数字视频技术实验讲义

1 JH8000DTV 数字电视实验系统概述数字电视实验系统概述 JH8000DTV数字电视课程实验箱是完全按照数字电视国际标准设计和生产 的数字电视传输系统 可以提供数字电视课程所需的若干实验 同时可以作为 实际数字电视传输课程培训时的实验装置 一 系统描述一 系统描述 JH8000DTV系统主要由视音频A D D A模块 视音频信源编码 解码模块 TS 流形成与解复用模块 DVB SPI 收发接口等模块组成 图1 为JH8000系统原理框图 图1 JH8000DTV系统框图 各部分的组成及功能简述如下 各部分的组成及功能简述如下 1 视音频A D D A模块 采用专用的集成芯片 按照国际标准采样时钟和 音频 A D 模块板 音频 信源编码 TS 流的形成DVB SPI TX 模块 传输信道 DVB SPI RX 模块 TS 流的解码 视频 信源解码 音频 信源解码 D A D A TV 监视器 视频A D 模块板 视频 信源编码 2 采样格式将模拟输入的视音频信号变成标准数字视音频信号 2 视音频信源编码 解码模块 按国际上MPEG 1 2压缩标准完成对数字 视音频码流的压缩编码 3 TS流形成与解复用模块 按国际标准将视音频信源编码板输出的MPEG视 音频码流打包成TS流或解复用成MPEG视音频码流送入视音频信源解码 板 4 DVB SPI 收发接口模块 将MPEG 2的TS流按DVB SPI的国际接口标准实 现编解码之间的码流传输 其中各个模块既可以独立进行分块实验 又可以综合组成数字电视系统 传输实验JH8000DTV 包括视音频A D模块 视音频信源编解码模块 TS流形 复用与解复用模块和DVB SPI传输接口模块 完成系统总体实验 二 系统实验二 系统实验 1 系统总体实验 在实验中我们使用JH8000DTV实验箱搭建系统总体实验环境 并紧密结 合系统的实际运行状态 通过亲手对系统参数的设置和测试 让试验者初步 建立数字电视系统总体概念 2 分模块实验 通过系统总体实验之后 我们可在建立总体概念的基础上 将总体系 统拆分成若干功能的子模块 每一功能子模块作为一个相对独立的分模块实 验板 这样便于实验者从模块实验中掌握数字电视传输系统中各部分原理 功能 技术参数 性能指标及在整个数字电视传输系统中的影响 同时让学 生了解各个模块的设计参数和设计方法 为学生今后在数字电视系统设备的 研究方面打下扎实的研究基础 整个实验系统可以分成 直接视频 音频的 AD DA闭环实验装置和接入后续编解码模块以及传输模块的开环实验装置 可以进行的实验模块有 1 视频源参数设置模块 开环 亮度设置 色度设置 对比度设置 3 输入信号源选择设置 信号源制式设置 场信号标识行设置 行有效像素数设置 2 视频编码参数设置模块 开环 系统模式设置 可以设置MPEG 1或MPEG 2 编码方式 系统编码码流模式设置 可以设置编码码流输出格式 节目码 流 PS 或传输码流 TS 可编程设置GOP结构 I B P帧的组合 包括 I IP IBP IBBP等 可编程设置编码速率 512K 15M NX256K N 2 57 可编程设置数字视频标识码 VPID 可编程设置数字音频标识码 APID 可编程设置数字参考时钟标识码 PCRPID 可编程设置仅视频编码 音频不编码工作方式 3 音频编码参数设置模块 开环 设置MPEG音频编码层 Layer1 or Layer2 设置音频采样速率 设置音频编码输出速率 设置音频预加重模式 设置音频声道处理模式 设置音频PES标志 4 MPEG编码参数设置模块 开环 可编程设置编码模式 可编程设置编码速率 512K 15M NX256K N 2 57 设置图像采样模式 可编程设置GOP模式 可编程设置GOP长度 可编程设置图像编码 D1 4 3 D1 2 3 D1 1 2 4 D1 SIF QSIF SliceScreen 可编程设置图像预处理滤波模式 5 视频AD DA实验模块 闭环 亮度设置 色度设置 对比度设置 色饱和度设置 色调设置 亮色延迟设置 彩色关闭设置 6 音频 AD DA 实验模块 音频采样频率设置 音频量化比特数设置 静音模式设置 5 第一章第一章 视频视频 A D D A 实验实验 视频 A D D A 变换器是数字电视系统 图 1 1 的重要组成部分 视频 A D D A 变换器性能的好坏对整个数字电视系统重现图像质量有着非常重要的 影响 因此 通过视频 A D D A 实验 更好的掌握视频 A D D A 的原理 技 术参数 国际标准等就显的十分必要 下面分别介绍视频 A D D A 变换器的工作原理 参数选择 国际标准 以 及各实验的内容 要求 方法等 模拟信号模拟信号 图 1 1 数字设备基本系统组成 1 1 实验原理实验原理 1 1 1 视频视频 A D 变换器变换器 A D 转换器的作用是把连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号 示意 图如图 1 1 1 所示 它主要包括取样 量化和编码三大部分 取样 是实现时 间轴上的离散化 量化 是实现幅度轴上的离散化 编码 是实现把离散化了 的数据用二进制码型表示 进而变为一系列的电脉冲 图 1 1 1 A D 转换器示意图 1 分量编码中取样频率的选择 A D数字处理器D A 6 分量编码是指对亮度信号 Y 和两个色差信号 R Y B Y 分别进行取 样 量化和编码 在分量编码中 由于不受色副载波的影响 而且与彩色电视 制式关系不大 为了便于国际间节目的交换 建议取样频率应能兼容 625 行 50 场和 525 行 60 场两种扫描体制 根据取样定理 要求取样频率fs 2fm 为了防止频谱混叠失真 应选择 fs 2 2 2 7 fm 又为了实现正交取样结构 应满足fs为行频 fH 的整数倍 综合上述诸条要求 已知亮度信号的上限频率为 5 5MHz 6 MHz 取样频率可选 为fs 2 2fm 12 13 2 MHz 对于 625 行制式行频为fH 15 625 MHz 对于 525 行 制式行频为fH 15 KHz 为了满足兼容两种制式的要求 就在 13 2MHz附近选定 两种制式行频最佳公倍数为 13 5MHz 对 625 行制式 每行取样点数为 864 625 15 5 13 KHz MHz 对于 525 行制式 每行取样点数为 858 73426 15 5 13 KHz MHz 对于两个色差信号 R Y 和 B Y 因为其上限频率均在 2 8MHz 以下 近似为亮度信号上限频率的一半 为了方便起见 色差信号的取样频率选为 fs R Y fs B Y fSY 6 75MHz 2 1 对于 625 行制式 色差信号每行取样点数为 864 432 2 1 对于 525 行制式 则每行取样点数为 858 429 2 1 亮度信号和两个色差信号三者的取样频率比例关系为 f fs Y s Y f fs R Y s R Y f fs Bs B Y Y 4 2 2 4 2 2 故把这种选择取样频率方式称为 4 2 2 标准 这就是分量编码中取样频 率的选择 2 量化 量化是使幅度连续的抽样值进一步在幅度上离散化的过程 以便能用有限 长度的码字来表示抽样点的幅度 量化可分为舍入量化和截尾量化 舍入量化即用四舍五入来处理被量化信 号与预置量化级数电平之间的差值 截尾量化即把高于预置量化级数电平的尾 数部分全部舍去 截尾量化误差比舍入量化误差大一倍 因此 一般只采用舍 7 入量化而不采用截尾量化 由量化误差所产生的噪声称量化噪声 设图像信号的最大幅度为 A 将它均匀量化成 N 级 量化级差为 A 有 A N A N 2n 以二进制表示 电视信号 单极性信号 的量化信噪比定义 量化信噪比 n 为量化比特数 2 3 2 P P q sn Nr m s 信号峰峰值 噪声均方根值 用分贝表示 n n dB smrN S q PP 6 8 10232log20 可以得出结论 量化比特数 n 每增加 1bit 则信噪比上升 6dB 反之 每 下降 1bit 信噪比降低 6dB 信噪比与量化比特数 n 关系如表 1 1 1 所示 表 1 1 1 量化比特 5678910 dB smrN S q PP 41dB47 dB53dB59dB65dB71dB 3 编码 A D 转换器中的编码 是把代表特定量化电平等级的比较器的输出状态 数据组合 变换成以 n 比特表示的二进制数码 即每一组二进制数码代表 一个取样值的量化电平等级 如表 1 1 2 在接受端解码时 从这个数码 或称数据 中重新恢复出原模拟信号电平 表 1 1 2 4 视频 A D D A 的特点 8 抽样频率高 fs 27MHz 对全信号编码 fs 13 5MHz 对分量信号编码 量化比特数高 n 8 10 比特 1 1 2 视频视频 D A 变换器变换器 模拟信号被数字化之后 送入数字设备进行处理 记录或传送 最后 当与其他模拟信号设备联结时 需要重新还原为模拟信号 用于把数字信 号还原为模拟信号的设备 称为数 模转换器或 D A 变换器 图 1 1 2 数 模转换器方框图 图 1 1 2 中表示出数 模转换器的简单方框图 主要有数字解码 内插 低通滤和零阶保持补偿等三部分电路组成 数字解码是主要部分 其作用是把代表取样值的二进制数码还原为相 应的量化电平脉冲 内插低通滤波器 用于把离散的脉冲转换为在时间轴 上连续的模拟信号 由于内插滤纸不可能具有理想的门函数频率特性 又 因编码时的取样脉冲也不可能是理想的 冲击函数序列而是具有一定宽度 的脉冲 这都会使恢复的模拟信号高频成分受到损失 因此 内插低通滤 波器之后 又加入零阶保持补偿电路 用于提升模拟信号的高频成分 使 输出信号更接近原来的模拟信号 视频 D A 的特点 运算精度高 运算速度快 1 电视信号数字化的国际标准 9 分量电视信号的数字编码有利于国际间的电视节目交换 在 1982 年的 CCIR 第 15 次全会上通过了 CCIR601 号建议书 确定了能实现 625 行 50 场 和 525 行 60 场兼容的分量编码 4 2 2 标准 以后又作了若干补充修正 数字分量视频标准 则是分别对三个信号 一个亮度信号和二个色差 信号 进行取样和量化编码 如前所述 由于消除了色副载波影响 信号质 量较高 也有利于制式间的兼容 但是设备复杂 造价高 而且码率也高 在数字分量信号中 亮度信号 Y 峰 峰幅值为 700VPP 黑电平与消隐 电平一致 同步电平为 300MV 同步信号仅加入亮度信号中 两个色差信 号分别称为 CR 和 CB 以 0 电平双向对称 其满幅度均为 700MVPP CR 0 713 ER EY CB 0 564 EB EY 2 数字分量各信号的取样频率比例 根据在前边已介绍过取样频率的选择原则 各信号取样频率之间应满 足一个固定的比例 通常把 3 375MHZ 作为最低的基准频率 抽样比例有以 下几种 10 图 1 1 3 亮度与色差信号取样点的分布图 1 4 2 2 方式 这是较常用的标准方式 其中亮度信号取样频率为 3 375X4 13 5MHZ 2 4 4 4 方式 这是一些高档级的演播室选用的高质量的取样标准 亮度信号和两个 色差信号均采用 3 375 4 13 5MHz 3 4 1 1 方式 两个色差信号取样频率均为 3 375 1 3 375MHz 这时的色差信号带宽 在 1 5MHz 以下 在图 1 1 3 中表示了取样点的分布情况 图中 代表亮度取样点 而 代表色差 CR和 CB的取样点 3 数字分量 4 2 2 标准举例 现以数字分量 4 2 2 为例说明如下 表 1 1 3 中给出了其标准参数 表 1 1 3 4 2 2 标准参数 参数名称625 行 50 场525 行 60 场 Y R Y B Y1 编码信号 2 1 行取样点数 亮度信号 Y 色差信号 R Y B Y 864 432 858 429 3 取样结构正交 行 场 帧重复 R Y B Y 样点同位 并与 每行的亮度信号第奇数个 1 3 5 样点同位 11 4 取样频率 亮度信号 每个色差信号 13 5MHz 6 75MHz 5 量化方式亮度信号与色差信号均采用每样值 8 比特均匀量化 6 一个有效行取样点数 亮度信号 每个色差信号 720 360 7 模拟信号电平与量化等级 之间关系 亮度信号 每个色差信号 共 220 量化级 黑电平在每 16 级 白峰在 235 级 共 224 量化级 零电平处在 0 225 的量化级中心 即 128 级 8 数字有效行定义 Y OH到有效行开始 有效行期间 有效行结束到同步前沿 每一行范围 132 个样点 9 718 s 720 个样点 53 333 s 12 个样点 0 889 s 864 个样点 64 s 122 个样点 9 037 s 720 个样点 53 333 s 16 个样点 1 185 s 858 个样点 63 555 s 4 量化范围的规定及码电平分配 现以 100 0 100 0 彩条信号为例 说明数字分量信号对量化范围的 规定 1 亮度分量 亮度分量的模拟信号电平与其相对应的数字信号样值 即量化电平 之间的关系如图 1 1 4 所示 图中示出了 8 比特量化和 10 比特量化两种情 况下的对应样值 每个样值都分别以 10 进制数表示其量化级数 亦称量化 电平或数字电平 12 图 1 1 4 100 彩条中亮度信号之模拟电平与量化电平之间的关系 在 10 比特量化系统中共有 1024 个数字电平 210 个 用 10 进制数表 示时 其数值范围从 0 到 1023 用 16 进制数表示时 其数值范围从 000 到 3FF 数字电平 000 003 和 3FC 3FF 为储备电平 reserve 或称保护电平 这两部分电平是不允许出现在数据流中的 其中 000 和 3FF 用于传送同步信 息 模拟信号进行 A D 变换时 其电平不允许超出 A D 的基准电平范围 否则 会发生限幅 产生非线性失真 所产生的谐波在抽样后会引起频谱混叠 因此 标 准中规定了储备电平 即使模拟信号电平达到储备电平范围仍不会发生限幅 防 止了混叠失真 但储备电平的数字不进入数据流 D A 后恢复的模拟信号也不 会出现储备电平范围的信号 从 004 3FB 10 进制数 4 1019 代表亮度信号的数字电平 040 10 进制数 64 为消隐的数字电平 3AC 10 进制数为 940 为白峰值的数字电平 标准规定的数字电平留有很小的余量 底部电平余量为 004 040 10 进制 数为 4 64 顶部电平余量为 3AC 3FB 10 进制数为 940 1019 值得注意的 是 数字分量方式对亮度信号中的同步部分不抽样 由于调整的偏差和漂移 通过滤波器和校正电路产生的过冲都会扩大模拟视频信号的动态范围 所以 在消隐电平以下和峰值白电平以上都留有余量 以使余量范围内的信号不失 真地进行数字传输 上下余量称为 Headroom 用 8 比特量化时 其储备电平为 0 和 255 16 进制数为 00 和 FF 数字 电平的余量范围为 1 16 和 235 254 16 进制数为 01 EB FE 1 254 代表亮 度信号数字电平 消隐数字电平定为 16 16 进制数为 10 白峰值数字电平定 为 235 16 进制数为 FB 值得注意的是 8 比特字的数字信号可以通过 10 比特字的数字设备和 数字通路 只要在 8 比特的最低位后加两位 0 即可 在输出端再将两位 0 去 掉 恢复 8 比特字数字信号 2 色度分量 应该注意到 色度信号是双级性的 而 A D 变换器需要单级性信号 因此 将 100 彩条的色度信号电平上移 350mv 以适合 A D 变换器的要求 13 1 2 实验电路实验电路 1 2 1 实验电路总体框图实验电路总体框图 实验电路由 A D 变换器 可编程器件 D A 变换器组成 见图 1 2 1 1 2 1 实验电路总体框图 1 2 2 视频视频 A D 变换电路模块变换电路模块 1 A D 芯片 视频 ADC 采用 TVP5147 芯片 TVP5147 是 10 位高质量单片数字视频解 码器 用于对 NTSC PAL SECAM 进行数字化和解码 TVP5147 支持对分量 YPbPr 信号的 A D 转换 同样能将 NTSC PAL SECAM 制式的 composite 或者 s video 信号转换成分量 YCbCr 其包含了两个 10bit 30MSPS 兆采样每秒 的数模转换器 该芯片可用于数字视频的多种设备 如 DLP 投影仪 数字电视 DVD 录制设备 LCD 电视接及监视器 PVR PC 视频卡 视频捕捉 视频编缉 会议电视 2 TVP5147 主要的功能模块包括 对微弱 混有噪声信号以及 VCR trick model 的同步检测 通过 2 D 5 线自适应梳状滤波器和色度陷波滤波器实现 Y C 分量分离 两个 10bit 30MSPS 兆采样每秒 A D 转换器 具有对模 拟信号预处理 自动增益控制 模拟视频输出 A D 变换器 TVP5147TVP5147 可编程器件 MAX7128STC100 10 D A 变换器 SAA7121 14 亮度预处理 色度预处理 时钟 时序预处理以及待机模式 输出格式选择 I2c 总线接口 VBI 数据预处理 Macrovision 防拷贝检测电路 I O 端口 3 3v 耐压 3 芯片详细功能介绍 两个可编程增益控制 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 支持内嵌同步信号的模拟分量 YPbPr 视频格式 10 路模拟视频输入端口 支持多个视频源 支持模拟视频输出 输出格式可编程控制 a 10Bit 嵌入同步的符合 ITU R BT 656 标准 中 4 2 2 的 YCbCr b 分离同步的 10Bit 4 2 2 的 YCbCr c 分离同步的 20Bit 4 2 2 的 YCbCr d 场消隐期内活动视频两倍采样 raw VBI 数据 e 场消隐期内 VBI 数据片断 行同步 场同步输出 其位置 极性 宽度可编程 并可输出 FID 信号 Composite 和 S video 视频信号处理 a 2 D 5 线自适应梳状滤波器以及色度陷波滤波器用来处 理 Composite 视频信号 b 对输入视频格式自动检测 NTSC PAL SECAM 并切换 c 可编程控制亮度增益 15 d 色度瞬时提升 e 捕捉微弱 混有噪声 或者不稳定的信号 f 单颗 14 31818 Mhz 标准晶振 满足所有标准需求 ITU R BT601 和平方像素采样 g 电源同步 内同步像素采样时钟产生行 场同步信号输 出 h 为下行的视频编码器同步提供同步锁相 RTC 通过 Macrovision 防拷贝检测认证 1VBI 数据处理 I2c 总线接口 低功耗 数字核心 1 8v 数字 I O 端口 3 3v 待机模式下模拟核 心 1 8v 3 3v 80 管脚 TQFP 封装 4 实验系统装置视频 A D 变换的具体电路 16 图 1 2 3 实验系统装置 A D 变换模块 1 2 3 视频视频 D A 变换电路模块变换电路模块 1 D A 芯片 D A 芯片选用飞利浦公司的数字视频编码集成电路 SAA7121 该芯片 广泛应用于 VCD DVD 等影碟机中 SAA7121 集成电路支持 NTSC M PAL B G 等电视制式 采用 I C 控制方式 通过 8 位数据总线接收解压缩的视频数据 再由内置的编码器 将数字亮度信号与色度信号同时编码成模拟的 CVBS 和 S 视频信号 主要由 数据管理 编码器 输出接口 10bit D A 转换器 同步时钟和 I C 总线接 口等组成 SAA7121 的功能框图如下图 1 2 4 所示 C1 0 1u ITU656 D8 R12 75 ITU656 D9 CVBS IN PUT R21 2 2K C2 0 1u 1 2 3 4 J1 VI1 C3 0 1u C4 0 1u C5 0 1u FIDO C6 0 1u C7 0 1u C8 0 1u C9 0 1u R20 2 2K R11 75 CVBS IN PUT R10 75 R9 75 L6 IMAX 2A 5147 XTAL2 R8 75 L7 IMAX 2A ITU656 D4 5147 XTAL1 R7 75 ITU656 D5 ITU656 D3 R6 75 ITU656 D6 ITU656 D2 5147 XTAL2 R4 75 V1 8B ITU656 D7 ITU656 D1 5147 XTAL1 R3 75 R17 1M VSO ITU656 D0 HSO DATA CLK V3 3A R1 10K V1 8B GND RTCO 5147 XTAL2 V3 3B 5147RST 5147 XTAL1 SDA R2 10K V1 8A VI 1 B 1 VI 1 C 2 CH1 A33GND 3 CH1 A33VDD 4 CH2 A33VDD 5 CH2 A33GND 6 VI 2 A 7 VI 2 B 8 VI 2 C 9 CH2 A18GND 10 CH2 A18VDD 11 A18VDD REF 12 A18GND REF 13 NC 14 NC 15 VI 3 A 16 VI 3 B 17 VI 3 C 18 NC 19 NC 20 NC 21 NC 22 VI 4A 23 A18GND 24 A18VDD 25 AGND 26 DGND 27 SCL 28 SDA 29 INTREQ 30 DVDD 31 DGND 32 PWDN 33 RESETB 34 FSS 35 AVID 36 GLCO I2CA 37 IOVDD 38 IOGND 39 DATA CLK 40 DVDD 41 DGND 42 Y 9 43 Y 8 44 Y 7 45 Y 6 46 Y 5 47 IOVDD 48 IOGND 49 Y 4 50 Y 3 51 Y 2 52 Y 1 53 Y 0 54 DVDD 55 DGND 56 C 9 57 C 8 58 C 7 59 C 6 60 IOVDD 61 IOGND 62 C 5 63 C 4 64 C 3 65 C 2 66 DVDD 67 DGND 68 C 1 69 C 0 70 FID 71 HS CS 72 VS VBLK 73 XTAL 1 74 XTAL 2 75 PLL A18VDD 76 PLL A18GND 77 CH1 A18VDD 78 CH1 A18GND 79 VI 1 A 80 TVP5147 U1 TVP5147TP80 SCL Vin 3 ADJ 1 Vout 2 U6 LM317T SCL VCC C30 33P V3 3 SDA R18 240 C31 33P R16 4 7K R19 100 Y2 14 31818M R5 4 7K C28 30P V1 8A C27 30P 17 1 2 4 SAA7121 的功能框图 2 芯片主要功能介绍 单块芯片 3 3v 5v 供电 数字 PAL NTSC 编码器 系统像素时钟 13 5Mhz 支持多种输入格式 YCbCr EAV 和 SAV 三个 D A 转换器 支持 Y C 以及 CVBS 两次 10bit 精度 的过采样 对子频带的实时控制 减少色彩失真滤波器 支持对宽屏信号的编码 快速 I2c 总线 可工作在主 从 模式下 可对行 场输入同步相位编程 行同步输出可编程 可控制同步信号上升沿和下降沿以及消隐信号 QFP44 封装 LLCXTAL1XCLK I C 总线接口 数据管理器 同步时钟 编码器输出接口D A 转换器 REST SDASCLSARCV1 RCV2 TTXRQ XTAL0 VDDA1 VDDA2 VDDA3 I C 总线 控制 I C 总线 控制 I C 总线 控制 时钟和 时序 MP7 到 MP0 TTX VSSD1 VSSD2 VSSD3 VDD1 VDD2 VDD3 RESRTC1 SPAP I C 总线 控制 CVBS Y C VSSA1 VSSA2 Y CbCr Y C 18 数字电视设备的数据格式 表 3 1 3 几种典型的数字电视设备的数据格式 系系 统统 编编 码码 方方 式式 Y 像素结像素结 构构 宽宽 高高 U V 像素像素 结构结构 帧数帧数 每秒每秒 QCIF 176 14488 7 2 25电 视电话 QSIF 160 12080 6 0 30 352 288176 144 25VC D MPEG 1 CIF SIF 320 240160 120 30 720 576360 576 25DV D MPEG 2 D1 720 480360 480 30 1440 1152720 576 25MPEG 2 高级 窄屏 4 3 1440 960720 80 30 1920 1152960 576 25 HDTV MPEG 2 高级 宽屏 16 9 1920 960 960 480 30 注 QCIF Quarter Common Intermediate Formate 四分之一公用中间隔式 CIF Common Intermediate Formate 公用中间隔式 SIF Source Input Format 源输入格式 VCD Video Compact Disk 视频光盘 DVD Digital Video Disk 数字视频光盘 HDTV High Definition Television 高清晰度电视 D Definition 分辨率 在 MPEG 2 标准化阶段 考虑到要适应不同数据速率设备的应用 MPEG 专 家组定义了三种质量不同的编码方式 信噪比可变性 Signal to Noise Scalability 空间分辨率可变性 Spatial Scalability 和时间分辨率可 19 变性 Temporal Scalability 信噪比可变性 SNR Signal to Noise scalability 是指图像质量的折中 对于数据率比较低的解码器使用比较低的信噪比 而对数据率比较高的解码 器则使用比较高的信噪比 空间分辨率可变性 Spatial scalability 是指 图像的空间分辨率的折中 对于低速率的接受器使用比较低的图像分辨率 而对于数据率比较高的接受器使用比较高的图像分辨率 时间分辨率可变性 Temporal Scalability 是指图像在时间方向上分辨率的折中 与空间分辨 率类似 MPEG 2 为此引入了 配置 Profiles 和参数 等级 Levels 的概念 每种配置定义一套新的算法 而每一个等级指定一套参数范围 如图像大小 帧速率和位速率 MPEG 2 规定的配置规格如表 3 1 4 所示 等级规格如表 3 1 5 所示 表 3 1 4 MPEG 2 的配置 配置配置 Profile Profile 算法算法 Algorithms Algorithms High 高档 支持由空间分辨率可变配置 Spatial Scalable Profile 提供的所有 功能和其他规定功能 子采样各种 YUV 4 2 2 用于进一步提高图像质量 Spatial scalable 空间分辨率可变 支持信噪比可变配置 SNR Scalable Profile 提供的所有功能和空间 分辨率可变 Spatial scalable coding 算法 2 层 子采样格式 YUV 4 2 0 SNR scalable 信噪比可变 支持基本配置 Main Profile 提供的所有功能和信噪比可变编码 SNR scalable coding 算法 2 层 子采样格式 YUV 4 2 0 Main 基本 非可变速率编码算法支持随机存取 B 图像预测方式 子采样格式 YUV 4 2 0 Simple 简化 除不支持基本配置 Main Profile 提供的 B 图像预测功能外 基本配 置的其他所有功能都支持 子采样格式 YUV 4 2 0 表 3 1 5 MPEG 2 的等级 20 等级等级 Level Level 参数参数 Parameters Parameters 说明说明 1920 samples line 1920 样本 行 1152 lines frame 1152 行 帧 60 frames s 60 帧 秒 HIGH 高级 80 Mb s 80 兆比特 秒 1440 samples line 1440 样本 行 1152 lines frame 1152 行 帧 60 frames s 60 帧 秒 HIGH 1440 高级 1440 60 Mb s 60 兆比特 秒 720 samples line 720 样本 行 576 lines frame 576 行 帧 30 frames s 30 帧 秒 MAIN 基本级 15 Mb s 15 兆比特 秒 352 samples line 352 样本 行 288 lines frame 288 行 帧 30 frames s 30 帧 秒 LOW 低级 4 Mb s 4 兆比特 秒 由配置 profile 和参数等级 level 组合起来的 MPEG 2 所支持的各种 电视规格如表 3 1 6 所示 前者定义质量的可变性 scalability 和彩色空 间分辨率的句法子集 后者定义图像分辨率和每种配置的最大位速率的参 数集 例如 当前使用得最普遍的描述符是 MP ML Main Profile Main Level 可译成 基本配置 基本级电视 或者 基本句法子集 基本参数 级 它指的是具有这种特性的电视 帧速率为 30 帧 秒 分辨率为 720 576 30 子采样格式为 4 2 0 位速率达 15 Mb s MPEG 2 标准期待 大多数 MPEG 2 设备都能够支持这种电视 又如 MP HL Main Profile High Level 描述符指的是帧速率为 30 帧 秒 分辨率为 1920 1152 60 子采样格式为 4 2 0 位速率达 80 Mb s 的 HDTV 制电视 表 3 1 6 MPEG 2 配置等级和参数级 LevelLevel ProfiProfi lele 等级 配置等级 配置 SimpleSimple 简化型简化型 MainMain 基本型基本型 SRNSRN ScalabilityScalability 信噪比信噪比 可变型可变型 SpatialSpatial ScalabilityScalability 空间分辨率空间分辨率 可变型可变型 HighHigh 高档型高档型 HighHigh 高级高级 4 2 0 1920 1152 6 0 80 Mb s I P B 4 2 0 4 2 2 1920 1152 60 80 Mb s I P B High 1440High 1440 4 2 0 4 2 04 2 0 4 2 2 21 高级高级 1440 1440 1440 1152 6 0 60 Mb s I P B 1440 1152 6 0 60 Mb s I P B 1440 1152 60 60 Mb s I P B MainMain 基本级基本级 4 2 0 720 576 30 15 Mb s I P 4 2 0 720 576 30 15 Mb s I P B 4 2 0 720 576 30 15 Mb s I P B 4 2 0 720 576 30 20 Mb s I P B LowLow 低级低级 4 2 0 352 288 30 4 Mb s I P B 4 2 0 352 288 30 4 Mb s I P B 实验一实验一 数字视频技术数字视频技术基础基础 一 实验目的一 实验目的 1 识别常用视频元器件的外形标志及符号 2 掌握常用视频元器件的筛选检测方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 仪器设备 MF47 型万用表 示波器 电视信号发生器等 2 器件 电阻 电容 电感 晶体二极管 三极管 可控硅 场效应管 石英晶体 陶瓷滤波器 声表面波滤波器 梳状滤波器 亮度延时线 中周 偏转线圈 行输出变压器 显像 管 高频头等 三 实验原理 略 三 实验原理 略 四 实验内容四 实验内容 1 电阻的检测 1 色环电阻的识别 检测 普通电阻有 1 16W 1 8W 1 4W 1 2W 1W 2W 等不同功率 其阻值及精确 度一般用色环标志 四道色环的电阻属普通电阻 五道色环的电阻属精密电阻 要求要求 能根据色环 读出电阻值 并用万用表验证 2 消磁热敏电阻的识别 检测 消磁热敏电阻用在彩电显像管的消磁回路 常温下 消磁电阻阻值较小 一般为 十几至几十欧姆 当其温度上升时 电阻值急剧增大 可达几百千欧 要求要求 识别消磁电阻 用万用表大致判断消磁电阻的好坏 3 水泥电阻的识别 检测 电视中常常选用大功率的水泥电阻在电路中起限流作用 22 要求要求 识别水泥电阻 用万用表判断其好坏 4 电位器的识别 检测 要求要求 识别各种常见电位器 小可调电位器 判断电位器的好坏 2 电容的检测 要求要求 1 识别各种常见电容器 电解 瓷片 云母 涤纶 钽电容等 读出其电 容值 2 用万用表粗略判断其是否击穿 开路 漏电及大致的容量 一般 0 01 F 以上 3 电感 中周的检测 电视机的电感元件很多 其常见故障一般只是断路 很容易用万用表检测出来 要求要求 识别常见电感 中周等元件 判断其好坏 4 陶瓷滤波器 石英晶体 声表面波滤波器 梳状滤波器和亮度延时线的检测 1 陶瓷滤波器 陶瓷滤波器是利用压电效应制成的 在电视机电路中完成陷波 带通滤波的功能 要求要求 识别陶瓷滤波器 用万用表粗略判断其好坏 2 石英晶体的识别 检测 石英晶体是一种电谐振元件 利用石英晶体的压电特性可制成品质因数很高的晶体 振荡器 要求要求 识别石英晶体 用万用表粗略判断其好坏 3 声表面波滤波器 梳状滤波器和亮度延时线的识别 检测 在电视机中 普遍采用了声表面波滤波器来形成较特殊的中放幅频特性曲线 用 万用表的 R 10K 档测量声表面波滤波器的输入端 1 2 脚 输出端 3 4 脚 以及 1 5 脚和 1 3 脚的极间电阻均应为 若测量中发现上述任意两脚之间的电阻很 小 则说明其内部电极已被击穿短路 要求要求 识别声表面波滤波器 梳状滤波器和亮度延时线 用万用表粗测它们的好坏 5 晶体二极管 三极管的检测 要求要求 1 识别电视中常用二极管 整流 开关 稳压 发光 变容二极管等 三极管 2 用万用表判断二极管的正 负极 检测其正反向电阻 并判定其好坏 3 用万用表判断三极管的引脚 估测其电流放大倍数 并判定其好坏 6 单向可控硅的检测 单向可控硅一般在彩色电视机电路中作过压 过流保护之用 要求要求 识别单向可控硅 用万用表粗测其好坏 7 行输出变压器的检测 行输出变压器俗称高压包 行输出变压器的种类很多 不同的型号 其绕组的绕制 数据略有差异 但主要绕组的电阻检测值差别并不大 要求要求 识别行输出变压器 用万用表检测各绕组的电阻值 23 8 偏转线圈的检测 偏转线圈分行偏转线圈和场偏转线圈两种 它们绕在同一磁环上 用万用表一般可 以区分出行 场偏转线圈 通常行偏转线圈的电阻值小于场偏转线圈 要求 识别行 场偏转线圈 用万用表判别行 场偏转线圈绕组 并分别检测其绕组 阻值 检测行 场偏转线圈绕组的电感量 9 集成块的检测 要求要求 1 观察常用的电视机集成芯片 记录其引脚数 2 观察常用的电视机厚膜元件 熟悉其结构特点 10 显像管的检测 要求要求 1 观察黑白显像管的外形结构 注意其管颈尾部引脚的排列 并观察高压嘴 的特征 2 测量显像管灯丝电阻 11 高频头的观察 检测 12 阳极高压的观察 检测 要求 要求 用高压测试棒测高压包的阳极高压 调节行频线圈 6L1 观察阳极高压的变 化情况 注意安全 用专用的高压测试棒配合 MF47 万用表 13 观察彩色全电视信号 要求 要求 用双踪示波器观察几种彩条的彩色全电视信号 五 实验数据处理五 实验数据处理 整理并记录检测中的有关数据 图形 数字 填入自己设计的表格中 六 实验思考题六 实验思考题 1 如何识别行 场偏转线圈 2 简述利用高压测试棒测量阳极高压的原理 24 实验二实验二 数字电视视频源的参数调整数字电视视频源的参数调整 一 实验目的一 实验目的 调整图像的亮度 对比度 色饱和度 色调等参数 观察图像的变化 二 实验仪器二 实验仪器 1 JH8000DTV 数字电视实验系统装置 一台 2 配置计算机 一台 三 实验步骤三 实验步骤 1 将计算机的串口 1 通过串口连接线与编码模块的串行接口相连 2 开启 JH8000DTV 数字电视实验系统装置总电源 3 开启信号源 DVD 以及监视器的电源 4 同时开启编解码模块的电源 即电源 2 电源 3 见图 2 1 注意 注意 此时电源此时电源 1 1 必须处于关闭状态必须处于关闭状态 JH8000DTV 数字电视实验装置 数字电视 监视器 视音频 AD DA 模块 实验板 MPEG 编码 模块 实验板 MPEG 解码 模块 实验板 DVD 信号源 图 2 1 5 打开计算机并启动系统实验软件 双击桌面上的 Encode 图标启动软件 经过一个 Flash 界面后便进入欢 迎界面 软件启动完成 1 选做实验 电源 2电源 3 电源 1 25 点击 进入 按钮进入主实验界面 图 2 2 图 2 2 选择 视频源的参数设置 实验项目 然后单击 进入 或者双击 视频源的参数设置 实验项目 进入具体实验面板 图 2 3 图 2 3 2 分别改变基本设置的亮度 对比度 色饱和度 色调各参数值 观察 监视器图像的变化 3 选择 高级设置 按钮 分别改变高级的设置的相关参数 输入信号 电视制式 场信号模式 场信号标识以及行有效像素值 观察监视器图像 的变化 4 选择视频源为 摄象机 可以将摄象机对准标准电视测试卡或对准 26 层次丰富的图象 重复上述 2 3 步骤 四 实验要求四 实验要求 记录不同参数值时图像的变化 填入下表 并分析现象 1 基本设置基本设置 静态观测效果更明显 DVD 按下暂停键 可设置 参数 参数范围现象 监视器或示波器 现象解析 亮度0 255 色度0 255 色调0 255 对比度0 255 2 高级设置高级设置 可设置参数参数范围 现象 监视器或示波器 现象解析 输入信号Composite S video 电视制式PAL NTSC 场信号模式场高 低 无电平 场信号标识行00 02 04 每行有效像素360 720 27 实验三实验三 节目码流和传输码流实验节目码流和传输码流实验 一 实验目的一 实验目的 1 了解 MPEG 2 系统层编码基本作用 2 熟悉节目码流和传输码流的基本作用和二者的区别 二 实验仪器二 实验仪器 1 JH8000DTV 数字电视实验系统装置 一台 2 配置计算机 一台 三 实验步骤三 实验步骤 实验前首先检查确认 JH8000 数字电视实验系统连接正确 控制计算机 与 JH8000 数字电视实验系统连接正确 注 实验开始之前必须正确安装控制软件 确保计算机串口和实验装 置之间用串口线连接 串口线接 MPEG1 2 编码模块实验板 接通实验系统总电源 然后分别打开编码器电源开关和解码器电源开 关 可观察到系统总电源指示灯 编码器电源指示灯和解码器电源指示灯 点亮 接下来打开电视监视器和 DVD 播放机电源开关 选择播放 DVD 产生 实验用视音频信号 在监视器上观察播放的电视画面 并收