第3章 电视信号的数字化

3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
分量数字编码采样频率的确定
亮度信号的采样频率
各国主观测试亮度信号带宽fm＝5.8~6MHz 为保证足够小的混叠噪声，采样频率fs应取（2.2
~ 2.7） fm 。采样频率fs至少应等于12.76 ~ 13.2MHz 采用每帧固定的正交采样结构，有利于行间、场 间和帧间的信号处理。因此，应使fs满足fs＝mfH 的关系
非均匀量化实现方式
音频：压缩扩张编码方式 视频：直接非均匀量化（量化表）
3.2 音频信号的数字化
声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声 波。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调 的高低体现在声音的频率上。因而，声音信号的 两个基本参数是幅度和频率。
声波信号按频率划分： －频率小于20Hz的信号称为亚音(Subsonic)信号，或
数字录音带
3.3 视频信号的数字化
在时间轴上(t轴)分为 一系列离散的帧
每帧图像在垂直方向 (y轴)上离散为一条一 条的扫描行
每行在水平方向(x轴) 上采样，得到一个一 个像素
对彩色电视信号的数字化处理主要有分量数 字编码和复合数字编码两种方式。 复合数字编码是将彩色全电视信号直接进行 数字化，编码成 PCM形式。
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
量化比特数的确定和量化级的分配 亮度信号的量化级分配
仅使用220个量化级，保留上20级下16级
量化比特数的确定和量化级的分配 亮度信号的量化级分配
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
量化比特数的确定和量化级的分配 色差信号的量化级分配
几种典型数字电视设备数据格式
不压缩时码率的计算（一）
码率=抽样频率×每样点的比特数
对DVD图像格式(4:2:2)可作如下计算: Y 13.5MHz×8bit=108Mb/s U 6.75MHz×8bit=54Mb/s V 6.75MHz×8bit=54Mb/s 合计=216Mb/s 如按MPEG-2标准压缩后的速率为8.448Mb/s,则 压缩比约 为26:1; 如按MPEG-1标准压缩后的速率为2.048Mb/s,则压缩比约 为100:1
按照ITU-R BT.601建议，用于传输时的视频信号 量化比特数取n=8 bit，此时，量化信噪比应为59dB。
数字信号在传输过程中只要不产生误码，或者 当所产生的误码被全部纠正过来时，就不会增加新的 噪声。所以，在测量数字电视的信噪比时，基本上可 由量化信噪比来确定。
声音信号(双极性信号)量化信噪比
/
亮U
信
色
号
D
分
编
离V
码
Y
分
量
D
信U 号
/
解
A
码V
模拟全电视信号
分量数字编码的优点 避免了复合数字编码时因反复解码所引起的质量
损伤和器件的浪费，而且编码几乎与电视制式无 关; 后期制作的处理方便; 时分复用方式，不会像复合数字编码那样因频分 复用带来亮、色串扰，可获得高质量的图像; 亮度信号和色度信号的带宽可根据需要取不同值;
为了使625行/50场及525行/60场这两种扫描制式实 现行兼容，应采用同一采样频率
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
亮度信号的采样频率 625行/50场扫描制式行频：15625Hz 525行/60场扫描制式行频：4.5MHz/286
13.5MHz=15625Hz 864= 4.5 Hz 858 286
采样 是指用每隔一定时间（或空间）间隔的
信号样本值序列代替原来在时间（或空间）上连 续的信号，也就是在时间（或空间）上将模拟信 号离散化。
3.1信号的数字化
量化 是用有限个幅度值近似原来连续变化的
幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量、 有一定间隔的离散值。
编码 是按照一定的规律，把量化后的离散值
采样频率 /kHz
8
量化 精度 /bit
8
11.025
8
声道数 数码率(未压缩)/ 频带/ Hz kbit/s
单声道 单声道
64
200~3400
88.2
50~7000
FM
22.05
16
双声道
705.6
20~15000
CD
44.1
16
双声道
1411.2
20~20000
DAT
48
16
双声道
1536
20~20000
数字电视技术
第3章 电视信号的数字化
第3章 电视信号的数字化
3.1 信号的数字化 3.2 音频信号的数字化 3.3 视频信号的数字化 3.4 电视视频信号的频谱 3.5 空间频率 3.6 电视信号亮色分离的基本原理
3.1信号的数字化
数字设备采集 数字电视信号的产生
模拟信号转换
电视信号（单极性信号）的量化信噪比
量化信噪比
信号峰峰值 噪声均方根值

SPP
A 2n

2
Nq (r.m.s) A2
3 2n
12
用分贝表示:

S PP

20 log 2
N q (r.m.s) dB
3 2n
10.8 6n
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。
音频数字化的采样频率和量化精度越高，音质越 好，恢复出的声音越接近原始声音，但记录数字声音 所需存储空间也随之增加。
可以用下面的公式估算声音数字化后每秒所需的 存储量（假定不经压缩）： 存储量=(采样频率×量化比特数×声道数)/8 其中，存储量的单位为B（字节）
常见声音信号的参数
质量 等级
电话 话音 AM
亮度信号的采样频率为13.5MHz
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
色差信号的采样频率
主观测试色度信号的带宽应选为2.8MHz，若色差 信号采样频率为6 ~ 7 MHz时能满足对图像质量的 较高要求;
为保证足够小的混叠噪声; 采样频率为行频的整数倍; 为了使625行/50场及525行/60场这两种扫描制式实
M A A
A:信号幅度， △A:量化间距
采用二进制编码，所需比特位数n:
M = 2n
均匀量化与非均匀量化
均匀量化时的信噪比
量化噪声功率Nq:
T
Nq

1 T
T 2

T 2
e(t)
2dt

A2 T3
t3 3
2

T 2

A2 12
结论：
量化分层幅度△A越小，量化误差引起的失真功 率也越小。
量化比特数越多，音质越好，数据量也越大。 人耳的听觉能感觉极微小的声音失真而且又
能接受极大的动态范围。 由于这个特点，所以对音频信号进行数字化
所用的量化比特数比视频信号要多。
声道数 记录声音时，如果每次生成一个声波数据，
称为单声道；每次生成二个声波数据，称为立体 声（双声道），立体声更能反映人的听觉感受。
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
量化比特数的确定和量化级的分配 色差信号的量化级分配
仅使用225个量化级，保留上15级下16级
3.3.2 ITU-R BT.601建议
1982年2月，在CCIR 第15次全会上，在通过 的CCIR 601建议建议中，确定了以分量数字编码 4∶2∶2标准作为演播室彩色电视信号数字编码的 国际标准。该建议考虑到现行的多种彩色电视制 式，提出了一种世界范围兼容的数字编码方式， 是向数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出 的第一步。
用二进制数字表示，以进行传输或记录。
量化比特数及量化噪声
量化 幅度
等级
f (t)
6.5 A
f '(t)
5.5 A
4.5 A
3.5 A
2.5 A
△A:量化间距
1.5 A
f(t):视频信号 f’(t):量化后的
0.5A 0
A
f (t) - f '(t)
t
2
电平函数值
A
t
2
量化级数：M
称为次音信号； －频率高于20kHz的信号，称为超声波(Ultrasonic)信
号； －频率在20Hz-20kHz之间的声波是人耳可以听到的声
音，称之为音频(Audio)信号; －人的发音器官发出的声音频率约在80Hz-3400Hz之间，
人说话的信号频率通常在300Hz-3400Hz之间，把这种 频率范围的信号称为语（话）音信号(Speech voice)
采样频率
经常使用的采样频率有:11.025kHz、22.05kHz、 32kHz、44.1kHz和48kHz等。
采样频率越高，声音失真越小、音频数据量 越大。
人耳听觉的频率上限在20kHz左右，为了保证 声音不失真，采样频率应大于40kHz。
量化比特数 经常采用的量化比特数有8bit、12bit和16bit。
采样频率/
亮度信号
13.5
MHz
色差信号
6.75
编码方式
对亮度信号和色差信号都进行均匀量化，每个样值为8bit 量化
量化级
亮度信号 色差信号
共220个量化级，消隐电平对应于第16量化级，峰值白电 平对应于第235量化级
共225个量化级（16~240），色差信号的零电平对应于第 128量化级
同步
第0级和第255级保留
现行兼容，应采用同一采样频率;
色差信号的采样频率为6.75MHz
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定