数字电视与高清晰度电视

1、电视知识讲座电视知识讲座数字电视与高清晰度电视数字电视与高清晰度电视 北京昆光职业技能培训学校北京昆光职业技能培训学校 01063495475数字电视与高清晰度电视数字电视与高清晰度电视 61数字电视概述数字电视概述 611 数字电视概念数字电视概念 数字电视指的是将模拟的电视信号变换为数字形式的电视信号数字电视指的是将模拟的电视信号变换为数字形式的电视信号（更先进的电视摄像机应直接获取数字电视信号），然后进行传输、（更先进的电视摄像机应直接获取数字电视信号），然后进行传输、处理或进行存储的系统，或还原成图像（可先还原成模拟信号）。处理或进行存储的系统，或还原成图像（可先还原成模拟信号）。 数

2、字电视信号的存储媒质数字电视信号的存储媒质可以是各种半导体存储电路可以是各种半导体存储电路(RAM、ROM、E2PROM等等)；也可以是视频激光光盘也可以是视频激光光盘(VCD、DVD)或或HDD，后者就是永久，后者就是永久性的存储媒质。为了减小数据性的存储媒质。为了减小数据量量,常对数字电视信号进行压缩常对数字电视信号进行压缩编码后再传输或存储。编码后再传输或存储。 612数字电视的优点数字电视的优点(1) 数字电视的抗干扰能力强数字电视的抗干扰能力强 ；(2)数字电视机稳定可靠，易于调整，数字电视机稳定可靠，易于调整，便于生产便于生产 ；(3)数字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口；数

3、字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口；(4)利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号处理功能利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号处理功能 。62 电视信号的编码电视信号的编码 621 电视信号的数字化电视信号的数字化 模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟/数字转换编数字转换编码过程码过程 (称可为称可为PCM调制脉冲编码调制，由调制脉冲编码调制，由A/D转换器实现转换器实现)，由数，由数字电视信号转换为模拟信号则称字电视信号转换为模拟信号则称PCM解调过程（由解调过程（由D/A转换器实转换器实现）。现）。 我们知道我们知道A/

4、D转换是对模拟信号进行取样、量化的过程，将转换是对模拟信号进行取样、量化的过程，将连续连续 ( 幅度和时间幅度和时间 ) 的信号变离散的的信号变离散的 n 位的二进制数字码。设离散位的二进制数字码。设离散值的最大个数为值的最大个数为M，n 与与 M 的关系为的关系为 2n -1 =M。 A/D转换输出可以是转换输出可以是 n 位平行码，也可以是数率为位平行码，也可以是数率为n fS 的串行码的串行码(fS为采样转换频率为采样转换频率)。 量化过程（时域相乘，频域卷积）与频谱量化过程（时域相乘，频域卷积）与频谱 根据取样定理根据取样定理，当信号的最高频率为，当信号的最高频率为fm时，应有时，应有

5、fS 2fm ，实际上，实际上为了便于为了便于D/A后利用滤波还原信号，应有后利用滤波还原信号，应有fS 2.2 fm 。n = 3，M = 7频域频域时域时域理想低通滤理想低通滤波器特性波器特性取样函数取样函数fS/2 622 图像信号的编码方案与参数确定图像信号的编码方案与参数确定 彩色图像信号通常有两种形式：彩色全电视信号彩色图像信号通常有两种形式：彩色全电视信号(Y/C)；亮度；亮度信号信号/色差信号（色差信号（Y / R-Y、B-Y，也可称为分量信号）。因此对图像，也可称为分量信号）。因此对图像信号的信号的PCM编码也有全信号编码和分量编码两种，数字电视系统宜编码也有全信号编码和分量

6、编码两种，数字电视系统宜用分量编码，电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。用分量编码，电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。 1全电视信号编码全电视信号编码 (1) 取样频率取样频率 由于取样过程是非线性过程（由于取样过程是非线性过程（时域相乘时域相乘），在对对全电视信号），在对对全电视信号采样量化时，取样频率采样量化时，取样频率 fS S 的选择，除了要满足取样定理外，的选择，除了要满足取样定理外，要要考虑采样后的信号中考虑采样后的信号中fS S与与 fSCSC的差频的影响：当的差频的影响：当 fS3 fSC或或 fS4 fSC时，时， fS S与与 fSCSC的差频将落在的差频将落在Y

7、 Y信号的频谱间隙中。信号的频谱间隙中。 应使取样点在应使取样点在屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。 以以PAL制为例，当制为例，当 fS4 fSC时时 fSC(283+3/4) fH +25 ，HHHVHSCS625411356254113524342834fffffffHHHVHSCS625411356254113524342834fffffff即一行中有（即一行中有（1135+4/625）个取样周期。每帧的取样点个数为整数）个取样周期。每帧的取样点个数为整数 625（1135+4/625）个取样点）个取样点 ，两相邻帧间取样点的位置相，两相邻帧间

8、取样点的位置相同。相邻行（奇、偶两场）的起始点相隔同。相邻行（奇、偶两场）的起始点相隔313( (1135+4/625) ) 个采个采样点，也是近似整数样点，也是近似整数 (仅差仅差0.0032)，满足正交结构。，满足正交结构。fS4 fSC的另的另一好处是因一好处是因fS/2与与fm间有较大间隔，可以降低模拟低通滤波器和数间有较大间隔，可以降低模拟低通滤波器和数字滤波器的设计难度。（但码率高）字滤波器的设计难度。（但码率高） (2) 编码位数编码位数 量化信噪比量化信噪比 对于经过对于经过校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性编码。设单极性图

9、像信号的变化范围为编码。设单极性图像信号的变化范围为0到到1，分为，分为2n -1-1个量化层个量化层, ,约每个量化层高为约每个量化层高为2-n。由于。由于均匀分布均匀分布，量化误差的均方根值：量化误差的均方根值：1221222rmsnnN满量程量化信噪比：满量程量化信噪比：)dB(8 .106122lg20rmsnNSn即量化位数每增加一位，信噪比提高即量化位数每增加一位，信噪比提高6dB。实验表明：当。实验表明：当n = 7 、8（即将信号量化为（即将信号量化为127至至255个层时），人们已很难感到量化的影响个层时），人们已很难感到量化的影响（但对于未经（但对于未经校正的图像信号，则需

10、要量化位数应大于校正的图像信号，则需要量化位数应大于11），由上），由上式可知，对应的量化信噪比约为式可知，对应的量化信噪比约为5060dB。 全信号编码时的数据速率全信号编码时的数据速率 以以PAL制制 fS4 fSC 、n = 8(8位位A/D转换转换)为例，总数据速率约为为例，总数据速率约为 44.438=141.76Mb/s。由此可见，数字图像信号的数据速率是很高约。每一帧的数据量为由此可见，数字图像信号的数据速率是很高约。每一帧的数据量为5.67Mb或或708.8kB。 2分量编码分量编码 分量编码就是对分量编码就是对Y、R-Y、B-Y或三个基色分量或三个基色分量R、G、B分别编分别

11、编码，进行并行传输或时分复用传输。码，进行并行传输或时分复用传输。 (1) 取样频率取样频率 fS 的选定原则和标准的选定原则和标准 选定原则选定原则 fS应大于最高频率（应大于最高频率（Y Y：5.86MHz，色差，色差2 MHz）的的2.2倍。倍。 为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频 fH的整数倍。的整数倍。 fS是是50Hz /625行、行、60Hz/ 525两类行频的公倍数，以为了便两类行频的公倍数，以为了便于不同电视制式转换。于不同电视制式转换。 亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍的亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之

12、间有整数倍的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。 CCIR(国际无线电咨询委员会国际无线电咨询委员会)的分量编码国际标准的分量编码国际标准 对对Y / R-Y/B-Y的取样频率为的取样频率为13.5/6.75/6.75MHz, , 简称简称4: :2: :2标标准。准。( ( fS = 13.5MHz = 858 fS 525行行 = 864 fS 625行行， fH 525行行 =15734.264Hz )低标准：低标准： 4:1:1/ 13.5/3.375/3.375MHz，2:1:1/ 6.75/3.375/3.375MHz (

13、2) 数字有效行数字有效行(内的信号样点数内的信号样点数) 数字有效行的数据由每行必须进行处理和存储的取样点构成数字有效行的数据由每行必须进行处理和存储的取样点构成,有效行期间包括了正程。两种制式的数字有效行均为亮度信号样有效行期间包括了正程。两种制式的数字有效行均为亮度信号样点数：点数：720、色度样点数：、色度样点数：360个，便于两种制式的转换。一行的个，便于两种制式的转换。一行的起点定在行同步前沿脉冲的中部。起点定在行同步前沿脉冲的中部。PAL制的有效行由样点制的有效行由样点133至至852构成，而正程对应的样点为构成，而正程对应的样点为142至至844。 (3) 编码位数和排列编码位

14、数和排列 亮度信号和色差信号分别规一化为亮度信号和色差信号分别规一化为01及及-0.5+0.5的范围，并的范围，并都编为都编为8位线性码。由于原来的位线性码。由于原来的R-Y最大值为最大值为0.701，B-Y的最大值的最大值为为0.886，故要对，故要对R-Y和和B-Y进行压缩，压缩比分别为进行压缩，压缩比分别为 k R-Y =0.5/0.701、k B-Y =0.5/0.866，压缩后三分量压缩后三分量Y、(R-Y)、(B-Y)的表示式为：的表示式为： Y0.299R+0.587G+0.114B (R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B； (B-Y)-0.169R-0.331G+0.

15、 5B Y编为自然二进码，双极性的编为自然二进码，双极性的(R-Y)、(B-Y)编为偏移二进制码，编为偏移二进制码，即即-0.5对应自然码的对应自然码的0，+0.5为为255，零电平为，零电平为128。为了防止信号过。为了防止信号过载、直流漂移，载、直流漂移，256个量化级并不全用。亮度信号的黑白电平对应个量化级并不全用。亮度信号的黑白电平对应于于16至至235量化级，色差信号则在底部和顶各留量化级，色差信号则在底部和顶各留16个量化级。个量化级。 分量编码的数字信号在传输时的数据序列：分量编码的数字信号在传输时的数据序列： (B-Y)Y(R-Y) (Y) (B-Y)Y(R-Y) (Y)这里这

16、里(B-Y)Y(R-Y)是空间同一取样点的数字，而是空间同一取样点的数字，而(R-Y) (Y) (B-Y)中中的的(Y)是仅有亮度取样的空间取样点的数字，它规定在一行的偶数是仅有亮度取样的空间取样点的数字，它规定在一行的偶数样点上。样点上。 (B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只对亮度只对亮度信号采样信号采样对亮度色度对亮度色度信号都采样信号都采样 3电视伴音信号的编码电视伴音信号的编码 由于伴音与电视体制没有确定的关系、编码比较简单。模拟伴由于伴音与电视体制没有确定的关系、编码比较简单。模拟伴音信号的频带为音信号的频带为20Hz至至15kHz，高质量的伴音为，高质量的伴音为20H

17、z至至20kHz。对于对于15kHz信号取样频率一般取信号取样频率一般取fS32kHz。对于。对于20kHz信号，取信号，取样频率可取样频率可取fS48kHz。取样频率应与图像取样频率保持固定的关。取样频率应与图像取样频率保持固定的关系，从同一时钟源得到。在系，从同一时钟源得到。在PAL的分量编码时，若仍采用的分量编码时，若仍采用48kHz取取样频率样频率, 就可以保持这种关系：就可以保持这种关系：13.5MHz 375 3 4 = 48kHz 伴音编码的位数要比图像编码的位数多。这是因为伴音信号的伴音编码的位数要比图像编码的位数多。这是因为伴音信号的动态范围大（动态范围大（ 90dB 以上）

18、，高质量的伴音要求很高的信号噪声比，以上），高质量的伴音要求很高的信号噪声比，应有应有8590dB的信号量化噪声比。由上面的均匀量化的信噪比公的信号量化噪声比。由上面的均匀量化的信噪比公式，则均匀量化所需的编码位数为式，则均匀量化所需的编码位数为13至至14位。在演播室的高质量位。在演播室的高质量话音编码中，若要对低电平的声音仍有高的信号噪声比，编码位话音编码中，若要对低电平的声音仍有高的信号噪声比，编码位数甚至要取到数甚至要取到16位。位。 伴音信号由于信号幅值分布的特性伴音信号由于信号幅值分布的特性(非均匀分布，幅值大的概非均匀分布，幅值大的概率小率小)以及人的听觉持性，也可以采用非线性编

19、码，这样以及人的听觉持性，也可以采用非线性编码，这样n11、12时也可以得到很高的声音质量。虽然伴音编码的位数比图像编码时也可以得到很高的声音质量。虽然伴音编码的位数比图像编码的位数多，但因是低速编码，反而更容易实现。的位数多，但因是低速编码，反而更容易实现。 63 频带压缩编码频带压缩编码 为什么要进行频带压缩编码为什么要进行频带压缩编码 一路标准清晰度的数字电视信号的码率是很高的，例如一路标准清晰度的数字电视信号的码率是很高的，例如4: :2: :2分分量编码彩色图像的码率为量编码彩色图像的码率为(13.5+26.35)8216Mb/s，即便是采，即便是采用用1.5b/Hz的高效数字调制，

20、传输频带也要的高效数字调制，传输频带也要144MHz，相当于，相当于18个模个模拟电视信号的频带拟电视信号的频带(模拟信号一个频道为模拟信号一个频道为8MHz)，根本无法实现。，根本无法实现。 如何进行压缩如何进行压缩 消除电视信号中的冗余成分：消除电视信号中的冗余成分： 空间冗余：相邻象素空间冗余：相邻象素/行行 变化小；变化小； 时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性；时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性； 生理冗余：人的视觉惰性，如对运动的和突变生理冗余：人的视觉惰性，如对运动的和突变(如轮廓边界如轮廓边界)的图像的分辨力低等的图像的分辨力低等 频谱冗余等频谱冗余等 具体的压缩频带方法具体的压

21、缩频带方法 ： 预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余）预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余） 变换编码（主要消除空间冗余）变换编码（主要消除空间冗余） 其它压缩码率的措施其它压缩码率的措施 631 预测编码预测编码基本含义：基本含义： 从已知信号推测未来信从已知信号推测未来信号。号。目标：目标： 减小空间和时间冗余。减小空间和时间冗余。 在图像预测编码中，在图像预测编码中， 人们力求根据图像或信息所人们力求根据图像或信息所存在的相关性，推测未来图存在的相关性，推测未来图中中*人人*和国和国 中华人民共和国中华人民共和国 1预测编码的原理预测编码的原理 差分脉码调制差分脉码调制(DPCM) 像或

22、象素的可能值。大量实验证明，一般图像的相邻两帧只有像或象素的可能值。大量实验证明，一般图像的相邻两帧只有10以下的象素的亮度值会有超过以下的象素的亮度值会有超过2的变化，而色度只有的变化，而色度只有1以下的变以下的变化。毫无疑问，预测编码技术应用到图像处理中是非常正确的。当化。毫无疑问，预测编码技术应用到图像处理中是非常正确的。当然，预测编码仅对非独立信源起作用。然，预测编码仅对非独立信源起作用。 预测值是已各点量化值的线性组合预测值是已各点量化值的线性组合 Niininxax1ai是预测系数是预测系数 。当序列的统计特性已知时（如相关函数），可以得。当序列的统计特性已知时（如相关函数），可以

23、得到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小。到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小。nnnxxe待编码待编码取样序取样序列列量化后数量化后数字序列字序列预测值预测值 (1) (1) 非均匀量化编码非均匀量化编码 + 固定字长固定字长 非均匀量化编码：对出规概率大的小信号细量化，对出现概率非均匀量化编码：对出规概率大的小信号细量化，对出现概率小的大信号粗量化。小的大信号粗量化。5bit5bit / / pelpel的非均匀量化可以获得与的非均匀量化可以获得与 8bit8bit / / pelpel均匀量化大致相同的图像质量。均匀量化大致相同的图像质量。 (2) (2) 均匀

24、量化均匀量化 + 可变字长编码可变字长编码 根据熵编码原理，对概率大的小差值信号编为小字长码（位数根据熵编码原理，对概率大的小差值信号编为小字长码（位数少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为大字长码。少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为大字长码。 DOCM预测编码结构简单，易于实现，压缩效率高；主要缺预测编码结构简单，易于实现，压缩效率高；主要缺点是抗御误码的能力差。点是抗御误码的能力差。 2 2 自适应预测编码及运动补偿预测编码自适应预测编码及运动补偿预测编码 实践证明，人眼观看物体细节的相对分解能力与其空间频率实践证明，人眼观看物体细节的相对分解能力与其空间频率（物体的细小程

25、度）和时间分辨率（物体运动的快慢）有关。一般（物体的细小程度）和时间分辨率（物体运动的快慢）有关。一般情况下，可以认为人眼在观看物体（或图像）时，最大空间分辨率情况下，可以认为人眼在观看物体（或图像）时，最大空间分辨率与最大时间分辨率的乘积近似为常数。根据这一点，可以对高速运与最大时间分辨率的乘积近似为常数。根据这一点，可以对高速运动的图像赋予较大的量化步长，而给与较高的传送速度；对低速运动的图像赋予较大的量化步长，而给与较高的传送速度；对低速运动或静止的图像赋予较小的量化步长，而给与较低的传送速度。动或静止的图像赋予较小的量化步长，而给与较低的传送速度。 运动补偿是一种对活动图像的帧间编码技

26、术，目的是根据活动运动补偿是一种对活动图像的帧间编码技术，目的是根据活动图像相邻帧间的时域相关性，尽可能消除这部分冗余。图像相邻帧间的时域相关性，尽可能消除这部分冗余。 632变换编码变换编码 将图像中的像素按区域分成一些包括将图像中的像素按区域分成一些包括MN个像素的许多方块。个像素的许多方块。这些像素点的取样值构成一空间这些像素点的取样值构成一空间(设为设为X,Y二维二维)的数字阵列的数字阵列,然后将然后将它们变换到由正交矢量构成的变换域中它们变换到由正交矢量构成的变换域中,再对这些变换域中的阵列再对这些变换域中的阵列系数进行编码发送系数进行编码发送,接收端通过逆变换恢复原数据。实用的变换

27、有接收端通过逆变换恢复原数据。实用的变换有富里叶变换、富里叶变换、离散余弦变换离散余弦变换(DCT)、沃尔什、沃尔什(Walsh)变换等。变换等。 变换编码压缩数据的原理：图像空间存在相关性变换编码压缩数据的原理：图像空间存在相关性, ,在变换域中在变换域中, ,各空间频率分量是不均匀的各空间频率分量是不均匀的, ,即空间频率低的区域信号幅度大即空间频率低的区域信号幅度大, ,高频高频区域信号幅度小。若根据统计特性区域信号幅度小。若根据统计特性, ,低频部分编低频部分编 n 大的长码，大的长码，高频高频亮度亮度部分编部分编 n 小的短码（与小的短码（与均匀量化均匀量化 + 可变字长编可变字长编

28、码类似码类似），则平均码长），则平均码长和总的码率都会下降，和总的码率都会下降，达到压缩码率的目的。达到压缩码率的目的。 离散余弦变换压缩离散余弦变换压缩率最高率最高, 有快速算法，能有快速算法，能实现实时压缩；沃尔什实现实时压缩；沃尔什变换易于硬件实现。变换易于硬件实现。 633 其它压缩码率的措施其它压缩码率的措施 (利用图像信号的某些特性进行压缩利用图像信号的某些特性进行压缩) ) 1 1亚奈奎斯特取样亚奈奎斯特取样 根据取样定理，应有根据取样定理，应有fS2fm，若不满足此条件，会发生频谱混，若不满足此条件，会发生频谱混叠而失真。然而，由于视频信号存在较大的频谱间隙，如果恰当选叠而失真

29、。然而，由于视频信号存在较大的频谱间隙，如果恰当选择择 fS2fm采样的频率，使频谱折叠区域落在原信号的频谱间隙中，采样的频率，使频谱折叠区域落在原信号的频谱间隙中，就不会发生频谱折叠失真。就不会发生频谱折叠失真。 视频信号频谱：视频信号频谱：n fHm fH， 2) 12(HSfkf取取则折叠频率为则折叠频率为 VHVn)21()(mffnkmfnffS低通特性低通特性 梳状滤波梳状滤波的特性的特性 2同步信号的编码同步信号的编码 电视信号的行逆程和场逆程电视信号的行逆程和场逆程中，只有同步信号、消隐信号和中，只有同步信号、消隐信号和色同步信号。它们所携带的信息很少，但占据的时间却很长。数字

30、色同步信号。它们所携带的信息很少，但占据的时间却很长。数字化过程中，没有必要对这些逆程信号的全部进行波形取样编码，也化过程中，没有必要对这些逆程信号的全部进行波形取样编码，也没有必要逐行、逐场传送这些信息，而只要对行、场定时信号单独没有必要逐行、逐场传送这些信息，而只要对行、场定时信号单独编码，插入到图像数字信号中即可。编码，插入到图像数字信号中即可。离散余弦变换离散余弦变换DCT编码压缩系统简介编码压缩系统简介 构造 N N 块 合并 N N 块 DCT 量化 编码 IDCT 反量化 解码 输入 输出 DCT 编码压缩系统框图 DCT10102) 12(cos2) 12(cos),()()(

31、2),(MxNyNvyMuxyxfvcucMNvuFIDCT10102) 12(cos2) 12(cos),()()(2),(MuNvNvyMuxvuFvcucMNyxf其中：其中：1 2 1 0Mu，1 2 1 0Nv，01021)( ),(u,vu,vvcuc 二维二维DCT变换是一种线性变换，可以分解成两个一维变换是一种线性变换，可以分解成两个一维DCT变变化的乘积。特别是当化的乘积。特别是当MN时，二维时，二维DCT变换可用方阵表示：变换可用方阵表示： TDCT),(DCT),(yxfvuFDCT),(DCT),(TvuFyxf的转置矩阵是 DCTDCTTkNnN212cos2DCT1

32、6105cos1691cos1677cos1663cos1649cos1635cos1621cos167cos1690cos1678cos1666cos1654cos1642cos1630cos1618cos166cos1675cos1665cos1655cos1645cos1635cos1625cos1615cos165cos1660cos1652cos1644cos1636cos1628cos1620cos1612cos164cos1645cos1639cos1633cos1627cos1621cos1615cos169cos163cos1630cos1626cos1622cos1618c

33、os1614cos1610cos166cos162cos1615cos1613cos1611cos169cos167cos165cos163cos16cos212121212121212182DCT88例：例：88亮度子块的亮度子块的DCT编码压缩和解码编码压缩和解码 JPEG78787575697877728380796771717676808278756968636985797878677570737981808675757674827478807867757294858683827678769494868282797578),(88yxf88亮亮度子块度子块311125131112142

34、8222021218003112623700510230434501132070462210312829619),(88vuFDCDCT第一步：第一步：DCT变换变换 DCT编码压缩编码压缩JPEG亮度量化矩阵表亮度量化矩阵表 第二步：量化处理降低每个第二步：量化处理降低每个DCT系数的比特数系数的比特数 5 . 0),(),(),(),(round),(vuQvuFvuQvuFvuK 量化过程是将量化过程是将DCT系数矩阵系数矩阵F(u,v)中的每个元素与量化矩中的每个元素与量化矩阵阵Q(u,v)中的对应元素相除后中的对应元素相除后, 舍去小于舍去小于0.5以下的数。例如：以下的数。例如：Q

35、(u,v)为为量化矩阵。量化矩阵。15 . 0round168round1533. 0round158round04375. 0round167round9910310011298959272101120121103877864499211310481645535247710310968563722186280875129221714566957402416131455605826191412126151402416101116),(88vuQy量化结果量化结果 00000000000000000000000000000000000000100000000100000012000001339)

36、,(88vuK00000000000000000000000000000000000000100000000100000012000001339),(88vuK第三步：第三步：Z扫描并串转换扫描并串转换第四步：编码传输第四步：编码传输游程编码：游程编码：本例为（本例为（39，-3，2，1， -1，1，0，0，0，0，0， -1，EOB）。）。EOB表示块表示块结束，接收端收到结束，接收端收到EOB后后自动将自动将64个元素中余下的个元素中余下的元素补零。元素补零。DCT解码复原解码复原第一步：恢复量化矩阵第一步：恢复量化矩阵将将EOB后的元素自动补零后的元素自动补零第二步：反量化（第二步：反量

37、化（IQ）),(),(),(vuQvuKvuR000000000000000000000000000000000000001700000000140000001224000001033624),(88vuR（619）第三步：第三步：IDCT77767574757677788180777573727373848279757169686884827875727069698281787574747474848381787777777891898682797877779895918580777574),(88yxf78787575697877728380796771717676808278756968

38、636985797878677570737981808675757674827478807867757294858683827678769494868282797578),(88yxf主要原因是主要原因是量化所致。量化所致。重建后的信号与重建后的信号与原信号相差很小原信号相差很小 构造 N N 块 合并 N N 块 DCT 量化 编码 IDCT 反量化 解码 输入 输出 DCT 编码压缩系统框图 9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999664799999999995626249999

39、9999662621189999996647241817),(88vuQCJPEG色度量化矩阵表色度量化矩阵表 将整幅图像分将整幅图像分解出数个用于解出数个用于DCT的子块的子块DCT系数中绝对系数中绝对值较大的集中在值较大的集中在矩阵的左上角。矩阵的左上角。将一些绝对值很将一些绝对值很小的系数或区块小的系数或区块置零便于丢弃置零便于丢弃串并转换串并转换舍去零系数舍去零系数量化矩阵复原量化矩阵复原恢复恢复DCT系数系数图像子块重建图像子块重建整幅图像重建整幅图像重建传输或存储传输或存储2020 DCT子块子块IDCT重建的重建的10075图像图像活动图像的活动图像的DCT编解码示例编解码示例1

40、00100 DCT子块子块101010100101010110323210012323011032321001232301101010100101010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010010101010000000000000000002222000022220000222200002222000000000000000000),(NSnmf29. 3015. 1077. 049. 065. 00059. 00001054. 115. 1041. 0027. 017. 023. 000000000077. 002

41、7. 0018. 012. 015. 0049. 0117. 0012. 085. 110. 008. 265. 0023. 0015. 010. 013. 00054. 100008. 2002. 8),(vuf0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001),(vuK等亮度方块等亮度方块黑白交错的干扰信号黑白交错的干扰信号DCT结果结果量化量化结果结果特殊图像的例子特殊图像的例子重构误差会很大重构误差会很大64 电视信号的数字处理电视信号的数字处理 641概述概述 利用数字技术对电视信号的处理，不仅能完成模拟

42、处理技术中利用数字技术对电视信号的处理，不仅能完成模拟处理技术中的相应，还能完成许多模拟电视中难以完成的各种功能，从而达到的相应，还能完成许多模拟电视中难以完成的各种功能，从而达到提高图像质量，丰富电视节目等目的。提高图像质量，丰富电视节目等目的。 6 64 42 2 数字滤波器数字滤波器 1 1数字滤波器的作用（略，详见数字信号处理）数字滤波器的作用（略，详见数字信号处理） 2 2数字滤波器的基本结构和原理数字滤波器的基本结构和原理（略，详见数字信号处理）（略，详见数字信号处理） 3 3数字滤波器举例数字滤波器举例 (1) (1) 亮度水平滤波器亮度水平滤波器 滤波器的传递函数滤波器的传递函

43、数 ( a )( b )3z 1z 1z 3511431214112121 zzzzzzzH)()(代入代入 ze j 21212231 jjjeeeH)( 212121coscos)( H =2ffS，当，当 fS =4 fSC时，时，SC2S2122ffffH coscos)( (2) 亮亮/ /色分离梳状滤波器色分离梳状滤波器 PAL制行延时制行延时TTH A至至B 的的传输函数传输函数HY() 424221412112121 zzzzzzHY)( 代入代入 ze j及及 =2ffH HYffH 222coscos)(A至至C的的传输函数传输函数HC() HCffH 222sinsin)

44、( NTSC制的制的Y/C分离分离 传递函数取传递函数取(1(1行延迟行延迟) ) 212111412112121 zzzzzzHY)(结构图如何画？结构图如何画？ )cos()( 12121121141212jjjjjjYeeeeeeH HYffH 222121coscos)cos()(幅频特性：幅频特性：2行延时行延时 传递函数取传递函数取( (1帧延迟：帧延迟：TTF ， PAL制要延迟制要延迟 2 帧帧 ) ) 212111412112121 zzzzzzHY)( Hfnn525 个周期 Ff262.5 fF F Y VfNTSC 制信号延迟 1 帧的幅频特性 HFYfffffH525

45、cos525coscoscos)(2222 这种这种Y/C分离方法适合于静止图像或变化十分缓慢的图像，特分离方法适合于静止图像或变化十分缓慢的图像，特别是静止图像（帧重复），可以获得非常高的清晰度（对同一位别是静止图像（帧重复），可以获得非常高的清晰度（对同一位置的像素求和）。由于模拟延迟难以获得高精度长时间延迟，所置的像素求和）。由于模拟延迟难以获得高精度长时间延迟，所以这种方法只能用于数字处理。以这种方法只能用于数字处理。 (3) PAL色度解调器色度解调器 U支路的滤波器幅频特性支路的滤波器幅频特性 SHTTfUfffefHSH11212 cos)()(44114SCSCSSCSTfff

46、f 由于由于:SCHHTfTf 62514128416251412841SC ffTffffHSHU coscoscos)(262512842112SC 所以所以 s0563964284s05675646251284SCSC. TT 实际延迟与标准实际延迟与标准延迟之差极小。延迟之差极小。( (64.05603s ) SHTTfVfffefHSH11212 sin)()(V支路的滤波器幅频特性支路的滤波器幅频特性 ffTfHV sinsin)(262512842SC 分离后的分离后的U、V信号都是信号都是取样频率为取样频率为fS4fSC的数字信的数字信号，分别送入锁存器以号，分别送入锁存器以f

47、SC频频率进行再取样。由于取样时率进行再取样。由于取样时钟的频率钟的频率fS4 fSC，并与色，并与色同步信号严格锁相，实际上同步信号严格锁相，实际上取样时就已实现了取样时就已实现了FU、FV这这两个数字色度分量分离。两个数字色度分量分离。位位于于fSC零相的采样值为零相的采样值为V 分量分量，位于位于fSC 90( (将将fSC延迟延迟T TS S ，即一个即一个A/DA/D采样周期采样周期) )的采样的采样值为值为U分量。分量。所以利用彩色所以利用彩色副载波副载波fSC作为时钟进行再取作为时钟进行再取样，样，fSC零相的再取样值即为零相的再取样值即为V分量值，分量值，fSC延迟一个延迟一个

48、fS的的周期周期TS的取样值即为的取样值即为U分量分量值，以完成副载频信号至视值，以完成副载频信号至视频信号的频率变换。频信号的频率变换。 643 电视信号的时基处理电视信号的时基处理 数字信号的在存储器里的存入、取出由外部的定时信号决定。数字信号的在存储器里的存入、取出由外部的定时信号决定。若数字电视信号在存储过程中，采用不同的存入和取出的定时信号若数字电视信号在存储过程中，采用不同的存入和取出的定时信号,就可以将电视信号在时间上进行变换就可以将电视信号在时间上进行变换,这种变换称为时基处理。这种变换称为时基处理。 1 数字时基校正数字时基校正 数字时基校正器数字时基校正器(DTM)是一种典

49、型的时基处理设备，它主要用是一种典型的时基处理设备，它主要用于校正视频磁带录像机于校正视频磁带录像机VTR)重放时输出信号的时基误差重放时输出信号的时基误差(TBE)。(RAM或或SRAM) 用于用于DTBC的存储器容量一般为的存储器容量一般为10余行以上，而校正的时基余行以上，而校正的时基误差可达几十误差可达几十s甚至更大。甚至更大。 2 数字时基处理的其它应用数字时基处理的其它应用 时基变换和处理的原理，还可用于其它方面，例如倍行频或时基变换和处理的原理，还可用于其它方面，例如倍行频或倍场频显示，隔行倍场频显示，隔行/ /逐行扫描转换，数字式彩色电视制式转换等。逐行扫描转换，数字式彩色电视

50、制式转换等。这些都是通过对帧存储器内的数字电视信号进行特殊的读这些都是通过对帧存储器内的数字电视信号进行特殊的读/ /写控制写控制和内插处理而实现的。和内插处理而实现的。 倍行倍行/ /场频扫描场频扫描 将电视信号以正常的取样时钟写入存储器，通过数据内插方将电视信号以正常的取样时钟写入存储器，通过数据内插方法法( (即将相邻行的数据平均，得到内插行的数据；或者将相邻帧的即将相邻行的数据平均，得到内插行的数据；或者将相邻帧的数据平均，得到内插帧的数据数据平均，得到内插帧的数据) )进行数据扩展。再以双倍取样频率进行数据扩展。再以双倍取样频率取出数据。同时显示时以倍行频扫描，即每场取出数据。同时显

51、示时以倍行频扫描，即每场625行显示，这是倍行显示，这是倍行频显示技术。也可以重新排列扫描顺序，行频显示技术。也可以重新排列扫描顺序，由隔行扫描改为逐行由隔行扫描改为逐行扫描扫描。以上两种显示扫描行数都加倍，只是数据的读出顺序不同。以上两种显示扫描行数都加倍，只是数据的读出顺序不同。倍行频可以消除行间的闪烁现象。倍场频显示是保持隔行扫描不倍行频可以消除行间的闪烁现象。倍场频显示是保持隔行扫描不变，而使场频加倍变，而使场频加倍(每秒由每秒由50场提高到场提高到100场。当然行频也加倍场。当然行频也加倍)。倍场频显示既能消除行间闪烁，也能消除场间大面积的闪烁。倍场频显示既能消除行间闪烁，也能消除场

52、间大面积的闪烁。 数字制式转换器数字制式转换器 将将525行和行和625行两行两种制式转换的数字制式种制式转换的数字制式转换器转换器( (DSC) )，也是利，也是利用上述时基变换和行、用上述时基变换和行、场内插等技术实现的。场内插等技术实现的。 n n+1 n n+1 NTSC 扫描线 PAL 扫描线 84 行/100 行 行25行21NTSCPAL内插处理 625=2525； 525=212566 高清晰度电视高清晰度电视 661 普通电视系统存在的缺陷普通电视系统存在的缺陷 （以（以NTSC系统为例）系统为例） 1总体上的缺陷总体上的缺陷 宽高比宽高比 早期拟订电视规范时，选择了早期拟订

53、电视规范时，选择了4 : 3的宽高比，因为当时的宽高比，因为当时35mm影片有同样的宽高比，而且观众对此格式也感到舒适。但今天影片有同样的宽高比，而且观众对此格式也感到舒适。但今天“宽宽屏幕屏幕”形式很普遍，形式很普遍，NHK的研究表明，人们更喜欢的研究表明，人们更喜欢5 : 3或甚至或甚至2 : 1的宽高比。的宽高比。 有限的垂直分解力有限的垂直分解力 ( (NTSC系统比系统比PAL系统更明显系统更明显) ) 在在NTSC制的制的525扫描行中，只有扫描行中，只有485行能产生图像，余下的行能产生图像，余下的40行是场消隐期。在最佳的情况下，人们期望分解出行是场消隐期。在最佳的情况下，人们

54、期望分解出485行，但实际行，但实际上有一些影响使这个数字大大减少，如凯尔上有一些影响使这个数字大大减少，如凯尔( Kell )系数和隔行系数系数和隔行系数等均使可观察到的分解力降低，最多只能达到等均使可观察到的分解力降低，最多只能达到330行左右。行左右。 有限的水平分解力有限的水平分解力 假设水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在满屏假设水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在满屏宽约为宽约为440行。要达到这样的分解力，需要频率响应的平坦部分达行。要达到这样的分解力，需要频率响应的平坦部分达到到4.2MHz左右。左右。NTSC制规定视频带宽的上限也只有制规定视频带宽的上限也

55、只有4.2MHz，此，此频率上限不能随便扩展，因为电视额道的划分大多互相紧邻。频率上限不能随便扩展，因为电视额道的划分大多互相紧邻。 严重受限的色度分解力严重受限的色度分解力 根据对人类视觉系统的研究结果，人眼对彩色的分辨力是有根据对人类视觉系统的研究结果，人眼对彩色的分辨力是有限的，因此决定利用这一点对色度系统的频率响应也作同样的限限的，因此决定利用这一点对色度系统的频率响应也作同样的限制。虽然这种方法已证明是使色度信号符合原先单色传输标准的制。虽然这种方法已证明是使色度信号符合原先单色传输标准的极好方法，但目前节目制作设备却正在发生变化，为了尽量减小极好方法，但目前节目制作设备却正在发生变

56、化，为了尽量减小图像的劣化，采用图像的劣化，采用RGB基色或基色或Y、B - Y、G - Y分量进行编辑。分量进行编辑。 2隔行缺陷隔行缺陷 行间闪烁行间闪烁 爬行爬行 移动物体的垂直和对角线轮廓会发生畸变（锯齿化现象）移动物体的垂直和对角线轮廓会发生畸变（锯齿化现象） 3其它各种缺陷其它各种缺陷 静态光栅（可见行结构）静态光栅（可见行结构） 由于电视机屏幕尺寸的增加和质量的改进，观众开始能看到由于电视机屏幕尺寸的增加和质量的改进，观众开始能看到组成一帧图像的各扫描行，许多人对此感到不快，使扫描点单纯组成一帧图像的各扫描行，许多人对此感到不快，使扫描点单纯地散焦，会产生使水平清晰度同时下降的缺

57、陷。按照地散焦，会产生使水平清晰度同时下降的缺陷。按照NTSC制标准，制标准，观众要在图像高度的观众要在图像高度的7倍处倍处(PAL制是制是6倍倍)才可以避免看到行结构。才可以避免看到行结构。在这个距离上，观看者不会有身临其境的感觉，相反是感觉在看在这个距离上，观看者不会有身临其境的感觉，相反是感觉在看“一只盒子中的图画一只盒子中的图画”。 大面积闪烁大面积闪烁 研究表明，人眼可观察到频率非常高的场景亮度变化，它取研究表明，人眼可观察到频率非常高的场景亮度变化，它取决于视场和亮度电平。就正常的观看电平来讲，欧洲的决于视场和亮度电平。就正常的观看电平来讲，欧洲的PAL和和SECAM的的50Hz场

58、频对许多人来说可能是太低了。测试表明，场频对许多人来说可能是太低了。测试表明，100Hz的场频对避免大面积闪烁效果是很好的，当然这时接收机的的场频对避免大面积闪烁效果是很好的，当然这时接收机的成本会有较大的增加。成本会有较大的增加。 串色串色 串色看起来就像新闻播音员身上花呢短上衣的异常彩色编织串色看起来就像新闻播音员身上花呢短上衣的异常彩色编织图案的效果，这是由于图案的效果，这是由于NTSC将高频亮度信号与色度信号混合在同将高频亮度信号与色度信号混合在同一个复合信号里所致。减小此种串扰有两个办法，一种是将亮度一个复合信号里所致。减小此种串扰有两个办法，一种是将亮度倍号带宽限制到大约倍号带宽限

59、制到大约3MHz(该方法比较经济，直到几年前一直在该方法比较经济，直到几年前一直在普遍使用普遍使用)；再就是利用流状滤波器将色度信号从亮度信号中滤出，；再就是利用流状滤波器将色度信号从亮度信号中滤出，但又会使垂直分辨率降低。但又会使垂直分辨率降低。 串亮串亮 串亮是由于色度信号漏入亮度通道所致，特别是在黑白电视串亮是由于色度信号漏入亮度通道所致，特别是在黑白电视接收机中，屏幕上由密布点组成矩阵状干扰。串亮可采取与抗串接收机中，屏幕上由密布点组成矩阵状干扰。串亮可采取与抗串色相同的方法来消除。色相同的方法来消除。 时域混叠时域混叠 这种这种“车轮向后转车轮向后转”的视觉效应是由的视觉效应是由30

60、帧秒的取样率造成的。帧秒的取样率造成的。 传统电视系统的缺陷小结：传统电视系统的缺陷小结： 为了使闪烁减少到可接受的水平，又要保持带宽不变，采用隔为了使闪烁减少到可接受的水平，又要保持带宽不变，采用隔行扫描是最好的折中。采用这样的技术不可能没有损失，如行间闪行扫描是最好的折中。采用这样的技术不可能没有损失，如行间闪烁、快速运动时垂直边缘模糊等。烁、快速运动时垂直边缘模糊等。 为减轻这些缺陷的影响，尤其是要避免看到行结构，观众应该为减轻这些缺陷的影响，尤其是要避免看到行结构，观众应该在在6倍图像高度距离处观看。但是在这个距离上，观看者不会有融倍图像高度距离处观看。但是在这个距离上，观看者不会有融