《电视原理与数字电视》-31音视频数字化1

4.2音视频信号数字化2模拟信号的数字处理声音通过话筒之后，变成模拟信号模拟信号的波形：2限幅3模拟信号与数字信号比较模拟信号波形混入噪声的信号波形滤波器波形恶化噪声或干扰噪声或干扰数字脉冲信号波形混入噪声的信号波形滤波器波形良好模拟信号受到干扰或混入噪声后，所造成的恶化结果是无法挽回的信号数字化的概述:三步模拟信号的数字化过程主要是取样、量化和编码。取样——将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离散的信号，即时间离散化。量化——将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅度离散化。编码——按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号用对应的二进制或多进制代码表示。

4.2音视频信号数字化取样之后的信号，再进行保持处理、数字编码后，完成A/D变换。数字信号还原为模拟信号时，首先将数字信号解码。解码后的信号到达D/A变换器进行数字信号模拟化。信号到达低通滤波器（LPF）进行低通滤波输出模拟信号，完成D/A变换模拟信号输入，经低通滤波器（LPF）滤波后，信号到达取样电路取样模拟信号的数字处理过程6LPF取样保持数字编码解码D/A变换器低通滤波（LPF）模拟信号模拟信号

模拟信号数字化框图如图1所示，其中fc为滤波器的截止频率，fs为取样频率。

图1模拟信号数字化框图A/D转换是在时钟信号的控制下,对模拟信号进行取样、量化的过程。取样频率为fs（T）将连续的信号(幅度和时间)变成离散的n

位的二进制数字码。（一）取样取样信号的量化过程模拟信号取样间隔（周期）（）振幅（时间）（时间）取样过程模拟信号在量化之前，首先要进行取样（以4bit量化为例）8模拟信号的数字化过程t模拟信号的取样：模拟信号取样脉冲在取样脉冲的作用下，对模拟信号进行取样4设离散值的最大个数为M,编码位数n：n与M的关系为：2n=M，或：n=1og2

M，Ｍ：最大数ｎ：编码位数如四位编码n=4，最大个数M=16（到1111，15）（二）量化模拟信号的取样过程模拟信号：取样后的信号：输入信号输出信号保持电容取样脉冲开关S模拟信号输入到取样电路进行取样取样脉冲控制开关S的通与断，实现模拟信号的取样。将取样后的信号输出7编码——按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号用对应的二进制或多进制代码表示。Ｍ：最大个数ｎ：编码位数

M=2nA/D转换输出可以是n位并行码，也可以是数率为nfs

的串行码。（三）编码54312模拟信号的数字化过程543123000101000101010000110001t┅0101┅0100┅0011┅0010┅0001取样信号进行量化：对量化的信号编码：5A取样信号的量化过程

量化过程输出编码信号量化间隔B1514131211109801010.1100.1111.11011011.1001.0111.00110100.0110（）振幅1111111011011100101010000111011001010100001100100001101110010000取样之后的信号进行量化处理。由于4位二进制数共有16种组合形式(16种值)。把原来虚线波形所表示值的范围分成16段(16个区间)，再把16种值分给这16个区间。根据信号的幅度均匀地分了16个区间，正负两部分各8个区间，即正半部分从1000到1111，负半部分从0000到0111。A点的取样值处于1001所表示的区域内，则用1001表示A点的取样值。B点的取样值处于1011所表示的区域内，则用1011表示B点的取样值。其余取样点同样用相应的二进制值表示，最后输出编码信号完成量化。9（）振幅A取样信号的量化过程

量化过程输出编码信号量化间隔B1514131211109801010.1100.1111.11011011.1001.0111.00110100.011011111110110111001010100001110110010101000011001000011011100100009从时间0开始，自左向右采样10个点：10、12、15、13、11、9、7、5、4、6；变成输出编码信号(在如果两点之间，四舍五入，采样间隔越小，既频率越高，误差愈小）A练习

量化过程输出编码信号量化间隔B76543210？（）振幅取样之后的信号进行量化处理。由于4位二进制数共有16种组合形式(16种值)。把原来虚线波形所表示值的范围分成16段(16个区间)，再把16种值分给这16个区间。根据信号的幅度均匀地分了8个区间，正负两部分各4个区间，即正半部分从100到111，负半部分从000到111。其余取样点同样用相应的二进制值表示，最后输出编码信号完成量化。90

将取样点分别用对应的二进制数值表示,即完成了信号的取样和量化。视频信号的取样和量化编码电视屏幕及视频图像信号64μS同步信号部分视频模拟信号（1行）1101010101扫描线视频信号信号中亮度电平的高低表示图像的明暗，进行取样（以取两个为例）一行视频信号14模拟和数字信号的特点

模拟信号的数字处理电路视频信号的特点和数字处理PCM脉冲编码调制PulseCodeModulation的缩写。（又叫脉冲编码调制）：数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。

话音PCM的抽样频率为8kHz话音PCM的抽样频率为8kHz，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz＝64kb/s。量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

PCM约定俗成了无损编码，在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。因此，PCM约定俗成了无损编码，因为PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM也只能做到最大程度的无限接近。要算一个PCM音频流的码率是一件很轻松的事情，采样率值×采样大小值×声道数bps。一个采样率为44.1KHz，采样大小为16bit，双声道的PCM编码的WAV文件，它的数据速率则为44.1K×16×2=1411.2Kbps。我们常见的AudioCD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息PCM约定俗成了无损编码，

采样率值×采样大小值×声道数bps。一个采样率为44.1KHz，采样位数为16bit，双声道的PCM编码的WAV文件，它的数据速率则为44.1K×16×2=1411.2Kbps。我们常见的AudioCD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息说明1、码率=（采样频率×采样位数×声道）/8（单位:KBbit/s=KBbps1B=8bit）2、容量=（采样频率×采样位数×声道）×时间/8

（1字节=8bit）存储空间（属性中）、数据大小（软件中）