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1、JH8000DTV数字电视实验系统概述3第一章 视频A/D、D/A 实验61.1 实验原理61.1.1 视频A/D变换器61.1.2 视频D/A变换器91.2 实验电路231.2.1 实验电路总体框图231.2.2 视频A/D变换电路模块231.2.3 视频D/A变换电路模块271.2.4 数字处理模块（可编程器件）291.3 实验内容311.3.1 实验一 视频源的参数调整311.3.2 实验二 亮色延时实验341.3.3 实验三 量化比特数对数字图像质量的影响361.3.4 实验四 视频A/D，D/A参数的观测391.3.5 实验五 数字电视的国际标准（ITU-601号建议）41第二章 音
2、频A/D，D/A实验432.1 实验原理432.1.1 音频信号取样频率的选择432.1.2 声音信号（双极性信号）量化信噪比442.1.3 音频信号的量化比特数的确定442.2 实验电路452.2.1 实验电路总体框图452.2.2 音频AD系统模块电路简介452.2.3 音频AD系统模块电路简介462.2.4 数据处理与控制模块482.3 实验内容512.3.1 实验一 抽样频率及量化比特数对声音质量的影响512.3.2 实验二 观测各种时钟数据及其相互关系54第三章 MPEG视频编码573.1 实验原理573.1.1 MPEG-2 编解码系统573.1.2 MPEG-2 压缩编码模块62
3、3.2 实验电路713.2.1 MPEG编码模块电路713.2.2 MPEG解码模块电路773.3 实验内容823.3.1 实验一 节目码流和传输码流实验823.3.2 实验二 包识别码（PID）实验843.3.3 实验三 视频编解码延时实验863.3.4 实验四 视频帧结构实验883.3.5 实验五 视频编码速率实验903.3.6 实验六 图像子采样模式实验923.3.7 实验七 GOP实验943.3.8 实验八 图像格式实验96第四章 MPEG音频编码984.1 实验原理984.1.1 MPEG-1音频压缩编码984.1.2 MPEG-2音频压缩编码1074.1.3 MPEG-1、MPEG
4、-2音频参数的比较1094.1.4 MPEG-2中的AAC编码1104.2 实验内容1124.2.1 实验一 MPEG音频层实验11124.2.2 实验二 MPEG音频层实验2114附录：波形说明116JH8000DTV数字电视实验系统概述 JH8000DTV数字电视课程实验箱是完全按照数字电视国际标准设计和生产的数字电视传输系统，可以提供数字电视课程所需的若干实验，同时可以作为实际数字电视传输课程培训时的实验装置。一系统描述 JH8000DTV系统主要由视音频A/D,D/A模块,视音频信源编码、解码模块,TS流形成与解复用模块,DVB SPI 收发接口等模块组成。音频A/D模块板音频信源编码
5、TS流的形成DVB SPI TX模块传输信道DVB SPI RX模块TS流的解码视频信源解码音频信源解码D/AD/ATV监视器视频A/D模块板视频信源编码图1 为JH8000系统原理框图：图1 JH8000DTV系统框图各部分的组成及功能简述如下：1） 视音频A/D、D/A模块：采用专用的集成芯片，按照国际标准采样时钟和采样格式将模拟输入的视音频信号变成标准数字视音频信号。2） 视音频信源编码、解码模块：按国际上MPEG1、2压缩标准完成对数字视音频码流的压缩编码。3） TS流形成与解复用模块：按国际标准将视音频信源编码板输出的MPEG视音频码流打包成TS流或解复用成MPEG视音频码流送入视音
6、频信源解码板。4） DVB SPI 收发接口模块：将MPEG-2的TS流按DVB SPI的国际接口标准实现编解码之间的码流传输。其中各个模块既可以独立进行分块实验，又可以综合组成数字电视系统传输实验JH8000DTV（包括视音频A/D模块、视音频信源编解码模块，TS流形复用与解复用模块和DVB SPI传输接口模块）完成系统总体实验二系统实验1系统总体实验在实验中我们使用JH8000DTV实验箱搭建系统总体实验环境，并紧密结合系统的实际运行状态，通过亲手对系统参数的设置和测试，让试验者初步建立数字电视系统总体概念。2 分模块实验通过系统总体实验之后，我们可在建立总体概念的基础上，将总体系统拆分成
7、若干功能的子模块。每一功能子模块作为一个相对独立的分模块实验板，这样便于实验者从模块实验中掌握数字电视传输系统中各部分原理、功能、技术参数、性能指标及在整个数字电视传输系统中的影响，同时让学生了解各个模块的设计参数和设计方法，为学生今后在数字电视系统设备的研究方面打下扎实的研究基础。整个实验系统可以分成：直接视频、音频的AD-DA闭环实验装置和接入后续编解码模块以及传输模块的开环实验装置，可以进行的实验模块有：（1）视频源参数设置模块（开环）l 亮度设置l 色度设置l 对比度设置l 输入信号源选择设置l 信号源制式设置l 场信号标识行设置l 行有效像素数设置（2）视频编码参数设置模块（开环）l
8、 系统模式设置，可以设置MPEG-1或MPEG-2编码方式l 系统编码码流模式设置，可以设置编码码流输出格式：节目码流(PS)或传输码流(TS)。l 可编程设置GOP结构：I、B、P帧的组合，包括I、IP、IBP、IBBP等。l 可编程设置编码速率：512K-15M （NX256K， N=2-57）l 可编程设置数字视频标识码：VPID。l 可编程设置数字音频标识码：APID。l 可编程设置数字参考时钟标识码：PCRPID。l 可编程设置仅视频编码，音频不编码工作方式。（3）音频编码参数设置模块（开环）l 设置MPEG音频编码层：Layer1 or Layer2l 设置音频采样速率l 设置音频
9、编码输出速率l 设置音频预加重模式l 设置音频声道处理模式l 设置音频PES标志（4）MPEG编码参数设置模块（开环）l 可编程设置编码模式l 可编程设置编码速率：512K-15M （NX256K， N=2-57）l 设置图像采样模式l 可编程设置GOP模式l 可编程设置GOP长度l 可编程设置图像编码：D1、4/3 D1、2/3 D1、1/2 D1、SIF、QSIF、SliceScreenl 可编程设置图像预处理滤波模式（5）视频AD/DA实验模块（闭环）l 亮度设置l 色度设置l 对比度设置l 色饱和度设置l 色调设置l 亮色延迟设置l 彩色关闭设置（6）音频AD/DA实验模块l 音频采样
10、频率设置l 音频量化比特数设置l 静音模式设置第一章 视频A/D、D/A 实验视频A/D、D/A变换器是数字电视系统（图1-1）的重要组成部分。视频A/D、D/A变换器性能的好坏对整个数字电视系统重现图像质量有着非常重要的影响。因此，通过视频A/D、D/A实验，更好的掌握视频A/D、D/A的原理，技术参数，国际标准等就显的十分必要。 下面分别介绍视频A/D、D/A变换器的工作原理，参数选择，国际标准，以及各实验的内容，要求，方法等。A/D数字处理器D/A模拟信号模拟信号图1-1 数字设备基本系统组成1.1 实验原理1.1.1 视频A/D变换器A/D转换器的作用是把连续变化的模拟信号转换为离散的
11、数字信号，示意图如图1.1.1所示。它主要包括取样、量化和编码三大部分。取样，是实现时间轴上的离散化；量化，是实现幅度轴上的离散化；编码，是实现把离散化了的数据用二进制码型表示，进而变为一系列的电脉冲。图1.1.1 A/D转换器示意图1分量编码中取样频率的选择分量编码是指对亮度信号（Y）和两个色差信号（R-Y）、（B-Y）分别进行取样、量化和编码。在分量编码中，由于不受色副载波的影响，而且与彩色电视制式关系不大，为了便于国际间节目的交换，建议取样频率应能兼容625行/50场和525行/60场两种扫描体制。根据取样定理，要求取样频率fs2fm，为了防止频谱混叠失真，应选择fs（2.22.7） f
12、m，又为了实现正交取样结构，应满足fs为行频fH的整数倍。综合上述诸条要求，已知亮度信号的上限频率为5.5MHz6 MHz，取样频率可选为fs=2.2fm=1213.2 MHz。对于625行制式行频为fH=15.625 MHz，对于525行制式行频为fH=15.734264KHz，为了满足兼容两种制式的要求，就在13.2MHz附近选定。两种制式行频最佳公倍数为13.5MHz。对625行制式，每行取样点数为：对于525行制式，每行取样点数为： 对于两个色差信号（R-Y）和（B-Y），因为其上限频率均在2.8MHz以下，近似为亮度信号上限频率的一半，为了方便起见，色差信号的取样频率选为： fs(R
13、-Y)= fs(B-Y)=fSY=6.75MHz对于625行制式，色差信号每行取样点数为864=432，对于525行制式，则每行取样点数为858=429。亮度信号和两个色差信号三者的取样频率比例关系为： fs(Y) : fs(R-Y) : fs(B Y) =4:2:2故把这种选择取样频率方式称为4：2：2标准，这就是分量编码中取样频率的选择。2量化量化是使幅度连续的抽样值进一步在幅度上离散化的过程。以便能用有限长度的码字来表示抽样点的幅度。量化可分为舍入量化和截尾量化。舍入量化即用四舍五入来处理被量化信号与预置量化级数电平之间的差值。截尾量化即把高于预置量化级数电平的尾数部分全部舍去。截尾量化
14、误差比舍入量化误差大一倍，因此，一般只采用舍入量化而不采用截尾量化。由量化误差所产生的噪声称量化噪声。设图像信号的最大幅度为A，将它均匀量化成N级，量化级差为A，有：A=NA，N=2n （以二进制表示）电视信号（单极性信号）的量化信噪比定义：量化信噪比= （n为量化比特数） 用分贝表示：可以得出结论：量化比特数n每增加1bit，则信噪比上升6dB；反之，每下降1bit；信噪比降低6dB。信噪比与量化比特数n关系如表1.1.1所示。 表1.1.1量化比特567891041dB47 dB53dB59dB65dB71dB 3编码 A/D转换器中的编码，是把代表特定量化电平等级的比较器的输出状态数据组合，变换成以n比特表示的二进制数码，即每一组二进制数码代表一个取样值的量化电平等级。如表1.1.2。在接受端解码时，从这个数码（或称数据）中重新恢复出原模拟信号电平。表1.1.2
