数字音视频技术讲义第三章 模拟信号数字处理

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