多媒體開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)采樣頻率的影響

大綱電視發(fā)展史電視原理分類(lèi)數(shù)字電視第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)1電視的影響最有影響力的媒體之一特別是新聞體育電視劇等“誰(shuí)掌握媒體就掌握了話語(yǔ)權(quán)。”第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)2第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)3電視是什么英文“television”的譯名，簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)Vtele來(lái)自希臘語(yǔ)，表示far(遠(yuǎn))vision來(lái)自拉丁語(yǔ)，表示看到的景物捕獲、廣播和重現(xiàn)活動(dòng)圖像和聲音的遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)兩種類(lèi)型的電視系統(tǒng)黑白電視(black&whiteTV):重現(xiàn)黑白圖像的電視系統(tǒng)彩色電視(colortelevision):近似重現(xiàn)彩色圖像的電視系統(tǒng)注：彩色電視是在黑白電視基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因此彩色電視系統(tǒng)的許多特性，如掃描、同步等都與黑白電視相同第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)4電視發(fā)展史19世紀(jì)末，少數(shù)先驅(qū)者開(kāi)始研究設(shè)計(jì)傳送圖像的技術(shù)。1904年，英國(guó)人貝爾威爾和德國(guó)人柯隆發(fā)明了一次電傳一張照片的電視技術(shù)，每傳一張照片需要10分鐘。1924年，英國(guó)和德國(guó)科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)運(yùn)用機(jī)械掃描方式成功地傳出了靜止圖像。但有線機(jī)械電視傳播的距離和范圍非常有限，圖像也相當(dāng)粗糙。1923年，俄裔美國(guó)科學(xué)家茲沃里金申請(qǐng)到光電顯像管、電視發(fā)射器及電視接收器的專利，他首次采用全面性的“電子電視”發(fā)收系統(tǒng)，成為現(xiàn)代電視技術(shù)的先驅(qū)。電子技術(shù)在電視上的應(yīng)用，使電視開(kāi)始走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入公眾生活之中，1925年，英國(guó)科學(xué)家研制成功電視機(jī)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)5電視發(fā)展史1929年美國(guó)科學(xué)家伊夫斯在紐約和華盛頓之間播送50行的彩色電視圖像，發(fā)明了彩色電視機(jī)。1933年茲沃里金又研制成功可供電視攝像用的攝像管和顯像管。完成了使電視攝像與顯像完全電子化的過(guò)程，至此，現(xiàn)代電視系統(tǒng)基本成型。今天電視攝影機(jī)和電視接收的成像原理與器具，就是根據(jù)他的發(fā)明改進(jìn)而來(lái)。1936年11月2日，英國(guó)廣播公司在倫敦郊外的亞歷山大宮，播出了一場(chǎng)頗具規(guī)模的歌舞節(jié)目，并首次開(kāi)辦每天2小時(shí)的電視廣播。全倫敦只有200多臺(tái)收視電視機(jī)，但它標(biāo)示著世界電視事業(yè)開(kāi)始發(fā)跡。1939年4月30日，美國(guó)無(wú)線電公司通過(guò)帝國(guó)大廈屋頂?shù)陌l(fā)射機(jī)，傳送了羅斯?？偨y(tǒng)在世界博覽會(huì)上致開(kāi)幕詞和紐約市市長(zhǎng)帶領(lǐng)群眾游行的電視節(jié)目。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)6電視發(fā)展史1949年到1951年，電視機(jī)數(shù)目從1百萬(wàn)臺(tái)躍升為1千多萬(wàn)臺(tái)，1960年全美電視臺(tái)高達(dá)780座，電視機(jī)近三千萬(wàn)臺(tái)，約有87％的家庭擁有至少一臺(tái)電視機(jī)。同時(shí)期英國(guó)只有190萬(wàn)臺(tái)電視機(jī)，法國(guó)3萬(wàn)臺(tái)，加拿大2萬(wàn)，日本4千臺(tái)。1993年底，美國(guó)98％的家庭擁有至少一臺(tái)電視機(jī)，其中99％為彩色電視機(jī)。1958年，中國(guó)第一臺(tái)黑白電視機(jī)在天津誕生，同年，開(kāi)始試播。當(dāng)時(shí)，全國(guó)只有50多臺(tái)黑白電視機(jī)。1971年，全國(guó)已建有電視臺(tái)32座。21世紀(jì)初，中國(guó)大陸的電視覆蓋率高達(dá)94%。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)7電視發(fā)展史1928年通用電氣公司制造的這個(gè)可愛(ài)小木柜被公認(rèn)為最早的聲畫(huà)交互設(shè)備。1926年英國(guó)科學(xué)家約翰?洛吉?貝爾德發(fā)明的電視訊號(hào)發(fā)送裝置。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)8法國(guó)人ReneBartholemy于1928年設(shè)計(jì)的“Semivisor”1939年RCA產(chǎn)電視機(jī)9英寸的顯示屏已屬大屏幕。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)91939年Andrea產(chǎn)電視機(jī)是當(dāng)年的高端產(chǎn)品。二戰(zhàn)時(shí)期NBC電視網(wǎng)的宣傳廣告（1944年）。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)10DuMont1948年產(chǎn)品，看起來(lái)像個(gè)小狗舍嗎？Farnsworth1947年產(chǎn)12英寸電視機(jī)反映了戰(zhàn)后時(shí)期的流行審美。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)11Crosley1948年產(chǎn)的這一款電視機(jī)似乎是組合音響的祖先。1949年，彩色電視機(jī)投入使用，圖為CBS電視網(wǎng)用其播放醫(yī)療手術(shù)實(shí)況。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)121948年Zenith產(chǎn)彩色電視機(jī)，次年被當(dāng)作醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備使用。1946年Baird產(chǎn)12英寸Lyric電視機(jī)莫非是街機(jī)游戲的前身？第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)131949年法國(guó)Sonora產(chǎn)品，配有一個(gè)放大鏡。摩托羅拉1952年投放的電視機(jī)廣告，攀比是個(gè)壞習(xí)慣……第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)141952年的電視機(jī)宣傳畫(huà)冊(cè)。ZenithTyler1952年產(chǎn)12英寸電視機(jī)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)151958年巴西產(chǎn)PhilcoPredicta電視機(jī)。英國(guó)于1950年前后出品的9英寸電木外殼電視機(jī)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)161957年這一款法國(guó)出品立式電視機(jī)儀態(tài)端莊...1957年意大利Phonola出品的“移動(dòng)”電視。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)171950年P(guān)hilco產(chǎn)內(nèi)置天線式即插即用電視機(jī)廣告1948年產(chǎn)Philco電視機(jī)，當(dāng)年的超薄顯示屏。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)181959年巴西產(chǎn)Philco電視機(jī)擁有光亮的弧形木制機(jī)身。1960年德國(guó)產(chǎn)KubaKomet電視機(jī)，一套自成體系的家庭娛樂(lè)系統(tǒng)，具有家庭影院的潛質(zhì)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)191951年Sony為美國(guó)市場(chǎng)生產(chǎn)的第一臺(tái)電視機(jī)，規(guī)格為8英寸。

美國(guó)電報(bào)電話公司1962年制造的電視通信衛(wèi)星，它第一次傳來(lái)了大西洋彼岸的電視信號(hào)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)20英國(guó)設(shè)計(jì)公司Zarach1969年作品，改造對(duì)象為Sony產(chǎn)電視機(jī)，形似太空艙。1971年日本松下公司出品，廣告語(yǔ)為“飛離地球”。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)211971年松下出品的移動(dòng)電視，型號(hào)為T(mén)R-001，由晶體管和1.5英寸的顯示屏構(gòu)成。1981年出品的Seiko手表電視機(jī)，規(guī)格為1.25英寸。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)22在電視機(jī)躋身“四大件”的年代，Zenith的一款柜式機(jī)，1974年的奢華……這個(gè)奇形怪狀的球是英國(guó)1970年代中期出產(chǎn)的KeracolorSphere電視機(jī)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)23B&W1981年款5英寸黑白電視機(jī)，外號(hào)紅彤彤。1980年款Magnavox電視機(jī)，上世紀(jì)80年代中期超實(shí)用設(shè)計(jì)，電視機(jī)從奢侈品降格為便宜貨。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)242007年Tecnovision公司制造的205英寸LED電視Luxio，這是當(dāng)今世界上最大的電視機(jī)。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)25第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)26第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)27電視的原理視覺(jué)暫留第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)28視覺(jué)的時(shí)間域響應(yīng)特性讓觀察者觀察按時(shí)間重復(fù)的亮度脈沖，如果閃爍頻率比較低，人眼就有一亮一暗的感覺(jué)。如果閃爍頻率足夠高，人眼看到的則是一個(gè)恒定的亮點(diǎn)。閃爍感剛好消失的重復(fù)頻率叫做臨界閃爍頻率，經(jīng)測(cè)定為46Hz。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)29采樣頻率的影響Motioncontinuity（連續(xù)性）DoweseesmoothmotionorjerksFlicker（閃爍）Doweseetheimageflashingquickly第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)30MotionContinuity運(yùn)動(dòng)下的采樣第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)31MotioncontinuityrequirementsWearelesssensitivetocontinuitythantoflickerMoviesuse24fps80+fpsistypicallymorethanenoughForhumans,ofcourse第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)32FlickerPerceptiblevariationsinbrightnessWecaneasilydetectlowerfrequencyflicker<40Hz(criticalis46)FlickerisNOTmotioncontinuity第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)33電視機(jī)第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)34第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)35彩色電視制式NTSC美國(guó)、加拿大等大部分西半球國(guó)家，以及日本、韓國(guó)、菲律賓PAL德國(guó)、英國(guó)等一些西歐國(guó)家，及中國(guó)、朝鮮等國(guó)家SECAM法國(guó)、及東歐國(guó)家第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)36WorldTVStandards

NTSCPALSECAMPAL/SECAMUnknown第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)37兼容制式NTSC，PALSECAM都是兼容制式黑白電視機(jī)能接收彩色電視廣播，顯示的是黑白圖像彩色電視機(jī)能接收黑白電視廣播，顯示的也是黑白圖像（逆兼容）第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)38兼容的要求既兼容又有彩色特性，彩色電視系統(tǒng)應(yīng)滿足采用與黑白電視相同的一些基本參數(shù)，如掃描方式、掃描行頻、場(chǎng)頻、幀頻、同步信號(hào)、圖像載頻、伴音載頻等等。將攝像機(jī)輸出的三基色信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號(hào)，以及代表色度的兩個(gè)色差信號(hào)，并將它們組合成一個(gè)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行傳送。在接收端，彩色電視機(jī)將彩色全電視信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成三個(gè)基色信號(hào)，在顯象管上重現(xiàn)發(fā)送端的彩色圖像。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)39R

G

BYYVU第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)40國(guó)際彩色電視標(biāo)準(zhǔn)1961年ITU為每一種黑白電視制分配A～N中的一個(gè)字母，與NTSC，PAL和SECAM彩色電視制相結(jié)合，如我國(guó)大陸地區(qū)使用的PAL-D，……第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)41電視掃描和同步掃描分類(lèi)非隔行掃描（逐行掃描）(progressivescanning)計(jì)算機(jī)顯示器隔行掃描(interlacedscanning)電視第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)42顯示器的發(fā)展NotethatdisplaytechnologyischangingwiththeadventofLCD,ThinFilmTransistor(TFT)-basedmonitors,DVDsanddigitalcameras,analternativemethodofbringingtheimagetothescreen,knownasprogressivescanning,hasbeencreated.第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)43逐行掃描電子束從顯示屏的左上角一行接一行地掃到右下角，在顯示屏上掃一遍就顯示一幅完整的圖像（一幀）.第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)44隔行掃描在隔行掃描中，電子束掃完第1行后回到第3行開(kāi)始的位置接著掃，然后在第5、7、……，行上掃，直到最后一行。奇數(shù)行掃完后接著掃偶數(shù)行，這樣就完成了一幀(frame)的掃描。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)45第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)46隔行掃描隔行掃描的一幀圖像由兩部分組成：奇數(shù)場(chǎng)（奇數(shù)行組成）+偶數(shù)場(chǎng)（偶數(shù)行組成）第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)47第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)48第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)49WhyInterlacedAprogressive625linesystemwith50framespersecondwouldhavealinefrequencyof32.25kHzandavideobandwidthofabout12MHzasuming720activepixelsperline.Thisbandwidthrequirementwastoohigh.AradiofrequencyTVchannelhasanavailablebandwidthof7or8MHz.Thereforetheinterlacedsystemswereintroduced.Theyprovideagoodresolutionandasufficienlyhighfieldfrequencyof50resp.60Hzbutalowerframefrequencyof25resp.30Hzathalfthebandwidthofaprogressivesystem.第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)50比較ProgressiveScan@50/60Hz

Frame1Frame2Frame3Frame4InterlacedScan@25/30Hz

Field1(odd)Field2(even)Field3(odd)Field4(even)Frame1Frame2ProgressiveScan@50/60HzInterlacedScan@25/30Hz

Field1(odd)Field2(even)Field3(odd)Field4(even)Frame1Frame2Frame1Frame2Frame3Frame4第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)51比較第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)52隔行掃描的行數(shù)隔行掃描中、掃描的行數(shù)必須是奇數(shù)一幀畫(huà)面分兩場(chǎng)，第一場(chǎng)掃描總行數(shù)的一半，第二場(chǎng)掃描總行數(shù)的另一半。隔行掃描要求第一場(chǎng)結(jié)束于最后一行的一半，不管電子束如何折回，它必須回到顯示屏頂部的中央，這樣就可以保證相鄰的第二場(chǎng)掃描恰好嵌在第一場(chǎng)各掃描線的中間。正是這個(gè)原因，才要求總的行數(shù)必須是奇數(shù)。

第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)53第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)54InterlacedScanning,ShownHerefortheNTSCVideoFormat.PALandSECAMInterlacingisSimilar,withtheDifferenceBeingtheNumberofLinesinEachField第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)55隔行掃描只需用逐行掃描一半的時(shí)間就能看見(jiàn)整個(gè)屏幕顯示，因此隔行掃描技術(shù)用于較慢的刷新頻率。例如刷新頻率為30幀/秒，如采用逐行掃描顯示，可注意到圖形在閃爍，但采用隔行掃描，掃描一幀的時(shí)間只用了原來(lái)一半，也就是說(shuō)刷新頻率接近60幀/秒，這時(shí)圖形顯示質(zhì)量提高，不再閃爍。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)562024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)電視掃描術(shù)語(yǔ)場(chǎng)頻/場(chǎng)速率(fieldrate)ff，每秒鐘掃描的場(chǎng)數(shù)根據(jù)人的視覺(jué)特性和電網(wǎng)頻率(50Hz或60Hz)確定的，目的是使在屏幕上顯示的圖像看起來(lái)不會(huì)讓人感覺(jué)到在閃爍，以及減低電網(wǎng)頻率的干擾幀頻/幀速率(framerate)fF，每秒掃描的幀數(shù)用“幀每秒(framespersecond，fps)”做單位PAL制和NTSC制電視的幀頻分別為25fps和30fps。行頻/水平行速率(horizontallinerate)fH

，每秒鐘掃描的行數(shù)例如，NTSC制精確的幀頻是29.97Hz，525行每幀，因此行頻為29.97×525＝15734行/秒。57PALPAL制電視的掃描特性625行(掃描線)/幀，25幀/秒(40ms/幀)寬高比(aspectratio)：4:3隔行掃描，2場(chǎng)/幀，312.5行/場(chǎng)顏色模型：YUV第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)58一幀圖像的總行數(shù)為625，分兩場(chǎng)掃描。行掃描頻率是15625Hz，周期為64μs；場(chǎng)掃描頻率是50Hz,周期為20ms；幀頻是25Hz，是場(chǎng)頻的一半，周期為40ms。在發(fā)送電視信號(hào)時(shí)，每一行中傳送圖像的時(shí)間是52.2μs，其余的11.8μs不傳送圖像，是行掃描的逆程時(shí)間，同時(shí)用作行同步及消隱用。每一場(chǎng)的掃描行數(shù)為625/2=312.5行，其中25行作場(chǎng)回掃，不傳送圖像，傳送圖像的行數(shù)每場(chǎng)只有287.5行，因此每幀只有575行有圖像顯示。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)59NTSCNTSC制的掃描特性

525行/幀,30幀/秒(29.97fps,33.37ms/frame)寬高比：電視畫(huà)面的長(zhǎng)寬比(電視為4:3；電影為3:2；高清晰度電視為16:9)

隔行掃描，一幀分成2場(chǎng)(field)，262.5線/場(chǎng)顏色模型：YIQ在每場(chǎng)的開(kāi)始部分保留20掃描線作為控制信息，因此只有485條線的可視數(shù)據(jù)。每行63.5微秒，水平回掃時(shí)間10微秒(包含5微秒的水平同步脈沖)，所以顯示時(shí)間是53.5微秒第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)60SECAMSECAM的掃描特性與PAL制類(lèi)似，區(qū)別是SECAM中的色度信號(hào)是頻率調(diào)制(FM）（NTSC，PAL都是QAM）圖像格式為4:3，625線，50Hz第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)612024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)掃描參數(shù)PAL，NTSC和SECAM的掃描和同步參數(shù)見(jiàn)表9-262Inter-lineFlickerAcommonproblemwithInterlaceThelineisrefreshed30timespersecond,not60!(NTSC)第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)63Film電影錄制過(guò)程中，每秒有24幅畫(huà)面，也就是24fps.Generallydisplayedat72fps(eachframe3x)toreduceflickerFilmhasnoscanningFilmcapturestheentireframeatonceTVvideopresentsthetophalfbeforethebottomhalf第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)64Aspectratio(寬高比）Width/HeightTelevision:4:3,16:9HDTV,16:9=1.78:1Film1.85:1ismostcommon2.35:1insomecases4:3(12:9)16:9第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)65ProblemswithAspectRatioWhatifthedisplayARislessthantheproductionAR?第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)66LetterboxingSimplyshrinkingverticallytofit第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)67CroppingJustcuttingtofit…第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)68PanandScanWecanmovethewindow第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)69ExamplesWidescreen第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)70彩色電視機(jī)黑白電視基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)許多特性，如掃描、同步等都與黑白電視相同，不同的是顯示的圖像的顏色不同。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)71顏色空間人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比對(duì)亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低，通常把RGB空間表示的彩色圖像變換到Y(jié)UV或者YIQ顏色空間。每一種彩色空間都產(chǎn)生一種亮度分量信號(hào)和兩種色度分量信號(hào)，而且亮度信號(hào)(Y)和色度信號(hào)(U、V)是相互獨(dú)立的，每一種變換使用的參數(shù)都是為了適應(yīng)某種類(lèi)型的顯示設(shè)備。彩色電視信號(hào)中采用YIQ或者YUV空間一是為了兼容黑白電視，二是為了實(shí)現(xiàn)壓縮。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)72彩色電視信號(hào)的類(lèi)型復(fù)合電視信號(hào)包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)信號(hào)的單一信號(hào)復(fù)合電視信號(hào)是把亮度信號(hào)和色差信號(hào)復(fù)合在一起分量電視信號(hào)每個(gè)基色分量作為獨(dú)立的電視信號(hào)每個(gè)基色既可以分別用R，G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。使用分量電視信號(hào)是表示顏色的最好方法，但需要比較寬的帶寬和同步信號(hào)。S-Video信號(hào)亮度和色差分離的一種電視信號(hào)，使用單獨(dú)的兩條信號(hào)電纜線，一條用于亮度信號(hào)，另一條用于色差信號(hào)減少亮度信號(hào)和色差信號(hào)之間的交叉干擾。不需要使用梳狀濾波器來(lái)分離亮度信號(hào)和色差信號(hào)，這樣可提高亮度信號(hào)的帶寬。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)73復(fù)合信號(hào)Themostcommonformofconnectingexternaldevices,puttingallthevideoinformationintoonesignal.第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)74分量信號(hào)第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)75S-VideoS-Videosmallroundconnectorwithtwoseparatevideosignals,onecarryingbrightness(luminance),theothercarryingcolor(chroma).AlsoreferredtoasY/Cvideo第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)76數(shù)字電視在50年代開(kāi)發(fā)電視技術(shù)時(shí)，用任何一種數(shù)字技術(shù)來(lái)傳輸和再現(xiàn)真實(shí)世界的圖像和聲音都是極其困難的，因此電視技術(shù)一直沿著模擬信號(hào)處理技術(shù)的方向發(fā)展，直到70年代才開(kāi)始開(kāi)發(fā)數(shù)字電視。由于數(shù)字技術(shù)具有許多優(yōu)越性，而且數(shù)字技術(shù)發(fā)展到足以使模擬電視向數(shù)字電視過(guò)渡的水平，電視和計(jì)算機(jī)才開(kāi)始融合在一起。第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)77優(yōu)點(diǎn)可直接進(jìn)行隨機(jī)存儲(chǔ)使電視圖像的檢索變得很方便，復(fù)制數(shù)字電視圖像和在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字電視圖像都不會(huì)造成質(zhì)量下降，很容易進(jìn)行非線性電視編輯。

第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)782024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.4電視圖像數(shù)字化數(shù)字化方法分量數(shù)字化(componentdigitization)對(duì)彩色空間的每個(gè)分量進(jìn)行數(shù)字化，如對(duì)YCbCr，YUV，YIQ或RGB顏色空間中的分量信號(hào)源錄像帶、激光視盤(pán)和模擬攝像機(jī)等輸出的彩色全電視信號(hào)數(shù)字化方法先分離后數(shù)字化。先把模擬的全彩色電視信號(hào)分離成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號(hào)用三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別對(duì)分量信號(hào)數(shù)字化先數(shù)字化后分離用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化在數(shù)字域中分離出YCbCr，YUV，YIQ或RGB顏色空間中的分量數(shù)據(jù)792024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.4電視圖像數(shù)字化(續(xù)1)BT.601數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR)于20世紀(jì)80年代初制定的彩色電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，RGB和YCbCr彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等彩色空間轉(zhuǎn)換BT.601的Y'CbCr分量用8位二進(jìn)制數(shù)表示R'G'B'分量使用相同的數(shù)值范圍[0,219]80/452024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.4電視圖像數(shù)字化(續(xù)2)采樣頻率CCIR為NTSC、PAL和SECAM彩色電視制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率：13.5MHz對(duì)PAL和SECAM：fs=625×25×N=15625×N=13.5MHz,N=864對(duì)NTSC：fs==525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,N=858N為每一掃描行上的采樣數(shù)目812024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.4電視圖像數(shù)字化(續(xù)4)有效顯示分辨率對(duì)所有制式，每一掃描行的有效樣本數(shù)均為720個(gè)每一掃描行的采樣結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9-8圖9-8ITU-RBT.601的亮度采樣結(jié)構(gòu)822024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.4電視圖像數(shù)字化(續(xù)5)CIF電視圖像格式CommonIntermediateFormat的縮寫(xiě)，可稱“公用中間分辨率格式”；CCITT規(guī)定的格式用于625行和525行的電視圖像具體規(guī)格見(jiàn)表9-5，其中QCIF(Quarter-CIF)——1/4公用中間分辨率格式SQCIF(Sub-QCIF)——小1/4公用中間分辨率格式832024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.5圖像子采樣圖像子采樣(subsampling)對(duì)彩色電視圖像進(jìn)行采樣時(shí)，可采用兩種采樣方法對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)采用相同的采樣頻率進(jìn)行采樣對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣圖像子采樣的概念對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)使用的采樣頻率低的采樣方法在數(shù)字圖像壓縮技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用最簡(jiǎn)便的圖像壓縮技術(shù)恐怕就要算圖像子采樣?；疽罁?jù)是人的視覺(jué)系統(tǒng)所具有的兩個(gè)特性人眼對(duì)色度信號(hào)的敏感程度比對(duì)亮度信號(hào)的敏感程度低，利用這個(gè)特性可把顏色信號(hào)去掉一些而使人不易察覺(jué)人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力有一定的限度，利用這個(gè)特性可把圖像中的高頻信號(hào)去掉而使人不易察覺(jué)842024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)常見(jiàn)的采樣格式4:4:4這種采樣格式不是子采樣格式，它是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、4個(gè)紅色差Cr樣本和4個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，每個(gè)像素用3個(gè)樣本表示4:2:2

在每條掃描線上，每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、2個(gè)紅色差Cr樣本和2個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用2個(gè)樣本表示4:1:1在每條掃描線上，每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示4:2:0

在水平和垂直方向上，每2個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)上取2個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示854:4:4YCbCr格式

4:2:2YCbCr格式

4:1:1YCbCr格式

4:2:0YCbCr格式

第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)862024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)圖9-9彩色圖像YCbCr樣本空間位置872024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視數(shù)字電視是什么英文名digitaltelevision/digitalTV，DTV數(shù)字電視是遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和數(shù)字傳輸技術(shù)提供質(zhì)量高于模擬的電視的圖像和聲音圖像使用MPEG-2Video標(biāo)準(zhǔn)，聲音使用MPEG-2Audio或杜比數(shù)字(DolbyDigital)標(biāo)準(zhǔn)采用的標(biāo)準(zhǔn)不斷修改，如已有公司開(kāi)始采用MPEG-4AVC/H.264標(biāo)準(zhǔn)882024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)1)傳輸方式數(shù)字電視的傳輸方式衛(wèi)星轉(zhuǎn)播：衛(wèi)星數(shù)字電視(digitalsatelliteTV)地面廣播：地面數(shù)字電視(digitalterrestrialTV)電纜傳輸：有線數(shù)字電視(digitalcableTV)傳輸數(shù)字電視需要數(shù)字電視播出系統(tǒng)，接收數(shù)字廣播電視需要數(shù)字電視機(jī)現(xiàn)用的模擬電視機(jī)增加機(jī)頂盒后可收看部分?jǐn)?shù)字電視節(jié)目數(shù)字電視機(jī)可收看模擬電視節(jié)目892024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)2)數(shù)字電視的原理以地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)(digital-terrestrial-televisionbroadcastingsystem，DTTB)為例在數(shù)字電視信號(hào)發(fā)送端，見(jiàn)9-15(a)視像信號(hào)經(jīng)過(guò)視像編碼器壓縮和編碼聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)聲音編碼器壓縮和編碼視像、聲音和其他數(shù)據(jù)或電視節(jié)目復(fù)合經(jīng)過(guò)多路復(fù)合器和傳輸格式生成器形成MPEG-2傳輸數(shù)據(jù)流(transportstream)通過(guò)前向錯(cuò)誤校正(FEC)編碼器、調(diào)制器和上行轉(zhuǎn)換器(upperconverter)發(fā)送到數(shù)據(jù)傳輸信道上902024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)3)圖9-15地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)[5]912024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)4)在數(shù)字電視信號(hào)接收端通過(guò)下行變換器(downconverter)、解調(diào)器、FEC解碼器、傳輸格式清除器、多路分解器和視像解碼器與聲音解碼器等功能塊，將來(lái)自數(shù)據(jù)傳輸信道的信號(hào)還原成視像信號(hào)、聲音信號(hào)和其他數(shù)據(jù)或其他電視節(jié)目在圖9-15中數(shù)據(jù)傳輸信道包括數(shù)字衛(wèi)星、無(wú)線廣播和數(shù)字電纜等傳輸媒體FEC(forwarderrorcorrection)編碼器稱為前向糾錯(cuò)編碼器，用于對(duì)MPEG-2傳輸數(shù)據(jù)流進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，其目的是用于糾正在數(shù)據(jù)傳輸信道受到干擾時(shí)引發(fā)的錯(cuò)誤922024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)5)數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)模擬電視有NTSC、PAL和SECAM三種主要標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字電視也有三種主要標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)的ATSCDTV(ATSC數(shù)字電視)標(biāo)準(zhǔn)[6]歐洲的DVB(數(shù)字電視廣播)標(biāo)準(zhǔn)[7]日本的ISDB(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播)標(biāo)準(zhǔn)[8]中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)有識(shí)之士認(rèn)識(shí)到要有我們國(guó)家自己的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，并要力爭(zhēng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，于2002年6月批準(zhǔn)成立了“數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組”，簡(jiǎn)稱“AVS(AudioVideoStandard)工作組”[9]，其任務(wù)是制定與其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG-4/H.264AVC)類(lèi)似的AVS標(biāo)準(zhǔn)932024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)6)美國(guó)ATSCDTV標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)(AdvancedTelevisionSystemsCommittee，ATSC)制定的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)涵蓋視像編碼、多聲道環(huán)繞聲、數(shù)據(jù)廣播、衛(wèi)星直播等方面的規(guī)范ATSCDTV標(biāo)準(zhǔn)系列中的主要標(biāo)準(zhǔn)和文檔見(jiàn)表9-6942024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)7)952024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)8)歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)DigitalVideoBroadcasting的縮寫(xiě)。1992年由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ETSI)制定的數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)由ETSI所屬的DVBProject小組負(fù)責(zé)維護(hù)、開(kāi)發(fā)和更新DVB的核心標(biāo)準(zhǔn)包括：DVB-T：地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)DVB-S：衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)DVB-C：有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)DVB-H：移動(dòng)數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)由于DVB標(biāo)準(zhǔn)具有較好的兼容性、開(kāi)放性強(qiáng)以及簡(jiǎn)單實(shí)用等特性，現(xiàn)已成為目前世界上影響力最大的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)體系DVB-S已成為世界性的數(shù)字衛(wèi)星電視標(biāo)準(zhǔn)，DVB-C也在全世界范圍內(nèi)被廣泛采納，成為世界性的有線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)962024年2月8日第9章數(shù)字電視基礎(chǔ)9.6數(shù)字電視(續(xù)9)日本ISDB標(biāo)準(zhǔn)IntegratedServicesDigitalBroadcasting的縮寫(xiě)，稱為“綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播”標(biāo)準(zhǔn)。日本數(shù)字廣播專家組（DigitalBroadcastingExpertsGroup，DiBEG）發(fā)布的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISDB的標(biāo)準(zhǔn)包括:ISDB-S：衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISDB-T：地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISDB-C：有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)2.6GHz帶寬的移動(dòng)廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)979.7數(shù)字電視圖像格式數(shù)字電視圖像格式簡(jiǎn)介ATSCDTV,DVB和ISDB都使用MPEG-2Video，理應(yīng)都支持該標(biāo)準(zhǔn)所有的圖像格式，但事實(shí)并非如此由于各種數(shù)字電視是從模擬電視發(fā)展而來(lái)的，因此圖像格式明顯帶有NTSC，PAL或SECAM彩色電視制的“痕跡”，包括圖像的尺寸和掃描頻率美國(guó)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)(ATSC)開(kāi)始只考慮了NTSC制，其掃描行數(shù)為525、刷新頻率為30Hz，定義了18種數(shù)字電視格式[9]，見(jiàn)表9-8。該標(biāo)準(zhǔn)將電視圖像格式分成三種類(lèi)型：(1)標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(ATSCSDTV)；(2)增強(qiáng)清晰度電視(ATSCEDTV)；(3)高清晰度電視(ATSCHDTV)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ETSI)同時(shí)考慮了PAL制