数字电视演播室基本参数.ppt

第二章数字电视演播室基本参数 一 模拟信号的数字化 模拟信号 取样量化编码 数字信号 模拟信号 在时间和幅度上都连续的信号 数字信号 在时间和幅度上都离散的信号 1 取样 取样 将时间轴上连续的信号每隔一定的时间间隔抽取出一个信号的幅度样本 使其成为时间上离散的脉冲序列 其中 样本之间的时间间隔称为取样周期 Ts 其倒数称为取样频率 fs 取样过程相当于用一个电子开关对模拟信号进行控制 开关闭合时 该时刻的信号得以输出 于是就得到了该时刻的信号幅度值 开关每隔Ts闭合一次 这样就得到了间隔为Ts的取样脉冲序列 该序列在时间上已经离散化 但幅度仍然是连续变化的 取样信号的频谱 取样造成信号频谱的周期延拓 取样之后的频谱相当于原信号频谱以取样频率 fs 为周期所进行的周期延拓 取样定理 要想取样后能够不失真地恢复出原信号 则取样频率必须大于信号最高频率的二倍 即fs 2fm 取样信号的恢复 用截止频率为fs 2的低通滤波器可恢复原始信号的频谱 2 量化 量化 在幅度轴上将连续变化的幅度值用有限个量化电平 量化等级 表示 即将幅度离散化 相邻两个量化电平之间的间隔称为量化间隔 量化比特数 量化等级通常用二进制的位数n表示 称为量化比特数 n与十进制的量化等级数M之间的关系为 n log2M 量化噪声 由于量化过程是将连续变化的信号电平归并到有限个量化等级上 得到的数值是原幅值的近似值 因此会引入量化误差 量化误差对信号的影响类似于噪声 因此称为量化噪声 量化比特数越多 即量化间隔越细 量化噪声越小 3 编码 编码 将已量化的信号幅值用二进制或多进制数码表示 二进制数码中的每一位为一个比特 bit 常用的二进制编码方式有自然二进制码 格雷码 折叠二进制码等 二 数字电视信号的产生 复合编码方式 模拟电视信号 取样量化编码 数字电视信号 分量编码方式 1 复合编码方式 1 取样 取样结构 取样点在画面上相对于空间和时间的分布规律 固定正交取样结构 每一行的取样点正好处于前一场和前一行取样点的正下方 而且与前一帧的样点重合 fs nfH固定正交取样结构 复合编码 将彩色复合电视信号作为一个整体进行取样 量化和编码 固定正交取样结构 取样频率fs的选择 fs 2 2fmfs nfscfs nfHfs 4fsc 17 72MHz每行取样点数为1135 2 量化 为了保证量化后的信号具有足够的信噪比 应尽量减小量化误差 即增加量化比特数 但量化比特数增加会导致数码率增加 给信号处理和传输带来困难 如果要保证实际图像的量化信噪比大于50dB 则量化比特数不应少于8比特 即量化级数不少于256级 电视系统采用的量化比特数为8或10比特 3 编码 将量化后的取样值用一组二进制码表示 2 分量编码方式 1 取样 分量编码 对亮度信号和两个色差信号分别进行取样 量化和编码 4 2 2取样结构 Y的取样频率 13 5MHz 是625 50及525 60系统行频的整数倍 R Y B Y的取样频率 6 75MHz固定正交取样结构 4 2 2分量取样结构 4 4 4取样结构 R G B的取样频率均为 13 5MHz或Y CR CB的取样频率均为 13 5MHz固定正交取样结构 4 4 4分量取样结构 4 1 1取样结构 Y的取样频率为 13 5MHzR Y B Y的取样频率为 3 375MHz固定正交取样结构 4 1 1分量取样结构 4 2 0取样结构 Y的取样频率 13 5MHzR Y B Y的取样频率 6 75MHzR Y B Y每两行取一行固定正交取样结构 4 2 0分量取样结构 取样参数 2 量化与编码 量化比特数 8比特 或10比特 量化级数 256 或1024 在量化之前 为了将三个分量归一化到相同的动态范围 需要对红色差信号R Y和蓝色差信号B Y进行压缩 归一化后Y 0 1CR 0 5 0 5CB 0 5 0 5 3 数字有效行 数字有效行相当于模拟电视信号的行正程 但时基上略有不同 如图所示 OH为每行开始的第一个取样点的位置 也是模拟电视信号行同步开始的位置 数字有效行由133 852之间的720个样值组成 3 SDTV演播室参数 CCIR601 三 数字高清晰度电视 1 HDTV的发展历史及现状 模拟HDTV系统 数字HDTV系统 MUSE制 HD MAC制 ATSC标准 DVB标准 ISDB方案 国内情况 2 HDTV系统的定义 高清晰度电视系统应能使观看者在图像高度的大约3倍距离处观看图像细节时 能达到或接近具有正常视觉锐度的观看者观看原始景物的感觉 也就是说 HDTV系统在垂直和水平方向上的分解力都应比SDTV系统提高一倍 另外 HDTV在图像色彩 声音等方面也都有明显的改善 3 HDTV系统的技术参数选择 扫描行数为了使垂直分解力增加一倍 HDTV系统的每帧图像行数不应少于1000行 ITU RBT 709建议书中曾给出两种扫描行数 即1125行 帧和1250行 帧 b 每行取样点数水平分解力也应增加一倍 ITU RBT 709建议书中给出的每行取样点数为2200和2304 其中每行有效样点数为1920 c 画面宽高比根据双眼的视场清晰范围 HDTV画面宽高比应象宽银幕电影那样在 1 66 1 85 1的范围内 目前已公认为16 9 d 像素形状如果像素在水平和垂直方向上的大小是相同的 则称为方形像素 HDTV系统采用方形像素有利于实现与计算机系统的互操作性 ITU RBT 709建议书中专门规定了方形像素的帧格式 即每帧有效行数为1080 每行有效样点数为1920 4 我国HDTV演播室标准的基本参数 1080i 24p 数码率 系统在单位时间内传送的数据量实时传输情况下 数码率 fs 量化比特数复合编码 8比特量化时 数码率 17 72 MHz 8 bit 141 76Mbps10比特量化时 数码率 17 72 MHz 10 bit 177 2Mbps 四 数字电视信号的数码率 1 复合编码方式 2 分量编码方式 4 2 2 SDTV系统 10bit量化时 亮度信号数码率 13 5 MHz 10 bit 135Mbps色差信号数码率 2 6 75 MHz 10 bit 135Mbps总数码率 135 135 270Mbps8比特量化时 总数码率 108 108 216Mbps 有效数码率 单位时间内传输的与视频信号有关的数据量 有效数码率 每行有效样点数 每帧有效行数 量化比特数 帧频4 2 2分量信号的有效数码率10bit量化时 720 576 10 25 360 576 10 25 2 207 360Mbps8bit量化时 165 888Mbps HDTV系统 10bit量化时 亮度信号数码率 74 25 MHz 10 bit 742 5Mbps色差信号数码率 2 37 125 MHz 10