国脉信息学院数字电视技术复习资料

1.1光的特性与光源光是一种电磁波。人眼能看见的可见光谱波长只集中在400到800个纳米之间，频率约为1014Hz。波长/nm7806305805554954854603803×103波长/m频率/Hz红橙黄绿青蓝紫无线电波105红外线1010可见光谱紫外线1015X射线1020宇宙射线10253×10-23×10-73×10-123×10-171.2.1视觉的光效应光进入人的眼睛，刺激视神经，在大脑里产生视觉效应，人眼对不同频率的光的感光灵敏度是不同的，描述这个特性的曲线称为视敏特性曲线。椎状细胞（白天）和杠状细胞（夜晚）。由视敏特性曲线可见：人眼对550nm的光的感觉最敏感，所以，人们到草原和森林的时候眼睛感到很舒服。人眼还有明暗视觉和亮度感觉，这些参量均与对比度有关，利用这个特性可以使所显示的图像技术变得简单，只要保证对比度即可，不需要与原图的亮度变化相同。1.3.1光的颜色与彩色三要素彩色三要素亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。(光功率)色调是指颜色的类别，是决定色彩本质的基本参量。(光波长)色饱和度是指彩色所呈现色彩的深浅程度（或浓度）。色调与色饱和度合称为色度。1.3.2三基色原理及应用三基色原理

三基色原理是指自然界中常见的大部分彩色都可由三种相互独立的基色按不同的比例混合得到。波长为700nm的红光为红基色——R(红)波长为546.1nm的绿光为绿基色——G(绿)波长为435.8nm的蓝光为蓝基色——B(蓝)1.3.2三基色原理及应用相加混色

相加混色是各分色的光谱成分相加，混色所得彩色光的亮度等于三种基色的亮度之和。彩色电视系统就是利用红、绿、蓝三种基色以适当比例混合产生各种不同的彩色。RGB模型自然界中绝大多数的色彩都可以用适当比例的三基原色混合组成的等效色来模拟。红+绿=黄红+蓝=品红绿+蓝=青红+绿+蓝=白RGB彩色图像

R

GBR

G

BRGB模式(用于显示打印)●特点:色彩鲜艳R—8bit表示G—8bit表示B—8bit表示最大表示：28×28×28=224=16777216(16.7M)1.3.3配色方程与亮度公式亮度公式在色度学中，通常把由配色方程式配出的彩色光F的亮度用光通量来表示，即：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

配色方程式中的光通量用比色计来测量定义：0.299lm为红基色单位[R]，0.587lm为绿基色单位[G]，0.114lm为蓝基色单位[B]，则Y1C白=1[R]+1[G]+1[B]显示图像的基本思路点多成线，线多成面对点的扫描称为行扫描，对线的扫描称为场扫描。人眼的分辨力是有限的，当人眼看图像上两个点构成的视角小于1′时，眼睛已不能将这两点区分开来。根据这一视觉特性，我们可以将一幅空间上连续的黑白图像分解成许多小单元，这些小单元面积相等、分布均匀，明暗程度不同。大量的单元组成了电视图像，这些单元称为像素。报纸上的照片就是这样构成的，在近距离仔细观察时，画面由许多小黑点组成；当离开一定距离观看时，看到的是一幅完整的照片。单位面积上的像素数越多，图像越清晰。

一幅高质量的图像有几十万个像素。要用几十万个传输通道来同时传送图像信号是不可能的。由于人眼的视觉惰性，可以把图像上各像素的亮度信号按从左到右、从上到下的顺序一个一个地传送。电视接收机按发送端的顺序依次将电信号转换成相应亮度的像素，只要在视觉暂留的0.1s时间里完成一幅图像所有像素的电光转换，那么人眼感觉到的将是一幅完整的图像。利用视觉惰性，我们同样可以把连续动作分解为一连串稍有差异的静止图像。电影就是每秒放映24幅稍有差异的静止画面来得到活动图像的，电视则是采用每秒传送25幅稍有差异的电视画面来得到连续动作的效果的。利用人眼的视觉惰性和有限分辨力，活动图像可分解为一连串的静止图像，静止图像又可分解为像素，只要在一定的时间里，发送端依次对一幅图像所有像素的亮度信息进行光电转换，接收端再依次重现相应亮度的像素，就可以完成活动图像的传输。这种将图像分解成像素后顺序传送的方法叫做顺序传送原理。水平分解力沿图像水平方向所能分解的像素称为水平分解力。水平分解力的大小影响传输信号的频谱，水平分解度越大，信号的频谱越宽。综合考虑各种因素，令水平分解力等于垂直分解力，则水平分解力N=KM,式中的K由画面的宽高比决定。例如800*600垂直分解力M=600,画面的宽高比是4：3，水平分解力N=KM=4/3*600=8001024*768;垂直分解力M=768,画面的宽高比是4：3，水平分解力N=KM=4/3*768=10241280*960;垂直分解力M=960,画面的宽高比是4：3，水平分解力N=KM=4/3*960=10241280*1024

垂直分解力M=1024,画面的宽高比是5：4，水平分解力N=KM=5/4*1024=12801440*900垂直分解力M=900,画面的宽高比是8：5，水平分解力N=KM=8/5*900=14401680*1050垂直分解力M=1050,画面的宽高比是8：5，水平分解力N=KM=8/5*1050=1680电视的场频50Hz，帧频25Hz,周期TV=1/25=40msfH=1/TH=1/64us=15625HzTH=TV/Z=40ms/625=64us

我国广播电视扫描参数 我国广播电视采用隔行扫描,主要扫描参数如下: 行频:15625Hz场频:50Hz 行周期:64μs场周期:20ms 行正程时间:≥52μs场正程时间:≥18.4ms 行逆程时间:≤12μs场逆程时间:≤1.6ms 帧频:25Hz每帧行数:625(显示575) 帧周期:40ms每场行数:312.5(显示287.5)图像宽高比图像宽高比也称幅型比。根据人眼的视觉特性，视觉最清楚的范围是垂直视角为15°，水平视角为20°的一个矩形视野，因而电视接收机的屏幕通常为矩形，矩形画面的宽高比为4∶3。高清晰度电视采用16：9，矩形屏幕的尺寸用对角线长度来度量46cm(18英寸），51cm(20英寸），66cm(26英寸）彩色电视全射频电视信号频域图;彩色全电视信号(FBAS)是由黑白全电视信号与色度信号叠加而成的,仍采用残留边带发送,它与高频伴音信号合在一起称为彩色电视全射频电视信号,其频谱示意图如图4-2所示。由图可见,其频带宽度和频道划分与黑白电视完全一样,仅在高频端色差信号对副载波是双边带调幅,由上可知,色度信号与亮度信号频谱交错,互不干扰,所以,黑白、彩色电视完全可以兼容。图中,fS仍表示FM制伴音信号载频,它比图像载频fP仍高6.5MHz。液晶电视除了液晶显示器内部的主控制板和电源板外，还有多媒体电路板，多媒体电路板的组成框图1.在液晶显示器中大量使用偏光片（偏振片），它的特殊性质是只允许某一个方向振动的光波通过，而其他方向振动的光将被全部或部分地阻挡，这样自然光通过偏光片以后，就成了偏振光。图10-4偏光片的光透过图图10-5定向膜示意图TFT-LCD的面板構造19等离子电视工作原理

等离子电视，又称PDP(Plasma

Display

Panel)电视。

等离子体显示（PlasmaDisplayPanel，简称PDP）是利用气体放电原理实现的一种发光平板显示技术，故又称气体放电显示GasDischargeDischargeDisplay。它属于冷阴极放电管，其利用加在阴极和阳极间一定的电压，使气体产生辉光放电。单色PDP通常直接利用气体放电发出的可见光来实现单色显示，其放电气体一般选择Ne或Ne-Ar混合气体。彩色PDP则通过气体放电发射的真空紫外线（VacuumUltraviolet,VUV)照射红、绿、蓝三基色荧光粉发光来实现彩色显示，其放电气体一般选择含有Xe的混合气体，如：Ne-Xe,He-Xe,He-Ne-Xe

PDP是一种利用气体放电的显示技术，具体工作原理与日光灯极其相似。PDP采用了等离子管作为发光元件，屏幕上的每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间，放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体。两块玻璃基板作为工作媒质其内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象，也称电浆效应。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当每一颜色单元实现

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级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。总线电极电介质ITO电极氧化镁层隔板荧光粉地址电极前面板背板LCD投影机的工作原理三片式LCD（3LCD）之技术架构系采用体型极小的高穿透式高温多晶硅（High-TemperaturePolySilicon；HTPS）LCD显示面板，每一块HTPS都是由很多个像素组成，如分辨率为1024×768的HTPS就是由1024×768个像素组成以对应投射图像的像素点。每一个像素又包含了信号线、控制线、TFT和开口区。其中开口区包含了以特定方式排列的液晶分子，根据液晶分子在不同电压下排列方式的变化，改变透过像素光线的振动方向，并与偏振板相结合实现了从全黑到全白状态下不同灰阶的过渡。每一个3LCD光路系统都是由3块HTPS构成。将灯光源发出的光通过分色镜A分出红色光，再通过分色镜B分为绿色光和蓝色光，三种颜色的光分别投射到三块相对应的液晶板上，并经过中间的棱镜将三原色光进行混合后投射出不同颜色的图像。3LCD技术的成像和色彩还原的特点是先将三原色同时进行充分的空间混合，再投射出不同色彩的图像，又称为同时空间混合还原。2.什么是HTPS？

HTPS是HighTemperaturePoly-Silicon（高温聚硅）的简称，它是有源矩阵驱动方式的透过型LCD。具有小型、高精细、高对比度、驱动器可内置等特点。其主要用途是投影机。3.HTPS的特点

HTPS就像其名字一样，各个像素中有采用聚硅生成的薄膜晶体管。这些像素晶体管通过改变扫描线的电压来切换导通/不导通，起到开关的作用。制造方法与半导体大致相同，由于经过高温处理，容易实现细微化（多像素、高开口率）；同时，由于能够在基板上生成驱动器，因此具有小型、高可靠性的特点。DLP投影机DLP是“DigitalLightProcession”的缩写，即数字光处理，这种技术先把影像信号经数字处理后把光投影出来。它是基于美国德州仪器TI公司开发的数字微镜元件DMD（DigitalMicromirrorDevice）来完成的。它是基于德仪公司开发的数字微反射镜器件DMD，DMD是DLP技术系统中的核心：光学引擎心脏采用的数字微镜晶片，它是在CMOS的标准半导体制程上，加上一个可以调变反射面的旋转机构形成的器件来完成显示数字可视信息。DMD单元的内部结构

DMD芯片上有数百万个微小的反射镜片，数字信号会激活镜片下面的微型电极，推动镜面迎向或避开光源，从而将光线从两个方向反射出去。反光镜的倾斜角度可以调整

实际的反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定，当记忆晶胞处于“ON”状态时，反射镜会旋转至+10度，若记忆晶胞处于“OFF”状态，反射镜会旋转至-10度。反射角度的改变导致了光的选择性，使得屏幕出现不同灰度的像素

只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得“ON”状态的反射镜看起来非常明亮，“OFF”状态的反射镜看起来就很黑暗。彩色DLP投影机的组成

利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式或旋转式彩色滤镜，再搭配一颗或三颗DMD芯片，即可得到彩色显示效果。它的原理是：投影机灯泡发出光线，经过透镜汇聚到DMD芯片上，再经过DMD芯片通过镜头投射到幕布上形成我们最终看到的图像。

其中DMD芯片上面有上万个微小的反射镜片，投影机内部的电脑能够单独控制每个镜片的运动，决定是否将该投射到该镜片的光反射出去。

但是这样投射出来的图像是黑白的，那么怎么才能看到我们现实世界中的彩色呢？这就需要在灯泡发出的光线到达DMD芯片之前加上一个色轮，色轮是由红、黄、蓝三种颜色组成，它会以60HZ的频率进行旋转，当光线通过色轮的红色部分的时候，投影出来的图像是一幅全红色的灰度图像，蓝色、黄色同理，由于人眼有视觉残留的特性，我们观察到的是一幅由红黄蓝三原色叠加的全彩色图像。

DLP方式显示元件采用DMD(DigitalMicromirrorDevice)。DMD是一种由数十万～百数十万个微米级的微小型反射镜组成的半导体，每一个反射镜对应一个像素，通过反射来自光源的光线来投影图像。有单片、3片式。

DLP投影方式DMD在结构上是在半导体基板上铺满反射镜、通过ON/OFF来使这些反射镜倾斜。DLP是指使用了DMD的光学系统的总称，使色轮旋转显示出与某个瞬间的色彩一致的画像，能通过每秒进行数千次的旋转来显示全彩色。DLP投影机简单工作原理

数码光处理投影机是美国德州仪器公司以数字微镜装置DMD芯片作为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的一种投影技术。它与液晶投影机有很大的不同，它的成像是通过成千上万个微小的镜片反射光线来实现的。DLP芯片的核心技术一直控制在美国的德州仪器，DLP技术似乎在追逐着IntelInside的道路，因为它要求所有采用DLP技术的投影机产品都必须打上DLP的标志。不管其是否会取得Intel在PC领域那样的成就，至少显示了其领导投影机底层技术的决心。DLP的生产厂家主要为欧美厂商，如ASK、惠普、丽讯等。DLP投影机分为：单片DMD机(主要应用在便携式投影产品)、两片DMD机(应用于大型拼接显示墙)、三片DMD机(应用于超高亮度投影机)。DLP投影机原理：以1024×768分辨率为例，在一块DMD上共有1024×768个小反射镜，每个镜子代表一个像素，每一个小反射镜都具有独立控制光线的开关能力。小反射镜反射光线的角度受视频信号控制，视频信号受数字光处理器DLP调制，把视频信号调制成等幅的脉宽调制信号，用脉冲宽度大小来控制小反射镜开、关光路的时间，在屏幕上产生不同亮度的灰度等级图像。DMD投影机根据反射镜片的多少可以分为单片式，双片式和三片式。以单片式为例，DLP能够产生色彩是由于放在光源路径上的色轮(由红、绿、蓝群组成)，光源发出的光通过会聚透镜到彩色滤色片产生RGB三基色，包含成千上万微镜的DMD芯片，将光源发出的光通过快速转动的红、绿、蓝过滤器投射到一个镶有微镜面阵列的微芯片DMD的表面，这些微镜面以每秒5000次的速度转动，反射入射光，经由整形透镜后通过镜头投射出画面。二.三个通信网基本结构的特点1.电话网的基本组成电话机交换机交换机传输媒介电话机电话网主要用来实现语音通信,基本特点是信号传输的适时性和交互性.带宽窄,速度慢.2.计算机网络的基本组成计算机网络的定义是:在网络协议的控制下利用各种通信手段把分散各地的计算机有机的结合起来.基本特点是信号传输的交互性.带宽较宽,速度较快.计算机交换机交换机计算机传输媒介3.有线电视(CATV)网的基本组成有线电视台电视机有线电视网的作用是传播电视节目,传播的基本特点是信号的单向传输性.带宽很宽,速度快.分配器传输媒介电视机电视机传输媒介分配器电视机电视机电视机三.有线电视网的改造将信号单向传输的广播式,改造成双向传输的交互式.有线电视台电视机计算机计算机电视机分配交换机传输媒介分配交换器传输媒介机顶盒电话机机顶盒电话机四.实现有线电视网双向传输的技术采用频分复用技术,使一根电缆可以同时传输多路电视信号及网络和电话信号.带宽为750MHz系统的频率分布情况是:5-40MHz双向传输54-750MHz模拟和数字电视节目隔离保护带双向传输业务主要是视频点播,电话和数据通讯五.如何实现三网合一1.电信网的光纤遍布全国2.计算机网有自己的网络协议和应用软件3.有线电视网的宽带到家庭综合三个网络的特点,实现三网合一,将为广大的网络用户提供价廉物美的信息服务.2.3数字电视系统的组成2.4数字电视系统的关键技术数字电视的信源编解码信源编码是对原始图像或声音信息的编码表示进行比特率压缩的过程。2.4数字电视系统的关键技术数字电视的传送复用从发送端信息的流向，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包（实际是数据分组），然后再复用合成单路串行的传输比特流，送给信道编码器及调制器。接收端与此过程相反。2.4数字电视系统的关键技术信道编解码及调制解调信道编码就是将数字信号转换成与信道匹配的编码过程。实际中，信道编码与调制紧密地连续在一起。调制要求适应信道性质，并尽可能地提高信道传输效率，而信道编码则需视信道条件，在信号中增加纠错码，相当于增加信号冗余度。3.MPEG标准 MPEG(MovingPictureExpertsGroup)是运动图片专家组的英文缩写。这个专家组开发的标准通常称为MPEG标准。到目前为止，已经开发和正在开发的MPEG标准包括：●MPEG-1：针对1.5Mbit/s以下数码率的数字存储媒体应用的运动图像及其伴音编码，标准号ISO/IEC11172。●

MPEG-2：运动图像及其伴音信息的通用编码，标准号ISO/IEC13818。●

MPEG-4：音视对象编码，标准号ISO/IEC14496。●

MPEG-7：多媒体内容描述接口，标准号ISO/IEC15938。●

MPEG-21：多媒体框架，标准号ISO/IEC21000。5.2.1MPEG-1音频编码算法的特点MPEG-1音频编码标准（ISO/IEC11172-3）是世界上第一个高保真音频编码标准。为了保证其普遍适用性，MPEG-1音频编码算法具有以下特点：宽带音频MPEG-1编码器32kHz，44.1kHz48kHzPCM32kbit/s~384kbit/sMPEG-1音频压缩标准提供三个独立的压缩层次：第1层（Layer1）:编码器最为简单，应用于数字小型盒式磁带（DigitalCompactCassette，DCC）记录系统。第2层（Layer2）:编码器的复杂程度属中等，应用于数字音频广播（DAB）、CD-ROM、CD-I和VCD等。第3层（Layer1）:编码器最为复杂，应用于综合业务数字网（ISDN）上的音频传输、因特网上的广播、MP3光盘存储等。用户对层次的选择可在编码方案的复杂性和压缩比之间进行权衡。

表5-4

MPEG-1层3在各种数码率下的性能

音质要求声音带宽（kHz）声道数数码率（kbit/s)压缩比电话优于短波优于调幅广播类似于调频广播接近CDCD2.55.57.51115>15单声道单声道单声道立体声立体声立体声8163256~6496112~12896:148:124:126~24:116:112~10:15.2.2MPEG-1音频编码的基本原理

MPEG-1使用感知音频编码来达到既压缩音频数据又尽可能保证音质的目的。听觉系统有许多特性，感知音频编码的理论依据是听觉系统的掩蔽效应特性。其基本思想就是在编码过程中保留有用的信息而丢掉被掩蔽的信号，其结果是经编解码之后重构的音频信号与编码之前的原始音频信号不完全相同，但人的听觉系统很难感觉到它们之间的差别。这也就是说，对听觉系统来说这种压缩是“无损压缩”。5.2.2MPEG-1音频编码的基本原理

MPEG-1使用感知音频编码来达到既压缩音频数据又尽可能保证音质的目的。听觉系统有许多特性，感知音频编码的理论依据是听觉系统的掩蔽效应特性。其基本思想就是在编码过程中保留有用的信息而丢掉被掩蔽的信号，其结果是经编解码之后重构的音频信号与编码之前的原始音频信号不完全相同，但人的听觉系统很难感觉到它们之间的差别。这也就是说，对听觉系统来说这种压缩是“无损压缩”。MPEG-1音频编码标准提供3个独立的压缩层次，它们的基本模型是相同的。层1是最基础的，层2和层3都是在层1的基础上有所提高。MPEG-1音频码流按照规定构成“帧”的格式，层1的每帧包含384(=32×12)个样本数据的码字，384个样本数据来自32个子带，每个子带12个样本数据；层2和层3的每帧包含1152(=32×36)个样本数据的码字，每个子带包含36个样本数据。子带滤波器0子带滤波器1子带滤波器2子带滤波器3子带滤波器3112个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本12个样本层1层2，层3…………音频样本数据输入图5-2层1、层2和层3的子带样本5.4MPEG-2音频编码标准MPEG-2标准定义了两种音频压缩编码算法.一种称为MPEG-2Audio（标准号为ISO／IEC13818-3），或称为MPEG-2BC，它是与MPEG-1音频压缩编码标准（ISO／IEC11172-3）后向兼容的多声道音频编码标准；另一种称为MPEG-2高级音频编码（MPEG-2AdvancedAudioCoding）标准，简称为MPEG-2AAC，因为它与MPEG-1音频压缩编码算法是不兼容的，所以也称为MPEG-2NBC（NonBackwardCompatible，非后向兼容）标准。MPEG-2AAC支持的采样频率为8~96kHz，编码器的音源可以是单声道、立体声和多声道的声音，多声道扬声器的数目、位置及前方、侧面和后方的声道数都可以设定，因此能支持更灵活的多声道构成。MPEG-2AAC可支持48个主声道、16个低频音效增强（LFE）声道、16个配音声道（overdubchannel）或者称为多语言声道（multilingualchannel）和16个数据流。MPEG-2AAC在压缩比为11∶1，即每个声道的数码率为（44.1×16）/11＝64kbit/s，5个声道的总数码率为320kbit/s。与MPEG-1的第2层相比，MPEG-2AAC的压缩比可提高1倍，而且音质更好；在质量相同的条件下，MPEG-2AAC的数码率大约是MPEG-1第3层（即MP3）的70%。5.3杜比AC-3音频编码算法

美国高级电视制式委员会(ATSC)规定电视伴音压缩标准是杜比实验室开发的AC-3系统。该系统的音响效果为高保真立体环绕声。目前市场流行的称为“家庭影院”的音响系统多数采用此标准。杜比AC-3规定的取样频率为48kHz，它锁定于27MHz的系统时钟。每个音频节目最多可有6个音频信道。这6个信道是：中心、左(Left)、右(Right)、左环绕(LeftSurround)、右环绕(RightSurround)和低频增强(LFELowFrequencyEnhancement)。

LFE信道的带宽限于20～120Hz，主信道的带宽为20kHz。美国的HDTV标准中AC-3可以对1到5.1信道的音频源编码。所谓0.1信道是指用来传送LFE的信道。动态范围可达到100dB。

关于立体声的形式，ITU-R，SMPTE，EBU的专家组建议用一个中心信道C和两个环绕声信道Ls、Rs加上基本的左和右立体声信道L和R作为基准的声音格式。这叫“3／2立体声”(3向前／2环绕信道)，共需5个信道如图5-4所示。在用作图像的伴音时，三个向前的信道保证足够稳定的方向性和清晰度。图5-4五声道立体声扬声器的安排C屏幕收听区LRRsLs3.3视频信号的数字化在时间轴上(t轴)分为一系列离散的帧每帧图像在垂直方向(y轴)上离散为一条一条的扫描行每行在水平方向(x轴)上采样，得到一个一个像素。3.3视频信号的数字化对彩色电视信号的数字化处理主要有分量数字编码和复合数字编码两种方式。

复合数字编码是将彩色全电视信号直接进行数字化，编码成PCM形式。

分量数字编码方式是分别对亮度信号Y和两色差信号B-Y、R-Y分别进行PCM编码。3.3视频信号的数字化分量数字编码优点：避免了复合数字编码时因反复解码所引起的质量损伤和器件的浪费，而且编码几乎与电视制式无关后期制作的处理方便时分复用方式，不会像复合数字编码那样因频分复用带来亮、色串扰，可获得高质量的图像亮度信号和色度信号的带宽根据需要取不同3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定分量数字编码采样频率的确定亮度信号的采样频率各国主观测试亮度信号带宽fm＝5.8~6MHz为保证足够小的混叠噪声，采样频率fs应取（2.2~2.7）fm

。采样频率fs至少应等于12.76~13.2MHz采用每帧固定的正交采样结构，有利于行间、场间和帧间的信号处理。因此，应使fs满足fs＝mfH的关系为了使625行/50场及525行/60场这两种扫描制式实现行兼容应采用同一采样频率3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定亮度信号的采样频率625行/50场扫描制式行频(15625Hz)525行/60场扫描制式行频(4.5MHz/286)亮度信号的采样频率为13.5MHz

3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定色差信号的采样频率主观测试色度信号的带宽应选为2.8MHz，若色差信号采样频率为6~7MHz时能满足对图像质量的较高要求为保证足够小的混叠噪声采样频率为行频的整数倍为了使625行/50场及525行/60场这两种扫描制式实现行兼容色差信号的采样频率为6.75MHz

3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定量化比特数的确定和量化级的分配量化比特数量化比特数是指要区分所有量化级所需的二进制码位数。其大小直接影响到数字图像的质量，每增加或减少1bit，就使量化信噪比增加或减少6dB。

CCIR601建议中，规定对亮度和色差信号都采用8bit的均匀量化。8bit的量化精度在某些场合是不够的，在后来的数字演播室中又扩展到10bit的量化。3.3.2ITU-RBT.601建议参数625行/50场525行/60场有效扫描行数576480编码信号Y，CB，CR每行样点数亮度信号864858色差信号432429每行有效样点数亮度信号720色差信号360采样结构正交，按行、场、帧重复，每行中的CR，CB的样点同位置，并与每行第奇数个（1，3，5，…）亮度的样点同位置采样频率/MHz亮度信号13.5色差信号6.75编码方式对亮度信号和色差信号都进行均匀量化，每个样值为8bit量化量化级亮度信号共220个量化级，消隐电平对应于第16量化级，峰值白电平对应于第235量化级色差信号共225个量化级（16~240），色差信号的零电平对应于第128量化级同步第0级和第255级保留运动补偿帧间预测编码过程在视频帧序列中设置参照帧，且第1帧总是参照帧。对于当前的编码帧，首先在该帧的前一帧和／或后一帧（参照帧）中寻找与该帧的一个图像方块最优匹配的图像方块。如果找到这样的最优匹配块，则进行下列计算：计算当前块的像素值与参照帧中最优匹配块（称参照块）的像素值之间的差值，即预测误差；计算当前块相对于参照块在水平（x）和垂直（y）两个方向上的位移，即运动矢量。如果找不到最优匹配块，则必须进行帧内编码，即对当前块的像素样本值进行编码传输。

运动补偿帧间预测类型单向运动补偿预测：只使用前参照帧或后参照帧中的一个来进行预测。双向运动补偿预测：使用前、后两个帧作为参照帧来计算各块的运动矢量，最后只选用与具有最小匹配误差的参照帧相关的运动矢量值。插值运动补偿预测：取前参照帧预测值与后参照帧预测值的平均值。这时，需要对两个运动矢量分别进行编码传输。运动估值应用运动自适应帧内插在低数码率视频编码中对提高图像质量起着重要作用，通过降低发送端传送的帧频来降低数码率，未传输的图像帧在接收端则由已传输的处于该帧前和该帧后的两个图像帧的内插来恢复。

运动自适应帧内插运动自适应帧内插运动自适应帧内插对运动位移估值提出了比运动补偿帧间预测更高的要求，它希望得到的位移估值应尽量接近物体的真实运动，而不只是在某种准则函数值最小（或最大）意义上的最优。预测编码还可应用于对其他参量的编码中对运动矢量进行预测（把相邻图像块的运动矢量作为本块运动矢量的预测值），然后对运动矢量的预测误差进行编码传输。在模型基编码中，对模型参数进行预测编码。对各图像块离散余弦变换系数的直流分量（DC）进行预测编码。变换编码的基本原理正交变换

正交变换本身并不能压缩数据，它只把信号映射到另一个域，但由于变换后系数之间的相关性明显降低，为在变换域里进行有效的压缩创造了有利条件。各坐标轴上方差的不均匀分布正是正交变换编码实现图像数据压缩的理论基础。 4.5.2DCT图像编码DCT编码和解码原理DCT变换

8×8二维DCT反变换的变换核函数为

按u，v分别展开后得到64个8×8像素的图像块组，称为基图像。DCT变换水平空间频率：画面宽带范围内垂直黑白条的周期数。垂直空间频率：画面高带范围内水平黑白条的周期数。

随着u，v的增加，相应系数分别代表逐步增加的水平空间频率和垂直空间频率分量的大小。DCT变换过程看作是把一个图像块表示为基图像的线性组合，这些基图像是输入图像块的组成“频率”。

DCT变换输出64个基图像的幅值即“DCT系数”，是输入图像块的“频谱”。64个变换系数中包括一个代表直流分量的“DC系数”和63个代表交流分量的“AC系数”。

MPEG-1(ISO/IEC11172)于1992年11月最后通过，1993年8月公布，是针对1.5Mbit/s以下数据传输率的数字存储媒介应用的运动图像及其伴音编码的国际标准。MPEG-1的目标是将压缩后的视/音频码流存入光盘（如CD-ROM、VCD等），数据传输率为1.416Mbit/s，其中1.1Mbit/s用于视频，128kbit/s用于音频，其余的用于系统开销。在制订MPEG-1的过程中，广播电视的设备制造商立即意识到MPEG技术对提高卫星转发器和有线电视信道效率的潜力。但数字电视广播不能满足于VHS的图像质量，数码率也不必像MPEG-1限制得那样低。于是MPEG为数字电视广播的应用制订了MPEG-2标准。

MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，它在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。它的应用领域非常广泛，包括存储媒介中的DVD、广播电视中的数字电视和HDTV、以及交互式的视频点播（VOD）和准视频点播（NVOD）等。

MPEG-1是MPEG-2的一个子集，任何MPEG-2的解码器要能够对MPEG-1的码流进行解码。MPEG标准所规定的视频编码算法在实现高压缩比的同时，又能获得较高的重建图像质量，并且还要满足能够随机存取的要求。如果只采用帧内编码，则不可能在高的压缩比下获得好的图像质量，所以必须要采用帧间编码，但要能随机存取，则用帧内编码最容易实现。这就要在帧间和帧内编码之间仔细地平衡。不仅如此，MPEG视频编码算法在利用运动补偿帧间预测来减少时间冗余度时，不仅用上一帧的图像来预测当前帧图像，而且也用下一帧图像来预测当前帧图像，即双向预测。所以，MPEG标准将编码图像分为三种类型，分别称为I（Intra）帧、P（Predicated）帧和B（Bi-directional）帧。图5-14I帧、P帧与B帧的示意图

1．I帧：又称帧内编码帧，是作为预测基准的独立帧。该帧采用类似JPEG算法的帧内DCT编码，只利用了本帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性，所以I帧图像的压缩比相对较低。设置I帧的主要理由是：（1）当某帧找不到匹配的参考帧时，就只好进行帧内编码，场景切换或图像中的“遮挡”和“暴露”部分就是这种情况的例子；（2）解码I帧不需要参考帧，因而可以在I帧进行码流的切换和编辑等操作，提供随机存取的插入点；（3）长时间连续地进行预测编码，预测误差会不断累积，使压缩效率逐渐降低，图像质量不断下降。为防止解码图像损伤的逐渐加剧，需定时进行帧刷新，即周期性地插入I帧，以便重新开始一个新的预测编码过程。

2．P帧：又称前向预测编码帧。它用前面最近的I帧或P帧作为参考进行前向预测，采用带运动补偿的帧间预测编码方式。由于同时利用了空间和时间上的相关性，所以P帧比I帧的压缩效率高。P帧也可作为参考帧。3．B帧：又称双向预测编码帧。它既用源视频序列中位于前面且已编码的I帧或P帧作为参考帧，进行前向运动补偿预测，又用位于后面且已编码的I帧或P帧作为参考帧，进行后向运动补偿预测。即B帧可采用帧内编码、前向预测编码、后向预测编码、或双向预测编码4种技术，其压缩比最高。但B帧不能用作对其他帧进行运动补偿预测的参考帧。图像图像组视频序列宏块条宏块像块视频码流的分层结构视频数据经过压缩编码后形成视频基本码流（ES）。MPEG为了更好地表示编码比特流，用句法规定了6层结构，从高到低依次是视频序列、图像组（GOP）、图像、宏块条（Slice）、宏块层及像块层。1．视频序列

视频序列是指构成一段或整个电视节目的连续图像序列，是随机选取节目的一个基本单元。从节目内容看，一个视频序列大致对应于一个镜头。切换一个镜头，即表示开始一个新的序列。在视频序列层，起始码后是序列头，它包含有视频序列参数，如图像的尺寸大小、幅型比、帧频、数码率、缓冲区大小等。在MPEG-2中，序列头后面还跟着包含附加数据的序列扩展数据、序列纠错数据等。为了确保能在不同的时间随时进入视频序列，MPEG允许重复发送序列头。序列扩展数据后面跟若干个图像组层的数据。视频序列层以序列结束码（SEQEC）结束。2．图像组（GOP）GOP是由一个视频序列中连续的若干帧图像组成。每个GOP由一个I帧和一些P帧、B帧组成，GOP的第一帧一定为I帧。

这样分组的目的是便于随机存取和编辑，以及定时进行帧刷新，以防止由于帧间预测可能引起的传输误码的长时间扩散。值得注意的是，由于B帧是双向预测编码帧，所以需等前、后的参考帧编码后才能编码。而MPEG视频码流的传输要有利于解码器的解码，为此，MPEG视频编码器输出码流的帧顺序，应不同于输入到编码器的源图像序列的帧顺序（也就是自然次序），必须进行重新排序；同理，解码器解码这种码流，送去显示的帧顺序也必须重新排列，使之恢复源图像帧顺序，这种过程称为帧重排。例如，当图像帧的显示的顺序是I1B2B3P4B5B6P7B8B9P10……时，视频码流中帧的传输顺序则是I1P4B2B3P7B5B6P10B8B9……。3．图像图像是一个独立的显示单元，它可以作为一个整体被显示设备显示。图像层包括不同编码类型的图像，即I、B、P帧。在图像层头中包含了图像编码的类型和时间参考信息。在MPEG-2中，图像的扫描方式既可以逐行的，也可以是隔行的。逐行扫描的图像只能是帧格式；而隔行扫描的图像可以是帧格式，也可以是场格式。一个图像包含亮度分量和色度分量。在MPEG-2中，亮度和色度的采样格式是4∶2∶0