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1、东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院第六章 数字电视与高清晰度电视东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院第六章 数字电视与高清晰度电视数字电视概述数字电视概述数字电视概述数字电视概述电视信号的数字处理电视信号的数字处理电视信号的数字处理电视信号的数字处理6.46.1电视信号的编码电视信号的编码电视信号的编码电视信号的编码6.2频带压缩编码频带压缩编码频带压缩编码频带压缩编码6.3数字电视机原理介绍数字电视机原理介绍数字电视机原理介绍数字电视机原理介绍6.5高清晰度电视高清晰度电视高清晰度电视高清晰度电视6.6东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 1、HDTV有
2、哪几种显示格式？有哪几种显示格式？ 2、数字电视按清晰度是如何分类的？、数字电视按清晰度是如何分类的？HDTV (High Definition Television)，高清晰度电视。 720 p 、1080 i 、1080p，屏幕纵横比为16:9，音频输出为5.1声道(杜比数字格式)。 EDTV (Enhanced Definition Television)，增强清晰度电视。 要求电视至少具备480线逐行(480p)扫描，音频输出为杜比数字格式。 852480SDTV (Standard Definition Television)，标准清晰度电视。 要求电视至少具备480线隔行(480i
3、)扫描。720576或或720480PDTV (Popular Digital Television)，普及型数字电视。 只相当于或稍低于目前的模拟电视，水平清晰度在300线上下。 352288或或352240720P (1280720，逐行，逐行)1080i (19201080，隔行，隔行) 1080P(19201080，逐行，逐行) 复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院3. 现行地面数字电视广播制式有哪些现行地面数字电视广播制式有哪些？ 四种地面数字电视广播制式：四种地面数字电视广播制式： ATSC
4、、DVB-T、ISDB-T和中国的和中国的DTTB标准标准 另外：另外：有线数字电视传输系统：有线数字电视传输系统： DVB-C，欧洲，中国，世界标准，欧洲，中国，世界标准 卫星数字电视传输系统：卫星数字电视传输系统： DVB-S，欧洲，中国，欧洲，中国复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院4、给定条件下的全电视信号编码的数据率和、给定条件下的全电视信号编码的数据率和每一帧的数据量分别是多少？每一帧的数据量分别是多少？ 对对PAL制制，若若 fS4 fSC 、n = 8 (8位位A/D转转换换) 时时，总
5、总数数据据速速率约为：率约为： 44.438=141.76Mb/s 由此可见，数字图像信号的数据速率是很高的。由此可见，数字图像信号的数据速率是很高的。 每一帧每一帧的数据量为的数据量为: : 141.76Mb/s 0.04s=5.67Mb 或为或为708.8kB。 复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 CCIR(国际无线电咨询委员会国际无线电咨询委员会)的分量编码国际标准的分量编码国际标准 对对Y / R-Y/B-Y的取样频率为的取样频率为13.5/6.75/6.75MHz, , 简称简称4: :2: :2标标准。则未经压缩时的码率为：准。则未经压缩时的码率为：
6、Y 13.5MHz8bit=108Mb/sU 6.75MHz8bit=54Mb/sV 6.75MHz8bit=54Mb/s 合计合计=216Mb/s 低标准：低标准： 4:1:1 13.5/3.375/3.375MHz， 2:1:1 6.75/3.375/3.375MHz。5、采用分量编码时，若给定取样频率如何计、采用分量编码时，若给定取样频率如何计算数据速率和每帧的数据量？算数据速率和每帧的数据量？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院第六章 数字电视与高清晰度电视数字电视概述数字电视概述数字电视概述数字电视概述电视信号的数字处理电视信号的数字处理电视信号的数字处理
7、电视信号的数字处理6.46.1电视信号的编码电视信号的编码电视信号的编码电视信号的编码6.2频带压缩编码频带压缩编码频带压缩编码频带压缩编码6.3数字电视机原理介绍数字电视机原理介绍数字电视机原理介绍数字电视机原理介绍6.5高清晰度电视高清晰度电视高清晰度电视高清晰度电视6.6复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 图像数据压缩基理来自两个方面：图像数据压缩基理来自两个方面： (1) 图像信号中存在图像信号中存在大量冗余度大量冗余度大量冗余度大量冗余度可供压缩，并且这种冗余度可供压缩，并且这种冗余度在解码后还可无失真地恢复。在解码后还可无失真地恢复。其中包括：其中包括
8、： 空间冗余：相邻象素空间冗余：相邻象素/ /行行 变化小变化小 时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性 来自被编码信号概率密度分布的不均匀来自被编码信号概率密度分布的不均匀 (2) 利用人的利用人的视觉特性视觉特性视觉特性视觉特性，在不被主观视觉察觉的容限内，通，在不被主观视觉察觉的容限内，通过减少表示信号的精度，以一定的客观失真换取数据压缩。过减少表示信号的精度，以一定的客观失真换取数据压缩。 结构方面的冗余结构方面的冗余结构方面的冗余结构方面的冗余 统计方面的冗余统计方面的冗余统计方面的冗余统计方面的冗余 1、 图像数据压缩机理是什么？图像数据压缩机理是什么
9、？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 (1) 无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩方法仅仅删除图像数据中的冗余信息，回放压方法仅仅删除图像数据中的冗余信息，回放压缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。 通常无损压缩编码方式的压缩比不超过通常无损压缩编码方式的压缩比不超过1:4。 例如：基于统计概率的方法和基于词典的方法。例如：基于统计概率的方法和基于词典的方法。 (2) 有损压缩有损压缩有损压缩有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图像，而将有选择地
10、占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图像，而将有选择地损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。 例如：预测编码例如：预测编码 、变换编码等。、变换编码等。 2、 压缩编码是如何分类的？压缩编码是如何分类的？复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院3、差分脉码调制的原理是什么？、差分脉码调制的原理是什么？在预测编码时，不直接传送图像样值本身，而是对对实际样值与它的一个预测值间的差值进行编码、传实际样值与它的一个预测值间的差值进行编码、传送送。如果这一
11、差值-预测误差被量化后再编码，这种预测编码方式叫差分脉码调制(DPCM)。复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 (1) 帧内预测帧内预测 前值预测前值预测 一维预测一维预测 二维预测二维预测 用同一扫描行和上几个行中的几个抽样值来预用同一扫描行和上几个行中的几个抽样值来预测当前像素。测当前像素。 4电视中所用的预测编码的类型有哪些？电视中所用的预测编码的类型有哪些？ 复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 这种预测器需要使用大容量的帧存储器来存储前一帧的图像。这种预测器需要使用
12、大容量的帧存储器来存储前一帧的图像。 (2) 帧间预测帧间预测 帧间预测：又称为三维预测，是用前一帧的像素来预测当帧间预测：又称为三维预测，是用前一帧的像素来预测当前像素。前像素。 差分脉码调制差分脉码调制(DPCM) 2预测编码的类型预测编码的类型 复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院例子：设计一个线性预测器，其预测公式为：ABC延一个像素延一行延一行加一个像素1/21/31/6+eN待预测像素待预测像素 5、 如何进行简单的预测器的设计？如何进行简单的预测器的设计？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 MPEG标准所采用的预测编码I帧
13、：帧内帧P帧：前向预测帧B帧：双向预测帧 6、 说明下列的说明下列的I、P、B分别为那类预测帧？分别为那类预测帧？ 请用箭头标出请用箭头标出P、B帧的参考帧。帧的参考帧。复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院变换编码是通过信号变换来消除图像数据空间冗余的一种有变换编码是通过信号变换来消除图像数据空间冗余的一种有变换编码是通过信号变换来消除图像数据空间冗余的一种有变换编码是通过信号变换来消除图像数据空间冗余的一种有效办法效办法效办法效办法 。 7、 变换编码种类有哪些？其压缩数据的原理？变换编码种类有哪些？
14、其压缩数据的原理？ 常用的变换编码有：常用的变换编码有：常用的变换编码有：常用的变换编码有： 傅里叶变换、傅里叶变换、离散余弦变换离散余弦变换(DCT)、沃尔什、沃尔什(Walsh)变换等。变换等。 变换编码压缩数据的原理变换编码压缩数据的原理变换编码压缩数据的原理变换编码压缩数据的原理 由由由由于于于于图图图图像像像像空空空空间间间间存存存存在在在在相相相相关关关关性性性性，在在在在变变变变换换换换域域域域中中中中，各各各各空空空空间间间间频频频频率率率率分分分分量量量量是是是是不不不不均均均均匀匀匀匀的的的的，即即即即空空空空间间间间频频频频率率率率低低低低的的的的区区区区域域域域信信信信
15、号号号号幅幅幅幅度度度度大大大大，高高高高频频频频区区区区域域域域信信信信号号号号幅幅幅幅度度度度小小小小。若若若若根根根根据据据据统统统统计计计计特特特特性性性性，低低低低频频频频部部部部分分分分编编编编n n值值值值大大大大的的的的长长长长码码码码，高高高高频频频频部部部部分分分分编编编编n n值值值值小小小小的的的的短短短短码码码码（与与与与均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化+ +可可可可变变变变字字字字长长长长编编编编码码码码类类类类似似似似），则则则则平平平平均均均均码长和总的码率都会下降，达到压缩码率的目的。码长和总的码率都会下降，达到压缩码率的目的。码长和总的码率都会下降，达到压缩
16、码率的目的。码长和总的码率都会下降，达到压缩码率的目的。 复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院将整幅图像分将整幅图像分解出数个用于解出数个用于DCT的子块的子块进行进行DCT变换，变换，DCT系数中绝对系数中绝对值较大的集中在值较大的集中在矩阵的左上角。矩阵的左上角。将一些绝对值很将一些绝对值很小的系数或区块小的系数或区块置零便于丢弃置零便于丢弃串并转换串并转换舍去零系数舍去零系数量化矩阵复原量化矩阵复原恢复恢复DCT系数系数图像子块重建图像子块重建整幅图像重建整幅图像重建传输或存储传输或存储 8、 简
17、述简述DCT编码压缩系统中各模块的功能？编码压缩系统中各模块的功能？复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院第六章 数字电视与高清晰度电视数字电视概述数字电视概述数字电视概述数字电视概述电视信号的数字处理电视信号的数字处理电视信号的数字处理电视信号的数字处理6.46.1电视信号的编码电视信号的编码电视信号的编码电视信号的编码6.2频带压缩编码频带压缩编码频带压缩编码频带压缩编码6.3数字电视机原理介绍（略）数字电视机原理介绍（略）数字电视机原理介绍（略）数字电视机原理介绍（略）6.5高清晰度电视高清晰度电视
18、高清晰度电视高清晰度电视6.6复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 视频和音频信号全部数字化。视频和音频信号全部数字化。 采采用用MPEG-2标标准准对对数数字字化化视视频频信信号号进进行行压压缩缩编编码码，目目标标是降低数字信号的传输码率。是降低数字信号的传输码率。(信源编码信源编码) 压压缩缩编编码码后后的的数数字字视视频频信信号号在在调调制制前前，为为了了保保证证在在传传输输工工程程中中尽尽可可能能减减少少差差错错，通通常常还还要要加加入入用用于于纠纠错错的的RS码码和和卷卷积积码码，同同时时还还要要作作交交织织处处理理使使可可能能产产生生的的差差错错均均匀匀
19、分分布布，以以利利于于纠纠错。目的是提高数字信号的传输的可靠性。错。目的是提高数字信号的传输的可靠性。 (信道编码信道编码) 采采用用MPEG-2、AC-3或或AAC等等标标准准(将将来来可可能能还还会会有有新新的的标标准准)将将数数字字化化音音频频信信号号进进行行压压缩缩编编码码，提提供供5.1声声道道的的数数字字伴伴音音信号。信号。 采用高效率的数字调制技术，完成数字电视信号的发送传采用高效率的数字调制技术，完成数字电视信号的发送传输任务。输任务。 1、简述全数字电视系统的基本特征。、简述全数字电视系统的基本特征。复习复习复习复习仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习
20、可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 图像序列层图像序列层(Video Sequence layer) 图像组层图像组层(Group of Picture) 图像层图像层(Picture) 宏块条宏块条/片层片层 (Slice) 宏块层宏块层(Macro block) 块层块层(Block layer) MPEG对视频数据流规定了分层的结构对视频数据流规定了分层的结构(六个层次六个层次): 视频序列层视频序列层(Video Sequence layer) 图像层图像层(Picture) 宏块层宏块层(Macro block) 2、MPEG的视频数据流结构是如何划分的？的视频数据
21、流结构是如何划分的？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 一种典型的一种典型的GOP图像帧序为：图像帧序为： I B B P B B P B B P B B I B B P B B P B B P B B I 3、典型、典型GOP图像帧的数据率？图像帧的数据率？ 在在MPEG-1中，每个中，每个 I 帧图像含有帧图像含有152Kb，P 帧图像含帧图像含有有80Kb， B 帧图像含有帧图像含有23Kb，一个典型一个典型GOP由由1个个 I 帧、帧、 3个个 P帧、帧、 8个个 B 帧组成，所以，一个帧组成，所以，一个GOP的的数据量为数据量为:152+803+238=
22、576Kb则平均每帧为则平均每帧为48Kb，帧频为帧频为25Hz时，其视频码率为时，其视频码率为:4825=1.2Mb/s复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 在信道编码过程中将附加数据在信道编码过程中将附加数据(如奇偶校验位如奇偶校验位)加于数据加于数据流之中，在接收端通过奇偶校验位来发现有错误的数据字，流之中，在接收端通过奇偶校验位来发现有错误的数据字，并给予纠正。并给予纠正。 RS码码 RS码即里德码即里德-所罗门码所罗门码，是，是Reed和和Solomon与与1960年提年提出来的，是一种性能优良的分组线性码，在同样的编码冗余出来的，是一种性能优良的分组线性
23、码，在同样的编码冗余度下具有很强的纠错能力。编解码芯片已经商品化，在通信度下具有很强的纠错能力。编解码芯片已经商品化，在通信领域应用较为广泛。领域应用较为广泛。 4、数字电视系统常用的纠错编码？、数字电视系统常用的纠错编码？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 卷积码卷积码 卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。在卷积码的上部采用致突发性错误。在卷积码的上部采用RSRS码块，码块， RSRS码
24、适用于检码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误，其功能强大。测和校正那些由解码器产生的突发性错误，其功能强大。 Turbo码码 Turbo 码在码在1993 年被提出，它巧妙地将两个简单分量码年被提出，它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入并通过在两个软入/ /软出软出(SISO)(SISO)译码器之间进行多次迭代实现译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。了伪随机译码。 Turbo Turbo 码具有接近码具有接近香农容量香农容量限的性能，得到广泛的关注限的性能，得到广泛的关注和
25、发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响。和发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响。复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 交织是对纠错过程的补充，交织的基本原理是交织是对纠错过程的补充，交织的基本原理是在编码时将在编码时将数码流按已定义的规则数码流按已定义的规则“搅乱搅乱”，在接受端，在接受端再将那些再将那些“搅乱搅乱”的数据字按相反的规则重新排列，使之恢复出原始次序的数据字按相反的规则重新排列，使之恢复出原始次序。 5、数字电视系统交织是如何定义的？、数字电视系统交织是如何定义的？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学
26、院数字电视系统常用基本调制方式有数字电视系统常用基本调制方式有 QAM、 VSB、 QPSK等。等。在具体应用中，根据不同的传输介质，采用了不同的调制参在具体应用中，根据不同的传输介质，采用了不同的调制参数。数。 QAM ( ( Quadrature Amplitude Modulation: 正交调幅正交调幅; 16-QAM： 16状态状态/电平正交调幅电平正交调幅 ) ) VSB ( ( Vestigial Side-Band：残留边带；残留边带； 8 -VSB：Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side-Band：8电平残留边带电平残留边带 ) ) QPSK
27、 (Quadrature Phase-Shift Keying ： 四相正交移相键控，与四状态四相正交移相键控，与四状态QAM相同相同 ) ) COFDM ( (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ：编码正交频分复用：编码正交频分复用 ) ) 6、数字电视系统常用哪些调制方式？、数字电视系统常用哪些调制方式？复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院 四、数字电视系统中的音频编码四、数字电视系统中的音频编码 鉴鉴于于数数字字化化音音频频技技术术的的优优点点，各各国国、各各大大公公司司竞竞相相开开发发数字音频信号
28、的压缩编码技术。数字音频信号的压缩编码技术。 目前，音频压缩编码已成为标准的是：目前，音频压缩编码已成为标准的是： (1) MPEG-1(ISO/IEC11172-3) (2) MPEG-2(ISO/IEC13818-3) (3) 美国大联盟推荐的美国大联盟推荐的AC-3 这这些些编编码码技技术术普普遍遍利利用用了了人人耳耳的的掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽效效效效应应应应和和临临临临界界界界频频频频带带带带等等听觉特性来进行听觉特性来进行子带编码子带编码子带编码子带编码或者或者变换编码变换编码变换编码变换编码。 7、宽带音频编码的国际标准、宽带音频编码的国际标准 掩蔽掩蔽掩蔽掩蔽即一种声音的存在会抑制人们
29、听到另一个声音，一个较响即一种声音的存在会抑制人们听到另一个声音，一个较响的音可能完全将较弱的音淹没掉，频率低的声音容易掩蔽掉高的音可能完全将较弱的音淹没掉，频率低的声音容易掩蔽掉高频率的声音。通常将听不到的声音称为被掩蔽声，而起掩蔽作频率的声音。通常将听不到的声音称为被掩蔽声，而起掩蔽作用的声音称为掩蔽声。用的声音称为掩蔽声。临界频带临界频带临界频带临界频带是指，当噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为是指，当噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为中心频率的一定频带宽度内的噪声频率。如这频带内的噪声功中心频率的一定频带宽度内的噪声频率。如这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率。
30、率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率。6.6 高清晰度电视仅回顾仅回顾仅回顾仅回顾自复习可略自复习可略自复习可略自复习可略东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院Y: U:V抽样点格式可分为抽样点格式可分为: 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0; 4:1:1。 抽样点格式抽样点格式 4:4:4样点格式样点格式复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院抽样点格式 4:2:2样点格式样点格式复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院抽样点格式 4:2:0样点格式样点格式复习复习复习复习东北石油大学电子科学学院东北石油大学电子科学学院抽样点格式 4:1:1样点格式样点格式复习复习复习复习
