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1、数字电视数字电视第一节 概述1、数字电视概念： 数字电视是将模拟的电视信号变换为数字形式的电视信号（更先进的电视摄像机应直接获取数字电视信号），然后进行传输、处理或进行存储的系统，或还原成图像（可先还原成模拟信号）。 2、数字电视系统组成框图：3、数字电视的优点、数字电视的优点(1)数字电视的抗干扰能力强，避免了串台、串音、噪声数字电视的抗干扰能力强，避免了串台、串音、噪声等影响；等影响；(2)数字电视机稳定可靠，易于调整，便于生产，兼容现数字电视机稳定可靠，易于调整，便于生产，兼容现有模拟电视机；有模拟电视机；(3)数字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口；数字电视信号便于与计算机或其它数
2、字设备接口；(4)利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号处理功能处理功能。(5)传输效率高。利用有线电视网中的模拟频道可以传送传输效率高。利用有线电视网中的模拟频道可以传送810套标准清晰度数字电视节目；套标准清晰度数字电视节目；(6)收视效果好，图像清晰度高，音频质量高，满足人们收视效果好，图像清晰度高，音频质量高，满足人们感官的需求。感官的需求。4、数字电视实现的关键技术、数字电视实现的关键技术(1)有效的视频压缩技术和高效的数字调制技术；有效的视频压缩技术和高效的数字调制技术；(2)采用光纤等宽带传输信道；采用光纤等宽带传输信道；(3
3、)数字集成电路的发展数字集成电路的发展第二节第二节视频音频信号数字化原理视频音频信号数字化原理一、视频信号数字化一、视频信号数字化1、PCMn模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟拟/数字转换编码过程数字转换编码过程(称可为称可为PCM调制脉冲编调制脉冲编码调制，由码调制，由A/D转换器实现转换器实现)，由数字电视信号，由数字电视信号转换为模拟信号则称转换为模拟信号则称PCM解调过程（由解调过程（由D/A转转换器实现）。换器实现）。(1)、取样：根据取样定理，当信号的最高频、取样：根据取样定理，当信号的最高频率为率为fm时，应有时，应有fS 2fm，
4、实际上为了便于，实际上为了便于D/A后利用滤波还原信号，应有后利用滤波还原信号，应有fS 2.2fm。(2)、量化，就是把幅值离散化，便于用有限、量化，就是把幅值离散化，便于用有限个状态即用有限个二进制数表示一组连续个状态即用有限个二进制数表示一组连续值取样的过程值取样的过程(3)、编码：、编码：取样、量化后的信号并非是数字信号，必取样、量化后的信号并非是数字信号，必须经过编码这一重要过程。须经过编码这一重要过程。2、视频信号的PCM编码类型(1)、全电视信号编码(复合信号编码)由于取样过程是非线性过程（时域相乘），在对对全电视信号采样量化时，取样频率fS的选择，除了要满足取样定理外，要考虑采
5、样后的信号中fS与fSC的差频的影响：当fS3 fSC或fS4 fSC时，fS与fSC的差频将落在Y信号的频谱间隙中。应使取样点在屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。(2)、分量编码、分量编码分量编码就是对分量编码就是对Y、R-Y、B-Y或三个基色分量或三个基色分量R、G、B分别编码，进行并行传输或时分复用传输。分别编码，进行并行传输或时分复用传输。选定原则选定原则A、fS应大于最高频率（应大于最高频率（Y：5.86MHz，色差，色差2MHz）的）的2.2倍。倍。B、为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频、为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频fH的整数的整数倍。倍。C、fS是是50Hz
6、/625行、行、60Hz/525两类行频的公倍数，以为了两类行频的公倍数，以为了便于不同电视制式转换。便于不同电视制式转换。D、亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数、亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。倍的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。CCIR(国际无线电咨询委员会国际无线电咨询委员会)的分量编码的分量编码国际标准国际标准对对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标准。标准。低标准：低标准：4:1:1/13.5/3.375/3.375MHz，
7、2:1:1/6.75/3.375/3.375MHz3、视频信号、视频信号PCM编码参数编码参数(1)、取样频率、取样频率复合信号编码复合信号编码fS(34) fSC， fSC为彩色副载频；分为彩色副载频；分量编码中亮度信号量编码中亮度信号Y：fS13.5MHz，色差信号，色差信号fS6.75MHz。(2)、每个取样的量化比特数、每个取样的量化比特数,n一般取一般取8。(3)、全数字电视信号的数码率、全数字电视信号的数码率Rb复合信号编码：复合信号编码：RbfSn分量信号编码：分量信号编码：RbfSY nY+ fS(R-Y) nR-Y+ fS(B-Y) nB-YfSY、 fS(R-Y) 、 fS
8、(B-Y) 分别为亮度和色差信号的分别为亮度和色差信号的取样频率。取样频率。二、电视伴音信号的编码二、电视伴音信号的编码伴音取样频率应与图像取样频率保持固定伴音取样频率应与图像取样频率保持固定的关系，从同一时钟源得到。的关系，从同一时钟源得到。复合信号编码：复合信号编码：fS44.1kHz，n16分量信号编码：分量信号编码：fS48kHz，n16伴音编码的位数要比图像编码的位数多伴音编码的位数要比图像编码的位数多 第三节第三节模拟电视机中的数字技术及模拟电视机中的数字技术及机顶盒机顶盒一、数字化彩色电视接收机一、数字化彩色电视接收机所谓数字化彩色电视机是将天线接收到的所谓数字化彩色电视机是将天
9、线接收到的电视信号，通过调谐器选台变频和图像、电视信号，通过调谐器选台变频和图像、伴音中频放大以后，在分别解调取出调制伴音中频放大以后，在分别解调取出调制在载波上的全电视信号和音频信号，然后在载波上的全电视信号和音频信号，然后在对全电视信号和伴音信号进行数字化处在对全电视信号和伴音信号进行数字化处理，提高显示的图像质量。理，提高显示的图像质量。二、二、数字化电视与模拟电视的最大数字化电视与模拟电视的最大区别区别三、数字化技术三、数字化技术1、视频信号数字处理、视频信号数字处理2、音频信号的数字处理、音频信号的数字处理3、同步偏转系统的数字处理、同步偏转系统的数字处理4、高频调谐器的遥控选台和多
10、功、高频调谐器的遥控选台和多功能操作能操作四、机顶盒1、机顶盒定义：(STB,Set-TopBox)是以电视机为显示终端的信号接收与处理设备。机顶盒系统可划分为信道解码器和信源解码器两部分，信道解码器又称前端，信源解码器又称后端。信道解码器：先接收在信道中的传输的射信道解码器：先接收在信道中的传输的射频信号并将其转换为中频信号，然后进行频信号并将其转换为中频信号，然后进行解调和解信道编码、纠错等处理，恢复出解调和解信道编码、纠错等处理，恢复出传送流给信源解码器；信源解码器先从传传送流给信源解码器；信源解码器先从传送流中选出用户感兴趣的一套节目所包含送流中选出用户感兴趣的一套节目所包含的打包的数
11、据流，即解复用。的打包的数据流，即解复用。2、机顶盒信号处理技术：、机顶盒信号处理技术：(1)声像同步：声像同步：编码器在视频编码器在视频PES包、音频包、音频PES包和传送流包和传送流中插入定时信息，以保证解码器声像同步。中插入定时信息，以保证解码器声像同步。(2)传送流解复用传送流解复用一路传送流由多个一路传送流由多个PES包组成，传送流解复包组成，传送流解复用就是从传送流分离出各路用就是从传送流分离出各路PES的过程；即的过程；即从输入的传送流中过滤出包标识符从输入的传送流中过滤出包标识符PID的特的特定值的包，并将其有效内容输出到解码器定值的包，并将其有效内容输出到解码器专用的存储器中
12、。专用的存储器中。(3)视频解码：视频解码：视频解码输入为视频视频解码输入为视频PES包，输出为包，输出为4：2：0格式格式的视频的视频YUV数据。数据。(4)解码图像的后处理解码图像的后处理将输出的将输出的YUV数据经过模拟制式编码，转换为了数据经过模拟制式编码，转换为了PAL制或制或NTSC制的数据格式并经过制的数据格式并经过D/A转换后，转换后，才能在传统的模拟电视机上显示。才能在传统的模拟电视机上显示。(5)电子解码指南功能电子解码指南功能即显示在一段时间内各个频道上播出节目的相关即显示在一段时间内各个频道上播出节目的相关信息，并允许用户从中选择节目进行播放或录制。信息，并允许用户从中
13、选择节目进行播放或录制。第四节第四节数字图像压缩编码原理和数字图像压缩编码原理和MPEG标准标准1、数字压缩的必要性、数字压缩的必要性2、图像压缩编码的可能性图像压缩编码的可能性(1)图像时间的相关性。视频信号由连续图像组成，相邻图像图像时间的相关性。视频信号由连续图像组成，相邻图像有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量;(2)图像空间的相关性图像空间的相关性;(3)人眼的视觉特性。人眼对原始图像各处失真敏感度不同，人眼的视觉特性。人眼对原始图像各处失真敏感度不同，对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理，即使这对不敏感的无关紧要的信息给予较大的
14、失真处理，即使这些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼比较敏感的信息，则尽可能减少其失真比较敏感的信息，则尽可能减少其失真;(4)事件间的统计特性。事件发生的概率越小，则其熵值越大，事件间的统计特性。事件发生的概率越小，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。3、图像压缩编码方法的分类图像压缩编码方法的分类(1)从信息论角度出发可分为两大类：从信息论角度出发可分为两大类：冗余度压缩
15、方法，也称无损压缩，信息保持编冗余度压缩方法，也称无损压缩，信息保持编码或熵编码。就是解码图像和压缩编码前的图像码或熵编码。就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。算。信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。有差别的，允许有一定的失真。(2)应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分类为：原理上可以分类
16、为：无损压缩编码种类无损压缩编码种类哈夫曼编码哈夫曼编码算术编码算术编码行程编码行程编码Lempelzev编编码码有损压缩编码种类有损压缩编码种类预测编码：预测编码：DPCM，运动补偿，运动补偿频率域方法：正文变换编码频率域方法：正文变换编码(如如DCT)，子带编码，子带编码空间域方法：统计分块编码空间域方法：统计分块编码模型方法：分形编码，模型基编码模型方法：分形编码，模型基编码基于重要性：滤波，子采样，彩色空间变换，矢量量化基于重要性：滤波，子采样，彩色空间变换，矢量量化混合编码混合编码H.261，JPEG，MPEG等技术标准等技术标准(3)衡量一个压缩编码方法优劣的重要指标是：衡量一个压
17、缩编码方法优劣的重要指标是：压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百乃至几千倍；乃至几千倍；压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易；现容易；解压缩的图像质量要好。解压缩的图像质量要好。4、压缩编码方法简介(1)莫尔斯码与信源编码莫尔斯码即电报码，其精华之处在于用短码来表示常出现的英文字母，用长码来表示不常出现的字母，以减小码率。这种方法非常有效，故延用至今。(2)差值脉冲编码差值脉冲编码电视图像基本上是由面积较大的像块电视图像基本上是由面积较大的像块(如蓝天、大如蓝天、大地、服装等地、服装等)组成。虽然每个像块的幅值各不相
18、同，组成。虽然每个像块的幅值各不相同，但像块内各样值的幅度是相近的或相同的，幅值但像块内各样值的幅度是相近的或相同的，幅值跃变部分相应于像块的轮廓，只占整幅图像的很跃变部分相应于像块的轮廓，只占整幅图像的很小一部分。帧间相同的概率就更大了，静止图像小一部分。帧间相同的概率就更大了，静止图像相邻帧间的相应位置的像素完相邻帧间的相应位置的像素完全一样，这意味着全一样，这意味着前后像素之差或前后帧间相应位置像素之差为零前后像素之差或前后帧间相应位置像素之差为零或差值小的概率大，差值大的概率小。这就是差或差值小的概率大，差值大的概率小。这就是差值编码的基本想法，值编码的基本想法，(3)预测编码预测编码
19、不仅利用前后样值的相关性，同时也利用不仅利用前后样值的相关性，同时也利用其它行、其它帧的像素的相关性，用更接其它行、其它帧的像素的相关性，用更接近当前样值的预测值与当前样值相减，小近当前样值的预测值与当前样值相减，小幅度差值就会增加，总数码率就会减小，幅度差值就会增加，总数码率就会减小，这就是预测编码的方法。这就是预测编码的方法。(4)哈达玛特变换哈达玛特变换(HadamardTransform)这是一种有效地去除噪波的方法，噪波的存这是一种有效地去除噪波的方法，噪波的存在往往容易和小幅度变化的信号相混淆，在往往容易和小幅度变化的信号相混淆，利用多帧平均的方法，对于静止图像，各利用多帧平均的方
20、法，对于静止图像，各帧相同，平均的结果其值不变，对于噪波，帧相同，平均的结果其值不变，对于噪波，多帧平均趋于零多帧平均趋于零。(5)离散余弦变换离散余弦变换DCT是先将整体图像分成是先将整体图像分成NN像素块，然像素块，然后对后对NN像素块逐一进行像素块逐一进行DCT变换。变换。(6)游程编码 游程长度指的是由字构成的数据流中各个字符连续重复出现而形成字符串的长度。 (7)Huffman编码 定理：在变字长编码中，如果码字长度严格按照对应符号出现的概率大小逆序排列，则其平均码字长度为最小。 (8)运动估计的运动补偿编码运动估计的运动补偿编码利用帧间的空间相关性，减小空间冗余利用帧间的空间相关性
21、，减小空间冗余度度 5、JPEG标准 JPEG是（JointPhotographicExpertsGroup）联合图像专家小组的英文缩写.主要用于计算机静止图像的压缩，在用于活动图像时，其算法仅限于帧内，便于编辑。6、MPEG-1和MPEG-2标准MPEG(MovingPictureExpertGroup)意思意思是是“运动图像专家组运动图像专家组”图像序列图像序列(VideoSequence)-图像组图像组(GroupofPicture)-图像图像(Picture)-宏块条宏块条(Silce)-宏块宏块(Macroblock)-块块(Block)。7、MPEG-1和MPEG-2中三种类型图像
22、三种类型图像，即三种类型图像，即I、B、P三种三种I帧帧(Intra-Frame)是帧内压缩，不使用运动补偿，是帧内压缩，不使用运动补偿，提供中等的压缩比。由于提供中等的压缩比。由于I帧不依赖于其他帧，所帧不依赖于其他帧，所以是随机存取的入点，同时是解码中的基准帧。以是随机存取的入点，同时是解码中的基准帧。一个图像组总是以一个图像组总是以I帧开头的。帧开头的。P帧帧(Predicated-Frame)根据前面的根据前面的I帧或帧或P帧进行预帧进行预测测(向前预测向前预测)，使用运动补偿算法进行压缩，因而，使用运动补偿算法进行压缩，因而压缩比要比压缩比要比I帧高，数据量平均达到帧高，数据量平均达
23、到I帧的帧的1/3左右。左右。P帧是对前后的帧是对前后的B帧和后继的帧和后继的P帧进行解码的基准帧进行解码的基准帧。帧。P帧本身是有误差的，如果帧本身是有误差的，如果P帧的前一个基准帧的前一个基准帧也是帧也是P帧，就会造成误差传播。帧，就会造成误差传播。B帧帧(Bidirectinal-Frame)是基于内插重建的帧，它是基于内插重建的帧，它基于前后的两个基于前后的两个I、P帧或帧或P、P帧，使用双向预测。帧，使用双向预测。码流组成一个GOP由一串I、B、P帧组成，起始为I帧如：IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI MPEG-2系统有以下几个任务：对音频、视频、数据、控制等基本比
24、特流起系统复用的作用。提供用于恢复时间基准的时间标志，缓冲器初始化和管理，音频和视频的解码时间，显示时间。给解码器提供一种信息(PSI)，使之更容易和更迅速地找到所需节目。给误差恢复，有条件接入，随机接入，数字存储控制提供支持。MPEG-2视频压缩编码视频压缩编码划分为不同的划分为不同的“Profile”和和“Level”(“类类”和和“级级”)MainProfile(主类主类)：图像质量合乎一定要求，允许有一定损伤，：图像质量合乎一定要求，允许有一定损伤，不具有可分级性；不具有可分级性；SimpleProfile(简化类简化类)：如：如MainProfile相同，不用相同，不用B帧，为了帧，
25、为了节约节约RAM；SNRScalableProfile(信噪比可选类）：信噪比可分级；信噪比可选类）：信噪比可分级；SpatiallyScalableProfile（空间尺寸可选类）：空间分辨率方（空间尺寸可选类）：空间分辨率方面也可分级；面也可分级；HighProfile(高质量类高质量类)：(宏块的组成是：宏块的组成是：4个个Y块块+2个个Cb块块+2个个Cr块块)；LowLevel(低级低级)：类似：类似H.261中的中的CIF格式；格式；MainLevel(主级主级)：相当于普通电视；：相当于普通电视；High1440Level(高高1440级级)：大致相当于具有每行：大致相当于具有
26、每行1440个采个采样的样的HDTV；HighLevel(高级高级)：大致相当于每行：大致相当于每行1920个采样的个采样的HDTV。第五节 数字电视制式一、一、DVB标准标准1、DVB标准系统标准系统DVB(DigitalVideoBroadcasting)意为数字意为数字视频广播。视频广播。DVB是欧洲有是欧洲有170多个组织参加多个组织参加的一个项目。它包括了卫星、电缆电视和的一个项目。它包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。播与传输。DVBS、DVBC和和DVBT，分别用于，分别用于卫星、电缆电视和地面广播卫星、电缆电视
27、和地面广播 DVB各种系统的核心技术是通用的MPEG2视频和音频编码二、ATSC标准美国于美国于1987年成立高级电视顾问委员会年成立高级电视顾问委员会（ACATS），），20世纪世纪90年代初，在组织有年代初，在组织有关公司对两种模拟电视系统和四种数字系关公司对两种模拟电视系统和四种数字系统深入进行研究和测试后，决定放弃模拟统深入进行研究和测试后，决定放弃模拟制式，采用全数字电视制式。制式，采用全数字电视制式。该系统未考虑移动接收问题该系统未考虑移动接收问题 。三、三、ISDB-T制式日本日本1998年才提出年才提出ISDB-T地面综合业地面综合业务数字广播标准，务数字广播标准，ITU-R于
28、于2001年予以年予以批准批准该标准采用频带分段传输该标准采用频带分段传输正交频分复正交频分复用（用（BST-OFDM）调制技术，有）调制技术，有2K、4K和和8K三种载波模式。三种载波模式。 四、我国数字地面电视制式1、TiMi广播科学院提出的广播科学院提出的基于多载波基于多载波OFDM技术的技术的地面传输解决方案地面传输解决方案2、DMB-T清华大学提出的清华大学提出的DMB-T方案是基于多载波方案是基于多载波调制技术调制技术OFDM的地面传输解决方案。的地面传输解决方案。3、ADTB-T上海交通大学提出的上海交通大学提出的ADTB-T方案是基于单方案是基于单载波调制技术的载波调制技术的QAM/OQAM方案。方案。
