第十三章數(shù)字電視-1

第十三章數(shù)字電視§13.1數(shù)字電視概述§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)§13.3數(shù)字電視信號的信源編碼§13.4數(shù)字電視機頂盒數(shù)字彩色電視機(DTV)是數(shù)字信號處理技術(shù)和電視接收技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是將模擬電視信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行傳輸、接收、處理、存儲、記錄和控制的系統(tǒng)。§13.1數(shù)字電視概述§13.1數(shù)字電視概述

模擬電視是將圖像的亮度和彩色變化用電量的參數(shù)變化來模擬，所以它對通道有很高的要求。

數(shù)字電視則是以離散性而不是以連續(xù)性為主要特征，其數(shù)字信號是按一定方式編碼的高速窄脈沖序列。

如讓窄脈沖序列通過一個脈沖判別電路，就能“中繼再生”出一組無失真無干擾的數(shù)字信號。

原來信號引入的畸變和噪聲的影響不但沒有累積效應(yīng)，而且還具有很強的抗干擾能力。

另外，數(shù)字信號處理和存儲靈活多變，調(diào)節(jié)簡單，通道利用率高，易于實現(xiàn)自動化。模擬電視制式的缺陷：(1)亮度分解力不足(2)色度分解力不足§13.1數(shù)字電視概述(3)亮色互串(4)亮色增益差和亮色延時差(5)微分增益和微分相位§13.1數(shù)字電視概述(7)電視信號的幅度利用率不充分(8)聲音信號只有單聲道(9)不適合磁帶節(jié)目的多帶復(fù)制(10)寬高比不適合人眼的視覺特性(6)電視信號的時間利用率不充分(1)在圖像質(zhì)量改進方面數(shù)字電視的優(yōu)點：§13.1數(shù)字電視概述

數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)和數(shù)字高清晰度電視(HDTV)使圖像和聲音質(zhì)量得到了極大地提高。

電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化使我們可以在同一個系統(tǒng)中安排不同級別、不同圖像質(zhì)量的業(yè)務(wù)。(2)在業(yè)務(wù)融合方面§13.1數(shù)字電視概述

數(shù)字?jǐn)z像機、數(shù)字錄像機、數(shù)字磁盤錄像機、非線性編輯系統(tǒng)、電腦動畫到虛擬演播室、視頻服務(wù)器和電視中心網(wǎng)絡(luò)化等，使電視臺可以節(jié)目資源共享、制作快捷、無磁帶編輯以及存儲方便。(3)在節(jié)目制作手段方面

大大提高了節(jié)目質(zhì)量、制作能力和工作效率。

壓縮技術(shù)的突破和多種新的高效編碼方法和調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)，使得大信息量的高清晰度數(shù)字電視也能在原來的普通電視頻帶內(nèi)傳輸。(4)在傳輸方面§13.1數(shù)字電視概述

原來只能傳一路模擬電視的通道現(xiàn)在能傳4套甚至8套數(shù)字SDTV，拓寬了業(yè)務(wù)能力?！?3.1數(shù)字電視概述圖13.1數(shù)字電視廣播系統(tǒng)框圖數(shù)字電視信號的產(chǎn)生：模擬信號的數(shù)字化過程主要是取樣、量化和編碼；

取樣——將時間和幅度上連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間離散的信號，即時間離散化?！?3.1數(shù)字電視概述

量化——將幅度連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為幅度離散的信號，即幅度離散化。

編碼——按照一定的規(guī)律，將時間和幅度上離散的信號用對應(yīng)的二進制或多進制代碼表示。§13.1數(shù)字電視概述圖13.2模擬信號數(shù)字化框圖圖中fc為濾波器的截止頻率，fs為取樣頻率。§13.1數(shù)字電視概述圖13.3模擬信號理想取樣前后的頻譜二維信號取樣：§13.1數(shù)字電視概述

發(fā)端通過攝像機將光圖像轉(zhuǎn)換成電圖像，光電轉(zhuǎn)換器件是具有積分作用的器件，因此有如下的積分關(guān)系：

對于一個彩色平面活動圖像來說，圖像中任一點的亮度Y是光波長λ、水平位置x、垂直位置y和時間t的函數(shù)。圖13.4圖像平面和二維取樣脈沖§13.1數(shù)字電視概述Δx和Δy為水平方向和垂直方向上的取樣間隔取樣后的信號為：§13.1數(shù)字電視概述

量化就是把幅度連續(xù)變化的信號變換為幅度離散的信號。顯然，一個量化器只能取有限多個量化級，因此量化過程將不可避免地帶來量化誤差。模擬信號到數(shù)字信號的映射變換標(biāo)量量化是一維量化，所有取樣使用同一個量化器進行量化，每個取樣的量化都和其他所有取樣無關(guān)，因此也稱為無記憶量化。矢量量化是多維量化，是先將k個取樣值序列形成k維空間中的一個矢量，然后將此矢量進行量化?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)無損壓縮，又稱為可逆編碼(ReversibleCoding)。圖像壓縮方法在廣義上可分為：有損壓縮，又稱不可逆壓縮(Non-ReversibleCoding)。一是利用圖像中存在大量冗余度可供壓縮；圖像數(shù)據(jù)的壓縮機理來自兩個方面：二是利用人眼的視覺特性。§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)空間冗余圖像數(shù)據(jù)的冗余度：時間冗余在一幅圖像中規(guī)則的物體和規(guī)則的背景具有很強的相關(guān)性。電視圖像序列中相鄰兩幅圖像之間有較大的相關(guān)性?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)結(jié)構(gòu)冗余和知識冗余圖像從大面積上看常存在有紋理結(jié)構(gòu)，稱之為結(jié)構(gòu)冗余。視覺冗余人眼的視覺系統(tǒng)對于圖像的感知是非均勻和非線性的，對圖像的變化并不都能察覺出來?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)亮度辨別閾值人眼的視覺特性：當(dāng)景物的亮度在背景亮度基礎(chǔ)上增加很少時，人眼辨別不出，只有當(dāng)亮度增加到某一數(shù)值時，人眼才能感覺其亮度有變化。人眼剛剛能察覺的亮度變化值稱為亮度辨別閾值。掩蓋效應(yīng)

“掩蓋效應(yīng)”是指人眼對圖像中量化誤差的敏感程度，與圖像信號變化的劇烈程度有關(guān)?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)視覺閾值

視覺閾值是指干擾或失真剛好可以被察覺的門限值。低于它就察覺不出來，高于它才看得出來，這是一個統(tǒng)計值?？臻g分辨力

空間分辨力是指對一幅圖像相鄰像素的灰度和細(xì)節(jié)的分辨力，視覺對于不同圖像內(nèi)容的分辨力不同?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)基于圖像信源統(tǒng)計特性的壓縮方法根據(jù)壓縮機理的不同，數(shù)據(jù)壓縮編碼方法大致可以分成三類：基于人眼視覺特性的壓縮方法有預(yù)測編碼、變換編碼、矢量量化編碼、子帶－小波編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼法等。有基于方向濾波的圖像編碼法和基于圖像輪廓－紋理的編