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1、第2章 数字视听信号的数据结构,2.1 数字技术基本知识 2.2 EFM调制 2.3 CD-DA数据格式标准 2.4 图像数据的编码方式 2.5 图像的编码和解码 2.6 声音的编码和解码 2.7 图像与声音的同步,课程提问,教学基本要求（见教材P18）,（1）了解A/D和D/A工作原理 （2）了解CDDA格式。 （3）了解图像压缩的方法。 （4）了解声音压缩的依据。 （5）掌握MPEG1解码器的作用。,课程提问,2.1 数字技术基本知识,2.1.1 模 / 数转换器（ADC） A/D转换步骤为：采样、保持、量化和编码。 （见教材P19） 位时钟在数字信号中的作用。,课程提问,2.1.2 数/
2、 模转换器（DAC）,1D/A转换器的转换特性 2数模转换方框图,课程提问,2.3 CD-DA数据格式标准,1.采用EFM 8-14 调制数码方式。 2.采用了纠错编码来改善信号传送的保真度。 3.采用帧编码数据结构。,课程提问,2.3.1 数据结构格式,课程提问,2.3.2 同步字,同步字用于识别每帧的起始，同步信号有固定的码率信息，即代表传输每一位的时间节奏，以便在重放时按相同的码率来切取分割,课程提问,2.3.3 音频数据字,表示音乐的数据,课程提问,2.3.4 耦合位,插入耦合位的目的有两个： 1.为了使得在整个EFM调制过程中，当一个14位数据字以1结尾，而下一个14数据字又有可能以
3、1开始时，以此来保证前后两个数字1的隔离获得成功。 2. 3个附加通道位，其中两个用于连接相邻的组，另一个冗余通道位用于减少信号中的直流分量。,课程提问,2.3.5 纠错与纠错码,误码纠错的方法是将特别设定的一种编码按一定的位数和某一特定规律加到音乐编码数据中一起记录，然后在重放时，检测这些设定码是否存在和保持原设定规律，即可知重放信号是否误码和丢失。 CD机、VCD机常用的一种纠错编码方法为交叉交织-里德索罗门码（Cross InterleaveReed Solomon Code），缩写为CIRC。,课程提问,2.3.6 子码,子码的作用是为光碟提供识别信息。它具有两个功能：一是表示是节目号
4、，索引，节目经过时间，绝对播放时间，是在乐曲期间还是间隙区，数据是否处于导入区还是导出区等；二是实现选曲控制和各种特殊播放功能。,课程提问,2.4 图像数据的编码方式,VCD和DVD光盘为了利用有限的数据空间存储视频信号和音频信号，分别采用了MPEG1和MPEG2压缩技术。MPEG2比MPEG1的编码更为高效，解压后的画面的清晰度比MPEG1要高。 将原来的每帧用于存放立体声音乐的24个字节进行了统一安排，用于存放视频图像数据及音频数据。,课程提问,2.4 图像数据的编码方式, 将视频图像数据及音频伴音信号，采用数据包方式存放。 为了辨认各数据包，编码时在每个数据包封装前均设有一定字节长度的“
5、包头”，以利于解码时区别各种数据。,课程提问,2.4.1 视频信号压缩的必要性,必须对视频图像数据进行压缩，减少传输码率，才能将74min的视频和音频信号同时存储在CD光盘上。才能将133分钟的高清晰的音视频信号存储在DVD光盘上。,课程提问,2.4.2 视频图像数据压缩的方法,1将彩色图像的R, G, B制变为Y, C制,课程提问,2.4.2 视频图像数据压缩的方法,2帧内压缩技术,课程提问,3帧间压缩技术,传送的图像重新定义为三种类型的帧图像，即I帧图像（完整的画面），P帧图像（主体），B帧图像(差值)。,课程提问,画 面 示 例,课程提问,3帧间压缩技术,课程提问,2.5 图像的编码和解
6、码,课程提问,2.6 声音的编码和解码,1阈值特性：根据声音频率范围来处理。,课程提问,2掩蔽效应,掩蔽效应：根据两个信号的响度不同来处理。,课程提问,2.7 图像与声音的同步,采用独立的系统时钟（STC）作为编码的参照基准，再将图像及声音的数据分作若干播放单元，在每一播放单元前编入一个显示时标（PTS）或者解码时标（DTS）。当该时标出现时，即表示一个新的图像与声音播放单元开始,而前一个单元播放结束，使图像与声音在同一显示时间标记控制下，达到图声同步。 （详见P32）,2.7.1 图像与声音的同步方法,课程提问,2.7.2 同步信号的编码和解码,同步信号的编码：,图像及声音的数据送到组合器，
7、系统时钟（STC）将播放开始时的展示时标（PTS）加到图像与声音信号的数据包前面，经编码变为33bit PTS和图像与声音数据组合的一串数码，按一定的编码规则送到系统编码缓冲器，按几个图像数据段和一个声音数据段搭配，成为一个图像和声音的播放单元，在系统时钟STC的作用下，对各播放单元标上不同数值的系统参考时钟SCR，来显示时间，最后记录到光盘上，见下图。 （详见P33）,课程提问,2.7.2 同步信号的编码和解码,课程提问,2.7.2 同步信号的编码和解码,同步信号的解码（详见P33）：,分离,分离,作为同步基准时钟,图像,声音,课程提问,学习要点和指导,（1）模/数转换器和数/模转换器可转换
8、模拟信号和数字信号。 (2)以CD、VCD都采用数字唱盘标准CD-DA的技术规格 （3）VCD视盘机是将VCD光盘上记录的数字压缩信号还原成视频信号和音频信号的设备。 （4）DVD和VCD对视频图像数据采用的压缩方法为： 将彩色图像的R, G, B制变为Y, C制； 帧间压缩技术； 帧内压缩技术。 （5）MPEG编码按块宏块片图像图像组图像序列的图像码流经传输缓存器输出。MPEG1的解码过程是编码的逆过程。,课程提问,实训项目二 多媒体演示图像的处理,1实验目的 让学生懂得静止图像数据采用压缩后数据量会大幅下降。 2实验器材 电脑一部； 彩色位图图像文件一个（可以利用扫描仪或数码相机获得相应的
9、照片文件，也可直接选取文档里的彩色位图图件，文件后缀为“.bmp”）。,课程提问,3实验内容,为了在容量为650MB的光盘上存储最长播放时间为74min的图像和声音，VCD采用了MPEG-1压缩。这一技术是在JPG（静止面压缩）的基础上发展而来。通过演示，可以让学生懂得压缩后的数据量比压缩前下降几十倍的同时画质也将有所下降，但不影响画面主体形状。,课程提问,4实验步骤,（1）开机，进入程序里的“画笔”选项。利用画笔打开后缀为.bmp彩色位图图像文件，存盘时，文件类型选择“.jpg”的后缀。 （2）电脑中保存了“.jpg”与“.bmp”两个后缀文件。找到这两个后缀文件，分别查看各自属性，并对其数据量进行比较。,课程提问,4实验步骤,（3）重新在画笔里打开后缀为“.bmp”彩色位图图像文件。然后选中图像中的某一部分，并把它粘贴到新建的画笔的文档中。把这一新建文档进行命名并以“.bmp”为后缀进行保存。 （4）在画笔里打开后缀为“.jpg”彩色位图图像文件，注意其画质。然后选中图像中与后缀为“.bmp”彩色位图图像相同的部位，进行复制。 （5）打开并把它粘贴到已存有后缀为“.bmp”彩色位图图像部分图像的文档中。对表示相同部位的两幅图像进行比较。,课程提问,
