数字音视频技术讲义第三章 模拟信号数字处理
数字电路中的模拟信号处理与数字信号处理
数字电路中的模拟信号处理与数字信号处理在数字电路中，模拟信号处理和数字信号处理是两个关键的概念。
虽然它们都涉及信号处理的过程，但在原理和应用方面有着显著的区别。
本文将重点介绍数字电路中的模拟信号处理和数字信号处理的特点和应用。
一、模拟信号处理模拟信号处理是指对连续时间的模拟信号进行处理和分析的过程。
它的特点是信号的值可以在任意时间和连续的范围内变化。
模拟信号处理的主要任务是滤波、放大、调节和转换信号的形态。
滤波是模拟信号处理的重要任务之一，用于去除信号中的噪声和干扰，使得信号更加清晰和可靠。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
模拟信号处理还包括信号放大和调节，通过放大器对信号进行放大，使其达到适宜的幅度；通过调节器对信号进行调整，以满足特定的需求。
此外，模拟信号处理还可以将信号从一种形态转换为另一种形态，例如将模拟信号转换为数字信号。
二、数字信号处理数字信号处理是指将模拟信号转换为数字信号，并在计算机或数字信号处理器中对其进行处理和分析的过程。
数字信号处理的特点是信号的值只能在离散的时间和离散的范围内变化。
数字信号处理的主要任务包括采样、量化、编码、滤波和解码等。
采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程，通过对模拟信号进行采样，可以得到一系列离散的样本点。
采样定理规定了采样频率应该大于信号最高频率的两倍，以保证采样后的数字信号能够有效地还原原始信号。
采样后的信号需要进行量化，将连续的信号值映射为离散的数值。
编码是将量化后的数字信号转换为二进制数据的过程。
常见的编码方式有脉冲编码调制（PCM）和脉冲位置调制（PPM）等。
接下来，对数字信号进行滤波，以去除量化误差和噪声等不良影响。
滤波器通常是数字滤波器，其设计与模拟滤波器略有不同。
最后，对滤波后的数字信号进行解码，将数字信号转换回模拟信号，以实现原始信号的重建。
三、应用领域模拟信号处理和数字信号处理在不同的应用领域具有广泛的应用。
《数字音视频处理技术》教学大纲
《数字音视频处理技术》教学大纲《数字音视频处理技术》教学大纲课程名称:数字音视频处理技术学时:64学分:3课程性质:专业选修课考核方式:考查)专业学生开课对象:计算机科学与技术(师范一. 教学目的与要求《数字音视频处理技术》是计算机科学与技术(师范)专业的一门应用性较强的专业选修课程。
随着多媒体技术日益成熟，使用数字音视频处理技术来处理各种媒体在师范生以后的工作过程中显得十分重要。
本课程的目的和要求是:1. 使学生了解数字音视频技术的基本概念，掌握数字音视频技术的基本原理，具备一定的理论知识;2. 使学生掌握专业音视频软件的使用方法，能够进行音视频的采集与编辑操作，并能进行典型的艺术特效处理。
4. 培养学生的审美能力、艺术创造能力和多媒体技术的实际应用能力。
本课程总授课64学时，在第六学期开设，为考查课程，其中理论教学为32学时，实践教学为32学时。
二. 课程内容及学时分配章节内容学时第一章数字音视频处理技术的产生与发展 2第二章音频技术概述 2第三章音频处理 8第四章视频技术概述 2第五章视频处理 12第六章音视频处理技术综合应用 6实验一音视频软件的安装与基本操作 2实验二音频采集与编辑 4实验三数字音频特效与合成 6实验四视频采集与编辑 4实验五数字视频特效 8实验六音视频处理技术综合应用 8合计 64第一部分理论教学第一章数字音视频处理技术的产生与发展(2学时) 主要内容:1. 数字音视频处理技术的基本概念;2. 数字音视频处理技术的产生与发展过程;3. 数字音视频处理的主要研究内容;4. 数字音视频处理的软硬件环境。
要求:1. 了解数字音视频处理技术的基本概念、产生与发展过程;2. 了解数字音视频处理的技术概况和主要研究内容;3. 了解数字音视频处理的软硬件环境要求;4. 了解常见的音视频处理软件及其功能特点。
第二章音频技术概述(2学时)主要内容:1. 声音信号的数字化过程;2. 音频设备的连接与调试;3. 音频处理的特点和技术指标。
通信技术中的数字信号处理和模拟信号处理的对比和选择
通信技术中的数字信号处理和模拟信号处理的对比和选择数字信号处理与模拟信号处理是通信技术中的两个重要概念。
在现代通信领域，这两种信号处理技术被广泛应用于音视频通信、数据传输和无线通信等领域。
本文将对数字信号处理和模拟信号处理进行比较和选择，并探讨其在通信技术中的应用。
我们来了解一下数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）。
数字信号处理是对数字信号进行采样、量化和编码等处理的技术。
它的主要特点是利用数字计算机进行信号处理和分析，具有高精度、灵活性强的优势。
数字信号处理可以实现复杂的算法和功能，比如滤波、频谱分析、数据压缩和信号重构等。
同时，数字信号处理系统还具有较好的抗干扰性能，能够有效应对噪声和失真等信号干扰问题。
相比之下，模拟信号处理（Analog Signal Processing，ASP）是对连续时间和连续幅度信号进行处理的技术。
模拟信号处理利用模拟电路和电子元器件来处理信号，其主要特点是信号处理过程中保持连续性。
模拟信号处理主要包括放大、滤波、混频等基本处理功能。
虽然模拟信号处理在一些低频信号的处理上效果较好，但在高频和大动态范围信号处理上存在一定的限制。
在通信技术领域，数字信号处理和模拟信号处理各有其应用场景和优势。
数字信号处理适用于对高频、复杂信号进行处理和分析，可以实现更高的信号处理精度和算法灵活性。
例如，在高清音视频传输和无线通信领域，数字信号处理能够对信号进行压缩、解码和降噪等处理，提高数据传输的可靠性和通信质量。
然而，在一些低频信号处理和模拟电路设计方面，模拟信号处理则更加适用。
例如，传感器信号的采集和处理、音频放大器的设计等领域，由于模拟信号处理具有较高的线性度和较低的延迟，因此在这些领域中的应用比较广泛。
在选择数字信号处理和模拟信号处理时，需要根据具体应用场景和需求来决定。
如果需要处理高频、复杂信号，并要求较高的信号处理精度和算法灵活性，则选择数字信号处理。
第3讲_信息表示与编码(声音、图像、视频)
例：人正常说话时的声音频率一般在20Hz～4kHz。采样频 率为8kHz，量化位数为8bit，求1秒的声音数字化后的数据 量。 8k×8÷8=8000（B）≈7.8KB
如果是高质量的CD音质效果，采样频率为44.1kHz， 量化位数为16bit，双声道立体声，则1分钟的数据量为： 44.1k×16×2×60÷8=10584000B≈10.09MB
数据存储——存储图像
•矢量图文件优点 ①由于矢量图形的特点，通过软件可方便地将矢量图 进行缩放、移动、旋转等，其尺寸可以任意变化而不 会损坏图形的质量。 ②由于矢量图形只保存算法和特征点参数，因此占用 的存储空间较小。 •矢量图文件缺点 ①当图形复杂时，计算时间较长。 ②对于某些复杂的彩色照片（如真实世界的照片）很 难用数学公式来描述图形的构造，而采用位图来表示。
黄(255,255,0)
R:200 G:50 B:120
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数据存储——存储图像
•位图 和音频类似，照片中的内容来自现实世界， 是随空间连续变化的一些颜色值，是一种模拟数据。
对模拟的图像数据，不可能完全在计算机中 进行存储。仍然需要通过空间采样的方法，测量离 散点处的颜色值来进行存储。 23/45
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数据存储——存储音频
•声音文件（编码标准）——MPEG音频文件（.mp3）
MP3是一种音频压缩技术标准，其全称是动态影像专 家组音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），简称为MP3。 利用人耳对高频信号无法识别的原理，将时域波形信 号转换成频域信号，并划分成多个频段，对不同的频段使用 不同的压缩率，对高频加大压缩比（甚至忽略信号）对低频 信号使用小压缩比，保证信号不失真。 可以实现1∶10甚至1∶12的压缩率。
电子技术中的模拟与数字信号处理
电子技术中的模拟与数字信号处理电子技术中的模拟与数字信号处理是两个重要的分支领域。
它们在电子产品设计和信号处理领域具有广泛应用。
本文将详细介绍模拟与数字信号处理的定义、特点以及在实际应用中的步骤和方法。
一、模拟信号处理和数字信号处理的定义和特点1. 模拟信号处理（Analog Signal Processing）：模拟信号处理是指对连续时间连续幅度的信号进行处理的技术。
它主要应用于模拟电路中，通过电流、电压等模拟信号的运算和处理，实现信号的放大、滤波和识别等功能。
2. 数字信号处理（Digital Signal Processing）：数字信号处理是指对离散时间离散幅度的信号进行处理的技术。
它主要应用于数字电路中，通过对数字信号进行采样、量化和编码等操作，实现数字信号的处理和分析。
3. 模拟信号处理的特点：a. 连续性：模拟信号是连续变化的，可以采用模拟电路来对其进行处理。
b. 准确性：模拟信号处理可以在保持较高精度的情况下进行信号处理。
c. 实时性：模拟信号处理可以实时对信号进行响应和处理。
4. 数字信号处理的特点：a. 离散性：数字信号由离散的数据点组成，需要进行采样和离散化处理。
b. 精确性：数字信号处理结果具有较高的精确性，可以根据需求进行精确计算和处理。
c. 可编程性：数字信号处理可以通过编程来实现复杂的信号处理算法。
二、模拟信号处理的步骤和方法1. 信号采集：通过传感器或信号调理电路将模拟信号转换为电压信号。
2. 信号滤波：对信号进行滤波处理，去除噪声和干扰。
3. 信号放大：对信号进行放大，以满足后续电路的要求。
4. 信号调节：对信号进行偏置和增益的调节，使其适应接收或输出电路的要求。
5. 信号转换：将信号转换为其他形式的信号，如频率、幅度或相位的变换。
三、数字信号处理的步骤和方法1. 信号采样：对连续时间的模拟信号进行采样，将其离散化。
2. 信号量化：对采样获得的模拟信号进行量化，将其表示为有限精度的数字信号。
数字信号处理解析数字世界的音频与视频
数字信号处理解析数字世界的音频与视频数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是指将连续时间信号或离散时间信号转化为数字信号的过程，通过数字信号处理器（DSP 芯片）对信号进行采样、量化、编码、滤波等一系列处理操作。
在数字化时代，数字信号处理在音频与视频领域起着至关重要的作用，本文将从音频和视频两个方面进行探讨。
一、音频信号的数字化处理音频信号是指由声音震动产生的连续时间信号，数字化处理可以将其转化为数字信号，并以数字形式储存在计算机或其他数字设备中。
音频信号的数字化处理主要通过以下几个步骤实现：1. 采样（Sampling）：利用模数转换器（ADC）对连续时间的音频信号进行采样，将其离散化为一系列采样点。
采样频率的选择要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率应大于信号最高频率的两倍。
2. 量化（Quantization）：将采样后的连续幅值转化为离散的数字幅值，通常使用均匀量化或非均匀量化方法。
量化级别的选择决定了音频信号的动态范围。
3. 编码（Encoding）：将量化后的数字幅值转化为二进制数，便于在计算机中存储和处理。
常用的编码方法包括脉冲编码调制（PCM）和压缩编码（如MP3、AAC等）。
4. 数字滤波（Digital Filtering）：对数字化后的音频信号进行滤波处理，可实现去噪、均衡、混响等效果。
数字滤波器通常采用差分方程或频域方法实现。
5. 数字音频处理（Digital Audio Processing）：在数字域对音频信号进行一系列处理，包括均衡调节、混响效果、声音特效等。
二、视频信号的数字化处理视频信号是指由图像形成的连续时间信号，数字化处理可以将其转化为数字信号，并以数字形式储存在计算机或其他数字设备中。
视频信号的数字化处理主要通过以下几个步骤实现：1. 采样（Sampling）：利用模数转换器（ADC）对连续时间的视频信号进行采样，将其离散化为一系列采样点矩阵。
数字音视频制作讲义
数字音视频制作讲义主讲：黄雅办公电话：85220308办公地点：科学馆611一、数字音、视频基础1、音频（1）音频的数字化过程包括采样和量化两个步骤。
⏹采样：每隔一段相同的时间间隔读一次波形的振幅，并记录下来。
这就跟我们中学代数画曲线图是一样的。
把x轴定为时间轴，把y轴定为采样值，假设单位时间定为0.1微秒，每隔0.1微秒读一次波形的振幅，最后用曲线把这些点连接起来，那么就形成了一段波形。
我们把采样的频率简称为采样率，由此可见，采样率越高获得的波形也就越精确。
⏹量化：将采样得到的在时间上连续的信号加以数字化，使其变成在时间上不连续的信号序列。
例如，在0~10V之间的电压有无穷多个数，但只用0，1，2，…，9共10个数来近似表示时，像0.15，0.001这一类的数就都要用0表示，但如果是用0，1，2，…，100共100个数来表示时，像0.001还是用0来表示，但0.15就可以用0.1来表示了，这样数据就精确一些了。
显然，用来表示一个电压值的数位越多，得到的数据就越精确。
⏹采样率和量化位数越高，音频的质量就越高，存储空间越大。
⏹我们常用44100Hz的采样率，双声道，16位来录制声音。
⏹声音文件大小=采样频率×量化位数×声道数×时间(s)／8（2）声卡的原理⏹数字音频和模拟音频之间要进行转化必须依靠声卡。
（3）音频媒体的格式数字音频的存储格式，常见的有以下几种：⏹ WAV 文件是一种波形文件，是声音的实际表示，质量高，存储空间大；⏹ MP3文件是经过压缩后的声音文件，存储空间比较小。
⏹ 除此以外还有合成MIDI 音频、CD 音频等等。
2、视频（1）计算机常用视频的参数是：全屏为800×600或1024×768的分辨率，30帧/秒的刷新速度，24位的采样深度。
（2）常用数字视频的格式⏹ A VI 文件格式 未经压缩，容量非常大 .avi⏹ QuickTime 格式(MPEG4标准文件格式) .mov⏹ MPEG 格式 经压缩，容量为A VI 文件的1/6⏹ Video CD 和Karaoke CD 格式⏹ RealVideo 格式等等。
模拟信号的数字化(通信原理)
目录
• 模拟信号与数字信号的概述 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与处理 • 模拟信号数字化在通信系统中的应用
01
模拟信号与数字信号的概 述
模拟信号的定义与特性
定义
模拟信号是连续变化的物理量， 其幅度随时间连续变化。
特性
模拟信号具有连续性和时间上的 无限可分性，可以表示任何连续 变化的物理量。
数字信号的定义与特性
定义
数字信号是离散的物理量，其幅度只 有有限个取值。
特性
数字信号具有离散性和时间上的有限 可分性，只能表示有限的离散值。
模拟信号与数字信号的比较
优点比较
模拟信号具有直观、易于理解的特点，而数字信号具有抗 干扰能力强、传输质量高、可进行加密处理等优点。
缺点比较
模拟信号在传输过程中容易受到干扰和损失，而数字信号 需要更高的采样率和数据传输速率，对硬件要求较高。
广播
数字广播利用模拟信号数字化技术将 音频信号转换为数字信号，实现了广 播节目的高质量传输和接收，提高了 广播的抗干扰能力和音质。
数据传
01
计算机网络
模拟信号数字化技术可以将数据信号转换为数字信号，实现数据的快速
传输和存储，提高了计算机网络的传输速度和稳定性。
02 03
数字电视
数字电视利用模拟信号数字化技术将视频和音频信号转换为数字信号， 实现了高质量的视频和音频传输和接收，提高了电视节目的清晰度和稳 定性。
详细描述
量化是将取样后的信号幅度进行近似的过程。由于取样后的信号仍然是连续的，我们需 要将其转换为离散的数字值。在量化过程中，我们选择一个适当的量化级别，将每个取 样点的幅度近似到最近的量化级别，并将这些量化值转换为数字码。通过这种方式，我
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短距离传送PCM信号是采用并行 传送方式，即每一个抽样的N个码位 以及为收、发同步用的抽样时钟， 在n+1条传输线中并行传送。 中、远距离传输时采用全串行传 送方式，即对n个码位首先进行并/ 串转换，然后在同一条线路上依次 传出。
*3.2 彩色电视图像信号的 数字编码
• ~两种PCM编码方式：全信号编码和分 量编码。 • 全信号编码是对彩色电视信号直接进行 编码。 • 分量编码是对亮度信号及两个色差信号 （或对三个基色信号）分别进行编码。
• 满足正交结构的条件是抽样频率是 行频的整数倍。 • 根据副载频与行频的偏置关系，只 当时fs=4fsc才形成正交抽样结构。 • 抽样频率较高可降低模拟低通滤波 器及数字滤波器的设计难度。随着 器件速度的提高和成本的下降，4fsc 抽样频率目前被广泛地采用。
二、量化等级
• 在全信号编码中，一般采用四舍五入的 均匀量化。主观实验表明，为获得满意 的图像质量，一般采用8bit量化。当编解 码次数较多时，考虑到量化噪波的累积， 应采用9-10bit量化。
3．2．2 分量编码
一、抽样频率 • 主观实验表明，当亮度信号Y的带宽为 5.8~6MHz、两个色差信号R-Y和B-Y的 带宽2MHz时，可获得满意的图像质量。 • 分量编码时，一般应先根据需要，用低 通滤波器适当地限制三个分量信号的带 宽。所选定的抽样频率应不小于2.2倍信 号最高频率。
• 三个分量信号的抽样频率之间以及它们与 行频之间，一般应有整数倍的关系，以便 于时分复用和形成正交抽样结构。• 考 虑 525 行 制 和 625 行 制 的 兼 容 性 ， Y/RY/B-Y的抽样频率为：13.5/6.75/6.75MHz。 • 色差信号的抽样频率为亮度信号的2/4，简 称为4：2：2标准。根据标准，525行制亮 度信号的每行样点数为858，625行制为864， 色差信号每行样点数均为亮度信号的一半 。
自然二进码和交替二进码（格雷 码）。自然二进码是权重码，易于编、 解码及算术逻辑运算。其编码公式为:
经抽样、量化、编码所得到的数字信 号即为PCM信号。 视频A/D转换与D/A转换由大规模集 成电路ADC与DAC实现。ADC的外围电 路包括前置低通滤波、sinc校正，直流钳 位、增益调整、基准电压源和抽样时钟 发生器。DAC的外围电路包括基准电压 源、后置低通滤波器和输出级。
第三章 模拟信号数字处理
3.1.1模拟（电视）信号处理的优点 1、~数字处理，指的是在不改变现行 的模拟~传输体制前提下，对解调后 的视频和音频基带信号所采用的数 字处理技术。 *2、数字电视系统~是一种完全脱离模 拟电视的系统。
3、模拟电视数字化处理的阶段。 4、用两种物理状态传递信息的信号。 5、能够整帧地存储在存储器中。 6、为演播室的多功能节目制作和电视 的高质量接收创造的条件。 7、便于与计算机以及其它数字设备接 口，便于加入公用的数据通信网。
3．2．1 全信号编码 一、抽样频率
• 选择全信号的抽样频率，除了必须满足 抽样定理外，还应考虑到处于基带频谱 高端能量较大的副载波。 • 在量化这一非线形过程中会产生副载波 的高次谐波，它们与抽样脉冲的各次谐 波将产生差拍，一部分差拍会落入基带 频谱内。
• 一般将抽样频率取为三倍或四倍副 载频。这时差拍频谱落入亮度信号 低端频谱的空隙中，从而对图像的 干扰不容易察觉。 • 选择抽样频率还应考虑抽样点的空 间点阵结构。 • 为便于行间、场间和帧间的信号处 理，经常要求抽样点阵是逐帧固定 的正交结构。
• 在某些应用场合为压缩数码率可采用较低档 次的编码标准，常用的有4：2：0和4：1：1 标准。 • 4：2：0标准中，亮度信号与色差信号的抽 样频率与4：2：2标准相同，但两个色差信 号每两行取一行，即水平和垂直方向上的分 解力均取为亮度信号的一半。
3.1.2数字电视信号产生和复原
在时间上和幅度上的离散化，转 化为离散的数字电视信号，即（A/D） 转换。 数字处理后为使能在模拟器件上 显示、记录或进一步处理，还需要 把数字电视信号复原为模拟电视信 号，即（D/A）转换。
图3-1 一般电视信号数字处理简要方框图。
电视信号的A/D转换一般采用脉冲编 码 调 制 （ PCM ） 方 式 ， 又 称 为 编 码 器 （Encoder），其中包括抽样、量化和编 码。 D/A转换又称为解码器（Decoder）， 是对PCM信号的解调，包括解码和低通 滤波，如3-2（a）所示。
图3-2（a） PCM编解码方框图
图3-2（b）原始模拟信号
图3-2（c ）抽样后的离散样点 序列
图3-2（d）原始模拟信号频谱
图3-2（e）离散样点序列频谱
图3-2（f）抽样后量化值判决
图3-2（g）模拟信号的复原
图3-2（h）后置低通泸泼器 频率响应特性
当信号在各分量电平上出现的概率相 等时，满量化范围的单极性信号（如亮 度信号）的量化信噪比为信号的峰-峰值 与量化噪声的均方根值之比：
量化比特数n越多，量化信噪比就越 大，再生图像的质量就越高，n受到硬件 实现的限制。
除了量化间隔相等的均匀量化方 式外，有时为了用较少的编码比特 数取得较高的量化信噪比，还采用 量化均匀不等的非均匀量化方式。 编码是指将样点幅度的量化值编 成二进值数码。表3-1以3 bit编码为 例表示出了两种常用的数码：
• 无论525行制还是625行制，数字有效行 的亮度信号样点数都是720，色差信号样 点 数 都 是 360 ， 每 行 中 的 这 （720+2×360 ）个“有效”样点是必须 存储或处理的。
• 数字有效行的规定பைடு நூலகம்除了~制式间的差别， 便于国际间的电视节目交换 。---
• 4：2：2标准是为演播室制定要求较高的分 量编码标准。
• 对于未经r校正的信号，为了不使黑色区 域的量化信噪比降低，应采取11bit以上 的量化。 • EBU建议用于PAL制10bit精度的量化等 级如图3-3，为防止由于信号漂移、过冲 等原因引起量化过载，在100-0-100-0彩 条全电视信号最大值以上及同步电平以 下都留有一定的保护带。
图3-3 PAL信号的量化等级