1、第二章 電視傳像基本原理(4) 2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼 2.5.1 電視信號數字處理的優點 2.5.2 數字電視信號的產生和復原 2.5.3 分量編碼2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼2.5.1 電視信號數字處理的優點模擬電視信號 模擬電視系統在電視信號的產生、傳輸、接收、處理、記錄過程中使用的都是在時間和幅度上連續的模擬信號。 由于器件水平的限制和模擬信號在傳輸和處理上存在的缺陷，使電視系統存在著很多不盡人意的地方。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼電視信

2、號的數字處理 數字電視信號是使用兩種物理狀態（例如高、低電平）傳遞信息的二值信號。它的抗干擾性、抗非線性失真能力遠比模擬信號的強。 可以實現的多種信號處理：較復雜的時基處理 、空間幾何變換、 三維濾波等 2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼數字電視信號的優點： 數字電視設備元器件少 易于調整 質量、體積小 功耗低 壽命高 可靠性高2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼2.5.2 數字電視信號的產生和復原 電視信號數字處理設備的簡要方框圖 2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼a/

3、d轉換器： 將模擬電視信號在時間上和幅度上離散化，轉化為離散的數字電視信號，使模擬電視信號能夠以數字方式處理。d/a轉換器： 將數字電視信號復原為模擬電視信號，使信號在完成數字處理之后能在模擬器件上顯示、記錄或進一步處理。 2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼 a/d轉換器又稱為編碼器，一般采用脈碼調制（pcm），包括抽樣、量化和編碼。 d/a轉換器又稱為解碼器，是對 pcm 信號的解調，包括解碼和低通濾波。v pcm 編解碼方框圖如下：2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼qa/d轉換 抽樣： 使時間上連續的模擬電

4、視信號變成時間上離散的信號。 抽樣過程圖： 2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼 量化（均勻量化、非均勻量化） 使幅度連續的抽樣值進一步在幅度上離散化的過程。目的是為了能用有限字長的數碼來表示每個抽樣點的幅度。 相鄰量化等級的中點是量化判決電平。 相鄰量化等級之間的距離稱為量化間隔。 在分析量化誤差對信號的影響時，一般將它等效為隨機雜波，稱為量化噪波或量化噪聲。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼 當信號在各量化電平上出現的概率相等時，滿量化范圍的單極性信號的量化信噪比（snr）表示為信號的峰峰值與量化噪聲的均方根

5、之比： 量化位數n越大，量化信噪比就越大，再生圖像的質量就越高。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼 編碼 將樣點幅度的量化值編成二進制數碼。qd/a轉換 pcm解碼 將依次接收到的數碼轉化成平頂化（零階保持）的 pam 脈沖序列。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼 低通濾波 將解碼后的脈沖序列再生復原為模擬信號。零階保持對再生模擬信號有高頻衰減的作用，因此后置低通濾波器應該具有高頻提升特性以補償這種衰減。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼2.5.3 分量編碼 在對彩色信

6、號進行數字化處理和傳輸時，一種常用的方式是對其3個分量（y、ry、by或3個基色信號）進行數字化和編碼，這就是分量編碼。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼1、抽樣頻率 ccir于1982年確定了電視演播室分量編碼的國際標準，標準規定： y/(ry)/(by)的抽樣頻率為13.5mhz/6.75mhz/6.75mhz，這個標準簡稱為4：2：2標準。 根據這個標準，兩個色差信號的每行樣點數均為亮度信號的1/2。在每一行中，兩個色差信號的樣點為空間同位（即在同一時刻抽樣），色差信號與亮度信號的奇數樣點空間同位。2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視

7、頻圖像信號的數字化與分量編碼 4：2：2標準規定了亮度和兩個色差信號每幀有效抽樣行數。 下圖示出了625行制的數字有效行2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼4：4：2標準/625行制4：2：0標準/625行制4：1：1標準/625行制4：2：2標準/525行制4：2：0標準/525行制4：1：1標準/525行制每幀有效行數亮度 576 576 576 480 480 480色度 576 288 576 480 240 480 每行有效像素亮度 720 720 720 720 720 720色度 360 360 180 360 360 180 幀頻/hz

8、25 25 25 30 30 30 幅型比 4：3 4：3 4：3 4：3 4：3 4：3 表25 分量編碼抽樣標準2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼y0.299r+0.587g+0.114b()0.5000.4190.081()0.1690.3310.500rrbbckryrgbckbyrgb 2、量化等級it u-r bt.601-a標準規定紅、藍色差信號的壓縮系數分別為kr0.5/0.701、kb=0.5/0.886,得到一組壓縮后的信號表達式如下：2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼 亮度信號的編碼采用自然二進制碼，它的黑電平和白電平分別對應第16量化級和第235量化級，其余量化級形成過載保護帶。 色差信號采用偏移二進制碼，即信號的零電平對應于第128量化級的自然二進制碼，色差信號在底部和頂部各留16個量化級作為過載保護帶。 具體情況見下圖：2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編碼視頻圖像信號的數字化與分量編碼2.5 2.5 視頻圖像信號的數字化與分量編視頻圖像信號的數字化與分量編碼碼3、數字分量視頻信號的接口 為了便于分量編碼的數字電視設備互連