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第六章数字电视概述中国民航大学电子信息工程学院天津市智能信号与图像处理重点实验室王晓亮wxl_ee@126.com2电子信息工程学院数字电视原理第六章数字电视概述6.1数字电视的优点与发展6.2数字电视系统6.3视频的取样6.4视频的量化6.5标清数字电视参数3电子信息工程学院数字电视原理6.1数字电视的优点与发展数字电视的优点抗干扰能力强，噪声不积累；采编容易；易于集成，使通信设备微型化；易于加密处理，且保密性好；带宽小，传输频道多；使电视网与电话通信网、计算机互联网的融合成为可能。4电子信息工程学院数字电视原理6.1数字电视的优点与发展数字电视的发展阶段第一个阶段为个别电视设备的数字化阶段第二个阶段为全功能数字电视演播室阶段 第三个阶段为数字视频广播阶段5电子信息工程学院数字电视原理6.1数字电视的优点与发展数字电视三大传输标准美国的ATSC•1996年12月，美国联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommission，FCC)通过了美国数字电视地面传输标准，称之为ATSC(AdvangcedTelevisionSystemCommittee)欧洲的DVB•1993年，欧洲各国的许多广播电视组织和厂家共同确立DVB(DigitalVideoBroadcasting)，即数字视频广播项目 日本的ISDB－T•日本于1999年提出的地面数字电视广播标准为ISDB(IntegratedServicesDigitalBroadcasting)-T，又称为地面综合业务数字广播标准。6电子信息工程学院数字电视原理6.1数字电视的优点与发展数字电视国际发展概况1996年4月法国开播了第一个欧洲商业化数字电视广播。到1999年6月欧盟数字电视市场价值已经超过20亿欧元。在1997年12月～1999年6月期间，欧洲数字电视收人增长超过一倍。英国在1998年11月开始数字地面电视商业广播，其用户在2000年底已经达到101万2千。英国天空广播公司1998年7月开始卫星数字电视广播，到2002年底用户已超过500万。法国数字电视用户自1996年以来年均增长率157％，数字电视用广已占所有电视用户的10.3％。意大利自1996底以来年均增长率为220％。西班牙数字电视的用户1999年6月已经超过100万户，前一年的增长率接近300％。德国1999年6月数字电视的用户已经达到85.5万户。7电子信息工程学院数字电视原理6.1数字电视的优点与发展众所周知，日本曾经在模拟高清晰度电视研究和应用方面领先于全世界，使用MUSE制式的高清晰度电视卫星广播系统仍然在运行中。日本在1997年开始卫星数字广播，1999年下半年开始有线数字电视广播。日本政府日前宣布，到2011年全国范围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束模拟信号发送的历史。据调研机构iSuppli的最新调查报告显示，在未来四年内，全球数字电视的出货量每年将以44.5%的幅度递增。到2008年，全球数字电视出货量有望从今年的1990万台增至8660万台。全球数字电视销售额也将从2004年的314亿美元增至2008年的628亿美元。据调查结果显示，2004年北美市场上的数字电视出货量将占全球数字电视出货量的43%。而且在未来几年内也将引领全球数字电视的普及，其次是欧洲和日本市场。8电子信息工程学院数字电视原理6.1数字电视的优点与发展数字电视国内发展简介中央电视台1995年开始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送4套加密电视节目。1996以后省级电视台逐步使用数字压缩技术进行卫星电视节目传送覆盖，所使用的传输标准是DVB－S／MPEG－2。1998年底中国广播卫星公司建立起直播卫星广播试验平台，将中央电视台和各省台的上星节目集中起来以数字方式向全国传送中国广播电视数字化进程－“三步走”战略•2003年启动广播电视数字化•2005年开展数字卫星直播业务•2008年全面推广地面数字电视2015年停止模拟电视播出，实现数字广播电视有线、卫星和无线的全国覆盖9电子信息工程学院数字电视原理第六章数字电视概述6.1数字电视的优点与发展6.2数字电视系统6.3视频的取样6.4视频的量化6.5标清数字电视参数10电子信息工程学院数字电视原理6.2数字电视系统一般模拟通信系统框图信源基带信号生成模拟调制器信道模拟解调器基带信号解译信宿11电子信息工程学院数字电视原理6.2数字电视系统一般数字通信系统框图信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿12电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统信源编码器信源编码器信息序列模拟信号数字序列功能将模拟或数字信源的输出有效的变换为二进制数字信息序列─A/D─信源编码（数据压缩）参数─信源信息速率R(Rb)(bit/s)─比特周期Tb=1/Rb(s)13电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统信道编码器功能引入一定冗余以克服信号在信道中传输时所受噪声和干扰的影响参数─编码效率─码比特速率Rc=(n/k)*Rb(bit/s)RcRb─码比特周期Tc=1/Rc(s)TcTbbR信道编码器码字信息序列bTcRcTnk=η14电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统数字调制器功能将二进制信息序列映射到与信道特征相匹配的模拟信号波形参数─符号速率Rs=Rc/b(符号/s)─符号周期Ts=1/Rs(s)数字调制器波形符号码字cRcTsTsR010()1()stst→→bit(),1,2,...,M=2ibbstiM→=二进制调制b=1M元调制b=log2M15电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统信道含义将信号从发射机传送到接收机的物理介质功能传输信号一般特征─噪声─衰减─失真¾无线电磁信道¾有线信道¾光纤信道¾水声信道¾存储信道16电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统数字解调器功能接收受信道干扰的传输波形，并将波形转换为相应的数据符号和相应的二进制序列参数─误符号率SER:SymbolErrorRate17电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统信道解码器功能对接收二进制序列进行冗余校验参数─误比特率BER:BitErrorRate18电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统信源解码器功能根据信道解码器输出重建原始信号19电子信息工程学院数字电视原理信源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道解码器信源解码器信宿6.2数字电视系统相关标准JPEG、MP3、MPEG(ISO/IEC)、H26x(ITU-T)、AVSDVB：DVB-C、DVB-S、DVB-TCMMB：ChinaMobileMultimediaBroadcastingDTMB：DigitalTelevisionTerrestrialMultimediaBroadcasting20电子信息工程学院数字电视原理6.2数字电视系统数字电视系统基本组成21电子信息工程学院数字电视原理6.2数字电视系统复用TDM、FDM、CDM交织条件接收(ConditionalAccess,CA)22电子信息工程学院数字电视原理第六章数字电视概述6.1数字电视的优点与发展6.2数字电视系统6.3视频的取样6.4视频的量化6.5标清数字电视参数23电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样1.取样结构的选择24电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样1.取样结构的选择取样结构是指取样点在空间与时间上的相对位置，有正交结构和行交叉结构等。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。另外还有一种行交叉结构，每行内的取样点数为整数加半个。25电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样2.取样频率的选择在数字电视中，亮度信号取样频率的选择应该从以下4个方面考虑。（1）首先应该满足取样定理，即取样频率应该大于视频带宽的两倍。MHzffus122=≥26电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样2.取样频率的选择（2）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，即Hsfnf⋅=27电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样2.取样频率的选择（3）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。MHzmfs25.2⋅=28电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样2.取样频率的选择（4）编码后的比特率Rb=fs·n不可过高，其中n为量化比特数。29电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样2.取样频率的选择选定取样频率为MHzfs5.13=30电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样3.色度格式CCIR601号建议要求采用分量信号Y、U、V编码4:4:4；4:2:2；4:2:0；4:1:1取样点结构MHzfffbrccy5.13===4:4:4::=brccyfff31电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样YUVY:U:V=4:2:2MHzfffyccbr75.6)2/1(=⋅==32电子信息工程学院数字电视原理6.3视频的取样YUVY:U:V=4:2:0MHzfffyccbr375.3)4/1(=⋅==33电子信息工程学院数字电视原理第六章数字电视概述6.1数字电视的优点与发展6.2数字电视系统6.3视频的取样6.4视频的量化6.5标清数字电视参数34电子信息工程学院数字电视原理6.4视频的量化量化就是把幅度连续变化的信号变换为幅度离散的信号，这是模拟信号到数字信号的映射变换。显然，一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程将不可避免地带来量化误差。35电子信息工程学院数字电视原理6.4视频的量化量化器的设计原则 (1)给定量化器的量化电平数M，根据量化误差的均方值为最小来设计量化器； (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。36电子信息工程学院数字电视原理6.4视频的量化均匀量化器 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×ΔAM和n的取值主要是由量化信噪比决定的。37电子信息工程学院数字电视原理6.4视频的量化均匀量化器tAΔAΔAΔAΔAΔAΔAΔ0.51.52.53.54.55.56.502AΔ2AΔt幅度量化等级)(tf)('tf)('tf)(tf-舍入量化•△A:量化间距•f(t):视频信号•f’(t):量化后的电平函数值38电子信息工程学院数字电视原理6.4视频的量化均匀量化器 量化噪声功率Nq[]123)(1233222222AtTAdtteTNTTTTqΔ=•Δ==−−∫结论：量化分层幅度△A越小，量化误差引起的失真功率也越小。39电子信息工程学院数字电视原理6.4视频的量化均匀量化器视频信号（单极性信号）的量化信噪比nnqPPAAsmrNS232122)..(2•=Δ•Δ=−==噪声均方根值信号峰峰值量化信噪比用分贝表示:()nsmrNSndBqPP68.10232log20)..(+=•=⎥⎥⎦⎤⎢