视频技术—已修改

1、视频技术视频技术 复习复习n考试时间：考试时间：n2014年年12月月5日日 星期五星期五 9:50-11:50n考试地点：考试地点：n信信3006n要求：要求：n可以带一个计算器可以带一个计算器课程内容总结课程内容总结n以以模拟模拟和和数字数字电视两条主线，详细讨论了电视两条主线，详细讨论了视频信号的视频信号的形成形成、发射发射、传输传输和和接收接收机制机制及系统，以及数字电视的及系统，以及数字电视的信源信源、信道信道编码。编码。第一章第一章绪论绪论第二章第二章视觉特性与色空间视觉特性与色空间第三章第三章电视成像原理与视频信号的产生电视成像原理与视频信号的产生第四章第四章彩色视频信号的处理与

2、制式彩色视频信号的处理与制式第五章第五章电视广播与视频信号的传输电视广播与视频信号的传输第六章第六章视频终端与图像显示视频终端与图像显示第七章第七章视频模型视频模型第八章第八章数字电视基础数字电视基础第九章第九章视频应用系统及其发展视频应用系统及其发展了解了解理解理解掌握掌握掌握掌握掌握掌握掌握掌握了解了解掌握掌握理解理解2、视觉特性与色空间视觉特性与色空间n会计算会计算n光度学中的基本参量光度学中的基本参量n目标的空间频率、视觉的空间频率响应与人眼目标的空间频率、视觉的空间频率响应与人眼的分辨力的分辨力n掌握概念掌握概念n三基色原理三基色原理n描述彩色的三个基本参量描述彩色的三个基本参量nR

3、GB色空间、色空间、YUV色空间色空间电视信号电视信号产生产生传输传输接收接收逐行扫描逐行扫描隔行扫描隔行扫描黑白黑白全电视信号全电视信号彩色彩色全电视信号全电视信号兼兼容容频谱交错频谱交错正交平衡调幅正交平衡调幅高频混合高频混合3、视频信号的产生视频信号的产生n逐行扫描和隔行扫描逐行扫描和隔行扫描n概念概念n为什么要进行隔行扫描？优缺点是什么？为什么要进行隔行扫描？优缺点是什么？n电视图像的基本参数，会计算电视图像的基本参数，会计算n黑白全电视信号黑白全电视信号n概念概念n彩色电视信号彩色电视信号n基色、亮度、色差信号的关系基色、亮度、色差信号的关系n标准彩条信号（概念、会计算）标准彩条信号

4、（概念、会计算）由于人眼的特性，屏幕刷新屏幕不能低于人眼临界闪烁频率。利用人眼的“拼接”效应，可以分若干次（最终权衡考虑选择两次）显示一幅画面来减少要传输的信息量，压缩带宽。隔行扫描的目的是解决逐行扫描所需带宽过大的问题。优点自然是在保证图像质量的前提下使得带宽降低了一半。缺点是由于两场间景物的移动导致了垂直分解力的下降，也产生了行间闪烁现象，同时导致了视频信号和扫描装置的复杂化。2.3 逐行扫描与隔行扫描逐行扫描与隔行扫描电子束行扫描周期TH=THt+THr场扫描周期TV=TVt+TVr行扫描逆程系数=THr/TH 18%场扫描逆程系数 =TVr/TV 8%2.3 逐行扫描与隔行扫描逐行扫描

5、与隔行扫描2/)1 (1KKZSZTTTVHHt/ )1 ()1 (21max1121/ZfKKTSfVHt解析：频率最高情况如上一页PPT图示有效行数为由于扫描落点和场间景物移动导致的分辨力下降，垂直分辨力为水平分辨力则为水平最高周期数则为行扫周期行扫正程则为注释：H代表水平的：horizontalT代表向前：toward=/1 / ()HVVTTZfZ(1)HtHTT2.6 视频图像信号视频图像信号黑白视频图像信黑白视频图像信号由黑白图像信号由黑白图像信号、号、(行行/场场)同步同步脉冲信号和脉冲信号和(行行/场场)消隐信号组成消隐信号组成。国标规定：消隐国标规定：消隐信号为基准电平信号为

6、基准电平(0电平电平)，峰值白，峰值白电平为电平为0.7V，黑，黑电平高于消隐电电平高于消隐电平平050mV。2.6.1 视频图像信号视频图像信号黑白全电视信号黑白全电视信号2.6.2 黑白图像信号频谱黑白图像信号频谱mnVHnmtmfnfjEte,)(2exp)(谐波谱线谐波谱线副谐波谱线副谐波谱线主谱线主谱线BGRYBBGRYR89. 059. 030. 011. 059. 070. 0)(19. 0)(51. 0YBYRYGBYYBGYYGRYYR)()()(0.30.590.11YRGB这个公式要记牢为什么选用R-Y、B-Y两个色差信号来传送色度信息而不选用G-Y？三个色差信号中只有两

7、个独立，所以只需传送两路色差信号。G-Y信号数值比较小，作为传输信号对改善信噪比不利，同时，G-Y与亮度相关性高，亮度的失真对颜色失真的影响大，故而不选择G-Y信号。白 黄 青 绿品红红 蓝 黑100-0-100-0彩条信号数据颜色顺序要记清楚标准彩条信号编码标准彩条信号编码1：组成白条的基色信号：组成白条的基色信号幅度的百分数幅度的百分数2：组成黑条的基色信号：组成黑条的基色信号幅度的百分数幅度的百分数3：组成彩条的基色最大：组成彩条的基色最大幅度的百分数幅度的百分数4：组成彩条的基色最小：组成彩条的基色最小幅度的百分数幅度的百分数100-0-100-0100-0-100-25100-0-7

8、5-0 我国采用我国采用100-0-75-0彩条彩条,它是欧洲广播联盟它是欧洲广播联盟(EBU)提出的，也称为提出的，也称为EBU彩条彩条4、彩色视频信号的处理与制式彩色视频信号的处理与制式n彩色电视信号的制式彩色电视信号的制式n特点特点n彩色电视与黑白电视兼容的主要技术彩色电视与黑白电视兼容的主要技术n频谱交错频谱交错n正交平衡调幅正交平衡调幅n高频混合高频混合2.4 视频信号与电视图像的基本参量视频信号与电视图像的基本参量n黑白电视标准黑白电视标准nEIA-170 , (EIA, Electronic Industries Alliance，电子工业联合会，美国电子行业标准制定者之一) 对

9、应彩色电视制式 NTSC (正交平衡调幅制正交平衡调幅制，National Television Systems Committee, 国家电视系统委员会)nCCIR (Consultative Committee of International Radio, 国际无线电咨询委员会, 成立于1927年，从1993年3月1日与国际频率登记委员会(IFRB)合并，成为现今国际电信联盟(ITU)无线电通信部门的常设机构之一，简称ITU-R, 主要职责是研究无线电通信和技术业务问题) 对应彩色电视制式 PAL (Phase Alternating Line, 逐行逐行倒相正交平衡调幅制倒相正交平衡调

10、幅制)2.4 视频信号与电视图像的基本参量视频信号与电视图像的基本参量制式制式NTSCPALSECAMMNID.KB.GKK1L扫描行数扫描行数525625625625625625625625场频场频 / Hz6050505050505050行频行频 / Hz1575015625156251562515625156251562515625视频带宽视频带宽 /MHz65666频道带宽频道带宽/ MHz66887(B)8(G)888图像伴音频距图像伴音频距/MHz4.54.56.56.5残留边带残留边带/MHz0.750.751.250.750.750.751

11、.251.25频道间距频道间距 / MHz5色度调制方式色度调制方式正交平衡调幅正交平衡调幅逐行倒相正交平衡调幅逐行倒相正交平衡调幅调调 频频副载波频率副载波频率/MHz3.583.584.434.434.434.434.434.43伴音调制方式伴音调制方式调频调频调频调频调频调频调频调频调频调频调频调频调频调频调幅调幅第二伴音中频第二伴音中频/MHz4.54.56.56.5mnVHnmtmfnfjEte,)(2exp)(频谱间置又叫做频谱交错或频谱交织。NTSC制式采用1/2间置，PAL制采用1/4间置。PAL制采用V信号逐行

12、倒置，相当于在原信号上乘以一周期为二倍行周期的矩形波，其频谱相当于在原来基础上加减半行频（及其整数倍），致使色度信号频谱间隔降为半行频，为将亮度信号Y与色度信号分量的频谱位置错开，故而采用1/4间置。即副载波频率实际中1()4SHfnf4.43zSfMH63 . 13 . 10603 . 1063 . 13 . 10603 . 1063 . 13 . 10603 . 10)()()(YBYYBBYGYYGGYRYYRR不传送Y、Cr、Cb信号而传送YUV信号的原因是：色度副载波信号与Y信号相加后的全电视信号动态范围太大，超出白电平太多会使发射机过调，低于同步电平会破坏电视机同步。所以只能减小色

13、差信号的幅度对于100%饱和度、100%幅度的已压缩彩条U=0.493（B-Y）V=0.877（B-Y）U、V信号即是压缩了的（B-Y）、（B-Y）信号准确地说，调制的目的：把多个基带信号分别搬移到不同载频处，实现信道的多路利用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力。实现传输带宽与信噪比之间的转换。图像信号的调制采用残留边带调幅（VSB）主要考虑是带宽要尽量窄些，以便在国际规定的波段内容纳更多的电视频道数。双边带调幅（DSB）带宽过宽，可容纳频道少；单边带调幅（SSB）中理想滤波器难以制造，其正确检波（需采用同步检波）比较复杂，同时，截止频率附近相频特性会出现严重非线性，所

14、以采用残留边带调幅VSB，它是DSB和SSB间的一种折中方式。残留边带调幅（VSB）：在0.75MHz以内的图像信号采用双边带传送，0.75-6MHz的图像信号采用单边带传送。图像信号的调制极性采用负极性调制负极性调制的优点：发射机的效率与功率：调幅信号的平均功率 小，发射机的效率高。（因一般情况图像整体较亮）干扰的影响：脉冲干扰对图像影响小。（正极性调制时表现为亮点，负极性调制时表现为暗点）自动增益控制（同步电平作为基准电平）FM制音频的处理过程人耳能分辨的声音频率为20到20000Hz通常假设原始音频信号为15KHz现将其搬移到6.5MHz，此称第二伴音中频，进行调频处理。接着进行与38M

15、Hz载波信号混频，将频率搬移到38-6.5=31.5MHz上，此称第一伴音中频。再接着与 载波信号混频，选择差频作为射频载波输出。这种先用38MHz载波混频再用 载波混频的调制方式称为中频调制。准确说法是先将基带信号调制到一个固定中频，滤波后再二次变频到所需电视频道上的调制方式称为中频调制。(38)PfMHz(38)PfMHz图像信号的产生06MHz的亮度信号和搬移到4.43MHz的带宽为1.3MHz的色差信号组成图像的基带信号之后调制到38MHz，接着再变频到天线发射的射频频率。以上是采用了VSB（残留边带调幅）的射频全电视信号频谱左边竖线与横轴交点为频率原点。色差信号有线电视系统的组成：信

16、号源、前端、干线传输分配系统、用户分配网络（以及用户终端）卫星电视广播系统主要由三部分组成：上行发射站和 测控站、星载转发器、地面接收站。预加重技术提高接收机鉴频器输出信号的信噪比能量扩散技术就是人为地在视频信号上叠加一个低频三角波，形成一个复合的基带信号。为克服无调制或单一电平调制造成功率集中在载频或某几个固定频率点上的缺点 因为卫星上的转发器不能提供足够大的发射功率，采用调频制以通过适当增加带宽来换取较小的发射功率。而在产生基带信号时伴音已进行过一次调频，故而伴音信号采用了FM-FM（调频-调频）调制方式。大型有线电视前端系统通常设置有导引信号发生器，它所产生的导频信号是为了传输系统进行自

17、动增益控制（AGC）和自动斜率控制（ASC），从而保证信号的传输质量。常设三个导频，第一导频为47MHz，第二导频为110.7MHz，第三导频为229.5MHz。彩色电视信号的接收与处理电视信号电视信号产生产生传输传输接收接收视放中放高频调谐器伴音通道整流天线输入电路高频放大混频中频放大视频检波视频前置视频输出高压中压整流本振AGC电路ANC电路同步分离同步放大AFPC电路行振荡行激励行输出积分电路场振荡场激励场输出稳压器变压器降压整流第二伴音中放及限幅鉴频低放扬声器220V交流显像管直流至场偏转线圈至行偏转线圈扫描电路黑白电视机的原理框图信号通道扫描电路电源高频信号高频信号中频信号中频信号伴

18、音信号伴音信号图像信号图像信号色度和色同步信号色度和色同步信号亮度和同步信号亮度和同步信号色度信号色度信号色同步信号色同步信号UV频率相位频率相位双重分离双重分离时间分离时间分离变频变频检波检波频率分离频率分离幅度分离幅度分离亮度信号亮度信号同步信号同步信号彩色电视信号分离原彩色电视信号分离原理理液晶按照分子结构排列的不同分为3种： 细柱形的Nematic液晶（向列相） 粘土状的Smectic液晶（近晶相）软胶胆固醇状的Cholestic液晶（胆甾型）交叉效应的后果对比度下降画面不均匀减小交叉效应平均电压法显示终端（材料）PDP在实现灰度时要把一个电视场分为若干个子场，每一子场产生相同强度的辐

19、射的时间不同，亮度的高低是因这些相同光 强辐射在人眼视网膜上的辐射强度与作用 时间的积分效应不同造成的。即靠控制发光持续时间控制亮度。有机电致发光显示，又称有机发光二极管或有机发光显示其原理是通过正负载流子 注入有机半导体薄膜后复合产生发光。电视信号电视信号模拟电视模拟电视数字电视数字电视信道编码信道编码信源信源编码编码数字数字化化什么是数字电视？什么是数字电视？数字电视的结构数字电视的结构所谓数字电视，严格地说就是从信源开始，将图像画面的每一个像素和伴音的每一个音节都用二进制数编码成多位数码，在经过高效的信源压缩编码和信道编码后，以非常高的比特率进行数码流发射、传输和接收的系统工程。数字电视

20、按信号传输方式分类可以分为地面无线传输（地面数字电视）卫星传输（卫星数字电视）有线传输（有线数字电视） 按清晰度分类可以分为低清晰度数字电视（图像水平清晰度大于250线,LDTV)标准清晰度数字电视（图像水平清晰度大于500线,SDTV）高清晰度数字电视（图像水平清晰度大于800线，即HDTV） HDTV规定了视频必须至少具备720线非交错式（720p，即常说的逐行）或1080线 交错式隔行（1080i，即常说的隔行）扫描屏幕纵横比为16 98、数字电视基础、数字电视基础n数字电视信号的摄取数字电视信号的摄取nDG技术技术n数字化过程数字化过程n采样采样奈奎斯特定理奈奎斯特定理n为保证采样后信

21、号能真实地保留原始模拟信号信息，为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2 2倍倍。n量化：量化信噪比量化：量化信噪比n编码编码：复合编码、：复合编码、分量编码分量编码分量编码分量编码抽样结构抽样结构给出示意图要能说出抽样结构4:2:08、数字电视基础、数字电视基础n数字电视信号的摄取数字电视信号的摄取nDG技术技术n数字化过程数字化过程n采样采样奈奎斯特定理奈奎斯特定理n为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率

22、成分的信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2 2倍倍。n量化：量化信噪比量化：量化信噪比n编码编码：复合编码、：复合编码、分量编码（普遍采用）分量编码（普遍采用）n图像信号的频谱图像信号的频谱3120000138431213122,2cos222cosnnnVmnmnmnHVnyf x yFFTmxnyFTT 空间频率：空间频率：一般地将一幅画面在宽度范围内的垂直黑白条的周期数称为水平空一般地将一幅画面在宽度范围内的垂直黑白条的周期数称为水平空间频率（间频率（m）；）；在其高度范围内，水平黑白条周期数称为垂直空间频率（在其高度范围内，水平黑白条周期数称为垂直空间频率（n）。）。在只有水

23、平空间频率：在只有水平空间频率：fmax=mfH在只有垂直空间频率：在只有垂直空间频率：逐行扫描：逐行扫描： n=N 隔行扫描：隔行扫描：n=N/2=fH/fV=fH/(2fF) m和和n都不为都不为0，则，则fmax=mfHnfV从左上方向右下方倾斜，取从左上方向右下方倾斜，取-从右上方向左下方倾斜，取从右上方向左下方倾斜，取+8、数字电视基础、数字电视基础n信源编码信源编码MPEG-2n信源编码是为了提高数字通信传输信源编码是为了提高数字通信传输有效性有效性而采而采取的措施，是通过各种编码尽可能地取的措施，是通过各种编码尽可能地减少减少信号信号中的冗余信息，以降低传输速率和减少传输频中的冗

24、余信息，以降低传输速率和减少传输频带宽度。带宽度。nMPEG-2的视频结构的视频结构概念：概念：n块（块（Block）：一幅图像以亮度数据阵列为基准被分成）：一幅图像以亮度数据阵列为基准被分成为若干个为若干个88像素的阵列，简称为块。像素的阵列，简称为块。n宏块宏块(Macroblock)：一个宏块由一个：一个宏块由一个1616像素的亮度像素的亮度阵列和相应区域内的阵列和相应区域内的Cb 、Cr 色差信号阵列共同组成。色差信号阵列共同组成。n像条（像条（Slice）：由一系列连续的宏块组成。像条的宏块）：由一系列连续的宏块组成。像条的宏块应处在同一水平宏块行内。像条是发生误码后且不可纠应处在同

25、一水平宏块行内。像条是发生误码后且不可纠正时，数据重新获得同步从而能正常解码的基本单元。正时，数据重新获得同步从而能正常解码的基本单元。MPEG-2的三种图像定义的三种图像定义nGOP（Group of Picture）nI（Intra-Coded Picture)帧内编码图像帧内编码图像nP（Predicatively-Coded Picture）前向预测编码图像）前向预测编码图像nB（Bidirectionally-Coded Picture）双向预测编码图）双向预测编码图像像8、数字电视基础、数字电视基础n信道编码信道编码n目的是提高信息传送或传输的目的是提高信息传送或传输的可靠性可靠性

26、，主要方，主要方法是通过法是通过增加增加额外的码率，来保证有用信息的额外的码率，来保证有用信息的可靠传输，这又增大了所需的信道容量。可靠传输，这又增大了所需的信道容量。n概念概念n误码率误码率n信息码元、监督码元、码字（组）、码集、码重、信息码元、监督码元、码字（组）、码集、码重、码距（两个码字中不同码元的个数）码距（两个码字中不同码元的个数）码的最小距离码的最小距离d0直接关系着码的检错和纠错能力直接关系着码的检错和纠错能力（会计算）（会计算）n任一任一(n,k)分组码，若要在码字内分组码，若要在码字内:n检测检测e个随机错误，则要求码的最小距离个随机错误，则要求码的最小距离d0e+1;（否

27、则可能变换为码集里的其他码字）（否则可能变换为码集里的其他码字）n纠正纠正t个随机错误，个随机错误， 则要求码的最小距离则要求码的最小距离d02t+1;（改变（改变t个码元后与其他码字的最小距个码元后与其他码字的最小距离大于离大于t才能判定出错码字更符合原码字）才能判定出错码字更符合原码字）n纠正纠正t个同时检测个同时检测e个随机错误，则要求码的最个随机错误，则要求码的最小距离小距离d0t+e+1。 (e t)n能量扩散能量扩散n使数字电视信号的能量不过分集中在载频上或使数字电视信号的能量不过分集中在载频上或“1”、“0”电电平相对应的频率上，从而减小对其他通信设备的干扰，并有平相对应的频率上

28、，从而减小对其他通信设备的干扰，并有利于载波恢复。利于载波恢复。n外码编码外码编码n纠正于本组有关的误码，尤其对纠正突发性的误码最有效，纠正于本组有关的误码，尤其对纠正突发性的误码最有效，适合前项纠错（适合前项纠错（FEC）。）。n方法：方法：RS编码编码n交织（交织、解交织过程）交织（交织、解交织过程）n使原来顺序发送的数据按一定分布规律发送，从而使突发性使原来顺序发送的数据按一定分布规律发送，从而使突发性干扰造成的成片错误分散开来，便于接收端在纠错能力的范干扰造成的成片错误分散开来，便于接收端在纠错能力的范围内纠正错误。围内纠正错误。n即通过交织将系统无法承受或处理的大误码块划为系统可承即

29、通过交织将系统无法承受或处理的大误码块划为系统可承受的小误码段。受的小误码段。n交织的过程不增将信号的冗余性。交织的过程不增将信号的冗余性。n内码编码内码编码n卷积编码卷积编码n不仅纠正本组的误码，还纠正其他组的误码。不仅纠正本组的误码，还纠正其他组的误码。n内码的数量可以根据信号的传输环境进行调节。内码的数量可以根据信号的传输环境进行调节。n信道调制信道调制nQAM 有线传输有线传输nVSBnCOFDMnQPSK 卫星传输卫星传输地面传输地面传输蓝光技术蓝光技术 nBlu-ray DiscBlu-ray Disc（蓝光光碟，英文简称BD）n是DVD之后的下一代光碟格式之一，用以储存高品质的影

30、音以及高容量的资料储存。须注意的是“蓝光光碟”此一称谓并非本产品的官方正式中文名称，此乃中文世界里人们为了易记而自行取的非官方的中文名称，SONY公司本身并未帮本产品的中文名称正名。nhttp:/www.blu- DiscBlue-ray Disc”这个词在欧美地区流于通俗、这个词在欧美地区流于通俗、口语化，并具有说明性意义，于是不能构成注册口语化，并具有说明性意义，于是不能构成注册商标申请的许可，因此蓝光光碟联盟去掉英文字商标申请的许可，因此蓝光光碟联盟去掉英文字e e来完成商标注册。来完成商标注册。数字电视系统分类数字电视系统分类 根据信号的传播方式，数字电视系统分为根据信号的传播方式，数字电视系统分为5 5种种：n数字地面电视系统数字地面电视系统n数字有线电视系统数字有线电视系统n数字卫星电视系统数字卫星电视系统nIPIP数字电视系统数字电视系统n移动设备数字电视系统移动设备数字电视系统 数字电视系统包括前端系统、传输网络和接收终端。数字电视系统包括前端系统、传输网络和接收终端。 根据信号传输介质的不同，数字机顶盒分为四种：根据信号传输介质的不同，数字机顶盒分为四种：n有线数字电视机顶盒有线数字电视机顶盒 n地面数字电视机顶盒地面数字电视机顶盒n卫星数字电视机顶盒卫星数字电视机顶盒 nIPTVIPTV数字电视机顶盒数字电视机顶盒 n四种机顶盒的硬件结构