第3章电视信号的数字化
电视信号的数字化及其实现
抽样频率ｌ＿分量时 ， ￣ｌ ２ｚ 特别是有单频分量时才会 明显感觉到， 因此是偶发事件． 但过渡边缘振铃却是 只要有
过渡边缘就会 出现的经常性现象． 因此就主观感觉来说 ， 似乎留有一些混叠更有利一些．
定的规律 ， 把量化后的值用二进制数字表示 ， 然后转换成二值或多值 的数字信号流． 这样得 到的数字信 号可 以通过地面、 电缆 、 微波干线 、 卫星通道等数字线路传输． 在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反 ， 再经 过后置滤波又恢复成原来的模拟信号． 上述数字化的过程又称 为脉冲编码调制 （ Ｃ ． Ｐ Ｍ）
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２０ ０ ６年第 ２期 商丘 职业技术学 院学报 第 ５卷（ 总第 ２ ） Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ ＱＵ Ｖ Ｃ ＴＯ Ａ Ｎ Ｉ Ｈ Ｉ Ａ Ｏ Ｌ Ｇ ３期 Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ａ Ｇ Ｉ Ｏ Ａ Ｉ Ｎ ＬＡ ＤＴ ＇ ＮＣ ＬＣ Ｌ Ｅ Ｅ Ｃ
号数字化处理 的方法和步骤． 关键 词： 数字电视 系统 ； 抽样 ； 量化 ； 编码
中圈分类号 ：Ｎ ４ Ｔ ９１ 文献 标识码 ： Ａ
０ 引言
数字电视是相对于模拟电视而言的． 就模拟电视系统的本质来说 ， 电视信号的产生 、 在 处理 、 录、 记 传送 和接收过程中， 使用的都是模拟信号， 即在时间和幅度上连续 的信号． 电视信号处理 的若干环节上 ， 在 虽然
取出与原信号相同的频谱． 因此 ＝ 厂 是不产生混叠干扰所需 的最低抽样频率． ２ｍ 在具体应用时 ， 抽样前应该
用截止频率为抽样频率一半的滤波器对原信号进行滤波 ， 滤除可能产生频谱混叠的高频 成分． 这是抽样 中
电视信号的数字化
电视信号的数字化日期:汇报人：CATALOGUE目录•电视信号的数字化概述•电视信号的模拟与数字•电视信号的数字化过程•数字电视信号的传输方式•数字电视信号的优势与挑战•数字电视信号的发展趋势与前景CHAPTER电视信号的数字化概述01电视信号数字化的定义电视信号数字化的重要性提高信号质量数字信号可以方便地存储在数字存储设备中，并通过数字通信网络进行传输，提高了传输效率和可靠性。
方便存储和传输易于处理和控制20世纪90年代初，国际电联开始推动电视信号的数字化发展，并制定了相应的国际标准，如DVB和ATSC等。
随着技术的不断进步和市场的不断扩大，数字电视逐渐成为主流的电视信号格式，并不断推出新的服务和应用，如高清电视、3D电视、交互式电视等。
电视信号数字化的历史与发展CHAPTER电视信号的模拟与数字02信号的线性变换模拟电视信号的传输过程中，信号的波形会受到多种因素的影响，如噪声、失真等，这会导致信号的质量下降。
连续波形的信号模拟电视信号是以连续波形的方式进行传输的。
限制性模拟电视信号在传输过程中会受到许多限制，如传输距离、信号质量等。
模拟电视信号数字电视信号030201模拟电视信号与数字电视信号的比较CHAPTER电视信号的数字化过程03编码调制编码与调制信道编码信道调制信道编码与调制数据压缩与打包数据压缩为了减少数据的大小和传输时间，采用压缩算法对数据进行压缩。
数据打包将压缩后的数据分组，添加头信息和其他控制信息，以便于传输和接收。
CHAPTER数字电视信号的传输方式04无线传输是通过无线电波传输数字电视信号的一种方式。
它具有无需布线、灵活方便等优点。
在城市和农村地区，无线传输是数字电视信号的重要传输方式之一。
无线传输的缺点是传输距离有限，信号质量容易受到干扰和噪声的影响。
此外，无线传输的带宽相对较小，难以满足大量用户同时观看高清视频的需求。
VSCHAPTER数字电视信号的优势与挑战05优势高清晰度画面抗干扰能力强频带利用率高便于存储和传输技术成本高数字电视技术需要更多的硬件和软件支持，相对于模拟电视，其技术成本更高。
第三章模拟信号的数字化传输
非均匀量化：所谓非均匀量化，指当信号幅度小时，量化台阶也小，信号幅度大时，量化台阶也大，以改善量化性能。
• 3.2.4 自适应差分脉冲编码调制
● 发展过程：1972年CCITT制定了G.711 64kb/s PCM语音编码标准，CCITT G.711A规 定的A律和μ律PCM采用非线性量化，在64kb/s的速率语音质量能够达到网络等级，当前 已广泛应用于各种数字通信系统中。由于它是一维统计语音信号，当速率进一步减小时， 将达不到网络等级所要求的话音质量。对于许多应用，尤其在长途传输系统中，64kb/s 的速率所占用的频带太宽以至通信费用昂贵，因此人们一直寻求能够在更低的速率上获 得高质量语音编码质量的办法。于是在1984年CCITT又提出了32kb/s标准的G.721 ADPCM 编码。ADPCM充分地使用了语音信号样点间的相关性，利用自适应预测和量化来解决语 音信号的非平稳特点，在32kb/s速率上能够给出符合公用网的要求的网络等级语音质量。
• PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式，其系统原理，首先，在发送端 进行波形编码 (主要包括抽样、量化和编码三个过程)，把模拟信号变换为二进制码
组。编码后的PCM码组的数字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是调制后的调
制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后经低通
P6
+
1）
8
×本段长度
第8个比较电平=本段的起始电平+（1
2
第三章 数字电视视音频信号压缩编码技术
为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧 间预测编码。
二、 变换编码
变换编码也有变换、量化、编码三大过程：
1、离散余弦变换——DCT的基本思想
DCT变换是把空间域上的信号变换到 频率域上，使能量在空间域上分散分布的 原信号变换后能量在频率域上相对集中到 某些少数区域内，即将空间域上的信号样 值变换成频率域上的系数，经变换后的系 数按频率由低到高分布。
率为 p(xi )，且有 p(xi ) 1，则x1,x2,x3…xn所包含的 i 1
信息量分别为 log2 p(x1), log2 p(x2 ) log2 p(xn ) 。 于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均
信息量为：
H(x) p(x1)log2 p(x1) p(x2)log2(x2)
⑵对每一块像块进行DCT变换。 ⑶对变换后的系数进行量化。 ⑷进行之字形扫描（读出）和零游程编码。
3、DCT压缩编码的过程为：
三、统计编码（熵编码）
统计编码是基于信号统计特性的编码技术。 基本原理：
按信源符号出现概率的不同分配以不同长
度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字， 概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均
三、压缩的途径及方法
1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与 亮度谱线交错。
3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号 中的冗余。
3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术
一、 预测编码
1、预测编码的基本原理 利用某种数学模式对以前已知的相关数据进
数字电视技术概述
1.4 数字电视主要优势（续）2）频谱资源利用率高 有线电视数字化，节目容量大大提高。如1个8MHz模拟频道可以传6～10套数字电视节目。500 MHz带宽内可以传380～630套节目。HFC网络改造(1G)会使容量进一步提高。 3）多信息、多功能 数字技术有利于电视节目与数据的融合。大大扩展服务内容。如电子节目指南、财经信息、视频点播、歌唱点播、新闻选取、远程教育、电视购物、交互游戏等新颖的增值服务。
4.1 TS码流基本结构（续）： TS码流优点： 2）可分级性
TS包的格式允许一个复接好的传送码流与另外一些视频、音频的基本码流进行二次系统复接，生成占用频带更宽的更高一级的传送码流。这一特性在电视节目的网络传输中具有重要作用，使得在网络的每一节点处都可以灵活地复合或分离多路节目。
4.1 TS码流基本结构（续）： TS码流优点： 3）可扩展性
1.4 数字电视主要优势1）数字信号处理、传输使信号质量大大提高数字信号在记录/重放、信号传输和处理等过程中不会引起信号劣化， 通过整形和纠错编码等技术可将数字信号有效还原，收端图像质量与发端基本一致。以视频编码比特率为4～5Mb／s的数字信号，传输到用户清晰度提到480线，主观评价约4.3分。而模拟信号只有3分左右。（模拟电视经电视中心、微波、卫星、发射机和接收机各环节后为五级质量制评定为3.25级）。
4.1 TS码流基本结构（续）： 节目流PS与传送流TS的区别：传送流TS是将视频和音频的PES包作为固定长度的TS包的净荷，然后对TS包进行复接形成的。包结构是固定长度的(188字节)， 节目流PS是对完整的视频和音频PES包进行复接形成的，包结构是可变长度的。PS是针对那些不容易发生错误的环境（如光盘存储系统上的多媒体应用）而设计的系统编码方法，特别适合于软件环境的处理。TS流是针对那些很容易发生错误（表现为位值错误或丢失）的环境（如长距离网络或无线广播系统上的应用）而设计的编码方法。
信号数字化的三个步骤
信号数字化的三个步骤嘿，咱今儿就来说说信号数字化的三个步骤！你可别小瞧了这三个步骤，就像咱走路得一步一步来，这信号数字化也得按部就班呀！第一步呢，就是采样啦！这就好比是从一大串珍珠里挑出几个有代表性的来。
想象一下，信号就像那长长的珍珠链子，咱得选几个关键的点来代表它，不然咋能把它弄清楚呢！采样就像是给信号拍了个快照，把那一瞬间的状态给记录下来了。
要是采样不认真，那后面的步骤可就都乱套啦，这可不是闹着玩的哟！接下来第二步，量化！这可就有点像给那些被选出来的珍珠定个等级。
每个点都有它自己的特点和价值呀，咱得给它们分分类、标标价。
这量化就是把信号的强度啊、幅度啊这些给变成数字，让它们能被电脑啊这些高科技玩意儿给认出来。
你说神奇不神奇，就这么一弄，那复杂的信号就变成了一堆数字啦！最后一步，编码！嘿，这就像是给那些已经量化好的数字穿上一件特定的衣服，让它们能在数字世界里好好待着，还能被准确无误地传递和识别。
编码就是给这些数字一个特定的代码，让它们有了自己的身份标识。
这就好比每个人都有自己的名字一样，好记又好用！这三个步骤啊，就像是一场奇妙的旅行，采样是出发，量化是在路上的探索，编码就是到达目的地啦！它们相互配合，缺一不可。
没有采样，就没有后面的一切；没有量化，数字就没那么准确；没有编码，信号就没法好好传递。
你想想看，要是没有这三个步骤，咱的手机怎么能打电话呀，电视怎么能播节目呀，电脑怎么能处理那么多信息呀！这信号数字化可真是太重要啦！它就像一个神奇的魔法，把现实世界的信号变成了数字世界的宝贝。
所以说呀，咱可得好好了解了解这三个步骤，知道它们是怎么工作的，这样咱才能更好地享受科技带来的便利呀！别小看了这小小的信号数字化，它背后的学问可大着呢！你说是不是呀？。
2011年广播电视技术能手竞赛考试复习资料
一、电视信号数字化的基本过程及参数选择模拟信号数字化的基本过程包括取样、量化和编码三个部分A、取样是离散抽区信号的过程，用一个固定周期的窄脉冲流对模拟信号幅度进行抽区，把时间上连续的模拟信号变成时间上离散的模拟信号。
B、量化：取样是将时间上连续的模拟信号变成时间上离散的模拟信号，而量化是将每个取样点的电平值用离散的有限个电平值表示，即使幅度上的连续变化的模拟值变为幅度上离散变化的模拟值。
C、编码：编码是将量化后的每个样值用一个对应的二进制数表示。
关于模拟信号数字化还需要说明两点：A、在模拟信号到数字信号转换的实际电路中，只包括取样保持和数/模(A/D)转换两个部分。
取样保持电路完成取样并由保持电容将取样值保持到下一个取样脉冲到来之前，为下面的数模转换过程提供足够的时间；数/模转换电路将每个样点的模拟电平值转换为相应的二进制数。
虽然中间没有单独的量化过程，但无限多个电平变成有限位数的数字信号本身就已经完成了量化，因此数 /模转换电路完成量化和编码两项任务。
B、数据率(简称码率)是数字信号的一个重要参数，它是指数或Mbps（Mb/s ）。
数据率是衡量数字信号最高频率（带宽）的参数。
数据率等于量化bit数乘以取样频率（n x fs）。
二、我国标清数字电视演播室标准（SDTV）电视信号数字化有彩色全电视信号数字化和分量信号数字化之分，前者称复合数字编码，后者称分量数字编码。
复合数字编码和模拟电视一样，仍有NTSC , PAL和SECAM制式之分。
规定数字演播室采用分量编码标准，这样就只有525/60和625/50两种制式的区别了。
a、编码信号：需编码的信号有三个，分别是：亮度信号、红色差信号、蓝色差信号。
和模拟分量接口的幅度标准相同，亮度信号峰-峰幅度为1Vpp, 其中视频信号为700mV，同步顶为300mV。
色差信号为双向信号，幅度为700mVpp （+-350mV ）。
亮度信号的带宽为0-6MHz ,色差信号的带宽为0-2.75MHZ。
数字化电视发射系统工作原理
数字化电视发射系统工作原理随着科技的不断进步和人们对高清晰度和更多频道的需求，数字化电视发射系统逐渐成为广播电视行业的主流。
本文将介绍数字化电视发射系统的工作原理，包括数字化电视信号的生成、传输和接收过程。
一、数字化电视信号的生成数字化电视信号的生成是数字化电视发射系统的第一步。
首先，视频信号源通过摄像机、数字电视广播设备等产生的模拟信号被转换成数字信号。
这一过程通常包括模拟信号采样、量化和编码等步骤。
1. 模拟信号采样：模拟信号采样是将连续的模拟信号在一定时间间隔内取样，转变为离散的数字信号。
采样频率决定了采样后信号的带宽。
2. 量化：量化是将采样信号的幅度近似地表示为一系列离散的数值。
量化过程中使用的比特数越多，表示的幅度范围越大，图像的细节表现越精细，但同时也会增加存储和传输的成本。
3. 编码：编码过程将量化后的数字信号转换成压缩编码的比特流。
常用的编码标准包括MPEG-2、H.264等，它们能有效地减小信号的文件大小，提高传输效率。
二、数字化电视信号的传输传输是数字化电视发射系统的核心步骤，其主要任务是将编码后的数字信号通过传输媒介传送到接收端。
数字化电视信号的传输通常涉及以下几个环节。
1. 信源编码：编码后的数字信号通过传输信道之前，需要对信号进行进一步的处理和编码。
信源编码通常采用差错编码技术，可以提高信号传输的可靠性。
2. 信道编码：信道编码是为了应对传输过程中的噪声、干扰和传输错误等问题。
纠错编码技术，如卷积码、RS码等，被广泛应用于数字化电视信号的传输中。
3. 调制：调制是将数字信号转换成适合在传输媒介上传输的模拟信号。
通常采用的调制方式包括正交频分复用（OFDM）和QAM调制等。
4. 传输媒介：数字化电视信号的传输媒介可以是有线传输，如同轴电缆、光纤等，也可以是无线传输，如卫星、地面无线电波等。
三、数字化电视信号的接收数字化电视信号的接收是指接收端将传输的信号解码并还原成原始的视频和音频信号的过程。
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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.1信号的数字化
模拟信号的数字化过程主要是采样、量化 和编码。
——将时间和幅度上连续的模拟信
号转变为时间离散的信号，即时间离散化。
第3章电视信号的数字化
量损伤和器件的浪费，且编码几乎与电视制式 无关—世界统一的数字编码标准 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根据需要取不同
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
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
第3章电视信号的数字化
1. 取样频率
在PAL制的625行/50场/2∶1隔行电视信 号中，利用每场312.5行中的294行记录数 字音频信号，每行记录3个音频样值，于是 取样频率为
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）
第3章电视信号的数字化
3.2音频信号的数字化
质量等级 电话话音
采样频 率/kHz
8
AM
11.025
量化精 度/bit
8
8
声道数 数码率（未压缩） 频带/ Hz / kbit/s
单声道
64
200~3400
单声道
88.2
50~7000
第3章电视信号的数字化
3.2音频信号的数字化
量化比特数 经常采用的量化比特数有8bit、12bit和
16bit。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 化比特数比起视频信号来要多。
第3章电视信号的数字化
fs＝50（场）×294（行）×3（样值）= 44.1kHz
第3章电视信号的数字化
2. 量化比特数
第3章电视信号的数字化
3.演播室数字音频声道
多路声音轨记录的声道分配
第3章电视信号的数字化
3.3 视频信号的数字化
➢ 在时间轴上(t轴)分为 模拟视频信号：三维视频信号 一系列离散的帧（等间隔） 扫描一维时间变化信号
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频率和 幅度。
第3章电视信号的数字化
3.2音频信号的数字化
声波信号按频率划分： 亚音(Subsonic)信号（次音信号）<20Hz 超声波(Ultrasonic)信号 >20kHz 音频(audio)信号: 在20Hz~20kHz之间的声波 人的发音:在80Hz ~3400Hz之间 人的说话:在300Hz~3400Hz之间----语（话）
➢ 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。
第3章电视信号的数字化
3.3视频信号的数字化
结果： 数字电视图像帧----由二维空间排列的
像素点组成； 视频序列----由时间上一系列的数字图
像帧组成。
第3章电视信号的数字化
3.3视频信号的数字化
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
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)
（2.2 ~ 2.7）* fm ，则应 fs >= 12.76 ~ 13.2MHz。
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
➢ 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；
➢ 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；
音信号(speech，voice)
第3章电视信号的数字化
3.2音频信号的数字化
采样频率 经常使用的采样频率有11.025kHz、
22.05kHz、32kHz、44.lkHz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。
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（已被淘汰）。
分量数字编码方式是分别对亮度信号Y 和两色差信号B-Y、R-Y分别进行PCM编码。
第3章电视信号的数字化
3.3视频信号的数字化
分量数字编码优点： 避免了复合数字编码时因反复解码所引起的质
第3章电视信号的数字化
3.1信号的数字化
编码---离散值的数字表示 编码则是按照一定的规律，把量化后的
离散值用二进制数字表示，以进行传输或 记录。
第3章电视信号的数字化
模拟信号数字化框图如图3-1所示，其中fc为滤波器
的截止频率，fs为取样频率。
图3-1模拟信号数字化框图
第3章电视信号的数字化
3.1信号的数字化
采样----时间上的离散化 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。
第3章电视信号的数字化
3.1信号的数字化
量化----幅度离散化
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。即幅度 离散化。
3.2音频信号的数字化
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。
第3章电视信号的数字化
3.2音频信号的数字化
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（数据量）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）：