻 4：2：2 分量信號的有效數(shù)碼率 10bit量化時： 7205761025＋36057610252 ＝207.360 Mbps 8 bit 量化時：165.888 Mbps,HDTV系統(tǒng),10bit量化時： 亮度信號數(shù)碼率＝74.25（MHz）10（bit） ＝742.5 Mbps 色差信號數(shù)碼率＝2 37.125 （MHz）10（bit） ＝742.5 Mbps 總數(shù)碼率＝ 742.5 ＋ 742.5 ＝1485 Mbps 8比特量化時： 總數(shù)碼率＝ 594 ＋ 594＝1188 Mbps,HDTV信號有效數(shù)碼率,10bit量化時： 192010801025＋960108010252 ＝1036.8 Mbps 8比特量化時： 829.44 Mbps,,,,