人眼视觉原理课件.ppt

精品课件,2022/12/31,第一章 数字视频基础,1.0. 视频应用1.1. 人类视觉系统与模型1.2. 彩色模型1.3. 数字视频基础1.4. 多维随机信号分析,精品课件,视频应用,精品课件,视频应用,图像与视频信号处理无所不在,精品课件,视频应用,精品课件,目标的检测与识别,精品课件,图像与视频拼接,普通相机视场：50350,人眼视场：2001350,全景拼接（Panoramic Mosaic）：3601800,精品课件,运动视频分析系统,精品课件,运动视频分析系统,精品课件,运动视频分析系统,精品课件,1.1. 人眼的视觉特性与模型,精品课件,2022/12/31,1.1. 人眼的视觉特性与模型,人眼的构造视网膜的结构（杆状细胞，锥状细胞）视细胞的分布人眼的视觉特性视觉的适应绝对视觉阈阈值对比度光谱灵敏度分辨力视觉系统的调制传递函数,精品课件,2022/12/31,视网膜,视网膜的结构杆状细胞锥状细胞视细胞的分布,精品课件,2022/12/31,视觉的适应,明视觉暗视觉中介视觉颜色适应,精品课件,2022/12/31,人眼的视觉特性,绝对视觉阈：全黑视场下，人眼感觉到的最小光刺激值，约109 lx量级。阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。对比度C：当Lt和Lb分别为目标与背景的亮度时，对比度表示为：,由于背景亮度、对比度和人眼所能探测的目标张角三者之间存在制约关系（Wald定律），特别是在目标张角7，时，存在Rose定律：,精品课件,2022/12/31,人眼的视觉特性,光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应），对大量正常视力观察者的实验表明：在较明亮环境中，人眼视觉对波长0.555m左右的绿光最敏感；在较暗条件下，人眼视觉对波长0.512m左右的黄绿光最敏感；右图给出不同视场亮度下，人眼的光谱光视效率曲线：,人眼的分辨力：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角，其倒数为人眼分辨力。从内因分析，影响分辨力的因素为眼睛的构造。从外因分析，是目标的亮度与对比度。人眼会根据外界条件自动进行适应，从而可以得到不同的极限分辨角。,精品课件,人眼观察物体的要求,灵敏度：以量子阈值表示时，最小可探测的视觉刺激是58145个蓝绿光(波长为0.51m)的光子轰击角膜引起的，据估算，这一刺激只有514个光子实际到达并作用于视网膜上。 分辨力：对比度：图案不同，对对比度的要求也不同（如点与点：26；方波条纹之间：3）信噪比：人眼观察物体需要排出干扰，如果干扰太大将影响到人眼的观察效果。图案不同，人眼对信噪比的要求不同（如方波图案：11.5左右；余弦图案：33.5左右）,10-6lx,10-5lx,10-4lx,10-3lx,精品课件,光波与颜色,波长与颜色关系,次声波,声波,无线电波,微波,红外线,红色光,紫色光,紫外线,X射线,可见光,可见光频率范围：红 橙 黄 绿 兰 紫 4.3X1014Hz-7.5X1014,精品课件,光波与颜色,由红绿蓝三色组成的颜色,精品课件,光的特征,色调：主频率 决定颜色亮度 单位时间、单位角度、单位投射面上光源幅射能量饱和度：纯度 该频率的颜色表现 能量分布,能量E,频率,红,紫,白色光,某主频光,纯度 依赖于Ed与Ew差别Ew=0 纯度100%Ed=Ew 纯度0,Ew,Ed,红,紫,精品课件,RGB三基色,RGB三基色基本颜色 可用来生成其他颜色的两种或三种颜色Blue=435.8nmGreen=546.1nmRed=700nm二次色品红（magenta）：红+蓝青（cyan）：蓝+绿黄（yellow)：红+绿补色,精品课件,标准基色和色度图,原色：如果将X,Y,Z三种颜色适当混合即可产生 白色效果，而其中两种颜色组合不能产生第三种颜色，这三种颜色称为原色。即红、绿、兰为原色。,实验发现，很多颜色的光无法用RGB三种原色组合获得。例如，500nm颜色=G+B-RRGB彩色监视器无法获得,精品课件,标准基色和色度图,XYZ颜色模型CIE(国际照度委员会)X,Y,Z表示产生一种颜色所需要的三基色的量,X=0.4902R+0.3099G+0.1999B Y=0.1770R+0.8123G+0.0107B Z=0.0000R+0.0101G+0.9899B x, y, z：色系数,精品课件,2. 标准基色和色度图,CIE色度图作用：为不同基色组比较整个颜色范围 标识互补颜色 确定颜色主波长和纯度,精品课件,2. 标准基色和色度图,精品课件,2. 标准基色和色度图（续）,精品课件,3. RGB颜色模型,R（红）G（绿）B（蓝）（0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色一种颜色,精品课件,3. RGB颜色模型,R（红）G（绿）B（蓝）（0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色一种颜色,精品课件,3. RGB颜色模型,R（红）G（绿）B（蓝）,0.8,0.7,0.1,0.2,0.7,精品课件,CMY(青、品红、黄)、CMYK (青、品红、黄、黑）运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机和复印机 CMYK 打印中的主要颜色是黑色 等量的CMY原色产生黑色，但不纯 在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色空间,精品课件,4. CMY颜色模型,RGB是加色模型，CMY是减色模型,精品课件,5. HSI颜色模型,面向视觉感知的颜色模型 HSI(色调hue、饱和度saturation、亮度intensity） 两个特点： I分量与图像的彩色信息无关 H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的 将亮度(I)与色调（H）和饱和度（S）分开，避 免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰, 仅仅分 析反映色彩本质的色调和饱和度 广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索,精品课件,5. HSI颜色模型,H（色调）： 为角度，从0到360；S（色饱和度） ： 从0到1，S0时只有灰度； I（明度）： I从0到1， I0是黑色， I=1是白色,精品课件,RGB ,精品课件,RGB图像同与之对应的HIS图像,精品课件,HIS RGB,精品课件,彩色图象的R，G，B和H，S，I各分量的图示,下图给出1组用灰度图形式表示彩色图象的例子，其中图(a)，图(b)，图(c)分别为1幅彩色图象的R，G，B分量（每个分量用8 bit表示)，图(d)，图(e)，图(f )分别为这幅彩色图象的H，S，I分量（每个分量也各用8 bit表示)。,精品课件,1.3. 数字视频基础,模拟视频与数字视频视频（Video）最初是在电视系统中提出的；20世纪20年代后期，光电管及阴极射线管为核心技术的全电子电视系统问世后，才有真正意义上的视频，即黑白视频；在不考虑电视调制发射和接收等诸多环节，仅考虑和研究电视基带信号的摄取、改善、传输、记录、编辑、显示的技术就叫做“视频技术”；主要应用于广播电视的摄录编系统、安全及监控、视频通信和视频会议、远程教育及视听教学、影像医学、影音娱乐和电子广告等行业和领域。,精品课件,1.3. 数字视频基础,视频：动态图像，是一组图像按时间顺序的连续展示,按信号组成和存储方式的不同：,模拟视频：是由连续的模拟信号组成的图像序列，像电影、电视和录像的画面；,数字视频：是一系列连续的数字图像序列；,精品课件,帧：一段视频中的每一幅图像称为一帧；,根据视觉暂留原理，要使人的视觉产生连续的动态感觉，每秒钟图像的播放帧数要在2430（帧频）;,帧频：每秒播放的帧数,精品课件,图像序列构成视频,精品课件,数字视频,广义的数字视频是指依据人的视觉暂留特性，借助计算机或微处理器芯片的高速运算，加上Codec技术、传输存储技术等来实现的以比特流为特征的，能按照某种规律和标准在显示终端上再现活动影音的信息媒介；狭义的数字视频是指与具体媒体格式所对应的数字视频，如DV格式数字视频、DVD光盘格式数字视频、AVI桌面格式数字视频、RM流媒体格式数字视频、MP4固体存储数字视频等。,精品课件,精品课件,低通滤波器容许低频信号通过, 减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。,精品课件,取样（采样）将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离散的信号，即时间离散化。,取样频率至少是模拟信号最高频率的两倍。一般选在2.5倍左右。,精品课件,量化将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅度离散化。度量每一个取样值，归类于设定的量化电平中的一个电平。量化电平越细，失真程度越低，数字化后的比特率越高。反之，相反。一般来说，二进制方式，其量化比特为8的话，其量化电平数为28，即256个量化电平。ITU-601标准规定，演播室用量化位数为10bit，用于传输的量化位数为8bit,精品课件,编码按照一定的规律，将时间和幅度上离散信号用对应的二进制或多进制代码表示。,2比特码 8比特码（4个） （256个） 11 10001011 10 10001010 01 10001001 00 10001000,以上是分别用2和8比特码量化的电平。根据取样的量化电平数，确定量化比特码数。,精品课件,视频数字化将视频信号经过视频采集卡转换成数字视频文件存储在数字载体中。 下面以计算机广泛采用的数字化技术，即flashA/D变换器来具体看一下数字化工作情况：,将图像分成栅状，每个小格子代表像素，且位置确定。Flash变换器对每个像素取样，量化、编码后，将这些数据存储到存储器中。计算机技术中，一个字节可以表示0255范围内的值，但作为视频信号幅度，只能在0100 IRE单位之间。,注：IRE是视频测量中的单位，广播级视频电平规定了任何视频信号在播放时的亮度电平都不能超过100 IRE。,精品课件,视频分辨率,视频质量通常用线分辨率来度量； 本质上是表示在显示器上可以显示多少不同的黑白垂直线；,精品课件,标准清晰度,标准清晰度视频通常定义为480或576的隔行有效扫描线的视频，分别称为“480i”和“576i”； 固定像素（非CRT）、具有4：3宽高比的消费类显示器通过转换后，对应于720480i或720576i的有效分辨率； 对于16：9的宽高比，转换后的有效分辨率对应于960480i或960576i。,精品课件,增强清晰度,增强清晰度视频通常定义为480或576的逐行有效扫描线的视频，分别称为“480p”和“576p”； 固定像素（非CRT）、具有4：3宽高比的消费类显示器通过转换后，对应于720480p或720576p的有效分辨率； 对于16：9的宽高比，转换后的有效分辨率对应于960480p或960576p。,精品课件,高清晰度,高清晰度视频通常定义为具有720逐行（720p）或1080隔行（1080i）有效扫描线的视频； 固定像素（非CRT）、具有16：9宽高比的消费类显示器通过转换后的有效分辨率对应于1280720p或1280 1080i；,精品课件,视频质量评估与方法,数字视频的质量直接反映了用户使用视频通信业务时的主观感受，因而要求采用合理的标准对视频质量进行快速、准确的评价；图像质量评价标准视频传输质量评估,精品课件,图像质量评价标准,主观评价观察者打分统计计算平均值作为评价结果（平均评价分值，MOS）；双刺激连续质量分级法交替播放待评估序列和基准序列进行直接质量比较，观察者打分，平均值作为评价结果（最大程度降低图像场景情节对评测影响）；单刺激连续质量评价方法只播放待评价序列，观察者观看同时根据评分表打分。,精品课件,图像质量评价标准,客观测量相对评估和绝对评估 相对评估：将压缩或经传输的视频与原始视频比较以获得相对评估指标值，由此评估图像质量；一般用于视频制作时的质量评估，准确性高；均方根误差（MSE）峰值信噪比（PSNR） 绝对评估：直接对压缩或经传输的视频进行评估获得指标值，由此评估图像质量；一般在线观看测试，准确性稍低。,精品课件,视频传输质量评估,在通信和互联网应用中信源端和接收端对图像质量主要影响因素：可用带宽：衡量用户从网络取得互联网视频应用数据的能力；延时：延迟超出缓存能力时，会发生丢包，影响图像质量；丢包：导致图像质量劣化的最根本原因；码率波动：播放视频时接收端要求稳定码流，码率波动过大会导致解码器主动丢包以保证前后视频质量一致，引起质量下降。,精品课件,视频传输质量评估,评估主观视觉效果：图像跳跃：由于网络拥塞造成丢包使图像帧间运动不平滑，有类似快进现象；块效应：由于传输误码造成的，是所有基于DCT技术压缩都可能出现的现象；模糊度：由于编码器为了适应固定码率而产生的，图像高频细节部分丢失造成图像边缘模糊；噪声：由于采集和存储图像过程中，高频细节劣化产生的附加像素点。,精品课件,彩色电视制式,NTSC彩色电视制式是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。,精品课件,彩色电视制式,德国在1962年制定了PAL彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。法国制定了SECAM彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。法国、前苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家试验这种制式。,精品课件,彩色电视制式,NTSC制、PAL制和SECAM制都是互不兼容的电视制。NTSC制、PAL制和SECAM制都是彩色和黑白兼容的制式，这里的“兼容”有两层意思：一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像，另一层意思是彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性。,精品课件,兼容性实现,必需采用与黑白电视相同的一些基本参数，如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等。需要将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显象管上重现发送端的彩色图像。,精品课件,电视扫描,扫描方式有隔行扫描和逐行扫描之分。黑白电视和彩色电视都有隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用逐行扫描。在隔行扫描方式中，隔行扫描要求第一场结束于最后一行的中间，不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。,精品课件,在隔行扫描方式中，电子束扫完第1行后从第3行开始扫，接着扫第5行，7行、,一直扫到最后一行的中间。奇数行扫完后以同样的方式扫描偶数行，这样就完成了一帧的扫描。由此可见，隔行扫描的一帧图像是由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才得到一幅完整的图像。,逐行扫描,隔行扫描,在逐行扫描方式中，电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。,精品课件,1.逐行扫描,精品课件,2.隔行扫描,精品课件,精品课件,精品课件,电视扫描术语,每秒钟扫描多少行称为行频fH；每秒钟扫描多少场称为场频ff；每秒扫描多少帧称帧频fF。ff和fF是两个不同的概念。,精品课件,PAL电视制式的扫描特性,625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) 高宽比(aspect ratio)：4:3 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场颜色模型：YUV,精品课件,制式的含义,一帧图像的总行数为625，分两场扫描。行扫描频率是15 625 Hz，周期为64s；场扫描频率是50 Hz,周期为20 ms；帧频是25 Hz，是场频的一半，周期为40 ms。在发送电视信号时，每一行中传送图像的时间是52.2s，其余的11.8s不传送图像，是行扫描的逆程时间，同时用作行同步及消隐用。每一场的扫描行数为625/2=312.5行，其中25行作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只有287.5行，因此每帧只有575行有图像显示。,精品课件,精品课件,NTSC制的扫描特性,525行/帧, 30帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame) 高宽比：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为3:2；高清晰度电视为16:9) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。每行63.5s，水平回扫时间10s (包含5s的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5s颜色模型：YIQ,精品课件,彩色电视信号特点,彩色电视中，用Y、C1, C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号，C1，C2的含义与具体的应用有关:在NTSC彩色电视制中，C1，C2分别表示I、Q两个色差信号；在PAL彩色电视制中，C1，C2分别表示U、V两个色差信号；在CCIR 601数字电视标准中，C1，C2分别表示Cr，Cb两个色差信号。色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、B)与亮度信号之差。如：R-Y和B-Y .,精品课件,彩色电视信号的类型,复合电视信号分量电视信号S-video信号,精品课件,复合视频信号，定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频接口的传输仍然是一种亮度色度混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。,复合电视信号,精品课件,复合电视信号,精品课件,复合视频信号接口又称为AV端子或Video端子,莲花线,精品课件,S-Video信号,分离电视信号S-Video(Separated video-VHS)是亮度和色差分离的一种电视信号，是分量模拟电视信号和复合模拟电视信号的一种折中方案。使用S-Video有两个优点：减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。不须要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。,精品课件,S-video信号,复合电视信号是把亮度信号和色差信号复合在一起，使用一条信号电缆线传输。S-Video信号则使用单独的两条信号电缆线，一条用于亮度信号，另一条用于色差信号，这两个信号称为Y/C信号。S-Video使用4针连接器,精品课件,S-video信号,精品课件,分量电视信号,分量电视信号(component video signal)是指每个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以分别用R、G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。分量信号实际上也是亮色分离的信号，与s端子不同的是色度信号不用解调。,精品课件,精品课件,电视图象数字化,在大多数情况下，数字电视系统都希望用彩色分量来表示图像数据，如用YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色分量。因此，电视图像数字化常用“分量初始化，表示对彩色空间的每一个分量进行初始化。电视图像数字化常用的方法有两种：先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。如录象带、激光视盘、摄象机等的电视信号。对这类信号的数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化。 (上游数字化）首先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量数据。 （下游数字化）,精品课件,数字化标准,20世纪80年代初，国际无线电咨询委员会制定了彩色电视图像数字化标准，称为CCIR 601标准（ITU-R BT.601标准）。标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr(或者写成YCBCR)两个彩色空间之间的转换关系等。,精品课件,数字化标准,彩色空间之间的转换Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B +16Cr = (0.5114R - 0.4282G - 0.0832B) + 128Cb = (-0.1726R - 0.3388G + 0.5114B) +128,精品课件,数字化标准,采样频率CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样。fs=13.5MHZ,精品课件,数字化标准,采样频率对PAL制、SECAM制，采样频率fs为fs=62525N=15625N=13.5 MHz, N=864其中，N为每一扫描行上的采样数目。对NTSC制，采样频率fs为fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz, N=858其中，N为每一扫描行上的采样数目。,精品课件,数字化标准,有效显示分辨率对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一条扫描行采样864个样本；对NTSC制的亮度信号，每一条扫描行采样858个样本。对所有的制式，每一扫描行的有效样本数均为720个。每一扫描行的采样结构,精品课件,数字化标准,彩色电视数字化参数,精品课件,标准化格式CCITT规定了称为公用中分辨率格式，1/4公用中分辨率格式QCIF和SQCIF格式 CIF格式具有如下特性：电视图像的空间分辨率为家用录象系统(Video Home System，VHS)的分辨率，即352288。使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。使用NTSC帧速率，电视图像的最大帧速率为30 000/100129.97幅/秒。使用1/2的PAL水平分辨率，即288线。对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码，它们的取值范围同ITU-R BT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。,精品课件,数字化标准,CIF和QCIF相关格式的参数,精品课件,精品课件,图象子采样,两种采样方法：一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling),精品课件,图象子采样的压缩特性,一是人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低，利用这个特性可以把图像中表达颜色的信号去掉一些而使人不察觉二是人眼对图像细节的分辨能力有一定的限度，利用这个特性可以把图像中的高频信号去掉而使人不易察觉。子采样也就是利用人的视觉系统这两个特性来达到压缩彩色电视信号。,精品课件,子采样的格式,4:4:4 这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，这就相当于每个像素用3个样本表示。4:2:2 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表示。 4:1:1 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。 4:2:0 这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。,精品课件,彩色图象YCrCb样本空间位置,精品课件,4:4:4子采样格式,精品课件,4:1:1子采样,精品课件,MPEG-1使用4:2:0,精品课件,MPEG-2使用4:2:0,精品课件,数字电视,1.数字电视是什么？ 数字电视（digital television，DTV）是用数字压缩技术和数字传输技术的远程通信系统。 目前数字电视图像使用MPEG2 video标准，音频使用MPEG2 audio标准或杜比数字标准。随着数据压缩技术的进展和新标准的开发，数字电视采用的标准也将不断修改，比如MPEG4AVC/H.264标准,精品课件,数字电视技术优点,数字电视发展规划,1、亮度与色度分开处理，没有串扰。,2、数字信号便于处理和存储。,3、数字信号抗干扰能力强。,4、数字信号便于加密，加扰。,2005年 直辖市、部分发达省市完成数字化过渡,2008年 中、西部地区部分省市完成数字化过渡,2010年 全国大部分地区完成数字化过渡,2015年 除极少数地区外，停止模拟电视播出,精品课件,数字电视,目前传输数字电视用的最多的方式是使用卫星，地面广播和电缆，用它们传输的电视分别称为卫星数字电视、地面数字电视和有线数字电视。 传输数字电视需要数字电视播出系统，接收数字广播电视需要数字电视机。现有的模拟电视增加机顶盒后可以收看部分数字电视节目。,精品课件,数字电视,2.数字电视原理 在数字电视信号发送端，视像信号经过视像编码器压缩和编码，声音信号经过声音编码器压缩和编码，它们的输出与其他数据，或许还有其他电视节目数据，经过多路复合器和传输格式生成器形成MPEG2传输数据流，再通过FEC编码器，调制器和上行转换器发送到数据传输信道上。 在数字电视信号接收端，来自数据传输媒体的电视信号通过下行变换器、解调器、FEC解码器、传输格式清除器、多路分解器和视像解码器与声音解码器等功能块，将来自数据传输信道的信号还原成视像信号、声音信号和其他数据，或许还有其他电视节目数据。,精品课件,数字电视,3.数字电视的标准 模拟电视有NTSC、PAL和SECAM三个主要标准，数字电视也有三种主要标准：（1）美国的ATSC DTV（ATSC数字电视）标准；（2）欧洲的DVB（数字电视广播）标准；（3）日本的ISDB（综合业务数字广播）标准。（4）中国地面数字电视标准（DTMB-TH)， 国内完全拥有知识产权的一项高清技术。 DTMB-TH（Terrestrial Digital Multimedia TV/Handle Broadcasting）是由清华大学等提出的地面数字电视传输标准,精品课件,数字电视,4.数字电视图像格式 与模拟电视类似，数字电视图像的格式也通常使用垂直分辨率、水平分辨率、宽高比、帧频、隔行扫描或逐行扫描等参数来刻画。（1）垂直分辨率：一幅图像在垂直方向上有多少行，如720或1080行；水平分辨率：图图像在水平方向一行上有多少个像素。数字电视图像的空间分辨率通常用“水平分辨率（像素/行）垂直分辨率（行/帧）的形式表示，如1920 1080”,精品课件,数字电视,（2）逐行扫描和隔行扫描：在显示屏幕上刷新图像的方法，并分别用p和i表示。 数字电视图像格式通常用“水平分辨率（像素/行）垂直分辨率（行/帧）和扫描方式“隔行扫描(p)/逐行扫描（i）”的形式表示，如720 480i,1920 1080p。（3）刷新频率或帧频：每秒钟刷新整个显示屏幕图像的次数，用赫兹（Hz）或帧每秒（fps）来度量。 所以，数字电视的格式也可以用“水平分辨率垂直分辨率刷新频率”的形式来表示。,精品课件,数字电视,（4）宽高比：电视图像或图像区域的宽度和高度之比。普通电视图像的宽高比是4:3（1.33:1），而高清晰度电视图像的宽高比是16:9（1.78:1）,精品课件,数字电视,从原理上来讲，数字电视标准都使用了MPEG2，那么三种数字电视标准的电视图像格式都应该支持MPEG2的所有格式，但是事实并非如此。 由于数字电视是从模拟电视发展而来的，世界上的模拟电视主要有NTSC、PAL和SECAM三大不兼容的制式，因此数字电视的图像格式明显带有各种彩色电视制的痕迹，包括图像的尺寸和扫描频率等,精品课件,数字电视,美国高级电视系统委员会（ATSC）定义图像格式时只考虑了NTSC彩色电视制，其扫描行数为525，刷新频率为30hz,定义了18种数字电视格式，称为ATSC DTV标准格式。如：1920像素(H)1080像素(V)，宽高比16：9，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制； 1280像素(H)720像素(V)，宽高比16：9，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制； 704像素(H)480像素(V)，宽高比16：9或4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制； 640像素(H)480像素(V)，宽高比4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制。,精品课件,数字电视,欧洲电信标准学会（ETSI）既考虑了扫描行数为625、刷新频率为25Hz的PAL制，同时由考虑了扫描线行数为525、刷新频率为30Hz的NTSC制，定义了用于25Hz和30Hz的各种格式。,精品课件,数字电视,美国ATSC DTV标准中的SDTV有如下特点:(1)垂直分辨率均为480;(2)图像的扫描方式均为隔行扫描，刷新频率均为30Hz;(3)宽高比为4：3或16：9欧洲DVB标准定义的SDTV格式有如下特点：(1)垂直分辨率可为576、288、480或240;(2)图像的扫描方式可隔行扫描也可隔行扫描，刷新频率为25Hz也可为30Hz;(3)宽高比为16：9,精品课件,数字电视,HDTV格式 高清晰度电视（high Digital Television，HDTV）是具有正常视力的观众可得到与观看原始景物时的感受几乎相同的数字电视。通常认为，在观众与显示屏之间的距离等于3倍显示屏高度的情况下就可获得这种感受。,精品课件,数字电视,ATSC HDTV电视图像格式是ATSC DTV定义的数字电视格式中的一个子集。由6种格式组成。有如下特点：(1)HDTV屏幕的宽高比均为16：9;(2)电视画面可用19201080像素和1280720像素两种尺寸;(3)扫描方式为逐行扫描或隔行扫描; 欧洲DVB标准对HDTV电视图像格式的定义与ATSC HDTV格式基本相同，只是电视画面的刷新频率不同。,精品课件,数字视频接口,1.DVIDVI（Digital Visual Interface）接口，即数字视频接口。它是1999年由Silicon Image、Intel（英特尔）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成DDWG（Digital Display Working Group，数字显示工作组）推出的接口标准。,精品课件,数字视频接口,精品课件,数字视频接口,目前的DVI接口分为三种： DVI-D接口:只能接收数字信号，接口上只有3排8列共24个针脚，其中右上角的一个针脚为空。不兼容模拟信号。 DVI-I接口: 可同时兼容模拟和数字信号。兼容模拟信号并不意味着模拟信号的接口D-Sub接口可以连接在DVI-I接口上，而是必须通过一个转换接头才能使用，一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。DVI-A接口: 只传输模拟信号,精品课件,精品课件,数字视频接口,考虑到兼容性问题，目前显卡一般会采用DVI-I接口，这样可以通过转换接头连接到普通的VGA接口。 带有DVI接口的显示器一般使用DVI-D接口，因为这样的显示器一般也带有VGA接口。当然也有少数例外，有些显示器只有DVI-I接口而没有VGA接口。,VGA接口（D-Sub接口）：模拟接口，早期电脑显示器上最主要的接口，从块头巨大的CRT显示器时代开始，VGA接口就被使用，并且一直沿用至今。,精品课件,精品课件,早前大多数的计算机和外部显示设备的连接还是通过模拟VGA接口进行的，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。 对于模拟显示设备如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像；而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的/（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过/和/这两次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。 VGA接口应用于CRT显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。,精品课件,数字视频接口,DVI接口的优点速度快、画面清晰 DVI传输的是数字信号，数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上，因此减少了数字模拟数字繁琐的转换过程，大大节省了时间，因此它的速度更快，有效消除拖影现象，而且使用DVI进行数据传输，信号没有衰减，色彩更纯净，更逼真。支持HDCP（高带宽内容保护技术）协议 DVI接口可以支持HDCP协议，为将来看带版权的高清视频打下基础。,精品课件,数字视频接口,DVI接口的缺点没有带音频Audio联接体积偏大传输距离有限（5m）,精品课件,数字视频接口,2.HDMIHDMI（HighDefinition Multimedia Interface）又被称为高清晰度多媒体接口，HDMI能高品质地传输未经压缩的高清视频和多声道音频数据，最高数据传输速度为5Gbps HDMI接口由Silicon Image美国晶像公司倡导，联合索尼、日立、松下、飞利浦、汤姆逊、东芝等八家著名的消费类电子制造商联合成立的工作组共同开发的。HDMI最早的接口规范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的最高版本是HDMI1.4规范。,精品课件,精品课件,数字视频接口,HDMI接口的优点HDMI规格的接口在保持高品质的情况下能够以数码的形式传输未经压缩的高分辨率视频和多声道音频的数据。（一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4Gbps ） HDMI规格的连接器采用单线连接，取代了产品背后的复杂的线缆。 与DVI相比HDMI接口的体积更小，而且可同时传输音频及视频信号。DVI的线缆长度不能超过8米，否则将影响画面质量，而HDMI最远可传输15米。支持HDCP协议,精品课件,传统的联接方法,精品课件,用HDMI联接,精品课件,数字视频接口,HDMI接口的缺点成本偏高（高额授权费）,精品课件,数字视频接口,3. DisplayPort（简称DP接口） DisplayPort也是一种高清数字显示接口标准，可以连接电脑和显示器，也可以连接连接电脑和家庭影院。2006年5月，视频电子标准协会(VESA)确定了1.0版标准，并在半年后升级到1.1版，提供了对HDCP的支持，已近推出2.0版。,精品课件,数字视频接口,DisplayPort接口的优点高带宽最大程度整合周边设备 和HDMI一样，DisplayPort也允许音频与视频信号共用一条线缆传输，支持多种高质量数字音频。但比HDMI更先进的是，DisplayPort在一条线缆上还可实现更多的功能。在四条主传输通道之外，DisplayPort还提供了一条功能强大的辅助通道。该辅助通道的传输带宽为1Mbps，最高延迟仅为500s，可以直接作为语音、视频等低带宽数据的传输通道，另外也可用于无延迟的游戏控制。可见，DisplayPort可以实现对周边设备最大程度的整合、控制。 内外接口通吃 目前DisplayPort的外接型接头有两种:一种是标准型，类似USB、HDMI等接头;另一种是低矮型，主要针对连接面积有限的应用，比如超薄笔记型电脑。,精品课件,精品课件,数字视频接口,4. UDI 接口苹果、英特尔和三星等全球知名PC与消费电子厂商联合开发出了一种兼容高清晰电视(HDTV)信号的PC数字显示接口标准。这一新型标准名为“统一显示接口”(Unified Display Interface, UDI)，它将取代逐渐过时的VGA模拟标准，并兼容DVI标准。,精品课件,精品课件,数字视频接口,UDI接口的发展前景和目前的HDMI接口相比，Intel的UDI接口去掉了声效传输功能。与HDMI的双向信号传输机制不同，UDI是单向高带宽信号输出(最大分辨率25601600)，因此接