第一章 電視基本原理

第一章電視基本原理電視是將實際的或記錄的活動圖像（景物）和聲音變換成電信號，通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線電波傳送至遠(yuǎn)處，在接收端即時重現(xiàn)活動圖像和聲音的技術(shù)。電視系統(tǒng)由三個基本部分組成：光電、聲電轉(zhuǎn)換部分視頻、音頻電信號的傳輸（直接傳輸或調(diào)制后傳輸）電光、電聲轉(zhuǎn)換部分電視有黑白、彩色之分根據(jù)電視圖像分解力，有標(biāo)準(zhǔn)清晰度和高清晰度電視之分電視信號還有模擬電視信號和數(shù)字電視信號之分模擬電視原理電視傳像原理黑白全電視信號電視系統(tǒng)的分解力三基色原理和三基色信號PAL制彩色電視簡介電視信號的調(diào)制傳輸數(shù)字電視原理模擬信號數(shù)字化的基本過程我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)我國高清數(shù)字電視（HDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)第一章電視基本原理第一章電視基本原理§1、模擬電視原理一、電視傳像原理3、逐行掃描：是指在圖像上從上到下一行緊跟一行的掃描方式。1、像素：電視傳像的方法是將光圖像分解為許多小單元，這些組成圖像的最小單元稱為像素。2、掃描：在電視技術(shù)中，順序傳送像素信息的過程稱為掃描。電視圖像的實際掃描順序是按從左到右（行掃描）、從上到下（場掃描）一行一行進(jìn)行，掃描完第一幀后再重復(fù)掃描第二幀。4、隔行掃描：將一幀圖像分為兩場進(jìn)行掃描，第一場掃1，3，5，7…等奇數(shù)行第二場掃2，4，6，8…等偶數(shù)行，并分別稱為奇數(shù)場和偶數(shù)場。第一章電視基本原理6、電光轉(zhuǎn)換：在顯像管中，電子槍發(fā)射電子束，轟擊涂在熒光屏上的熒光粉使其發(fā)光實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，電信號控制電子束的強(qiáng)度。為實現(xiàn)掃描，在水平偏轉(zhuǎn)線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈中分別鋸齒波電流，在管內(nèi)形成相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)磁場實現(xiàn)。§1、模擬電視原理一、電視傳像原理5、場頻：根據(jù)人眼的視覺特性，為保證圖像的連續(xù)性，為使重現(xiàn)的圖像不產(chǎn)生閃爍感，又考慮到電視機(jī)生產(chǎn)初期為減小交流電源干擾的影響，場頻選為50HZ。因此隔行掃描在保證分解力不下降和畫面無大面積閃爍的情況下，幀頻下降一半，圖像信號的帶寬也下降一半。7、行正程、行逆程；場正程、場逆程8、掃描光柵：在電視技術(shù)中，不考慮圖像內(nèi)容，只由電子束掃描形成的掃描線結(jié)構(gòu)稱為掃描光柵。9、幅型比：掃描光柵的水平寬度與垂直高度之比，又稱為寬高比。早期統(tǒng)一規(guī)定為4:3，且規(guī)定在畫面高度的4~6倍的距離觀看圖像最為適宜。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理一、電視傳像原理10、掃描參數(shù)：我國標(biāo)清電視系統(tǒng)（625/50系統(tǒng)）規(guī)定采用隔行掃描幀頻fF為

，幀周期為

；場頻fF為

，幀周期為

；每幀的總掃描行數(shù)為

；每場的總掃描行數(shù)為

；場正程為

，場逆程為

；行頻為

，行周期為

，行正程為

，行逆程為

。25HZ40ms50HZ20ms625行312.5行287.5行25行15625HZ64μs52μs12μs第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號全電視信號是指包含圖像信號和全部輔助信號（不包括聲音）在內(nèi)的完整的視頻信號，可在一條傳輸通道中傳輸。而接收端只要接收到全電視信號就能正確地重現(xiàn)出發(fā)送端所傳輸?shù)膱D像。黑白全電視信號由圖像信號、復(fù)合消隱信號、復(fù)合同步信號、槽脈沖和均衡脈沖按一定方式組合在一起形成的。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號1、圖像信號在黑白電視中，圖像信號是攜帶圖像明、暗信息的電信號，它是通過掃描把圖像上不同明暗的像素分布變換成強(qiáng)弱隨時間變化的電信號。按圖像信號的電平高低和所反映圖像亮暗的對應(yīng)關(guān)系，圖像信號有正極性和負(fù)極性兩種。0t10%白淺灰灰深灰黑75%U/Um0t10%白淺灰灰深灰黑75%U/Um52μs正極性亮度遞減信號負(fù)極性亮度遞減信號第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號2、復(fù)合消隱信號（場消隱、行消隱）復(fù)合消隱信號的主要作用是讓顯像管的電子束在行、場掃描逆程（回掃）時間截至，使熒光屏看不到電子束的回掃線。另一個作用是當(dāng)將它加入圖像信號時，為圖像信號提供一個固定的參考電平，即圖像信號是以消隱電平為基準(zhǔn)電平的，消隱電平一般與黑電平一樣。行消隱脈沖每行一個，場消隱脈沖每場一個，在我國標(biāo)清電視標(biāo)準(zhǔn)中，行消隱脈沖標(biāo)稱寬度為12μs

，場消隱脈沖標(biāo)稱寬度為25TH＋12μs

＝1612μs

。tu75%12μs1612μs25TH+12μs場消隱脈沖復(fù)合消隱信號行消隱脈沖第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號3、復(fù)合同步信號（場同步、行同步）復(fù)合同步信號的作用是提供保持掃描步調(diào)一致的控制指令，在電視系統(tǒng)中規(guī)定：行同步脈沖指示開始行掃描逆程的時間，場同步脈沖指示開始場掃描逆程的時間。我國標(biāo)清模擬電視規(guī)定：行同步脈沖前沿為一行的開始，寬度為4.7μs

，行同步脈沖的前沿比行消隱脈沖前沿滯后1.5μs

。場同步脈沖前沿為一場的開始，幅度和行同步相同，寬度為2.5TH＝

160μs

，場同步脈沖的前沿比場消隱脈沖前沿滯后2.5TH＋一個行消隱前肩＝（160＋1.5）μs

。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號3、復(fù)合同步信號（場同步、行同步）復(fù)合同步信號、復(fù)合消隱信號和圖像信號采用電平疊加方法（即根據(jù)電平不同加以區(qū)分）組合成全電視信號傳送。4.7μs2.5TH=160μstu75%12μs1612μs25TH+12μs復(fù)合消隱信號與復(fù)合同步信號的疊加波形100%行同步場同步行消隱場消隱行消隱前肩1.5μs場消隱前肩（160＋1.5）μs第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號4、槽脈沖和均衡脈沖為使場同步信號期間不丟失行同步信號，采取了在場同步脈沖內(nèi)每隔半行開一個凹槽（稱為槽脈沖）的措施，來代替行同步。每個場同步脈沖期間形成5個槽脈沖，每個槽脈沖寬度規(guī)定為4.7μs（即等于行同步脈沖的寬度），并規(guī)定槽脈沖的上升沿（后沿）對應(yīng)于行同步脈沖的上升沿（前沿）。為消除誤差Δt，保證積分電路起始電平相同，從而確保奇數(shù)場、偶數(shù)場的掃描線均勻正確嵌套，在場同步期間及其前后2.5行內(nèi)，將行同步脈沖的頻率提高一倍，并將脈沖寬度減小一半，稱為均衡脈沖。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號4、槽脈沖和均衡脈沖第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號5、黑白全電視信號第一章電視基本原理§1、模擬電視原理二、黑白全電視信號6、說明電視信號的行序號（簡稱行序）不是按圖像上行的位置編號，而是按掃描順序編號，即以信號的時序作為行序標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定：奇數(shù)場場同步前沿為一幀第一行的開始，行序自此處計數(shù)。計數(shù)到312.5行，即313行的中點，是該場結(jié)束，即偶數(shù)場的起點，那里也是偶數(shù)場場同步的前沿。行序接著往下計數(shù)，直至625行，完成一幀。由此看來，所謂每幀的第一行，并非是奇數(shù)場掃描正程中顯示在光柵頂部的首行，它是隱匿于場消隱期間的，而奇數(shù)場內(nèi)重現(xiàn)出圖像的首行應(yīng)該是第23行的后半行。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理三、電視系統(tǒng)的分解力1、分解力和清晰度電視系統(tǒng)的分解力是描述電視系統(tǒng)分解、傳輸圖像細(xì)節(jié)的能力，是一個可測量的客觀指標(biāo)。清晰度是指人眼對電視系統(tǒng)重現(xiàn)圖像清晰度的主觀感覺，它和多個因素有關(guān)。顯然，電視系統(tǒng)對圖像分解的像素越多，分解力也越高。在電視系統(tǒng)中，沿畫面垂直方向分解圖像細(xì)節(jié)的能力稱為垂直分解力；沿畫面水平方向分解圖像細(xì)節(jié)的能力稱為水平分解力。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理三、電視系統(tǒng)的分解力2、垂直分解力電視系統(tǒng)的垂直分解力取決于一幀圖像有效掃描行數(shù)，即垂直方向的像素數(shù)。在625/50系統(tǒng)中：有效掃描行數(shù)Z’＝

575行，所以理想的垂直分解力M＝575TVL（電視線），即垂直方向最多能顯示575條黑白相間的水平條紋。然而，實際的垂直分解力要小于有效掃描行數(shù)，因為攝像器件的掃描行不一定正好落在黑、白條上，往往會覆蓋一部分黑條和一部分白條，所以要打個折扣。通常實際的垂直分解力可用下公式計算：M’＝Ke×Z’Ke稱為凱爾系數(shù)，0.5＜Ke

＜1，一般取Ke

＝0.65~0.75。對于我國的625/50系統(tǒng)，如果取Ke

＝0.75，實際垂直分解力只有431TVL。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理三、電視系統(tǒng)的分解力3、水平分解力影響電視系統(tǒng)水平分解力的因素有三個：一是攝像器件沿水平方向的光電轉(zhuǎn)換單元（像素）數(shù)；二是視頻通道的通頻帶；三是顯示器件在水平方向所能重現(xiàn)的像素數(shù)。電視系統(tǒng)對水平分解力都有一定的要求，水平分解力高，圖像的清晰度會相應(yīng)提高，但水平分解力過高，圖像信號的帶寬太寬，必然會增加傳輸?shù)碾y度和電視設(shè)備的復(fù)雜性。最合適（稱為相匹配）的水平分解力指標(biāo)是等于垂直分解力（即單位長度內(nèi)所包含的像素數(shù)相等）。設(shè)垂直分解力為M，水平分解力為N，畫面幅型比為4:3，則：N＝（4/3）M當(dāng)理想垂直分解力為575TVL時，則理想水平分解力為N＝767TVL。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理三、電視系統(tǒng)的分解力3、水平分解力由于圖像信號的最低頻率接近于0，所以圖像信號的帶寬近似等于它的最高頻率，而圖像信號的最高頻率取決于圖像內(nèi)容，但它的上限和水平分解力有關(guān)。已知我國標(biāo)清電視的行掃描正程時間為52μs（行掃描逆程系數(shù)，α=THr/TH=18%

），如果水平分解力為104TVL，則此時掃描相鄰兩條黑白條紋的時間為1μs，故此時圖像信號的最高頻率為1MHZ。因此，對于我國的標(biāo)清電視，1MHZ通頻帶對應(yīng)的水平分解力為104TVL。理想水平分解力767TVL要求的通頻帶約為7.37MHZ。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理三、電視系統(tǒng)的分解力3、水平分解力與實際垂直分解力431TVL相匹配的水平分解力是575（431×4/3）TVL，此時對應(yīng)的通頻帶寬度為5.5MHZ（575/104）。我國模擬標(biāo)清電視系統(tǒng)規(guī)定的通頻帶△f＝6MHZ，它和理想水平分解力所對應(yīng)的圖像信號最高頻率fmax（7.37MHZ）的關(guān)系是：△f＝KeH×

fmax

＝0.81fmaxKeH稱為水平凱爾系數(shù)。由于水平凱爾系數(shù)稍大于垂直凱爾系數(shù)，所以我國模擬標(biāo)清電視系統(tǒng)的水平分解力稍大于垂直分解力。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理四、三基色原理和三基色信號1、三基色原理自然界中幾乎所有常見的彩色都能由三種線性無關(guān)的色光混配出來，這三種線性無光的色光稱為基色，該原理稱為三基色原理。三基色必須相互獨立三基色按不同比例混合，可得到自然界絕大多數(shù)顏色合成彩色的亮度決定于三基色的亮度和合成彩色的色度取決于三基色的比例第一章電視基本原理§1、模擬電視原理四、三基色原理和三基色信號2、三基色信號根據(jù)三基色原理，一幅彩色圖像，可以分解為紅綠藍(lán)三幅基色圖像加以傳輸，而每幅基色圖像又和黑白圖像相似，分別進(jìn)行像素分解、光電轉(zhuǎn)換，并通過掃描順序讀出，得到三個電信號，這三個電信號就是三基色信號，分別稱為紅、綠、藍(lán)基色信號，用R、G、B表示。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理四、三基色原理和三基色信號2、三基色信號在電視圖像的重現(xiàn)端，每個像素由紅、綠、藍(lán)三個發(fā)光單元組成，電信號分別控制其亮度，便可得到彩色圖像。對于彩色顯像管，它有R、G、B三支電子槍或一個電子槍發(fā)射R、G、B三條電子束，分別轟擊各自像素單元的熒光粉，這樣，三基色信號控制電子束強(qiáng)度就可以產(chǎn)生彩色圖像。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介1、亮色分離技術(shù)為實現(xiàn)和黑白電視兼容，并減小彩色信號的帶寬，彩色電視都不直接傳送三個基色信號，而是傳送經(jīng)線性變換的另外三個信號，它們是亮度信號和兩個色差信號。亮度信號攜帶亮度信息，兩個色差信號攜帶圖像的色調(diào)和色飽和度信息，合稱色度信號。由于人眼對紅、綠、藍(lán)三基色的亮度感覺有不同的靈敏度，因此，在用三個基色電壓R、G、B組成亮度信號電壓（用Y表示）時應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訖?quán)，經(jīng)計算Y為：y＝0.30R＋0.59G＋0.11B在彩色電視系統(tǒng)中，選定兩個色度信號的原則有兩個：一是兩個信號都必須是有R、G、B按一定比例組合而成，而且它們之間以及與亮度信號之間都必須是線性無關(guān)的；二是兩個信號不含亮度信息，只表示圖像的色調(diào)和色飽和度。經(jīng)分析證明，最合適的是選用R－Y和B－Y兩個信號作為色度信號，稱為色差信號，其表示式為：R－Y＝0.70R－0.59G－0.11BB－Y＝－0.30R－0.59G＋0.89B第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介1、亮色分離技術(shù)當(dāng)Y、R－Y、B－Y選定后，G－Y信號就不用傳送了，因為它不是獨立的，可以由Y、R－Y、B－Y導(dǎo)出，經(jīng)推導(dǎo)：G－Y＝（－0.39/0.59）（R－Y）－（0.11/0.59）（B－Y）根據(jù)以上關(guān)系，在接收端收到Y(jié)、R－Y、B－Y信號后，可按上式構(gòu)成的矩陣電路得到G－Y，再按下式由加法器電路恢復(fù)出R、G、B三基色信號：R＝Y(jié)＋（R－Y）G＝Y(jié)＋（G－Y）B＝Y(jié)＋（B－Y）第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介2、混合高頻技術(shù)由于人眼對彩色細(xì)節(jié)的分辨力是對黑白細(xì)節(jié)分辨力的1/3~1/5，因此，色差信號R－Y、B－Y的帶寬可以減小到只有亮度信號的1/3~1/5。在PAL制彩色電視中，色差信號的帶寬選擇為0~1.3MHZ。這就表示PAL制彩色電視只有在1.3MHZ以下的頻率成分才有色調(diào)和色飽和度信號，即在大面積上是彩色的；而1.3MHZ以上的頻率成分只有亮度信息，即圖像的細(xì)節(jié)、輪廓是黑白的，這就是混合高頻原理。也就是說，混合高頻原理是利用人眼對彩色細(xì)節(jié)分辨力低的特點，對1.3MHZ以下的圖像信號能保證重現(xiàn)出準(zhǔn)確的色度，對1.3MHZ以上的圖像細(xì)節(jié)，則由亮度信號代替。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介2、混合高頻技術(shù)R、G、B三基色信號經(jīng)過矩陣電路后形成Y、R－Y、B－Y信號后，兩個色差信號分別經(jīng)過截至頻率為1.3MHZ的低通濾波器，得到帶寬為（0~6MHZ）的Y信號和兩個帶寬為（0~1.3MHZ）的色差信號（R－Y）L、（B－Y）L。由于低通濾波器會對視頻信號產(chǎn)生延時，所以在亮度通道中加入了相應(yīng)的附加延時予以均衡?；旌细哳l技術(shù)的使用既大大減小了傳輸信號的帶寬，又使圖像的質(zhì)量令人滿意。矩陣延時低通低通RGBYR－YB－YY（R－Y）L（B－Y）L第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介3、正交平衡調(diào)幅技術(shù)使用混合高頻技術(shù)，已經(jīng)將原來需要傳輸三個帶寬為6MHZ的基色信號，變成了一個帶寬為6MHZ的Y信號和兩個帶寬為1.3MHZ的色差信號。然而為了實現(xiàn)兼容，還必須在原亮度信號的6MHZ的頻帶范圍內(nèi)，同時傳送亮度信號和兩個色差信號，實現(xiàn)頻帶共用。為此，PAL制彩色電視采用了以下兩個措施：（1）使用正交平衡調(diào)幅技術(shù)將兩個色差信號分別調(diào)制在頻率相同、相位相差90°的兩個載波上，使它們僅占用一個信號調(diào)幅的頻帶，該信號稱為色度副載波；（2）合理地選擇選擇色度副載波的載頻，使色度副載波的頻譜落在Y的高頻端，并和Y信號頻譜錯開（稱為頻譜間置），然后將色度副載波加在Y信號中加以傳輸。Y信號（包括復(fù)合消隱、復(fù)合同步）加入色度副載波后稱為彩色全電視信號。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介3、正交平衡調(diào)幅技術(shù)在色度副載波和亮度信號相加形成彩色全電視信號時，波形的動態(tài)范圍將大大超過黑白電視規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電平范圍。超出白電平過多部分會使發(fā)射機(jī)過調(diào)制，低于黑電平過多部分又會破壞電視機(jī)的正常同步。因此，在PAL制彩色電視中，真正對副載波進(jìn)行正交平衡調(diào)幅的是經(jīng)過幅度壓縮的色差信號，稱為U、V信號。U、V信號和R－Y、B－Y的關(guān)系如下：U＝0.493（B－Y）V＝0.877（R－Y）實踐證明：使用U、V信號既不至于使色度信號變得過弱，又不會使彩色全電視信號的動態(tài)范圍過多超出黑白電視規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介4、V分量逐行倒相技術(shù)PAL制為了克服色度副載波對相位失真過于敏感的特點（也就是克服NTSC制的缺點），使用了V分量逐行倒相技術(shù)，其色度副載波信號的表達(dá)式為：F＝Usinωst±Vcosωst±V表示V分量逐行倒相，ωs為副載波的角頻率。如果將相鄰兩行的色度副載波信號分開寫，則為：FN＝Usinωst＋Vcosωst，稱為不倒相行或NTSC行；FP＝Usinωst－Vcosωst，稱為倒相行或PAL行。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介5、頻譜間置技術(shù)為了實現(xiàn)兼容，亮度信號和色度信號必須共用一個頻帶，即在亮度信號6MHZ的頻帶范圍內(nèi)出了傳送亮度信號之外還需同時傳送兩個色差信號。由于電視信號是通過對圖像一行一行掃描形成的，而相鄰行間又有相關(guān)性，致使亮度信號和色差信號的頻譜都具有以行頻為間距的梳齒狀結(jié)構(gòu)，能量集中在行頻及其行頻諧波的周圍?？紤]到V分量的逐行倒相，要使色度副載波的頻譜落在Y信號高頻端頻譜的空隙處，實現(xiàn)頻譜間置，實用的色度副載波載頻fs為：fs＝（284－1/4）fH＋25HZ＝4.43361875MHZ記為4.43MHZ。式中所表示的色度副載波和行頻的關(guān)系稱為1/4行間置。第一章電視基本原理§1、模擬電視原理五、PAL制彩色電視簡介5、頻譜間置技術(shù)在對正交平衡調(diào)幅信號進(jìn)行解調(diào)時，必須采用同步檢波。這就要求在全電視信號中提供一個能代表色度副載波頻率和相位的信號，接收端依據(jù)這個信號恢復(fù)出同步檢波所需的連續(xù)的基準(zhǔn)副載波。色同步信號就是代表平衡調(diào)幅色度副載波頻率和相位的信號。色同步信號被安放在行消隱脈沖的后肩上，起始時刻在行同步脈沖前沿之后5.6μs，寬度約2.25μs，包含約10個周期的副載波信號。色同步信號相位一行為135°，代表不倒相行，一行－135°，代表倒相行。4.7μs5.6μs2.25μs行消隱行同步色同步h第一章電視基本原理§1、模擬電視原理六、電視信號的調(diào)制傳輸在我國標(biāo)清模擬電視系統(tǒng)中，彩色全電視信號（視頻信號）頻帶寬度為0~6MHZ，伴音信號頻帶寬度為40HZ~15KHZ。如果要將這兩個基帶信號通過無線電波（地面開路廣播）或有線電視電纜傳送到接收用戶，必須要把它們調(diào)制在射頻載波上。4.436.51.250.756f/MHZfPfSfSc1.30.251.38第一章電視基本原理§1、模擬電視原理六、電視信號的調(diào)制傳輸在我國地面開路廣播和有線電視標(biāo)準(zhǔn)中，模擬視頻信號的調(diào)制方式為殘留邊帶調(diào)幅，并采用負(fù)極性調(diào)制（用負(fù)極性視頻信號取調(diào)制載波），伴音信號的調(diào)制方式為調(diào)頻。伴音信號的載頻比圖像載頻高6.5MHZ。圖像信號和伴音信號在兩個通道分別對各自的載波進(jìn)行殘留邊帶調(diào)幅和調(diào)頻后，由一幅發(fā)射天線發(fā)射出去。一路殘留邊帶調(diào)幅的圖像信號和其調(diào)頻的伴音信號組成一路電視廣播信號，占用8MHZ的帶寬，稱為一個頻道。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理隨著視頻數(shù)字壓縮技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，廣播電視的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化并開始向數(shù)字高清晰度電視過渡的嶄新階段。電視信號的數(shù)字化有以下優(yōu)點：信號的處理、存儲不會影響信噪比：由于數(shù)字信號只有高低兩個電平，所以只要在處理、傳輸和存儲過程中引入的雜波不影響最后高低電平的判決，就不會降低信噪比。節(jié)省頻帶：電視信號數(shù)字化后可以進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，使數(shù)據(jù)量大大減少，加上使用先進(jìn)高效的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，可在一個標(biāo)準(zhǔn)模擬電視頻道（8MHZ）傳輸4~6套標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視節(jié)目，大大提高頻帶的利用率。數(shù)字電視經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮后可在網(wǎng)上傳輸，實現(xiàn)資源共享、視頻點播。電視信號數(shù)字化后可使電視節(jié)目的表現(xiàn)手法更加豐富，很容易通過改變算法來制作出豐富多彩的特技效果，以達(dá)到最佳的藝術(shù)效果。模擬電視信號數(shù)字化的基本過程包括取樣、量化、編碼三個部分。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程1、取樣把時間上連續(xù)的模擬信號變成時間上離散的模擬信號t0原始模擬信號0原始模擬信號的頻譜第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程1、取樣把時間上連續(xù)的模擬信號變成時間上離散的模擬信號t0246抽樣后的離散樣點序列0離散樣點序列的頻譜第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程1、取樣說明：要從經(jīng)取樣的模擬信號中恢復(fù)出模擬信號f（t），必須通過截止頻率為fm的低通濾波器，即低通濾波是取樣的逆過程。為了使取樣頻率基波的下邊帶不干擾f（t），要求取樣脈沖的頻率fs大于或等于2fm。如果取樣頻率fs＜2fm，將產(chǎn)生頻譜重疊，從而對恢復(fù)的原模擬信號會產(chǎn)生干擾（稱為混疊干擾）。為了防止出現(xiàn)混疊失真，在取樣頻率確定后，必須由一個低通濾波器（稱為前置濾波器）來限定被取樣信號的上限頻率，以避免不必要的高頻成分（包括雜波）帶來的混疊干擾。由于前置濾波器以及在恢復(fù)原模擬信號時用的低通濾波器，其截止特性不可能很陡，截止邊沿總有一定寬度，所以一般取樣頻率fs

取2.2fm~2.7fm。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程1、取樣說明：由于取樣脈沖有一定的寬度，它對模擬信號進(jìn)行取樣所得到樣值實際上是其寬度內(nèi)的平均值，這就意味著取樣過程抹平了取樣脈沖寬度期間信號電平的變化，其結(jié)果是使信號的高頻有所衰減，為此，需要在數(shù)/模轉(zhuǎn)換時進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。在對電視信號數(shù)字化時，取樣頻率的選擇還應(yīng)考慮使取樣結(jié)構(gòu)正交。所謂正交取樣結(jié)構(gòu)是指每場、每幀的取樣點沿垂直方向上下對齊排列。正交取樣結(jié)構(gòu)對信號的延時、存儲和特技處理都有好處，因為延時和存儲一行、一場或一幀都比較簡單，它是取樣周期的整數(shù)倍。顯然，為了保證取樣結(jié)構(gòu)正交，要求取樣頻率為行頻的整數(shù)倍。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程2、量化：將每個取樣點的電平值用離散的有限個電平值表示，即使幅度上連續(xù)變化的模擬值變?yōu)榉壬想x散變化的模擬值。量化通常采用四舍五入法，例：假設(shè)模擬信號的動態(tài)范圍為0V~1.6V，取8個量化電平（即量化電平數(shù)M為8），它們是0.1V、0.3V、0.5V、0.7V、0.9V、1.1V、1.3V、1.5V。相鄰兩個量化電平的差值稱為量化間距，用Q表示，本例的Q＝0.2V。量化過程如下：凡是0V~0.2V之間的樣值都用0.1V表示，凡是0.2V~0.4V之間的樣值都用0.3V表示，凡是0.4V~0.6V之間的樣值都用0.5V表示，依次類推。t0.00.20.40.80.61.01.21.4幅度1.60.10.30.70.50.91.11.31.5Q12345取樣點數(shù)第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程2、量化在上例中所有的量化間距都是相等的，這種量化方式稱為均勻量化或線性量化。另外，經(jīng)量化后所得到的樣點電平值與原取樣值是有誤差的，這種誤差稱為量化誤差。顯然，量化誤差的最大值為|Q/2|。量化誤差對信號的影響相當(dāng)于在信號中增加了雜波（噪聲），所以也稱為量化雜波（量化噪聲）。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程3、編碼編碼是將量化后的每一個樣值用一個對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)來表示。若輸入信號的動態(tài)范圍為S。量化間距為Q，則總的量化電平級數(shù)M＝S/Q。以二進(jìn)制數(shù)編碼時，所需要的比特數(shù)n與M的關(guān)系為：M＝2n在視頻系統(tǒng)中，電視信號量化信噪比S/N的定義是：輸出信號的峰－峰值SP-P和量化噪聲的有效值Nrms之比：S/N＝[SP-P/Nrms]dB＝6.02n＋10.8dB從上式可以看出，量化比特數(shù)n每增加1比特，量化信噪比提高6dB。若量化電平數(shù)為256級，則量化比特數(shù)為8，即每個樣值用8位二進(jìn)制數(shù)表示，量化信噪比為58.96dB。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程說明：（1）在模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的實際電路中，如下圖所示，只包括取樣保持和模/數(shù)轉(zhuǎn)換兩個部分。取樣保持電路完成取樣并由保持電容將取樣值保持到下一個取樣脈沖到來之前，為下面的數(shù)模轉(zhuǎn)換過程提供足夠的時間；模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將每個樣點的模擬電平轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。雖然中間沒有單獨的量化過程，但無限多個電平變成有限位數(shù)的數(shù)字信號本身就完成了量化，因此，模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路完成量化和編碼兩項任務(wù)。A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號D保持電容取樣脈沖模擬信號A取樣保持實際的模數(shù)轉(zhuǎn)換器第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理一、模擬信號數(shù)字化的基本過程說明：（2）數(shù)據(jù)率（簡稱碼率）是數(shù)字信號的一個重要參數(shù)，它是指數(shù)字信號在每秒鐘內(nèi)所傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)（bit數(shù)），單位是kbps（kb/s）或Mbps（Mb/s）。數(shù)據(jù)率是衡量數(shù)字信號最高頻率（帶寬）的參數(shù)。數(shù)據(jù)率＝量化bit數(shù)×取樣頻率，即：碼率＝n×fs

第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)字電視發(fā)展初期，電視信號數(shù)字化有彩色全電視信號數(shù)字化和分量信號數(shù)字化之分，前者稱為復(fù)合數(shù)字編碼，后者稱為分量數(shù)字編碼。復(fù)合數(shù)字編碼和模擬電視一樣，仍有NTSC、PAL和SECAM制式之分，給節(jié)目交換帶來不便。1982年，CCIR（國際無線電咨詢委員會，現(xiàn)已納入國際電信聯(lián)盟ITU）第15次全會上通過了601號建議書（現(xiàn)改稱為ITU－RBT.601），規(guī)定數(shù)字演播室采用分量編碼標(biāo)準(zhǔn)，這樣就只有525/60和625/50兩種制式的區(qū)別了。我國于1993年制定了國標(biāo)“GB/T14857-93演播室數(shù)字電視編碼參數(shù)規(guī)范”，等同于采用了CCIR601號建議書標(biāo)準(zhǔn)。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)1、編碼信號需編碼的信號有三個：亮度信號 EY’＝0.299ER’

＋0.587EG’

＋0.114EB’紅色差信號 E’Cr＝0.713（ER’－EY’

）藍(lán)色差信號 E’Cb＝0.564（EB’－EY’

）ER’、EG’

、EB’是經(jīng)過γ校正的三基色電信號。量化前Y/R-Y/B-Y應(yīng)歸一化到相同的動態(tài)范圍，KR=0.5/0.701＝0.713

，KB=0.5/0.886＝0.564和模擬分量接口的幅度標(biāo)準(zhǔn)相同：亮度信號峰－峰值為1VPP，其中視頻信號為700mV，同步頂為300mV；色差信號為雙向信號，幅度為700mVPP（±350mV）；亮度信號的帶寬為0~6MHZ，色差信號的帶寬為0~2.75MHZ。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)2、取樣標(biāo)準(zhǔn)取樣標(biāo)準(zhǔn)為4:2:2標(biāo)準(zhǔn)，即亮度信號（Y）的取樣頻率為13.5MHZ，兩個色差信號（用Cr、Cb表示）的取樣頻率都為6.75MHZ。13.5MHZ為625/50標(biāo)準(zhǔn)行頻的864倍，525/60標(biāo)準(zhǔn)行頻的858倍。取樣頻率的選取即滿足（2.2~2.7）fm的要求，又能保證取樣結(jié)構(gòu)正交。同時，又由于625/50和525/60兩種制式的取樣頻率相同，每一行的有效樣點數(shù)也相同，可簡化兩種節(jié)目的交換。對于我國的625/50制式，Y信號每行的總樣點數(shù)為864個，Cr、Cb每行的總樣點數(shù)分別為432。每行的有效樣點數(shù)，Y為720個，Cr、Cb各為360個，每行兩個亮度樣點對應(yīng)一個色度樣點。亮度樣點色度樣點第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)2、取樣標(biāo)準(zhǔn)除了4:2:2取樣標(biāo)準(zhǔn)外，電視設(shè)備使用的其他取樣標(biāo)準(zhǔn)主要還有：4:1:1取樣標(biāo)準(zhǔn)：Y信號的取樣頻率為13.5MHZ，Cr、Cb的取樣頻率為3.375MHZ。對于625/50制式，Y信號每行的總樣點數(shù)為864個，Cr、Cb每行的總樣點數(shù)分別為216。每行的有效樣點數(shù)，Y為720個，Cr、Cb各為180個，每行四個亮度樣點對應(yīng)一個色度樣點。亮度樣點色度樣點第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)2、取樣標(biāo)準(zhǔn)除了4:2:2取樣標(biāo)準(zhǔn)外，電視設(shè)備使用的其他取樣標(biāo)準(zhǔn)主要還有：4:2:0取樣標(biāo)準(zhǔn)：Y信號的取樣頻率為13.5MHZ，Cr、Cb的取樣頻率為6.75MHZ。對于625/50制式，Y信號每行的總樣點數(shù)為864個，Cr、Cb每行的總樣點數(shù)分別為432。每行的有效樣點數(shù)，Y為720個，Cr、Cb各為360個，在水平方向上每兩個Y樣點對應(yīng)1個Cr和1個Cb樣點，和4:2:2取樣標(biāo)準(zhǔn)相同。但4:2:0取樣標(biāo)準(zhǔn)在垂直方向上則是每兩行Y樣點含一行Cr、Cb樣點，即色差信號隔行傳輸。亮度樣點色度樣點第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)3、量化bit數(shù)：8bit或10bit，即量化電平數(shù)為256或1024在Y信號（包括視頻和同步）中，視頻信號的電平通常都高于消隱，所以消隱以下分配的量化電平少；消隱電平以上為均勻量化；量化電平留有少量的余量電平，允許信號峰值電平瞬間超出額定值；數(shù)字電平000~003和3FC~3FF為保護(hù)電平，保護(hù)電平在視頻信號數(shù)字化過程中是絕對不能出現(xiàn)的，其中的000和3FF用于傳送同步信息；8bit和10bit的量化安排，可以使兩者之間的轉(zhuǎn)換非常方便。在8bit的最低位后加兩位0即可變成10bit的數(shù)字信號，而10bit的數(shù)字信號只要去掉最低兩位即可變成8bit數(shù)字信號，它們在數(shù)模轉(zhuǎn)換時，不會產(chǎn)生失真。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)3、量化bit數(shù)演播室標(biāo)清數(shù)字電視的總碼率：在采用10bit量化時為（）

在采用8bit量化時為（）若采用10bit量化，Y信號的有效碼率為：若采用8bit量化，總有效碼率為（）？？270Mbps

（Y信號為10bit×13.5MHZ＝135Mbps，Cr、Cb分別為67.5Mbps）？216Mbps每秒的幀數(shù)×一幀的有效行數(shù)×一行的有效樣點數(shù)×一個樣點的bit數(shù)＝25×576×720×10＝103.68MbpsCr、Cb的有效碼率為51.84Mbps，總的有效碼率為207.36Mbps第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)4、數(shù)字信號取樣點和模擬行的定時關(guān)系對于625/50制式，Y信號一行有864個樣點，用0~863號表示，如下圖所示。規(guī)定：0號為一行數(shù)字正程（有效樣點）的開始，719號為一行數(shù)字正程（有效樣點）的結(jié)束。數(shù)字有效行持續(xù)時720×1/13.5MHZ＝53.33μs，比模擬行正程52μs多了1.33μs，共18個樣點。其中第0~9號樣點持續(xù)時間為10×1/13.5MHZ＝0.74μs，在數(shù)模變換時用來形成行消隱的后肩；最后的712~719個樣點持續(xù)時間為8×1/13.5MHZ＝0.59μs，用于形成模擬行消隱的前肩。數(shù)字有效行內(nèi)的第10~711個樣點持續(xù)時間為702×1/13.5MHZ

＝52μs，傳送圖像內(nèi)容。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)5、數(shù)字信號的場消隱對于625/50制式的標(biāo)清電視，每一場的有效行數(shù)為288行（模擬為287.5行），奇數(shù)場（第一場）為模擬信號的第23行~第310行，偶數(shù)場（第二場）為模擬信號的第336行~第623行。奇數(shù)場的場消隱為奇數(shù)場有效行前的24行，偶數(shù)場的場消隱為偶數(shù)場有效行前的25行，如下圖所示。數(shù)字奇數(shù)場共312行，數(shù)字偶數(shù)場共313行。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)6、數(shù)據(jù)串行接口（SDI）數(shù)據(jù)串行傳輸是指將視頻數(shù)據(jù)字通過時分復(fù)用由單芯電纜逐比特傳輸。按照ITU－RBT.601建議，亮度和色差數(shù)據(jù)字傳送的順序為：Cb1、Y1

、Cr1、Y2、Cb2、Y3

、Cr2、Y4‥‥‥即每一行奇數(shù)樣點按Cb、Y、Cr字的次序傳輸，偶數(shù)樣點只有Y一個字。每個字（10bit）按從低位到高位的順序傳輸。在625/50制式中，經(jīng)過時分復(fù)用后一行有1728個字（Y為864個字，Cb、Cr

各432個字），編號為0號~1727號。樣點編號和模擬信號的時間關(guān)系如下圖所示，每行有效樣點數(shù)為1440，編號為0號~1439號。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)6、數(shù)據(jù)串行接口（SDI）為了表示視頻行、場有效數(shù)據(jù)的起始和結(jié)束，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中還加入定時基準(zhǔn)信號（TRS），定時基準(zhǔn)信號包括有效視頻起始（SAV）和有效視頻結(jié)束（EAV）。EAV在模擬信號行消隱的前肩，共4個字，編號為1440號至1443號，正好位于有效視頻字的后面；SAV在模擬信號行消隱的后肩，共4個字，編號為1724號至1727號，正好位于有效視頻字的前面。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)6、數(shù)據(jù)串行接口（SDI）這4個字的數(shù)列可用16進(jìn)制計數(shù)符號表示為：3FF 000000XYZ前3個字3FF、000和000是固定前綴，為定時標(biāo)志符號，是唯一的。XYZ代表一個可變的字，它包含確定的信息：B9：固定1；B8：場序標(biāo)志符號，0表示數(shù)字奇數(shù)場，1表示數(shù)字偶數(shù)場；B7：場正程、逆程標(biāo)志，0表示場正程，1表示場消隱；B6：SAV、EAV標(biāo)志，0表示SAV，1表示EAV；B5~B2：B8、B7、B6糾錯編碼，采用漢明（7，3）碼

B5＝B7＋B6；B4＝B8＋B6；B3＝B8＋B7；B2＝B8＋B7＋B6B1、B0：為0。SDI的傳輸碼率為270Mbps。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)6、數(shù)據(jù)串行接口（SDI）SDI的傳輸碼率為270Mbps。在行、場消隱期間可傳輸輔助數(shù)據(jù)（ANC）。輔助數(shù)據(jù)有數(shù)字聲音（可傳達(dá)多達(dá)16路數(shù)字聲音信號）、場消隱時間碼（VITC）、監(jiān)測與診斷信息等。根據(jù)輔助數(shù)據(jù)插入位置的不同，輔助數(shù)據(jù)分為行輔助數(shù)據(jù)（HANC）和場輔助數(shù)據(jù)（VANC）。HANC允許插在所有的數(shù)字行消隱內(nèi)，即從EAV后開始到SAV前結(jié)束的期間，可以傳送一個或幾個小輔助數(shù)據(jù)塊，總長不超過280個字（625/50）。VANC只允許插在場消隱期間的各行有效部分（從SAV后到EAV開始前），可能傳輸多達(dá)1440個字的大輔助數(shù)據(jù)塊。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理二、我國標(biāo)清數(shù)字電視（SDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)6、數(shù)據(jù)串行接口（SDI）為了區(qū)別于視頻數(shù)據(jù)，每個輔助數(shù)據(jù)塊（包）前面都有一個包頭（6字節(jié)的識別碼）。前3個字節(jié)為000、3FF、3FF，作為輔助數(shù)據(jù)標(biāo)志，表示輔助數(shù)據(jù)包的開始。第4個字為數(shù)據(jù)標(biāo)識（DID），它表示該數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，是音頻數(shù)據(jù)還是其他。第5個字為數(shù)據(jù)塊記數(shù)字（DBN），它表示該包在同類輔助數(shù)據(jù)中屬第幾個包。第6個字（DC），用于表示該數(shù)據(jù)包內(nèi)用戶數(shù)據(jù)的字?jǐn)?shù)。此外，每個輔助數(shù)據(jù)包的最后還有一個校驗字，用于確定數(shù)據(jù)包的有效性。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理三、我國高清數(shù)字電視（HDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)1、HDTV的特點和SDTV相比，垂直和水平分解力各提高一倍，使觀眾看到更清晰的圖像；由于HDTV分解力高，可使用大屏幕顯示，而且允許近距離（3倍的畫面高度）觀看，畫面的寬高比為16:9，水平視角可達(dá)30°~45°，臨場感非常強(qiáng)；可提供多聲道優(yōu)質(zhì)聲音（環(huán)繞聲，帶寬達(dá)20HZ~20KHZ）；展寬色域，提高電視色彩的感染力。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理三、我國高清數(shù)字電視（HDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)2、我國HDTV的演播室標(biāo)準(zhǔn)我國于2000年頒布了《高清晰度電視節(jié)目制作及交換用視頻參數(shù)值》標(biāo)準(zhǔn)GY/T155-2000，規(guī)定演播室有兩個標(biāo)準(zhǔn)：一是用于電視廣播的標(biāo)準(zhǔn)，稱為1080/50i；一個是用于電視節(jié)目制作的標(biāo)準(zhǔn)，稱為1080/24p。第一章電視基本原理§2、數(shù)字電視原理三、我國高清數(shù)字電視（HDTV）演播室標(biāo)準(zhǔn)2、我國HDTV的演播室標(biāo)準(zhǔn)（1）1080/50i幀頻/場頻/行頻25HZ/50HZ/28125HZi表示2:1隔行掃描一幀的總掃描行數(shù)1125行一幀的有效掃描行數(shù)1080行取樣頻率（Y/Cr/Cb）74.25MHZ/37.125MHZ/37.125MHZ74.25MHZ為2.25MHZ的33倍每行的總樣點數(shù)（Y/Cr/Cb）2640/1320/1320每行的有效樣點數(shù)（Y/Cr/Cb）1920/960/960像素寬高比為1:1量化bit數(shù)8bit或10bit，線性量化量化電平和模擬信號的關(guān)系與標(biāo)清數(shù)字信號相同，視頻數(shù)據(jù)的量化電平對