视频信号数字化

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2012年6月11日星期一
奇偶检验法只能判定1位误码,对于两个以上的误码是 无法判定的;而且只能判定有无误码,无法确定误码 的位置。 采用纵横奇偶检验法。每个字最后附上奇偶检验位Pl、 P2、P3、…Pm,这就是横向奇偶检验字。将每一列 作为一个新的字,其后也附上奇偶检验位Q1、Q2、 Q3…、Qm,这就是纵向奇偶检验字。当某一位出现 误码时,必然反映在横向奇偶位和纵向奇偶位上。出 错的横向奇偶检验位和出错的纵向奇偶检验位的交叉 点处,便是误码所在的位置。误码的位置确定后,纠 正是很容易的,只要将该码取反即可。另外规定,如 果误码所在地是在奇偶检验位上,则认为原字码无错 误。 纵横奇偶检验法可以纠正单个随机误码,对连续误码 是无能为力的。
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2012年6月11日星期一
2.数字信号及其优越性 数字信号只有高电平和低电平两个不同的状态,相应 地.数字电路中只有导通和截止两种状态,因而电路 的工作稳定可靠。 更主要的是数字信号可以用计算机技术来处理,使传统 的电路概念发生了深刻的革命。 数字信号仅有0与l两个不同的状态.传输过程中只要 能区分这两种状态,信号就不会失真。就是说,在传 输时即使遇到干扰或失真,只要仍能区分高电平和低 电平,就可以将信号复原。
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二、奇偶检验
将误码校正为正确的码字称为纠错,其基本方法是采用 奇偶检验码来检测误码所在。码的奇偶性就是指码中 1的个数是奇数还是偶数。奇偶检验就是在每个字节 的末尾时加一位校验位。使数据码中1的个数为奇数 或偶数。经过存储或传输后,再求一次奇偶位,与原 来的奇偶位相比较,若不一致、则表示有错。 奇偶检验包括奇检验和偶检验。奇检验就是当数据码 中1的个数为奇数时其校验位为0,否则为1。偶检验 就是当数据码中1的个数为偶数时,其校验位为0,否 则为1。
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2012年6月11日星期一
2.线性插补法 这种方法用误码前后两个(或多个)正确数据的平均值来 代替误码。这是较精确的误码补偿方法。 3.前字保持法 这种方法就是保持误码前面的那个数据来代替误码。 这是一种存储操作,因为是重复以前的值。采用前字 保持法的失真很小。 4.前字保持和插补结合法 这种方法可以对两个误码进行补偿,即误码的前一个 数据被保持,用来代替第一个误码,这个数据和第二 个误码后面的一个正确数据的平均值,用来代替第二 个误码。
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2012年6月11日星期一
数字化信号巨大的数据量带来了存储和传输的困难。为 能在较窄频带的设备中传输视频信号,对信号的数据 量进行深入研究,发现在这些大量的数据中,有一些 是带有信息的,有一些则几乎不带什么信息。我们把 这些数据的总量称为数据量.把携带信息那部分的数 据称为信息量,而把不携带信息的那部分数据称为冗 余量。只要把信息量保存和利用起来,就可以恢复原 来的图像信号。因此,在对信号源编码时,总是要力 求压缩冗余量,以提高信号传输与存储的效率。
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A5
数据压缩技术
一、视频信号的数据量 模拟信号转换为数字信号后,会带来巨大的数据 量.要求数字处理设备有很高的传输速率。若数字化 信号的取样频率为fs ,量化位数为N,则其数字信号 的传输速率(或称码率)R=fsN。此即为信号在系统中 每秒传送的码位数(简写为bps)。 彩色数字电视规定Y:U:V的分量编码方式,其取样 频率分别为13.5/6.75/6.75MHz,每一取样值以8bit 量化.则一路彩色电视图像信号的码率为: R=(13.5十6.75+6.75)MHz 8bit=216Mbps
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2012年6月11日星期一
二、纠错码
数字信号能辨认出原来的数字0或1,就能恢复原来 的数字信号,但是,如果信号丢失或出错,仍然会 造成失真。丢失和出错的信号称为误码。数字信号 在记录和读取过程中不可避免地产生误码,其影响 比模拟信号更严重。 CD系统中为了达到误码纠正的目的,采用了CIRC交 叉交织纠错编码。信号记录前对每帧24个音频数据 进行C2编码和C1编码,附加4个C2纠错字节(Q纠错 码)和4个C1纠错字节(P纠错码),重放时经纠错解码 可以将大多数误码纠正过来。
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YUV
每一种彩色空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分 量信号,而且亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互 独立的,每一种变换使用的参数都是为了适应某种类 型的显示设备。 YUV模型用于PAL制式的电视系统,Y表示亮度,UV 并非任何单词的缩写。 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.493 (B – Y) V = 0.877 (R – Y) YUV空间相当于对RGB(彩色矩阵)空间做了一个解 相关的线性变化。U和V的比值决定色调,而 (U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。
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2012年6月11日星期一
模拟系统中的噪声与失真等影响是积累的,模拟信号经 过多次处理后,信号质量会明显变劣。为了克服模拟 信号在传输过程中由于受到系统质量指标的影响而造 成的信号变形和失真,并对信号进行更有效的处理与 保存,必须对模拟信号进行数字化处理,即通常说的 模/数转换(A/D转换)。
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2012年6月11日星期一
模拟变数字:取样、量化、保持、编码 激光唱片系统的取样频率是44.1千赫率.每一个取样点 由十六位二进制来表示
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A2
数字信号的编码
一、音频数据码 模拟信号经A/D转换,形成只有1和0组成的二进制码。 这些由l和0组成的数码不能直接用于传输或记录.因 为音频信号在低频时可以低到20Hz,甚至更低。若变 换成数字信号,就会出现连续很长的1;当输入零信 号时,出现连续很长的0。这样,一段时间内信号的 大小就没有变化,这种情况数字处理电路很难识别信 号。为了避免发生这种现象,不直接记录A/D转换后 的音频数字信号,而是将音频数字信号通过调制变换 成一种容易记录和读取的波形。经过调制的音频信号 称为音频数据码。
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4.知觉冗余 知觉冗余是指那些处于人们听觉和视觉分辨力以下的 声音和图像信号。若在编码时舍去这些在知觉门限以 下的信号,虽然会使复原信号产生一定的失真,但并 不被人们的知觉所觉察。这种超出人们觉知能力部分 的编码就称之为知觉冗余。 人们的感知机理由生理-心理特性所决定。充分利用 视觉上的暂留特性、听觉上的掩蔽特性等来去除知觉 冗余,提高编码效率。
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交织法示意图 :
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分组延迟型交织法 :
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交叉交织法就是给交织之前和交织之后的不同字
组都分别加上纠错码。
交叉交织编码器框图 :
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A4、误码补偿
里德索罗门交叉交织码具有很强的纠错能力,但是仍会 有超出其纠错能力的误码。对于这些无法纠正的误码, 必须采取一些补救措施,以达到和原信号近似的状态, 避免形成有害噪声。 根据误码的前后关系,计算出误码原近似值的方法叫做 误码补偿。误码补偿是使误码尽量接近原码的一种近 似方法,和纠错是不同的概念。下面介绍几种常用的 误码补偿方法。 1.无声法 这种方法是使误码处变成无声,误码处置零。粗糙的 补偿方法,一般不用。
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2012年6月11日星期一
二、冗余数据的分类
为实现对数据的压缩,必须了解数据中有哪些类型的冗 余。声音和图像信号数据中,比较常见的冗余有: 1.空间冗余 空间冗余是指一幅图像中存在的冗余数据。图像中总 是存在大量有规则的背景或景物,或者说图像的像素 并不是独立的,而是有较强的相关性。例如一幅画面 的背景是一片蔚蓝的天空,其蔚蓝天空的像素组成具 有较强的相关性,我们没有必要将这蔚蓝天空的像素 逐点编码。这种相关性的图像部分,在数字化数据中 就表现为空间冗余。空间冗余是视频图像中常见的一 种冗余。
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为了便于对数据进行处理,必须将连续信号分组。CD 标准规定,音频信号的L和R声道的各6个取样数据合 编为一组.称为数据帧(又称CD帧)。一个取样数据是 16位.在传输时把它分为高位和低位各8位.即两个 字节,因此一个CD帧有622=24字节的音频数据。 由于取样频率是44.1kHz,所以数据帧的重复频率为 44.1kHz/6=7.35kHz。 另外,为了能淮确重放信号和实现重放控制,还在数 据帧里插入纠错码、控制码、同步码以及其他工作数 据。
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2.时间冗余 时间冗余是指电视图像序列中,相邻帧之间存在的冗 余数据。在电视图像序列前后相邻的两幅图像中,其 图像间呈现较强的相关性。即相邻两幅图像的差别很 小,我们可以只对其差别部分进行编码。这种图像间 的相关性,反映为时间冗余。在语音和音乐等音频信 号中,相对于取样数据来说.都是一个连续的过程, 也存在着时间上的相关性,所以也有时间冗余。 3.信息熵冗余 信号源所含有的平均信息量称为信息熵。在通常的编 码中,数据量常大于此平均信息量,这种由于编码带 来的冗余称为信息熵冗余(或编码冗余)。
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纵横奇偶检验法:
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三、交叉交织法
在一般数字系统中,解决连续误码的方法常用交叉交织 法。交叉交织法的功能是将连续误码分散开,变成容 易纠错的随机误码。 交织法就是记录时改变数字信号的顺序,重放时再按原 来的顺序重排,前者称为交织,后者称为去交织。具 体做法就是把数字信号按时间顺序分组,再使各组延 迟一定的时间,然后调换顺序(即交织)重新组合,将 这种交织处理后的数字信号记录在光盘上。这样一来, 重放时如果在交织过的信号中出现了连续误码,但经 去交织处理后,数字信号的排列顺序被还原.同时误 码被分散开来,连续误码变成了随机误码,这样就容 易纠错了。
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纠错原理示意图
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A3
纠错技术基础
一、1、误码产生的原因: 当发送端发“1”,接收端收到“0”;或当发射端发“0”,接收 端却收到“1”。这种收发码不一致的情况叫误码。 误码率:也用来衡量数字系统正确传送信号的可靠程度,指码 元或符号(可以是二进制,也可以是M进制)被传错的概率 误码产生的原因很多,包括噪声和脉冲抖Biblioteka Baidu的影响,工业干扰 和雷电干扰等等。影响误码率大小的因素很多,如信号调制方 式,判别门限值的高低。误码率越小,要求视频信噪比越高。 比如,为了使某数字系统的误码率达到10-9,要求信噪比为 21.6dB左右。 2.误码的类型 (1)随机误码 只有一位出错的误码叫随机误码,有时也把大于1 位但比较短的误码叫作随机误码。 (2)连续误码 连续误码又称群误码。长度长,纠错比较困难
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2012年6月11日星期一
三、数据压缩编码方式
数据压缩处理通常包括编码和解码两个过程。根据解码 后数据与原始数据是否完全一致,可以把数据压缩方 法分成两类:可逆压缩与不可逆压缩。前者在编码时 仅去除冗余数据,解码后能完全恢复原来的数据,其 过程是可逆的;后者在编码时不仅去除了冗余数据, 而且舍去了部分不重要的信息,解码后不能精确恢复 原数据,有一定的失真,其过程是不可逆的。 信号源中常含有各种冗余,对不同性质的冗余常采取 不同的编码方法。
数字信号及视频信号数字化
A1数字信号及其优越性 A2数字信号的编码 A3纠错技术基础 A4误码补偿
A5数据压缩技术 A6视频信号数字化
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A1 数字信号及其优越性
1.模拟信号 模拟信号的特点是信号幅度随时间连续变化。对模 拟信号的处理通常包括放大、调制、变频、解调、 换能等。模拟信号在处理过程中,常会由于电路系 统指标不良而产生失真。如传输线路频带不足导致 波形失真,处理电路动态范围不够造成限幅失真, 放大器的线性不良产生非线性失真,传输系统内部 产生的噪声使信噪比降低等。
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