数字电视基础知识介绍

数字电视基础知识介绍杨大振数字电视（DTV；Digital；Television）是指采用数字技术将活动图像和声音信号加以处理、压缩、编码，经储存或实时广播后供用户接收，播放的电视系统。称为数字电视系统，简称数字电视.第一节数字电视运载消息的工具即消息的载体（通常是以某种物理量来实现的，如声、光、磁、电等），而这种信号通常表现为某物理量的大小与时间的关系。如电信号就表现为电流或电压随时间的变化。第二节模拟信号与数字信号信号UT对话筒说话，将话筒的输出加在高灵敏度示波器上就能观察回到左图的波形。2.1模拟信号：信号的波形模拟信息的变化而变化，如下图的模拟音频信号101代表交通灯的红灯亮110代表交通灯的绿灯亮111代表交通灯的黄灯亮2.2数字信号：以一系列数据组的形式来代表信息，如下图:110111U101T2.3模拟信号与数字信号的异同相同之处：都能传送和代表相应的信息。不同之处：模拟信号——时间上的连续性，在有限的时间内有无限个样值。取值幅度上的连续性，在一定的动态范围内有无限多个取值。数字信号——时间上的离散性：有限时间范围内只有有限个样值。幅度上的离散性，不同进制的数字信号中只有进制规定的几种取值：如二进制2个取值。•优点：直观、电路实现方便。•缺点：在多级处理中各种指标均会处理级数的增加而劣化，易受系统噪声的干扰。模拟信号•优点：1.噪声在一定条件下不积累，抗干扰能力强。2.便于加密，3便于存储4.设备便于集成化。•缺点：1.处理电路相对复杂，占用带宽相对较宽；2.随着技术的成熟超大规模集成电路的应用及运算速度的提高，以及批量的应用显得并不重要。数字信号2.4模拟信号与数字信号的优缺点模拟信号的数字化过程为抽样、量化、编码。A）抽样：用一定的抽样频率（频率：每秒钟信号变化的次数）把时间上连续的模拟信号变成一段时间内的有限个样值信号。2.5模拟信号的数字化过程关开：让输入信号直接传送到输出端关：无论输入情况如何均无输出控制开关的频率：每秒钟开通的次数称为抽样频率输入开关inout模拟抽样输出开某个频率控制的开关输出在时间上连续的输入信号。经抽样后，输出信号变成了时间上离散的有限个样值。样值：一个离散的输出信号成为一个样值。其关系图示于上◆根据理论分析：设输入信号的最高频率成分为fm,抽样频率为fs◆当fs≥2fm时，抽样输出的信号可以无失真的还原为输入信号。称为奈奎斯特原理：若fs2fm输出信号将发生频语交叠。还原信号中将发生干扰。抽样频率的选择◆通常取fs=（2.2~2.7）fm，而把1/2fs称为奈奎斯特示样频率用fn表示。所谓的量化就是用有限个电平等级来近似代替实际的抽样值。B）量化：前面的抽样已完成了时间上的离散化，但每个样值的幅度在信号的动态范围内依然有无限个可能的取值，还必须进行量化。◆有限个电平等级可用M表示通常M=2ⁿ。M称为量化级数，N称为量化比特数。◆量化可以是均匀量化(每两个相邻量化级电平差相等)，也可以是非均匀量化（每两个相邻量化级电平差不相等）量化级数◆在广播电视系统中多使用均匀量化。◆量化级的选取对视频信号而言：通常M可选为256=28高质量要求时选为M=1024=210由于采用有限个量化级电平来近似实际的抽样值，两者间必然会有偏差，这种偏差称为量化误差，量化误差在信号还原的过程中会产生量化的噪声，而影响还原信号的信噪比。量化噪声对视频这种单极性信号而言因量化噪声对信噪比的影响经计算可表示为：S/N=6.02n+10.8（db）M=256=28即n=8对应S/N=58.96（db）高质量要求时取M=1024=210即n=10对应S/N=71（db）对于双极性的音频信号而言S/N=6.02n+1.76(db）1式2式音频信号量化时n的取值与系统要求信噪比有关例如：当n=12时S/N=6.02×12＋1.76=74(dB)当n=16时S/N=6.02×16＋1.76=98(dB)（1）（2）式两者的差异主要源于信号电平的定义不同：视频信号电平：不包含同步头的P-P值幅度音频信号电平：有效值以正弦波为例：20lg（2√2）=9.03（dB）相同峰-峰值时（它的峰-峰值与有效值关系为Up-p/Urms=2√2）音频信号电平比视频低9.03dB9.03+1.76=10.79≈10.8编码：将已量化的抽样值按规定的规则用数字序列表示的过程，通俗地说就是用某种规则的数据组来代表已经量化的抽样值的过程，完成这一过程的设备为编码器。作为最常用的例子，用n比特一组的自然二进制码来表示已量化的抽样值的过程。用M=28=256个抽样电平量化值。如果我们用8比特自然二进制数据组来代表它，则数据组00000000代表000000001代表1…………………11111110代表25411111111代表255Bit比特，是一个单位，a)两进制数的位数的单位，b)信息量的单位即8个比特两进制数据为一组，一组数据代表一个已量化的抽样值，每一组数据代表的量化值由8比特二进制数据组中每位的1、0值情况按自然二进制数与10进制数关系求得。通过抽样、量化和编码的处理，我们就完成了从模拟信号向数字信号的转化，通常也称A/D变换（AnalogtoDigital）A→D变化后的视频比特率：以CCIR601建议而言，8比特量化时，Y（亮度信号）比特率为13.5MHz8=108Mpbs。Cr.Cr每路比特率：6.75MHz8=54Mpbs总比特率为216Mpbs，太大无法传输，为此需要压缩。压缩：减少表示原数据项所用的比特数即压缩。数字视屏信号能压缩的依据：◆相关性冗余：空间相关性时间相关性结构相关性◆HVS：人体视觉系统冗余◆编码方法的冗余◆音频信息自身的相关性◆人耳对音频信号的听觉冗余度：掩蔽效应;A、频率掩蔽效应;B、时间掩蔽效应;◆编码方法的冗余音频信号的压缩依据数字视频信源压缩编码的几个主要标准1、MPEG-II由ISO国际标准化组织制定，1994年公布，是目前用得最多的一种标准，但编码效率相对较低，直播卫星用统计复用时每路电视节目2.1Mpbs（含音频）,通常标清电视使用时每路不低于2.5Mpbs。2、H.264是目前编码效率最高的一种标准，1.5Mpbs（含音频）已能做到标清水平，但面临专利收费问题。3、AVS我国自主知识产权的标准，其中视频部分已于2006年正式定为国标，编码效率于H.264相当，收端复杂度仅为H.264的70％，多种原因一直未被广泛采用，但最近国家发改委和工信部出文从2012年11月1日起一体化数字电视接收机和机顶盒必须支持AVS，实际上成为强制标准。音频压缩编码标准：1、MPEG-I，MPEG-II所推荐的MusiCAM（自适应掩蔽模型的通用子带综合编码和复用），它包含以下三层：地面国标终端将是MPEG-II、H.264、AVS三合一的要求第一层单声道192Kpbs立体声384Kpbs第二层单声道128Kpbs立体声256Kpbs（最常用）第三层单声道64Kpbs立体声128Kpbs2、另外还有Dilby（杜比）的AC-3水平同于第三层；3、MPEG-4中ACC格式的AAC高级音频编码技术同于第三层；4、DRA由广州广晟公司开发自主知识产权，水平同于第三层，在2007年1月正式成为中国电子产业音频编码标准的。由于我国管理体制的原因，很多技术标准会逐渐明朗。AVS和DRA会成为我国视频、音频信源压缩编码的标准，事业的发展是不能等待的，首先确定AVS视频+音频MPEG标准，最终过渡为AVS+DRA标准。结论个人意见第三节清晰度相关介绍◆清晰度：简言之图像清晰的程度◆人眼感觉：一定距离下单位面积上有效像素数量的多少，越多越清晰，数字电视中有三中清晰度◆SDTV：称为标准清晰度，在625行/50场的标准中，每帧图像每行的像素点为720个，有576个有效行表示为720*576。图像等级源于ITU-R（国际电信联盟，前身为CCIR国际无线电咨询委员会）601建议书中的4:2:2等级的图像质量是经过码率压缩编解码处理后达到的，对具有代表性的节目素材样本进行判定时，其主观评价质量优于PAL-D常规清晰度的电视的数字电视系统（DVD质量）。HDTV——高清晰度电视：在水平和垂直方向上的分辨力（有效像素个数）均约为SDTV的2倍左右，并具有16:9的幅型比。图像质量：正常视力的观众在离显示屏高度约三倍的距离处看到的图像质量达到和观看原始景物相同的感受。◆720P（1280*720）逐行描述；◆1080i（1920*1080）隔行描述；◆1080P（1920*1080）逐行描述；i——隔行扫描，p——逐行扫描有三种格式LDPC：低清晰度数字电视VCD质量。谢谢！