第三章 音視頻信號

第3章音頻、視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

1．聲壓（P）

聲波引起某處媒質(zhì)壓強(qiáng)的變化量稱為該處的聲壓。（單位為Pa（帕斯卡），即牛頓/米2是壓強(qiáng)的量綱）也就是說：有聲波時該處的壓強(qiáng)值與沒有聲波時該處的壓強(qiáng)值的差值2．聲壓級（SPL）

將聲壓的有效值以對數(shù)的形式表示聲音強(qiáng)弱的數(shù)值稱為聲壓級。rmsrefPPSPLlg20=第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

（單位用分貝dB）

Prms----計量點(diǎn)的聲壓有效值

Pref----零聲級的參考聲壓值（Pref=2×10-5帕）

a.Pref為具有正常聽力的年輕人對1kHz的聲音剛好能察覺的聲壓值。b.聲壓級實際上是一種相對量，是某點(diǎn)的聲壓與零聲壓的比，是描述聲音變化的動態(tài)范圍的物理量第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

3.音頻與音高音頻是指聲音信號的頻率;音高則是指音調(diào)的高低。人對于聲音頻率的感覺表現(xiàn)為音調(diào)的高低。音高與聲音頻率的關(guān)系也大體上呈對數(shù)關(guān)系。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

4．音頻帶寬

20Hz～20kHz是人類的聽覺頻帶①人耳對不同頻率的敏感程度有很大差別。②中頻段（2kHz～4kHz）最為敏感，幅度很低的信號都能被人耳聽到。③低頻區(qū)和高頻區(qū)較不敏感，能被人耳聽到的信號幅度比中頻段要高得多。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

5.響度與響度級響度是指人類所感受到聲音大小的程度，而響度級則是以1kHz信號的聲壓級數(shù)定義的響度的數(shù)值，單位是“方”（Phon）。注：聲壓級是客觀量，而響度級則是主觀量。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

6．等響度曲線具有相等響度的不同頻率的點(diǎn)連接起來構(gòu)成的一條條曲線被稱為等響度曲線第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

注：每條曲線上的各點(diǎn)響度相同但聲壓級不同。

掩蔽聽閾:頻域中的一個強(qiáng)音會掩蔽與之同時發(fā)聲的附近的弱音。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

注:①某一頻率強(qiáng)音的存在會改變其附近的絕對聽閾曲線,而改變部分稱為掩蔽聽閾曲線。②改變后的聽閾曲線以下的各種聲音將不能被人耳察覺。③某一頻率的強(qiáng)音對較高頻率弱音的影響大于較低頻率。8．動態(tài)范圍是某個聲音的最強(qiáng)音與最弱音的強(qiáng)度差，用分貝表示。它是衡量聲音強(qiáng)度變化的重要參數(shù)。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

9．音頻信號在時域和頻域中的表現(xiàn)形式在時域空間中表現(xiàn)為幅值隨時間連續(xù)變化的曲線，在頻域中則是將音頻信號經(jīng)傅里葉（Fourier）變換后在頻率空間的分立或連續(xù)的譜線。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

注：兩種描述雖然形式不同，但是以不同的側(cè)面去描述同一事物。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.1音頻信號及其心理特征

1．模擬信號

從時間上以及幅值上都連續(xù)（不間斷）變化的信號稱為模擬信號第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.2模擬信號與數(shù)字信號注:①模擬信號強(qiáng)調(diào)在時間上的連續(xù)性。②模擬信號強(qiáng)調(diào)在幅值上的連續(xù)性。③計量和描述方式，一般采用十進(jìn)制數(shù)。2．?dāng)?shù)字信號

在時間上和幅值上都是離散（不連續(xù)）的信號稱為數(shù)字信號。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.2模擬信號與數(shù)字信號注：①數(shù)字信號強(qiáng)調(diào)在時間上和幅值上都不連續(xù)。②數(shù)字信號的描述方式采用二進(jìn)制數(shù)量來表示。③二進(jìn)制數(shù)與數(shù)字信號是兩個概念，前者只是對后者的一種描述，在數(shù)字信號中強(qiáng)調(diào)的是狀態(tài)。④正邏輯是人們用“1”表示有脈沖或電源接通，而用“0”表示無脈沖或電源斷開。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.2模擬信號與數(shù)字信號僅從三個方面分析1.音頻信號的動態(tài)范圍①實際聲場中聲音強(qiáng)弱的變化達(dá)120dB。②傳統(tǒng)的模擬音響設(shè)備的動態(tài)范圍：采用模擬信號處理方式記錄和重放音頻信號。比如：磁帶錄音機(jī)等，其動態(tài)范圍不會超過60dB。③數(shù)字音響設(shè)備的動態(tài)范圍。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.3為什么要數(shù)字化

采用16bit量化(如16位聲卡)，則聲音的強(qiáng)弱范圍就可劃分成：個等級，因而動態(tài)范圍可達(dá)。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.3為什么要數(shù)字化

結(jié)論：數(shù)字系統(tǒng)的音頻信號動態(tài)范圍比模擬系統(tǒng)提高了近一倍。這也是CD技術(shù)之所以獲得高水準(zhǔn)的音質(zhì)的重要原因。20lg216=96(dB)2.噪聲容限（對噪聲的承受能力）①傳統(tǒng)的音響設(shè)備的失真情況在重放時，由于失真、噪聲、電機(jī)轉(zhuǎn)速不勻等原因，重放效果大打折扣。②數(shù)字音響設(shè)備的失真情況數(shù)字系統(tǒng)只要能識別碼的長短或脈沖的有無，即可再現(xiàn)出原來的信號。結(jié)論：數(shù)字信號的噪聲容限比較高

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.3為什么要數(shù)字化

3.與計算機(jī)的兼容性多媒體是以計算機(jī)控制為基礎(chǔ)的，而計算機(jī)處理、存儲的都是數(shù)字信息，即“0”、“1”信號，所以在多媒體中的音頻、視頻信號必須是數(shù)字信號。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.3為什么要數(shù)字化

①動態(tài)范圍大。若采用16bit量化方法，音頻信號的幅度可分為65536個量化級，動態(tài)范圍達(dá)96dB。②信息易處理?？梢酝ㄟ^計算機(jī)對音頻、視頻信號進(jìn)行各種特技及非線性編輯。③媒體易保存。使用時間長，采用數(shù)字化的光盤，重放時不存在機(jī)械磨損，使用壽命長。④成本低。數(shù)字化信息便于大規(guī)模集成電路的存儲和處理，可降低成本。⑤可靠性高。數(shù)字信號只要求脈沖的有無，而不依賴信號的幅值大小，對硬件一致性和穩(wěn)定性要求下降了許多，從而提高了可靠性。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.4數(shù)字化的特點(diǎn)1．模擬信號的數(shù)字化將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的處理過程稱為模擬信號的數(shù)字。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.5數(shù)字化方法（三步曲）2．模擬信號的數(shù)字化方法①采樣：以適當(dāng)?shù)臅r間間隔觀測模擬信號波形幅值的過程叫采樣。②量化：將采樣時刻的信號幅值歸整（四舍五入）到與其最接近的整數(shù)標(biāo)度叫做量化。③編碼：將量化后的整數(shù),用一個二進(jìn)制數(shù)碼序列來表示叫做編碼。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.5數(shù)字化方法（三步曲）采樣周期

兩次采樣的時間間隔大小叫做采樣周期,用Ts表示2.采樣頻率

單位時間內(nèi)的采樣次數(shù).用fs表示.并有:第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.6

采樣定理及音頻采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)fs=1Ts3.采樣頻率的選擇

①與采樣精度和采樣后的數(shù)據(jù)量大小有關(guān)。在單位時間內(nèi)采樣次數(shù)越多,則對信號的描述越細(xì)膩,越接近真實信號，即采樣頻率fs應(yīng)盡量高。但一味提高采樣頻率，增大數(shù)據(jù)量，給數(shù)據(jù)處理帶來了麻煩，增加了技術(shù)實現(xiàn)上的困難。

②與被測信號的變化速度有關(guān)。

在過短的時間里反復(fù)測量體溫或是河流水位的變化是完全沒有必要的。這就是說，采樣頻率的選擇必須考慮被采樣信號變化的快慢程度,fs是一個相對值。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.6

采樣定理及音頻采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)4.采樣定理采樣頻率fs必須高于被采樣信號所含最高頻率的兩倍。該定理指出：當(dāng)對連續(xù)變化的信號波形進(jìn)行采樣時，若采樣頻率fs高于該信號所含最高頻率的兩倍，那么可以由采樣值通過插補(bǔ)技術(shù)正確地恢復(fù)原信號的波形，否則將會引起頻譜混疊（Aliasing）產(chǎn)生混疊噪聲（AliasingNoise）,而重疊的部分是不能恢復(fù)。這一定理不僅適用于模擬音頻信號，也同樣適用于模擬視頻信號的采樣。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.6

采樣定理及音頻采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)

如fs低于信號中最高頻率的兩倍，將出現(xiàn)頻譜混疊，原信號的頻譜與下邊帶無法分開，破壞了原信號的頻譜，原信號將無法恢復(fù)。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.6

采樣定理及音頻采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)6.音頻信號的采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率一般共分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個等級22.05只能達(dá)到FM廣播的聲音品質(zhì)，44.1KHz是CD音質(zhì)，48KHz則是DVDAudio或?qū)I(yè)領(lǐng)域才會采用。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.6

采樣定理及音頻采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)量化過程對非整數(shù)的采樣值整數(shù)化（四舍五入）的過程2.量化級

對滿幅度信號所取的量化份數(shù)為量化級3.量化級差量化分度的最小單位稱為量化級差，用△表示第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.7量化4.量化誤差（量化噪聲）由四舍五入所引起的輸入信號樣值與量化后輸出值的差，叫做量化誤差，也稱為量化噪聲(N)。

由于量化值是在對應(yīng)量化級內(nèi)四舍五入得到的，所以量化誤差應(yīng)不大于：│N│＜△/2第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.7量化5.信噪比：信號與噪聲的量值比S/N（對數(shù)形式）

即SNR（SignaltoNoiseRatio），又稱為訊噪比。狹義來講是指放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示，設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量越高，否則相反。信噪比一般不應(yīng)該低于70dB，高保真音箱的信噪比應(yīng)達(dá)到110dB以上。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.7量化6.音頻信號的量化位數(shù)CD和VCD中的音頻采用16bit量化器7.音頻碼率

碼率:為單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)bit數(shù)音頻碼率：R=44.1×103×16×2=1.41×106

b/s8.均勻量化無論信號大小，都采用同樣的量化級差Δ的方法第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.7量化9.非均勻量化

對微小信號采用細(xì)量化（Δ小），對大幅度信號采用粗量化（Δ大）的方法

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.7量化用同樣的bit數(shù)去描述大小不同的信號，則可達(dá)到對小信號細(xì)量化，而對大信號粗量化的目的第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.7量化編碼就是把已經(jīng)量化后的采樣值用二進(jìn)制數(shù)碼表示出來自然碼無符號的二進(jìn)制代碼2.符號-數(shù)值碼

在自然碼最高位（MSB）增加了一個符號位而構(gòu)成，用以表示數(shù)值的正負(fù)，一般用“0”表示正，而用“1”表示負(fù)，一般用來表示雙極性信號。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.8

編碼3.2的補(bǔ)碼從比某數(shù)高一位的基數(shù)中減去這個數(shù)，所得到的數(shù)。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.1音頻信號及數(shù)字化

3.1.8

編碼數(shù)字音頻的壓縮采用數(shù)字音頻獲取聲音文件的方法最突出的問題是信息量大，為:存儲容量(字節(jié))=采樣頻率×采樣精度/8×聲道數(shù)×?xí)r間波形音頻文件格式.Wav文件

Windows實驗的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音頻文件.Voc文件適用于DOS操作系統(tǒng)MIDI和MP3MIDI為MusicalInstrumentDigitalInterface的縮寫，譯作樂器數(shù)字化接口，是為了把電子樂器與計算機(jī)相連而制定的一個規(guī)范，是數(shù)字音樂的國際標(biāo)準(zhǔn)。MIDI的術(shù)語MIDI文件記錄MIDI信息的標(biāo)準(zhǔn)文件格式，包含音符、定義、16個通道的樂器定義通道為16個通道提供數(shù)據(jù)，各通道對應(yīng)一個邏輯合成器。音序器為計算機(jī)作曲而設(shè)計的軟件和電子設(shè)備，記錄，播放，編輯MIDI文件合成器產(chǎn)生聲音和音樂的電子設(shè)備MIDI的技術(shù)規(guī)范

每一種MIDI裝置由一個接收器和發(fā)送器組成。MIDI設(shè)備有三個端口：分別是MIDIIn（MIDI輸入端口）和MIDIOut（MIDI輸出端口），MIDI轉(zhuǎn)送口MIDI鍵盤128鍵MIDI接收器有16個通道MIDI文件包含一連串的MIDI消息多媒體計算機(jī)中的MIDI與音效多媒體PC機(jī)要求聲音卡上包含MIDI合成器和MIDI輸入/輸出端口。MIDI合成器分為基本型和擴(kuò)展型MIDI的特點(diǎn)存儲容量遠(yuǎn)比波形文件小兩個波形聲音文件不可同時使用MIDI編輯靈活MIDI創(chuàng)作軟件電腦音樂制作的主流軟件有兩個，一個是美國的sonar，另一個是德國的cubaseMIDI創(chuàng)作軟件CakeWalkSONARCakewalk不論在PC或者是Mac上是相當(dāng)專業(yè)任何品牌的設(shè)備都可以做為外部設(shè)備被Sonar7支持，這個方面相比Cubase和Yamaha就做的比較開放一些。只要選擇好外部設(shè)備與我們的聲卡輸入輸出端口的連接。Sonar7就可以自動測出延遲量，并在以后的使用中做自動延遲補(bǔ)償?shù)臉非谱鬈涹w之一，可以快速的編曲、錄音、混音、以及彈奏MIDI等.

CakeWalkSONAR可以支援到128軌的同步錄音，在硬件條件允許下，另外還可以加入Cakewalk中內(nèi)建的256種特效，錄音效果更具有變化性Cakewalk可以到24-bit的音質(zhì)96-kHz的取樣率，是目前樂曲制作軟體中音質(zhì)最好以同步支援AVI、MPEG、QuickTime以及MIDI這四種不同的音樂檔案格式輸入到音軌之中

CakeWalkSONAR采用向量式的混音方式，并非傳統(tǒng)破壞性的混音方式。當(dāng)想要修正時，在Cakewalk是最方便不過的，即使是Mix好的聲音檔也可以拆開來重組。支援同時錄制不同取樣的音軌，在錄制同一個聲音的時候以不同的取樣錄制在不同軌之中，不需要在重復(fù)錄制一次，可以節(jié)省相當(dāng)多的時間。具備虛擬鍵盤(Virtualpiano)的功能，雖然大多數(shù)專業(yè)的玩家都有keyboard可供彈奏，但對于出次接觸Midi的使用者來說這可算是個不錯的功能，即使沒有鍵盤也可以運(yùn)用螢?zāi)簧纤M出來的鍵盤彈奏出美妙的MIDI樂曲。

SONAR7軟件新功能任何品牌的設(shè)備都可以做為外部設(shè)備被Sonar7支持，這個方面相比Cubase和Yamaha就做的比較開放一些。如上圖所示的那樣，我們只要選擇好外部設(shè)備與我們的聲卡輸入輸出端口的連接。Sonar7就可以自動測出延遲量，并在以后的使用中做自動延遲補(bǔ)償

外部效果新增音源與效果器Dimension涵蓋電子合成器類型的音色，還包含了一套采樣交響音色庫。音色質(zhì)感都非常好，華麗而溫暖是對她最恰當(dāng)?shù)男稳荨ropZone一個采樣器，同樣也有很多電子合成類型的音色，與Dimension最大的不同是可以讀取RX2格式的LOOP。Sonar7新增了3款VST音頻效果器，采用了先進(jìn)的預(yù)先探測技術(shù)，因此省掉了傳統(tǒng)的啟動和釋放時間控制。就只有輸入增益控制與輸出衰減控制兩個控制輪。的確能夠有效的限制峰值爆音，使得聲音增強(qiáng)，音質(zhì)方面也很不錯

鋼琴卷簾窗

顯示被選中的MIDI音符的力度，特別是在編輯和弦力度的時候，再也不擔(dān)心會修改到其他不要被修改的MIDI音符。CakewalkStudioInstruments包含了鼓，貝斯，電鋼琴和弦樂四種樂器MP3數(shù)碼音樂Moving

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Group,

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III,它所使用的技術(shù)是在VCD（MPEG-1）的音頻壓縮技術(shù)上發(fā)展出的第三代，而不是MPEG-3。MP3是一種音頻壓縮的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)MP3的特點(diǎn)MP3的壓縮率高達(dá)10：1-12：1采用了感官編碼技術(shù)可下載搭配便攜式數(shù)字音頻設(shè)備中，基于DSP實現(xiàn)存儲、解碼和播放。

1.亮度方程（1）

視見度曲線：人眼對能量相等而波長不同的光的視覺反應(yīng)是不同的。人眼對波長為550納米的黃綠光靈敏度最高；對紅光和紫光較不敏感；而對紅外和紫外光則無視覺反應(yīng)。視見度曲線第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

[注]：光能量與光亮度的區(qū)別：

①光能量是物體反射光的能量大小是絕對量。②光亮度是人眼對光的明暗反應(yīng)，是相對量。a.是對人眼而言，b.各種色光的亮度是相對白光的亮度而言。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

(2)三基色的視見度：等強(qiáng)度的紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）單色光給人們的亮度感覺是不一樣的。綠色光的亮度最亮，紅色光的亮度約為綠色光的亮度的一半，而藍(lán)色光的亮度最弱，約為紅色光的三分之一。

(3)亮度方程：設(shè)白色光的亮度（Y）為100%，則三基色亮度的百分比為：綠色59%；紅色30%；藍(lán)色11%。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)BGRY11.059.030.0++=[注]:①上式中Y只表示亮度，不一定是白光的亮度，也可以是其他顏色光的亮度。②如果將色度方程和亮度方程結(jié)合起來就可得到任意顏色的亮度。如紅+綠=黃則黃光的亮度只有白光的89%，所以在黑白電視中看黃色比白色暗。③亮度方程說明了景物的亮度和三個基色分量之間的關(guān)系，它對于解決彩色電視信號的傳送起著很重要的作用。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)2.彩色電視傳送的基本過程與要求

(1)彩色電視中三基色信息的獲?。涸诎l(fā)送端把彩色圖像分解為R、G、B三幅基色圖像，再分別將三幅基色圖像的光信號轉(zhuǎn)換成電信號ER、EG、EB，然后傳送ER、EG、EB三種基色信號.第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

(2)彩色電視中圖像色彩的還原：在接收端把ER、EG、EB三種基色的電信號通過彩色顯象管，轉(zhuǎn)換成光信號，在熒光屏上呈現(xiàn)出三幅基色圖像，利用“空間”混色法在屏幕上就得到一幅完整的彩色圖像。

(3)彩色電視中彩色信息的傳送：在彩色電視中傳送的是構(gòu)成圖像的三基色所對應(yīng)的電信號ER、EG、EB，但是為了與當(dāng)時的黑白電視信號兼容，對彩色電視信號的三個分量還有特殊要求。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

3.兼容性彩色電視的基本要求——實現(xiàn)兼容性彩色電視的必要條件

①必須要求彩色電視信號是由亮度信號（Y）和色度信號（C）兩部分組成（RGB→Y+C），其中亮度信號可產(chǎn)生黑白圖像，而色度信號輔助亮度信號呈現(xiàn)彩色信號。②兩種電視必須采用相同帶寬（6MB），即亮度信號與色度信號混合傳送。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

③為了避免兩種信號混合時互相干擾，以及易于從彩色全電視信號中分離出兩種信號，必須給色度信號選擇一個恰當(dāng)?shù)妮d波（色副載波），將色信號調(diào)制在該載波上面，再與亮度信號混合。④兩種電視應(yīng)具有相同的圖像載頻和伴音載頻，以及采用和黑白電視相同的行、場掃描頻率和復(fù)合同步、復(fù)合消隱信號。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

4.亮度信號和色差信號（1）亮度信號和亮度方程由于在光電轉(zhuǎn)換中，光信號（YRGB）與電信號（EY、ER、EG、EB）是成正比的線性關(guān)系，所以亮度信號EY也可以由ER、EG、EB按亮度方程的規(guī)律合成：（EY是RGB的線性組合）

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)

（2）色差信號與色差方程①色度信號的選擇：色度信號可以在三基色信號ER、EG、EB中任選兩個作為調(diào)制信號。但是為了進(jìn)一步改善兼容性，為了使色度信號中不含有亮度信息?，F(xiàn)行的三大制式都是選用兩個色差信號作為調(diào)制信號。②色差信號：色差信號就是基色信號與亮度信號之差，即ER-EY、EG-EY和EB-EY，由于EG-EY的幅值比ER-EY和EB-EY的幅值都小，在傳送過程中易受雜波干擾，所以，為了提高信噪比，三大制式都選用ER-Y和EB-Y來傳送色度。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)③色差信號的產(chǎn)生（色差方程）：它是由三基色信號的線性組合第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)[注]：由于色差方程中的三個系數(shù)之和為零。所以，當(dāng)ER=EG=EB（即傳送黑白電視信號）時，色差信號為零，即

0==--YBYREE第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)我們還可用矩陣的形式表示亮度和色差方程。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)④亮度信號與色差信號的實際生成：可由電阻矩陣電路對三基色信號按上式規(guī)律編碼生成。⑤三基色的還原：由解碼電路，按逆矩陣的規(guī)律對EY、ER-Y和EB-Y解碼，還原出ER=EG=EB。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.2視頻信號及數(shù)字化

3.2.2彩色電視基礎(chǔ)⑥PAL制中的色差信號：為防止過調(diào)失真和破壞接收機(jī)同步,需要對色差信號進(jìn)行壓縮。在PAL制中有：在PAL制中，亮度、色度信號分別為Y、U、V注：接收時還需將U、V還原為ER-Y和EB-Y第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3.3.1模擬視頻信號的數(shù)字化形式：

全信號數(shù)字化：直接對復(fù)合信號數(shù)字化的方式。分量數(shù)字化：分別對Y、U、V分量信號數(shù)字化方式。優(yōu)點(diǎn)：Y、U、V分量互不干擾，不需要反復(fù)的編碼與解碼，圖像質(zhì)量高。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3．3．2視頻信號數(shù)字化的取樣結(jié)構(gòu)

正交取樣結(jié)構(gòu)：每一場中的樣點(diǎn)都重合，而且都對齊，見圖所示正交取樣結(jié)構(gòu)注：為了獲得這種取樣結(jié)構(gòu)，就要求取樣頻率是行頻的整倍數(shù)1.亮度信號的取樣頻率亮度信號對取樣頻率的要求如下：

（1）按照奈奎斯特取樣定理，取樣頻率至少應(yīng)為信號上限頻率的兩倍。

（2）為了在取樣后保證產(chǎn)生足夠小的混疊噪聲，要求取樣頻率是信號帶寬的2.2～2.7倍。對PAL制信號，取樣頻率應(yīng)大于13.2MHz。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3．3．2視頻信號數(shù)字化的取樣結(jié)構(gòu)

（3）為了獲得正交取樣結(jié)構(gòu)，取樣頻率必須是行頻的整數(shù)倍。

（4）為了使兩種掃描制式實現(xiàn)兼容，應(yīng)采用同一種取樣頻率，625行制的行頻為15.625Hz，525行制的行頻為15.734Hz，兩者的最小公倍數(shù)為2.25MHz。結(jié)論：取樣頻率應(yīng)大于13.2MHz，故將亮度信號的取樣頻率定為2.25MHz的6倍，為13.5MHz。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3．3．2視頻信號數(shù)字化的取樣結(jié)構(gòu)

2．色差信號的取樣頻率：將色差信號的取樣頻率定為6.75MHz。取樣結(jié)構(gòu)見圖所示。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3．3．2視頻信號數(shù)字化的取樣結(jié)構(gòu)

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3．3．2視頻信號數(shù)字化的取樣結(jié)構(gòu)

亮度信號與色差信號的取樣結(jié)構(gòu)(1)視頻信號量化位數(shù)的確定：8位（bit）

式S/N=6n+10.8(dB)為視頻信號的信噪比計算公式。如果把視頻信號的信噪比定為大于50dB，則量化位數(shù)應(yīng)不低于7位。當(dāng)然位數(shù)越高，信噪比也越高，每增加一位，信噪比可提高6dB，但電路的復(fù)雜性和設(shè)備的成本也會大大提高。對視頻信號采用8位（bit）量化位數(shù)顯然是較為合理的。這樣，經(jīng)一次量化處理后其信噪比可以達(dá)到59dB。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3.3.3視頻信號數(shù)字化的量化位數(shù)和電平分配

(2)量化電平（碼電平）：

對應(yīng)模擬信號電平的量化級電平,即量化級所對應(yīng)的電平值。(3)碼電平的分配：

為防止信號電平的過載，而將視頻信號嚴(yán)格地調(diào)整到范圍內(nèi)，并且不把8bit視頻量化的256個量化級都分配給滿幅度信號，而在上下各留一個保護(hù)帶。

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3.3.3視頻信號數(shù)字化的量化位數(shù)和電平分配

①亮度信號的碼電平分配:（單極性信號）上留20級、下留16級為保護(hù)帶。（如圖所示）色差信號的碼電平分配:（雙極性信號）上下各16極為保護(hù)帶。第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3.3.3視頻信號數(shù)字化的量化位數(shù)和電平分配

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3.3.3視頻信號數(shù)字化的量化位數(shù)和電平分配

碼電平分配碼率R=13.5MHz×8bit+（6.75MHz×8bit）×2=216Mb/s并行數(shù)據(jù)傳輸：R=13.5MHz+6.75MHz×2=27Mb/s第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

3.3.4視頻信號數(shù)字化的傳輸碼率

數(shù)字行:數(shù)字化后的一行信號稱為數(shù)字行。1.每行取樣點(diǎn)數(shù)每秒的取樣點(diǎn)數(shù)（取樣頻率13.5MHz）×每行掃描時間(64μs)=每行取樣點(diǎn)數(shù)PAL制的每行取樣點(diǎn)數(shù)為：13500kHz×64μs=864NTSC制的每行樣點(diǎn)數(shù)為：13500kHz×63.55μs=858第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

2.3.5視頻信號數(shù)字化的數(shù)字行

2.有效水平取樣點(diǎn)為了使兩種制式兼容，有效部分均取53.3μs，由于在13.5MHz的取樣頻率下，一次取樣需0.074μs，所以每行有效部分取樣點(diǎn)均為:亮度信號:53.3μs÷0.074μs＝720（T）色差信號：色差信號的采樣頻率為亮度信號的一半（6.75MHz）故為360（T）

第3章音視頻信號及數(shù)字化

3.3視頻信號數(shù)字化及標(biāo)準(zhǔn)

2.3.5視頻信號數(shù)字化的數(shù)字行

3.有效垂直取樣點(diǎn)（掃描行數(shù)）在數(shù)字化視頻