第二章 视频与音频信号的数字化

行）。
信号带宽： 视频信号：6MHz（Y、R、G、B） 色差信号：1.5MHz（R-Y、B-Y压缩）
像素：组成图像的最小基本单元。
像素颗粒越小，单位面积上的像素数越多， 图像就越清晰、越逼真。
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fs≥2fm
3、频谱混叠和限带滤波
当fs＜2fm时，上下边带的边界处频谱重叠在 一起，使信号分离不出来而产生干扰失真，叫 混叠干扰。
• 限带：使fm信号的最高频率＜1/2·fs。
通常取fs＝（2.2～2.7）fm。
二、量化
量化的概念 量化：把在时间上离散化的信号在幅度上
也离散化。
①量化级与量化级差
如果是4:4:4标准：总数码率R=3×13.5×8=324Mb/s。
2.6 ITU-R601标准和中国HDTV标准介绍
一、 ITU-R601标准介绍 演播室数字分量编码（4:2:2）标准—
ITU-R601 主要参数为：P22
参数名称
1．编码信号
2．一行取样点数 亮度信号（Y） 色度信号R-Y、B-Y
R、G、B或Y：74.25MHz
CR、CB ：37.125MHz
格式：1920×1080i/50
第一、二章小结
数字电视： HDTV的基本参数： 数字电视的主要优缺点 数字电视系统的基本组成 音频信号的数字化
取样频率：32KHz、44.1KHz、48KHz 量化比特数：n=16bit 数码率： R=fs×n×声道数
采样频率：
R、G、B或Y：74.25MHz
CR、CB ：37.125MHz
格式：1920×1080i/50
作业：
1、计算音频信号fs=32、44.1、48KHz， n=20bit时的单声道数码率。
1、什么是分量编码？ 2、ITU-R601标准有哪些主要参数？ 3、我国高清晰度电视标准有哪些主要参
S――图像信号的峰峰值功率 根值。
Ng――噪声功率的均方
④ 均匀量化和非均匀量化
均匀量化――每一个量化级的间隔保持不变。 非均匀量化――每一个量化级的间隔按一定的规律 变化。
三、编码
编码的概念 将量化后的信号转换成数字符号这一过程叫编码。
2.4 音频信号的数字化技术介绍 1、声音信号
声以波的形式传播,我们把它叫做声波。 声波借助各种媒介向四面八方传播。
式正交式结构fs=mfH ③ 制式的统一
2、分量编码fs的选取
我们选Y、R-Y、B-Y分量信号进行编码。 ➢ ⑴ Y信号
① 根据取样定理，fs≥12MHz, ② 样点的正交结构:fs=mfH ③ 制式的统一: 625／50和525／60两种，它们
的行频分别为15625Hz和15734.264Hz。 （15625Hz×144= 15734.264Hz ×143 = 2.25MHz ）。
132个样点/9.718μs 720样点/53.333μs 12个样点/0.889μs 864个样点/64μs
122个样点/9.037μs 72个样点/53.333μs 16个样点/1.185μs 858样点/63.555μs
二、中国HDTV标准介绍
《高清晰度电视节目制作及交换用视频 参数值》GY/T155—2000
3．取样结构
4．取样频率 亮度信号
每个色度信号
5．量化方式
6．一个有效行取样点数 亮度信号
每个色度信号
625行／50场
Y、R-Y、B-Y
525行／60场
864
858
432
429
正交，行、场、帧重复，R-Y、B-Y样点同位，并与每行的亮度信号地 奇数个（1、3、5…）样点同位。
13.5MHz 6.75MHz
Sm――有用信号功率。单位（mw）
Sm Ng
dB
10 lg
Sm Ng
Ng――噪声功率。单位（mw）。
⑴ 对双极性信号（声音信号、色度信号）
Smax 6.02n 1.76 dB
Ng
SMAX――信号最大功率。Ng――噪声功率的均方根值。
⑵ 对单极性信号（Y信号）
S 6.02n 10.8dB
Ng
视频信号的数字化
复合编码、分量编码 抽样频率的选取原则 ① 满足抽样定理② 样点结构 ③ 制式的统一 分量编码fs ： Y信号：13.5MHz
R-Y、B-Y ：6.75MHz 量化比特数 ：n=8bit或10bit 数码率： R=fs×n
ITU-R601标准
编码信号：Y、R-Y、B-Y 取样频率: Y：13.5MHz R-Y、B-Y ： 6.75MHz 有效像素区: Y：720×576 R-Y、B-Y ：360×288 量化方式 ：均匀量化，n=8或10bit
取fs＝6×2.25=13.5MHz。
每行样点数：PAL： 13.5×64μs=864(个) 或13.5×106/15625=864
NTSC: 13.5×106/15734.264=858(个)
⑵ 色差信号
➢ 取亮度信号抽样频率的一半。 fs=6.75MHz。
两个色差信号都是如此。 两个色差信号每行样点数：
=13.5÷3÷375×4=48KHz
在PCM传输网络中:伴音取fm=15KHz
fs=32KHz
声音的量化比特数的选取 取n为16bit 。
数码率R(信息传输速率) R=fs×n×声道数 （bit/s） R=（fs×n×声道数）/8 （Byte）
fs=32KHz, n=16bit 则R=32×16＝512Kb/s； fs=44.1KHz, n=16bit 则R=44.1×16=705.6Kb/s； fs=48KHz, n=16bit 则R=48×16＝768Kb/s。 如为双声道（立体声） 则数码率分别为： R=32×16×2=1024Kb/s、 R=44.1×16×2=1411.2Kb/s、 R=48×16×2=1536Kb/s。
第二章 数字电视信号的产生与演播 室数字信号编码的国际标准
2.1 概述---2.3 取样、量化及编码（复习） 数字电视是相对于模拟电视而言的，许多情况
下信源信息还是模拟的，这就需要将模拟信号 转换成数字信号。 模数转换有三个步骤： 模拟信号： 取样 → 量化 → 编码 → PCM信号（数字信号）
➢ 量化级B——量化也称分层。把离散后的幅度分
成若干层。
➢ 量化级差ΔA－－ 两个相邻量化级的间隔叫量
化级差。
ΔA＝A/B-1
➢ 量化级数B与量化比特数n的关系：
B 2n
n log2 B
② 量化误差δ ：
➢ 量化后的值与原信号幅值的误差。 δ＝量化值－原幅值
量化一定会产生误差
➢ ③ 量化信噪比（均匀量化）
2.5 视频信号的数字化
一、PAL制电视的扫描格式： 隔行扫描 行周期：TH=64μs； 行频：fH=15625Hz 场周期：TV=20ms； 场频： fV=50Hz 帧周期：TZ=40ms；帧频：fZ=25Hz； 每帧总行数：Z＝625行（正程575行，逆程50
行）； 每场行数：312.5行（正程287.5行，逆程25
信号。
声音信号的数字化
取样频率：考虑： ① 满足取样定理 fs≥2fm
考虑到F的滤波特性fs=2.1fm~2.5fm
② 根据使用场合，选择伴音的最高频率fm: 演播室：图像伴音要求高，伴音取fm=20KHz。
fs=2.25×2×7÷715=44.0559KHz (标称44.1KHz) fs=2.25×2÷375×4=48KHz
这是声波的震荡波形。
声音信号的基本参数有两个：频率和幅度。
人对声音的感觉有一定的频率范围， 20Hz~20KHz。
物体振动频率＜20Hz或＞20KHz人耳就听不 到了，高于20KHz的频率就叫做超声波，而低 于20Hz的频率就叫做次声波或次音、亚音。
20Hz~20KHz的声波----称为音频信号； 300Hz~3400Hz的声波----称为语（话）音
P23 表2-5 主要参数
编码信号：R、G、B或Y、CR、CB
每行有效样点数：
R、G、B或Y：1920
CR、CB
：960
编码方式：均匀量化，n=8或10bit/样值
行频：28125Hz
帧频：25Hz 场频：50Hz 隔行扫描
标称信号带宽：
R、G、B或Y：30MHz
CR、CB ：15MHz
采样频率：
3、量化比特数的确定
• 量化比特数的选择最终由主观评价来确定。
取n=8bit或10bit 。 • 4、数码率
数码率R＝fs×n
对分量编码：Y信号： fs=13.5MHz,n=8bit, 则数码率R=13.5×8=108Mb/s； R-Y、B-Y信号：fs=6.75MHz,n=8bit, 数码率R=6.75×8=54MHz。 对4:2:2标准：总数码率R＝108＋54＋54＝216Mb/s。
PAL：6.75×106/15625=432也是Y信号样点数 的一半； NTSC:6.75×106/15734.264=429。
Y、R-Y、B-Y的fs可以有不同的组合。
13.5MHz 13.5 13.5 6.75
6.75MHz 3.375 13.5 3.375
6.75MHz — 4:2:2标准 3.375 －－4:1:1标准 13.5 －－4:4:4标准 3.375 －－2:1:1标准
中国HDTV标准介绍
编码信号：R、G、B或Y、CR、CB
每行有效样点数：