数字电视基础

数字电视基础,概述,数字电视技术的发展阶段：20世纪80年代以前80年代到90年代90年代以后数字电视：是将模拟电视信号经取样、量化和编码后转换成用二进制数表示的数字信号，然后进行各种处理，如编码、调制、传输、存储等。采用数字技术不仅可以使各种电视设备获得比模拟设备更高的性能，且可以实现模拟技术不能实现的新功能。,数字电视技术的优势,在复制或传输等处理过程中，噪声不会累积。数字信号稳定可靠，易于实现存储、计算机处理、网络传输等功能，数字信号容易实现加解密等技术。可充分利用信道容量。压缩后的数字信号经调制后可进行开路广播，在设计的服务区内观众能实现无差错接收。可合理利用各种类型的频谱资源。,标清和高清,数字电视包括标准清晰度电视（SDTV）和高清晰度电视（HDTV）。标准清晰度数字电视信号是指对传统的模拟电视信号进行数字化后得到的信号。标准清晰度数字电视系统具有和模拟电视系统相同或相似的扫描格式和参数。高清晰度数字电视系统是新一代电视系统，其性能和指标都远远超过标准清晰度电视，扫描格式及参数也完全不同于传统的模拟电视系统。,数字电视信号的产生,将模拟信号变成数字信号要经过模数转换过程。模数转换包括三个过程，即取样、量化及编码。所得到的信号即为PCM（数字编码调制）信号。取样的目的是将时间上连续的模拟信号变成时间上离散的信号。量化是将幅度上连续的取样值变成幅度上离散的取样值。编码的作用是将离散化的取样值编成二进制数码。,数字电视信号的产生,电视信号的数字化同样要经过这三个过程。根据电视信号的特点，其数字化的方式有两种：复合编码方式和分量编码方式。复合编码方式：将彩色电视信号作为一个整体进行取样、量化及编码。分量编码方式：对亮度信号和两个色差信号分别进行取样、量化及编码。,复合编码方式：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。为了便于行、场、帧间的信号处理，电视信号的取样一般都采用固定正交结构。结构的特点是每一行的样点正好处在前一场和前一行样点的正下方，且与前一帧的样点重合。只要将取样频率选择为行频的整数倍，就可保证每一行的取样点数为整数，实现固定正交取样结构。,复合编码方式：取样,取样频率的选择取样定理的要求，大于或等于信号最高频率的两倍，电视信号的上限频率为6MHz，取样频率为13.2MHz以上。取样频率为色副载波的整数倍，以避免取样信号和色副载波的高次谐波差拍干扰。要实现固定正交取样结构，取样频率必须为行频的整数倍。综合考虑各因素后：fS=4fSC=17.72MHz,复合编码方式：量化,量化过程是将取样后的信号幅值归并到有限个幅度等级上，并用一个相应的数据来表示。量化误差：为使量化后信号具有足够的信噪比，应尽量减少量化误差。如果要保证量化后信噪比大于50dB，量化级数至少应为256级，量化比特数为8。有些应用场合，量化比特数为10或更高，可得到量化信噪比更高的信号。,复合编码方式：编码和数码率,编码过程是将量化后的取样值用一组二进制码表示。数码率是系统在单位时间内传送的数据量。在实时传输情况下，数码率等于取样频率与量化比特数的乘积。单位通常为Mbps。采用8bit量化时，数码率为17.72(MHz)X8(bit)=141.76(MHz)采用10bit量化时，数码率为17.72(MHz)X10(bit)=177.2(MHz),分量编码方式:取样,分量编码方式是将亮度信号和色差信号分别进行取样、量化和编码。为了国际间节目交换，取样频率应能同时兼容625/50和525/60两种扫描系统。根据取样定理，亮度信号的取样频率应大于13.2MHz。为实现固定正交取样结构，fS应为行频fH的整数倍。为满足兼容要求，取样频率为两种行频的公倍数。综合考虑各因素：亮度信号的取样频率为13.5MHz。,分量编码方式:取样,对于色差信号取样频率为亮度信号取样频率的一半就足够了，即6.75MHz。色差信号的水平分解力是亮度信号的一半。由于亮度信号和色差信号的取样频率间的比例关系为4:2:2，这种分量编码方式称为4:2:2编码方式。4:2:2编码方式主要用于演播室的节目制作。其它编码方式有4:4:4、4:2:0、4:1:1编码方式，它们都采用固定正交取样结构。,分量编码方式:量化及编码,分量编码方式中，三个分量信号的量化级数均为256（或1024）级，即量化比特数为8bit（或10bit）。为防止量化过载，不采用从0到255的全范围量化，而是在上下两端都留出过载保护保护带。,分量编码方式:数码率,在4:2:2编码方式下，8bit量化时亮度信号的数码率为13.5(MHz)X8(bit)=108Mbps两个色差信号的数码率为2X6.75(MHz)X8(bit)=108Mbps总的数码率为：216Mbps在4:2:2编码方式下，8bit量化时总的数码率为：270Mbps,电视伴音信号的编码,伴音与电视体制没有确定的关系。模拟伴音信号的频率为20Hz到15kHz，高质量的伴音为20Hz到20kHz。对15kHz信号，取样频率为32kHz；对20kHz信号，取样频率为48kHz。由于伴音信号的动态范围大且要求信噪比高，通常要求量化信噪比为65dB到85dB，伴音信号的量化比特数可达14bit16bit，甚至20bit24bit。伴音信号也可以采用非线性编码。,数字高清晰度电视,高清晰度电视的发展历史及现状模拟高清晰度电视数字高清晰度电视数字高清晰度电视系统的技术参数参数选择：扫描行数，每行取样点数，画面宽高比，方形像素，伴音，兼容。我国的HDTV基本参数HDTV数码率,数字电视信号的压缩,数字电视信号压缩的必要性,数码率很高，无法在一般的通道中传输。数据量大，无法在存储普通的存储设备上存储。,数字电视信号压缩的可能性,时间和空间相关冗余视觉冗余熵冗余,压缩编码方式,按无损和有损压缩编码进行分类无损压缩编码有损压缩编码按帧内和帧间压缩编码进行分类帧内压缩编码帧间压缩编码,压缩编码方式,按压缩编码原理进行分类预测编码变换编码熵编码,预测编码,预测编码的基本原理帧内预测编码帧间预测编码,变换编码,变换编码的基本原理离散余弦变换,视频编码标准,JPEGH.261MPEG1MPEG2MPEG4MPEG4MPEG21,数字电视信号的误码控制,误码控制的必要性误码控制的基本原理误码控制