数字电视基础概述

第8章数字电视基础主要内容28.1概述8.2数字电视信号的产生8.3数字高清晰度电视8.4数字电视信号的压缩8.5数字电视信号的误码控制

模拟电视的缺点、数字电视的优点数字电视系统的分类复合编码、分量编码分量编码四种方式、亮度和色差信号的取样频率分别是多少？（SD/HD）我国HDTV标准的主要参数标清和高清信号的数据率（码率）的计算38.1概述数字电视DTV的概念、发展、分类、优势模拟电视的缺陷5亮度分解力不足，清晰度低，分辨率差。色度分解力不足，色彩无细节，欠柔和。频谱间置造成亮度和色度间串扰。隔行扫描引起并行、蠕动、闪烁等现象。三大制式互不兼容。频带利用率低，逆程不能传送有用信息。模拟电视缺陷的原因6采用复合信号传输。采用窄带传送色度信号。频带利用率受滤波器性能限制。采用隔行扫描。选用的行、场频率低。数字电视DTV7数字电视：将模拟电视信号数字化，然后进行各种处理（如编码、调制、传输、存储等）的电视系统。三个阶段：第一阶段：单独的局部设备数字化；第二阶段：数字整机电视设备，如数字录像机、数字信号处理摄像机等；第三阶段：数字电视技术从单个设备向整个系统发展，开始进行数字电视或数字高清晰度电视系统的播出。

数字电视是一个系统概念

在全数字环境中完成电视节目生产和流通的全过程。8

数字素材采集

数字节目制作

数字节目播出

数字信号传输

数字电视广播

数字节目发行

数字存储检索数字电视广播系统框图

9数字电视系统的分类（P202）

10（1）按信号传输方式分类：地面无线传输数字电视（地面数字电视）卫星传输数字电视（卫星数字电视）有线传输数字电视（有线数字电视）（2）按业务和质量分类：低清晰度电视LDTV（图像水平清晰度大于250线）标准清晰度电视SDTV（图像水平清晰度大于500线）高清晰度电视HDTV（图像水平清晰度大于800线）超高清4K电视四种电电视的的视觉觉效果果11LDTV：对应于于现有有VCD的图像像分辨辨率。。SDTV：图像质质量相相当于于演播播室水水平，，显示示图像像分辨辨率为为727×576(PAL制)或720×480(NTSC制)，这是是一种种普及及型数数字电电视，，成本本较低低，具具备数数字电电视的的各种种优点点；HDTV：图像质质量可可达到到或接接近35mm宽银幕幕电影影的水水平，，显示示图像像分辨辨率达达1920××1080，幅型型比为为16：9，适合合大屏屏幕观观看；；4K电视：：标准显显示为为3840××2160,是全高高清(1920*1080)的4倍；高高清(1280*720)的9倍。在在此分分辨率率下，，观众众将可可以看看清画画面中中的每每一个个细节节，每每一个个特写写。SDTV和HDTV12三代电电视：第一一代电电视-黑白电电视，，第二二代电电视-彩色电电视，，第三三代电电视-高清晰晰度电电视（（HDTV）。1、SDTV：指对对传统统的模模拟电电视信信号进进行数数字化化后得得到的的信号号。标标准清清晰度度数字字电视视系统统具有有和模模拟电电视系系统相相同或或相似似的扫扫描格格式和和参数数；2、HDTV：新一一代的的电视视系统统，其其性能能和指指标都都远远远超过过了标标准清清晰度度电视视，扫扫描格格式及及参数数也完完全不不同于于传统统的模模拟电电视系系统。。数字电视的的优点（P202）131、抗干扰能能力强，在在复制或传传输等处理理过程中，，噪声不会会累积。2、数字信号号稳定可靠靠，易于实实现存储、、计算机处处理、网络络传输等功功能。3、可充分利利用信道容容量，频谱谱资源利用用率高。4、收到的电电视图像和和声音质量量接近演播播室质量。。5、便于加密密处理6、节省发送送功率，覆覆盖范围广广7、便于构成成综合数字字网和综合合业务数字字网8.2数字电视信信号的产生生数字化方式式1、复合编码码方式：将彩色电视视信号作为为一个整体体进行取样样、量化和和编码，得得到一个数数字复合电电视信号；；15模拟全信号号A/D数字信号处处理D/A模拟全信号号YB-YR-YY数字化方式式2、分量编码码方式：对亮度信号号和两个色色差信号分分别进行取样、、量化和编编码，得到到三个数字字分量电视视信号。16模拟全信号号A/D数字信号处处理D/A模拟全信号号数字亮色分分离数字字信信号号编编码码B-YR-Y复合合编编码码和和分分量量编编码码比比较较171、““复复合合编编码码””与与电电视视制制式式有有关关“分分量量编编码码””与与电电视视制制式式无无关关2、在在节节目目后后期期制制作作中中：：“复复合合””需需解解码码“分分量量””无无需需解解码码3、传传输输时时：：“复复合合””由由于于频频分分复复用用，，产产生生亮亮，，色色串串扰扰“分分量量””采采用用时时分分复复用用，，无无亮亮，，色色串串扰扰目前前，，基基本本都都采采用用分分量量编编码码方方式式。。分量量编编码码方方式式---取样样18取样样结结构构：指指取取样样点点在在画画面面上上相相对对于于空空间间和和时时间间的的分分布布规规律律。。固定定正正交交取取样样结结构构：每每一一行行的的样样点点正正好好处处于于前前一一场场和和前前一一行行样样点点的的正正下下方方，，而而且且与与前前一一帧帧的的样样点点重重合合。。样点点位位置置在在垂垂直直方方向向上上逐逐行行、、逐逐场场对对齐齐，，排排成成一一列列列列直直线线的的取取样样结结构构。。1、取取样样19分量量编编码码取取样样频频率率需需要要满满足足4个要要求求：取样样定定理理：当亮亮度度信信号号的的上上限限频频率率为为fm＝6MHz时，，取取样样频频率率要要求求≥≥2fm＝12MHz；实现现固固定定正正交交取取样样结结构构：fs=n×fH（行频频的的整整数数倍倍））；；同时兼容两种种扫描系统（625行/50场和525行/60场）：fs=m×2.25MHz（2.25MHz的整数数倍））；节省码码率：fs尽量靠靠近2fm。综合考考虑后后，分分量编编码中中亮度信信号的取样样频率率选取取为13.5MHz。1、取样样20对于625行/50场系统统，亮亮度信信号每每行的的取样样点数数为：：对于色色差信信号，，考虑虑到人人眼视视觉特特性，，对两两个色色差信信号的的采样样频率率可以以小于于亮度度信号号，一一般选选取为为亮度度信号号取样样频率率的一一般就就足够够。两个色色差信信号选选取不不同的的采样样频率率，会会构成成不同同的分分量编编码结结构，，即不不同的的分量量编码码方式式。分量编编码的的取样样结构构21图像采采样中中，对对色差差信号号使用用的采采样频频率比比对亮亮度信信号使使用的的采样样频率率低。。分量编编码四四种方方式221、4:4:4编码方方式：亮度信信号和两个色色差信信号（或R、G、B信号））的取取样频频率=13.5MHz，且取取样结结构完完全相相同。。这种种方式式下，，三个个信号号具有有相同同的水水平和和垂直直分解解力。。一般般用在在对R、G、B信号进进行数数字化化的场场合。。2、4:2:2编码方方式：亮度信信号取样频频率=13.5MHz，色差信信号取样频频率=6.75MHz。色差差信号号的水水平分分解力力是亮亮度信信号的的一半半。广广泛应应用于于演播室节目制作和和传输中。。分量编码四四种方式233、4:1:1编码方式：亮度信号取样频率=13.5MHz，色差信号取样频率=3.375MHz，色差信号号在垂直方方向上的分分解力与亮亮度信号相相同，在水水平方向上上的分解力力是亮度信信号的1/4。4、4:2:0编码方式：与4：2：2方式相同，，亮度信号号取样频率率=13.5MHz，色差信号号取样频率率=6.75MHz），但两个色差信信号每两行行取一行，在水平和和垂直方向向上的分解解力均为亮亮度信号的的一半。由由于该格式式的码率较较低，在数字电视广广播的信源源编码中，通常采采用这种格格式。SDTV分量编码方方式的基本本参数242、量化25量化过程：把取样后后的信号幅幅值归并到到有限个幅幅度等级上上，并用一一个相应的的数据来表表示。量化误差：归并过程程使得量化化后的信号号幅度与取取样信号实实际幅度之之间的偏差差。量化误误差的存在在产生杂波波干扰（量化杂波或量化噪声）。量化信噪比比：SNR[dB]=10.76+6.02n[dB]，如果要保保证实际图图像的量化化信噪比大大于50dB，则量化级级数至少应应为256级，即量化化比特数为为8比特。量化前的归归一化处理理26亮度方程：：Y=0.299R+0.587G+0.114B红色差方程程：蓝色差方程程：B-Y=-0.299R-0.587G+0.866B规定：（1）亮度信号动动态范围：：1~0之间，（2）色差信号号动态范围围：0.5之间引入压缩系系数：（1）KR=0.5/0.701=0.713，KB=0.5/0.866=0.564归一化色差差信号：CR=0.713（R-Y）CB=0.564（B-Y）=-0.169R-0.331G+0.5B过载保护护带27电视信号号8比特量化化时，为为防止量量化过载载，不采取从从0到255级的全范范围量化化，而是是在上下下两端都都留出了了过载保保护带。亮度信号号：信号的动动态范围围限制在在16～235量化级之之间黑电平对应第16级，白电平对应第235级，0～15级和236～255级为过载载保护带带。色差信号号：正峰240级，负峰峰16级，下端留留出0～15级，上端端留出241级～255级，用于于防止量量化过载载。亮度信号号码电平平分配28色差信号号码电平平分配293、编码30编码过程程：将量化化后的取取样值用用一组二二进制码码表示。。例如，设设量化级级数为256级（0～255级），即即8比特量化化，若用用自然二二进制码码方式进进行编码码，则对对应这256个量化值值，就可可用00000000～11111111这一组二二进制码码表示。。经过取样样、量化化和编码码之后，，原模拟拟电视信信号就变变成了由由一系列列“0”、“1”组成的数数据流。。数码率（（P207）31数码率：在单位位时间内内传送的的数据量量。在实时传传输情况况下，数码率计计算公式式数码率=取样频率率×量化比特特数数码率的的单位通通常为Mbps，即兆比比特/秒。数码率在4:2:2编码方式式下，采采用8bit量化，则则亮度信信号的码码率为：：13.5MHz×8bit=108Mbps两个色差差信号的的码率为为：2×6.75MHz××8bit=108Mbps则总码率率为：108+108=216Mbps同理，可可计算不不同采样样格式，，不同量量化比特特下的数数码率。。32演播室数字编编码的主要参参数（4:2:2格式）338.3数字高清晰度度电视高清晰度电视视HDTV（P209）（HighDefinitionTelevision）35高清晰度电视视HDTV：指在数字电电视系统内的的一种电视业业务。ITU-R给高清晰度电电视下的定义义：“高清晰度电视视应是一个透透明系统，一一个正常视力力的观众在距距该系统显示示屏高度的三三倍距离上所所看到的图像像质量应具有有观看原始景景物或表演时时所得到的印印象”。最主要的特点点：高清晰度度，即水平分分解力和垂直直分解力都比比较高。HDTV参数选择361、扫描行数：每帧图像行行数≥1000行。2、每行取样点数数：≥1800。3、画面宽高比：=16:9。4、方形像素：像素在水平平和垂直方向向上的大小是是相同的。5、伴音：高质量的立立体声伴音，，因此至少须须有4路数字化的伴伴音通道。6、兼容：能比较方便便地实现和SDTV信号格式之间间的相互转换换。方形像素37方形像素：像素在水平和和垂直方向上上的大小是相相同的像素。。电视系统采用用方形像素好好处：（1）画面水平方方向和垂直方方向上所能容容纳的像素数数量之比就与与画面的宽高高比相同。（2）便于实现与与计算机系统统的互操作性性，便于进行行图形图像的的各种变换。。ITU-RBT.709建议书中规定定在16：9的画面宽高比比情况下，每每帧有效行数数为1080，每行有效样样点数为1920。我国HDTV标准的主要参参数（表8-2）参数数值参数数值隔行比2:1（隔行）像素形状方形行频28125Hz每帧总行数1125帧频25Hz每帧有效行数1080宽高比16:9每行有效点数Y1920R-YB-Y960取样频率Y74.25MHzR-YB-Y37.125MHz38HDTV系统的数码率率4:2:2分量编码方式式39当采用当采采用8比特量化时时:亮度信号的的数码率为为：74.25(MHz)×8(bit)＝594Mbps两个色差信信号的数码码率为:2×37.125(MHz)×8(bit)＝594Mbps总的数码率率＝1188Mbps10比特量化时时:亮度度信信号号的的数数码码率率为为：：74.25(MHz)××10(bit)＝742.5Mbps两个个色色差差信信号号的的数数码码率率为为:2××37.125(MHz)××10(bit)＝742.5Mbps总的的数数码码率率＝＝1485Mbps可见见，，高高清清的的码码率率相相当当高高。。数字字电电视视系系统统的的分分解解力力401、SDTV系统统的的分分解解力力SDTV与传传统统的的模模拟拟电电视视在在有有效效扫扫描描行行数数上上基基本本一一致致，，所所以以两两者者的的垂直直分分解解力力基基本本相相同同。在625行/50场的的数数字字SDTV系统统中中，，采采样样率率13.5MHz，每每行行有有效效采采样样点点数数720，宽宽高高比比4:3，根根据据公公式式可可计计算算出出系系统统在在1MHz带宽宽时时的的水水平平分分解解力力为为80TVL/PH。数字电电视系系统的的分解解力411、SDTV系统的的分解解力数字电电视系系统的的带宽宽取决决于取取样频频率，，当取取样频频率为为13.5MHz时，最最高频频率可可为为6.75MHz。则水平平分解解力为为6.75××80=540TVL/PHSDTV系统中中虽然然每行有有效取取样点点数是是720，但这这并不不等于于系统统的水水平分分解力力可达达到每每个画画面高高度内内有720条电视视线。。2、HDTV系统的的分解解力42HDTV系统理理想的的垂直直分解解力为为1080TVL/PH，实际的的垂直直分解解力为为0.7×1080＝756TVL/PH。1MHz带宽提提供的的水平分分解力力为29TVL/PH。当系统统带宽宽为取取样频频率的的二分分之一一，即即37.125MHz时，HDTV系统可可获得得最大大的水水平分分解力力1080TVL/PH，正好好是SDTV系统的的两倍倍。8.4数字电电视信信号的的压缩缩（信信源编编码））数字电电视的的信源源编码码1、数字字电视视信号号压缩缩的必必要性性信源编编码的的主要要目的的是对对数字字信号号进行行压缩缩。虽然电电视信信号数数字化化有很很多优优点，，但是是数码率率很高。。如，，4:2:2,8bit的SDTV的码率率可达达216Mbps。如不不进行行压缩缩，这这样的的信号号无法法在一一般的的通道道进行行传输输，更更不能能在现现有的的6MHz的带宽宽中传输。此外，，数字字信号号的数据量量大，就需需要需需要较较大的的存储储容量量，若若不进进行压压缩，，则无无法在在普通通的存存储设设备上上进行行电视视信号号的存储。综上，，要实实行电电视信信号的的有效效存储储和传传输，，就需需要采采取降降低其其数据据量和和数码码率，，也就就是进进行信信源编编码44数字电电视的的信源源编码码2、数字字电视视信号号压缩缩的可可能性性电视信信号压压缩过过程实实际上上就是是去除除视频频图像像中那那些与与信息息无关关的或或者影影响不不大的的部分分，即即冗余部部分。根据电视信信号的的特点点及人人眼视视觉听听觉特特性，图像像信号号和声声音信信号存存在很很多冗冗余信信息，，这就就为电电视信信号的的压缩缩提供供了可可能性性。45数字电电视的的信源源编码码2、数字电电视信号号压缩的的可能性性图像信号号的时间间和空间间相关冗冗余声音信号号的时域域和频率率相关冗冗余视觉冗余余听觉冗余余熵冗余等等46数字电视视的信源源编码3、压缩编编码方式式按照是否否有压缩缩损伤分分：无损压压缩编码码和有损压缩缩编码；按压缩原原理分：预测编编码、变变换编码码、熵编编码等；；按预测方方式分：帧内压压缩编码码和帧间间压缩编编码；47数字电视视的信源源编码4、压缩编编码标准准图像：JEPG视频：MPEG（MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4）ITU-T（H.261、H.263、H.264/AVC）我国：AVS（数字音音视频编编码标准准）音频：MPEG-1、MPEG-2、AAC、杜比AC-3488.5数字电视视信号的的误码控控制（信信道编码码）数字电视视信号的的信道编编码信道编码码的必要要性数字电视视信号信信源编码码后大大大节省了了传输带带宽，提提高了频频带利用用率，使使传输成成为可能能。但是，由由于信道道特性的的不理想想以及内内外杂波波的影响响等原因因，使接接收到的的数字信信号会产产生误码，从而造造成信号号失真；；经过高倍倍压缩之之后的码码流，对传输干扰变变得敏感，会造成图像像的大块失真真，甚至无法法正确解码。。综上所述，要要实现数字电电视信号的可可靠传输，就就要采取一定定措施对误码码进行控制——信道编码。50谢谢1月-2301:07:4301:0701:071月-231月-2301:0701:0701:07:431月-231月-2301:07:432023/1/61:07:439、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。1月月-231月月-23Friday,January6,202310、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。01:07:4401:07:4401:071/6/20231:07:44AM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。1月月-2301:07:4401:07Jan-2306-Jan-2312、故人江海别别，几度隔山山川。。01:07:4401:07:4401:07Friday,January6,202313、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。1月-231月-2301:07:4401:07:44January6,202314、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。06一一月20231:07:44上午午01:07:441月-2315、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。一月231:07上上午午1月-2301:07January6,202316、行动出出成果，，工作出出财富。。。2023/1/61:07:4401:07:4406January202317、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。1:07:44上午1:07上上午01:07:441月-239、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。1月-231月-23Friday,January6,202310、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。01:07:4401:07:4401:071/6/20231:07:44AM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。1月-2301:07:4401:07Jan-2306-Jan-2312、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。01:07:4401:07:4401:07Friday,January6,202313、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。1月-231月-2301:07:4401:07:44