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(hào)的數(shù)字化,模擬信號(hào),取樣量化編碼,,,數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅度上都連續(xù)的信號(hào),數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅度上都離散的信號(hào),1、取樣,取樣：將時(shí)間軸上連續(xù)的信號(hào)每隔一定的時(shí)間間隔抽取出一個(gè)信號(hào)的幅度樣本，使其成為時(shí)間上離散的脈沖序列。其中，樣本之間的時(shí)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(gè)電子開關(guān)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行控制。開關(guān)閉合時(shí)，該時(shí)刻的信號(hào)得以輸出，于是就得到了該時(shí)刻的信號(hào)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(shí)間上已經(jīng)離散化，但幅度仍然是連續(xù)變化的,取樣信號(hào)的頻譜,取樣造成信號(hào)頻譜的周期延拓。取樣之后的頻譜相當(dāng)于原信號(hào)頻譜以取樣頻率（fs）為周期所進(jìn)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(hào)，則取樣頻率必須大于信號(hào)最高頻率的二倍。即fs ≥ 2fm,取樣信號(hào)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(hào)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(gè)量化電平（量化等級(jí)）表示，即將幅度離散化 。相鄰兩個(gè)量化電平之間的間隔稱為量化間隔。,量化比特?cái)?shù)：量化等級(jí)通常用二進(jìn)制的位數(shù)n表示，稱為量化比特?cái)?shù)。n與十進(jìn)制的量化等級(jí)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(hào)電平歸并到有限個(gè)量化等級(jí)上，得到的數(shù)值是原幅值的近似值，因此會(huì)引入量化誤差。量化誤差對(duì)信號(hào)的影響類似于噪聲，因此稱為量化噪聲。,量化比特?cái)?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(hào)幅值用二進(jìn)制或多進(jìn)制數(shù)碼表示。二進(jìn)制數(shù)碼中的每一位為一個(gè)比特（bit）。,常用的二進(jìn)制編碼方式有自然二進(jìn)制碼、格雷碼、折疊二進(jìn)制碼等。,二、數(shù)字電視信號(hào)的產(chǎn)生,復(fù)合編碼方式,模擬電視信號(hào),取樣量化編碼,,,數(shù)字電視信號(hào),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(diǎn)在畫面上相對(duì)于空間和時(shí)間的分布規(guī)律。 固定正交取樣結(jié)構(gòu)： 每一行的取樣點(diǎn)正好處于前一場(chǎng)和前一行取樣點(diǎn)的正下方，而且與前一幀的樣點(diǎn)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(hào)作為一個(gè)整體進(jìn)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(diǎn)數(shù)為1135,（2）量化,為了保證量化后的信號(hào)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?cái)?shù)。但量化比特?cái)?shù)增加會(huì)導(dǎo)致數(shù)碼率增加，給信號(hào)處理和傳輸帶來困難。 如果要保證實(shí)際圖像的量化信噪比大于50dB，則量化比特?cái)?shù)不應(yīng)少于8比特，即量化級(jí)數(shù)不少于256級(jí)。 電視系統(tǒng)采用的量化比特?cái)?shù)為8或10比特。,（3）編碼,將量化后的取樣值用一組二進(jìn)制碼表示,2、分量編碼方式,（1）取樣,分量編碼：對(duì)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)分別進(jìn)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?jī)尚腥∫恍?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?cái)?shù)：8比特（或10比特）。 量化級(jí)數(shù)：256（或1024） 在量化之前，為了將三個(gè)分量歸一化到相同的動(dòng)態(tài)范圍，需要對(duì)紅色差信號(hào)R-Y和藍(lán)色差信號(hào)B-Y進(jìn)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(hào)的行正程，但時(shí)基上略有不同，如圖所示。,OH為每行開始的第一個(gè)取樣點(diǎn)的位置，也是模擬電視信號(hào)行同步開始的位置。數(shù)字有效行由133～852之間的720個(gè)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(guó)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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)數(shù)為2200和2304，其中每行有效樣點(diǎn)數(shù)為1920。,c. 畫面寬高比 根據(jù)雙眼的視場(chǎng)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(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)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(diǎn)數(shù)為1920。,4、我國(guó)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(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量 實(shí)時(shí)傳輸情況下： 數(shù)碼率＝fs量化比特?cái)?shù) 復(fù)合編碼、8比特量化時(shí)： 數(shù)碼率＝17.72（MHz）8（bit）＝141.76Mbps 10比特量化時(shí)： 數(shù)碼率＝17.72（MHz）10（bit）＝177.2Mbps,四、數(shù)字電視信號(hào)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(shí)： 亮度信號(hào)數(shù)碼率＝13.5（MHz）10（bit） ＝135 Mbps 色差信號(hào)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(shí)： 總數(shù)碼率＝ 108 ＋ 108＝216 Mbps,有效數(shù)碼率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)呐c視頻信號(hào)有關(guān)的數(shù)據(jù)量。 有效數(shù)碼率＝每行有效樣點(diǎn)數(shù)每幀有效行數(shù) 量化比特?cái)?shù)幀頻 4：2：2 分量信號(hào)的有效數(shù)碼率 10bit量化時(shí)： 7205761025＋36057610252 ＝207.360 Mbps 8 bit 量化時(shí)：165.888 Mbps,HDTV系統(tǒng),10bit量化時(shí)： 亮度信號(hào)數(shù)碼率＝74.25（MHz）10（bit） ＝742.5 Mbps 色差信號(hào)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(shí)： 總數(shù)碼率＝ 594 ＋ 594＝1188 Mbps,HDTV信號(hào)有效數(shù)碼率,10bit量化時(shí)： 192010801025＋960108010252 ＝1036.8 Mbps 8比特量化時(shí)： 829.44 Mbps,,,,