数字视频技术3PPT课件
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fs =525×29.97×N=15734×N=13.5 MHz, N=858 其中，N为每一扫描行上的采样数目 ❖ PAL制和NTSC制电视信号数字化时采用相同的采样频率
Logo
二、采样结构
➢ 采样结构是指采样点在空间与时间上的相对位置，有正交 结构和行交叉结构等；
➢ 在数字电视中一般采用正交结构；
➢ 首先应该满足采样定理，即采样频率应该大于视频带宽的两 倍；
➢ 为了保证采样结构是正交的，采样频率应该是行频fH的整数 倍；
➢ 为了便于节目的国际间交流，亮度信号采样频率的选择还必 须兼顾国际上不同的扫描格式。
fs=m·2.25MHz
百度文库
NTSC制和
PAL制行频的
➢ 编码后的比特率Rb=fs·n，其中n为量化比特数。最小公倍数
二、4：1：1
Logo
在水平方向上对色度进行4:1抽样，适应于低端用户和消费类产品。
Logo
❖ 对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相 邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存；
一、4：2：2
Logo
每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只 是4:4:4的一半
Logo
❖ 对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由两个水平方向 相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存；
❖ 下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
数字视频技术
第三章 标准清晰度电视数字化的演播室标准
2012年4月
Logo §3.1 数字视频标准——ITU-R BT.601标准
一、数字化基础
❖ 模拟信号的数字化过程包括三个步骤：取样、量化和编
❖ 取样——将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离
❖ 量化——将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅
❖ 编码——按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号 用对应的二进制或多进制代码表示。
Logo
❖ 模拟信号数字化框图如图1-1所示，其中fc为滤波器的截 止频率，fs为取样频率。
图3-1模拟信号数字化框图
1、取样
Logo
❖ 如果对一个时间连续信号f(t)进行等时间间隔取样，取
样时间间隔(取样周期)为Ts，取样频率为fs＝1/Ts，设
➢ 正交结构在图像平面上沿水平方向取样点等间隔排列，沿垂直方 向取样点上下对齐排列，这样有利于帧内和帧间的信号处理；
➢ 行交叉结构，每行内的取样点数为整数加半个。
Logo
Logo
Logo
三、有效样本数
• 对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一扫描行采样864个； • 对NTSC制的亮度信号，每一扫描行采样858个； • 对所有的制式，每一扫描行的有效样本数均为720个。
原模拟信号的频谱为F(ω)，则 fS(t)的频谱为:
F() f (t)ejt
抽样信号的傅立 叶变换
F s()T 1 s F (n s) n
Logo
❖ (1) 经过理想取样后，输出信号的频谱Fs(ω)是原模 拟信号的频谱F(ω)以ωs为周期延拓形成的，如图1-2所示 。
❖ (2) 如果原模拟信号频谱F(ω)的频谱范围在ωh之内 ，则满足ωs≥2ωh时，则取样后的信号fs(t)通过一个截止 频率为ωs/2的理想低通滤波器后，可以无失真地恢复原信 号f(t)
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数字视频采样格式
❖ 根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽 的两倍。因此其数字化时对信号的色差分量的采样率低于
对亮度分量的采样率，即对色差信号进行下采样；
❖ 数字视频的采样格式分别有：
▪ 4：4：4—色差分量没有下采样 ▪ 4：2：2 —色差分量进行水平下采样没有垂直下采样 ▪ 4：1：1 —色差分量进行了4:1的水平下采样没有垂直下采样 ▪ 4：2：0 —色差分量分别进行2:1的水平和垂直下采样
① 不论是PAL制还是NTSC制,Y、R-Y、B-Y三个分量的抽样 频率分别为：13.5MHZ、6.75MHZ、6.75MHZ；
② 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室 10bit，用于传输8bit；
③ Y、R-Y、B-Y三个分量样点之间的比例为： 4:2:2
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一、采样频率
➢ 亮度信号采样频率的选择应该从以下4个方面考虑：
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四、CIF电视图像格式
为既可用625行的电视图像又可用525行的电视图像，国际 电信联盟(ITU)规定了：
公用中间分辨率格式(Common Intermediate Format，CIF)； 1/4公用中间分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)； 小1/4公用中间分辨率格式(Sub-Quarter CIF，SQCIF)格式。
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✓ 为便于国际间的节目交换,消除数字电视设备之间的制式 差别,使625行电视与525行电视系统兼容,在1982年2月 CCIR第15次全会上通过了601号建议,确定以分量编码为 基础,即以亮度分量Y和两个色差分量R-Y和B-Y为基础进 行编码,作为电视演播室数字编码国际标准.
✓ 该标准规定:
Logo
❖ CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图 像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电 视图像信号；
❖ 对PAL制和SECAM制，规定采样频率为
fs =625×25×N=15625×N=13.5 MHz, N=864 其中，N为每一扫描行上的采样数目
❖ 对NTSC制，规定采样频率为
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图3-2 模拟信号理想取样前后的频谱
只要满足取样定理，仍可以从取样信号的频谱中 精确地恢复出原模拟信号。
2、量化
Logo
❖ 量化就是把幅度连续变化的信号变换为幅度离散的信号， 这是模拟信号到数字信号的映射变换。
❖ 显然，一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程 将不可避免地带来量化误差。
❖ 存放的码流为: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
❖ 映射出像素点为： [Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
亮度Y的格式为720*576样值，色度Cb、Cr的格式各为 360*576样值，设每个样值8比特编码，一帧画面的数据量为 （720*576*8+ 360*576*8*2）=6635520（bits)
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二、采样结构
➢ 采样结构是指采样点在空间与时间上的相对位置，有正交 结构和行交叉结构等；
➢ 在数字电视中一般采用正交结构；
➢ 首先应该满足采样定理，即采样频率应该大于视频带宽的两 倍；
➢ 为了保证采样结构是正交的，采样频率应该是行频fH的整数 倍；
➢ 为了便于节目的国际间交流，亮度信号采样频率的选择还必 须兼顾国际上不同的扫描格式。
fs=m·2.25MHz
百度文库
NTSC制和
PAL制行频的
➢ 编码后的比特率Rb=fs·n，其中n为量化比特数。最小公倍数
二、4：1：1
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在水平方向上对色度进行4:1抽样，适应于低端用户和消费类产品。
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❖ 对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相 邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存；
一、4：2：2
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每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只 是4:4:4的一半
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❖ 对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由两个水平方向 相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存；
❖ 下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
数字视频技术
第三章 标准清晰度电视数字化的演播室标准
2012年4月
Logo §3.1 数字视频标准——ITU-R BT.601标准
一、数字化基础
❖ 模拟信号的数字化过程包括三个步骤：取样、量化和编
❖ 取样——将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离
❖ 量化——将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅
❖ 编码——按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号 用对应的二进制或多进制代码表示。
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❖ 模拟信号数字化框图如图1-1所示，其中fc为滤波器的截 止频率，fs为取样频率。
图3-1模拟信号数字化框图
1、取样
Logo
❖ 如果对一个时间连续信号f(t)进行等时间间隔取样，取
样时间间隔(取样周期)为Ts，取样频率为fs＝1/Ts，设
➢ 正交结构在图像平面上沿水平方向取样点等间隔排列，沿垂直方 向取样点上下对齐排列，这样有利于帧内和帧间的信号处理；
➢ 行交叉结构，每行内的取样点数为整数加半个。
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三、有效样本数
• 对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一扫描行采样864个； • 对NTSC制的亮度信号，每一扫描行采样858个； • 对所有的制式，每一扫描行的有效样本数均为720个。
原模拟信号的频谱为F(ω)，则 fS(t)的频谱为:
F() f (t)ejt
抽样信号的傅立 叶变换
F s()T 1 s F (n s) n
Logo
❖ (1) 经过理想取样后，输出信号的频谱Fs(ω)是原模 拟信号的频谱F(ω)以ωs为周期延拓形成的，如图1-2所示 。
❖ (2) 如果原模拟信号频谱F(ω)的频谱范围在ωh之内 ，则满足ωs≥2ωh时，则取样后的信号fs(t)通过一个截止 频率为ωs/2的理想低通滤波器后，可以无失真地恢复原信 号f(t)
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数字视频采样格式
❖ 根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽 的两倍。因此其数字化时对信号的色差分量的采样率低于
对亮度分量的采样率，即对色差信号进行下采样；
❖ 数字视频的采样格式分别有：
▪ 4：4：4—色差分量没有下采样 ▪ 4：2：2 —色差分量进行水平下采样没有垂直下采样 ▪ 4：1：1 —色差分量进行了4:1的水平下采样没有垂直下采样 ▪ 4：2：0 —色差分量分别进行2:1的水平和垂直下采样
① 不论是PAL制还是NTSC制,Y、R-Y、B-Y三个分量的抽样 频率分别为：13.5MHZ、6.75MHZ、6.75MHZ；
② 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室 10bit，用于传输8bit；
③ Y、R-Y、B-Y三个分量样点之间的比例为： 4:2:2
Logo
一、采样频率
➢ 亮度信号采样频率的选择应该从以下4个方面考虑：
Logo
四、CIF电视图像格式
为既可用625行的电视图像又可用525行的电视图像，国际 电信联盟(ITU)规定了：
公用中间分辨率格式(Common Intermediate Format，CIF)； 1/4公用中间分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)； 小1/4公用中间分辨率格式(Sub-Quarter CIF，SQCIF)格式。
Logo
✓ 为便于国际间的节目交换,消除数字电视设备之间的制式 差别,使625行电视与525行电视系统兼容,在1982年2月 CCIR第15次全会上通过了601号建议,确定以分量编码为 基础,即以亮度分量Y和两个色差分量R-Y和B-Y为基础进 行编码,作为电视演播室数字编码国际标准.
✓ 该标准规定:
Logo
❖ CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图 像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电 视图像信号；
❖ 对PAL制和SECAM制，规定采样频率为
fs =625×25×N=15625×N=13.5 MHz, N=864 其中，N为每一扫描行上的采样数目
❖ 对NTSC制，规定采样频率为
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图3-2 模拟信号理想取样前后的频谱
只要满足取样定理，仍可以从取样信号的频谱中 精确地恢复出原模拟信号。
2、量化
Logo
❖ 量化就是把幅度连续变化的信号变换为幅度离散的信号， 这是模拟信号到数字信号的映射变换。
❖ 显然，一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程 将不可避免地带来量化误差。
❖ 存放的码流为: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
❖ 映射出像素点为： [Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
亮度Y的格式为720*576样值，色度Cb、Cr的格式各为 360*576样值，设每个样值8比特编码，一帧画面的数据量为 （720*576*8+ 360*576*8*2）=6635520（bits)