數(shù)字電視原理 第２版 教學(xué)課件 作者 盧官明第3章 電視信號(hào)的數(shù)字化

數(shù)字電視原理第3章電視信號(hào)的數(shù)字化3.1信號(hào)的數(shù)字化3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化3.3視頻信號(hào)的數(shù)字化3.1信號(hào)的數(shù)字化采樣采樣是指用每隔一定時(shí)間（或空間）間隔的信號(hào)樣本值序列代替原來(lái)在時(shí)間（或空間）上連續(xù)的信號(hào)，也就是在時(shí)間（或空間）上將模擬信號(hào)離散化。3.1信號(hào)的數(shù)字化量化量化是用有限個(gè)幅度值近似原來(lái)連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量、有一定間隔的離散值。3.1信號(hào)的數(shù)字化編碼編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的離散值用二進(jìn)制數(shù)字表示，以進(jìn)行傳輸或記錄。3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化聲音是通過(guò)空氣傳播的一種連續(xù)的波，叫聲波。聲音的強(qiáng)弱體現(xiàn)在聲波壓力的大小上，音調(diào)的高低體現(xiàn)在聲音的頻率上。因而，聲音信號(hào)的兩個(gè)基本參數(shù)是頻率和幅度。3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化聲波信號(hào)按頻率劃分：頻率小于20Hz的信號(hào)稱為亞音(Subsonic)信號(hào)，或稱為次音信號(hào)頻率高于20kHz的信號(hào)，稱為超聲波(Ultrasonic)信號(hào)頻率在20Hz~20kHz之間的聲波是人耳可以聽(tīng)到的聲音，稱之為音頻(audio)信號(hào)人的發(fā)音器官發(fā)出的聲音頻率約在80Hz~3400Hz之間，但人說(shuō)話的信號(hào)頻率通常在300Hz~3400Hz之間，人們把這種頻率范圍的信號(hào)稱為語(yǔ)（話）音信號(hào)(speech，voice)3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化

采樣頻率經(jīng)常使用的采樣頻率有11.025kHz、22.05kHz、32kHz、44.lkHz和48kHz等。采樣頻率越高，聲音失真越小、音頻數(shù)據(jù)量越大。人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率上限在20kHz左右，為了保證聲音不失真，采樣頻率應(yīng)大于40kHz。3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化

量化比特?cái)?shù)經(jīng)常采用的量化比特?cái)?shù)有8bit、12bit和16bit。量化比特?cái)?shù)越多，音質(zhì)越好，數(shù)據(jù)量也越大。人耳的聽(tīng)覺(jué)能感覺(jué)極微小的聲音失真而且又能接受極大的動(dòng)態(tài)范圍。由于這個(gè)特點(diǎn)，所以對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化所用的量化比特?cái)?shù)比起視頻信號(hào)來(lái)要多。3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化

聲道數(shù)記錄聲音時(shí)，如果每次生成一個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱為單聲道；每次生成二個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱為立體聲（雙聲道），立體聲更能反映人的聽(tīng)覺(jué)感受。3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化音頻數(shù)字化的采樣頻率和量化精度越高，音質(zhì)越好，恢復(fù)出的聲音越接近原始聲音，但記錄數(shù)字聲音所需存儲(chǔ)空間也隨之增加。可以用下面的公式估算聲音數(shù)字化后每秒所需的存儲(chǔ)量（假定不經(jīng)壓縮）：存儲(chǔ)量=(采樣頻率×量化比特?cái)?shù)×聲道數(shù))/8

其中，存儲(chǔ)量的單位為B（字節(jié)）3.2音頻信號(hào)的數(shù)字化質(zhì)量等級(jí)采樣頻率/kHz量化精度/bit聲道數(shù)數(shù)碼率（未壓縮）/kbit/s頻帶/Hz電話話音88單聲道64200~3400AM11.0258單聲道88.250~7000FM22.0516雙聲道705.620~15000CD44.116雙聲道1411.220~20000DAT4816雙聲道153620~200003.3視頻信號(hào)的數(shù)字化在時(shí)間軸上(t軸)分為一系列離散的幀每幀圖像在垂直方向(y軸)上離散為一條一條的掃描行每行在水平方向(x軸)上采樣，得到一個(gè)一個(gè)像素。3.3視頻信號(hào)的數(shù)字化對(duì)彩色電視信號(hào)的數(shù)字化處理主要有分量數(shù)字編碼和復(fù)合數(shù)字編碼兩種方式。

復(fù)合數(shù)字編碼是將彩色全電視信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化，編碼成PCM形式。

分量數(shù)字編碼方式是分別對(duì)亮度信號(hào)Y和兩色差信號(hào)B-Y、R-Y分別進(jìn)行PCM編碼。3.3視頻信號(hào)的數(shù)字化分量數(shù)字編碼優(yōu)點(diǎn)：避免了復(fù)合數(shù)字編碼時(shí)因反復(fù)解碼所引起的質(zhì)量損傷和器件的浪費(fèi)，而且編碼幾乎與電視制式無(wú)關(guān)后期制作的處理方便時(shí)分復(fù)用方式，不會(huì)像復(fù)合數(shù)字編碼那樣因頻分復(fù)用帶來(lái)亮、色串?dāng)_，可獲得高質(zhì)量的圖像亮度信號(hào)和色度信號(hào)的帶寬根據(jù)需要取不同3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定分量數(shù)字編碼采樣頻率的確定亮度信號(hào)的采樣頻率各國(guó)主觀測(cè)試亮度信號(hào)帶寬fm＝5.8~6MHz為保證足夠小的混疊噪聲，采樣頻率fs應(yīng)?。?.2~2.7）fm

。采樣頻率fs至少應(yīng)等于12.76~13.2MHz采用每幀固定的正交采樣結(jié)構(gòu)，有利于行間、場(chǎng)間和幀間的信號(hào)處理。因此，應(yīng)使fs滿足fs＝mfH的關(guān)系為了使625行/50場(chǎng)及525行/60場(chǎng)這兩種掃描制式實(shí)現(xiàn)行兼容應(yīng)采用同一采樣頻率3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定亮度信號(hào)的采樣頻率625行/50場(chǎng)掃描制式行頻(15625Hz)525行/60場(chǎng)掃描制式行頻(4.5MHz/286)亮度信號(hào)的采樣頻率為13.5MHz

3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定色差信號(hào)的采樣頻率主觀測(cè)試色度信號(hào)的帶寬應(yīng)選為2.8MHz，若色差信號(hào)采樣頻率為6~7MHz時(shí)能滿足色鍵處理等對(duì)圖像質(zhì)量的較高要求為保證足夠小的混疊噪聲采樣頻率為行頻的整數(shù)倍為了使625行/50場(chǎng)及525行/60場(chǎng)這兩種掃描制式實(shí)現(xiàn)行兼容色差信號(hào)的采樣頻率為6.75MHz

3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定采樣結(jié)構(gòu)a)4∶2∶0b)4∶2∶2c)4∶4∶43.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定量化比特?cái)?shù)的確定和量化級(jí)的分配量化比特?cái)?shù)量化比特?cái)?shù)是指要區(qū)分所有量化級(jí)所需的二進(jìn)制碼位數(shù)。其大小直接影響到數(shù)字圖像的質(zhì)量，每增加或減少1bit，就使量化信噪比增加或減少6dB。

CCIR601建議中，規(guī)定對(duì)亮度和色差信號(hào)都采用8bit的均勻量化。8bit的量化精度在某些場(chǎng)合是不夠的，在后來(lái)的數(shù)字演播室中又?jǐn)U展到10bit的量化。3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定量化比特?cái)?shù)的確定和量化級(jí)的分配亮度信號(hào)的量化級(jí)分配3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定量化比特?cái)?shù)的確定和量化級(jí)的分配色差信號(hào)的量化級(jí)分配為了使色差信號(hào)電平的動(dòng)態(tài)范圍控制在－0.5——0.5之內(nèi)：3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定量化比特?cái)?shù)的確定和量化級(jí)的分配色差信號(hào)的量化級(jí)分配3.3.2ITU-RBT.601建議

1982年2月，在CCIR第15次全會(huì)上，在通過(guò)的CCIR601建議建議中，確定了以分量數(shù)字編碼4∶2∶2標(biāo)準(zhǔn)作為演播室彩色電視信號(hào)數(shù)字編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該建議考慮到現(xiàn)行的多種彩色電視制式，提出了一種世界范圍兼容的數(shù)字編碼方式，是向數(shù)字電視廣播系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化邁出的第一步。3.3.2ITU-RBT.601建議參數(shù)625行/50場(chǎng)525行/60場(chǎng)有效掃描行數(shù)576480編碼信號(hào)Y，CB，CR每行樣點(diǎn)數(shù)亮度信號(hào)864858色差信號(hào)432429每行有效樣點(diǎn)數(shù)亮度信號(hào)720色差信號(hào)360采樣結(jié)構(gòu)正交，按行、場(chǎng)、幀重復(fù)，每行中的CR，CB的樣點(diǎn)同位置，并與每行第奇數(shù)個(gè)（1，3，5，…）亮度的樣點(diǎn)同位置采樣頻率/MHz亮度信號(hào)13.5色差信號(hào)6.75編碼方式對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)都進(jìn)行均勻量化，每個(gè)樣值