第2章数字电视信号参数的选择及演播室标准教学讲义

模拟信号数字化框图如图2-1所示，其中fc为 滤波器的截止频率，fs为取样频率。
图2-1模拟信号数字化框图
2.1 取 样 定 理 2.2 二维信号的取样 2.3 数字电视信号参数的选择 2.4 量 化 2.5 标准清晰度数字电视演播室标准 2.6 数字高清晰度电视
2.1 取 样 定 理
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。
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。
标量量化是一维量化，所有取样 使用同一个量化器进行量化，每个取 样的量化都和其他所有取样无关，因
矢量量化是多维量化，是先将K 个取样值序列形成K维空间中的一个 矢量，然后将此矢量进行量化。
2.4.1
(1) 给定量化器的量化电平数M，根据量化
fcr fcb(1/4)fy3.37 M 5H
4． 4∶1∶1
在4∶1∶1格式中，色差信号Cr和Cb的 取样频率均为亮度信号取样频率的四分之 一，即
fcr fcb(1/4)fy3.37 M 5H
2.4 量 化
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。
第2章 数字电视信号参数的 选择及演播室标准
模拟信号的数字化过程主要是取样、量化和 编码。
取样——将时间和幅度上连续的模拟信号转 变为时间离散的信号，即时间离散化。
量化——将幅度连续信号转换为幅度离散的 信号，即幅度离散化。
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。
fcr fcb(1/2)fy6.7M 5 Hz
2． 4∶4∶4
在4∶4∶4格式中，色差信号Cr和Cb的取样 频率与亮度信号取样频率相同，即
fyfcr fcb 1.3 5MHz
亮度取样频率和两个色差信号的取样频率之 比为
fy:fcr :fcb 4:4:4
3． 4∶2∶0
本格式中，色差信号Cr和Cb的取样频 率均为亮度信号取样频率的四分之一，即
式中：Δv=1/Δy为垂直取样频率；Δu=1/Δx为水平 取样频率；δ(x,y)
取样前后的频谱示意图如图2-5
图2-5 水平、垂直取样前后的二维频谱
2.3 数字电视信号参数的选 择
电视信号的数字化处理有数字分量编 码和数字复合编码两种方式。
数字分量编码方式是对三基色信号ER， EG和EB或对亮度信号和色差信号EY，ER-Y 与EB-Y分别进行数字化处理。
令信号值归一化(即最大电平为 1.0V)，则100％彩条信号的各值如表 2-2所示。
2A=M×ΔA=2n×ΔA
其中，n为量化比特数。
2.4.3 量化噪声对图像的影响
如果量化比特数n选得过小，量化噪声对图
(1) (2) (3)
2.4.4
1．
在对模拟电视分量信号EY、E(R-Y)和E(B-Y)进 行量化和编码前，必须进行归一化处理。由电视
E Y 0E .R 2 09 E .G 5 0 98 E .B 1714 E R -Y 0.R -7 0E 0 .G -5 018 .B E 1714E E B -Y -0E .R -2 0E 9 .G 5 0 98 E .B 8786
量 化 信 噪 比 S P P A 2 n 23 A 23 2 n N q (s) A 2 A
12
一般常用分贝表示为
Spp
2l0o2g3(2n)1.8 06n
Nq(s)db
3． 声音信号(双极性信号)量化信
设声音信号的最大幅度为A，动态范围是 +A～-A。对它均匀量化成M级，则有
2.3.1
取样结构是指取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，如图2-6(a)所示。这种结 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。图2-6(b)所示为行交叉结
图2-6 取样结构图
为了保证取样结构是正交的，要求行 周期TH必须是取样周期Ts的整数倍，即要 求取样频率fs应等于行频fH的整数倍，即
fs n fH
2.3.2
在数字电视中，亮度信号取样频率的选择应 该从以下4
(1) 首先应该满足取样定理，即取样频率应 该大于视频带宽的两倍。
fs 2fu 12MHz
(2) 为了保证取样结构是正交的， 取样频率应该是行频fH的整数倍，即
(2) 给出固定量化误差要求，设计量化器使 其量化电平总数M
2.4.2
1．
设在输入信号的动态范围A内进行均匀量化， 每一量化间隔ΔA是相等的，共分为M级，设 M=2n，其中n为量化比特数，即
A=M×ΔA=2n×ΔA
M和n的取值主要是由量化信噪比决定的。
2． 视频信号(单极性信号)的量化
电视信号量化信噪比一般用信号峰-峰值与 量化噪声有效值之比表示，即
Y， (y x ， t)Y （ ， x， y， t)d
图2-4 图像平面和二维取样脉冲
在水平方向上的取样间隔为Δx，在垂直方向上的 取样间隔为Δy, 取样后的信号为
fs(x,y)f(x,y) (x i x)(yj y) i j
其频谱为
F s(u ,v ) u v F [u ( m u )(v , n v )] m n
fs n fH
(3) 为了便于节目的国际间交流，亮度 信号取样频率的选择还必须兼顾国际上不
同的扫描格式。
fs m2.25MHz
fs =m·2.25MHz
(4) 编码后的比特率Rb=fs·n，其中n为 量化比特数。
2.3.3
1． 4∶2∶2
在4∶2∶2格式中，色差信号Cr和Cb的取样 频率均为亮度信号取样频率的一半，即
F s()T 1s F(ns) n
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图2-2 模拟信号理想取样前后的频谱
只要满足取样定理并且τ/Ts足够小，仍可以 从取样信号的频谱中精确地恢复出原模拟信号。
图2-3 模拟信号实际取样前后的频谱
2.2 二维信号的取样
对于一个彩色平面活动图像来说，图像中任 一点的亮度Y是光波长λ、水平位置x、垂直位置y 和时间t的函数。发端通过摄像机将光图像转换 成电图像，光电转换器件是具有积分作用的器件， 因此有如下的积分关系：