电视信号数字化原理与接口规范.ppt

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1、第3章电视信号数字化原理与接口规范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。模拟信号数字化框图如图2-1所示，其中fc为滤波器的截止频率，fs为取样频率。图2-1模拟信号数字化框图2.1取样定理2.2二维信号的取样2.3数字电视信号参数的选择2.4量化2.5标准清晰度数字电视演播室标准2.6数字高清晰度电视如果对一个时间连续信号f(t)

2、进行等时间间隔取样，取样时间间隔(取样周期)为Ts，取样频率为fs＝1/Ts。2.1取样定理(1)经过理想取样后，输出信号的频谱Fs(ω)是原模拟信号的频谱F(ω)以ωs为周期延拓形成的，如图2-2所示。(2)如果原模拟信号频谱F(ω)的频谱范围在ωh之内，则满足ωs≥2ωh时，则取样后的信号fs(t)通过一个截止频率为ωs/2的理想低通滤波器后，可以无失真地恢复原信号f(t)。图2-2模拟信号理想取样前后的频谱只要满足取样定理并且τ/Ts足够小，仍可以从取样信号的频谱中精确地恢复出原模拟信号。图2-3模拟信号实际取样前后的频谱2.2二维信号的

3、取样对于一个彩色平面活动图像来说，图像中任一点的亮度Y是光波长λ、水平位置x、垂直位置y和时间t的函数。发端通过摄像机将光图像转换成电图像，光电转换器件是具有积分作用的器件，因此有如下的积分关系：图2-4图像平面和二维取样脉冲在水平方向上的取样间隔为Δx，在垂直方向上的取样间隔为Δy,取样后的信号为其频谱为式中：Δv=1/Δy为垂直取样频率；Δu=1/Δx为水平取样频率；δ(x,y)为单位冲激序列。取样前后的频谱示意图如图2-5所示。图2-5水平、垂直取样前后的二维频谱2.3数字电视信号参数的选择电视信号的数字化处理有数字分量编码和数字复合编码

4、两种方式。数字分量编码方式是对三基色信号ER，EG和EB或对亮度信号和色差信号EY，ER-Y与EB-Y分别进行数字化处理。2.3.1取样结构的选择取样结构是指取样点在空间与时间上的相对位置，有正交结构和行交叉结构等。在数字电视中一般采用正交结构，如图2-6(a)所示。这种结构在图像平面上沿水平方向取样点等间隔排列，沿垂直方向取样点上下对齐排列，这样有利于帧内和帧间的信号处理。图2-6(b)所示为行交叉结构，每行内的取样点数为整数加半个。图2-6取样结构图为了保证取样结构是正交的，要求行周期TH必须是取样周期Ts的整数倍，即要求取样频率fs应等于行

5、频fH的整数倍，即2.3.2取样频率的选择在数字电视中，亮度信号取样频率的选择应该从以下4个方面考虑。(1)首先应该满足取样定理，即取样频率应该大于视频带宽的两倍。(2)为了保证取样结构是正交的，取样频率应该是行频fH的整数倍，即(3)为了便于节目的国际间交流，亮度信号取样频率的选择还必须兼顾国际上不同的扫描格式。fs=m·2.25MHz(4)编码后的比特率Rb=fs·n，其中n为量化比特数。2.3.3色度格式1．4∶2∶2格式在4∶2∶2格式中，色差信号Cr和Cb的取样频率均为亮度信号取样频率的一半，即2．4∶4∶4格式在4∶4∶4格

6、式中，色差信号Cr和Cb的取样频率与亮度信号取样频率相同，即亮度取样频率和两个色差信号的取样频率之比为3．4∶2∶0格式本格式中，色差信号Cr和Cb的取样频率均为亮度信号取样频率的四分之一，即4．4∶1∶1格式在4∶1∶1格式中，色差信号Cr和Cb的取样频率均为亮度信号取样频率的四分之一，即2.4量化量化就是把幅度连续变化的信号变换为幅度离散的信号，这是模拟信号到数字信号的映射变换。显然，一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程将不可避免地带来量化误差。标量量化是一维量化，所有取样使用同一个量化器进行量化，每个取样的量化都和其他所有取样无关，

7、因此也称为无记忆量化。矢量量化是多维量化，是先将K个取样值序列形成K维空间中的一个矢量，然后将此矢量进行量化。2.4.1量化器的设计量化器的设计原则可以分为两种：(1)给定量化器的量化电平数M，根据量化误差的均方值为最小来设计量化器；(2)给出固定量化误差要求，设计量化器使其量化电平总数M尽量小。2.4.2均匀量化器1．均匀量化器原理设在输入信号的动态范围A内进行均匀量化，每一量化间隔ΔA是相等的，共分为M级，设M=2n，其中n为量化比特数，即A=M×ΔA=2n×ΔAM和n的取值主要是由量化信噪比决定的。2．视频信号(单极性信号)

8、的量化信噪比电视信号量化信噪比一般用信号峰-峰值与量化噪声有效值之比表示，即一般常用分贝表示