第3章电视信号的数字化

3.1信号的数字化
量化
量化是用有限个幅度值近似原来连 续变化的幅度值，把模拟信号的连续 幅度变为有限数量、有一定间隔的离 散值。
量化器的设计原则可以分为两种： (1) 给定量化器的量化电平数M，根据量 (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尽量小。
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。
复合数字编码和分量信号编码框图
3.3视频信号的数字化
分量数字编码优点： 避免了复合数字编码时因反复解码所引起 的质量损伤和器件的浪费，而且编码几乎 与电视制式无关 后期制作的处理方便 时分复用方式，不会像复合数字编码那样 因频分复用带来亮、色串扰，可获得高质 量的图像 亮度信号和色度信号的带宽根据需要取不 同
数字电视原理
第3章 电视信号的数字化

3.1信号的数字化 3.2音频信号的数字化

3.3源自文库频信号的数字化
3.1信号的数字化
采样
采样是指用每隔一定时间（或空间） 间隔的信号样本值序列代替原来在时 间（或空间）上连续的信号，也就是 在时间（或空间）上将模拟信号离散 化。
模拟信号、单位脉冲序列理想抽样函数和抽样输出信号三者的频谱关系
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
视频信号的抽样结构 在数字电视中一般采用正交结构，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。 行交叉结构，每行内的取样点数为整数 加半个。
取样结构图
3.3.1电视信号分量数字编码参数的确定
3.2音频信号的数字化
音频数字化的采样频率和量化精度越高， 音质越好，恢复出的声音越接近原始声音， 但记录数字声音所需存储空间也随之增加。 可以用下面的公式估算声音数字化后每秒 所需的存储量（假定不经压缩）： 存储量=(采样频率×量化比特数×声道数)/8 其中，存储量的单位为B（字节）
3.2音频信号的数字化
行非均匀量化，低频信号采用细量化，高频
信号采用粗量化。
3.1信号的数字化
编码
编码则是按照一定的规律，把量化 后的离散值用二进制数字表示，以进 行传输或记录。
3.2音频信号的数字化 声音是通过空气传播的一种连续的 波，叫声波。声音的强弱体现在声波 压力的大小上，音调的高低体现在声 音的频率上。因而，声音信号的两个 基本参数是频率和幅度。
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
SP P A 2n A n 2 3 2 3 2 量化信噪比 N q ( s) A A2 12 一般常用分贝表示为
S p p n 20 log(2 3 2 ) 10.8 6n N q ( s) db
量化比特数 经常采用的量化比特数有8bit、12bit 和16bit。量化比特数越多，音质越好， 数据量也越大。 人耳的听觉能感觉极微小的声音失 真而且又能接受极大的动态范围。由 于这个特点，所以对音频信号进行数 字化所用的量化比特数比起视频信号 来要多。
3.2音频信号的数字化

声道数 记录声音时，如果每次生成一个声 波数据，称为单声道；每次生成二个 声波数据，称为立体声（双声道）， 立体声更能反映人的听觉感受。
3.2音频信号的数字化

采样频率 经常使用的采样频率有11.025kHz、 22.05kHz、32kHz、44.lkHz和48kHz等。 采样频率越高，声音失真越小、音频 数据量越大。 人耳听觉的频率上限在20kHz左右， 为了保证声音不失真，采样频率应大 于40kHz。
3.2音频信号的数字化

采用非均匀量化(或称非线性量化)来
改善量化信噪比。 非均匀量化通常有两种方法。
一种方法是把非线性处理放在编码器之
前和解码器之后的模拟电路部分，编、解码 器中仍然采用均匀量化
压缩扩张编码方式
另一种方法是直接采用非均匀量化，对于
视频信号，在高效编码时常采用非均匀量化
器。在MPEG标准中，DCT变换后对变换系数进
采样频率选择： (1) 首先各国主观测试亮度信号带宽fm＝ 5.8~6MHz ，应该满足取样定理，即取样频率 应该大于视频带宽的两倍。
f s 2 fu 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
fs n fH
3.2音频信号的数字化
声波信号按频率划分： 频率小于20Hz的信号称为亚音(Subsonic)信号， 或称为次音信号 频率高于20kHz的信号，称为超声波(Ultrasonic) 信号 频率在20Hz~20kHz之间的声波是人耳可以听到 的声音，称之为音频(audio)信号 人的发音器官发出的声音频率约在80Hz ~3400Hz之间，但人说话的信号频率通常在 300Hz~3400Hz之间，人们把这种频率范围的信 号称为语（话）音信号(speech，voice)
48
16
双声道
1536
20~20000
3.3视频信号的数字化
在时间轴上(t轴)分
为一系列离散的帧 每帧图像在垂直方 向(y轴)上离散为一 条一条的扫描行 每行在水平方向(x 轴)上采样，得到一 个一个像素。
3.3视频信号的数字化
对彩色电视信号的数字化处理主要 有分量数字编码和复合数字编码两种 方式。 复合数字编码是将彩色全电视信号 直接进行数字化，编码成 PCM形式。 分量数字编码方式是分别对亮度信 号Y和两色差信号B-Y、R-Y分别进行 PCM编码。
质量 等级 采样频率 /kHz 量化 精度 /bit 声道数 数码率（未压缩） / kbit/s 频带/ Hz
电话 话音
AM
8
11.025
8
8
单声道
单声道
64
88.2
200~3400
50~7000
FM
CD
22.05
44.1
16
16
双声道
双声道
705.6
1411.2
20~15000
20~20000
DAT