1、第三章 數(shù)字電視信號的產(chǎn)生,主要內(nèi)容,一、數(shù)字電視信號的產(chǎn)生 二、圖像信號的編碼方案與參數(shù)確定 三、HDTV視頻參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 四、數(shù)字電視掃描制式表示方法,信源編碼與復(fù)用原理,數(shù)字電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖,數(shù)字電視信號的產(chǎn)生,脈沖編碼調(diào)制PCM 信號數(shù)字化需要完成采樣、量化、編碼三步。 采樣：用每隔一定時間（或空間）間隔的信號樣本序列代替原來在時間（或空間）上連續(xù)的信號。即將模擬信號離散化。,采樣,在數(shù)字電視中取樣頻率的選擇應(yīng)該從以下四個方面考慮：（1）滿足奈奎斯特取樣定理，即抽樣頻率應(yīng)該大于視頻帶寬的兩倍。 亮度信號帶寬 最大是6MHz，因此有： （2）為了保證取樣結(jié)構(gòu)是固定正交的，取樣頻率應(yīng)該是行頻

2、fH的整數(shù)倍 (3)在制訂國際統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)時亮度信號的取樣頻率的選擇還必須兼顧不同的掃描制式。,2、量化,所謂量化就是把幅度連續(xù)變化的信號變?yōu)榉入x散的數(shù)字信號。 量化過程不可避免地引起量化誤差。 由于量化誤差會在接收端恢復(fù)圖象的畫面上出現(xiàn)顆粒狀的細(xì)斑，量化誤差又稱為顆粒噪聲或量化噪聲。,取整時有舍有入,取整時只舍不入,量化誤差的絕對值最大為A/2 ，誤差較小,：量化級數(shù) n：量化比特數(shù)，（碼源位數(shù)）是指要區(qū)分所有量化級所需幾位二進(jìn)制數(shù) M=2n 抽樣頻率與量化比特數(shù)的積 ，稱為所傳輸數(shù)字信號的數(shù)碼率。,(13.5+26.75)8216Mb/s,4:2:2分量編碼數(shù)碼率：,量化分類： 1、均

3、勻量化：量化間隔相同。 2、非均勻量化： 小信號量化間隔小 大信號量化間隔大,(2) 編碼位數(shù) 量化信噪比 對于經(jīng)過校正的圖像信號，一般都采用均勻量化，即用線性編碼。,滿量程量化信噪比：,量化位數(shù)每增加一位，信噪比提高6dB。 當(dāng)n = 7 、8（即將信號量化為127至255個層時），量化的影響效果小，量化信噪比約為5060dB。,取樣時刻 取樣值 量化值 編碼 t1 2.9 3 0011 t2 12.6 13 1101 t3 14 14 1110 t4 3.3 3 0011 t5 4.5 5 0101,圖像信號的編碼方案與參數(shù)確定,全信號編碼 (Y/C) 電視接收機(jī)中的數(shù)字化處理 分量編碼（

4、Y / R-Y、B-Y） 對Y、R-Y、B-Y或三個基色分量R、G、B分別編碼，進(jìn)行并行傳輸或時分復(fù)用傳輸。,區(qū)別,復(fù)合編碼： 設(shè)備較簡單。 抽樣頻率必須與彩色副載頻保持一定的關(guān)系，難以統(tǒng)一。 采用復(fù)合編碼時由抽樣頻率和副載頻間的差拍，造成干擾將影響圖像的質(zhì)量。 分量編碼： 編碼與制式無關(guān)，只要抽樣頻率與行頻有一定的關(guān)系，便于制式轉(zhuǎn)換和統(tǒng) 一。 由于Y、(RY)、(BY)分別編碼，可采用時分復(fù)用方式，避免亮色互串，可獲得高質(zhì)量的圖像。 亮度信號用較高的碼率傳送，兩個色差信號的碼率可低一些 ，但總的碼率比較高，設(shè)備價格相應(yīng)較貴。,1全電視信號編碼,(1) 取樣頻率 ，取樣頻率 fS 滿足取樣定理

5、：當(dāng) fS3 fSC或 fS4 fSC時， fS與 fSC的差頻將落在Y信號的頻譜間隙中。 應(yīng)使取樣點在屏幕中的位置固定，且滿足正交取樣條件。,取樣值在圖像上沿垂直線按行、場、幀成固定的周期排列，在隔行掃描中圖像相鄰場相加時，水平與垂直清晰度都不受損傷，有利于行、幀間信號處理。,全信號編碼時的數(shù)據(jù)速率,以PAL制 fS4 fSC、n = 8(8位A/D轉(zhuǎn)換)為例，總數(shù)據(jù)速率約為 44.438=141.76Mb/s。,分量編碼標(biāo)準(zhǔn)的亮度信號抽樣頻率fs為13.5 MHz： 對于625行/50場掃描制式的亮度信號，每行的取樣點數(shù)為： 對于525行/60場掃描制式的亮度信號，每行的取樣點數(shù)為：,CC

6、IR的分量編碼國際標(biāo)準(zhǔn)圖像采樣,如果對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。,1、使用相同的采樣頻率對圖像的亮度信號和色差信號進(jìn)行采樣； 2、對亮度信號和色差信號分別采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣。,4:4:4 YCbCr格式,在每條掃描線上每4個連續(xù)的采樣點取4個亮度Y樣本、4個紅色差Cr樣本和4個藍(lán)色差Cb樣本,4:4:4子采樣格式,表示全像素點陣,用于高質(zhì)量視頻應(yīng)用、演播室以及專業(yè)視頻產(chǎn)品。 YUV三個信道的抽樣率相同，因此在生成的圖像里，每個象素的三個分量信息完整。（每個分量通常8比特 ),4:4:4 YCbCr格式,4:2

7、:2 YCbCr格式,是DVD、數(shù)字電視、HDTV 以及其它消費類視頻設(shè)備的最常用格式。 在每條掃描線上每4個連續(xù)的采樣點取4個亮度Y樣本、2個紅色差Cr樣本和2個藍(lán)色差Cb樣本,每個色差信道的抽樣率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽樣率只是4:4:4的一半。 下面的四個像素為： Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的碼流為： Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 映射出像素點為： Y0 U0 V1 Y1 U0 V1 Y2 U2 V3 Y3 U2 V3,4:2:2 YCbCr格式,4:1:1 YCbCr格式,在每條掃描線上每4個連續(xù)的采樣點

8、取4個亮度Y樣本、1個紅色差Cr樣本和1個藍(lán)色差Cb樣本,4:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進(jìn)行4:1抽樣。對于低端用戶和消費類產(chǎn)品這仍然是可以接受的。 下面的四個像素為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 映射出像素點為：Y0 U0 V2 Y1 U0 V2 Y2 U0 V2 Y3 U0 V2,4:1:1 YCbCr格式,僅采樣奇數(shù)掃描線，是便攜式視頻設(shè)備(MPEG-4)以及電視會議(H.263)最常用格式。,4:2:0 YCbCr格式,4:2:0 YCbCr格式,指對每行掃描線來說，只有一種色度

9、分量以2:1的抽樣率存儲。相鄰的掃描行存儲不同的色度分量，一行是4:2:0，下一行就是4:0:2，.以此類推。對每個色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說色度的抽樣率是4:1。 下面八個像素為：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y5 U5 V5 Y6 U6 V6 Y7 U7 V7 Y8 U8 V8 存放的碼流為：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 映射出的像素點為：Y0 U0 V5 Y1 U0 V5 Y2 U2 V7 Y3 U2 V7 Y5 U0 V5 Y6 U0 V5 Y7 U2 V7 Y8 U2 V7,HD