數(shù)字音視頻原理dva03a數(shù)字化

數(shù)字音原Principleof &3數(shù)字取數(shù)字壓縮技數(shù) 壓縮標(biāo)22概3-數(shù)字取樣、壓縮、標(biāo)1）數(shù)字基ITU-R601標(biāo)YUV子取樣格數(shù)字格數(shù)字壓縮3模擬電視的不亮度分解力不實際亮度僅3.5MHz，水平分解力300線左色度分解力不色差實際帶寬0.5MHz亮度，色度信息串色度副載波fs+-電視信號的時間行場消隱期太電視信號的幅度利用率不充峰峰幅度中，信號只占聲音信號是單聲不適合的多模擬系統(tǒng)中，噪聲功率是累加數(shù)字電視 為什么數(shù)字化改善音質(zhì)時分復(fù)用傳輸亮度和色環(huán)繞提高制作和質(zhì)量和率數(shù)字?jǐn)z影機(jī)，機(jī)，編輯系制作數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，資源共提高傳輸效一套模擬電道內(nèi)傳輸4-8套數(shù)拓寬業(yè)務(wù)應(yīng)用范交互電視，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)電視，IP電視 電 數(shù)字電視廣播

流音頻

SI數(shù)

數(shù)字電視廣播系統(tǒng)組信號源端：數(shù)字電視信號獲取，處理和制作壓縮編碼：去除信號源中的信息冗余，降低系統(tǒng)復(fù)用：將，音頻和輔助數(shù)據(jù)流（控制數(shù)據(jù)，服務(wù)信息）打包時分復(fù)用成單傳輸系統(tǒng)：包括信道編碼和數(shù)字調(diào)信道編碼：增加數(shù)據(jù)流的可靠性，誤碼糾，射頻傳數(shù)字模擬信號數(shù)字化三個步驟：采樣，量化，編

采樣/

TS

tt tt

SSn數(shù)字模擬音頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字音頻信號：模擬音頻信號是一個在時間上1、采樣：在時間軸上對信號數(shù)字化。也就是，按照固定的時間間隔抽取模擬信號的值，這樣，采樣后就可以使一個時間連續(xù)的信息波變?yōu)樵跁r間上取值數(shù)目有限的離散信號。2、量化：在幅度軸上對信號數(shù)字化。也就是變化的幅度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的3、編碼：用二進(jìn)制數(shù)表示每個采樣的量化值（十進(jìn)制數(shù)）模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號：模擬信號是一個在空間上1，這些選取的點稱為樣點（或像素）。采樣時，在圖像縱向和橫向方向上的像素總頻信號是對表示圖像的函數(shù)進(jìn)行采樣的。采樣后圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度仍是連續(xù)1、量化：在灰度上對信號數(shù)字化，將像素灰度轉(zhuǎn)化成離散的一幅數(shù)字圖像中不同灰度值的個數(shù)稱為灰度級。例如RGB（R：red紅，G：green，B：ble藍(lán)）色彩模式中，每一種顏色的個數(shù)為256種，那么灰度級就是256。256=28，于是每一種顏色可以用8位二進(jìn)制數(shù)表示，這就將圖像信息量化成了二進(jìn)（6b100個灰度級。）

數(shù)字化基礎(chǔ)-采ττ…t

xS(nTStK采樣周期TS決定了采樣信號的質(zhì)量和數(shù)對一個對一個頻率在0～fc內(nèi)的連頻率fs≥2fc時，由采樣信號xs(nTs)能無失真地恢采樣定理數(shù)字化基礎(chǔ)-量量化采樣信號的幅值與某個最小數(shù)量單位的值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來代替該幅值。...T ST

3TS

..T TS

3TS 將信號幅值軸分成若干層，各層之間的間隔均等于量化單位q量化信號。量化信號的精度取決于所選的量化單位q。q↓，信號精度量化始終存在著誤差，這是因為量化是用近似值代替信號確值的緣故數(shù)字化基礎(chǔ)-編編碼 將量化信號的電平用數(shù)字代碼來表示數(shù)字復(fù)合取樣頻率4倍副載波取樣頻14.318MHz17.72MHz4x副載波頻率易于色度重所有的分量（圖象、聲音、同步等）需要精確的相位控完美的－用于演播D-2磁帶標(biāo)沒有處理NoprocessingNTSC、PAL等不一目前基本不數(shù)字磁帶格D13/4”,分量component,4:2:210bitR601 3/4”,composite,4fSC8bit,D31/2”,composite,4fSC,8bit, 1/2”,component,4:2:2,10bit,D6HDTVonD1tape,1.2Gb/s,8bit, digit.,4:1:1,8bit,5:1DV,25 digit.,4:2:2,8bit,3.3:1DV,50Betacam digit.,4:2:2,8bit,10:1,Studio-MPEG-Dig. digit.,4:2:2,10bit,數(shù)字分量ITU-RBT.601/656標(biāo)80年代初由CCIR制定的演播室數(shù)字電視分量編碼標(biāo)準(zhǔn)。該準(zhǔn)規(guī)定RGB和YCbCr兩個彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)YCBCRColorsubsampling彩象轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象時使用的采樣頻率取樣頻率13.5NTSC/PAL行頻的公共倍數(shù)(62.2510bitstandard(8bit在行場逆程中傳送輔助數(shù)接口Parallel(SMPTESerial(SDI,SMPTE259M,75Ωcoax,270分量編碼采樣、量化采樣、量化編 ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－分量信號轉(zhuǎn)首先把,B三基色轉(zhuǎn)換為BY，即亮度和色差信號由于B-Y的數(shù)值動態(tài)范圍在-620~620mV之間，R-Y的數(shù)值動態(tài)范圍在-491~491mV之間，Y的數(shù)值動態(tài)范圍在0~700mV之間，為了把R-Y和B-Y的信號動態(tài)范圍控制在-350-350mV之間，需要引入幅度壓縮系數(shù)，為了便于數(shù)字化處理，再引入350V偏置，使得色差信號的數(shù)值動態(tài)范圍在70之間。Y=0.299R+0.587G+0.114BCR=0.713(R-Y)+350CB=0.564(B-ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－彩色空YUVRGB的關(guān)系公式（幅度壓縮EY=0.299ER+0.587EG+數(shù)據(jù)范圍(ER-EY)=0.701ER-0.587EG-數(shù)據(jù)范圍（+0.701～-

KR=

(+0.5～-(EB-EY)=-0.299ER-0.587EG+數(shù)據(jù)范圍（+0.886～-

KR=

(+0.5～-矩陣表Y C 0.114R 0.500ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－彩色空CCIR6018bit量化，可256個量化層次，即0～255CCIR601沒有把全256量化層次都用于數(shù)字圖象數(shù)據(jù)。亮度信號共220個量化級，黑電平對應(yīng)于第16級，峰值白電平對應(yīng)于235級。即數(shù)字亮度信號Y219×(EY16，同理，色差信號共225個量化級，色差0電平對應(yīng)于128。所以，數(shù)字CR、CB為：CR=224[0.713(ER-EY)]+128=160(ER-EY)+128CB=126(EB-EY)+128在數(shù)字域RGBYCbCr兩個彩色空間的關(guān)Y=0.299R+0.587G+Cr=(0.500R-0.4187G-0.0813B)+RG RG 00.3441C0Y R信號電平與量化級的對應(yīng)關(guān)ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)信號電平與量化級的對應(yīng)關(guān)YUVYUV0&ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－取樣頻滿足奈采樣定理，亮度信號帶寬為，因此采樣頻率應(yīng)大于為了保證采樣結(jié)構(gòu)正交，行周期TH必須是采樣周為了滿足國際交流，采樣頻率應(yīng)兼顧國際上頻分別為15.625KHz和15.734KHz)，兩個行頻的最小公倍數(shù)是2.25MHz，即采樣頻率必須是為了降低碼率，應(yīng)該盡量降低采樣頻率，一般選ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－取樣頻CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規(guī)定了共同的圖PAL制、SECAM制：fs=625×25×N15625×N=13.5MHzNTSC制 fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)采樣頻率與電同步的關(guān)ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－有效象素對PAL、SECAM864；對NTSC的亮度信858樣對所有的制式，每一掃描行的亮度有效樣本數(shù)均為720，色差信號的樣點數(shù)均為360。這樣便于國際交換。每一掃描行的數(shù)字樣點數(shù)結(jié)構(gòu)ITU-R601有效象素ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)－采樣樣本數(shù)/掃描數(shù)字信號取Y22016-22516-Y22016-22516-注意：各個制式垂直方向行數(shù)不一601標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了525/59.94I和625/50I兩種掃描格式的數(shù)字電視演播編碼參數(shù)。兩種掃描格式有著相同的亮度和色差采樣頻率，在數(shù)字行有效期內(nèi)的亮度采樣點統(tǒng)一為720個，兩個色差信號為60個(4:2:2）,通常表示為2057/50I和720*4806IYUV子取樣格在彩象壓縮技術(shù)中，最簡便的圖象壓縮技術(shù)是子取，而它的依據(jù)也利用人眼的兩條人眼對色度信號的敏感程度比對亮度信號的人眼對圖象細(xì)節(jié)的分辨能力有一定的限4:4:4取對于消費(fèi)類和計算機(jī)應(yīng)用，每個分量的每個樣本精度為比特；對于演播室編輯類應(yīng)用，為10每個象素的樣本需要24比特或者30比特,即每個象素3示4:4:4樣格式，44個RGBYCrCb取樣13.513.5 取用于電視演播室（StudioorContribution）標(biāo)在水平掃描方向上，每2個Y樣本有1個Cb樣本和一個Cr樣本，每個象素平均用2個樣本表示。Y顯示象素時，對于沒有Cr和Cb的Y樣本，使用前后相鄰的Cr和Cb樣本進(jìn)行計算得Y取樣13.5

4:1:1取這是數(shù)字電視磁DVC使用的格在水平掃描方向上，每4個Y樣本各有1個Cb樣本Cr本，每個象素1.5樣本表 YOnlyY Y顯示象素時，對于沒有Cr和Cb的Y樣本，使用前后相鄰的Cr YOnlyY Y取樣取樣13.54:2:0MPEG-1取在水平方向的2個樣本和垂直方向上的2個Y樣本，共4個樣本有1個Cb樣本和一個Cr樣本。每個象素平均用1.5個樣本表示。CbCr計算得到 4:2:0MPEG-2取用于電視分配MPEG-2MPEG-14:2:0，但它們的含義有所不同。與MPEG-1的4:2:0相比，MPEG-2的子采樣在水平方向上沒有半個象素的偏移。YYY不同色度取樣格式的數(shù)據(jù)量720像素*576行，如果每個樣值用10bits編碼，那么一幀畫面的數(shù)據(jù)量為Y4:4:4格式720*576*10*3Y4:2:2格式：720*576*10*2Y YY4:1:1格式：720*576*10*1.5Y4::2:0格式Y(jié)Y標(biāo)清數(shù)字電視信號接在電視演播室系統(tǒng)和電視制作各個環(huán)節(jié)，需要將不同的數(shù)字設(shè)備相互連接，因此需要規(guī)定接口的機(jī)械連接特性、數(shù)字信號電特性和數(shù)據(jù)流的傳輸規(guī)范，統(tǒng)稱為信號接口標(biāo)準(zhǔn)信號接口的國際標(biāo)準(zhǔn)是ITU-R并行方式：將8bit(10bit)的 數(shù)據(jù)字同時傳送，需要使用多串行方式：將 數(shù)據(jù)字的各個比特及相繼的數(shù)據(jù)字通過單一芯線順序傳送分量信號時分復(fù)用傳每一行的像素數(shù)據(jù)按照以下順序傳CB1Y1CR1 Y3 Y4…CB360Y719CR360BT-第一個得到使用Rec656數(shù)據(jù)和時鐘使110Ohm雙絞ECL電平信號@27數(shù)據(jù)寬度10bitsNRZ1clock時鐘在設(shè)備中使用標(biāo)準(zhǔn)DB-25Female（陰所有的電纜都使DB-25MaletoMalepinfor所有的電纜都 ，以防止EMI最大長50m（沒DA），200m（有均SDIBT-異步串行數(shù)據(jù)接口-656的現(xiàn)行版使用標(biāo)準(zhǔn)75Ohm同軸電也定義1300nm光纖接10bit數(shù)據(jù)270Mb/s串行數(shù)據(jù)碼X9+X4+1置亂用于數(shù)據(jù)保接口碼型和電平NRZI800mVpk-電纜采用4聲道聲音編碼為附加數(shù)據(jù)，放在消SPIDVB同步并行接并行BT656壓縮前物理接口，SPI是壓縮后的物理接數(shù)據(jù)和時鐘使110Ohm雙絞LVDS電平信號@27數(shù)據(jù)寬度8bitsNRZ3控制信DB-25物理接所有的電纜都有，以防止EMI接收發(fā)送接收發(fā)送數(shù) 有 同 ASIDVB異步串行接基本與SDI相同，ASI是壓縮后的物理接使用標(biāo)準(zhǔn)75Ohm同軸電也定義1300nm光纖接數(shù)據(jù)270Mb/s8X9+X4+1置亂用于數(shù)據(jù)保接口碼800mVpk-電纜接頭采用色差色差的16和240格式－H26xCIFCIFCommonIntermediateFormat(公用中間格式QCIF=Quarter-CIF(1/4CIF式特電視圖象的空間分辨率接VHS分辨率使用非隔行掃描(progressive，non-interlaced使用NTSC速率，電視圖象的最大幀速率29.97使用1/2PAL平分辨率，即288對亮度和兩個色差信號(Y、CbCr)分量分別進(jìn)行編碼，它們的取值范圍同ITU-RBT.601，即黑色=16,白色=格式MPEGSIFHalfPAL352x25NTSC352xHalf Pixelx FramePAL 352x 25NTSC 352x 格式SDTV50PixelxBitrate704x5.0-544x3.5-352x2.5-544x1.5-352x1.0-這些格式都是隔行的格式HDTV50Pixelx Pixels/PictureBitrate1920x108019-1920x103518-1440x115215-x7208-x5766-x4805-HD格

HD公共圖像格式CIFHDCommonImageFormat1920pixelsx1080lines現(xiàn)在被認(rèn)為是世界公共圖像式CIF.HDTV系統(tǒng)都需要支持這種圖像格式，中國：推薦的格式為1920x1080隔行50/60Hz（？），總行數(shù)SDTV需要和現(xiàn)有的顯示兼容，因此，DVB中缺SDTV色度為:25Hz系統(tǒng)和PAL相30Hz系統(tǒng)NTSC相HDTV世界范圍內(nèi)有統(tǒng)一的色度，并且沒有與現(xiàn)25Hz30Hz系統(tǒng)，缺省是同播允許SDTV所用色度和HDTVBT.709混合 HDTV采用了SDTVHDTV顯示熒光粉和SDTV的不BT-709定義了HDTV參數(shù)HDTV的色度等式稍微Y=0.2126R+0.7152G+0.0722U=0.539(B-V=0.635(R-

數(shù)字的應(yīng)數(shù)VCD:MPEG-1CD方面的應(yīng)用DVD:HD-DVB(EBU):MPEG-2,<15Mb/s,AAC, lite,Cable,DMB-TH多通onDemand:MPEG-2onATM流Call可視、會議電不同終端的帶分辨不壓縮帶數(shù)字12680晰度電133016530.79.3CD-ROMADSL寬線網(wǎng)57.62-856K比率/壓縮比-4:2:2采樣格165216 13.5兆樣本/8比特/樣本165216CbCr：26.75兆樣本/8比特/樣本＝1244:2:2去掉行、場逆程數(shù)據(jù)后，有效的圖象碼率： 720×576×25×8＝82.944Mb/s(PAL)色差(Cr，Cb):2×360×576×25×8＝1244:2