章模拟图象信号及其技术参数

第二章数字电视信号及其标准2

2.1模拟视频图像信号及其技术参数

2.3模拟视频信号数字化

2.4标清数字电视信号编码国际标准

2.5高清数字电视信号编码国际标准提要3主要内容2.1.1视频图像的扫描参数2.1.2模拟彩色电视信号及制式2.1模拟视频图像信号及其技术参数4临场感视角

V

H

人眼分辨率

nVnH图象空间分辨率DVDH闪耀感时间分辨率带宽fb=NNHfP２N行/帧NH点/行fP帧/秒扫描参数本小节的分析思路2.1.1视频图像的扫描参数5一视角与临场感视角、视距、宽高比

V

HLWH水平视角

H：视距图像高度比d：图像宽高比

a：垂直视角

V：图2-16水平视角

H：垂直视角

V：例如，HDTV:d=3a=16:9则：一视角与临场感7临场感的要求图象：宽、高，a=2:1视角:

H

>20o，d=3细节：恰到好处（身处现场能看到的细节）人眼视觉中心区域（黄斑）：1o，观察细节周围区域：

H：160o，

V：80o最佳视距图像高度比d满足：１刚能觉察到图象细节２不能觉察到行结构等缺陷一视角与临场感8

视角与最佳视距图像高度比d的参数选择：

a

d

H

VNTSC4:3711o8oPAL4:3613o10oHDTV(美国)16:92.541o23oHDTV(美国)16:92.541o23o一视角与临场感9

视觉空间频率r单位视角内的黑白交替的周期数单位:cpd(周/度)1or周2r线2视觉的空间频率特性(低通)二人眼分辨率(Resolution)102视觉的空间频率特性(低通)3人眼分辨率－能分辨的黑白线数垂直分辨率:(nV)

水平分辨率:(nH)

nV=2r0

VnH=2r0

H其中：1or周2r线r(pcd)10r1(9.3)r0=1.5r1(13.95)相对响应截止频率r1上限频率r06dB二人眼分辨率(Resolution)11三图像扫描参数与视频带宽fb一般公式:

T秒内扫描N点，即N/T点/秒1秒N/T点一个周期由2点组成，那么每秒有：

N/2T(周期/秒)

视频带宽fb=2TNt例如：正弦波∴12用扫描参数表示的带宽:

设每行扫描点数为NH

每帧扫描行数为NV

每秒扫描帧数为fp

视频带宽fb=2TN则每秒扫描点数为：NH×NV×fp

视频带宽fb=2NHNV

fp∴三图像扫描参数与视频带宽fb13四图像清晰度与视频带宽fb用扫描参数表示的带宽:

垂直清晰度DV=KKiηVNV水平清晰度DH=ηHNH

视频带宽fb=2NHNV

fp用图像清晰度表示的带宽:

K:Kell系数,

垂直边缘模糊系数(0.7)Ki:

隔行扫描系数(0.6-0.7)ηV:

垂直正程系数ηH:

水平正程系数

视频带宽fb=2KKiηHηVDHDVfp∵DH=a·DV

∴fb=2ηHaKKiηVNV2

fp14

fb=2KKiηHηVDHDVfp

fb=2ηHaKKiηVNV2

fp

fb=2NHNV

fpfb=2TN垂直分辨率:nV=2r0

V水平分辨率:nH=2r0

H其中：垂直清晰度DV=KKiηVNV水平清晰度DH=ηHNH

四图像清晰度与视频带宽fb15五视频带宽由(人眼分辨率＝图像清晰度)确定

垂直分辨率:nV=2r0

V其中：垂直清晰度DV=KKiηVNV1.确定每帧行数N：令DV=nV

d→N:d7.2643.332.52…N5256259401125124014801840…垂直清晰度=垂直分辨率∴16五视频带宽由(人眼分辨率＝图像清晰度)确定

水平分辨率:nH=2r0

H其中：水平清晰度DH=ηHNH

1.确定每帧行数N：令DV=nV

2.确定带宽fb：令DH=nH

4r017五视频带宽由(人眼分辨率＝图像清晰度)确定1.确定每帧行数N：令DV=nV2.确定带宽fb：令DH=nH

4r0fb=2NHNfp∴18五视频带宽由(人眼分辨率＝图像清晰度)确定

fb=2ηHaKKiηVNV2

fp∴令上面两式相等19五视频带宽由(人眼分辨率＝图像清晰度)确定临场感daNfb闪耀感fp、fV20五视频带宽由(人眼分辨率＝图像清晰度)确定视距/图像高d(L/H)7.243.332.52…扫描行数N(线)5259401125124014801840…水平视角H(度)10.723.528.331.036.945.2…视频带宽fb(MHz)3.511161927.542…视频带宽fb(MHz)3.511161927.542…以a=4:3,Ki=0.6~0.7,ηV=0.935,ηH=0.835,fp=30Hz计算：21六闪耀感与场频

闪耀感与观看距离、彩色、亮度、场频有关亮度↑闪耀感↑→→场频

→→闪耀感↑某闪光频率→→有闪耀感闪光频率↑→→闪耀感消失闪耀感消失时的最低频率称为临界闪耀频率临界闪耀频率与光源亮度、彩色等有关22六闪耀感与场频

临界闪耀频率与光源亮度有关亮度↑临界闪耀频率↑→→在观看距离＝2米、收看全白信号的情况下：场频=50Hz→→无闪耀感的最高亮度＝60－70cd/m2

场频=60Hz→→无闪耀感的最高亮度＝100cd/m2

场频=100Hz→→完全消除了闪耀感

23作业:2-1.设Kell系数为0.7，隔行系数为0.7，垂直正程系数为0.9，水平正程系数为0.8，帧频为25Hz，宽高比为16:9。如果要以3倍图象高度的距离观看电视，则要求每帧扫描行数为多少？视频带宽为多少？2-2.电视信号1场有312.5行，水平清晰度为600线（包括逆程），场频为50Hz，求视频带宽。

24主要内容2.1.1视频图像的扫描参数2.1.2模拟彩色电视信号及制式2.1模拟视频图象信号及其技术参数252.1.2模拟彩色电视信号及制式

主要内容一模拟电视信号二RGB信号与YCbCr(或YUV)信号的变换三NTSC制四PAL制26一模拟电视信号

主要内容扫描与光栅行同步与行消隐场同步与场消隐模拟电视信号频谱271.

扫描与光栅＋E信道阴极阴极栅极加速极聚焦极偏转线圈靶偏转线圈屏高压光电靶：光电导层的等效电阻随亮度而变。摄像：电子束在光电靶上扫描，输出电压随亮度而变显像：电子束在荧光屏上扫描，强度受图像信号控制28逐行扫描1234567iHiVtt1234567THTV条件：TV＝NTH29隔行扫描234145567iHiVtt1234567THTV2TV条件：TV＝(N+0.5)TH302.

行同步(HS)与行消隐(HB)1.564S124.7第n行第n＋1行HSHB行频：fH＝106/64=15625Hz

313.

场同步(VS)与场消隐(VB)6226236246251234562223310311312313314315316317318319335336场消隐(25H)2.35us4.7us场消隐(25H)奇数场偶数场VS开槽：VS期间保留HS信息前均衡后均衡32均衡脉冲的作用如果没有均衡脉冲:偶数场奇数场625123313314315316倒相，微分奇数场偶数场倒相，积分奇数场偶数场Δ均衡脉冲的作用：使奇数场和偶数场场同步积分的起始电平相同33复合同步信号6226236246251234562223310311312313314315316317318319335336场消隐(25H)2.35us4.7us场消隐(25H)奇数场偶数场前均衡后均衡34(1)黑白电视信号的波形图——信号的时域表示x(t)3033043053063073083093103113123133143153163173183193353363373382223242526272829303132333435366226236246251234561.564S124.732S4.72.3532S4.模拟电视信号频谱35(2)信号的频域表示X(f)任何信号，都可以用无穷多个正弦信号的线性组合来表示令则X(f)是x(t)的频谱X(f)的物理意义是组成x(t)的各频率正弦的幅度和相位36方波的频谱t0x(t)

A0|X(f)|fA

FTt0x(t)

AFT0|X(f)|fA

=0A

=1t0x(t)=δ(t)(1)FT0|X(f)|f1t0x(t)AFT0|X(f)|f(A)37周期信号的频谱是离散的线谱其中：f1是x(t)的基频，即周期T的倒数f1=1/T周期信号x(t)的傅立叶级数形式时域：周期化(延拓)傅立叶系数Xk与x(t)一个周期x1(t)的频谱X1(f)之间的关系周期信号x(t)的频谱与傅立叶系数的关系频域：离散化(取样)周期信号的频谱38周期方波的频谱t0x(t)T2T…

t0x1(t)

AFT0|X1(f)|fA

0|Xk|kA

12(f/f1)FSTFT0|X(f)|A

ff139周期方波的频谱及其特点t0x(t)T2T…

A0x(t)T2T…

tA0x(t)T…

tAFTFTFT0|X(f)|fA

0|X(f)|fA

0|X(f)|fA

40周期方波与冲激串的频谱FT0A

|X(f)|ff1FT0A

|X(f)|ff1t0x(t)T2T…

At0x(t)T2T…

AFT=0A=10x(t)T2T…t(1)0(1)|X(f)|ff1……41周期方波与非周期方波的频谱FT0A

|X(f)|ff1t0x(t)T2T…

AFT0A

|X(f)|ff1t0x(t)T

At0x(t)T＝∞

AFT0A

|X(f)|f42(3)时域信号与频域信号的性质时域相乘

频域卷积0x(t)t0y(t)=x(t)*(t-t0)t0t0(t-t0)t0t卷积运算卷积性质卷积性质43时域卷积

频域相乘滤波器的作用0H(f)f0f0X(f)ff00Y(f)ff0滤波器δ(t)h(t)h(t)

H(f)h(t)H(f)x(t)y(t)X(f)Y(f)卷积性质(3)时域信号与频域信号的性质44黑白电视信号的波形图3033043053063073083093103113123133143153163173183193353363373382223242526272829303132333435366226236246251234561.564S124.732S4.72.3532S(4)黑白电视信号的频谱黑白电视信号的波形,其频谱是如何的?下面讨论45只有水平细节的静止图象TH

u(t)t0|U(f)|ffHnfH0|HS(f)|ffH0|X(f)|ffH水平细节的频谱位于整个频谱的高端46具有水平和垂直细节的静止图象u(t)tTVxV(t)ttxH(t)……THx(t)=xV(t)xH(t)X(f)=XV(f)

XH(f)0|XH(f)|ffH2fH0|XV(f)|ffV47x(t)=xV(t)xH(t)X(f)=XV(f)

XH(f)0|X

(f)|ffH2fH垂直细节的频谱位于½行频的奇数倍附近0|XH(f)|ffH2fH0|XV(f)|ffV具有水平和垂直细节的静止图象48f0fH2fHnfH(n+1)fH具有水平和垂直细节的静止图象49活动图象f0fH2fHnfH(n+1)fH不存在帧、场的周期性（不是线谱），但仍存在帧间、场间的相关性。502.1.2模拟彩色电视信号及制式

主要内容一模拟电视信号二RGB信号与YCbCr(或YUV)信号的变换三NTSC制四PAL制51

主要内容RGB三基色信号RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y从B-Y,R-Y到U,V的变换从B-Y,R-Y到Cb,Cr的变换模拟电视的三种接口二

RGB信号与YCbCr(或YUV)信号的变换

521.

RGB

三基色信号可见光的波长范围：λ＝380nm～780nm红色(R)的波长：λ＝700nm(1个单位)光强＝1.0lm(流明)绿色(G)的波长：λ＝546.1nm光强＝4.5907lm蓝色(B)的波长：λ＝435.8nm光强＝0.0601lmR、G、B称为三基色R、G、B可组合成大部分自然彩色RGB531.

RGB

三基色信号R、G、B三基色可组合成大部分自然彩色RGB三基色的混合方式：时间混合空间混合54RGB电视中，彩条顺序：白黄青绿品红蓝黑1.RGB

三基色信号55RGB彩条的RGB波形：RGB1.RGB

三基色信号56RGB彩条的RGB波形：RGB能不能直接传送RGB信号？如果仅仅用来驱动显示，可以（用3根电缆）但如果在有线或无线信道中传输：带宽太宽RGB各需6MHz，不可行1.RGB三基色信号57把R、G、B转换为Y、R-Y、B-Y的目的：1节省带宽——利用大面积着色的原理2与黑白电视兼容转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

R-Y=0.701R-0.587G-0.114BB-Y=-0.299R-0.587G+0.886B传送带宽：Y：6MHzR-Y:1.3MHzB-Y:1.3MHz2.RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y58接收端如何恢复RGB?

必须先恢复(G-Y)：∵0.299(R-Y)+0.587(G-Y)+0.114(B-Y)=Y-Y=0∴(G-Y)=-(1/0.589)[0.299(R-Y)+0.114(B-Y)]然后将(R-Y)、(G-Y)、(B-Y)、分别加上Y,恢复R、G、B转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114BR-Y=0.701R-0.587G-0.114BB-Y=-0.299R-0.587G+0.886B2.RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y59转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

8个彩条的Y与R-Y、B-Y的数据和波形RGBY1

0.886

0.701

0.587

0.413

0.299

0.1140R-Y00.114

-0.701

-0.587

0.587

0.701

-0.1140B-Y0-0.886

0.299

-0.587

0.587-0.299

0.88602.RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y608个彩条的Y与R-Y、B-Y的数据和波形RGBY转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

Y1

0.886

0.701

0.587

0.413

0.299

0.11402.RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y61转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

8个彩条的Y与R-Y、B-Y的数据和波形RGBR-YR-Y00.114

-0.701

-0.587

0.587

0.701

-0.114062转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

8个彩条的Y与R-Y、B-Y的数据和波形RGBB-YB-Y0-0.886

0.299

-0.587

0.587-0.299

0.886063传输色差色度信号的基本方法正交平衡调制+频谱交错色度信号C(t)=(R-Y)cos(

SCt)+(B-Y)sin(

SCt)

副载波频率fSC=(n+½

)fH视频信号：Y+C64色度信号C(t)=(R-Y)cos(

SCt)+(B-Y)sin(

SCt)(R-Y)(B-Y)cos(

SCt)sin(

SCt)C(t)传输色差色度信号的基本方法65转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

RGB|C|00.90.760.830.830.760.900Y+C1

1.79~-0.01

…

…

…

1.00~-0.790C(t)=(R-Y)cos(

SCt)+(B-Y)sin(

SCt)=|C|sin(SCt+θ)Y1

0.886

0.701

0.587

0.413

0.299

0.1140R-Y00.114

-0.701

-0.587

0.587

0.701

-0.1140B-Y0-0.886

0.299

-0.587

0.587-0.299

0.88608个彩条的|C|与Y+C的数据66传输色差色度信号的基本方法：色度信号C(t)=(R-Y)cos(

SCt)+(B-Y)sin(

SCt)视频信号：Y+C带来的问题：

Y+C对于某些彩色造成信号过载2.RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y67色度信号C(t)=(R-Y)cos(

SCt)+(B-Y)sin(

SCt)视频信号：Y+CY+C1.0001.79-0.79因此，必须对色度信号进行压缩2.RGB与亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y683.

从B-Y、R-Y到U、V的变换目的：防止信号过载方法：使用压缩系数k1,k2

令U=k1(B-Y),V=k2(R-Y)要求：满足根据黄、蓝两色的过载情况，求得k1,k269转换公式：Y=0.299R+0.587G+0.114B

8个彩条的U与V的数据RGB|C|00.450.630.590.590.630.450Y+C1

1.33~-0.44

…

…

…

0.56~-0.330C(t)=Usin(

SCt)+Vcos(

SCt)=|C|sin(SCt+θ)U0-0.440.15-0.290.29-0.150.440V00.10-0.62-0.520.520.62-0.100U=0.493(R-Y)V=0.877

(B-Y)Y1

0.886

0.701

0.587

0.413

0.299

0.1140R-Y00.114

-0.701

-0.587

0.587

0.701

-0.1140B-Y0-0.886

0.299

-0.587

0.587-0.299

0.886070复合视频信号Y+CC(t)=U(t)sin(

SCt)+V(t)cos(

SCt)Y+C1.0001.331.181.000.930.560.440.070-0.18-0.33-0.2150.2153.从B-Y、R-Y到U、V的变换71色度信号

C(t)=U(t)sin(

SCt)+V(t)cos(

SCt)UV品0.59/61o蓝0.45/-23o青0.63/-77o绿0.59/-119o黄0.45/167o红0.63/103oC(t)=C(t)sin(

SCt+θ)3.从B-Y、R-Y到U、V的变换72目的：使数字接口中，|Cb|,|Cr|≤0.5方法：使用压缩系数k1,k2

令Cb=k1(B-Y),Cr=k2(R-Y)要求：满足|Cb|,|Cr|≤0.5根据(R-Y),(B-Y)的最大绝对值，求得k1,k24.从B-Y、R-Y到Cb、Cr的变换735.

模拟电视的三种接口(1)分量视频信号（Componentvideo)

几种接口：（RGB)、(YUV)、（YCrCb)

质量最好，用于广播级(2)复合视频(Compositvideo)CVBS

接口：(Y+C)

其中：C(t)=U(t)sin(

SCt)+V(t)cos(

SCt)

（PAL制）质量最差(3)S-Video

接口：(Y,C)

质量中等74作业2-3彩条顺序为：白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑。填写各彩条的R、G、B、Y、R-Y、B-Y的数据（用表格列出数据）。并以黄色为例，写出计算过程。2-4根据上题，作Y、R-Y、B-Y的波形。752.1.2模拟彩色电视信号及制式

主要内容一模拟电视信号二RGB信号与YCbCr(或YUV)信号的变换三NTSC制式四PAL制式76三NTSC

制式1.扫描参数垂直：525/59.94/2:1(VB=40H)水平：fH=(525/2)×59.94=15734.264Hz2.色差信号I,QTH=63.5S(HB=10.9S)I=Vcos33o-Usin33o(1.5MHz)Q=Vsin33o+Ucos33o(0.5MHz)772.色差信号I,QI=Vcos33o-Usin33o(1.5MHz)Q=Vsin33o+Ucos33o(0.5MHz)UV品0.59/61o蓝0.45/-23o青0.63/-77o绿0.59/-119o黄0.45/167o红0.63/103oQI33o78C(t)=Q(t)sin(

sct+33o)+I(t)cos(

sct+33o)色同步：B(t)=K(t)sin(

sct+180o)副载波频率：

fsc

=227.5fH

=3.579545MHzf0fH2fHI，Q的频谱ffsc228fH227fHC(t)的频谱3.色度信号794.

NTSC信号频谱02.133.584.2-0.75-1.25YIQA4.75f(MHz)6MHz(n+1)fHnfHYYCCC(n+1)fHnfHYY802.1.2模拟彩色电视信号及制式

主要内容一模拟电视信号二RGB信号与YCbCr(或YUV)信