媒体与音视频编解码技术

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1、数字广播电视 技术原理,参考资料： http:/ 电视原理与发展,所谓电视，就是以一定的方式将图像画面从一处传送到另一处。这个过程包括 了光一电转换、信号处理与传愉、电一光转换等环节。 第一节 电视成像原理 人眼的视觉惰性和闪烁感觉（描述人眼对光亮变化连续性感觉的特性） 视觉惰性 当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失 都需要一定的过程，即具有一定的隋性会在 视觉中保留一段时间，称为视觉暂留或视觉 惰性，t3-t4为视觉暂留时间，通常为 0.05-0.2s 。实验表明，若景物以间歇性光 亮重复呈现，只要重复频率大于 20Hz 即保留有景像存在的印象，该重复频率可称 为融合频率视觉惰性是活动画面

2、有连续感的前提。 闪烁感觉和临界闪烁频率 闪烁感觉 如果周期性重复的脉冲光源作用到视网膜上，当脉冲光的重复频率不够高时，人眼 会对之产生一明一暗交替变化的闪烁感觉。 临界闪烁频率 把不再引起闪烁感觉的光源的最低重复频率称为临界闪烁频率，它与很多因素有关 如：脉冲光源亮度、背景亮度和明暗时间占空比等。研究表明：一般的临界闪烁频 率为45.8Hz,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 一、图像的分解与传送 1 像素的概念 将景物图像化整为零的方法称为图像的分解，分解之后的小点称为像素。 所谓像素，就是电视系统分解和综合图像的最小单元。 传像时，首先须将待传景像分解成一个个像素，每个像素的亮

3、度、色 调、饱和度随景物的位置和时间而不同。因此，待传景物图像诸像素的光 学信息表达式为：fB,S( x,y,z,t)，这里仅讨论黑白平面活动图像，只 需传输各像素的亮度信息，其光学信息表达式简化为： fB( x,y,t)。 经传输通道传送的电信号为电压（或电流），只能是时间的一维函数 为： u(t) 。电视系统的任务是将各像素的fB( x,y,t) ，变换成u(t), 实现 fB( x,y,t)u(t)转换的方式，有同时传输制和顺序传输制两种。 2 图像的传送 同时传输每个像素信息的方式称为同时传输制。每个像素均需占用一 条传输通道，一帧画面分解成几十万个像素就需要几十万条通道，这显然 是不

4、现实的。因此，实际中同时传输制未被采用。 实际电视传像是通过一条传输通道，将每个像素信息按一定顺序一个 个进行传送的，这种顺序传输每个像素信息的方式称为顺序传输制。 黑白电视系统中通过电子束扫描将景物分解成许多像素，把每个像素的亮 度信息fB( x,y,t)按时间顺序变换成相应的电信号u(t), 这时传输通路只 需一条。,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 一、图像的分解与传送 2 图像的传送 黑白电视系统中通过电子束扫描将景物分解成许多像素，把每个像素 的亮度信息fB( x,y,t)按时间顺序变换成相应的电信号u(t), 这时传输通 路只需一条。扫描过程即相当于开关轮流接通每一对相

5、应的发光单元。只 要轮换的速度足够快，由于人眼的视觉暂留特性，看起来即是所有的像素 同时发光的效果，可显示出完整的画面。,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 二、光电与电光的变换 电视图像的传送，在发端是基于光电转换器件，在收端是基于电光转换器 件，实现这两种转换的器件分别称为摄像管和显像管。光电转换过程即摄 像过程，其原理与所使用的摄像材料有关。可分为摄像管和 CCD 器件。 光电导摄像管： 属电真空器件。由镜头、光电靶、聚焦线圈和偏转线圈组成。 20世纪80年代后，CCD进人实用阶段，这种摄像器件无须电子束的扫描就 能实现光电转换，且在体积、重量、功耗等方面明显优于摄像管。 CC

6、D摄像器件： CCD(Charge Coupled Devic）即电荷藕合器件，它作为图像传感器是一个 晶体半导体，它可以将入射光线转换成视频信号。CCD 是一种金属氧化物 半导体 (CMOS互补金属氧化物半导体）集成电路器件，具有电荷存储功能。 在外加时钟脉冲的驱动下， CCD 中的电荷包按一定顺序从 CCD 中转移出 去，形成图像信号输出到外电路，这就是CCD 的电荷转移功能。 CCD是以电荷的多少代表图像信号的亮暗、以时钟信号控制代替电子束扫 描实现图像信号的摄取、变换和输出的固态电子器件。,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 二、光电与电光的变换 CCD摄像器件： CCD 的

7、表面包含一个像素或图像元素的阵列，排列成一系列精确的、水平 的行和垂直的列。摄像机镜头所拍下的场景转化成一系列的像素，每个像 素复制出画面的一部分。每一个像素都包含有一个金属氧化物或硅半导 体，它们将入射光线转化成电荷。电荷的强弱是与照射到像素上光线的强 度及曝光时间成正比的。入射光线转化成电荷后，它被传输并存储在另一 层芯片上。随后，像素上所存储的信息按正常电视扫描速率被一个个逐行 读出。 实用的CCD摄像器件有三种类型： 行间转移式(IT)CCD ； 帧间转移式(FT)CCD ； 帧行间转移式(FIT)CCD 参考资料： http:/ 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 二、光电与电光的

8、变换 CCD摄像器件： 实用的CCD摄像器件有三种类型： 行间转移式(IT)CCD ；帧间转移式(FT)CCD ；帧行间转移式(FIT)CCD,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 三、电子扫描 将一幅图像上各像素的明暗变化转换为顺序传送的相应的电信号，以及将这些顺序传 送的电信号再重新恢复为一幅图像的过程，都是通过电子扫描来实现的。在摄像管与 显像管中，电子束按一定规律在靶面上或荧光屏面上运动，就可以完成摄像与显像的 扫描过程。 1 逐行扫描 在电视系统中，摄像管和显像管的外部装有 偏转线圈，当线圈中分别流过行、场锯齿波 扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平 方向的偏转磁场，在这两

9、个磁场的共同作用 下，使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 三、电子扫描 1 逐行扫描 在锯齿波电流作用下，电子束产生自左向右、自上而下，一行紧按一行的 运动，称其为逐行扫描。 在电视系统中，要使传送的图像清晰，并具有活动、连续而又无闪烁感， 则要求传送频率大于临界闪烁频率 47Hz（人眼的临界闪烁频率与图像的 亮度、对比度等因素有关，即每秒传送47场以上的图像）。 我国电视制式规定，场频为50Hz，每帧图像的扫描行数为625行。若采用 逐行扫描的话，帧频与场频相等，理论分析表明，电视图像信号的最高频 率为11-12MHz。要传送这样宽的信号，会使

10、设备复杂化，且使电视系统传 输电视的频道数减少。 如若为了减少带宽而降低场频，将会导致重现图像的闪烁；减少每场扫描 行数，又会降低图像的清晰度。可见，逐行扫描是无法解决带宽与闪烁感 及清晰度的矛盾。 2 隔行扫描 就是在每帧扫描行数仍为 625 行，将每帧图像分为两场来传送，奇数场 传送1、3、5 奇数行；偶数场传送2、4、6 偶数行。每秒传送50 场，因而将有效降低闪烁感。所以隔行扫描既减小了闪烁感，并使图像信 号的带宽仅为逐行扫描的一半，因此世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 三、电子扫描 2 隔行扫描 隔行扫描既减小了闪烁感，并使图像信号的带

11、宽仅为逐行扫描的一半，因 此世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理 三、电子扫描 2 隔行扫描 隔行扫描既减小了闪烁感，并使图像信号的带宽仅为逐行扫描的一半，因 此世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。 整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而减少了闪烁感。 但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复25次，这是低于临界闪 烁频率的。当我们接近电视机观看时，仍会感觉到行间闪烁；但离开一定 距离观看时，行间闪烁就不明显了。隔行扫描将视频带宽压缩为逐行扫描 的一半，大约为 5.5MHz左右，所以我国规定视频信号带宽按照 6MHZ分析 计算。,第六

12、章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号 完整的黑白全电视信号是由黑白图像信号、复合消隐脉冲（包括场消隐脉 冲和行消隐脉冲）和复合同步脉冲（包括场同步脉冲和行同步脉冲）等信 号按一定方式组合在一起形成的。 一、图像信号 1.图像信号及其特征： 黑电平高、白电平低的图像 信号称为负极性图像信号。 白电平高、黑电平低的图像 信号称为正极性图像信号。 图像信号是随机的，其特征如下： 图像信号具有直流成分，其数值确定了图像的背景亮度。图像信号的数值总是在零值以上或零值以下的一定范围内变化，即图像信号是单极性信号。 对于一般活动图像，相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性。换句话说，相邻两行或相邻两

13、帧图像信号差别极小，可近似认为是周期信号。,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号 2.图像信号的基本参数： 亮度： 是指单位面积的光通量。电视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直流 成分，改变电视图像信号的直流成分，可以改变其亮度。 对比度： 是客观景物最大亮度 Bmax 与最小亮度 Bmin 之比。很显然，若图像信号 的黑、白电平差别愈大，则对比度愈高。 灰度: 即亮度级差或称亮度层次。它反映电视系统所能重现的原图像明、暗层次 的程度。 二、辅助信号 在电视系统中还需要其他的辅助信号解决行场消隐、行场同步等问题，这 些信号是复合消隐信号、复合同步信号、槽脉冲和均衡脉冲等。 1 复合

14、消隐信号: 无论是图像的分解还是恢复重现，都需要电子扫描才能完成。电子束在回 扫时，若不采取措施，无论是行或场都将出现回扫线，这将对正程所传送 的图像起干扰作用。消除行、场逆程回扫线的消隐脉冲分别称为行消隐脉 冲和场消隐脉冲，二者合称复合消隐脉冲或复合消隐信号。消隐电平值一 般与黑电平一样，也可能比黑电平更“黑”。,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号 二、辅助信号 1 复合 消隐 信号:,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号 二、辅助信号 1.复合消隐信号: 2.复合同步脉冲: 同步脉冲的作用：给接收端提供同步信息，以使行、场扫描电路的扫描频 率、相位与发送端一致。 复合

15、同步脉冲：行、场同步的统称。 行同步脉冲：每行一个，宽度为4.7s；叠加在行消隐脉冲上；一行的起 始时刻以行同步的前沿为基准。即从行同步前沿时刻开始行 扫描电流逆程。 场同步脉冲：每场一个，宽度为2.5H=160s。叠加在场消隐脉冲上；场 同步前沿规定为一场逆程的起始时刻。,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号 二、辅助信号 3.开槽场同步和均衡脉冲: 开槽场同步作用：保证在场同步期间不丢失行同步信息。 均衡脉冲作用：保证奇偶场光栅的精确镶嵌。同时，相应均衡脉冲的前沿 仍提供行同步信息。,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号 三、黑白全电视信号波形 我国电视扫描标准： 隔行

16、扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行 帧频：fF=25Hz 场频：fv=50Hz 场周期：Tv=20ms (Tvt=18.4ms， Tvr=1.6ms) 行频：fH=25(帧)625(行)=15625Hz 行周期：TH=64s (THt =52s ，THr =12s) 我国电视标准规定： 以负极性全电视的同步信号顶电平作为 100 % ，则黑色电平和消隐电平 的相对幅度为 75 % ：白色电平相对幅度为10% -12.5% ；图像信号电平 介于白色电平与黑色电平之间。 各脉冲的宽度为： 行同步4.7s。；场同步160s（2.5行， H表示行，V 表示场）； 均衡脉冲2.35s,槽脉冲4.7s；场消隐脉冲1612s(同Tvr=1.6ms)；