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第六章数字电视与高清晰度电视

数字电视概念
数字电视指的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)。
数字电视信号的存储媒质可以是各种半导体存储电路(RAM、ROM、E2PROM等);也可以是视频激光光盘(VCD、DVD)或HDD,后者就是永久性的存储媒质。为了减小数据量,常常对数字电视信号进行压缩编码后再传输或存储。

(1) 数字电视的抗干扰能力强;(2)数字电视机稳定可靠,易于调整,便于生产;(3)数字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口;
(4)利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号处理功能。
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电视信号的编码
电视信号的数字化
模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟/数字转换编码过程(称可为PCM调制脉冲编码调制,由A/D转换器实现),由数字电视信号转换为模拟信号则称PCM解调过程(由D/A转换器实现)。
我们知道A/D转换是对模拟信号进行取样、量化的过程,将连续( 幅度和时间) 的信号变离散的 n 位的二进制数字码。设离散值的最大个数为M,n 与 M 的关系为
2n -1 =M。
A/D转换输出可以是 n 位平行码,也可以是数率为n fS 的串行码(为采样转换频率)。
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量化过程(时域相乘,频域卷积)与频谱
根据取样定理,当信号的最高频率为fm时,应有fS ≥2fm ,实际上为了便于D/A后利用滤波还原信号,应有fS ≥ fm 。
n = 3,M = 7
频域
时域
理想低通滤波器特性
取样函数
fS/2
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图像信号的编码方案与参数确定
彩色图像信号通常有两种形式:彩色全电视信号(Y/C);亮度信号/色差信号(Y / R-Y、B-Y,也可称为分量信号)。因此对图像信号的PCM编码也有全信号编码和分量编码两种,数字电视系统宜用分量编码,电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。

(1) 取样频率
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,①要考虑采样后的信号中fS与 fSC的差频的影响:当 fS=3 fSC或 fS=4 fSC时, fS与 fSC的差频将落在Y信号的频谱间隙中。②应使取样点在屏幕中的位置固定,且满足正交取样条件。
以PAL制为例,当 fS=4 fSC时[ fSC=(283+3/4) fH +25 ],
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即一行中有(1135+4/625)个取样周期。每帧的取样点个数为整数{ 625×(1135+4/625)个取样点},两相邻帧间取样点的位置相同。相邻行(奇、偶两场)的起始点相隔313×(1135+4/625) 个采样点,也是近似整数(),满足正交结构。fS=4 fSC的另一好处是因fS/2与fm间有较大间隔,可以降低模拟低通滤波器和数字滤波器的设计难度。(但码率高)
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(2) 编码位数
①量化信噪比
对于经过γ校正的图像信号,一般都采用均匀量化,即用线性编码。设单极性图像信号的变化范围为0到1,分为2n个量化层,每个量化层高为2-n。由于均匀分布,量化误差的均方根值:
满量程量化信噪比:
即量化位数每增加一位,信噪比提高6dB。实验表明:当n = 7 、8(即将信号量化为127至255个层时),人们已很难感到量化的影响(但对于未经γ校正的图像信号,则需要量化位数应大于11),由上式可知,对应的量化信噪比约为50~60dB。
②全信号编码时的数据速率
以PAL制 fS=4 fSC、n = 8(8位A/D转换)为例,总数据速率约为
4××8=。
由此可见,数字图像信号的数据速率是很高约。。
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分量编码就是对Y、R-Y、B-Y或三