数字电视技术作业整理

第1页/共页第一讲：电视信号数字化和演播室标准1、电视信号数字化过程中，确定取样频率应考虑哪些因素？标清电视亮度信号的取样频率是多少？答：（1）①满足取样定理，即取样频率应该大于亮度视频带宽6MHz的两倍:fs≥12MHz②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。Hfs=n×f③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。即：fs=m×2.25MHz④由于编码后的比特率是fs的倍数。从降低码率考虑，显然fs选得越低越接近2fh越好。（2）在ITU-RBT601建议中，m=6，亮度信号取样频率：fs=13.5MHz。2、电视信号数字化过程，量化比特殊的选择应考虑哪些因素？答：（1）要考虑量化信噪比。量化比特数每增加1比特，信噪比上升6dB，也就是说量化比特数越高，信号质量越好。（2）考虑设备成本。数码率等于取样频率与量化比特数之积。即R=fs。n从上式可以看出，量化比特数越大,数码率越高。这不仅对元器件要求难度大,也会增加设备成本。3、计算SDI和HD-SDI串行接口和并行接口的码率？答：（1）SDI：对于4：2：2格式，10BIT量化，则SDI信号码率为：（13.5MHz+2*6.75MHz）*10=270Mb/s并行27Mb/s（2）HD-SDI：亮度信号采样频率74.25MHz，色差信号采样频率37.125MHz；量化10bit；则码率：74.25*10+37.125+37.125*10=1.485Gbps；并行148.5Mb/s4、电视信号数字化有哪几种色度格式？各有什么特点？答：共四种色度格式：4：4：4，4：2：2，4：2：0，4：1：11、4：4：4每场在水平和垂直方向每个亮度样点含一个色度样点，用于数字信号发生器、高级后期节目制作设备。（高质量）2、4：2：2每行中每两个亮度样点含一个色度样点，演播室设备用。（演播室专用）3、4：2：0每场在水平和垂直方向都是每两个Y样点含一个Cb和Cr样点，用于数字电视广播，流媒体等，用于降低数据传输率。（用户传输）4、4：1：1（早期低质量）5、写出数字电视亮度和色度量化电平数据值的计算公式？答：第2页/共页6、什么是AES/EBU接口？答：AES/EBU接口是由AES（美国音频工程协会）和EBU（欧洲广播联盟）开发的一个数字音频接口，大量民用产品和专业音频数字设备如CD机、DAT、MD机、数字调音台、数字音频工作站等都支持AES/EBU。其特点是：传输介质采用电缆；串行传输时先传输最低有效位；加入字节时钟标志以表明每个样值的开始；串行传输的数据流进行双相标志码编码。它无须均衡即可在长达100m的距离上传输数据，如果均衡，可以传输更远距离。它提供两个信道的音频数据（最高24比特量化），信道是自动计时和自同步的。它也提供了传输控制的方法和状态信息的表示(channelstatusbit)和一些误码的检测能力。它的时钟信息是由传输端控制，来自AES/EBU的位流。它的三个标准采样率是32kHz、44.1kHz、48kHz，当然许多接口能够工作在其它不同的采样率上。7、音频取样频率有哪些？答：44.1kHz、48kHz、32kHz。8、音频量化比特数是多少？答：20bit、16bit、18bit、24bit。9、什么是双向标志编码？有什么作用？答：双相标志码（BPM）指在每个数据比特周期的开始都有一个转换，而且在每个比特1的中间有一个转换。作用：在双相标志码的编码数据流中不会出现两个连续的1或0。这种数据流信号有一个重要特征：不看极性，只看数据比特单元的中间有没有转换就可知是1还是0。10、什么是音频的平衡和非平衡接口答：（1）平衡接口是用三根线：热端〔hot〕、冷端〔cold〕、地线〔Gnd〕来传送一路（单声道）音频信号。它是平衡信号，虽然有三个接头，但传送的只是一路单声道信号。（2）非平衡接口是用两根线：一根为信号线，一根为地线来传送一路（单声道）音频信号。非平衡音频信号传输过程，抗干扰能力较差11、数字音频是如何嵌入到标清数字视频数据流中？答：SDI数字视频信号的格式，是由美国SMPTE制定的信号传输标准，在数字视频信号的辅助数据区，可以嵌入四路数字音频信号。第3页/共页第二讲：信源压缩编码原理1、数字电视有什么优点？答：数字电视是与模拟技术相对应，从技术特征讲是指电视节目的采集、制作、编辑、播出、传输、接收的全过程都采用数字技术。与原来的模拟电视相比，数字电视有高清晰的电视画面，可与DVD相媲美；有优质的音响效果，由于采用了数字技术，使得数字电视的伴音更趋逼真；有抗干扰功能，数字电视受其它电器的干扰很小，因此画面稳定；扩展功能多，可增加上网、点播等。2、数字电视系统由哪些单元构成？答：主要由6个部分组成，即信号源端、压缩编码、系统复用、传输系统、传输网络及接收系统。3、数字电视系统主要涉及哪几类标准和关键技术？答：（1）数字电视的信源编解码技术国际上对数字图像编码曾制订了三种标准，分别是主要用于电视会议的H.261、主要用于静止图像的JPMG标准和主要用于连续图像的MPEG标准。在HDTV视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲和日本设有分歧，都采用MPEG-2标准。MPEG压缩后的信息可以供计算机处理，也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配。在音频编码方面，欧洲、日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比(Dolby)公司的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。但随着技术的进步，1994年完成的MPEG-2随着技术的进步现在显得越来越落后，国际上正在考虑用MPEG-4AVC来代替目前的MPEG-2。中国方面，中国的数字音视频编解码标准工作组制定了面向数字电视和高清激光视盘播放机的AVS标准。该标准据称具有自主知识产权，与MPEG-2标准完全兼容，也可以兼容MPEG-4AVC/H.264国际标准基本层，其压缩水平据称可达到MPEG-2标准的2-3倍，而与MPEG-4AVC相比，AVS更加简洁的设计降低了芯片实现的复杂度。（2）数字电视的复用系统数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。在HDTV复用传输标准方面，美国、欧洲、日本没有分歧，都采用了MPEG-2标准。美国已有MPEG-2解复用的专用芯片。（3）数字电视的信道编码及调制解调数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。4、说明卫星、有线以及地面数字电视广播前端系统框图的异同点？书23页最后一段第4页/共页5、数字电视是如何定义的？答：数字电视又称为数位电视或数码电视，是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的二进制数字流来传播的电视类型，与模拟电视相对。6、在数字视频信号中存在哪几种冗余信息？压缩这些冗余信息的主要方法有哪几类？答：空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余。压缩这些冗余信息的主要方法有JPEG、JPEG-2000、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.261、H.263、MPEG-7与MPEG-21。7、最常使用的运动估计方法是什么？块的大小与运动预测精度有什么关系？答：主要采用基于块的运动估计和补偿。采用不同大小的块进行帧间预测，可使运动估计的模型更接近物体的实际运动，因此运动估计得准确率得到提高。8、在预测编码中引起图像失真的主要原因是什么？答：预测编码是根据某一模型利用过去的样值对当前值进行预测，然后将当前样值的实际值与预测值相减得到的一个误差值，只对这一预测误差值进行编码。在预测编码系统中，预测量化器带来的量化误差。9、在预测编码系统中，为什么编码端用重建值而不是用原始值作为预测的参考值？10、正交变换的主要性质是什么？答：能量守恒性；能量集中性；去相关性；熵保持性。11、简述可变长编码（VLC）的基本方法。答：VLC的基本思想是对一组出现概率各不相同的信源符号，采用不同长度的码字表示，对出现概率高的信源符号采用短码字，对出现概率高的信源符号采用长码字。12、简要说明Huffman编码的性质。答：（1）Huffman方法构造出来的码不是惟一的。主要原因有两个：一是在两个符号概率相加给两条支路分配“0”和“1”时，这一选择是任意的；二是当两个信息的概率相等时，“0”和“1”分配也是随意的。（2）Huffman编码对不同的信源其编码效率是不同的。当信源各事件的概率按2的幂分布时，Huffman编码的编码效率达到100%，即平均码长等于熵；当信源各事件概率相等时，编码效率最低，是等长码。（3）Huffman编码中，没有一个码字是另一个码字的前缀，因此，每个码字惟一可译。第5页/共页13、简述算术编码的主要特点。答：算术编码的自适应模式中各个符号的概率初始值都相同，之后，信源符号的概率根据编码时符号出现的频繁程度动态地进行修改。当信源符号概率比较接近时，算术编码的效率要高于Huffman方法。缺点是实现方法要比Huffman编码复杂一些，尤其是硬件实现。算术编码也是一种对错误很敏感的编码方法，如果有一位发生错误就会导致整个消息译错。14、简述JPEG视频压缩编码原理。答：DCT、量化、熵编码（1）预处理：像块分割、直流电平下移（2）DCT变换：去除图像数据的空间冗余（3）量化：去除视觉冗余（4）之字形扫描：编码时为了制造更长的0游程提高编码效率（5）DC系数的DPCM编码（6）可变长熵编码：为了消除码字的统计冗余，对量化后的DCT系数数据进行可变长熵编码15、在DCT变换之后进行“之字形”扫描的目的是什么？答：经过之字形扫描读出后把二维系数矩阵转换为一维数据序列，如果后续的系数全部为0，用EOB表示块结束。这样可以得到较长的0游程，提高编码效率。第6页/共页第7页/共页第四讲：MPEG2视频压缩编码原理1、简述MPEG-1和MPEG-2的区别。答：MPEG-2是MPEG-1的兼容和扩展。可广泛用于各种速率（2~20Mbps）和各种分辨率的情况，而且可接受隔行扫描的输入信号。在MPEG-2中，视频序列可以是隔行扫描的，也可以是逐行扫描的，而在MPEG-1中视频序列只能是逐行的。在MPEG-2中图像的色度格式还包括4:2:2和4:4:4格式,在MPEG-1中，图像的色度格式是4:2:0。2、MPEG-2视频中的型和级是如何定义的？答：为了解决通用性和特定性的矛盾，MPEG-2标准规定了四种输入图像格式，称为级。级表示MPEG-2编码器输入端的新源图像格式。低级LL、主级ML、高级H1440L、高级HLMPEG-2规定了不同的压缩处理方法称为型。简单型、主型、信杂比可分级型、空间可分级型、高型、4:2:2型。3、简述MPEG-2视频压缩中的I、B、P帧的定义和特点。答：MPEG-2定义了三种编码图像，它们是帧内编码I帧、前向预测编码P帧、双向预测编码B帧。I：仅利用该帧图像本身信息进行编码，即直接进行DCT变换、量化和熵编码。压缩比不高。P：由于使用运动补偿，P帧比I帧压缩更大，并可作为后面P/B帧的基准，会传播误码。压缩比大于I帧的压缩比。B：双向预测编码图像,它既用过去的帧作基准，也用未来的帧作基准，即前向和后向预测都有，预测精度较高。B帧压缩最大，且不传播误码。4、在压缩和解压缩过程中引起图像失真的主要原因是什么？答：量化过程带来的量化误差。5、MPEG-2的可分级编码有哪几种类型？答：时间可分级(TemporalScalability)、空间可分级(SpatialScalability)、信噪比可分级（SNR