第二章-视频与音频信号的数字化课件

1、取样的概念和过程 取样:也称抽样或采样。

将随时间连续变化的模拟信号变成在时间上离散的一系列脉冲信号的过程。一、取样2、取样定理对于带宽为fm的信号f(t)，如果其抽样频率至少是2fm即fs≥2fm。（fs是原信号最高频率fm的2倍）。这时利用截止频率为fm的理想低通滤波器就可以从抽样信号中完全的恢复出原信号。

fs≥2fm3、频谱混叠和限带滤波

当fs＜2fm时，上下边带的边界处频谱重叠在一起，使信号分离不出来而产生干扰失真，叫混叠干扰。限带：使fm信号的最高频率＜1/2·fs。通常取fs＝（2.2～2.7）fm。二、量化量化的概念量化：把在时间上离散化的信号在幅度上也离散化。

①量化级与量化级差量化级B——量化也称分层。把离散后的幅度分成若干层。量化级差ΔA－－两个相邻量化级的间隔叫量化级差。

ΔA＝A/B-1

量化级数B与量化比特数n的关系：②量化误差δ：量化后的值与原信号幅值的误差。

δ＝量化值－原幅值

量化一定会产生误差③量化信噪比（均匀量化）

Sm――有用信号功率。单位（mw）

Ng――噪声功率。单位（mw）。⑴对双极性信号（声音信号、色度信号）

SMAX――信号最大功率。Ng――噪声功率的均方根值。

⑵对单极性信号（Y信号）

S――图像信号的峰峰值功率Ng――噪声功率的均方根值。

④均匀量化和非均匀量化

均匀量化――每一个量化级的间隔保持不变。非均匀量化――每一个量化级的间隔按一定的规律变化。

三、编码

编码的概念

将量化后的信号转换成数字符号这一过程叫编码。

2.4音频信号的数字化技术介绍1、声音信号声以波的形式传播,我们把它叫做声波。声波借助各种媒介向四面八方传播。这是声波的震荡波形。声音信号的基本参数有两个：频率和幅度。人对声音的感觉有一定的频率范围，20Hz~20KHz。物体振动频率＜20Hz或＞20KHz人耳就听不到了，高于20KHz的频率就叫做超声波，而低于20Hz的频率就叫做次声波或次音、亚音。20Hz~20KHz的声波----称为音频信号；300Hz~3400Hz的声波----称为语（话）音信号。声音信号的数字化取样频率：考虑：

①满足取样定理fs≥2fm

考虑到F的滤波特性fs=2.1fm~2.5fm

②根据使用场合，选择伴音的最高频率fm:演播室：图像伴音要求高，伴音取fm=20KHz。

fs=2.25×2×7÷715=44.0559KHz(标称44.1KHz)

fs=2.25×2÷375×4=48KHz=13.5÷3÷375×4=48KHz在PCM传输网络中:伴音取fm=15KHz

fs=32KHz声音的量化比特数的选取取n为16bit。数码率R(信息传输速率)R=fs×n×声道数（bit/s）

R=（fs×n×声道数）/8（Byte）

fs=32KHz,n=16bit则R=32×16＝512Kb/s；fs=44.1KHz,n=16bit则R=44.1×16=705.6Kb/s；fs=48KHz,n=16bit则R=48×16＝768Kb/s。如为双声道（立体声）则数码率分别为：R=32×16×2=1024Kb/s、R=44.1×16×2=1411.2Kb/s、R=48×16×2=1536Kb/s。2.5视频信号的数字化一、PAL制电视的扫描格式：隔行扫描行周期：TH=64μs；行频：fH=15625Hz场周期：TV=20ms；场频：fV=50Hz帧周期：TZ=40ms；帧频：fZ=25Hz；每帧总行数：Z＝625行（正程575行，逆程50行）；每场行数：312.5行（正程287.5行，逆程25行）。信号带宽：视频信号：6MHz（Y、R、G、B）色差信号：1.5MHz（R-Y、B-Y压缩）像素：组成图像的最小基本单元。像素颗粒越小，单位面积上的像素数越多，图像就越清晰、越逼真。●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●二、PCM编码参数的选取（视频信号）复合编码：对全电视信号直接进行取样、量化、编码（PCM编码）称复合编码。分量编码：对R、G、B三基色或Y、R-Y、B-Y分量信号进行PCM编码称分量编码。编码参数主要有：抽样频率、量化比特数、数码率

1、抽样频率的选取原则①满足抽样定理：fs≥2fm②样点结构(也称取样结构)：最好选用固定式正交式结构fs=mfH

③制式的统一

2、分量编码fs的选取我们选Y、R-Y、B-Y分量信号进行编码。⑴Y信号①

根据取样定理，fs≥12MHz,②

样点的正交结构:fs=mfH

③制式的统一:625／50和525／60两种，它们的行频分别为15625Hz和15734.264Hz。（15625Hz×144=

15734.264Hz×143=2.25MHz）。

取fs＝6×2.25=13.5MHz。每行样点数：PAL：

13.5×64μs=864(个)

或13.5×106/15625=864NTSC:13.5×106/15734.264=858(个)⑵色差信号取亮度信号抽样频率的一半。

fs=6.75MHz。

两个色差信号都是如此。两个色差信号每行样点数：

PAL：6.75×106/15625=432也是Y信号样点数的一半；

NTSC:6.75×106/15734.264=429。

Y、R-Y、B-Y的fs可以有不同的组合。

13.5MHz6.75MHz6.75MHz—4:2:2标准

13.5

3.375

3.375－－4:1:1标准

13.5

13.5

13.5－－4:4:4标准

6.75

3.375

3.375－－2:1:1标准3、量化比特数的确定量化比特数的选择最终由主观评价来确定。

取n=8bit或10bit。

4、数码率

数码率R＝fs×n

对分量编码：Y信号：

fs=13.5MHz,n=8bit,

则数码率R=13.5×8=108Mb/s；

R-Y、B-Y信号：fs=6.75MHz,n=8bit,

数码率R=6.75×8=54MHz。对4:2:2标准：总数码率R＝108＋54＋54＝216Mb/s。

如果是4:4:4标准：总数码率R=3×13.5×8=324Mb/s。2.6ITU-R601标准和中国HDTV标准介绍一、ITU-R601标准介绍演播室数字分量编码（4:2:2）标准—ITU-R601

主要参数为：P22参数名称625行／50场525行／60场

1．编码信号Y、R-Y、B-Y2．一行取样点数亮度信号（Y）色度信号R-Y、B-Y864432858429

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地奇数个（1、3、5…）样点同位。4．取样频率亮度信号每个色度信号13.5MHz6.75MHz

5．量化方式亮度信号与色度信号均采用每样值8bit均匀量化。6．一个有效行取样点数亮度信号每个色度信号7203607.模拟信号电平与量化等级之间的关系亮度信号每个色度信号共220量化级，黑电平在第16级，白峰在235级；共224量化级，零电平处在0～255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/9.718μs720样点/53.333μs12个样点/0.889μs864个样点/64μs122个样点/9.037μs72个样点/53.333μs16个样点/1.185μs858样点/63.555μs二、中国HDTV标准介绍《高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》GY/T155—2000P23表2-5主要参数编码信号：R、G、B或Y、CR、CB每行有效样点数：

R、G、B或Y：1920CR、CB

：960编码方式：均匀量化，n=8或10bit/样值行频：28125Hz帧频：25Hz场频：50Hz隔行扫描标称信号带宽：

R、G、B或Y：30MHzCR、CB

：15MHz采样频率：

R、G、B或Y：74.25MHzCR、CB

：37.125MHz

格式：1920×1080i/50第一、二章小结数字电视：HDTV的基本参数：数字电视的主要优缺点数字电视系统的基本组成音频信号的数字化取样频率：32KHz、44.1KHz、48KHz量化比特数：n=16bit数码率：R=fs×n×声道数视频信号的数字化复合编码、分量编码抽样频率的选取原则①满足抽样定理②样点结构③制式的统一

分量编码fs

：Y信号：13.5MHzR-Y、B-Y：6.75MHz量化比特数：n=8bit或10bit数码率：R=fs×nITU-R601标准编码信号：Y、R-Y、B-Y取样频率:Y：13.5MHzR-Y、B-Y：6.75MHz有效像素区:Y：720×576R-Y、B-Y：360×288量化方式：均匀量化，n=8或10bit中国HDTV标准介绍编码信号：R、G、B或Y、CR、CB每行有效样点数：

R、G、B或Y：1920CR、CB：960编码方式：均匀量化，n=8或10bit/样值行频：28125Hz帧频：25Hz场频：50Hz隔行扫描标称信号带