数字电视原理和ADM1T调试培训
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ATSC标准的数字电视系统，分为四个层面： 图像层：提供了多种图像格式和帧频 压缩层：压缩层采用了MPEG2视频压缩，和
AC-3音频压缩 传送层：传送层是一种基于MPEG2传送数据包
的格式 传输层：8VSB残留边带调制，在6MHz的频道
内发送19.39bit/秒的净数据率。
数字电视原理和ADM1T调试培训
• ⑶ SDTV，704像素（H）×480像素（V），宽高比16： 9或4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描 制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；
• ⑷ SDTV，640像素（H）×480像素（V），宽高比4： 3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧 频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2 ATSC系统压缩层
ATSC系统设计要求能在单个6MHZ地面频 道的中传输高质量的视频和音频。由于原始数 字化后的图像数据量很大，实际上ATSC在 6MHz带宽的频道内发送的数据率能力才 19.39266bit/s，就需要较高的压缩率。为了获 得较高的数据压缩率，ATSC采用了MPEG2视 频编码标准和AC-3音频编码标准，运用了信源 的自适应处理、运动补偿、余弦变换和统计编 码等技术有效的实现了视频数据压缩了。
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MEPG-2帧图像类型示意图
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.2 MPEG-2的编码码流层次
MPEG-2的码流分为6个层次，如图示： 1 视频序列层（Sequence）
某路节目有一系列的图像序列构成，序列的起始码 后和序列头包含了图像尺寸，高宽比，图像速率等信 息。序列扩展中包含了一些附加数据。为了保证能随 时图像序列，序列头是重复发送的。 2 图像组层（GOP）
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.1 MPEG2视频图像类型
• MPEG2中的图像分为3种类型，分别是I帧，P帧，B帧。 • I帧图像采用了帧内编码方式，只利用了单帧图像的空间
相关性， I帧图像的压缩倍数较低，主要用于接收机的初 始化和信道的获取，以及节目的切换和插入。 • P帧和B帧图像利用了帧间编码方式，即同时利用空间和 时间上的相关性。可以得到较高的压缩率。P帧图像可以 包括帧内编码部分，即P帧的每个宏块可以是前向预测编 码，也可以是帧内编码。B帧图像采用了双向时间预测， 可以大大提高压缩率。注意的是B帧采用了未来帧作参考， 在MPEG2码流中传输的顺序和显示的顺序不同。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1 MPEG2标准介绍
• MPEG2压缩标准有9个部分： • 第一部分（ISO/IEC13818-1）是系统部分，描述了多
个视频、音频和数据基本码流合成传输码流和节目码 流的方式。ATSC的传送层采用了该部分标准，将在后 面介绍。 • 第二部分（ISO/IEC13818-2）是视频部分，描述了视 频压缩编码方法。ATSC的视频压缩层采用的就是 MPEG2编码方法，重点介绍。 • 第三部分是音频编码，ATSC采用的是与之不同的AC-3 音频编码方法。 • 其他（略）
其他的AC系数则进行游程编码。
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在游程编码中，连续重复的字符用两字节代替。
位 7654
3 210
第一字节 两个非0值间
下一个非0值所占
的连续0的个数
的bit数
位
76 5 4 3 2 1 0
第二字节 下一个非0系数的实际值
之字扫描 为了使得低频分量先出现，
高频分量后出现，增加游程 编码连续0的个数，采用了 如右图的“之”扫描。
数字电视原理和ADM1T调试培训
•
P帧图像编码示意图
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4 像条层（Slice） 图像的下层是像条，它包括一定数量的宏块，其顺
序和图像扫描的顺序一致。 5 宏块层（Macro Block）
MPEG2 定义了4:2:0, 4:2:2, 4:4:4宏块，分别表示了一 个宏块的亮度(Y)和色差(Cb、Cr)象素的数量关系。 6 像块层（Block）
像块是MPEG-2码流的底层，是DCT的基本单元。一 般有8x8个抽样值构成。同一像块内的抽样值必需同是 Y信号值，或Cb或Cr抽样值。
4.2.1.4 MPEG2视频压缩方法
I帧图像编码算法流程图
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DCT离散余弦变换
• DCT变换是一种正交变换，它可以将8×8的图像块 的空间表达式变换为频率域表达式，变换后的数据 只集中在直流和低频附近，系数量化后高频成分大 多数为0，这样只需少量的数据点就表示图像块， 从而得到较好压缩。DCT公式：
正是图像的时间和空间的相关性使得图像中存在大量的冗余信 息。此外，用相同的码长来表示不同出现概率的码字造成比特数 的浪费，这种浪费称之为符号冗余度。将这些冗余信息去掉，只 保留少量有用信息进行传输，就可以大大的节省传输频带。在接 收当利用这些有用信息，按照一定的算法恢复原来图像。
数字电视原理和ADM1T调试培训
一个图像序列又是由多个图像组构成，一个图像组 是由相互间有一定预测和生成关系的一组I、P、B图像 构成，但头一帧图像总是I帧。GOP头包含了时间信息。 3 图像层（PIC）
图像层分为I，P，B 3类。PIC包含了图像编码的类 型和参考信息。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.2 MPEG-2编码码流层次(续)
➢ 日本的ISDB标准（略） ➢ 即将出台的中国数字电视地面广播标准 清华DMB-T方案：采用正交频分复用多载波调制模
式(TDS-OFDM)，是欧洲的COFDM调制改进方案。 交大ADTB-T方案使用单载波方案
据报道两方案均优于欧洲DVB－T方案。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3 ATSC系统介绍
数字电视原理和ADM1T调试培训
MPEG2视频编码码流层次图
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.3 MPEG2视频压缩原理
MPEG2的图像压缩编码原理是利用了图像的时间的相关性和空 间相关性。 • 时间相关性：一个象素和相邻的象素之间在亮度和色度存在一 定的关系, 这种关系称之为时间相关性； • 空间相关性：一个图像序列中前后帧图像间也存在相关性，这 种关系称为空间相关性。
数字电视原理和ADM1T调试培训
➢ 对电视运营商 在提高传输信道利用率、抗击信道干扰方面，
具有现行模拟彩色电视制式所不及的优点，原来 传输一套模拟节目的频道，可以传输4-8套数字电 视节目，增加了节目数量，降低了传输成本。同 时数字电视智能化网络管理得到运营商的接受。 ➢ 对电视制造企业
Байду номын сангаас模拟电视的利润空间减缩和市场饱和使电视制 造业面临严重的危机，数字电视带来的巨大市场 和利润无疑给电视制造业带来了第二次春天。
数字电视原理和ADM1T 调试培训
2024/2/8
数字电视原理和ADM1T调试培训
讲座目的
• 1 了解数字电视系统原理，主要数字电视 的ATSC标准
• 2 熟悉ADM1T ATSC数字电视模块工作原 理
• 3 掌握ADM1T ATSC数字电视模块的试产 调试
• 4 掌握ADM1T调试过程中异常问题处理
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.4 MPEG2视频压缩方法(续)
• P帧编码 对于P帧图像编码，在I帧编码的基础上增加了运动图 像补偿。在图像的宏块运动补偿之后，实际的图像宏 块与运动补偿后的图像宏求差值，再对差值进行DCT 变换、量化、游程编码、熵编码，DCT以后的过程与I 帧的编码过程相同。用于P帧运动补偿的参考帧是前向 的。
数字电视原理和ADM1T调试培训
主要内容
第一部分 数字电视原理
➢1 发展数字电视的重要性
➢2 当今主要数字电视标准介绍
➢3 ATSC数字电视标准介绍
• 3.1 ATSC系统图像层
• 3.2 ATSC系统压缩层
• 3.3 ATSC系统传送层
• 3.4 ATSC传输层
➢4 数字电视学习和实践参考
数字电视原理和ADM1T调试培训
数字电视原理和ADM1T调试培训
熵编码
• 在变长编码中，出现概率大的信息用短码字表 示，而出现概率小的信息用长码字来表示，使 得编码后的码字平均长度接近码源信息熵的编 码方法。最优的熵编码是Huffman编码。 在数字电视编码中具体应用，就是对 DPCM编码和游程编码后的中间码，按出现概 率大小重新赋予码字，使之达到减少符号冗余 度的目的。
➢ 量化 图像数据DCT转换为频率系数后，还得进行量化，
才能编码。 量化阶段需要两个8*8矩阵数据，一个是亮 度量化表，另一个则是色度量化表，将频率系数除以量 化矩阵的值，取得与商数最近的整数， 即完成量化。 量化后，频率系数由浮点数转变为整数。 ➢ 游程编码
经DCT变换后的，低频分量集中在左上角，其中 F(0.0)代表了直流系数，即8×8象素块的平均值，要对 它单独编码。由于相邻两块的DC系数相差很小，所有 对他进行差分编码（DPCM）。两个符号来表示，符号 1表示信息的长度，符号2表示DC的幅度。
3.1 ATSC 系统图像层
ATSC图像层定义了发送端编码器的 接口参数和编码器内部为准备传输用的 压缩数据进行编码时的传输格式参数。 这些参数主要包括：1、每秒帧数；2、 每帧的场数；3、每帧的有效行数；4、 每帧的总行数；5、每行的有效视频取样 数；6、每行的有效视频时钟周期总数； 7、视频取样的取样频率；8、各参数的 可允许组合。
数字电视技术的发展和数字电视带来巨大市场给 国家带来了一次提升综合国力和发展民族经济重要的 发展机遇。 对用户
数字电视利用先进的数字技术，对电视信号进行 数字化处理，克服了现行模拟彩色电视难以克服的串 扰、清晰度差、大面积闪烁、行间闪烁、爬行等缺点， 大大提高了电视节目的质量，带给人们更高的视听享 受，受到广大用户的青睐。
数字电视原理和ADM1T调试培训
➢ 美国的ATSC高清数字电视标准 美国的ATSC标准最初是为高清电视标准，后来在“大 联盟”方案的基础上兼容了标清格式，并命名为ATSC 数字电视地面广播标准。在图像压缩编码和传送方面 和DVB基本相同，音频编码采用了AC-3编码技术，在 信道编码方面和DVB也有较大差别，调制方面采用了 8VSB调制技术。采用ATSC标准的有北美各国、韩国、 中国台湾地区。
（当
）
（其他 情况 ）
数字电视原理和ADM1T调试培训
DCT变换前的图像块数据
DCT变换再经量化
DCT系数块的频谱几乎都集中在最左上角的系数块中，最左 上角的直流（DC）系数幅度最大 。
注意：DCT变换本身没有压缩，只是在量化后的“取、舍” 才使之得到压缩。
数字电视原理和ADM1T调试培训
量化、之字扫描和游程编码
数字电视原理和ADM1T调试培训
（续）ATSC支持的图像格式
• ⑴ HDTV，1920像素（H）×1080像素（V），宽高比 16：9，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制， 帧频24Hz/逐行扫描制；
• ⑵ HDTV，1280像素（H）×720像素（V），宽高比 16：9，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制， 帧频24Hz/逐行扫描制；
数字电视原理和ADM1T调试培训
2 数字电视的主要标准
➢ 欧洲的DVB标准 DVB数字电视标准包括DVB-T、DVB-S、DVB-C三种 标准。 DVB-T是欧洲地面数字广播电视标准，其主要特征采用 COFDM（编码正交频分调制 ）调制技术，采用该标 准的国家有欧洲各国、澳大利亚、亚洲大部分国家。 DVB-S是欧洲数字卫星电视标准，其主要特征采用了 QPSK调制技术。 DVB-C是有线网络数字电视标准，主要特征是采用了 QAM调制技术。DVB-S和DVB-C成为全世界卫星和有 线电视网络的数字电视标准。
第二部分 ADM1T数字电视模块原理和调试 1 系统框图 2 系统特征 3 系统调试 4 调试 5 故障处理
数字电视原理和ADM1T调试培训
第一部分 数字电视原理
数字电视原理和ADM1T调试培训
1 数字电视的重要性
数字电视是电视技术史上继黑白电视和彩色电视 后的又一次技术革命，其重要性表现在： 对国家
AC-3音频压缩 传送层：传送层是一种基于MPEG2传送数据包
的格式 传输层：8VSB残留边带调制，在6MHz的频道
内发送19.39bit/秒的净数据率。
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• ⑶ SDTV，704像素（H）×480像素（V），宽高比16： 9或4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描 制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；
• ⑷ SDTV，640像素（H）×480像素（V），宽高比4： 3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧 频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制。
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3.2 ATSC系统压缩层
ATSC系统设计要求能在单个6MHZ地面频 道的中传输高质量的视频和音频。由于原始数 字化后的图像数据量很大，实际上ATSC在 6MHz带宽的频道内发送的数据率能力才 19.39266bit/s，就需要较高的压缩率。为了获 得较高的数据压缩率，ATSC采用了MPEG2视 频编码标准和AC-3音频编码标准，运用了信源 的自适应处理、运动补偿、余弦变换和统计编 码等技术有效的实现了视频数据压缩了。
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MEPG-2帧图像类型示意图
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3.2.1.2 MPEG-2的编码码流层次
MPEG-2的码流分为6个层次，如图示： 1 视频序列层（Sequence）
某路节目有一系列的图像序列构成，序列的起始码 后和序列头包含了图像尺寸，高宽比，图像速率等信 息。序列扩展中包含了一些附加数据。为了保证能随 时图像序列，序列头是重复发送的。 2 图像组层（GOP）
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3.2.1.1 MPEG2视频图像类型
• MPEG2中的图像分为3种类型，分别是I帧，P帧，B帧。 • I帧图像采用了帧内编码方式，只利用了单帧图像的空间
相关性， I帧图像的压缩倍数较低，主要用于接收机的初 始化和信道的获取，以及节目的切换和插入。 • P帧和B帧图像利用了帧间编码方式，即同时利用空间和 时间上的相关性。可以得到较高的压缩率。P帧图像可以 包括帧内编码部分，即P帧的每个宏块可以是前向预测编 码，也可以是帧内编码。B帧图像采用了双向时间预测， 可以大大提高压缩率。注意的是B帧采用了未来帧作参考， 在MPEG2码流中传输的顺序和显示的顺序不同。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1 MPEG2标准介绍
• MPEG2压缩标准有9个部分： • 第一部分（ISO/IEC13818-1）是系统部分，描述了多
个视频、音频和数据基本码流合成传输码流和节目码 流的方式。ATSC的传送层采用了该部分标准，将在后 面介绍。 • 第二部分（ISO/IEC13818-2）是视频部分，描述了视 频压缩编码方法。ATSC的视频压缩层采用的就是 MPEG2编码方法，重点介绍。 • 第三部分是音频编码，ATSC采用的是与之不同的AC-3 音频编码方法。 • 其他（略）
其他的AC系数则进行游程编码。
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在游程编码中，连续重复的字符用两字节代替。
位 7654
3 210
第一字节 两个非0值间
下一个非0值所占
的连续0的个数
的bit数
位
76 5 4 3 2 1 0
第二字节 下一个非0系数的实际值
之字扫描 为了使得低频分量先出现，
高频分量后出现，增加游程 编码连续0的个数，采用了 如右图的“之”扫描。
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•
P帧图像编码示意图
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4 像条层（Slice） 图像的下层是像条，它包括一定数量的宏块，其顺
序和图像扫描的顺序一致。 5 宏块层（Macro Block）
MPEG2 定义了4:2:0, 4:2:2, 4:4:4宏块，分别表示了一 个宏块的亮度(Y)和色差(Cb、Cr)象素的数量关系。 6 像块层（Block）
像块是MPEG-2码流的底层，是DCT的基本单元。一 般有8x8个抽样值构成。同一像块内的抽样值必需同是 Y信号值，或Cb或Cr抽样值。
4.2.1.4 MPEG2视频压缩方法
I帧图像编码算法流程图
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DCT离散余弦变换
• DCT变换是一种正交变换，它可以将8×8的图像块 的空间表达式变换为频率域表达式，变换后的数据 只集中在直流和低频附近，系数量化后高频成分大 多数为0，这样只需少量的数据点就表示图像块， 从而得到较好压缩。DCT公式：
正是图像的时间和空间的相关性使得图像中存在大量的冗余信 息。此外，用相同的码长来表示不同出现概率的码字造成比特数 的浪费，这种浪费称之为符号冗余度。将这些冗余信息去掉，只 保留少量有用信息进行传输，就可以大大的节省传输频带。在接 收当利用这些有用信息，按照一定的算法恢复原来图像。
数字电视原理和ADM1T调试培训
一个图像序列又是由多个图像组构成，一个图像组 是由相互间有一定预测和生成关系的一组I、P、B图像 构成，但头一帧图像总是I帧。GOP头包含了时间信息。 3 图像层（PIC）
图像层分为I，P，B 3类。PIC包含了图像编码的类 型和参考信息。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.2 MPEG-2编码码流层次(续)
➢ 日本的ISDB标准（略） ➢ 即将出台的中国数字电视地面广播标准 清华DMB-T方案：采用正交频分复用多载波调制模
式(TDS-OFDM)，是欧洲的COFDM调制改进方案。 交大ADTB-T方案使用单载波方案
据报道两方案均优于欧洲DVB－T方案。
数字电视原理和ADM1T调试培训
3 ATSC系统介绍
数字电视原理和ADM1T调试培训
MPEG2视频编码码流层次图
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.3 MPEG2视频压缩原理
MPEG2的图像压缩编码原理是利用了图像的时间的相关性和空 间相关性。 • 时间相关性：一个象素和相邻的象素之间在亮度和色度存在一 定的关系, 这种关系称之为时间相关性； • 空间相关性：一个图像序列中前后帧图像间也存在相关性，这 种关系称为空间相关性。
数字电视原理和ADM1T调试培训
➢ 对电视运营商 在提高传输信道利用率、抗击信道干扰方面，
具有现行模拟彩色电视制式所不及的优点，原来 传输一套模拟节目的频道，可以传输4-8套数字电 视节目，增加了节目数量，降低了传输成本。同 时数字电视智能化网络管理得到运营商的接受。 ➢ 对电视制造企业
Байду номын сангаас模拟电视的利润空间减缩和市场饱和使电视制 造业面临严重的危机，数字电视带来的巨大市场 和利润无疑给电视制造业带来了第二次春天。
数字电视原理和ADM1T 调试培训
2024/2/8
数字电视原理和ADM1T调试培训
讲座目的
• 1 了解数字电视系统原理，主要数字电视 的ATSC标准
• 2 熟悉ADM1T ATSC数字电视模块工作原 理
• 3 掌握ADM1T ATSC数字电视模块的试产 调试
• 4 掌握ADM1T调试过程中异常问题处理
数字电视原理和ADM1T调试培训
3.2.1.4 MPEG2视频压缩方法(续)
• P帧编码 对于P帧图像编码，在I帧编码的基础上增加了运动图 像补偿。在图像的宏块运动补偿之后，实际的图像宏 块与运动补偿后的图像宏求差值，再对差值进行DCT 变换、量化、游程编码、熵编码，DCT以后的过程与I 帧的编码过程相同。用于P帧运动补偿的参考帧是前向 的。
数字电视原理和ADM1T调试培训
主要内容
第一部分 数字电视原理
➢1 发展数字电视的重要性
➢2 当今主要数字电视标准介绍
➢3 ATSC数字电视标准介绍
• 3.1 ATSC系统图像层
• 3.2 ATSC系统压缩层
• 3.3 ATSC系统传送层
• 3.4 ATSC传输层
➢4 数字电视学习和实践参考
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熵编码
• 在变长编码中，出现概率大的信息用短码字表 示，而出现概率小的信息用长码字来表示，使 得编码后的码字平均长度接近码源信息熵的编 码方法。最优的熵编码是Huffman编码。 在数字电视编码中具体应用，就是对 DPCM编码和游程编码后的中间码，按出现概 率大小重新赋予码字，使之达到减少符号冗余 度的目的。
➢ 量化 图像数据DCT转换为频率系数后，还得进行量化，
才能编码。 量化阶段需要两个8*8矩阵数据，一个是亮 度量化表，另一个则是色度量化表，将频率系数除以量 化矩阵的值，取得与商数最近的整数， 即完成量化。 量化后，频率系数由浮点数转变为整数。 ➢ 游程编码
经DCT变换后的，低频分量集中在左上角，其中 F(0.0)代表了直流系数，即8×8象素块的平均值，要对 它单独编码。由于相邻两块的DC系数相差很小，所有 对他进行差分编码（DPCM）。两个符号来表示，符号 1表示信息的长度，符号2表示DC的幅度。
3.1 ATSC 系统图像层
ATSC图像层定义了发送端编码器的 接口参数和编码器内部为准备传输用的 压缩数据进行编码时的传输格式参数。 这些参数主要包括：1、每秒帧数；2、 每帧的场数；3、每帧的有效行数；4、 每帧的总行数；5、每行的有效视频取样 数；6、每行的有效视频时钟周期总数； 7、视频取样的取样频率；8、各参数的 可允许组合。
数字电视技术的发展和数字电视带来巨大市场给 国家带来了一次提升综合国力和发展民族经济重要的 发展机遇。 对用户
数字电视利用先进的数字技术，对电视信号进行 数字化处理，克服了现行模拟彩色电视难以克服的串 扰、清晰度差、大面积闪烁、行间闪烁、爬行等缺点， 大大提高了电视节目的质量，带给人们更高的视听享 受，受到广大用户的青睐。
数字电视原理和ADM1T调试培训
➢ 美国的ATSC高清数字电视标准 美国的ATSC标准最初是为高清电视标准，后来在“大 联盟”方案的基础上兼容了标清格式，并命名为ATSC 数字电视地面广播标准。在图像压缩编码和传送方面 和DVB基本相同，音频编码采用了AC-3编码技术，在 信道编码方面和DVB也有较大差别，调制方面采用了 8VSB调制技术。采用ATSC标准的有北美各国、韩国、 中国台湾地区。
（当
）
（其他 情况 ）
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DCT变换前的图像块数据
DCT变换再经量化
DCT系数块的频谱几乎都集中在最左上角的系数块中，最左 上角的直流（DC）系数幅度最大 。
注意：DCT变换本身没有压缩，只是在量化后的“取、舍” 才使之得到压缩。
数字电视原理和ADM1T调试培训
量化、之字扫描和游程编码
数字电视原理和ADM1T调试培训
（续）ATSC支持的图像格式
• ⑴ HDTV，1920像素（H）×1080像素（V），宽高比 16：9，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制， 帧频24Hz/逐行扫描制；
• ⑵ HDTV，1280像素（H）×720像素（V），宽高比 16：9，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制， 帧频24Hz/逐行扫描制；
数字电视原理和ADM1T调试培训
2 数字电视的主要标准
➢ 欧洲的DVB标准 DVB数字电视标准包括DVB-T、DVB-S、DVB-C三种 标准。 DVB-T是欧洲地面数字广播电视标准，其主要特征采用 COFDM（编码正交频分调制 ）调制技术，采用该标 准的国家有欧洲各国、澳大利亚、亚洲大部分国家。 DVB-S是欧洲数字卫星电视标准，其主要特征采用了 QPSK调制技术。 DVB-C是有线网络数字电视标准，主要特征是采用了 QAM调制技术。DVB-S和DVB-C成为全世界卫星和有 线电视网络的数字电视标准。
第二部分 ADM1T数字电视模块原理和调试 1 系统框图 2 系统特征 3 系统调试 4 调试 5 故障处理
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第一部分 数字电视原理
数字电视原理和ADM1T调试培训
1 数字电视的重要性
数字电视是电视技术史上继黑白电视和彩色电视 后的又一次技术革命，其重要性表现在： 对国家