数字音视频原理dva03a数字化

数字音原Principleof &3数字取数字压缩技数 压缩标22概3-数字取样、压缩、标1）数字基ITU-R601标YUV子取样格数字格数字压缩3模拟电视的不亮度分解力不实际亮度仅3.5MHz，水平分解力300线左色度分解力不色差实际带宽0.5MHz亮度，色度信息串色度副载波fs+-电视信号的时间行场消隐期太电视信号的幅度利用率不充峰峰幅度中，信号只占声音信号是单声不适合的多模拟系统中，噪声功率是累加数字电视 为什么数字化改善音质时分复用传输亮度和色环绕提高制作和质量和率数字摄影机，机，编辑系制作数字化，网络化，资源共提高传输效一套模拟电道内传输4-8套数拓宽业务应用范交互电视，数据业务，网络电视，IP电视 电 数字电视广播

流音频

SI数

数字电视广播系统组信号源端：数字电视信号获取，处理和制作压缩编码：去除信号源中的信息冗余，降低系统复用：将，音频和辅助数据流（控制数据，服务信息）打包时分复用成单传输系统：包括信道编码和数字调信道编码：增加数据流的可靠性，误码纠，射频传数字模拟信号数字化三个步骤：采样，量化，编

采样/

TS

tt tt

SSn数字模拟音频信号转化为数字音频信号：模拟音频信号是一个在时间上1、采样：在时间轴上对信号数字化。也就是，按照固定的时间间隔抽取模拟信号的值，这样，采样后就可以使一个时间连续的信息波变为在时间上取值数目有限的离散信号。2、量化：在幅度轴上对信号数字化。也就是变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的3、编码：用二进制数表示每个采样的量化值（十进制数）模拟信号转化为数字信号：模拟信号是一个在空间上1，这些选取的点称为样点（或像素）。采样时，在图像纵向和横向方向上的像素总频信号是对表示图像的函数进行采样的。采样后图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度仍是连续1、量化：在灰度上对信号数字化，将像素灰度转化成离散的一幅数字图像中不同灰度值的个数称为灰度级。例如RGB（R：red红，G：green，B：ble蓝）色彩模式中，每一种颜色的个数为256种，那么灰度级就是256。256=28，于是每一种颜色可以用8位二进制数表示，这就将图像信息量化成了二进（6b100个灰度级。）

数字化基础-采ττ…t

xS(nTStK采样周期TS决定了采样信号的质量和数对一个对一个频率在0～fc内的连频率fs≥2fc时，由采样信号xs(nTs)能无失真地恢采样定理数字化基础-量量化采样信号的幅值与某个最小数量单位的值的最小数量单位倍数来代替该幅值。...T ST

3TS

..T TS

3TS 将信号幅值轴分成若干层，各层之间的间隔均等于量化单位q量化信号。量化信号的精度取决于所选的量化单位q。q↓，信号精度量化始终存在着误差，这是因为量化是用近似值代替信号确值的缘故数字化基础-编编码 将量化信号的电平用数字代码来表示数字复合取样频率4倍副载波取样频14.318MHz17.72MHz4x副载波频率易于色度重所有的分量（图象、声音、同步等）需要精确的相位控完美的－用于演播D-2磁带标没有处理NoprocessingNTSC、PAL等不一目前基本不数字磁带格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,数字分量ITU-RBT.601/656标80年代初由CCIR制定的演播室数字电视分量编码标准。该准规定RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关YCBCRColorsubsampling彩象转换成数字图象时使用的采样频率取样频率13.5NTSC/PAL行频的公共倍数(62.2510bitstandard(8bit在行场逆程中传送辅助数接口Parallel(SMPTESerial(SDI,SMPTE259M,75Ωcoax,270分量编码采样、量化采样、量化编 ITU-R601标准－分量信号转首先把,B三基色转换为BY，即亮度和色差信号由于B-Y的数值动态范围在-620~620mV之间，R-Y的数值动态范围在-491~491mV之间，Y的数值动态范围在0~700mV之间，为了把R-Y和B-Y的信号动态范围控制在-350-350mV之间，需要引入幅度压缩系数，为了便于数字化处理，再引入350V偏置，使得色差信号的数值动态范围在70之间。Y=0.299R+0.587G+0.114BCR=0.713(R-Y)+350CB=0.564(B-ITU-R601标准－彩色空YUVRGB的关系公式（幅度压缩EY=0.299ER+0.587EG+数据范围(ER-EY)=0.701ER-0.587EG-数据范围（+0.701～-

KR=

(+0.5～-(EB-EY)=-0.299ER-0.587EG+数据范围（+0.886～-

KR=

(+0.5～-矩阵表Y C 0.114R 0.500ITU-R601标准－彩色空CCIR6018bit量化，可256个量化层次，即0～255CCIR601没有把全256量化层次都用于数字图象数据。亮度信号共220个量化级，黑电平对应于第16级，峰值白电平对应于235级。即数字亮度信号Y219×(EY16，同理，色差信号共225个量化级，色差0电平对应于128。所以，数字CR、CB为：CR=224[0.713(ER-EY)]+128=160(ER-EY)+128CB=126(EB-EY)+128在数字域RGBYCbCr两个彩色空间的关Y=0.299R+0.587G+Cr=(0.500R-0.4187G-0.0813B)+RG RG 00.3441C0Y R信号电平与量化级的对应关ITU-R601标准信号电平与量化级的对应关YUVYUV0&ITU-R601标准－取样频满足奈采样定理，亮度信号带宽为，因此采样频率应大于为了保证采样结构正交，行周期TH必须是采样周为了满足国际交流，采样频率应兼顾国际上频分别为15.625KHz和15.734KHz)，两个行频的最小公倍数是2.25MHz，即采样频率必须是为了降低码率，应该尽量降低采样频率，一般选ITU-R601标准－取样频CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的图PAL制、SECAM制：fs=625×25×N15625×N=13.5MHzNTSC制 fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,其中，N为每一扫描行上的采样数采样频率与电同步的关ITU-R601标准－有效象素对PAL、SECAM864；对NTSC的亮度信858样对所有的制式，每一扫描行的亮度有效样本数均为720，色差信号的样点数均为360。这样便于国际交换。每一扫描行的数字样点数结构ITU-R601有效象素ITU-R601标准－采样样本数/扫描数字信号取Y22016-22516-Y22016-22516-注意：各个制式垂直方向行数不一601标准规定了525/59.94I和625/50I两种扫描格式的数字电视演播编码参数。两种扫描格式有着相同的亮度和色差采样频率，在数字行有效期内的亮度采样点统一为720个，两个色差信号为60个(4:2:2）,通常表示为2057/50I和720*4806IYUV子取样格在彩象压缩技术中，最简便的图象压缩技术是子取，而它的依据也利用人眼的两条人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的人眼对图象细节的分辨能力有一定的限4:4:4取对于消费类和计算机应用，每个分量的每个样本精度为比特；对于演播室编辑类应用，为10每个象素的样本需要24比特或者30比特,即每个象素3示4:4:4样格式，44个RGBYCrCb取样13.513.5 取用于电视演播室（StudioorContribution）标在水平扫描方向上，每2个Y样本有1个Cb样本和一个Cr样本，每个象素平均用2个样本表示。Y显示象素时，对于没有Cr和Cb的Y样本，使用前后相邻的Cr和Cb样本进行计算得Y取样13.5

4:1:1取这是数字电视磁DVC使用的格在水平扫描方向上，每4个Y样本各有1个Cb样本Cr本，每个象素1.5样本表 YOnlyY Y显示象素时，对于没有Cr和Cb的Y样本，使用前后相邻的Cr YOnlyY Y取样取样13.54:2:0MPEG-1取在水平方向的2个样本和垂直方向上的2个Y样本，共4个样本有1个Cb样本和一个Cr样本。每个象素平均用1.5个样本表示。CbCr计算得到 4:2:0MPEG-2取用于电视分配MPEG-2MPEG-14:2:0，但它们的含义有所不同。与MPEG-1的4:2:0相比，MPEG-2的子采样在水平方向上没有半个象素的偏移。YYY不同色度取样格式的数据量720像素*576行，如果每个样值用10bits编码，那么一帧画面的数据量为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YY标清数字电视信号接在电视演播室系统和电视制作各个环节，需要将不同的数字设备相互连接，因此需要规定接口的机械连接特性、数字信号电特性和数据流的传输规范，统称为信号接口标准信号接口的国际标准是ITU-R并行方式：将8bit(10bit)的 数据字同时传送，需要使用多串行方式：将 数据字的各个比特及相继的数据字通过单一芯线顺序传送分量信号时分复用传每一行的像素数据按照以下顺序传CB1Y1CR1 Y3 Y4…CB360Y719CR360BT-第一个得到使用Rec656数据和时钟使110Ohm双绞ECL电平信号@27数据宽度10bitsNRZ1clock时钟在设备中使用标准DB-25Female（阴所有的电缆都使DB-25MaletoMalepinfor所有的电缆都 ，以防止EMI最大长50m（没DA），200m（有均SDIBT-异步串行数据接口-656的现行版使用标准75Ohm同轴电也定义1300nm光纤接10bit数据270Mb/s串行数据码X9+X4+1置乱用于数据保接口码型和电平NRZI800mVpk-电缆采用4声道声音编码为附加数据，放在消SPIDVB同步并行接并行BT656压缩前物理接口，SPI是压缩后的物理接数据和时钟使110Ohm双绞LVDS电平信号@27数据宽度8bitsNRZ3控制信DB-25物理接所有的电缆都有，以防止EMI接收发送接收发送数 有 同 ASIDVB异步串行接基本与SDI相同，ASI是压缩后的物理接使用标准75Ohm同轴电也定义1300nm光纤接数据270Mb/s8X9+X4+1置乱用于数据保接口码800mVpk-电缆接头采用色差色差的16和240格式－H26xCIFCIFCommonIntermediateFormat(公用中间格式QCIF=Quarter-CIF(1/4CIF式特电视图象的空间分辨率接VHS分辨率使用非隔行扫描(progressive，non-interlaced使用NTSC速率，电视图象的最大帧速率29.97使用1/2PAL平分辨率，即288对亮度和两个色差信号(Y、CbCr)分量分别进行编码，它们的取值范围同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-这些格式都是隔行的格式HDTV50Pixelx Pixels/PictureBitrate1920x108019-1920x103518-1440x115215-x7208-x5766-x4805-HD格

HD公共图像格式CIFHDCommonImageFormat1920pixelsx1080lines现在被认为是世界公共图像式CIF.HDTV系统都需要支持这种图像格式，中国：推荐的格式为1920x1080隔行50/60Hz（？），总行数SDTV需要和现有的显示兼容，因此，DVB中缺SDTV色度为:25Hz系统和PAL相30Hz系统NTSC相HDTV世界范围内有统一的色度，并且没有与现25Hz30Hz系统，缺省是同播允许SDTV所用色度和HDTVBT.709混合 HDTV采用了SDTVHDTV显示荧光粉和SDTV的不BT-709定义了HDTV参数HDTV的色度等式稍微Y=0.2126R+0.7152G+0.0722U=0.539(B-V=0.635(R-

数字的应数VCD:MPEG-1CD方面的应用DVD:HD-DVB(EBU):MPEG-2,<15Mb/s,AAC, lite,Cable,DMB-TH多通onDemand:MPEG-2onATM流Call可视、会议电不同终端的带分辨不压缩带数字12680晰度电133016530.79.3CD-ROMADSL宽线网57.62-856K比率/压缩比-4:2:2采样格165216 13.5兆样本/8比特/样本165216CbCr：26.75兆样本/8比特/样本＝1244:2:2去掉行、场逆程数据后，有效的图象码率： 720×576×25×8＝82.944Mb/s(PAL)色差(Cr，Cb):2×360×576×25×8＝1244:2