數(shù)字電視實驗指導書樣本

JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)概述 3第一章視頻A/D、D/A實驗 61.1實驗原理 61.1.1視頻A/D變換器 61.1.2視頻D/A變換器 91.2實驗電路 231.2.1實驗電路總體框圖 231.2.2視頻A/D變換電路模塊 231.2.3視頻D/A變換電路模塊 271.2.4數(shù)字解決模塊（可編程器件） 291.3實驗內(nèi)容 311.3.1實驗一視頻源參數(shù)調(diào)節(jié) 311.3.2實驗二亮色延時實驗 341.3.3實驗三量化比特數(shù)對數(shù)字圖像質(zhì)量影響 361.3.4實驗四視頻A/D，D/A參數(shù)觀測 391.3.5實驗五數(shù)字電視國際原則（ITU-601號建議） 41第二章音頻A/D，D/A實驗 432.1實驗原理 432.1.1音頻信號取樣頻率選取 432.1.2聲音信號（雙極性信號）量化信噪比 442.1.3音頻信號量化比特數(shù)擬定 442.2實驗電路 452.2.1實驗電路總體框圖 452.2.2音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介 452.2.3音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介 462.2.4數(shù)據(jù)解決與控制模塊 482.3實驗內(nèi)容 512.3.1實驗一抽樣頻率及量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量影響 512.3.2實驗二觀測各種時鐘數(shù)據(jù)及其互有關(guān)系 54第三章MPEG視頻編碼 573.1實驗原理 573.1.1MPEG-2編解碼系統(tǒng) 573.1.2MPEG-2壓縮編碼模塊 623.2實驗電路 713.2.1MPEG編碼模塊電路 713.2.2MPEG解碼模塊電路 773.3實驗內(nèi)容 823.3.1實驗一節(jié)目碼流和傳播碼流實驗 823.3.2實驗二包辨認碼（PID）實驗 843.3.3實驗三視頻編解碼延時實驗 863.3.4實驗四視頻幀構(gòu)造實驗 883.3.5實驗五視頻編碼速率實驗 903.3.6實驗六圖像子采樣模式實驗 923.3.7實驗七GOP實驗 943.3.8實驗八圖像格式實驗 96第四章MPEG音頻編碼 984.1實驗原理 984.1.1MPEG-1音頻壓縮編碼 984.1.2MPEG-2音頻壓縮編碼 1074.1.3MPEG-1、MPEG-2音頻參數(shù)比較 1094.1.4MPEG-2中AAC編碼 1104.2實驗內(nèi)容 1124.2.1實驗一MPEG音頻層實驗1 1124.2.2實驗二MPEG音頻層實驗2 114附錄：波形闡明 116JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)概述JH8000DTV數(shù)字電視課程實驗箱是完全按照數(shù)字電視國際原則設(shè)計和生產(chǎn)數(shù)字電視傳播系統(tǒng)，可以提供數(shù)字電視課程所需若干實驗，同步可以作為實際數(shù)字電視傳播課程培訓時實驗裝置。一．系統(tǒng)描述JH8000DTV系統(tǒng)重要由視音頻A/D,D/A模塊,視音頻信源編碼、解碼模塊,TS流形成與解復用模塊,DVBSPI收發(fā)接口等模塊構(gòu)成。音頻A/D模塊板音頻A/D模塊板音頻信源編碼TS流形成DVBSPITX模塊傳播信道DVBSPIRX模塊TS流解碼視頻信源解碼音頻信源解碼D/AD/ATV監(jiān)視器視頻A/D模塊板視頻信源編碼圖1JH8000DTV系統(tǒng)框圖各某些構(gòu)成及功能簡述如下：視音頻A/D、D/A模塊：采用專用集成芯片，按照國際原則采樣時鐘和采樣格式將模仿輸入視音頻信號變成原則數(shù)字視音頻信號。視音頻信源編碼、解碼模塊：按國際上MPEG－1、2壓縮原則完畢對數(shù)字視音頻碼流壓縮編碼。TS流形成與解復用模塊：按國際原則將視音頻信源編碼板輸出MPEG視音頻碼流打包成TS流或解復用成MPEG視音頻碼流送入視音頻信源解碼板。DVBSPI收發(fā)接口模塊：將MPEG-2TS流按DVBSPI國際接口原則實現(xiàn)編解碼之間碼流傳播。其中各個模塊既可以獨立進行分塊實驗，又可以綜合構(gòu)成數(shù)字電視系統(tǒng)傳播實驗JH8000DTV（涉及視音頻A/D模塊、視音頻信源編解碼模塊，TS流形復用與解復用模塊和DVBSPI傳播接口模塊）完畢系統(tǒng)總體實驗二．系統(tǒng)實驗1．系統(tǒng)總體實驗在實驗中咱們使用JH8000DTV實驗箱搭建系統(tǒng)總體實驗環(huán)境，并緊密結(jié)合系統(tǒng)實際運營狀態(tài)，通過親手對系統(tǒng)參數(shù)設(shè)立和測試，讓實驗者初步建立數(shù)字電視系統(tǒng)總體概念。分模塊實驗通過系統(tǒng)總體實驗之后，咱們可在建立總體概念基本上，將總體系統(tǒng)拆提成若干功能子模塊。每一功能子模塊作為一種相對獨立分模塊實驗板，這樣便于實驗者從模塊實驗中掌握數(shù)字電視傳播系統(tǒng)中各某些原理、功能、技術(shù)參數(shù)、性能指標及在整個數(shù)字電視傳播系統(tǒng)中影響，同步讓學生理解各個模塊設(shè)計參數(shù)和設(shè)計辦法，為學生此后在數(shù)字電視系統(tǒng)設(shè)備研究方面打下夯實研究基本。整個實驗系統(tǒng)可以提成：直接視頻、音頻AD-DA閉環(huán)實驗裝置和接入后續(xù)編解碼模塊以及傳播模塊開環(huán)實驗裝置，可以進行實驗模塊有：（1）視頻源參數(shù)設(shè)立模塊（開環(huán)）亮度設(shè)立色度設(shè)立對比度設(shè)立輸入信號源選取設(shè)立信號源制式設(shè)立場信號標記行設(shè)立行有效像素數(shù)設(shè)立（2）視頻編碼參數(shù)設(shè)立模塊（開環(huán)）系統(tǒng)模式設(shè)立，可以設(shè)立MPEG-1或MPEG-2 編碼方式系統(tǒng)編碼碼流模式設(shè)立，可以設(shè)立編碼碼流輸出格式：節(jié)目碼流(PS)或傳播碼流(TS)。可編程設(shè)立GOP構(gòu)造：I、B、P幀組合，涉及I、IP、IBP、IBBP等?？删幊淘O(shè)立編碼速率：512K15M（NX256K，N=2-57）可編程設(shè)立數(shù)字視頻標記碼：VPID?？删幊淘O(shè)立數(shù)字音頻標記碼：APID?？删幊淘O(shè)立數(shù)字參照時鐘標記碼：PCRPID?？删幊淘O(shè)立僅視頻編碼，音頻不編碼工作方式。（3）音頻編碼參數(shù)設(shè)立模塊（開環(huán)）設(shè)立MPEG音頻編碼層：Layer1orLayer2設(shè)立音頻采樣速率設(shè)立音頻編碼輸出速率設(shè)立音頻預加重模式設(shè)立音頻聲道解決模式設(shè)立音頻PES標志（4）MPEG編碼參數(shù)設(shè)立模塊（開環(huán)）可編程設(shè)立編碼模式可編程設(shè)立編碼速率：512K-15M（NX256K，N=2-57）設(shè)立圖像采樣模式可編程設(shè)立GOP模式可編程設(shè)立GOP長度可編程設(shè)立圖像編碼：D1、4/3D1、2/3D1、1/2D1、SIF、QSIF、SliceScreen可編程設(shè)立圖像預解決濾波模式（5）視頻AD/DA實驗模塊（閉環(huán)）亮度設(shè)立色度設(shè)立對比度設(shè)立色飽和度設(shè)立色調(diào)設(shè)立亮色延遲設(shè)立彩色關(guān)閉設(shè)立（6）音頻AD/DA實驗模塊音頻采樣頻率設(shè)立音頻量化比特數(shù)設(shè)立靜音模式設(shè)立第一章視頻A/D、D/A實驗視頻A/D、D/A變換器是數(shù)字電視系統(tǒng)（圖1-1）重要構(gòu)成某些。視頻A/D、D/A變換器性能好壞對整個數(shù)字電視系統(tǒng)重現(xiàn)圖像質(zhì)量有著非常重要影響。因而，通過視頻A/D、D/A實驗，更好掌握視頻A/D、D/A原理，技術(shù)參數(shù)，國際原則等就顯十分必要。下面分別簡介視頻A/D、D/A變換器工作原理，參數(shù)選取，國際原則，以及各實驗內(nèi)容，規(guī)定，辦法等。A/DA/D數(shù)字解決器D/A模仿信號 模仿信號圖1-1數(shù)字設(shè)備基本系統(tǒng)構(gòu)成1.1實驗原理1.1.1視頻A/D變換器A/D轉(zhuǎn)換器作用是把持續(xù)變化模仿信號轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號，示意圖如圖1.1.1所示。它重要涉及取樣、量化和編碼三大某些。取樣，是實現(xiàn)時間軸上離散化；量化，是實現(xiàn)幅度軸上離散化；編碼，是實現(xiàn)把離散化了數(shù)據(jù)用二進制碼型表達，進而變?yōu)橐幌盗须娒}沖。圖1.1.1A1．分量編碼中取樣頻率選取分量編碼是指對亮度信號（Y）和兩個色差信號（R-Y）、（B-Y）分別進行取樣、量化和編碼。在分量編碼中，由于不受色副載波影響，并且與彩色電視制式關(guān)系不大，為了便于國際間節(jié)目互換，建議取樣頻率應(yīng)能兼容625行/50場和525行/60場兩種掃描體制。依照取樣定理，規(guī)定取樣頻率fs≥2fm，為了防止頻譜混疊失真，應(yīng)選取fs（2.2~2.7）fm，又為了實現(xiàn)正交取樣構(gòu)造，應(yīng)滿足fs為行頻fH整數(shù)倍。綜合上述諸條規(guī)定，已知亮度信號上限頻率為5.5MHz~6MHz，取樣頻率可選為fs=2.2fm=12~13.2MHz。對于625行制式行頻為fH=15.625MHz，對于525行制式行頻為fH=15.734264KHz，為了滿足兼容兩種制式規(guī)定，就在13.2MHz附近選定。兩種制式行頻最佳公倍數(shù)為13.5MHz。對625行制式，每行取樣點數(shù)為：對于525行制式，每行取樣點數(shù)為：對于兩個色差信號（R-Y）和（B-Y），由于其上限頻率均在2.8MHz如下，近似為亮度信號上限頻率一半，為了以便起見，色差信號取樣頻率選為：fs(R-Y)=fs(B-Y)=fSY=6.75MHz對于625行制式，色差信號每行取樣點數(shù)為864×=432，對于525行制式，則每行取樣點數(shù)為858×=429。亮度信號和兩個色差信號三者取樣頻率比例關(guān)系為：fs(Y)：fs(R-Y)：fs(B–Y)=4:2:2故把這種選取取樣頻率方式稱為4：2：2原則，這就是分量編碼中取樣頻率選取。2．量化量化是使幅度持續(xù)抽樣值進一步在幅度上離散化過程。以便能用有限長度碼字來表達抽樣點幅度。量化可分為舍入量化和截尾量化。舍入量化即用四舍五入來解決被量化信號與預置量化級數(shù)電平之間差值。截尾量化即把高于預置量化級數(shù)電平尾數(shù)某些所有舍去。截尾量化誤差比舍入量化誤差大一倍，因而，普通只采用舍入量化而不采用截尾量化。由量化誤差所產(chǎn)生噪聲稱量化噪聲。設(shè)圖像信號最大幅度為A，將它均勻量化成N級，量化級差為△A，有：A=N·△A，N=2n（以二進制表達）電視信號（單極性信號）量化信噪比定義：量化信噪比=（n為量化比特數(shù)）用分貝表達：可以得出結(jié)論：量化比特數(shù)n每增長1bit，則信噪比上升6dB；反之，每下降1bit；信噪比減少6dB。信噪比與量化比特數(shù)n關(guān)系如表1.1.1所示。表1.1.1量化比特567891041dB47dB53dB59dB65dB71dB3．編碼A/D轉(zhuǎn)換器中編碼，是把代表特定量化電平級別比較器輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)組合，變換成以n比特表達二進制數(shù)碼，即每一組二進制數(shù)碼代表一種取樣值量化電平級別。如表1.1.2表1.1.24．視頻A/DD/A特點抽樣頻率高，fs=27MHz(對全信號編碼)fs=13.5MHz(對分量信號編碼)量化比特數(shù)高，n=8—10比特1.1.2視頻D/A變換器模仿信號被數(shù)字化之后，送入數(shù)字設(shè)備進行解決、記錄或傳送。最后，當與其她模仿信號設(shè)備聯(lián)結(jié)時，需要重新還原為模仿信號。用于把數(shù)字信號還原為模仿信號設(shè)備、稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器或D/A變換器圖1.1.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器方框圖圖1.1.2中表達出數(shù)/模轉(zhuǎn)換器簡樸方框圖，重要有數(shù)字解碼、內(nèi)插低通濾和零階保持補償?shù)热承╇娐窐?gòu)成。數(shù)字解碼是重要某些，其作用是把代表取樣值二進制數(shù)碼還原為相應(yīng)量化電平脈沖。內(nèi)插低通濾波器，用于把離散脈沖轉(zhuǎn)換為在時間軸上持續(xù)模仿信號。由于內(nèi)插濾紙不也許具備抱負門函數(shù)頻率特性，又因編碼時取樣脈沖也不也許是抱負沖擊函數(shù)序列而是具備一定寬度脈沖，這都會使恢復模仿信號高頻成分受到損失。因而，內(nèi)插低通濾波器之后，又加入零階保持補償電路，用于提高模仿信號高頻成分，使輸出信號更接近本來模仿信號。視頻D/A特點運算精度高。運算速度快。1．電視信號數(shù)字化國際原則分量電視信號數(shù)字編碼有助于國際間電視節(jié)目互換。在1982年CCIR第15次全會上通過了CCIR601號建議書，擬定了能實現(xiàn)625行/50場和525行/60場兼容分量編碼4：2：2原則，后來又作了若干補充修正。數(shù)字分量視頻原則，則是分別對三個信號（一種亮度信號和二個色差信號）進行取樣和量化編碼，如前所述,由于消除了色副載波影響，信號質(zhì)量較高，也有助于制式間兼容，但是設(shè)備復雜，造價高，并且碼率也高。在數(shù)字分量信號中，亮度信號（Y）峰-峰幅值為700VPP，黑電平與消隱電平一致，同步電平為-300MV，同步信號僅加入亮度信號中；兩個色差信號分別稱為CR和CB，以0電平雙向?qū)ΨQ，其滿幅度均為700MVPP。CR=0.713（ER-EY）CB=0.564（EB-EY）2．數(shù)字分量各信號取樣頻率比例依照在前邊已簡介過取樣頻率選取原則，各信號取樣頻率之間應(yīng)滿足一種固定比例。普通把3.375MHZ作為最低基準頻率，抽樣比例有如下幾種。圖1.1.3亮度與色差信號取樣點分布圖（1）4：2：2方式這是較慣用原則方式，其中亮度信號取樣頻率為3.375X4=13.5MHZ。（2）4：4：4方式這是某些高檔級演播室選用高質(zhì)量取樣原則，亮度信號和兩個色差信號均采用3.375×4=13.5MHz，（3）4：1：1方式兩個色差信號取樣頻率均為3.375×1=3.375MHz，這時色差信號帶寬在1.5MHz如下。在圖1.1.3中表達了取樣點分布狀況，圖中×代表亮度取樣點，而○代表色差CR和CB取樣點。3．數(shù)字分量4：2：2原則舉例現(xiàn)以數(shù)字分量4：2：2為例闡明如下，表1.1.3中給出了其原則參數(shù)。表1.1.34：2：2原則參數(shù)參數(shù)名稱625行/50場525行/60場1、編碼信號2、1行取樣點數(shù)亮度信號（Y）色差信號（R-Y）、（B-Y）Y、R-Y、B-Y8644328584293、取樣構(gòu)造正交，行、場、幀重復，（R-Y）、（B-Y）樣點同位，并與每行亮度信號第奇數(shù)個（1、3、5…）樣點同位。4、取樣頻率亮度信號每個色差信號13.5MHz6.75MHz5、量化方式亮度信號與色差信號均采用每樣值8比特均勻量化6、一種有效行取樣點數(shù)亮度信號每個色差信號7203607、模仿信號電平與量化級別之間關(guān)系亮度信號每個色差信號共220量化級，黑電平在每16級，白峰在235級共224量化級，零電平處在0~225量化級中心，即128級8、數(shù)字有效行定義（Y）OH到有效行開始有效行期間有效行結(jié)束到同步前沿每一行范疇132個樣點/9.718μs720個樣點/53.333μs12個樣點/0.889μs864個樣點/64μs122個樣點/9.037μs720個樣點/53.333μs16個樣點/1.185μs858個樣點/63.555μs4．量化范疇規(guī)定及碼電平分派現(xiàn)以100/0/100/0彩條信號為例，闡明數(shù)字分量信號對量化范疇規(guī)定。(1)亮度分量亮度分量模仿信號電平與其相相應(yīng)數(shù)字信號樣值（即量化電平）之間關(guān)系如圖1.1.4所示。圖中示出了8比特量化和10比特量化兩種狀況下相應(yīng)樣值，每個樣值都分別以10進制數(shù)表達其量化級數(shù)（亦稱量化電平或數(shù)字電平）。圖1.1.4100%彩條中亮度信號之模仿電平與量化電平之間關(guān)系在10比特量化系統(tǒng)中共有1024個數(shù)字電平（210個），用10進制數(shù)表達時，其數(shù)值范疇從0到1023；用16進制數(shù)表達時，其數(shù)值范疇從000到3FF。數(shù)字電平000~003和3FC~3FF為儲備電平(reserve)或稱保護電平,這兩某些電平是不容許出當前數(shù)據(jù)流中.其中000和3FF用于傳送同步信息.模仿信號進行A/D變換時,其電平不容許超過A/D基準電平范疇,否則會發(fā)生限幅.產(chǎn)生非線性失真,所產(chǎn)生諧波在抽樣后會引起頻譜混疊.因而,原則中規(guī)定了儲備電平,雖然模仿信號電平達到儲備電平范疇仍不會發(fā)生限幅,防止了混疊失真.但儲備電平數(shù)字不進入數(shù)據(jù)流.D/A后恢復模仿信號也不會浮現(xiàn)儲備電平范疇信號.從004~3FB(10進制數(shù)4~1019)代表亮度信號數(shù)字電平;040(10進制數(shù)64)為消隱數(shù)字電平;3AC(10進制數(shù)為940)為白峰值數(shù)字電平.原則規(guī)定數(shù)字電平留有很小余量:底部電平余量為004~040(10進制數(shù)為4~64),頂部電平余量為3AC~3FB(10進制數(shù)為940~1019).值得注意是,數(shù)字分量方式對亮度信號中同步某些不抽樣.由于調(diào)節(jié)偏差和漂移,通過濾波器和校正電路產(chǎn)生過沖都會擴大模仿視頻信號動態(tài)范疇,因此在消隱電平如下和峰值白電平以上都留有余量,以使余量范疇內(nèi)信號不失真地進行數(shù)字傳播.上下余量稱為"Headroom"。用8比特量化時，其儲備電平為0和255(16進制數(shù)為00和FF)。數(shù)字電平余量范疇為1~16和235~254(16進制數(shù)為01~EB~FE);1~254代表亮度信號數(shù)字電平.消隱數(shù)字電平定為16(16進制數(shù)為10),白峰值數(shù)字電平定為235(16進制數(shù)為FB).值得注意是：8比特字數(shù)字信號可以通過10比特字數(shù)字設(shè)備和數(shù)字通路,只要在8比特最低位后加兩位0即可,在輸出端再將兩位0去掉,恢復8比特字數(shù)字信號.(2)色度分量應(yīng)當注意到,色度信號是雙級性,而A/D變換器需要單級性信號,因而,將100%彩條色度信號電平上移350mv,以適合A/D變換器規(guī)定.圖1.1.5（a）CB分量模仿電平與量化電平之間關(guān)系圖1.1.5（b）CR分量模仿電平與量化電平之間關(guān)系圖1.1.5(a)示出CB分量模仿電平與8比特和10比特量化電平之間關(guān)系。圖1.1.5(b)示出CR分量模仿電平與8比特和10比特量化電平之間關(guān)系。用10比特量化時，量化電平為：16進制數(shù)004~3FB（10進制數(shù)為4~1019），共1016級表達CB和CR信號。消隱（即零電平）量化電平定為200（16進制數(shù)），模仿信號最高正電平相應(yīng)數(shù)字定為3CA（10進制數(shù)為960），最低負電平相應(yīng)040（10進制數(shù)為64）。所規(guī)定頂部電平余量為3CA~3FB（10進制數(shù)960~1019），底部電平余量為004~040（10進制數(shù)為4~64），其作用同亮度信號電平余量。儲備電平范疇也同亮度信號。5．數(shù)字信號傳播接口數(shù)字信號傳送方式有兩種，即并行傳播和串行傳播，各具備不同特點，并合用于不同場合。（1）數(shù)字信號比特并行傳播這種傳播方式是每一種量化比特位固定用一條通路來傳送，其碼率低，誤碼率也低，設(shè)備簡樸，但是需要通路數(shù)量太多，只合用于距離點到點數(shù)字信號傳送。在數(shù)字分量并行傳播中，可以用亮度數(shù)據(jù)與色差數(shù)據(jù)分別傳送，也可以把亮度與色差及其她輔助數(shù)據(jù)先進行時分復用，然后再進行并行傳播，普通采用后者。4：2：2數(shù)字分量原則取樣點行場分派:現(xiàn)以4：2：2數(shù)字分量原則為例來闡明行、場定期關(guān)系。在PAL制數(shù)字分量中，其亮度（Y）與兩個色差（CR、CB）信號樣值分布如圖1-4所示?？梢钥闯?，在水平垂直方向上都是對齊，即為正交構(gòu)造。第一行第一種樣點位置上存在有亮度（Y）和色差CR及CB共三個樣值，而第二個樣點位置上則只有亮度（Y），后來按此規(guī)律排列，即在Y奇數(shù)位置有三個樣值，而偶數(shù)位置只有Y一種值。第二行之后也均與第一行相似。圖1.1.6每行亮度Y信號樣點數(shù)為：，編號從第0號到第863號。其中有效行樣點數(shù)為720個，編號從第0號到第719號。數(shù)字消隱樣點數(shù)為144個，編號從第720號到863號。其樣值位置安排與同步關(guān)系如圖1.1.6所示。而在圖1.1.7中，則表達出PAL制數(shù)字場與模仿場關(guān)系。在模仿場中，每場均涉及有半行，如PAL制625行/50場，奇數(shù)場與偶數(shù)場均為=312.5行。但在數(shù)字場中，為了避免解決半個數(shù)字行，故將奇偶兩場有效行數(shù)均取整數(shù)，定為288行。其差別設(shè)在場消隱區(qū)，如圖中所示，第一場（奇數(shù)場）場消隱期為有效行24行，而第二場（偶數(shù)場）場消隱期為有效行前25行。圖1.1.7PAL制數(shù)字場與模仿場關(guān)系(2)數(shù)字亮度信號與色差信號時分復用在數(shù)字分量狀況下，有一路亮度信號和兩路色差信號，如果各自單獨并行傳送則需要三條多芯電纜。為了簡化設(shè)備普通先運用時分復用辦法把三路信號歸并為一路時序信號，然后用一條多芯電纜并行傳送。對于4：2：2方式，525行/60場掃描原則和625行/50場掃描原則，其有效行樣點數(shù)都是同樣，即亮度信號為720個，色差信號為360個，每行共計1440，編號為0~1439，而消隱期間樣點數(shù)目，兩種原則則不同，625行/50場原則為288個，編號為1440~1727，525行/60場，原則為276個，編號為1440~1715。以625行/50場原則（PAL制）4：2：2數(shù)字分量信號為例，三路復用之后每行樣點在一行內(nèi)分派如圖1-9所示。依照前圖1-4取樣分布狀況，每個有效行第一種取樣位置上有三個樣值，安排順序是CB→Y→CR，第二個取樣位置上只有Y一種樣值，第三個取樣位置上安排順序也是CB→Y→CR，以此類推，別的各行方式相似。由圖1.1.8中可以看出，復用后樣值速率（字/秒）也明顯提高了。復用前亮度信號樣值速率為：13.5兆字/秒。兩個色差信號樣值速率均為：6.75兆字/秒，復用后總樣值速率為：13.5兆字/秒+6.75兆字/秒+6.75兆字/秒=27兆字/秒圖1.1.8復用中樣值安排順序圖1.1.94：2：2格式時分復用并行輸出方框圖如果按10比特量化，則碼率達到270Mb/s。在圖1.1.9中表達了時分復用編碼比特并行輸出電路方塊圖。輸入三路模仿分量信號E′Y、E′R、E′B，通過前置濾波器之后，分別送入A/D變換器，變?yōu)閿?shù)字信號。然后分別以并行方式送入數(shù)字合成器，以27兆字/秒速度和上述順序?qū)崿F(xiàn)并行傳播。圖中時鐘信號，由亮度信號中產(chǎn)生，分別輸入亮度與色差三個A/D轉(zhuǎn)換器，以保證分量信號在時間上一致性。(3)數(shù)字分量原則定期基準信號形成在模仿視頻信號中行、場同步信號是十分重要，用它來保證收發(fā)兩端掃描一致性。然而，它只代表起始時刻，并無其她信息內(nèi)容。如果能相應(yīng)地設(shè)立每行起止時刻標志，則除了數(shù)字有效行之外，每行消隱（涉及行同步）樣點數(shù)據(jù)均可不傳送。這段在625行/50場原則4：2：2格式復用之后有288個樣點位置，可以用來傳送其她輔助信息數(shù)據(jù)。數(shù)字分量原則規(guī)定，不傳送行消隱期間樣值，而是在每個有效行數(shù)據(jù)開始之前，即每行第一種樣值（編號為0）之前安排4個樣值數(shù)據(jù)，用于表達每個有效行開始，稱為SAV信號；并在每個有效行數(shù)據(jù)結(jié)束之后，即每個有效行最后一種樣值（編號為1439）之圖1.1.10625/50原則分量時分復用及定期基準位置后也安排4個樣值數(shù)據(jù)，用于表達每個有效行結(jié)束，稱為SAV信號。對于625行/50場掃描原則，SAV樣點位置是第1724號到1727號，EAV樣點位置是第1440號到1443號。在場消隱期間，SAV和EAV信號仍以同樣格式傳送。圖1.1.10所示為625/50原則數(shù)字分量時分復用及定期基準信號插入位置。分別由4個10比特字節(jié)構(gòu)成SAV和EAV信號，用16進制構(gòu)成一種特定數(shù)據(jù)系列，用如下符號表達：3FF000000XYZ，前三個字節(jié)是一種固定前綴?？梢钥闯?，每一種字節(jié)是10個比特1（即3FF），背面2個字節(jié)是20個比特0（即2個為010比特字）。這個特殊比特組合符號，用來表達有效視頻行開始（SAV）或結(jié)束（EAV）。第4個字節(jié)XYZ同為一種可變內(nèi)容字節(jié)，它包具有場標志符號，垂直消隱狀態(tài)，行消隱狀態(tài)等信息。在表1.1.4中詳細表達了這4個10比特字節(jié)詳細內(nèi)容?？梢?，第1個字節(jié)為全1，第2、第3個字節(jié)為全0，但第4個字節(jié)XYZ比特0位和1位規(guī)定為0，以便與8比特量化接口相兼容，第9位規(guī)定為1，第6、7、8位為可變二進制數(shù)，分別用H、V、F表達相應(yīng)信息，而別的第2、3、4、5各經(jīng)特位用于進行誤碼糾正。其中H、V、F不同取值，代表信息如下：H為行消隱標志符，H=0表達為有效行開始（SAV）,H=1表達為有效行結(jié)束（EAV）V為垂直消隱標志符，V=0表達為有效場期間,V=1表達為場消隱期間F為場標志符，F(xiàn)=0表達為第一場（奇數(shù)場）,F=1表達為第二場（偶數(shù)場）表1-4中P0、P1、P2、P3值是可變，它門值取之于F、V和H值，可對F、V和H值進行兩比特誤差檢測以及比特誤碼較正。P0、P1、P2、P3值和F、V及H值關(guān)系如表1.1.5所示。表1.1.44：2：2定期基準信號bit3FF000000XYZ98765432101111111111000000000000000000001FVHP3P2P1P000表1.1.5P0、P1、P2、P3值和F、V及H值關(guān)系在圖1.1.11中表達出625/50掃描原則，XYZ數(shù)據(jù)內(nèi)容與圖像時基位置關(guān)系。EAVSAV(H=1)(H=2)第1行（V=1）行場消隱第23行（V=0）第一場（F=0）第1場有效視頻數(shù)據(jù)奇第311行（V=1）第313場消隱第336行（V=0）第二場（F=1）第2場有效視頻數(shù)據(jù)偶第624行（V=1）第625行圖1.1.11625/50原則XYZ數(shù)據(jù)與圖像時基位置關(guān)系1.2實驗電路1.2.1實驗電路總體框圖實驗電路由A/D變換器，可編程器件，D/A變換器構(gòu)成。見圖1.2.1A/D變換器TVP5147可編程器件A/D變換器TVP5147可編程器件MAX7128STC100-10D/A變換器SAA71211.2.1實驗電路總體框圖1.2.2視頻A/D變換電路模塊(1)A/D芯片視頻ADC采用TVP5147芯片。TVP5147是10位高質(zhì)量單片數(shù)字視頻解碼器，用于對NTSC/PAL/SECAM進行數(shù)字化和解碼。TVP5147支持對分量YPbPr信號A/D轉(zhuǎn)換，同樣能將NTSC，PAL，SECAM制式composite或者s-video信號轉(zhuǎn)換成分量YCbCr其包括了兩個10bit30MSPS（兆采樣每秒）數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該芯片可用于數(shù)字視頻各種設(shè)備，如：DLP投影儀、數(shù)字電視、DVD錄制設(shè)備LCD電視接及監(jiān)視器、PVR、PC視頻卡、視頻捕獲/視頻編緝、會議電視（2）TVP5147重要功能模塊涉及：對薄弱，混有噪聲信號以及VCRtrickmodel同步檢測通過2-D5線自適應(yīng)梳狀濾波器和色度陷波濾波器實現(xiàn)Y/C分量分離兩個10bit30MSPS（兆采樣每秒）A/D轉(zhuǎn)換器，具備對模仿信號預解決（自動增益控制）模仿視頻輸出亮度預解決色度預解決時鐘/時序預解決以及待機模式輸出格式選取I2c總線接口VBI數(shù)據(jù)預解決Macrovision防拷貝檢測電路I/O端口3.3v耐壓（3）芯片詳細功能簡介：兩個可編程增益控制30MSPS，10BitA/D支持NTSC（J，M,4.43）,PAL(B，D，G，H,I，M，N，Nc,60),SECAM(B,D,G,K,K1,L)CVBS和S-Video支持內(nèi)嵌同步信號模仿分量YPbPr視頻格式10路模仿視頻輸入端口，支持各種視頻源支持模仿視頻輸出輸出格式可編程控制a.10Bit嵌入同步符合ITU-RBT.656原則中4:2:2YCbCrb.分離同步10Bit4:2:2YCbCrc.分離同步20Bit4:2:2YCbCrd.場消隱期內(nèi)活動視頻兩倍采樣rawVBI數(shù)據(jù)e. 場消隱期內(nèi)VBI數(shù)據(jù)片斷行同步，場同步輸出，其位置，極性，寬度可編程，并可輸出FID信號Composite和S-video視頻信號解決 a.2-D5線自適應(yīng)梳狀濾波器以及色度陷波濾波器用來解決Composite視頻信號 b.對輸入視頻格式自動檢測（NTSC/PAL/SECAM）并切換 c.可編程控制亮度增益 d.色度瞬時提高 e.捕獲薄弱，混有噪聲，或者不穩(wěn)定信號 f.單顆14.31818Mhz原則晶振，滿足所有原則需求（ITU-R.BT601和平方像素采樣） g.電源同步/內(nèi)同步像素采樣時鐘產(chǎn)生行，場同步信號輸出 h.為下行視頻編碼器同步提供同步鎖相RTC通過Macrovision防拷貝檢測認證1VBI數(shù)據(jù)解決I2c低功耗數(shù)字核心1.8v數(shù)字I/O端口3.3v待機模式下模仿核心1.8v/3.3v80管腳TQFP封裝（4）實驗系統(tǒng)裝置視頻A/D變換詳細電路圖1.2.3實驗系統(tǒng)裝置A/D變換模塊1.2.3視頻D/A變換電路模塊(1)D/A芯片D/A芯片選用飛利浦公司數(shù)字視頻編碼集成電路SAA7121。該芯片廣泛應(yīng)用于VCD、DVD等影碟機中。SAA7121集成電路支持NTSC－M，PAL－B/G等電視制式，采用I2C控制方式，通過8位數(shù)據(jù)總線接受解壓縮視頻數(shù)據(jù)。再由內(nèi)置編碼器將數(shù)字亮度信號與色度信號同步編碼成模仿CVBS和S視頻信號。重要由數(shù)據(jù)管理、編碼器、輸出接口、10bitD/A轉(zhuǎn)換器、同步時鐘和I2C總線接口等構(gòu)成。SAA7121功能框圖如下圖1.2.4所示：LLCLLCXTAL1XCLKI2C總線接口數(shù)據(jù)管理器同步時鐘編碼器輸出接口D/A轉(zhuǎn)換器RESTSDASCLSARCV1RCV2TTXRQXTAL0VDDA1VDDA2VDDA3I2C總線控制I2C總線控制I2C總線控制時鐘和時序MP7到MP0TTXVSSD1VSSD2VSSD3VDD1VDD2VDD3RESRTC1SPAPI2C總線控制CVBSYCVSSA1VSSA2YCbCrYC1.2.4SAA7121功能框圖（2）芯片重要功能簡介:單塊芯片3.3v(5v)供電數(shù)字PAL/NTSC編碼器系統(tǒng)像素時鐘13.5Mhz支持各種輸入格式Y(jié)CbCrEAV和SAV三個D/A轉(zhuǎn)換器支持YC以及CVBS，兩次10bit精度過采樣對子頻帶實時控制減少色彩失真濾波器支持對寬屏信號編碼迅速I2c總線可工作在主/從模式下可對行/場輸入同步相位編程行同步輸出可編程可控制同步信號上升沿和下降沿以及消隱信號QFP44封裝（3）實驗系統(tǒng)裝置視頻D/A變換詳細電路(圖1.2.5)圖1.2.51.2.4數(shù)字解決模塊（可編程器件）（1）可編程器件芯片簡介可編程器件選用alteraMAX7128STC100-10。MAX7000系列基于altera第二代MAX架構(gòu)，高密度，高性能。采用了先進CMOS工藝制造，使得基于EEPROMMAX7000系列能提供600到5000可用門電路。可編程器件芯片原理框圖如下：圖1.2.6（2）實驗系統(tǒng)裝置數(shù)字解決模塊詳細電路(如下圖)圖1.2.71.3實驗內(nèi)容1.3.1實驗一視頻源參數(shù)調(diào)節(jié)實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺實驗目調(diào)節(jié)圖像亮度、對比度、色飽和度、色調(diào)，觀測圖像變化。實驗環(huán)節(jié)電源1電源3電源2總電源JH8000DTV數(shù)字電視實驗裝置電源1電源3電源2總電源JH8000DTV數(shù)字電視實驗裝置數(shù)字電視監(jiān)視器視音頻AD/DA模塊實驗板MPEG編碼模塊實驗板MPEG解碼模塊實驗板DVD信號源圖1.3.11．將計算機串口1通過串口連接線與編碼模塊串行接口相連2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動信號源DVD以及監(jiān)視器電源4．同步啟動編解碼模塊電源（即電源2、電源3，見圖1.3.1，注意：此時電源1必要處在關(guān)閉狀態(tài)）5．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢，如下圖（圖1.3.2）。圖1.3.2(1)選做實驗：點擊“進入”按鈕進入主實驗界面（圖1.3.1-2）。圖1.3.3選取“視頻源參數(shù)設(shè)立”實驗項目，然后單擊“進入”或者雙擊“視頻源參數(shù)設(shè)立”實驗項目，進入詳細實驗面板。（圖1.3.1-3）進入實驗基本設(shè)立：設(shè)立亮度值0-255 設(shè)立色飽和度值0-255 設(shè)立對比度值0-255 設(shè)立色調(diào)0-255圖1.3.4（2）分別變化基本設(shè)立亮度、對比度、色飽和度、色調(diào)各參數(shù)值，觀測監(jiān)視器圖像變化（3）選取“高檔設(shè)立”按鈕，分別變化高檔設(shè)立有關(guān)參數(shù)：輸入信號、電視制式、場信號模式、場信號標記以及行有效像素值，觀測監(jiān)視器圖像變化（4）選取視頻源為“攝象機”，（可以將攝象機對準原則電視測試卡或?qū)蕦哟呜S富圖象），重復上述（2）、（3）環(huán)節(jié)實驗規(guī)定1．記錄不同參數(shù)值時圖像變化，并分析成果。2．為什么色飽和度值128—255和0—128變化是相似3．解釋行有效像素值與圖像水平寬度之間相應(yīng)關(guān)系1.3.2實驗二亮色延時實驗實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺3．數(shù)字存儲示波器一臺4．原則電視信號發(fā)生器一臺實驗目觀測亮色延時差對圖像質(zhì)量影響實驗環(huán)節(jié)1．將計算機串口1通過串口連接線與視頻AD/DA模塊串行接口相連（視頻AD/DA模塊實驗板上串口通信模塊U10）2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動監(jiān)視器電源4．將原則電視信號發(fā)生器VIDEO輸出端接到視頻AD/DA模塊視頻輸入端口（左下，J13）5．啟動視音頻AD/DA模塊電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必要處在關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢（1）選取“視頻AD/DA實驗”實驗項目，然后單擊進入或者雙擊“視頻AD/DA實驗”實驗項目，進入詳細實驗面板。（2）進入實驗“高檔設(shè)立”：圖1.3.5（3）分別變化高檔設(shè)立關(guān)閉彩色和亮度延時，調(diào)節(jié)各參數(shù)值，觀測監(jiān)視器圖像變化（4）用示波器同步觀測視頻AD/DA模塊視頻輸入信號（J13）與視頻輸出信號（J14），分別記錄兩個信號中亮色延時與參數(shù)值相應(yīng)關(guān)系實驗規(guī)定記錄不同參數(shù)值時圖像變化，并分析成果。記錄亮色延時參數(shù)值與示波器測量值之間相應(yīng)關(guān)系并進行恰當分析1.3.3實驗三量化比特數(shù)對數(shù)字圖像質(zhì)量影響實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺3．數(shù)字存儲示波器一臺4．原則電視信號發(fā)生器一臺信號發(fā)生器信號發(fā)生器D/A計算機監(jiān)視器示波器（數(shù)字）A/D數(shù)據(jù)解決圖1.3.6二．實驗目變化量化比特數(shù)，觀測各種狀況下圖像質(zhì)量及信號波形①只有高位②只有低位③只有奇數(shù)位（或偶數(shù)位）④只有Y信號掌握量化比特數(shù)對圖像質(zhì)量影響。實驗環(huán)節(jié)1．將計算機串口1通過串口連接線與視頻AD/DA模塊串行接口相連（視頻AD/DA模塊實驗板上串口通信模塊U10）2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動監(jiān)視器電源4．將原則電視信號發(fā)生器VIDEO輸出端接到視頻AD/DA模塊視頻輸入端口（左下，J13）5．啟動視頻AD/DA模塊電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必要處在關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢（1）選取“視頻AD/DA實驗”實驗項目，然后單擊進入或者雙擊“視頻AD/DA實驗”實驗項目，進入詳細實驗面板。（2）進入實驗“高檔設(shè)立”（3）將“關(guān)閉彩色”設(shè)立為“啟動彩色”（4）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中J57最右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有高位）J57此時，監(jiān)視器中顯示高四位圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號狀況（5）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中J57右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有低位）J57此時，監(jiān)視器中顯示低四位圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號狀況（6）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中J57右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有奇數(shù)位）J57此時，監(jiān)視器中顯示奇數(shù)位圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號狀況（7）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中J57右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有偶數(shù)位）J57此時，監(jiān)視器中顯示偶數(shù)位圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號狀況8）將“關(guān)閉彩色”設(shè)立為“關(guān)閉彩色”并重復上述（4）--（7）實驗環(huán)節(jié)四．實驗規(guī)定1．變化量化比特數(shù)，觀測各種狀況下圖像質(zhì)量及信號波形①只有高位②只有低位③只有奇數(shù)位（或偶數(shù)位）④只有Y信號對上述視頻輸入以及視頻輸出信號波形進行分析，并討論變化量化比特數(shù)對圖像質(zhì)量影響1.3.4實驗四視頻A/D，D/A參數(shù)觀測實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺3．數(shù)字存儲示波器一臺4．原則電視信號發(fā)生器一臺信號發(fā)生器信號發(fā)生器D/A計算機監(jiān)視器示波器（數(shù)字）A/D數(shù)據(jù)解決圖1.3.7實驗目觀測各信號之間時間關(guān)系，規(guī)定掌握電視信號構(gòu)成，信號各某些時序關(guān)系及電視信號數(shù)字化國際原則。a.觀測模仿電視信號行同步TPHS（J9），場同步TPVS（J10），奇偶場起始信號FID（J11）和參照時鐘信號RTC（J12）之間關(guān)系。b．觀測數(shù)據(jù)時鐘DATACLK和10Bit輸出數(shù)據(jù)YC7與行同步HS之間關(guān)系。三．實驗環(huán)節(jié)1．將計算機串口1通過串口連接線與視頻AD/DA模塊串行接口相連（視頻AD/DA模塊實驗板上串口通信模塊U10）2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動監(jiān)視器電源4．將原則電視信號發(fā)生器VIDEO輸出端接到視頻AD/DA模塊視頻輸入端口（左下，J13）5．啟動視頻AD/DA模塊電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必要處在關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢（1）選取“視頻AD/DA實驗”實驗項目，然后單擊進入或者雙擊“視頻AD/DA實驗”實驗項目，進入詳細實驗面板。（2）進入實驗“高檔設(shè)立”（3）將“關(guān)閉彩色”設(shè)立為“啟動彩色”（4）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中J57短路開關(guān)去除，如下圖所示J57此時，監(jiān)視器中顯示正常圖像，可以用示波器分別觀測：a．行同步TPHS（J9）與視頻輸入信號（J13）b．場同步TPVS（J10）與行同步TPHS（J9）c．奇偶場起始信號FID（J11）與行同步TPHS（J9）d．奇偶場起始信號FID（J11）與參照時鐘信號RTC（J12）（5）保持上述J57設(shè)立不變，用示波器觀測行同步TPHS（J9）與視頻10Bit輸出數(shù)據(jù)中YC7之間關(guān)系四.實驗規(guī)定記錄各點實際波形并與理論波形進行比較，并做恰當解釋1.3.5實驗五數(shù)字電視國際原則（ITU-601號建議）實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺實驗目1．熟悉國際原則（ITU-601號建議）取樣格式：2．變化A/D設(shè)立采用不同取樣格式：4︰2︰24︰1︰14︰4︰4觀測圖像質(zhì)量及其信號波形。3．國際原則（ITU-601號建議）量化比特數(shù)及碼電平分派三．實驗環(huán)節(jié)1．將計算機串口1通過串口連接線與編碼模塊串行接口相連2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動信號源DVD以及監(jiān)視器電源4．同步啟動編解碼模塊電源（即電源2、電源3，注：此時電源1必要處在關(guān)閉狀態(tài)）5．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢(1)選做實驗：點擊“進入”按鈕進入主實驗界面選取“MPEG編碼參數(shù)設(shè)立”實驗項目，然后單擊“進入”或者雙擊“MPEG編碼參數(shù)設(shè)立”實驗項目，進入詳細實驗面板。進入實驗基本設(shè)立界面，基本設(shè)立如下：編碼模式：MPEG2編碼速率：8X256Kbps（2）變化圖像子采樣模式：設(shè)立采用不同取樣格式：4︰2︰24︰1︰14︰4︰4觀測圖像質(zhì)量及其模仿信號波形。（3）在A/D輸入端送原則彩條信號，采用國際化原則規(guī)定量化比特數(shù)四．實驗規(guī)定1．給出ITU-656信號格式2．變化A/D設(shè)立采用不同取樣格式：4︰2︰24︰1︰14︰4︰4觀測圖像質(zhì)量及視頻輸出信號波形。第二章音頻A/D，D/A實驗2.1實驗原理2.1.1音頻信號取樣頻率選取在電視系統(tǒng)中，聲音與圖像是同步傳送，因此實現(xiàn)數(shù)字化時還應(yīng)當考慮對聲音信號數(shù)字化。聲音信號模/數(shù)轉(zhuǎn)換也與圖像信號模/數(shù)轉(zhuǎn)換相似，涉及取樣、量化和編碼。但由于聲音信號帶寬、動態(tài)范疇及信雜比規(guī)定等與圖像信號相比有很大區(qū)別，因此聲音信號取樣頻率原則及量化電平數(shù)均與圖像信號不同。此外，對于電視伴音，由于在與視頻單通道輿時采用理解時分復用方式，在選取聲音取樣頻率參數(shù)時，還應(yīng)考慮與圖像信號掃描行頻、場頻及取樣頻率關(guān)系。音頻信號取樣頻率選取原則也是依照奈奎斯特取樣定理，即取樣頻率fs≥2fm.音頻信號上限頻率fm，演播室內(nèi)高保真音頻信號取為20KHZ，傳播用或普能音頻信號則取為15KHZ。為了防止取樣頻譜混疊，取樣前同樣采用前置低通濾波器，把過高頻率及雜波濾除?？紤]到低通濾波器過渡特性，普通選用樣頻率為：fs=（2.1~2.5）fm在復合全電視信號直接編碼方式中，為了滿足聲音與圖像時分復用，應(yīng)選取聲音取樣頻率為行頻整數(shù)倍，初期當用磁帶錄像機來記錄數(shù)字音頻時，規(guī)定每場312.5行（625行/50場掃描原則）中，用294行記錄數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，并且每行記3個樣位，因此得出：294×3×50=44.1KHZ，成為音頻取樣頻率原則。這也同步滿足fs=（2.1~2.5）fm規(guī)定，這里fm取為20KHZ。在分量編碼方式中，亮度信號取樣頻率先為13.5KHZ，并且13.5KHZ=3×4.5KHZ，即與各種電視制式行頻成整倍數(shù)關(guān)系，可選音頻取樣頻率為：fs=13.5KHZ÷3÷375×4=48KHZ也同樣滿足fs=（2.1~2.5）fm之條件。并且與32KHZ取樣頻率之間有簡樸換算關(guān)系：48KHZ×2÷3=32KHZ2.1.2聲音信號（雙極性信號）量化信噪比設(shè)聲音信號最大幅度為A，它是從+A到-A范疇內(nèi)變化。對它均勻量化成N級，有：2A=N·△A，N=2n（以二進制表達）用分貝表達：2.1.3音頻信號量化比特數(shù)擬定由量化信噪比和比特數(shù)關(guān)系，見表2.1.1。國際原則規(guī)定，音頻信號量化比特數(shù)n=12~32比特。表2.1.1語言信號量化比特數(shù)與信噪比關(guān)系N(bit)12141620243274dB86dB98dB122dB146dB194dB2.2實驗電路2.2.1實驗電路總體框圖實驗電路由A/D變換器，D/A變換器構(gòu)成。見圖2.2.1視頻采樣視頻采樣主時鐘27M與視頻同步鎖相PLL1700音頻A/DPCM1800ASCLK1.411M數(shù)據(jù)解決單元音頻D/APCM1716控制單元PCRs232圖2.2.1實驗電路總體框圖2.2.2音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介（1）音頻A/D模塊電路PCM1800芯片簡介PCM1800是單片低功耗數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單+5V電源供電。其采用了Δ-∑技術(shù)，帶有64倍過采樣，包括一種抽取濾波器，支持四種數(shù)據(jù)格式和主控和受控兩種工作模式，采樣頻率可選為32kHz、44.4kHz和48kHz。采用CMOS工藝制造，廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品中。（2）PCM1800重要特性：雙聲道單片Δ-∑型20位ADC64倍過采樣+抽取濾波器其通帶波動范疇0.05db阻帶衰減-65db高性能總諧波失真+雜訊-88db信噪比可達95db動態(tài)范疇95db內(nèi)嵌高通濾波器具備PCM音頻接口和四種數(shù)據(jù)格式，主控和受控兩種模式采樣頻率可選為32kHz、44.4kHz和48kHz系統(tǒng)時鐘可為256fs384fs或者512fs小型24管腳ssop封裝節(jié)約空間單+5v供電（3）PCM1800系統(tǒng)框圖為（4）音頻A/D模塊電路（如下圖）圖2.2.22.2.3音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介（1）音頻D/A模塊電路PCM1716芯片簡介PCM1716能對24bit音頻數(shù)據(jù)進行96khz采樣，重要被用于中高檔音頻應(yīng)用。其采用了新研發(fā)，增強多層次Δ-∑調(diào)節(jié)器架構(gòu)，因而提高了音頻動態(tài)性能并且減少了在實際應(yīng)用對抖動敏感性。內(nèi)嵌數(shù)字濾波器工作在96khz采樣速率8倍過采樣模式下。在特定應(yīng)用中，可以選取兩種滾降模式，迅速滾降和慢滾降。PCM1716合用于中高檔音頻解決，例如CDDVD音頻以及其她音樂器材。（2）PCM1716重要特點有：增強多層次Δ-∑數(shù)模轉(zhuǎn)換器采樣頻率16KHZ~96Khz音頻輸入格式可選16，20，24bit高性能：總諧波失真+雜訊-96db信噪比可達106db動態(tài)范疇106db8倍過采樣濾波器其通帶波動范疇0.002db阻帶衰減-82db慢滾降單+5v供電小型24管腳ssop封裝節(jié)約空間各種功能去預加重可靜音反轉(zhuǎn)輸出相位（3）PCM1716系統(tǒng)框圖圖2.2.3（4）音頻D/A模塊電路圖2.2.42.2.4數(shù)據(jù)解決與控制模塊（1）功能描述數(shù)據(jù)解決單元：采用可編程器件MAX7128STC100-10，重要完畢對音頻A/D變換器PCM1800送來立體聲數(shù)據(jù)進行恰當解決，并將解決后數(shù)據(jù)送音頻D/A變換器PCM1716。同步，該單元在單片機控制單元作用下可以產(chǎn)生音屢屢率范疇內(nèi)方波信號，該信號經(jīng)可編程濾波器LTC1067濾波解決形成原則正弦波音頻信號，再通過音頻輸出緩沖電路模塊，得到用于音頻AD/DA測試信號。（2）數(shù)據(jù)解決單元電路圖2.2.5（3）控制單元電路圖2.2.62.3實驗內(nèi)容2.3.1實驗一抽樣頻率及量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量影響實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺3．數(shù)字存儲示波器一臺實驗目1、掌握抽樣頻率對聲音質(zhì)量影響抽樣頻率：（1）44.1KHZ （2）32KHZ （3）48KHZ2、變化量化比特數(shù)，評價聲音質(zhì)量，掌握量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量影響量化比特數(shù)：（1）16比特（2）20比特3、設(shè)立靜音模式，聽靜音效果三．實驗環(huán)節(jié)1．將計算機串口1通過串口連接線與音頻AD/DA模塊串行接口相連（音頻AD/DA模塊實驗板上串口通信模塊U18）2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動DVD以及監(jiān)視器電源4．將音頻輸入模塊左下方J19設(shè)立在1_2位置（左端，此時右聲道與DVD音頻右聲道相連）；若將J19設(shè)立在2_3位置，則此時右聲道與系統(tǒng)自身音頻測試信號相連5．啟動視音頻AD/DA模塊電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必要處在關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢（1）選取“音頻A/DD/A實驗”實驗項目，然后單擊進入或者雙擊“音頻A/DD/A實驗”實驗標題，進入詳細控制面板。（圖2.3.1）。圖2.3.1（2）分別調(diào)節(jié)控制面板抽樣頻率、量化比特數(shù)參數(shù)，比較聲音質(zhì)量a．選取采樣頻率44.1KHZ32KHZ48KHZ 變化后人耳不太容易辨別，可以通過示波器測量ALRCK頻率 觀測與否是44.1KHZ32KHZ48KHZ b．選取量化比特數(shù) 16bit20bit（3）運用示波器同步觀測音頻左右時鐘ALRCK（位于電源模塊上方測試模塊，J32）和音頻數(shù)據(jù)ADATA（位于電源模塊上方測試模塊，J33），仔細觀測20bit數(shù)據(jù)波形和16bit數(shù)據(jù)波形（4）靜音模式進入靜音模式，聽靜音效果?？梢攒浖袚Q與否靜音。四．實驗規(guī)定觀測并分析下列3種抽樣頻率對聲音質(zhì)量影響抽樣頻率：（1）44.1KHZ （2）32KHZ （3）48KHZ2．變化量化比特數(shù)，評價聲音質(zhì)量，觀測并分析下列2種量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量影響量化比特數(shù)：（1）16比特（2）20比特2.3.2實驗二觀測各種時鐘數(shù)據(jù)及其互有關(guān)系實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配備計算機一臺3．數(shù)字存儲示波器一臺4．函數(shù)信號發(fā)生器一臺音頻信號發(fā)生器音頻信號發(fā)生器音頻A/D、D/A監(jiān)視器數(shù)字示波器，邏輯分析儀圖2.3.2實驗目觀測各種時鐘數(shù)據(jù)及其互有關(guān)系A(chǔ)LRCK（左右聲道取樣時鐘44.1KHz，32KHz，48KHz）BCK（比特時鐘）ADATA（音頻數(shù)據(jù)）ASCLK（系統(tǒng)時鐘）BCK~ASCLKBCK~ALRCKALRCK~ADATA實驗環(huán)節(jié)1．將計算機串口1通過串口連接線與音頻AD/DA模塊串行接口相連（音頻AD/DA模塊實驗板上串口通信模塊U18）2．啟動JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．啟動DVD以及監(jiān)視器電源4．將音頻輸入模塊左下方J19設(shè)立在1_2位置（左端，此時右聲道與DVD音頻右聲道相連）；若將J19設(shè)立在2_3位置，則此時右聲道與系統(tǒng)自身音頻測試信號相連5．啟動視音頻AD/DA模塊電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必要處在關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上Encode圖標啟動軟件，通過一種Flash界面后便進入歡迎界面，軟件啟動完畢（1）選取“音頻A/DD/A實驗”實驗項目，然后單擊進入或者雙擊“音頻A/DD/A實驗”實驗標題，進入詳細控制面板。（圖2.3.3）。圖2.3.3（2）分別調(diào)節(jié)控制面板抽樣頻率、量化比特數(shù)參數(shù)，比較聲音質(zhì)量a．選取采樣頻率44.1KHZ32KHZ48KHZ 變化后人耳不太容易辨別，可以通過示波器測量ALRCK頻率 觀測與否是44.1KHZ32KHZ48KHZ b．選取量化比特數(shù) 16bit20bit（3）運用示波器觀測:音頻左右聲道取樣時鐘ALRCK（位于電源模塊上方測試模塊，J32）；比特時鐘BCK（位于電源模塊上方測試模塊，J31）；音頻數(shù)據(jù)ADATA（位于電源模塊上方測試模塊，J33）；系統(tǒng)時鐘ASCLK（位于電源模塊上方測試模塊，J30）；BCK~ASCLK；BCK~ALRCK；ALRCK~ADATAa.按圖2.3.1-2,在不同抽樣頻率下,記錄各點波形。b.按圖2.3.1-2,在不同量化比特下,記錄各點波形。實驗規(guī)定觀測音頻采樣頻率與系統(tǒng)時鐘（ASCLK）和比特時鐘（BCK）之間相應(yīng)關(guān)系觀測音頻量化比特數(shù)與音頻數(shù)據(jù)（ADATA）之間相應(yīng)關(guān)系以及與左右聲道取樣時鐘（ALRCK）相位關(guān)系第三章MPEG視頻編碼3.1實驗原理3.1.1MPEG-2編解碼系統(tǒng)MPEG-2原則可廣泛用于數(shù)字電視（涉及HDTV）及數(shù)字聲音廣播、數(shù)字圖像與聲音信號傳播及多媒體等領(lǐng)域。因而MPEG-2是十分重要，也是非常成功世界統(tǒng)一原則。MPEG-2原則共有3某些：第1某些是系統(tǒng)（Systems）某些（ISO/IECIS13818-1），第2某些是圖像（Video）某些（ISO/IECIS13818-2），第3某些是聲音（Audio）某些（ISO/IECIS13818-3）。1．系統(tǒng)某些系統(tǒng)某些涉及如何將一種或各種圖像、聲音及其他數(shù)據(jù)基本碼流組合成單一或各種碼流使之便于儲存和傳播。它涉及如下5種基本功能：（1）各種壓縮碼流解碼時同步；（2）各種壓縮碼流解碼時交織；（3）緩沖預置；（4）緩沖器持續(xù)控制；（5）時間辨認。系統(tǒng)編碼規(guī)定這兩種方式：節(jié)目碼流（ProgramStream）和傳送碼流（TransportStream）。它們各自為不同應(yīng)用而最佳化，即它們原則所定編碼句法都是為實現(xiàn)圖像和聲音信息同步解碼和顯示所必須和充分，并且保證解碼器中已編碼數(shù)據(jù)緩沖器不會上溢和下溢。在這些信息編碼中采用了關(guān)于已編碼聲音和圖像數(shù)據(jù)解碼和顯示時間標記，以及關(guān)于數(shù)據(jù)流自身傳送時間標記。兩種碼流都是打包多工方式。一種圖像和聲音基本碼流基本多工辦法示于圖3.1.1。壓縮后基本碼流與系統(tǒng)信息一起組合、打包，產(chǎn)生打包基本碼流（PES--PacketisedElementaryStreams）。然后這些PES又組合形成節(jié)目碼流或傳送碼流。圖3.1.1MPEG－2系統(tǒng)層編碼框圖圖3.1.2典型節(jié)目碼流解碼器節(jié)目碼流類似于MPEG-1系統(tǒng)多路復用方式。它由有共同步間基準一種或各種PES組合而成，也可由各種有共同步間基準聲音和圖像基本碼流編碼構(gòu)成多節(jié)目碼流。猶如單一節(jié)目碼流同樣，所有基本碼流都能在同步狀況下解碼。節(jié)目碼流用于相對無誤環(huán)境中，適合支持節(jié)目信息軟件解決應(yīng)用，以及合用于CD-ROM上多媒體應(yīng)用。節(jié)目碼流包是可變長，相對較長。圖3.1.2是一種典型節(jié)目碼流解碼器。在此解碼器中，已多工編碼一路和多路聲音/圖像碼流是被假定存儲在數(shù)字儲存媒體（DSM-DigitalStorageMedium）上。媒體特殊記錄格式規(guī)定有相應(yīng)媒體特殊解碼器（MSD-MediumSpecificDecoder），這都不是原則規(guī)定，但規(guī)定MSD能產(chǎn)生MPEG-2節(jié)目碼流。此外，在全系統(tǒng)中尚有時間信息流用于各個環(huán)節(jié)。圖3.1.3是節(jié)目碼流構(gòu)成。各某些功能詳見ISO/IEC13818-1。傳送碼流是由帶一種或各種獨立時基一種或各種節(jié)目組合而成一種碼流。傳送碼流設(shè)計用于有誤碼環(huán)境，例如在有損耗或噪聲媒體中儲存或傳播。傳送碼流包長是固定，為188字節(jié)。2．對傳送碼流可以進行如下操作：（1）恢復傳送碼流中一種節(jié)目編碼數(shù)據(jù)，并解碼。（2）把具有各種節(jié)目傳送碼流轉(zhuǎn)換成一種具有單一節(jié)目傳送碼流。（3）把多節(jié)目傳送碼流先分工，然后轉(zhuǎn)換成節(jié)目碼流。（4）由一種或各種傳送碼流取出一種或各種節(jié)目傳送包，并在輸出端產(chǎn)生不同傳送碼流。（5）把一種節(jié)目碼流轉(zhuǎn)換成傳送碼流，使其能通過有損耗環(huán)境，然后將其恢復成本來節(jié)目碼流。傳送碼流構(gòu)成示于圖3.1.4。各某些詳細構(gòu)成和功能在ISO/IEC13818-1中均有規(guī)定。圖3.1.3MPEG-2節(jié)目碼流構(gòu)成圖3.1.4PID碼是英文PacketIdentifier簡稱，是包辨認碼意思。電視信號用MPEG-2原則壓縮成PES包,再將PES包轉(zhuǎn)換成長度為188字節(jié)傳送包(TP)，它代表每幀畫面信息量。在188字節(jié)中，用3B來表達包開始前綴，以1B來表達包標記，2B表達PES包包長度，剩余是實時壓縮活動圖像聲音等可變PES包，PID在傳送包包頭上。其中傳播流字頭是辨認傳播流核心，由32bit構(gòu)成。在字頭32bit中，13bitPID碼特別重要，它是辨別碼流信息性質(zhì)核心，是節(jié)目信息“身份證”，不同電視節(jié)目和服務(wù)信息（SI）相應(yīng)不同PID碼。對于一臺解碼接受機而言，為了找到要接受電視節(jié)目，它一方面會通過PID碼找到業(yè)務(wù)信息（SI）所相應(yīng)不同表格（Table），然后通過這些業(yè)務(wù)信息表格查到所要接受節(jié)目PID碼和相應(yīng)時鐘PCR，將節(jié)目進行解碼還原。3.1.2MPEG-2壓縮編碼模塊1．壓縮編碼原理簡介電視圖像數(shù)據(jù)壓縮運用各種特性和采用辦法歸納在表3.1.1中。從表中可以看到，電視圖像自身在時間上和空間上都具有許多冗余信息，圖像自身構(gòu)造也有冗余性。此外，正如前面所簡介，運用人視覺特性也可對圖像進行壓縮，這叫做視覺冗余。表3.1.1電視圖像壓縮運用各種冗余信息種類內(nèi)容當前用重要辦法記錄空間冗余像素間有關(guān)性變換編碼，預測編碼特性時間冗余時間方向上有關(guān)性幀間預測，移動補償圖像構(gòu)造冗余圖像自身構(gòu)造輪廓編碼，區(qū)域分割知識冗余收發(fā)兩端對人物共有結(jié)識基于知識編碼視覺冗余人視覺特性非線性量化，位分派其她不擬定性因素MPEG-Video圖像壓縮技術(shù)基本辦法和辦法可以歸納成兩個要點：①在空間方向上，圖像數(shù)據(jù)壓縮采用JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)壓縮算法來去掉冗余信息。②在時間方向上，圖像數(shù)據(jù)壓縮采用移動補償(motioncompensation)算法來去掉冗余信息。為了在保證圖像質(zhì)量基本不減少而又可以獲得高壓縮比，MPEG專家組定義了三種圖像：幀內(nèi)圖像I(intra)，預測圖像P(predicted)和雙向預測圖像B(bidirectionallyinterpolated)，典型排列如圖3.1.5所示。這三種圖像將采用三種不同算法進行壓縮。圖3.1.52．幀內(nèi)圖像I壓縮編碼算法幀內(nèi)圖像I不參照任何過去或者將來其她圖像幀，壓縮編碼采用類似JPEG壓縮算法，它框圖如圖3.1.6所示。如果電視圖像是用RGB空間表達，則一方面把它轉(zhuǎn)換成Y、Cr、Cb空間表達圖像。每個圖像平面提成8×圖3.1.6示。圖3.1.7圖3.1.135．視頻幀構(gòu)造MPEG編碼器算法容許選取I圖像頻率和位置。I圖像頻率是指每秒鐘浮現(xiàn)I圖像次數(shù)，位置是指時間方向上幀所在位置。普通狀況下，I圖像頻率為2。MPEG編碼器也容許在一對I圖像或者P圖像之間選取B圖像數(shù)目。I圖像、P圖像和B圖像數(shù)目選取根據(jù)重要是根節(jié)目內(nèi)容。例如，對于迅速運動圖像，I圖像頻率可以選取高某些，B圖像數(shù)目可以選取少一點；對于滿速運動圖像I圖像頻率可以低一點，而B圖像數(shù)目可以選取多一點。此外，在實際應(yīng)用中還要考慮媒體速率。一種典型I、P、B圖像安排如圖3.1.14圖3.1.14I、P和B圖像壓縮后大小如表3.1.2表3.1.2圖像類型IPB平均數(shù)據(jù)/幀MPEG-1CIF格式(1.15Mb/s)150000500002000038000MPEG-2601格式(4.00Mb/s)400000200000800001300006．視頻采樣構(gòu)造CCIR601建議中，規(guī)定采用分量信號Y、U、V進行編碼壓縮。在對數(shù)據(jù)壓縮之前,必對分量信號進行正交抽樣。Y：U:V抽樣點構(gòu)造可分為三種：4:4:4；4:2:2；4:2:0。這種抽樣點構(gòu)造又被稱為子采樣，其相應(yīng)抽樣點構(gòu)造如圖3.1.15所示Y:U:V=4:4:4b)Y:U:V=4:2:2c)Y:U:V=4:2:0圖3.1.154:4:4；4:2:2；4:2:0抽樣構(gòu)造圖3.1.15表達出4:4:4；4:2:2；4:2:0三種抽樣構(gòu)造。圖3.1.15a)為4:4:4樣點構(gòu)造,該構(gòu)造中每一種抽樣點均有亮度信號Y和兩個色差信號U、V。圖3.1.15b)為4:2:2樣點構(gòu)造,該構(gòu)造中每一種抽樣點均有亮度信號Y,而在行方向每四個亮度Y樣點才分別有兩個色差信號U、V樣點。圖3.1.15c下表列出了幾種典型數(shù)字電視設(shè)備數(shù)據(jù)格式。表3.1.3幾種典型數(shù)字電視設(shè)備數(shù)據(jù)格式系統(tǒng)編碼方式Y(jié)像素構(gòu)造(寬×高)U、V像素構(gòu)造幀數(shù)/每秒電視電話QCIF176×14488×7225QSIF160×12080×6030VCDMPEG-1(CIF)(SIF)352×288176×14425320×240160×12030DVDMPEG-2(D1)720×576360×57625720×480360×48030HDTVMPEG-2(高檔窄屏)4:31440×1152720×576251440×960720×8030MPEG-2(高檔寬屏)16:91920×1152960×576251920×960960×48030注:QCIF：QuarterCommonIntermediateFormate(四分之一公用中間隔式)；CIF：CommonIntermediateFormate(公用中間隔式);SIF：SourceInputFormat(源輸入格式);VCD：VideoCompactDisk(視頻光盤)；DVD：DigitalVideoDisk(數(shù)字視頻光盤)；HDTV：HighDefinitionTelevision(高清晰度電視);D：Definition(辨別率)。在MPEG-2原則化階段，考慮到要適應(yīng)不同數(shù)據(jù)速率設(shè)備應(yīng)用，MPEG專家組定義了三種質(zhì)量不同編碼方式：信噪比可變性(Signal-to-NoiseScalability)，空間辨別率可變性(SpatialScalability)和時間辨別率可變性(TemporalScalability)。信噪比可變性SNR(Signal-to-Noisescalability)是指圖像質(zhì)量折中，對于數(shù)據(jù)率比較低解碼器使用比較低信噪比，而對數(shù)據(jù)率比較高解碼器則使用比較高信噪比；空間辨別率可變性(Spatialscalability)是指圖像空間辨別率折中，對于低速率接受器使用比較低圖像辨別率，而對于數(shù)據(jù)率比較高接受器使用比較高圖像辨別率；時間辨別率可變性(TemporalScalability)是指圖像在時間方向上辨別率折中，與空間辨別率類似。MPEG-2為此引入了“配備(Profiles)”和參數(shù)“級別(Levels)”概念。每種配備定義一套新算法，而每一種級別指定一套參數(shù)范疇(如圖像大小、幀速率和位速率)。MPEG-2規(guī)定配備規(guī)格如表3.1.4所示，級別規(guī)格如表3表3.1.4配備(Profile)算法(Algorithms)High

(高檔)支持由空間辨別率可變配備(SpatialScalableProfile)提供所有功能和其她規(guī)定功能子采樣各種：YUV4:2:2用于進一步提高圖像質(zhì)量Spatialscalable

(空間辨別率可變)支持信噪比可變配備(SNRScalableProfile)提供所有功能和空間辨別率可變(Spatialscalablecoding)算法(2層)子采樣格式：YUV：4:2:0SNRscalable

(信噪比可變)支持基本配備(MainProfile)提供所有功能和信噪比可變編碼(SNRscalablecoding)算法(2層)子采樣格式：YUV：4:2:0Main

(基本)非可變速率編碼算法支持隨機存取，B圖像預測方式子采樣格式：YUV：4:2:0Simple

(簡化)除不支持基本配備(MainProfile)提供B圖像預測功能外，基本配備其她所有功能都支持子采樣格式：YUV：4:2:0表3.1.5級別(Level)參數(shù)(Pa