第十三章数字电视-1

第十三章数字电视§13.1数字电视概述§13.2图像压缩编码技术§13.3数字电视信号的信源编码§13.4数字电视机顶盒数字彩色电视机(DTV)是数字信号处理技术和电视接收技术相结合的产物，是将模拟电视信号转换为数字信号进行传输、接收、处理、存储、记录和控制的系统。§13.1数字电视概述§13.1数字电视概述

模拟电视是将图像的亮度和彩色变化用电量的参数变化来模拟，所以它对通道有很高的要求。

数字电视则是以离散性而不是以连续性为主要特征，其数字信号是按一定方式编码的高速窄脉冲序列。

如让窄脉冲序列通过一个脉冲判别电路，就能“中继再生”出一组无失真无干扰的数字信号。

原来信号引入的畸变和噪声的影响不但没有累积效应，而且还具有很强的抗干扰能力。

另外，数字信号处理和存储灵活多变，调节简单，通道利用率高，易于实现自动化。模拟电视制式的缺陷：(1)亮度分解力不足(2)色度分解力不足§13.1数字电视概述(3)亮色互串(4)亮色增益差和亮色延时差(5)微分增益和微分相位§13.1数字电视概述(7)电视信号的幅度利用率不充分(8)声音信号只有单声道(9)不适合磁带节目的多带复制(10)宽高比不适合人眼的视觉特性(6)电视信号的时间利用率不充分(1)在图像质量改进方面数字电视的优点：§13.1数字电视概述

数字标准清晰度电视(SDTV)和数字高清晰度电视(HDTV)使图像和声音质量得到了极大地提高。

电视系统的全面数字化使我们可以在同一个系统中安排不同级别、不同图像质量的业务。(2)在业务融合方面§13.1数字电视概述

数字摄像机、数字录像机、数字磁盘录像机、非线性编辑系统、电脑动画到虚拟演播室、视频服务器和电视中心网络化等，使电视台可以节目资源共享、制作快捷、无磁带编辑以及存储方便。(3)在节目制作手段方面

大大提高了节目质量、制作能力和工作效率。

压缩技术的突破和多种新的高效编码方法和调制技术的出现，使得大信息量的高清晰度数字电视也能在原来的普通电视频带内传输。(4)在传输方面§13.1数字电视概述

原来只能传一路模拟电视的通道现在能传4套甚至8套数字SDTV，拓宽了业务能力。§13.1数字电视概述图13.1数字电视广播系统框图数字电视信号的产生：模拟信号的数字化过程主要是取样、量化和编码；

取样——将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离散的信号，即时间离散化。§13.1数字电视概述

量化——将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅度离散化。

编码——按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号用对应的二进制或多进制代码表示。§13.1数字电视概述图13.2模拟信号数字化框图图中fc为滤波器的截止频率，fs为取样频率。§13.1数字电视概述图13.3模拟信号理想取样前后的频谱二维信号取样：§13.1数字电视概述

发端通过摄像机将光图像转换成电图像，光电转换器件是具有积分作用的器件，因此有如下的积分关系：

对于一个彩色平面活动图像来说，图像中任一点的亮度Y是光波长λ、水平位置x、垂直位置y和时间t的函数。图13.4图像平面和二维取样脉冲§13.1数字电视概述Δx和Δy为水平方向和垂直方向上的取样间隔取样后的信号为：§13.1数字电视概述

量化就是把幅度连续变化的信号变换为幅度离散的信号。显然，一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程将不可避免地带来量化误差。模拟信号到数字信号的映射变换标量量化是一维量化，所有取样使用同一个量化器进行量化，每个取样的量化都和其他所有取样无关，因此也称为无记忆量化。矢量量化是多维量化，是先将k个取样值序列形成k维空间中的一个矢量，然后将此矢量进行量化。§13.2图像压缩编码技术§13.2图像压缩编码技术无损压缩，又称为可逆编码(ReversibleCoding)。图像压缩方法在广义上可分为：有损压缩，又称不可逆压缩(Non-ReversibleCoding)。一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩；图像数据的压缩机理来自两个方面：二是利用人眼的视觉特性。§13.2图像压缩编码技术空间冗余图像数据的冗余度：时间冗余在一幅图像中规则的物体和规则的背景具有很强的相关性。电视图像序列中相邻两幅图像之间有较大的相关性。§13.2图像压缩编码技术结构冗余和知识冗余图像从大面积上看常存在有纹理结构，称之为结构冗余。视觉冗余人眼的视觉系统对于图像的感知是非均匀和非线性的，对图像的变化并不都能察觉出来。§13.2图像压缩编码技术亮度辨别阈值人眼的视觉特性：当景物的亮度在背景亮度基础上增加很少时，人眼辨别不出，只有当亮度增加到某一数值时，人眼才能感觉其亮度有变化。人眼刚刚能察觉的亮度变化值称为亮度辨别阈值。掩盖效应

“掩盖效应”是指人眼对图像中量化误差的敏感程度，与图像信号变化的剧烈程度有关。§13.2图像压缩编码技术视觉阈值

视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被察觉的门限值。低于它就察觉不出来，高于它才看得出来，这是一个统计值。空间分辨力

空间分辨力是指对一幅图像相邻像素的灰度和细节的分辨力，视觉对于不同图像内容的分辨力不同。§13.2图像压缩编码技术基于图像信源统计特性的压缩方法根据压缩机理的不同，数据压缩编码方法大致可以分成三类：基于人眼视觉特性的压缩方法有预测编码、变换编码、矢量量化编码、子带－小波编码和神经网络编码法等。有基于方向滤波的图像编码法和基于图像轮廓－纹理的编码法等。基于图像景物特征的压缩方法有分形编码法和基于模型的编码方法等。§13.3数字电视信号的信源编码信源编码分类：帧间编码（MPEG，动态图像专家组）帧内编码（JPEG，静态图像专家组）§13.3数字电视信号的信源编码音频信号压缩编码JPEG标准包括两种基本压缩方法：(2)无损压缩方法，又称预测压缩方法。它是以二维差值脉码调制为基础的压缩方式，解码后能完全精确地恢复原图像采样值，其压缩比低于有损压缩方法。

(1)有损压缩方法：它是以离散余弦变换(DCT)为基础的压缩方法，其压缩比较高，是JPEG标准的基础。§13.3数字电视信号的信源编码§13.3数字电视信号的信源编码MPEG标准的视频压缩编码技术主要：利用了具有运动补偿的帧间压缩编码技术以减小时间冗余度；利用DCT技术以减小图像的空间冗余度；利用熵编码则在信息表示方面减小了统计冗余度。这几种技术的综合运用，大大增强了压缩性能。MPEG标准包括：MPEG-1MPEG-2MPEG-4MPEG-7§13.3数字电视信号的信源编码MPEG-21AC-1、AC-2、AC-3MPEG-1声频压缩标准音频压缩标准：§13.3数字电视信号的信源编码§13.4数字电视机顶盒§13.4数字电视机顶盒数字电视机顶盒概念对于机顶盒，目前没有标准的定义，传统的说法是：“置于电视机顶上的盒子”。它是利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，以提高现有电视机的性能或增加其功能。由于功能和用途不同，使得“机顶盒”这个概念有些模糊不清，如早期的增补频道机顶盒、图文电视机顶盒、付费电视机顶盒等。

数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：(1)电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。(3)软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。§13.4数字电视机顶盒§13.4数字电视机顶盒(3)高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。(4)因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时，机顶盒也可以提供各种接口与PC相连，使用PC接入因