数字电视技术-第3章-电视信号的数字化课件.ppt
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1、数字电视技术,第3章 电视信号的数字化,第3章 电视信号的数字化,3.1 信号的数字化3.2 音频信号的数字化3.3 视频信号的数字化3.4 电视视频信号的频谱3.5 空间频率3.6 电视信号亮色分离的基本原理,采样 采样是指用每隔一定时间(或空间)间隔的信号样本值序列代替原来在时间(或空间)上连续的信号,也就是在时间(或空间)上将模拟信号离散化。,量化 量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量、有一定间隔的离散值。,3.1信号的数字化,编码 编码则是按照一定的规律,把量化后的离散值用二进制数字表示,以进行传输或记录。,3.1信号的数字化,量化比特数及量化
2、噪声,A:量化间距f(t):视频信号f(t):量化后的电平函数值,量化级数:M,A:信号幅度,A:量化间距,采用二进制编码,所需比特位数n:M=2n,均匀量化与非均匀量化,均匀量化时的信噪比量化噪声功率Nq:,结论:量化分层幅度A越小,量化误差引起的失真功率也越小。,电视信号(单极性信号)的量化信噪比,用分贝表示:,结论:量化比特数n每增加1bit,则信噪比上升6dB;反之,每下降1bit,信噪比降低6dB。,声音信号(双极性信号)量化信噪比设声音信号的最大幅度为A,它是从+A到-A范围内变化。对它均匀量化成N级,有:2A=NA,N=2n(以二进制表示),量化信噪比:,用分贝表示:,用非均匀量
3、化改善量化信噪比,电视信号的量化信噪比:,声音信号量化信噪比:,非均匀量化实现方式音频:压缩扩张编码方式 视频:直接非均匀量化(量化表),3.2 音频信号的数字化,声音是通过空气传播的一种连续的波,叫声波。声音的强弱体现在声波压力的大小上,音调的高低体现在声音的频率上。因而,声音信号的两个基本参数是幅度和频率。,声波信号按频率划分:频率小于20Hz的信号称为亚音(Subsonic)信号,或称为次音信号;频率高于20kHz的信号,称为超声波(Ultrasonic)信号;频率在20Hz-20kHz之间的声波是人耳可以听到的声音,称之为音频(audio)信号人的发音器官发出的声音频率约在80Hz-3
4、400Hz之间,但人说话的信号频率通常在300Hz-3400Hz之间,把这种频率范围的信号称为语(话)音信号(Speech voice),采样频率 经常使用的采样频率有:11.025kHz、22.05kHz、32kHz、44.1kHz和48kHz等。采样频率越高,声音失真越小、音频数据量越大。人耳听觉的频率上限在20kHz左右,为了保证声音不失真,采样频率应大于40kHz。,量化比特数 经常采用的量化比特数有8bit、12bit和16bit。量化比特数越多,音质越好,数据量也越大。人耳的听觉能感觉极微小的声音失真而且又能接受极大的动态范围。由于这个特点,所以对音频信号进行数字化所用的量化比特数
5、比视频信号要多。,声道数 记录声音时,如果每次生成一个声波数据,称为单声道;每次生成二个声波数据,称为立体声(双声道),立体声更能反映人的听觉感受。,音频数字化的采样频率和量化精度越高,音质越好,恢复出的声音越接近原始声音,但记录数字声音所需存储空间也随之增加。可以用下面的公式估算声音数字化后每秒所需的存储量(假定不经压缩):存储量=(采样频率量化比特数声道数)/8 其中,存储量的单位为B(字节),3.3视频信号的数字化,在时间轴上(t轴)分为一系列离散的帧每帧图像在垂直方向(y轴)上离散为一条一条的扫描行每行在水平方向(x轴)上采样,得到一个一个像素。,对彩色电视信号的数字化处理主要有分量数
6、字编码和复合数字编码两种方式。复合数字编码是将彩色全电视信号直接进行数字化,编码成 PCM形式。,分量数字编码方式是分别对亮度信号Y和两色差信号B-Y、R-Y分别进行PCM编码。,分量数字编码优点避免了复合数字编码时因反复解码所引起的质量损伤和器件的浪费,而且编码几乎与电视制式无关;后期制作的处理方便;时分复用方式,不会像复合数字编码那样因频分复用带来亮、色串扰,可获得高质量的图像;亮度信号和色度信号的带宽根据需要取不同;,3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定,分量数字编码采样频率的确定亮度信号的采样频率各国主观测试亮度信号带宽fm5.86MHz 为保证足够小的混叠噪声,采样频率fs应取(
7、2.2 2.7)fm。采样频率fs至少应等于12.76 13.2MHz采用每帧固定的正交采样结构,有利于行间、场间和帧间的信号处理。因此,应使fs满足fsmfH的关系为了使625行/50场及525行/60场这两种扫描制式实现行兼容应采用同一采样频率,3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定,亮度信号的采样频率625行/50场扫描制式行频(15625Hz)525行/60场扫描制式行频(4.5MHz/286),亮度信号的采样频率为13.5MHz,3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定,色差信号的采样频率主观测试色度信号的带宽应选为2.8MHz,若色差信号采样频率为6 7 MHz时能满足对图像质量
8、的较高要求;为保证足够小的混叠噪声;采样频率为行频的整数倍;为了使625行/50场及525行/60场这两种扫描制式实现行兼容;,色差信号的采样频率为6.75MHz,3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定,采样结构,a)420 b)422 c)444,3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定,量化比特数的确定和量化级的分配量化比特数 量化比特数是指要区分所有量化级所需的二进制码位数。其大小直接影响到数字图像的质量,每增加或减少1bit,就使量化信噪比增加或减少6dB。CCIR601建议中,规定对亮度和色差信号都采用8 bit的均匀量化。8 bit的量化精度在某些场合是不够的,在后来的数字演播室



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