第十三章數(shù)字電視-1

第十三章數(shù)字電視§13.1數(shù)字電視概述§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)§13.3數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼§13.4數(shù)字電視機(jī)頂盒數(shù)字彩色電視機(jī)(DTV)是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和電視接收技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是將模擬電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、接收、處理、存儲(chǔ)、記錄和控制的系統(tǒng)?！?3.1數(shù)字電視概述§13.1數(shù)字電視概述

模擬電視是將圖像的亮度和彩色變化用電量的參數(shù)變化來模擬，所以它對(duì)通道有很高的要求。

數(shù)字電視則是以離散性而不是以連續(xù)性為主要特征，其數(shù)字信號(hào)是按一定方式編碼的高速窄脈沖序列。

如讓窄脈沖序列通過一個(gè)脈沖判別電路，就能“中繼再生”出一組無失真無干擾的數(shù)字信號(hào)。

原來信號(hào)引入的畸變和噪聲的影響不但沒有累積效應(yīng)，而且還具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

另外，數(shù)字信號(hào)處理和存儲(chǔ)靈活多變，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，通道利用率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。模擬電視制式的缺陷：(1)亮度分解力不足(2)色度分解力不足§13.1數(shù)字電視概述(3)亮色互串(4)亮色增益差和亮色延時(shí)差(5)微分增益和微分相位§13.1數(shù)字電視概述(7)電視信號(hào)的幅度利用率不充分(8)聲音信號(hào)只有單聲道(9)不適合磁帶節(jié)目的多帶復(fù)制(10)寬高比不適合人眼的視覺特性(6)電視信號(hào)的時(shí)間利用率不充分(1)在圖像質(zhì)量改進(jìn)方面數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)：§13.1數(shù)字電視概述

數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)和數(shù)字高清晰度電視(HDTV)使圖像和聲音質(zhì)量得到了極大地提高。

電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化使我們可以在同一個(gè)系統(tǒng)中安排不同級(jí)別、不同圖像質(zhì)量的業(yè)務(wù)。(2)在業(yè)務(wù)融合方面§13.1數(shù)字電視概述

數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)、數(shù)字磁盤錄像機(jī)、非線性編輯系統(tǒng)、電腦動(dòng)畫到虛擬演播室、視頻服務(wù)器和電視中心網(wǎng)絡(luò)化等，使電視臺(tái)可以節(jié)目資源共享、制作快捷、無磁帶編輯以及存儲(chǔ)方便。(3)在節(jié)目制作手段方面

大大提高了節(jié)目質(zhì)量、制作能力和工作效率。

壓縮技術(shù)的突破和多種新的高效編碼方法和調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)，使得大信息量的高清晰度數(shù)字電視也能在原來的普通電視頻帶內(nèi)傳輸。(4)在傳輸方面§13.1數(shù)字電視概述

原來只能傳一路模擬電視的通道現(xiàn)在能傳4套甚至8套數(shù)字SDTV，拓寬了業(yè)務(wù)能力?！?3.1數(shù)字電視概述圖13.1數(shù)字電視廣播系統(tǒng)框圖數(shù)字電視信號(hào)的產(chǎn)生：模擬信號(hào)的數(shù)字化過程主要是取樣、量化和編碼；

取樣——將時(shí)間和幅度上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間離散的信號(hào)，即時(shí)間離散化。§13.1數(shù)字電視概述

量化——將幅度連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅度離散的信號(hào)，即幅度離散化。

編碼——按照一定的規(guī)律，將時(shí)間和幅度上離散的信號(hào)用對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制或多進(jìn)制代碼表示?！?3.1數(shù)字電視概述圖13.2模擬信號(hào)數(shù)字化框圖圖中fc為濾波器的截止頻率，fs為取樣頻率。§13.1數(shù)字電視概述圖13.3模擬信號(hào)理想取樣前后的頻譜二維信號(hào)取樣：§13.1數(shù)字電視概述

發(fā)端通過攝像機(jī)將光圖像轉(zhuǎn)換成電圖像，光電轉(zhuǎn)換器件是具有積分作用的器件，因此有如下的積分關(guān)系：

對(duì)于一個(gè)彩色平面活動(dòng)圖像來說，圖像中任一點(diǎn)的亮度Y是光波長(zhǎng)λ、水平位置x、垂直位置y和時(shí)間t的函數(shù)。圖13.4圖像平面和二維取樣脈沖§13.1數(shù)字電視概述Δx和Δy為水平方向和垂直方向上的取樣間隔取樣后的信號(hào)為：§13.1數(shù)字電視概述

量化就是把幅度連續(xù)變化的信號(hào)變換為幅度離散的信號(hào)。顯然，一個(gè)量化器只能取有限多個(gè)量化級(jí)，因此量化過程將不可避免地帶來量化誤差。模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的映射變換標(biāo)量量化是一維量化，所有取樣使用同一個(gè)量化器進(jìn)行量化，每個(gè)取樣的量化都和其他所有取樣無關(guān)，因此也稱為無記憶量化。矢量量化是多維量化，是先將k個(gè)取樣值序列形成k維空間中的一個(gè)矢量，然后將此矢量進(jìn)行量化?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)無損壓縮，又稱為可逆編碼(ReversibleCoding)。圖像壓縮方法在廣義上可分為：有損壓縮，又稱不可逆壓縮(Non-ReversibleCoding)。一是利用圖像中存在大量冗余度可供壓縮；圖像數(shù)據(jù)的壓縮機(jī)理來自兩個(gè)方面：二是利用人眼的視覺特性?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)空間冗余圖像數(shù)據(jù)的冗余度：時(shí)間冗余在一幅圖像中規(guī)則的物體和規(guī)則的背景具有很強(qiáng)的相關(guān)性。電視圖像序列中相鄰兩幅圖像之間有較大的相關(guān)性。§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余圖像從大面積上看常存在有紋理結(jié)構(gòu)，稱之為結(jié)構(gòu)冗余。視覺冗余人眼的視覺系統(tǒng)對(duì)于圖像的感知是非均勻和非線性的，對(duì)圖像的變化并不都能察覺出來?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)亮度辨別閾值人眼的視覺特性：當(dāng)景物的亮度在背景亮度基礎(chǔ)上增加很少時(shí)，人眼辨別不出，只有當(dāng)亮度增加到某一數(shù)值時(shí)，人眼才能感覺其亮度有變化。人眼剛剛能察覺的亮度變化值稱為亮度辨別閾值。掩蓋效應(yīng)

“掩蓋效應(yīng)”是指人眼對(duì)圖像中量化誤差的敏感程度，與圖像信號(hào)變化的劇烈程度有關(guān)。§13.2圖像壓縮編碼技術(shù)視覺閾值

視覺閾值是指干擾或失真剛好可以被察覺的門限值。低于它就察覺不出來，高于它才看得出來，這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)值?？臻g分辨力

空間分辨力是指對(duì)一幅圖像相鄰像素的灰度和細(xì)節(jié)的分辨力，視覺對(duì)于不同圖像內(nèi)容的分辨力不同?！?3.2圖像壓縮編碼技術(shù)基于圖像信源統(tǒng)計(jì)特性的壓縮方法根據(jù)壓縮機(jī)理的不同，數(shù)據(jù)壓縮編碼方法大致可以分成三類：基于人眼視覺特性的壓縮方法有預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、矢量量化編碼、子帶－小波編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼法等。有基于方向?yàn)V波的圖像編碼法和基于圖像輪廓－紋理的編