2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)

2.3圖像分量信號(hào)量化電平和量化比特?cái)?shù)的計(jì)算

2.4標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視的各項(xiàng)參數(shù)

2.5數(shù)字電視系統(tǒng)

2.6數(shù)字電視機(jī)頂盒

習(xí)題第2章數(shù)字電視的基本概念2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字電視與原有的模擬電視相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)數(shù)字電視用戶容易實(shí)現(xiàn)“無差錯(cuò)接收”，可看到與電視演播室相同質(zhì)量的圖像。電視信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化后是用若干位二進(jìn)制的“0”、“1”兩個(gè)電平來表示的，因而在連續(xù)處理過程中或在傳輸過程中引入雜波后，其雜波幅度只要不超過某一額定電平，通過數(shù)字信號(hào)再生，都可能把它清除掉。即使某一雜波電平在傳輸?shù)倪^程中超過額定值，造成誤碼，也可以利用糾錯(cuò)編、解碼技術(shù)把它們糾正過來。所以，在數(shù)字信號(hào)傳輸過程中，不會(huì)降低信噪比(SNR)，接收端的圖像也沒有背景噪聲。而模擬信號(hào)在處理和傳輸過程中，每次都可能引入新的雜波，為了保證最終輸出有足夠的信噪比，模擬信號(hào)要求SNR≥40dB，而數(shù)字信號(hào)只要求SNR≥20dB。2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

(2)數(shù)字電視傳輸?shù)念l譜利用率高，相同帶寬的信道，數(shù)字電視比模擬電視傳送的節(jié)目數(shù)量大大增加。例如，現(xiàn)有的8MHz模擬電視頻道(對(duì)PAL制而言)，可用于傳輸1套高清晰度數(shù)字電視(HDTV)節(jié)目或者4~6套標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)節(jié)目。

(3)數(shù)字電視易于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)復(fù)用，可充分利用信道容量。在把數(shù)字電視節(jié)目流打包成傳輸流時(shí)，可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)復(fù)用，使總速率下降。數(shù)字電視技術(shù)可實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用以及數(shù)字視頻、數(shù)字音頻和其它多媒體信號(hào)混傳，充分利用信道容量。(2)數(shù)字電視傳輸?shù)念l譜利用率高，相同帶寬的信道，數(shù)字

(4)數(shù)字電視可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收。在移動(dòng)速度為120km/h的情況下，可穩(wěn)定接收數(shù)字電視信號(hào)。模擬電視只能固定接收。

(5)數(shù)字電視可避免系統(tǒng)的非線性失真的影響。在模擬系統(tǒng)中，非線性失真會(huì)產(chǎn)生亮度對(duì)比度畸變、亮色串?dāng)_、色度畸變，造成圖像的明顯損傷。而在數(shù)字系統(tǒng)中，可避免產(chǎn)生這種影響。

(6)數(shù)字電視易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ)，而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無關(guān)。近年來，隨著大規(guī)模集成電路(半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)的發(fā)展，數(shù)字電視技術(shù)可以存儲(chǔ)多幀的電視信號(hào)，完成用模擬電視技術(shù)不可能達(dá)到的處理功能。例如，幀存儲(chǔ)器可用來實(shí)現(xiàn)幀同步和制式轉(zhuǎn)換等處理，獲得各種新的電視圖像特技效果。(4)數(shù)字電視可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收。在移動(dòng)速度為120km

(7)數(shù)字電視可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作和調(diào)整，與計(jì)算機(jī)配合可實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制和遙控操作。

(8)數(shù)字電視很容易實(shí)現(xiàn)加密／解密和加擾／解擾技術(shù)，便于專業(yè)應(yīng)用(包括軍用)以及點(diǎn)播電視(VOD)應(yīng)用(收費(fèi)電視)。特別是開展各類條件接收的收費(fèi)業(yè)務(wù)，這是數(shù)字電視的重要增值點(diǎn)，也是數(shù)字電視得以快速滾動(dòng)式發(fā)展的基礎(chǔ)。

(9)數(shù)字電視具有可擴(kuò)展性、可分級(jí)性和互操作性，能夠?qū)崿F(xiàn)不同層次圖像質(zhì)量的相互兼容，易于建立全國數(shù)字電視傳輸網(wǎng)。(7)數(shù)字電視可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作和調(diào)整，與計(jì)算

(10)數(shù)字電視可以與計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為未來“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”(N11)的重要組成部分。

(11)數(shù)字電視采用ITU-RBT.601(原為CCIR601)建議，可以把模擬電視PAL制、NTSC制和SECAM制建立成統(tǒng)一的數(shù)字電視參數(shù)規(guī)范，改變了模擬體制下的NTSC制、PAL制和SECAM制電視節(jié)目不能交換的特性。

(12)數(shù)字電視改變了人們接收電視的方式。網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、交互電視(ITV)和點(diǎn)播電視(VOD)的誕生，為電視的多種應(yīng)用開辟了新天地。交互電視、點(diǎn)播電視使人們?cè)谑湛锤咔逦入娨暤耐瑫r(shí)，可以享受到“電視導(dǎo)演或電視編輯”的樂趣。(10)數(shù)字電視可以與計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類多媒體計(jì)

(13)數(shù)字電視的出現(xiàn)還極大地改變了信息家電的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。數(shù)字電視能夠促進(jìn)電視機(jī)擴(kuò)大畫面、提高分辨率，并以全新型電視機(jī)的姿態(tài)提高銷售價(jià)格。數(shù)字電視易于實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的畫面：HDTV的畫面質(zhì)量接近35mm寬屏幕電影水平，一幀圖像的像素?cái)?shù)高達(dá)1920×1080。一般來說，計(jì)算機(jī)在SVGA模式下的像素?cái)?shù)為800×600，PAL制下VCD的最高像素?cái)?shù)為352×240，DVD為720×576。常規(guī)模擬電視常有的模糊、重影、閃爍、雪花點(diǎn)和圖像失真等現(xiàn)象在數(shù)字電視中會(huì)得到大大改善。

(14)數(shù)字電視功能更豐富。數(shù)字化信號(hào)便于存儲(chǔ)，可方便地實(shí)現(xiàn)制式轉(zhuǎn)換，以及畫中畫、畫外畫和電視圖像幅型變換等。(13)數(shù)字電視的出現(xiàn)還極大地改變了信息家電的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

(15)數(shù)字電視具有高質(zhì)量的音響效果。數(shù)字電視采用AC-3或MUSICAM等環(huán)繞立體聲編、解碼方案，既可避免噪聲、失真，又能實(shí)現(xiàn)多路純數(shù)字環(huán)繞立體聲，使聲音的空間臨場(chǎng)感、音質(zhì)透明度和高保真等方面都更勝一籌。同時(shí)還具有多語種功能，使得收看同一個(gè)節(jié)目可以選擇不同的語種。

(16)數(shù)字電視具備通信功能。用戶端配備相應(yīng)的機(jī)頂盒后，用戶可以撥打可視電話、查詢圖文信息和進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)等，還可以通過微機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、網(wǎng)上購物、學(xué)習(xí)和娛樂等許多增值業(yè)務(wù)。數(shù)字電視不僅使圖像質(zhì)量提高，而且使現(xiàn)有的頻率資源大幅度地增值，引起電視業(yè)務(wù)和經(jīng)營(yíng)方式及制作方式的變革。(15)數(shù)字電視具有高質(zhì)量的音響效果。數(shù)字電視采用AC2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)數(shù)字電視不進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮時(shí)，數(shù)碼率太高。例如，亮度信號(hào)Y抽樣頻率一般選為13.5MHz(3倍彩色副載波頻率)，每樣品值經(jīng)8bit量化后，數(shù)碼率為13.5×8=108Mb/s。兩個(gè)色差信號(hào)U、V抽樣頻率均為6.75MHz(3/2倍彩色副載波頻率)，每樣品值經(jīng)8bit量化后，數(shù)碼率為54Mb/s。所以，在不采用任何壓縮措施時(shí)，總的數(shù)碼率為108+54+54=216Mb/s。而理論上PCM二進(jìn)制傳輸信道每1Hz帶寬能傳輸?shù)淖罡邤?shù)碼率是2b/s。因此，這相當(dāng)于要求信道提供108MHz的帶寬，是現(xiàn)有視頻信號(hào)帶寬的10倍以上。2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)由以上分析知，不壓縮時(shí)的數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)碼率太高，頻帶太寬，從通信系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，PCM傳輸方式是以帶寬為代價(jià)換取高的傳輸質(zhì)量。數(shù)字電視為了提高圖像通信的有效性，一般不采用直接PCM方式傳輸，而是對(duì)數(shù)字化后的信源信號(hào)先進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，然后再傳輸。現(xiàn)已建立了各種數(shù)據(jù)壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)碼率可以大大降低。例如：美國所提出的高清晰度數(shù)字電視方案，數(shù)據(jù)壓縮后經(jīng)數(shù)字調(diào)制的信號(hào)帶寬可做到與普通NTSC制彩色電視信號(hào)的帶寬相同(6MHz)，但圖像質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了飛躍。我國的高清晰度數(shù)字電視(HDTV)壓縮后經(jīng)數(shù)字調(diào)制的帶寬計(jì)劃為8MHz，可以在我國PALD標(biāo)準(zhǔn)一套普通模擬電視節(jié)目帶寬內(nèi)傳輸。由以上分析知，不壓縮時(shí)的數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)碼率太高，頻帶太按照MPEG-2MP@ML(主檔次主等級(jí))標(biāo)準(zhǔn)，可把一路普通彩色電視數(shù)字化后的216Mb/s的數(shù)碼率壓縮到8.448Mb/s，它是未壓縮前數(shù)據(jù)量的3.91％，相當(dāng)于模擬信號(hào)帶寬為4MHz，但與模擬彩色電視相比，其主觀圖像質(zhì)量沒有任何降低。另外，彩色數(shù)字會(huì)議電視系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)為H.261(2.048Mb/s)，數(shù)據(jù)量?jī)H為未壓縮前的0.95％，圖像質(zhì)量也可以達(dá)到滿意的程度。例如，8.448Mb/s的數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)64QAM數(shù)字調(diào)制以后的模擬帶寬可降到2.2MHz,則在8MHz帶寬中，可傳6路8.448Mb/s經(jīng)調(diào)制以后的數(shù)字電視信號(hào)。按照MPEG-2MP@ML(主檔次主等級(jí))標(biāo)準(zhǔn)，可把一目前已被采用的數(shù)字電視設(shè)備有數(shù)字電視編/解碼器、數(shù)字演播室設(shè)備(包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字特技、數(shù)字時(shí)基校正器、數(shù)字幀同步機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)等)、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字電視接收機(jī)等。數(shù)字化設(shè)備可大大擴(kuò)展特技功能，加強(qiáng)藝術(shù)效果。從數(shù)字電視發(fā)展的趨勢(shì)來看，可有如下進(jìn)程：第一步，實(shí)現(xiàn)普通電視的數(shù)字化，利用MPEG-1的國際標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)碼率壓縮到2.048Mb/s(VCD質(zhì)量)，其圖像質(zhì)量可優(yōu)于家用錄像機(jī)VHS的質(zhì)量;第二步，按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中的主級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)碼率壓縮到8.448Mb/s,其圖像質(zhì)量可達(dá)現(xiàn)有電視演播室的質(zhì)量(DVD質(zhì)量);第三步，按MPEG-2的高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)碼率壓縮到20Mb/s左右，其圖像質(zhì)量可達(dá)HDTV的質(zhì)量。目前已被采用的數(shù)字電視設(shè)備有數(shù)字電視編/解碼器、數(shù)字演播2.2.1視頻信號(hào)的抽樣結(jié)構(gòu)大量的主觀測(cè)試表明，固定的抽樣結(jié)構(gòu)比移動(dòng)的抽樣結(jié)構(gòu)圖像質(zhì)量要好，從時(shí)序的產(chǎn)生和電視信號(hào)的數(shù)字處理方面來說，實(shí)現(xiàn)固定的抽樣結(jié)構(gòu)比移動(dòng)的抽樣結(jié)構(gòu)要容易得多。因此，廣泛采用固定的抽樣結(jié)構(gòu)。固定抽樣結(jié)構(gòu)常采用正交結(jié)構(gòu)，即各幀、各場(chǎng)、各行的樣點(diǎn)都是垂直對(duì)準(zhǔn)的。正交抽樣結(jié)構(gòu)可直接由時(shí)鐘頻率為行頻(fH)整數(shù)倍(m倍)的抽樣頻率抽樣產(chǎn)生。2.2.1視頻信號(hào)的抽樣結(jié)構(gòu)例如，對(duì)我國PAL制電視來說，行頻fH=15625Hz，如果取抽樣頻率為13.5MHz，則每行得出來的樣點(diǎn)剛好為正交整數(shù)樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，即為在ITU-RBT.601建議中，要求采用分量信號(hào)Y、U、V進(jìn)行編碼壓縮。在對(duì)數(shù)據(jù)壓縮之前，必須對(duì)分量信號(hào)進(jìn)行正交抽樣。Y∶U∶V抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)可分為三種：4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0。

1.4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖2.2.1所示為4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0三種抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)。例如，對(duì)我國PAL制電視來說，行頻fH=15625圖2.2.1抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)(a)Y∶U∶V=4∶4∶4;(b)Y∶U∶V=4∶2∶2;(c)Y∶U∶V=4∶2∶0圖2.2.1抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖中：圖2.2.1(a)為4∶4∶4抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中每一個(gè)抽樣點(diǎn)都有亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)U、V;圖2.2.1(b)為4∶2∶2抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中每一個(gè)抽樣點(diǎn)都有亮度信號(hào)Y，而在行方向上每四個(gè)抽樣點(diǎn)分別有兩個(gè)色差信號(hào)U、V;圖2.2.1(c)為4∶2∶0抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中每一個(gè)抽樣點(diǎn)都有亮度信號(hào)Y，而在上、下兩行每四個(gè)抽樣點(diǎn)分別有一個(gè)色差信號(hào)U、V。圖中：圖2.2.1(a)為4∶4∶4抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中

2.圖像數(shù)據(jù)格式和不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算

1)幾種典型數(shù)字電視設(shè)備的數(shù)據(jù)格式表2.2.1列出了幾種典型的數(shù)字電視設(shè)備的數(shù)據(jù)格式。2.圖像數(shù)據(jù)格式和不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算數(shù)字電視原理章課件2

2)不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算方法一：數(shù)碼率=采樣頻率×每樣點(diǎn)的比特?cái)?shù)對(duì)DVD圖像格式可作如下計(jì)算：

Y：13.5MHz×8bit=108Mb/s

U：6.75MHz×8bit=54Mb/s

V：6.75MHz×8bit=54Mb/s

合計(jì)=216Mb/s2)不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算這種計(jì)算方法包括了行、場(chǎng)消隱期間的所有的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際上行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)顯示圖像無用，在實(shí)際的編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)中要把它們略去。所以說這只是一種粗略的估算。對(duì)于按此方法算出來的數(shù)碼率216Mb/s，如按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為8.448Mb/s，壓縮比約為26∶1;如按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為2.048Mb/s，壓縮比約為100∶1。方法二：數(shù)碼率=一幀圖像樣點(diǎn)樣數(shù)×每樣點(diǎn)比特?cái)?shù)×每秒幀數(shù)(25Hz)

一幀圖像樣點(diǎn)樣數(shù)=每行有效樣點(diǎn)數(shù)×一幀圖像的有效行數(shù)這種計(jì)算方法包括了行、場(chǎng)消隱期間的所有的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際上對(duì)DVD圖像格式可作如下計(jì)算：①對(duì)于Y信號(hào)，速率的計(jì)算如下：一行樣點(diǎn)數(shù)＝=13.5MHz/15.625kHz=864一行有效樣點(diǎn)數(shù)=864×η=864×0.83=720(η為水平回掃率，該式即表示去掉行消隱后的有效樣點(diǎn)數(shù))一幀有效行數(shù)=625-50=575(取576，即表示去掉場(chǎng)消隱后的有效行數(shù))一幀圖像樣點(diǎn)數(shù)=720×576=414720

Y：720×576×8bit×25Hz=82.944Mb/s采樣頻率行頻對(duì)DVD圖像格式可作如下計(jì)算：采樣頻率行頻②對(duì)于U、V信號(hào)，如按Y∶U∶V=4∶2∶2，其數(shù)碼率計(jì)算如下：

V：360×576×8bit×25Hz=41.472Mb/s

U：360×576×8bit×25Hz=41.472Mb/s

合計(jì)=165.9Mb/s按這種計(jì)算方法算出的數(shù)碼率不包括行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。如按MPEG-2ML@MP(主檔次主等級(jí))標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為8.448Mb/s，壓縮比約為20∶1;如按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為2.048Mb/s，壓縮比約為82∶1。②對(duì)于U、V信號(hào)，如按Y∶U∶V=4∶2∶2，其數(shù)碼率上述①、②計(jì)算方法帶來的差異只在于行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際計(jì)算不壓縮時(shí)的數(shù)碼率常采用方法二②方式，而且只要知道表2.2.1所列出的數(shù)據(jù)格式就可直接算出。例如：按Y∶U∶V=4∶2∶0計(jì)算表2.2.1中VCD格式不壓縮時(shí)的數(shù)碼率如下：

Y：352×288×8bit×25Hz=20.2752Mb/s

V：176×144×8bit×25Hz=5.0688Mb/s

U：176×144×8bit×25Hz=5.0688Mb/s

合計(jì)=30.4128Mb/s如果壓縮比為20∶1，則經(jīng)壓縮后的數(shù)碼率為1.52064Mb/s，這就是我們通常使用的VCD的數(shù)碼率。上述①、②計(jì)算方法帶來的差異只在于行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)2.2.2視、音頻信號(hào)量化及量化噪聲把幅度上連續(xù)變化的信號(hào)變?yōu)槎M(jìn)制離散信號(hào)時(shí)，必經(jīng)過抽樣、量化和編碼過程，這三個(gè)過程雖然現(xiàn)在可在A/D芯片中一次完成，但在嚴(yán)格考查圖像質(zhì)量時(shí)有必要分析量化和量化噪聲。視頻信號(hào)量化采用舍入量化。如圖2.2.2所示，即用四舍五入來處理被量化信號(hào)與預(yù)置量化級(jí)數(shù)電平之間的差值。在圖2.2.2中，ΔA表示量化間距，f(t)表示視頻信號(hào)，f′(t)表示量化后的電平函數(shù)值。這樣，f(t)－f′(t)為舍入量化的量化誤差，最大量化誤差為。下面分析舍入量化的量化噪聲。2.2.2視、音頻信號(hào)量化及量化噪聲圖2.2.2舍入量化圖2.2.2舍入量化若輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍A一定時(shí)，把它變換為有限個(gè)M量化電平級(jí)，則量化間距ΔA越小，量化級(jí)數(shù)M越多，可表示為

(2.2.1)采用二進(jìn)制編碼，所需的比特?cái)?shù)n也隨M的增大而增大，即

M=2n

(2.2.2)M與n的取值主要由量化的信噪比決定。若輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍A一定時(shí)，把它變換為有限個(gè)M量化電平

1)均勻量化時(shí)的信噪比在輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，任何地方的量化間隔幅度相等的量化稱均勻量化或線性量化，從圖2.2.2可以看出舍入量化的量化誤差為或。設(shè)f(t)為連續(xù)信號(hào)，f′(t)為量化后輸出的階梯信號(hào)，e(t)為量化誤差，則有

e(t)=f(t)－f′(t)

(2.2.3)1)均勻量化時(shí)的信噪比舍入量化時(shí)，e(t)除f(t)的極大值和拐點(diǎn)緩變區(qū)外，其余部分都是鋸齒狀。e(t)的斜率k=ΔA/T,所以。設(shè)量化噪聲功率為Nq，它是單位負(fù)載電阻上量化誤差電壓的平方在周期T中的平均值，即

(2.2.4)可以得出結(jié)論：量化間距ΔA越小，量化誤差引起的失真功率也越小。舍入量化時(shí)，e(t)除f(t)的極大值和拐點(diǎn)緩變區(qū)外，其余部

(1)電視信號(hào)(單極性信號(hào))的量化信噪比。電視信號(hào)(單極性信號(hào))的量化信噪比計(jì)算式如下：

(2.2.5)式中：SP-P表示電視信號(hào)峰峰值;Nq(r，m，s)表示噪聲信號(hào)均方根值。(1)電視信號(hào)(單極性信號(hào))的量化信噪比。電視信號(hào)(單用分貝表示：

(2.2.6)可以得出結(jié)論：量化比特?cái)?shù)n每增加1bit，信噪比上升6dB，反之，每下降1bit，信噪比降低6dB。按照ITU-RBT.601建議，用于傳輸時(shí)的視頻信號(hào)量化比特?cái)?shù)取n=8bit，此時(shí)，量化信噪比應(yīng)為59dB。數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中只要不產(chǎn)生誤碼，或者當(dāng)所產(chǎn)生的誤碼被全部糾正過來時(shí)，就不會(huì)增加新的噪聲。所以，在測(cè)量數(shù)字電視的信噪比時(shí)，基本上可由量化信噪比來確定。量化比特?cái)?shù)n與量化信噪比的關(guān)系如表2.2.2所示。用分貝表示：數(shù)字電視原理章課件2

(2)聲音信號(hào)(雙極性信號(hào))的量化信噪比。設(shè)聲音信號(hào)的最大幅度為A，它是在+A到－A之間變化的。對(duì)它均勻量化成N級(jí)，有2A=N×ΔA，N=2n(以二進(jìn)制表示)

量化信噪比：

(2.2.7)(2)聲音信號(hào)(雙極性信號(hào))的量化信噪比。設(shè)聲音信號(hào)的用分貝表示為

(2.2.8)若輸入信號(hào)幅度a小于最大輸入幅度A，則有

(2.2.9)用分貝表示為用分貝表示為

(2.2.10)所以，當(dāng)輸入信號(hào)幅度下降1/2時(shí)，信噪比下降6dB。用分貝表示為

2)用非均勻量化改善量化信噪比式(2.2.5)和式(2.2.7)可分別寫成

(2.2.11)(2.2.12)2)用非均勻量化改善量化信噪比由式(2.2.11)和式(2.2.12)可以看出，當(dāng)均勻量化間距ΔA固定時(shí)，量化信噪比隨輸入信號(hào)幅度A的增加而增加。這就使得在強(qiáng)信號(hào)時(shí)可把噪聲淹沒掉，但在弱信號(hào)時(shí)，噪聲的干擾就十分顯著。為改善弱信號(hào)的信噪比，使得在輸入信號(hào)幅度變化時(shí)，量化信噪比基本不變，由式(2.2.11)和式(2.2.12)可知，應(yīng)使均勻量化間距ΔA隨輸入信號(hào)幅度A的改變而改變。即強(qiáng)信號(hào)時(shí)粗量化(加大ΔA)，弱信號(hào)時(shí)細(xì)量化(減小ΔA)，也就是采用非均勻量化(或稱非線性量化)來改善量化信噪比。由式(2.2.11)和式(2.2.12)可以看出，當(dāng)均勻非均勻量化通常有兩種方法。一種方法是把非線性處理放在編碼器之前和解碼器之后的模擬電路部分，編、解碼器中仍然采用均勻量化，如圖2.2.3所示。在均勻量化編碼器之前，對(duì)輸入信號(hào)的大幅度信號(hào)進(jìn)行壓縮，這樣等效于對(duì)強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行粗量化、弱信號(hào)進(jìn)行細(xì)量化。在均勻量化解碼器之后，再進(jìn)行反特性擴(kuò)張，以恢復(fù)原信號(hào)。非均勻量化通常有兩種方法。圖2.2.3壓縮擴(kuò)張編碼方式圖2.2.3壓縮擴(kuò)張編碼方式另一種方法是直接采用非均勻量化，如圖2.2.4所示。對(duì)于視頻信號(hào)，在高效編碼時(shí)常采用非均勻量化器。在MPEG標(biāo)準(zhǔn)中，DCT變換后對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行非均勻量化，低頻信號(hào)采用細(xì)量化，高頻信號(hào)采用粗量化。讀者可查閱第4章編碼壓縮中DCT系數(shù)非均勻量化器實(shí)例。另一種方法是直接采用非均勻量化，如圖2.2.4所示。對(duì)于圖2.2.4非均勻量化圖2.2.4非均勻量化2.2.3全信號(hào)和分量信號(hào)編碼對(duì)數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行編碼可分為全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼，如圖2.2.5所示，其中圖2.2.5(a)為全信號(hào)編碼，圖2.2.5(b)為分量信號(hào)編碼。從圖2.2.5(a)可以看出，模擬全電視信號(hào)先經(jīng)A/D變換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)全信號(hào)編碼壓縮后輸出，在接收端經(jīng)全信號(hào)解碼，最后經(jīng)D/A送出模擬全電視信號(hào)。這種全信號(hào)編碼，從圖2.2.5(a)上看似乎很簡(jiǎn)單，但易造成亮、色干擾。對(duì)SECAM彩色電視制式來說，由于色差信號(hào)對(duì)副載頻的調(diào)制方式是調(diào)頻的，難于采用全信號(hào)編碼，只能采用分量信號(hào)編碼。2.2.3全信號(hào)和分量信號(hào)編碼從圖2.2.5(b)可以看出，模擬全電視信號(hào)經(jīng)A/D變換后，再經(jīng)數(shù)字亮、色分離，分離成數(shù)字亮度信號(hào)Y和兩個(gè)數(shù)字色差信號(hào)U、V，并將其分別送入各自的編碼壓縮處理器中，再經(jīng)復(fù)用后輸出，在接收端經(jīng)分量信號(hào)解碼得到Y(jié)、U、V三個(gè)數(shù)字分離信號(hào)，最后分別經(jīng)D/A和模擬矩陣電路輸出為模擬全電視信號(hào)。分量信號(hào)編碼雖增加了數(shù)字亮、色分離，但編碼壓縮是對(duì)分量信號(hào)進(jìn)行的，消除了亮、色干擾現(xiàn)象。這種處理方式可使圖像質(zhì)量提高，因此應(yīng)用較為廣泛。國際標(biāo)準(zhǔn)中均采用分量信號(hào)編碼方式。從圖2.2.5(b)可以看出，模擬全電視信號(hào)經(jīng)A/D變換圖2.2.5全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼框圖圖2.2.5全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼框圖2.2.4圖像分量信號(hào)量化比特?cái)?shù)確定和量化電平分配通過ITU-RBT.601建議，可確定625行/50Hz和525行/60Hz電視系統(tǒng)分量視頻的參數(shù)。該文件規(guī)定了525行和625行電視信號(hào)的數(shù)字化參數(shù)。它規(guī)定13.5MHz為模擬亮度信號(hào)的正交抽樣頻率，6.75MHz為兩個(gè)模擬色差信號(hào)的抽樣頻率。抽樣值為數(shù)字亮度Y′和數(shù)字色差與，與和相對(duì)應(yīng)的分別是模擬已作伽馬校正的色差信號(hào)kb(B′－Y′)和kr(R′－Y′)。13.5MHz之所以被選用為抽樣頻率，是因?yàn)槠湟蜃?.25MHz是525和625行頻的公因子。2.2.4圖像分量信號(hào)量化比特?cái)?shù)確定和量化電平分配按照ITU-RBT.601建議，演播室現(xiàn)在普遍采用每個(gè)抽樣10bit量化，傳輸時(shí)，既允許采用8bit量化(對(duì)應(yīng)256個(gè)量化電平級(jí)，即00h~FFh)，也可以采用10bit量化(對(duì)應(yīng)1024個(gè)量化電平級(jí)，即000h~3FFh)。每個(gè)抽樣的8bit量化字在數(shù)值上可以直接轉(zhuǎn)換為10bit數(shù)值，而10bit數(shù)值也可以還原為8bit數(shù)值，相互間具有互換性。色差分量和的量化電平范圍為040h~3C0h(見圖2.2.6)，所對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)范圍在±350mV之間。色差信號(hào)的擺動(dòng)可超出這一范圍，總的可用范圍為-400~399.2mV，上下所超出的值均為50mV，這稱為色差信號(hào)上、下保護(hù)帶。亮度Y′(見圖2.2.7)的量化電平范圍為040h~3ACh，對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)在0.0~700mV之間。按照ITU-RBT.601建議，演播室現(xiàn)在普遍采用每個(gè)亮度信號(hào)的擺動(dòng)也可超出這一范圍，總的范圍為－51.1~766.3mV，允許為白電平之上的過載留有66mV的余量，為黑電平以下過載留有50mV的余量，這也分別稱為亮度信號(hào)上、下保護(hù)帶。所配置的A/D轉(zhuǎn)換器在10bit量化電平級(jí)不可產(chǎn)生000h~003h以及3FCh~3FFh，以便與8bit系統(tǒng)互換。量化電平若選擇為8bit時(shí)，再添加兩個(gè)零，即與10bit量化電平有著相同的數(shù)值。在亮度A/D和色差A(yù)/D中，數(shù)據(jù)字000h~003h和3FCh~3FFh均保留作為同步之用。圖2.2.8所示的是數(shù)字樣值相對(duì)于模擬行消隱的定位情況，圖2.2.9所示的則是圖像區(qū)的空間關(guān)系。由于定時(shí)信息是通過有效視頻結(jié)束數(shù)據(jù)包(EAV)和有效視頻起始數(shù)據(jù)包(SAV)傳送的，因此不再需要常規(guī)的模擬同步亮度信號(hào)的擺動(dòng)也可超出這一范圍，總的范圍為－51.1~7信號(hào)。在行消隱期及場(chǎng)消隱期中的整個(gè)行周期內(nèi)，均可用于傳送音頻和其它輔助數(shù)據(jù)。EAV和SAV定時(shí)數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)流中的識(shí)別可以通過數(shù)據(jù)包頭的起始字來進(jìn)行：前三個(gè)字是3FFh、000h、000h，第四個(gè)字是(XYZ)，它在EAV和SAV數(shù)據(jù)包中含有與信號(hào)有關(guān)的信息。分量數(shù)字視頻中的輔助數(shù)據(jù)包是通過包頭的起始字000h、3FFh、3FFh來識(shí)別的。信號(hào)。在行消隱期及場(chǎng)消隱期中的整個(gè)行周期內(nèi)，均可用于傳送音頻圖2.2.6色差信號(hào)的量化電平分配(a)信號(hào);(b)信號(hào)圖2.2.6色差信號(hào)的量化電平分配圖2.2.7亮度信號(hào)Y′的量化電平分配圖2.2.7亮度信號(hào)Y′的量化電平分配圖2.2.8數(shù)字樣值相對(duì)于模擬行消隱的定位情況圖2.2.8數(shù)字樣值相對(duì)于模擬行消隱的定位情況圖2.2.92∶1隔行數(shù)字幀的格式示意圖圖2.2.92∶1隔行數(shù)字幀的格式示意圖數(shù)據(jù)字“XYZ”為10bit字，其中兩個(gè)最低有效位預(yù)置為零，以維持每抽樣8bit量化格式。在標(biāo)準(zhǔn)清晰度中所包含的數(shù)據(jù)字“XYZ”表示功能狀態(tài)，其數(shù)值具有以下含義：Bit8——(F-bit)，F(xiàn)=0為第一場(chǎng)，F(xiàn)=1為第二場(chǎng);Bit7——(V-bit)，V=1為處于場(chǎng)消隱期，V=0為有效視頻行期間;Bit6——(H-bit)，H=1表示EAV序列，H=0表示SAV序列。并行數(shù)字接口按照Rec.601，抽樣形成的數(shù)據(jù)流電接口分別由美國SMPTE和歐洲EBU標(biāo)準(zhǔn)確定，其中525/59.94格式依據(jù)SMPTE125M標(biāo)準(zhǔn)，而625/50格式則依據(jù)EBUTech.3267標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均被ITU采用并納入Rec.656建議中，該文件描述的是并行硬件接口。并行接口使用11對(duì)雙絞線和25芯連接器。并行接口復(fù)用數(shù)據(jù)字按照，Y′，，Y′，…的順序，形成的碼流數(shù)碼率為27Mb/s。在每一行中，均插入了定時(shí)序列SAV和EAV。525和625格式的數(shù)字有效行都包含了720個(gè)亮度樣值，模擬消隱期間的剩余樣值可用于定時(shí)和其它數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)字“XYZ”為10bit字，其中兩個(gè)最低有效位預(yù)置2.3圖像分量信號(hào)量化電平和量化比特?cái)?shù)的計(jì)算根據(jù)1982年2月國際電信聯(lián)盟ITU提出的ITU-RBT.601建議，對(duì)電視信號(hào)采用分量信號(hào)編碼，即對(duì)Y、Cr、Cb三分量信號(hào)進(jìn)行編碼。選取8bit均勻量化，在抽樣、量化前還必須對(duì)三個(gè)分量信號(hào)進(jìn)行γ校正。由電視原理可知，亮度信號(hào)方程為

Y=0.299R+0.587G+0.114B

(2.3.1)色差信號(hào)方程為

R－Y=0.701R－0.587G－0.114B(2.3.2)

B－Y=－0.299R－0.587G+0.886B(2.3.3)2.3圖像分量信號(hào)量化電平和量化比特?cái)?shù)的計(jì)算

當(dāng)傳送黑白和飽和彩色(包括補(bǔ)色)時(shí)，從以上三式可得到視頻信號(hào)的標(biāo)稱值，如表2.3.1所示。由表2.3.1可知，亮度信號(hào)Y有1～0的動(dòng)態(tài)范圍，但色差信號(hào)R－Y和B－Y分別在±0.701和±0.886范圍內(nèi)變化。為對(duì)其歸一化，色差信號(hào)必須引入壓縮系數(shù)：Kr=0.713

(2.3.4)Kb=0.564

(2.3.5)當(dāng)傳送黑白和飽和彩色(包括補(bǔ)色)時(shí)，從以上三式可得到視數(shù)字電視原理章課件2歸一化后的色差信號(hào)為Cr=0.713(R－Y)=0.5R－0.419G－0.08B(2.3.6)Cb=0.564(B－Y)=－0.169R－0.331G+0.5B

(2.3.7)歸一化后的色差信號(hào)為亮度信號(hào)Y以8bit均勻量化時(shí)分為256個(gè)量化級(jí)，即量化電平0～255量化級(jí)，相當(dāng)于二進(jìn)制的00000000～11111111。在PCM編碼中，雖然為了防止過載把視頻信號(hào)調(diào)整在1V峰峰值范圍內(nèi)，并為了避免因圖像信號(hào)直流成分變動(dòng)所引起的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大而在量化前進(jìn)行了箝位，但造成過載仍是可能的，例如視頻信號(hào)電平的操作不穩(wěn)定性，因陡峭的前置濾波器和孔闌校正電路造成過沖以及鉗位過程中的過渡過程等。于是在256的量化級(jí)中上端留下20量化級(jí)，下端留下16量化級(jí)作為防止超越動(dòng)態(tài)范圍的保護(hù)帶。量化電平的分配如圖2.2.7所示，其中量化電平為16時(shí)代表黑量化電平極限，量化電平為235時(shí)代表白量化電平極限。亮度信號(hào)Y以8bit均勻量化時(shí)分為256個(gè)量化級(jí)，即量化亮度信號(hào)量化電平計(jì)算如下：EY=219Y+16

(2.3.8)黑色區(qū)：Y=0，EY=16白色區(qū)：Y=1，EY=235按式(2.3.8)求得亮度信號(hào)量化電平EY的整數(shù)值。亮度信號(hào)量化電平計(jì)算如下：均勻量化后色差信號(hào)的量化電平計(jì)算：色差信號(hào)經(jīng)過壓縮信號(hào)處理以后的動(dòng)態(tài)范圍為－0.5～+0.5，中間信號(hào)的零電平對(duì)應(yīng)的量化電平為256/2=128。色差信號(hào)總共分配224個(gè)量化級(jí)，上端和下端各留16個(gè)量化級(jí)作為防止過載的保護(hù)帶，見圖2.2.6。均勻量化后色差信號(hào)的量化電平計(jì)算：色差信號(hào)量化電平計(jì)算如下：

(2.3.9)

(2.3.10)上兩式中的、考慮到將R－Y、B－Y幅度歸一化，引入壓縮系數(shù)后有下式：

(2.3.11)

(2.3.12)色差信號(hào)量化電平計(jì)算如下：2.4標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視的各項(xiàng)參數(shù)按照數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，數(shù)字電視主要分為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)和高清晰度電視(HDTV)。標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的圖像質(zhì)量就是DVD圖像質(zhì)量，高清晰度電視的清晰度比DVD高得多。兩者的參數(shù)比較如表2.4.1所示。2.4標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)字電視原理章課件22.5數(shù)字電視系統(tǒng)圖2.5.1所示為數(shù)字電視系統(tǒng)框圖。發(fā)送端由攝像機(jī)產(chǎn)生彩色電視圖像，經(jīng)A／D變換后，變?yōu)閿?shù)字音、視頻信號(hào)送入音頻或視頻編碼器中。音、視頻編碼承擔(dān)著音頻和圖像數(shù)據(jù)壓縮功能，它去掉信號(hào)中的冗余部分，使傳輸碼率降低。然后，經(jīng)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮后的數(shù)字音、視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)送入傳輸打包和復(fù)用。傳輸流復(fù)用完成多套節(jié)目復(fù)用功能。最后，送入信道編碼和調(diào)制器中，信道編碼和調(diào)制器包括糾錯(cuò)編碼和各種信號(hào)傳輸處理以及數(shù)字調(diào)制的功能，提高信號(hào)在傳輸中的抗干擾能力和頻譜利用率。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)碼流經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸后不可避免2.5數(shù)字電視系統(tǒng)地會(huì)引入噪聲而產(chǎn)生誤碼。因此，加入糾錯(cuò)碼和各種信號(hào)傳輸處理以提高其抗干擾能力。經(jīng)糾錯(cuò)編碼和各種信號(hào)傳輸處理和調(diào)制后的信號(hào)再通過輸出接口電路送入傳輸線路。遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可以采用數(shù)字光纖線路、數(shù)字衛(wèi)星線路，也可以采用數(shù)字微波線路，以接力傳輸方式，站與站的距離可達(dá)50km。接收端的過程與發(fā)送端相反，接收端接收信號(hào)后，通過輸入接口電路把信號(hào)送入信道解碼和解調(diào)器中，經(jīng)數(shù)字解調(diào)和信道解碼可糾正由傳輸所造成的誤碼，然后將信號(hào)送入傳輸解復(fù)用和解包中，最后再分別送入音頻或視頻解碼器中，還原成模擬的音頻、視頻信號(hào)。地會(huì)引入噪聲而產(chǎn)生誤碼。因此，加入糾錯(cuò)碼和各種信號(hào)傳輸處理以圖2.5.1數(shù)字電視系統(tǒng)框圖圖2.5.1數(shù)字電視系統(tǒng)框圖2.6數(shù)字電視機(jī)頂盒

1.數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成隨著電視廣播數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，模擬電視機(jī)最終將被數(shù)字電視機(jī)所取代。目前，從我國國情來看，全國有將近3億臺(tái)模擬電視機(jī)，在我國逐步從模擬電視廣播向數(shù)字電視廣播過渡的進(jìn)程中，這些模擬電視機(jī)不可能即時(shí)淘汰。而數(shù)字電視機(jī)頂盒將是這一過渡期間最好的解決方案，將一臺(tái)模擬電視機(jī)與數(shù)字電視機(jī)頂盒結(jié)合，就可以構(gòu)成一臺(tái)完整的數(shù)字電視機(jī)。2.6數(shù)字電視機(jī)頂盒數(shù)字電視機(jī)頂盒框圖如圖2.6.1所示。它主要由調(diào)諧解調(diào)器、頻率合成器、信道解碼器(三者組成數(shù)字CATV高頻頭)和MPEG-2解壓縮器組成。其基本功能是將從有線電視網(wǎng)接收的數(shù)字有線電視信號(hào)經(jīng)調(diào)諧解調(diào)器進(jìn)行下變頻得到頻率較低的中頻信號(hào)。調(diào)諧解調(diào)器完成選臺(tái)功能，同時(shí)還要完成數(shù)字解調(diào)功能。中頻信號(hào)經(jīng)放大后再進(jìn)行信道解碼。在信道解碼中它要完成R-S解糾錯(cuò)、卷積解交織、解能量擴(kuò)散等工作，然后送入MPEG-2解壓縮器中，再進(jìn)行傳輸流解多路復(fù)用、節(jié)目流解多路復(fù)用，最后進(jìn)行數(shù)字視頻解壓縮、數(shù)字音頻解壓縮，輸出模擬的視頻或音頻信號(hào)。模擬視頻再經(jīng)模擬信號(hào)處理，可輸出R、G、B，Y/C和復(fù)合視頻信號(hào)(CVBS)。機(jī)頂盒中的所有功能塊都是由超大規(guī)模集成電路完成的。數(shù)字電視機(jī)頂盒框圖如圖2.6.1所示。它主要由調(diào)諧解調(diào)器圖2.6.1數(shù)字電視機(jī)頂盒框圖圖2.6.1數(shù)字電視機(jī)頂盒框圖

2.數(shù)字CATV高頻頭電路框圖圖2.6.1中虛線框內(nèi)電路為數(shù)字CATV高頻頭，它由調(diào)諧解調(diào)器、信道解碼器和頻率合成器三部分電路組成。各部分更詳細(xì)的電路如圖2.6.2所示。數(shù)字有線電視網(wǎng)通過同軸電纜把數(shù)字電視信號(hào)送入高頻頭。高頻頭第一級(jí)(V1)是一個(gè)寬帶低噪聲放大器(頻率覆蓋范圍為RF波段，即48.25~855.25MHz)。經(jīng)放大后的信號(hào)再送入低(V2)、中(V3)、高(V4)三個(gè)波段放大器(低波段：48.25~168.25MHz;中波段：175.25~447.25MHz;高波段：455.25~855.25MHz)，然后送入混頻器，混頻器是將前面被放大后的信號(hào)頻率與頻率合成器送過來的本振頻率進(jìn)行差拍，得到中頻信號(hào)(28.75~36.25MHz)送入中頻回路濾波，中頻濾波器一般采用矩形系數(shù)較好的聲表面波濾波器。2.數(shù)字CATV高頻頭電路框圖信號(hào)再經(jīng)中頻放大器放大，放大后的信號(hào)經(jīng)處理變成基帶信號(hào)，然后再經(jīng)A/D變換、QAM數(shù)字解調(diào)、R-S解糾錯(cuò)得到未解壓縮的數(shù)字視、音頻信號(hào)，再并行輸出到后面的解壓縮電路。在信道解碼器中備有微處理器核心芯片，該芯片寫入了各種操作程序，經(jīng)I2C總線控制信道解碼器和頻率合成器的工作。頻率合成器是一種可編程的本機(jī)振蕩器，它受控于I2C總線，I2C總線中一根為數(shù)據(jù)線(SDA)、一根為時(shí)鐘線(SCL)。數(shù)據(jù)線送來的可編程數(shù)據(jù)是由解壓縮器中的微處理器(32bit)預(yù)先編制而成的。該數(shù)據(jù)又受用戶選臺(tái)指令而改變。信號(hào)再經(jīng)中頻放大器放大，放大后的信號(hào)經(jīng)處理變成基帶信號(hào)，圖2.6.2高頻頭詳細(xì)框圖圖2.6.2高頻頭詳細(xì)框圖習(xí)題

2-1什么叫做數(shù)字電視?它與模擬電視相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？

2-2普通彩色電視信號(hào)數(shù)字化后未經(jīng)壓縮的數(shù)碼率為多少？相當(dāng)于多少模擬信號(hào)帶寬？

2-3試畫出數(shù)字電視系統(tǒng)框圖并解釋各功能塊的作用。

2-4試畫出數(shù)字電視機(jī)頂盒框圖，解釋各部分的作用，并說明為什么高頻通道未數(shù)字化。

2-5由于模擬輸入信號(hào)方式的不同，圖像信號(hào)編碼可分為哪兩種？它們各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？

2-6什么叫做HDTV？它的掃描行數(shù)和帶寬大約為多少？

2-7什么叫做VCD、DVD以及VOD？習(xí)題

2-8在數(shù)字電視中，LDTV、SDTV、HDTV各代表什么？各有何異同點(diǎn)？

2-9分別計(jì)算DVD、HDTV在4∶2∶2和4∶2∶0兩種格式下不壓縮時(shí)的數(shù)碼率。

2-10彩色電視按標(biāo)準(zhǔn)幅度(峰峰值為1V)進(jìn)行編碼時(shí)，量化比特?cái)?shù)n=8bit，此時(shí)的量化信噪比為多少？如果峰峰值降為1/2V，量化信噪比又為多少？

2-11按照均勻量化，請(qǐng)分別求出亮度信號(hào)Y中對(duì)應(yīng)的白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑8個(gè)電平的8bit碼。2-8在數(shù)字電視中，LDTV、SDTV、HDTV各代

2-12按照均勻量化，請(qǐng)分別求出色差信號(hào)U中對(duì)應(yīng)的白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑8個(gè)電平的8bit碼。

2-13按照均勻量化，請(qǐng)分別求出色差信號(hào)V中對(duì)應(yīng)的白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑8個(gè)電平的8bit碼。

2-14分別畫出全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼框圖，并解釋它們之間的不同點(diǎn)。

2-15如何理解4∶2∶0抽樣結(jié)構(gòu)？VCD采用此抽樣結(jié)構(gòu)，試求出它不壓縮時(shí)的數(shù)碼率。如果壓縮比為30∶1，則壓縮后的數(shù)碼率應(yīng)為多少？2-12按照均勻量化，請(qǐng)分別求出色差信號(hào)U中對(duì)應(yīng)的白

2-16視頻和音頻信號(hào)量化信噪比公式有何不同？

2-17n=8bit時(shí)，亮度信號(hào)與色差信號(hào)的量化電平如何分配？為什么要留保護(hù)帶？

2-18電視機(jī)接收到的數(shù)字電視信號(hào)較差時(shí)，畫面常出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象，這是為什么？

2-19求n=10bit時(shí)Y、Cr、Cb

碼電平分配。

2-20請(qǐng)分別畫出4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

2-21有線電視高頻頭包括哪幾部分電路？各有什么作用？

2-22什么叫I2C總線？它由幾條線組成？每條線的作用如何？2-16視頻和音頻信號(hào)量化信噪比公式有何不同？感謝感謝謝謝，精品課件資料搜集謝謝，精品課件資料搜集2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)

2.3圖像分量信號(hào)量化電平和量化比特?cái)?shù)的計(jì)算

2.4標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視的各項(xiàng)參數(shù)

2.5數(shù)字電視系統(tǒng)

2.6數(shù)字電視機(jī)頂盒

習(xí)題第2章數(shù)字電視的基本概念2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字電視與原有的模擬電視相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)數(shù)字電視用戶容易實(shí)現(xiàn)“無差錯(cuò)接收”，可看到與電視演播室相同質(zhì)量的圖像。電視信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化后是用若干位二進(jìn)制的“0”、“1”兩個(gè)電平來表示的，因而在連續(xù)處理過程中或在傳輸過程中引入雜波后，其雜波幅度只要不超過某一額定電平，通過數(shù)字信號(hào)再生，都可能把它清除掉。即使某一雜波電平在傳輸?shù)倪^程中超過額定值，造成誤碼，也可以利用糾錯(cuò)編、解碼技術(shù)把它們糾正過來。所以，在數(shù)字信號(hào)傳輸過程中，不會(huì)降低信噪比(SNR)，接收端的圖像也沒有背景噪聲。而模擬信號(hào)在處理和傳輸過程中，每次都可能引入新的雜波，為了保證最終輸出有足夠的信噪比，模擬信號(hào)要求SNR≥40dB，而數(shù)字信號(hào)只要求SNR≥20dB。2.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

(2)數(shù)字電視傳輸?shù)念l譜利用率高，相同帶寬的信道，數(shù)字電視比模擬電視傳送的節(jié)目數(shù)量大大增加。例如，現(xiàn)有的8MHz模擬電視頻道(對(duì)PAL制而言)，可用于傳輸1套高清晰度數(shù)字電視(HDTV)節(jié)目或者4~6套標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)節(jié)目。

(3)數(shù)字電視易于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)復(fù)用，可充分利用信道容量。在把數(shù)字電視節(jié)目流打包成傳輸流時(shí)，可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)復(fù)用，使總速率下降。數(shù)字電視技術(shù)可實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用以及數(shù)字視頻、數(shù)字音頻和其它多媒體信號(hào)混傳，充分利用信道容量。(2)數(shù)字電視傳輸?shù)念l譜利用率高，相同帶寬的信道，數(shù)字

(4)數(shù)字電視可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收。在移動(dòng)速度為120km/h的情況下，可穩(wěn)定接收數(shù)字電視信號(hào)。模擬電視只能固定接收。

(5)數(shù)字電視可避免系統(tǒng)的非線性失真的影響。在模擬系統(tǒng)中，非線性失真會(huì)產(chǎn)生亮度對(duì)比度畸變、亮色串?dāng)_、色度畸變，造成圖像的明顯損傷。而在數(shù)字系統(tǒng)中，可避免產(chǎn)生這種影響。

(6)數(shù)字電視易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ)，而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無關(guān)。近年來，隨著大規(guī)模集成電路(半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)的發(fā)展，數(shù)字電視技術(shù)可以存儲(chǔ)多幀的電視信號(hào)，完成用模擬電視技術(shù)不可能達(dá)到的處理功能。例如，幀存儲(chǔ)器可用來實(shí)現(xiàn)幀同步和制式轉(zhuǎn)換等處理，獲得各種新的電視圖像特技效果。(4)數(shù)字電視可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收。在移動(dòng)速度為120km

(7)數(shù)字電視可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作和調(diào)整，與計(jì)算機(jī)配合可實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制和遙控操作。

(8)數(shù)字電視很容易實(shí)現(xiàn)加密／解密和加擾／解擾技術(shù)，便于專業(yè)應(yīng)用(包括軍用)以及點(diǎn)播電視(VOD)應(yīng)用(收費(fèi)電視)。特別是開展各類條件接收的收費(fèi)業(yè)務(wù)，這是數(shù)字電視的重要增值點(diǎn)，也是數(shù)字電視得以快速滾動(dòng)式發(fā)展的基礎(chǔ)。

(9)數(shù)字電視具有可擴(kuò)展性、可分級(jí)性和互操作性，能夠?qū)崿F(xiàn)不同層次圖像質(zhì)量的相互兼容，易于建立全國數(shù)字電視傳輸網(wǎng)。(7)數(shù)字電視可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作和調(diào)整，與計(jì)算

(10)數(shù)字電視可以與計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為未來“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”(N11)的重要組成部分。

(11)數(shù)字電視采用ITU-RBT.601(原為CCIR601)建議，可以把模擬電視PAL制、NTSC制和SECAM制建立成統(tǒng)一的數(shù)字電視參數(shù)規(guī)范，改變了模擬體制下的NTSC制、PAL制和SECAM制電視節(jié)目不能交換的特性。

(12)數(shù)字電視改變了人們接收電視的方式。網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、交互電視(ITV)和點(diǎn)播電視(VOD)的誕生，為電視的多種應(yīng)用開辟了新天地。交互電視、點(diǎn)播電視使人們?cè)谑湛锤咔逦入娨暤耐瑫r(shí)，可以享受到“電視導(dǎo)演或電視編輯”的樂趣。(10)數(shù)字電視可以與計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類多媒體計(jì)

(13)數(shù)字電視的出現(xiàn)還極大地改變了信息家電的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。數(shù)字電視能夠促進(jìn)電視機(jī)擴(kuò)大畫面、提高分辨率，并以全新型電視機(jī)的姿態(tài)提高銷售價(jià)格。數(shù)字電視易于實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的畫面：HDTV的畫面質(zhì)量接近35mm寬屏幕電影水平，一幀圖像的像素?cái)?shù)高達(dá)1920×1080。一般來說，計(jì)算機(jī)在SVGA模式下的像素?cái)?shù)為800×600，PAL制下VCD的最高像素?cái)?shù)為352×240，DVD為720×576。常規(guī)模擬電視常有的模糊、重影、閃爍、雪花點(diǎn)和圖像失真等現(xiàn)象在數(shù)字電視中會(huì)得到大大改善。

(14)數(shù)字電視功能更豐富。數(shù)字化信號(hào)便于存儲(chǔ)，可方便地實(shí)現(xiàn)制式轉(zhuǎn)換，以及畫中畫、畫外畫和電視圖像幅型變換等。(13)數(shù)字電視的出現(xiàn)還極大地改變了信息家電的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

(15)數(shù)字電視具有高質(zhì)量的音響效果。數(shù)字電視采用AC-3或MUSICAM等環(huán)繞立體聲編、解碼方案，既可避免噪聲、失真，又能實(shí)現(xiàn)多路純數(shù)字環(huán)繞立體聲，使聲音的空間臨場(chǎng)感、音質(zhì)透明度和高保真等方面都更勝一籌。同時(shí)還具有多語種功能，使得收看同一個(gè)節(jié)目可以選擇不同的語種。

(16)數(shù)字電視具備通信功能。用戶端配備相應(yīng)的機(jī)頂盒后，用戶可以撥打可視電話、查詢圖文信息和進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)等，還可以通過微機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、網(wǎng)上購物、學(xué)習(xí)和娛樂等許多增值業(yè)務(wù)。數(shù)字電視不僅使圖像質(zhì)量提高，而且使現(xiàn)有的頻率資源大幅度地增值，引起電視業(yè)務(wù)和經(jīng)營(yíng)方式及制作方式的變革。(15)數(shù)字電視具有高質(zhì)量的音響效果。數(shù)字電視采用AC2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)數(shù)字電視不進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮時(shí)，數(shù)碼率太高。例如，亮度信號(hào)Y抽樣頻率一般選為13.5MHz(3倍彩色副載波頻率)，每樣品值經(jīng)8bit量化后，數(shù)碼率為13.5×8=108Mb/s。兩個(gè)色差信號(hào)U、V抽樣頻率均為6.75MHz(3/2倍彩色副載波頻率)，每樣品值經(jīng)8bit量化后，數(shù)碼率為54Mb/s。所以，在不采用任何壓縮措施時(shí)，總的數(shù)碼率為108+54+54=216Mb/s。而理論上PCM二進(jìn)制傳輸信道每1Hz帶寬能傳輸?shù)淖罡邤?shù)碼率是2b/s。因此，這相當(dāng)于要求信道提供108MHz的帶寬，是現(xiàn)有視頻信號(hào)帶寬的10倍以上。2.2視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)由以上分析知，不壓縮時(shí)的數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)碼率太高，頻帶太寬，從通信系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，PCM傳輸方式是以帶寬為代價(jià)換取高的傳輸質(zhì)量。數(shù)字電視為了提高圖像通信的有效性，一般不采用直接PCM方式傳輸，而是對(duì)數(shù)字化后的信源信號(hào)先進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，然后再傳輸。現(xiàn)已建立了各種數(shù)據(jù)壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)碼率可以大大降低。例如：美國所提出的高清晰度數(shù)字電視方案，數(shù)據(jù)壓縮后經(jīng)數(shù)字調(diào)制的信號(hào)帶寬可做到與普通NTSC制彩色電視信號(hào)的帶寬相同(6MHz)，但圖像質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了飛躍。我國的高清晰度數(shù)字電視(HDTV)壓縮后經(jīng)數(shù)字調(diào)制的帶寬計(jì)劃為8MHz，可以在我國PALD標(biāo)準(zhǔn)一套普通模擬電視節(jié)目帶寬內(nèi)傳輸。由以上分析知，不壓縮時(shí)的數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)碼率太高，頻帶太按照MPEG-2MP@ML(主檔次主等級(jí))標(biāo)準(zhǔn)，可把一路普通彩色電視數(shù)字化后的216Mb/s的數(shù)碼率壓縮到8.448Mb/s，它是未壓縮前數(shù)據(jù)量的3.91％，相當(dāng)于模擬信號(hào)帶寬為4MHz，但與模擬彩色電視相比，其主觀圖像質(zhì)量沒有任何降低。另外，彩色數(shù)字會(huì)議電視系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)為H.261(2.048Mb/s)，數(shù)據(jù)量?jī)H為未壓縮前的0.95％，圖像質(zhì)量也可以達(dá)到滿意的程度。例如，8.448Mb/s的數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)64QAM數(shù)字調(diào)制以后的模擬帶寬可降到2.2MHz,則在8MHz帶寬中，可傳6路8.448Mb/s經(jīng)調(diào)制以后的數(shù)字電視信號(hào)。按照MPEG-2MP@ML(主檔次主等級(jí))標(biāo)準(zhǔn)，可把一目前已被采用的數(shù)字電視設(shè)備有數(shù)字電視編/解碼器、數(shù)字演播室設(shè)備(包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字特技、數(shù)字時(shí)基校正器、數(shù)字幀同步機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)等)、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字電視接收機(jī)等。數(shù)字化設(shè)備可大大擴(kuò)展特技功能，加強(qiáng)藝術(shù)效果。從數(shù)字電視發(fā)展的趨勢(shì)來看，可有如下進(jìn)程：第一步，實(shí)現(xiàn)普通電視的數(shù)字化，利用MPEG-1的國際標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)碼率壓縮到2.048Mb/s(VCD質(zhì)量)，其圖像質(zhì)量可優(yōu)于家用錄像機(jī)VHS的質(zhì)量;第二步，按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中的主級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)碼率壓縮到8.448Mb/s,其圖像質(zhì)量可達(dá)現(xiàn)有電視演播室的質(zhì)量(DVD質(zhì)量);第三步，按MPEG-2的高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)碼率壓縮到20Mb/s左右，其圖像質(zhì)量可達(dá)HDTV的質(zhì)量。目前已被采用的數(shù)字電視設(shè)備有數(shù)字電視編/解碼器、數(shù)字演播2.2.1視頻信號(hào)的抽樣結(jié)構(gòu)大量的主觀測(cè)試表明，固定的抽樣結(jié)構(gòu)比移動(dòng)的抽樣結(jié)構(gòu)圖像質(zhì)量要好，從時(shí)序的產(chǎn)生和電視信號(hào)的數(shù)字處理方面來說，實(shí)現(xiàn)固定的抽樣結(jié)構(gòu)比移動(dòng)的抽樣結(jié)構(gòu)要容易得多。因此，廣泛采用固定的抽樣結(jié)構(gòu)。固定抽樣結(jié)構(gòu)常采用正交結(jié)構(gòu)，即各幀、各場(chǎng)、各行的樣點(diǎn)都是垂直對(duì)準(zhǔn)的。正交抽樣結(jié)構(gòu)可直接由時(shí)鐘頻率為行頻(fH)整數(shù)倍(m倍)的抽樣頻率抽樣產(chǎn)生。2.2.1視頻信號(hào)的抽樣結(jié)構(gòu)例如，對(duì)我國PAL制電視來說，行頻fH=15625Hz，如果取抽樣頻率為13.5MHz，則每行得出來的樣點(diǎn)剛好為正交整數(shù)樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，即為在ITU-RBT.601建議中，要求采用分量信號(hào)Y、U、V進(jìn)行編碼壓縮。在對(duì)數(shù)據(jù)壓縮之前，必須對(duì)分量信號(hào)進(jìn)行正交抽樣。Y∶U∶V抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)可分為三種：4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0。

1.4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖2.2.1所示為4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0三種抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)。例如，對(duì)我國PAL制電視來說，行頻fH=15625圖2.2.1抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)(a)Y∶U∶V=4∶4∶4;(b)Y∶U∶V=4∶2∶2;(c)Y∶U∶V=4∶2∶0圖2.2.1抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖中：圖2.2.1(a)為4∶4∶4抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中每一個(gè)抽樣點(diǎn)都有亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)U、V;圖2.2.1(b)為4∶2∶2抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中每一個(gè)抽樣點(diǎn)都有亮度信號(hào)Y，而在行方向上每四個(gè)抽樣點(diǎn)分別有兩個(gè)色差信號(hào)U、V;圖2.2.1(c)為4∶2∶0抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中每一個(gè)抽樣點(diǎn)都有亮度信號(hào)Y，而在上、下兩行每四個(gè)抽樣點(diǎn)分別有一個(gè)色差信號(hào)U、V。圖中：圖2.2.1(a)為4∶4∶4抽樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中

2.圖像數(shù)據(jù)格式和不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算

1)幾種典型數(shù)字電視設(shè)備的數(shù)據(jù)格式表2.2.1列出了幾種典型的數(shù)字電視設(shè)備的數(shù)據(jù)格式。2.圖像數(shù)據(jù)格式和不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算數(shù)字電視原理章課件2

2)不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算方法一：數(shù)碼率=采樣頻率×每樣點(diǎn)的比特?cái)?shù)對(duì)DVD圖像格式可作如下計(jì)算：

Y：13.5MHz×8bit=108Mb/s

U：6.75MHz×8bit=54Mb/s

V：6.75MHz×8bit=54Mb/s

合計(jì)=216Mb/s2)不壓縮時(shí)數(shù)碼率的計(jì)算這種計(jì)算方法包括了行、場(chǎng)消隱期間的所有的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際上行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)顯示圖像無用，在實(shí)際的編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)中要把它們略去。所以說這只是一種粗略的估算。對(duì)于按此方法算出來的數(shù)碼率216Mb/s，如按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為8.448Mb/s，壓縮比約為26∶1;如按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為2.048Mb/s，壓縮比約為100∶1。方法二：數(shù)碼率=一幀圖像樣點(diǎn)樣數(shù)×每樣點(diǎn)比特?cái)?shù)×每秒幀數(shù)(25Hz)

一幀圖像樣點(diǎn)樣數(shù)=每行有效樣點(diǎn)數(shù)×一幀圖像的有效行數(shù)這種計(jì)算方法包括了行、場(chǎng)消隱期間的所有的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際上對(duì)DVD圖像格式可作如下計(jì)算：①對(duì)于Y信號(hào)，速率的計(jì)算如下：一行樣點(diǎn)數(shù)＝=13.5MHz/15.625kHz=864一行有效樣點(diǎn)數(shù)=864×η=864×0.83=720(η為水平回掃率，該式即表示去掉行消隱后的有效樣點(diǎn)數(shù))一幀有效行數(shù)=625-50=575(取576，即表示去掉場(chǎng)消隱后的有效行數(shù))一幀圖像樣點(diǎn)數(shù)=720×576=414720

Y：720×576×8bit×25Hz=82.944Mb/s采樣頻率行頻對(duì)DVD圖像格式可作如下計(jì)算：采樣頻率行頻②對(duì)于U、V信號(hào)，如按Y∶U∶V=4∶2∶2，其數(shù)碼率計(jì)算如下：

V：360×576×8bit×25Hz=41.472Mb/s

U：360×576×8bit×25Hz=41.472Mb/s

合計(jì)=165.9Mb/s按這種計(jì)算方法算出的數(shù)碼率不包括行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。如按MPEG-2ML@MP(主檔次主等級(jí))標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為8.448Mb/s，壓縮比約為20∶1;如按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮后，數(shù)碼率為2.048Mb/s，壓縮比約為82∶1。②對(duì)于U、V信號(hào)，如按Y∶U∶V=4∶2∶2，其數(shù)碼率上述①、②計(jì)算方法帶來的差異只在于行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際計(jì)算不壓縮時(shí)的數(shù)碼率常采用方法二②方式，而且只要知道表2.2.1所列出的數(shù)據(jù)格式就可直接算出。例如：按Y∶U∶V=4∶2∶0計(jì)算表2.2.1中VCD格式不壓縮時(shí)的數(shù)碼率如下：

Y：352×288×8bit×25Hz=20.2752Mb/s

V：176×144×8bit×25Hz=5.0688Mb/s

U：176×144×8bit×25Hz=5.0688Mb/s

合計(jì)=30.4128Mb/s如果壓縮比為20∶1，則經(jīng)壓縮后的數(shù)碼率為1.52064Mb/s，這就是我們通常使用的VCD的數(shù)碼率。上述①、②計(jì)算方法帶來的差異只在于行、場(chǎng)消隱期間的樣點(diǎn)數(shù)2.2.2視、音頻信號(hào)量化及量化噪聲把幅度上連續(xù)變化的信號(hào)變?yōu)槎M(jìn)制離散信號(hào)時(shí)，必經(jīng)過抽樣、量化和編碼過程，這三個(gè)過程雖然現(xiàn)在可在A/D芯片中一次完成，但在嚴(yán)格考查圖像質(zhì)量時(shí)有必要分析量化和量化噪聲。視頻信號(hào)量化采用舍入量化。如圖2.2.2所示，即用四舍五入來處理被量化信號(hào)與預(yù)置量化級(jí)數(shù)電平之間的差值。在圖2.2.2中，ΔA表示量化間距，f(t)表示視頻信號(hào)，f′(t)表示量化后的電平函數(shù)值。這樣，f(t)－f′(t)為舍入量化的量化誤差，最大量化誤差為。下面分析舍入量化的量化噪聲。2.2.2視、音頻信號(hào)量化及量化噪聲圖2.2.2舍入量化圖2.2.2舍入量化若輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍A一定時(shí)，把它變換為有限個(gè)M量化電平級(jí)，則量化間距ΔA越小，量化級(jí)數(shù)M越多，可表示為

(2.2.1)采用二進(jìn)制編碼，所需的比特?cái)?shù)n也隨M的增大而增大，即

M=2n

(2.2.2)M與n的取值主要由量化的信噪比決定。若輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍A一定時(shí)，把它變換為有限個(gè)M量化電平

1)均勻量化時(shí)的信噪比在輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，任何地方的量化間隔幅度相等的量化稱均勻量化或線性量化，從圖2.2.2可以看出舍入量化的量化誤差為或。設(shè)f(t)為連續(xù)信號(hào)，f′(t)為量化后輸出的階梯信號(hào)，e(t)為量化誤差，則有

e(t)=f(t)－f′(t)

(2.2.3)1)均勻量化時(shí)的信噪比舍入量化時(shí)，e(t)除f(t)的極大值和拐點(diǎn)緩變區(qū)外，其余部分都是鋸齒狀。e(t)的斜率k=ΔA/T,所以。設(shè)量化噪聲功率為Nq，它是單位負(fù)載電阻上量化誤差電壓的平方在周期T中的平均值，即

(2.2.4)可以得出結(jié)論：量化間距ΔA越小，量化誤差引起的失真功率也越小。舍入量化時(shí)，e(t)除f(t)的極大值和拐點(diǎn)緩變區(qū)外，其余部

(1)電視信號(hào)(單極性信號(hào))的量化信噪比。電視信號(hào)(單極性信號(hào))的量化信噪比計(jì)算式如下：

(2.2.5)式中：SP-P表示電視信號(hào)峰峰值;Nq(r，m，s)表示噪聲信號(hào)均方根值。(1)電視信號(hào)(單極性信號(hào))的量化信噪比。電視信號(hào)(單用分貝表示：

(2.2.6)可以得出結(jié)論：量化比特?cái)?shù)n每增加1bit，信噪比上升6dB，反之，每下降1bit，信噪比降低6dB。按照ITU-RBT.601建議，用于傳輸時(shí)的視頻信號(hào)量化比特?cái)?shù)取n=8bit，此時(shí)，量化信噪比應(yīng)為59dB。數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中只要不產(chǎn)生誤碼，或者當(dāng)所產(chǎn)生的誤碼被全部糾正過來時(shí)，就不會(huì)增加新的噪聲。所以，在測(cè)量數(shù)字電視的信噪比時(shí)，基本上可由量化信噪比來確定。量化比特?cái)?shù)n與量化信噪比的關(guān)系如表2.2.2所示。用分貝表示：數(shù)字電視原理章課件2

(2)聲音信號(hào)(雙極性信號(hào))的量化信噪比。設(shè)聲音信號(hào)的最大幅度為A，它是在+A到－A之間變化的。對(duì)它均勻量化成N級(jí)，有2A=N×ΔA，N=2n(以二進(jìn)制表示)

量化信噪比：

(2.2.7)(2)聲音信號(hào)(雙極性信號(hào))的量化信噪比。設(shè)聲音信號(hào)的用分貝表示為

(2.2.8)若輸入信號(hào)幅度a小于最大輸入幅度A，則有

(2.2.9)用分貝表示為用分貝表示為

(2.2.10)所以，當(dāng)輸入信號(hào)幅度下降1/2時(shí)，信噪比下降6dB。用分貝表示為

2)用非均勻量化改善量化信噪比式(2.2.5)和式(2.2.7)可分別寫成

(2.2.11)(2.2.12)2)用非均勻量化改善量化信噪比由式(2.2.11)和式(2.2.12)可以看出，當(dāng)均勻量化間距ΔA固定時(shí)，量化信噪比隨輸入信號(hào)幅度A的增加而增加。這就使得在強(qiáng)信號(hào)時(shí)可把噪聲淹沒掉，但在弱信號(hào)時(shí)，噪聲的干擾就十分顯著。為改善弱信號(hào)的信噪比，使得在輸入信號(hào)幅度變化時(shí)，量化信噪比基本不變，由式(2.2.11)和式(2.2.12)可知，應(yīng)使均勻量化間距ΔA隨輸入信號(hào)幅度A的改變而改變。即強(qiáng)信號(hào)時(shí)粗量化(加大ΔA)，弱信號(hào)時(shí)細(xì)量化(減小ΔA)，也就是采用非均勻量化(或稱非線性量化)來改善量化信噪比。由式(2.2.11)和式(2.2.12)可以看出，當(dāng)均勻非均勻量化通常有兩種方法。一種方法是把非線性處理放在編碼器之前和解碼器之后的模擬電路部分，編、解碼器中仍然采用均勻量化，如圖2.2.3所示。在均勻量化編碼器之前，對(duì)輸入信號(hào)的大幅度信號(hào)進(jìn)行壓縮，這樣等效于對(duì)強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行粗量化、弱信號(hào)進(jìn)行細(xì)量化。在均勻量化解碼器之后，再進(jìn)行反特性擴(kuò)張，以恢復(fù)原信號(hào)。非均勻量化通常有兩種方法。圖2.2.3壓縮擴(kuò)張編碼方式圖2.2.3壓縮擴(kuò)張編碼方式另一種方法是直接采用非均勻量化，如圖2.2.4所示。對(duì)于視頻信號(hào)，在高效編碼時(shí)常采用非均勻量化器。在MPEG標(biāo)準(zhǔn)中，DCT變換后對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行非均勻量化，低頻信號(hào)采用細(xì)量化，高頻信號(hào)采用粗量化。讀者可查閱第4章編碼壓縮中DCT系數(shù)非均勻量化器實(shí)例。另一種方法是直接采用非均勻量化，如圖2.2.4所示。對(duì)于圖2.2.4非均勻量化圖2.2.4非均勻量化2.2.3全信號(hào)和分量信號(hào)編碼對(duì)數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行編碼可分為全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼，如圖2.2.5所示，其中圖2.2.5(a)為全信號(hào)編碼，圖2.2.5(b)為分量信號(hào)編碼。從圖2.2.5(a)可以看出，模擬全電視信號(hào)先經(jīng)A/D變換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)全信號(hào)編碼壓縮后輸出，在接收端經(jīng)全信號(hào)解碼，最后經(jīng)D/A送出模擬全電視信號(hào)。這種全信號(hào)編碼，從圖2.2.5(a)上看似乎很簡(jiǎn)單，但易造成亮、色干擾。對(duì)SECAM彩色電視制式來說，由于色差信號(hào)對(duì)副載頻的調(diào)制方式是調(diào)頻的，難于采用全信號(hào)編碼，只能采用分量信號(hào)編碼。2.2.3全信號(hào)和分量信號(hào)編碼從圖2.2.5(b)可以看出，模擬全電視信號(hào)經(jīng)A/D變換后，再經(jīng)數(shù)字亮、色分離，分離成數(shù)字亮度信號(hào)Y和兩個(gè)數(shù)字色差信號(hào)U、V，并將其分別送入各自的編碼壓縮處理器中，再經(jīng)復(fù)用后輸出，在接收端經(jīng)分量信號(hào)解碼得到Y(jié)、U、V三個(gè)數(shù)字分離信號(hào)，最后分別經(jīng)D/A和模擬矩陣電路輸出為模擬全電視信號(hào)。分量信號(hào)編碼雖增加了數(shù)字亮、色分離，但編碼壓縮是對(duì)分量信號(hào)進(jìn)行的，消除了亮、色干擾現(xiàn)象。這種處理方式可使圖像質(zhì)量提高，因此應(yīng)用較為廣泛。國際標(biāo)準(zhǔn)中均采用分量信號(hào)編碼方式。從圖2.2.5(b)可以看出，模擬全電視信號(hào)經(jīng)A/D變換圖2.2.5全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼框圖圖2.2.5全信號(hào)編碼和分量信號(hào)編碼框圖