數(shù)字電視與高清晰度電視

第六章數(shù)字電視與高清晰度電視6．1數(shù)字電視概述6．1．1數(shù)字電視概念數(shù)字電視指的是將模擬的電視信號(hào)變換為數(shù)字形式的電視信號(hào)（更先進(jìn)的電視攝像機(jī)應(yīng)直接獲取數(shù)字電視信號(hào)），然后進(jìn)行傳輸、處理或進(jìn)行存儲(chǔ)的系統(tǒng)，或還原成圖像（可先還原成模擬信號(hào)）。數(shù)字電視信號(hào)的存儲(chǔ)媒質(zhì)可以是各種半導(dǎo)體存儲(chǔ)電路(RAM、ROM、E2PROM等)；也可以是視頻激光光盤(VCD、DVD)或HDD，后者就是永久性的存儲(chǔ)媒質(zhì)。為了減小數(shù)據(jù)量，常常對(duì)數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼后再傳輸或存儲(chǔ)。5．1．2數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)(1)數(shù)字電視的抗干擾能力強(qiáng)；(2)數(shù)字電視機(jī)穩(wěn)定可靠，易于調(diào)整，便于生產(chǎn)；(3)數(shù)字電視信號(hào)便于與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字設(shè)備接口；(4)利用數(shù)字電視信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)難以得到的信號(hào)處理功能。6．2電視信號(hào)的編碼6．2．1電視信號(hào)的數(shù)字化模擬電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電視信號(hào)的過(guò)程是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換編碼過(guò)程(稱可為PCM調(diào)制脈沖編碼調(diào)制，由A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn))，由數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)則稱PCM解調(diào)過(guò)程（由D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)）。我們知道A/D轉(zhuǎn)換是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣、量化的過(guò)程，將連續(xù)(幅度和時(shí)間)的信號(hào)變離散的n位的二進(jìn)制數(shù)字碼。設(shè)離散值的最大個(gè)數(shù)為M，n與M的關(guān)系為2n-1=M。A/D轉(zhuǎn)換輸出可以是n位平行碼，也可以是數(shù)率為nfS的串行碼(為采樣轉(zhuǎn)換頻率)。量化過(guò)程（時(shí)域相乘，頻域卷積）與頻譜根據(jù)取樣定理，當(dāng)信號(hào)的最高頻率為fm時(shí)，應(yīng)有fS≥2fm，實(shí)際上為了便于D/A后利用濾波還原信號(hào)，應(yīng)有fS≥2.2fm。n=3，M=7頻域時(shí)域理想低通濾波器特性取樣函數(shù)fS/26．2．2圖像信號(hào)的編碼方案與參數(shù)確定彩色圖像信號(hào)通常有兩種形式：彩色全電視信號(hào)(Y/C)；亮度信號(hào)/色差信號(hào)（Y

/

R-Y、B-Y，也可稱為分量信號(hào)）。因此對(duì)圖像信號(hào)的PCM編碼也有全信號(hào)編碼和分量編碼兩種，數(shù)字電視系統(tǒng)宜用分量編碼，電視接收機(jī)中的數(shù)字化處理宜用全信號(hào)編碼。1．全電視信號(hào)編碼(1)取樣頻率由于取樣過(guò)程是非線性過(guò)程（時(shí)域相乘），在對(duì)對(duì)全電視信號(hào)采樣量化時(shí)，取樣頻率fS的選擇，除了要滿足取樣定理外，①要考慮采樣后的信號(hào)中fS與fSC的差頻的影響：當(dāng)fS＝3fSC或fS＝4fSC時(shí)，fS與fSC的差頻將落在Y信號(hào)的頻譜間隙中。②應(yīng)使取樣點(diǎn)在屏幕中的位置固定，且滿足正交取樣條件。以PAL制為例，當(dāng)fS＝4fSC時(shí)[fSC＝(283+3/4)fH+25]，即一行中有（1135+4/625）個(gè)取樣周期。每幀的取樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為整數(shù){625×（1135+4/625）個(gè)取樣點(diǎn)}，兩相鄰幀間取樣點(diǎn)的位置相同。相鄰行（奇、偶兩場(chǎng)）的起始點(diǎn)相隔313×(1135+4/625)個(gè)采樣點(diǎn)，也是近似整數(shù)(僅差0.0032)，滿足正交結(jié)構(gòu)。fS＝4fSC的另一好處是因fS/2與fm間有較大間隔，可以降低模擬低通濾波器和數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)難度。（但碼率高）

(2)編碼位數(shù)①量化信噪比對(duì)于經(jīng)過(guò)γ校正的圖像信號(hào)，一般都采用均勻量化，即用線性編碼。設(shè)單極性圖像信號(hào)的變化范圍為0到1，分為2n個(gè)量化層，每個(gè)量化層高為2-n。由于均勻分布，量化誤差的均方根值：滿量程量化信噪比：即量化位數(shù)每增加一位，信噪比提高6dB。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)n=7、8（即將信號(hào)量化為127至255個(gè)層時(shí)），人們已很難感到量化的影響（但對(duì)于未經(jīng)γ校正的圖像信號(hào)，則需要量化位數(shù)應(yīng)大于11），由上式可知，對(duì)應(yīng)的量化信噪比約為50～60dB。②全信號(hào)編碼時(shí)的數(shù)據(jù)速率以PAL制fS＝4fSC、n=8(8位A/D轉(zhuǎn)換)為例，總數(shù)據(jù)速率約為4×4.43×8=141.76Mb/s。由此可見，數(shù)字圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)速率是很高約。每一幀的數(shù)據(jù)量為5.67Mb或708.8kB。

2．分量編碼分量編碼就是對(duì)Y、R-Y、B-Y或三個(gè)基色分量R、G、B分別編碼，進(jìn)行并行傳輸或時(shí)分復(fù)用傳輸。(1)取樣頻率fS的選定原則和標(biāo)準(zhǔn)①選定原則·fS應(yīng)大于最高頻率（Y：5.8～6MHz，色差2MHz）的2.2倍。

·為了得到正交的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，取樣頻率應(yīng)為行頻fH的整數(shù)倍?！S是50Hz/625行、60Hz/525兩類行頻的公倍數(shù)，以為了便于不同電視制式轉(zhuǎn)換。

·亮度信號(hào)的取樣頻率與色差信號(hào)的取樣頻率之間有整數(shù)倍的關(guān)系，以使兩者的取樣點(diǎn)能重合或有固定的位置關(guān)系。

②CCIR(國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì))的分量編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Y/R-Y/B-Y的取樣頻率為13.5/6.75/6.75MHz，簡(jiǎn)稱4:2:2標(biāo)準(zhǔn)。(

fS=13.5MHz=858fS525行=864fS625行，

fH525行=15734.264Hz)低標(biāo)準(zhǔn)：4:1:1/13.5/3.375/3.375MHz，2:1:1/6.75/3.375/3.375MHz(2)數(shù)字有效行(內(nèi)的信號(hào)樣點(diǎn)數(shù))數(shù)字有效行的數(shù)據(jù)由每行必須進(jìn)行處理和存儲(chǔ)的取樣點(diǎn)構(gòu)成，有效行期間包括了正程。兩種制式的數(shù)字有效行均為亮度信號(hào)樣點(diǎn)數(shù)：720、色度樣點(diǎn)數(shù)：360個(gè)，便于兩種制式的轉(zhuǎn)換。一行的起點(diǎn)定在行同步前沿脈沖的中部。PAL制的有效行由樣點(diǎn)133至852構(gòu)成，而正程對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)為142至844。

(3)編碼位數(shù)和排列亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別規(guī)一化為0～1及-0.5～+0.5的范圍，并都編為8位線性碼。由于原來(lái)的R-Y最大值為0.701，B-Y的最大值為0.886，故要對(duì)R-Y和B-Y進(jìn)行壓縮，壓縮比分別為

k

R-Y=0.5/0.701、k

B-Y=0.5/0.866，壓縮后三分量Y、(R-Y)、(B-Y)的表示式為：Y＝0.299R+0.587G+0.114B(R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B；(B-Y)＝-0.169R-0.331G+0.5BY編為自然二進(jìn)碼，雙極性的(R-Y)、(B-Y)編為偏移二進(jìn)制碼，即-0.5對(duì)應(yīng)自然碼的0，+0.5為255，零電平為128。為了防止信號(hào)過(guò)載、直流漂移，256個(gè)量化級(jí)并不全用。亮度信號(hào)的黑白電平對(duì)應(yīng)于16至235量化級(jí)，色差信號(hào)則在底部和頂各留16個(gè)量化級(jí)。分量編碼的數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)序列：(B-Y)Y(R-Y)(Y)(B-Y)Y(R-Y)(Y)這里(B-Y)Y(R-Y)是空間同一取樣點(diǎn)的數(shù)字，而(R-Y)(Y)(B-Y)中的(Y)是僅有亮度取樣的空間取樣點(diǎn)的數(shù)字，它規(guī)定在一行的偶數(shù)樣點(diǎn)上。

(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只對(duì)亮度信號(hào)采樣對(duì)亮度色度信號(hào)都采樣3．電視伴音信號(hào)的編碼由于伴音與電視體制沒有確定的關(guān)系、編碼比較簡(jiǎn)單。模擬伴音信號(hào)的頻帶為20Hz至15kHz，高質(zhì)量的伴音為20Hz至20kHz。對(duì)于15kHz信號(hào)取樣頻率一般取fS＝32kHz。對(duì)于20kHz信號(hào)，取樣頻率可取fS＝48kHz。取樣頻率應(yīng)與圖像取樣頻率保持固定的關(guān)系，從同一時(shí)鐘源得到。在PAL的分量編碼時(shí)，若仍采用48kHz取樣頻率，就可以保持這種關(guān)系：13.5MHz÷375÷3×4=48kHz伴音編碼的位數(shù)要比圖像編碼的位數(shù)多。這是因?yàn)榘橐粜盘?hào)的動(dòng)態(tài)范圍大（90dB以上），高質(zhì)量的伴音要求很高的信號(hào)噪聲比，應(yīng)有85～90dB的信號(hào)量化噪聲比。由上面的均勻量化的信噪比公式，則均勻量化所需的編碼位數(shù)為13至14位。在演播室的高質(zhì)量話音編碼中，若要對(duì)低電平的聲音仍有高的信號(hào)噪聲比，編碼位數(shù)甚至要取到16位。伴音信號(hào)由于信號(hào)幅值分布的特性(非均勻分布，幅值大的概率小)以及人的聽覺持性，也可以采用非線性編碼，這樣n＝11、12時(shí)也可以得到很高的聲音質(zhì)量。雖然伴音編碼的位數(shù)比圖像編碼的位數(shù)多，但因是低速編碼，反而更容易實(shí)現(xiàn)。

6．3頻頻帶壓縮編碼碼◎?yàn)槭裁匆M(jìn)行頻帶壓壓縮編碼一路標(biāo)準(zhǔn)清晰晰度的數(shù)字電電視信號(hào)的碼碼率是很高的的，例如4：：2：2分量量編碼彩色圖圖像的碼率為為(13.5+2×6.35)×8＝216Mb/s，即即便是采用1.5b/Hz的高效數(shù)數(shù)字調(diào)制，傳傳輸頻帶也要要144MHz，相當(dāng)于于18個(gè)模擬擬電視信號(hào)的的頻帶(模擬擬信號(hào)一個(gè)頻頻道為8MHz)，根本本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。。◎如何進(jìn)行行壓縮消除電視信號(hào)號(hào)中的冗余成成分：①空間冗余余：相鄰象素素/行變化化??；②時(shí)間冗余余：相鄰幀變變化小，具有有相關(guān)性；③生理冗余：：人的視覺惰惰性，如對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的和突變變(如輪廓邊邊界)的圖像像的分辨力低低等④頻譜冗余余等◎具體的壓壓縮頻帶方法法：預(yù)測(cè)編碼（主主要消除時(shí)間間冗余和生理理冗余）變換編碼（主主要消除空間間冗余）其它壓縮碼率率的措施6．3．1預(yù)預(yù)測(cè)編碼碼基本含義：從已知信號(hào)推推測(cè)未來(lái)信號(hào)號(hào)。目標(biāo)：減小空間和時(shí)時(shí)間冗余。。在圖像預(yù)測(cè)編編碼中，人人們力求根據(jù)據(jù)圖像或信息息所存在的相相關(guān)性，推測(cè)測(cè)未來(lái)圖中*人**和和國(guó)→中中華人民共和和國(guó)1．預(yù)測(cè)編碼碼的原理差分脈碼調(diào)制制(DPCM)像或象素的可可能值。大量量實(shí)驗(yàn)證明，，一般圖像的的相鄰兩幀只只有10％以以下的象素的的亮度值會(huì)有有超過(guò)2％的的變化，而色色度只有1％％以下的變化化。毫無(wú)疑問(wèn)問(wèn)，預(yù)測(cè)編碼碼技術(shù)應(yīng)用到到圖像處理中中是非常正確確的。當(dāng)然，，預(yù)測(cè)編碼僅僅對(duì)非獨(dú)立信信源起作用。。預(yù)測(cè)值是已各各點(diǎn)量化值的的線性組合ai是預(yù)測(cè)系數(shù)。當(dāng)序列的統(tǒng)統(tǒng)計(jì)特性已知知時(shí)（如相關(guān)關(guān)函數(shù)），可可以得到這些些系數(shù)的最佳佳值，使得預(yù)預(yù)測(cè)值與樣值值的預(yù)測(cè)誤差差最小。待編碼碼取樣樣序列列量化后后數(shù)字字序列列預(yù)測(cè)值值(1)非均勻勻量化化編碼碼+固固定字字長(zhǎng)非均勻勻量化化編碼碼：對(duì)對(duì)出規(guī)規(guī)概率率大的的小信信號(hào)細(xì)細(xì)量化化，對(duì)對(duì)出現(xiàn)現(xiàn)概率率小的的大信信號(hào)粗粗量化化。5bit/pel的非非均勻勻量化化可以以獲得得與8bit/pel均勻量量化大大致相相同的的圖像像質(zhì)量量。(2)均勻量量化+可可變變字長(zhǎng)長(zhǎng)編碼碼根據(jù)熵熵編碼碼原理理，對(duì)對(duì)概率率大的的小差差值信信號(hào)編編為小小字長(zhǎng)長(zhǎng)碼（（位數(shù)數(shù)少，，去掉掉前導(dǎo)導(dǎo)零））；而而對(duì)概概率小小的大大差值值信號(hào)號(hào)編為為大字字長(zhǎng)碼碼。DOCM預(yù)測(cè)編編碼結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，，易于于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，壓壓縮效效率高高；主主要缺缺點(diǎn)是是抗御御誤碼碼的能能力差差。2．自適適應(yīng)預(yù)預(yù)測(cè)編編碼及及運(yùn)動(dòng)動(dòng)補(bǔ)償償預(yù)測(cè)測(cè)編碼碼實(shí)踐踐證證明明，，人人眼眼觀觀看看物物體體細(xì)細(xì)節(jié)節(jié)的的相相對(duì)對(duì)分分解解能能力力與與其其空空間間頻頻率率（（物物體體的的細(xì)細(xì)小小程程度度））和和時(shí)時(shí)間間分分辨辨率率（（物物體體運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的快快慢慢））有有關(guān)關(guān)。。一一般般情情況況下下，，可可以以認(rèn)認(rèn)為為人人眼眼在在觀觀看看物物體體（（或或圖圖像像））時(shí)時(shí)，，最最大大空空間間分分辨辨率率與與最最大大時(shí)時(shí)間間分分辨辨率率的的乘乘積積近近似似為為常常數(shù)數(shù)。。根根據(jù)據(jù)這這一一點(diǎn)點(diǎn)，，可可以以對(duì)對(duì)高高速速運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的圖圖像像賦賦予予較較大大的的量量化化步步長(zhǎng)長(zhǎng)，，而而給給與與較較高高的的傳傳送送速速度度；；對(duì)對(duì)低低速速運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)或或靜靜止止的的圖圖像像賦賦予予較較小小的的量量化化步步長(zhǎng)長(zhǎng)，，而而給給與與較較低低的的傳傳送送速速度度。。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償償是一種種對(duì)活動(dòng)動(dòng)圖像的的幀間編編碼技術(shù)術(shù)，目的的是根據(jù)據(jù)活動(dòng)圖圖像相鄰鄰幀間的的時(shí)域相相關(guān)性，，盡可能能消除這這部分冗冗余。6．3．．2變換換編碼將圖像中中的像素素按區(qū)域域分成一一些包括括M×N個(gè)像素的的許多方方塊。這這些像素素點(diǎn)的取取樣值構(gòu)構(gòu)成一空空間(設(shè)設(shè)為X,Y二維)的的數(shù)字陣陣列,然然后將它它們變換換到由正正交矢量量構(gòu)成的的變換域域中,再再對(duì)這些些變換域域中的陣陣列系數(shù)數(shù)進(jìn)行編編碼發(fā)送送,接收收端通過(guò)過(guò)逆變換換恢復(fù)原原數(shù)據(jù)。。實(shí)用的的變換有有富里葉變變換、離散余弦弦變換(DCT)、沃沃爾什(Walsh)變換等等。變換編碼碼壓縮數(shù)數(shù)據(jù)的原原理：圖圖像空間間存在相相關(guān)性,在變換換域中,各空間間頻率分分量是不不均勻的的,即空空間頻率率低的區(qū)區(qū)域信號(hào)號(hào)幅度大大,高頻頻區(qū)域信信號(hào)幅度度小。若若根據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)特性性,低頻頻部分編編n大的長(zhǎng)碼，高頻亮度部分編n小的短碼（與與均勻量化+可變字長(zhǎng)長(zhǎng)編碼類似），則平均碼碼長(zhǎng)和總的碼碼率都會(huì)下降降，達(dá)到壓縮縮碼率的目的的。離散余弦變換換壓縮率最高高，有快速算算法，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)時(shí)壓縮；；沃爾什變換換易于硬件實(shí)實(shí)現(xiàn)。6．3．3其它壓縮碼率率的措施(利用圖像信號(hào)號(hào)的某些特性性進(jìn)行壓縮)1．亞奈奎斯特特取樣根據(jù)取樣定理理，應(yīng)有fS≥2fm，若不滿足此此條件，會(huì)發(fā)發(fā)生頻譜混疊疊而失真。然然而，由于視視頻信號(hào)存在在較大的頻譜譜間隙，如果果恰當(dāng)選擇fS＜2fm采樣的頻率，，使頻譜折疊疊區(qū)域落在原原信號(hào)的頻譜譜間隙中，就就不會(huì)發(fā)生頻頻譜折疊失真真。視頻信號(hào)頻譜譜：nfH±m(xù)fH，取則折疊頻率為為低通特性梳狀濾波的特特性2．同步信號(hào)號(hào)的編碼電視信號(hào)的行行逆程和場(chǎng)逆逆程中，只有有同步信號(hào)、、消隱信號(hào)和和色同步信號(hào)。。它們所攜帶帶的信息很少少，但占據(jù)的的時(shí)間卻很長(zhǎng)長(zhǎng)。數(shù)字化過(guò)過(guò)程中，沒有有必要對(duì)這些些逆程信號(hào)的的全部進(jìn)行波波形取樣編碼碼，也沒有必必要逐行、逐逐場(chǎng)傳送這些些信息，而只只要對(duì)行、場(chǎng)場(chǎng)定時(shí)信號(hào)單單獨(dú)編碼，插插入到圖像數(shù)數(shù)字信號(hào)中即即可。離散余弦變換換DCT編碼碼壓縮系統(tǒng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)介DCTIDCT其中：二維DCT變換是一種線線性變換，可可以分解成兩兩個(gè)一維DCT變化的乘積。。特別是當(dāng)M＝N時(shí)，二維DCT變換可用矩陣陣表示：例：8×8亮亮度子塊的DCT編碼壓壓縮和解碼JPEG8×8亮度子塊DCDCT第一步：DCT變換DCT編碼壓壓縮JPEG亮度量化矩陣陣表第二步：量化化處理降低每每個(gè)DCT系系數(shù)的比特?cái)?shù)數(shù)量化過(guò)程是將將DCT系數(shù)矩矩陣［F(u,v)］中的每個(gè)個(gè)元素與量化化矩陣［Q(u,v)］中的對(duì)應(yīng)應(yīng)元素相除后后，舍去小于于0.5以下下的小數(shù)。例例如：［Q(u,v)］為量化矩陣。量化結(jié)果第三步：Z掃掃描并／串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換第四步：編碼碼傳輸游程編碼：本例為（39，-3，2，1，-1，1，0，0，0，，0，0，-1，EOB）。EOB表示塊結(jié)束束，接收端收收到EOB后后自動(dòng)將64個(gè)元素中余余下的元素補(bǔ)補(bǔ)零。DCT解碼復(fù)復(fù)原第一步：恢復(fù)復(fù)量化矩陣將EOB后的的元素自動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)零第二步：反量量化（IQ））（619）第三步：IDCT主要原因是量量化所致。重建后的信號(hào)號(hào)與原信號(hào)相相差很小JPEG色度量化矩陣陣表將整幅圖像分分解出數(shù)個(gè)用用于DCT的的子塊DCT系數(shù)中中絕對(duì)值較大大的集中在矩矩陣的左上角角。將一些絕對(duì)值值很小的系數(shù)數(shù)或區(qū)塊置零零便于丟棄串／并轉(zhuǎn)換舍舍去零系數(shù)量化矩陣復(fù)原原恢復(fù)DCT系系數(shù)圖像子塊重建建整幅圖像重建建傳輸或存儲(chǔ)20×20DCT子塊塊IDCT重建建的100××75圖像活動(dòng)圖像的DCT編／解解碼示例100×100DCT子塊等亮度方塊黑白交錯(cuò)的干干擾信號(hào)DCT結(jié)果量化結(jié)果特殊圖像的例例子重構(gòu)誤差會(huì)很很大6．4電電視信號(hào)的數(shù)數(shù)字處理6．4．1概概述利用數(shù)字技術(shù)術(shù)對(duì)電視信號(hào)號(hào)的處理，不不僅能完成模模擬處理技術(shù)術(shù)中的相應(yīng)，，還能完成許許多模擬電視視中難以完成成的各種功能能，從而達(dá)到到提高圖像質(zhì)質(zhì)量，豐富電電視節(jié)目等目目的。6．4．2數(shù)字濾波器1．?dāng)?shù)字濾波器器的作用（略略，詳見數(shù)字字信號(hào)處理））2．?dāng)?shù)字濾波波器的基本結(jié)結(jié)構(gòu)和原理（略，詳見數(shù)數(shù)字信號(hào)處理理）3．?dāng)?shù)字濾波器器舉例(1)亮度水平濾波波器濾波器的傳遞遞函數(shù)(a)(b)代入z＝ejωω=2πf／fS，當(dāng)fS=4fSC時(shí)，(2)亮/色分離梳梳狀濾波器①PAL制制行延時(shí)T＝THA至B的傳輸函數(shù)HY(ω)代入z＝ejω及ω=2πf／fHA至C的傳輸函數(shù)HC(ω)②NTSC制的Y/C分離·傳遞函數(shù)數(shù)取(1行延延遲)結(jié)構(gòu)圖如何畫畫？幅頻特性：2行延時(shí)·傳遞函數(shù)數(shù)取(1幀延延遲：T＝TF，PAL制制要延遲2幀)這種Y/C分分離方法適合合于靜止圖像像或變化十分分緩慢的圖像像，特別是靜靜止圖像（幀幀重復(fù)），可可以獲得非常常高的清晰度度（對(duì)同一位位置的像素求求和）。由于于模擬延遲難難以獲得高精精度長(zhǎng)時(shí)間延延遲，所以這這種方法只能能用于數(shù)字處處理。(3)PAL色度解調(diào)調(diào)器U支路的濾波器器幅頻特性由于:所以實(shí)際延遲與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)延遲之差差極小。(64.05603μs)V支路的濾波器器幅頻特性分離后的U、V信號(hào)都是取樣樣頻率為fS＝4fSC的數(shù)字信號(hào)，，分別送入鎖鎖存器以fSC頻率進(jìn)行再取取樣。由于取取樣時(shí)鐘的頻頻率fS＝4fSC，并與色同同步信號(hào)嚴(yán)嚴(yán)格鎖相，，實(shí)際上取取樣時(shí)就已已實(shí)現(xiàn)了FU、FV這兩個(gè)數(shù)字字色度分量量分離。位于fSC零相的采樣樣值為V分量，位于fSC90°(將fSC延遲TS，即一個(gè)A/D采樣樣周期)的采樣值為為U分量。所以利用彩彩色副載波波fSC作為時(shí)鐘進(jìn)進(jìn)行再取樣樣，fSC零相的再取取樣值即為為V分量值，fSC延遲一個(gè)fS的周期TS的取樣值即即為U分量值，以以完成副載載頻信號(hào)至至視頻信號(hào)號(hào)的頻率變變換。6．4．3電視視信號(hào)的時(shí)時(shí)基處理數(shù)字信號(hào)的的在存儲(chǔ)器器里的存入入、取出由由外部的定定時(shí)信號(hào)決決定。若數(shù)數(shù)字電視信信號(hào)在存儲(chǔ)儲(chǔ)過(guò)程中，，采用不同同的存入和和取出的定定時(shí)信號(hào),就可以將將電視信號(hào)號(hào)在時(shí)間上上進(jìn)行變換換,這種變變換稱為時(shí)時(shí)基處理。。1．?dāng)?shù)字字時(shí)基校正正數(shù)字時(shí)基校校正器(DTM)是是一種典型型的時(shí)基處處理設(shè)備，，它主要用用于校正視視頻磁帶錄錄像機(jī)〔VTR)重重放時(shí)輸出出信號(hào)的時(shí)時(shí)基誤差(TBE)。(RAM或SRAM)用于DTBC的存儲(chǔ)器容容量一般為為10余行以上，，而校正的的時(shí)基誤差差可達(dá)幾十十μs甚至更大。。2．?dāng)?shù)字字時(shí)基處理理的其它應(yīng)應(yīng)用時(shí)基變換和和處理的原原理，還可可用于其它它方面，例例如倍行頻頻或倍場(chǎng)頻頻顯示，隔隔行/逐行行掃描轉(zhuǎn)換換，數(shù)字式式彩色電視視制式轉(zhuǎn)換換等。這些些都是通過(guò)過(guò)對(duì)幀存儲(chǔ)儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)數(shù)字電視信信號(hào)進(jìn)行特特殊的讀/寫控制和和內(nèi)插處理理而實(shí)現(xiàn)的的。①倍行/場(chǎng)頻掃描描將電視信號(hào)號(hào)以正常的的取樣時(shí)鐘鐘寫入存儲(chǔ)儲(chǔ)器，通過(guò)過(guò)數(shù)據(jù)內(nèi)插插方法(即將相鄰行行的數(shù)據(jù)平平均，得到到內(nèi)插行的的數(shù)據(jù)；或或者將相鄰鄰幀的數(shù)據(jù)據(jù)平均，得得到內(nèi)插幀幀的數(shù)據(jù))進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)擴(kuò)展。再再以雙倍取取樣頻率取取出數(shù)據(jù)。。同時(shí)顯示示時(shí)以倍行行頻掃描，，即每場(chǎng)625行顯示，這這是倍行頻頻顯示技術(shù)術(shù)。也可以以重新排列列掃描順序序，由隔行掃描描改為逐行行掃描。以上兩種種顯示掃描描行數(shù)都加加倍，只是是數(shù)據(jù)的讀讀出順序不不同。倍行行頻可以消消除行間的的閃爍現(xiàn)象象。倍場(chǎng)頻頻顯示是保保持隔行掃掃描不變，，而使場(chǎng)頻頻加倍(每秒由50場(chǎng)提高到100場(chǎng)。當(dāng)然行行頻也加倍倍)。倍場(chǎng)頻顯顯示既能消消除行間閃閃爍，也能能消除場(chǎng)間間大面積的的閃爍。②數(shù)字制式式轉(zhuǎn)換器將525行和625行兩種制式式轉(zhuǎn)換的數(shù)數(shù)字制式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器(DSC)，也是利利用上述時(shí)時(shí)基變換和和行、場(chǎng)內(nèi)內(nèi)插等技術(shù)術(shù)實(shí)現(xiàn)的。。625=25×25；525=21×256．6高高清晰度度電視6．6．1普通通電視系統(tǒng)統(tǒng)存在的缺缺陷（以以NTSC系統(tǒng)為例例）1．總體上上的缺陷⑴寬高比比早期擬訂電電視規(guī)范時(shí)時(shí)，選擇了了4:3的寬高高比，因?yàn)闉楫?dāng)時(shí)35mm影片片有同樣的的寬高比，，而且觀眾眾對(duì)此格式式也感到舒舒適。但今今天“寬屏屏幕”形式式很普遍，，NHK的的研究表明明，人們更更喜歡5:3或或甚至2:1的的寬高比。。⑵有有限限的的垂垂直直分分解解力力(NTSC系系統(tǒng)統(tǒng)比比PAL系系統(tǒng)統(tǒng)更更明明顯顯)在NTSC制制的的525掃掃描描行行中中，，只只有有485行行能能產(chǎn)產(chǎn)生生圖圖像像，，余余下下的的40行行是是場(chǎng)場(chǎng)消消隱隱期期。。在在最最佳佳的的情情況況下下，，人人們們期期望望分分解解出出485行行，，但但實(shí)實(shí)際際上上有有一一些些影影響響使使這這個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)字字大大大大減減少少，，如如凱凱爾爾(Kell)系系數(shù)數(shù)和和隔隔行行系系數(shù)數(shù)等等均均使使可可觀觀察察到到的的分分解解力力降降低低，，最最多多只只能能達(dá)達(dá)到到330行行左左右右。。⑶有有限的的水平平分解解力假設(shè)水水平分分解力力近似似等于于垂直直分解解力。。因此此水平平分解解力在在滿屏屏寬約約為440行。。要達(dá)達(dá)到這這樣的的分解解力，，需要要頻率率響應(yīng)應(yīng)的平平坦部部分達(dá)達(dá)到4.2MHz左左右。。NTSC制規(guī)規(guī)定視視頻帶帶寬的的上限限也只只有4.2MHz，，此頻頻率上上限不不能隨隨便擴(kuò)擴(kuò)展，，因?yàn)闉殡娨曇曨~道道的劃劃分大大多互互相緊緊鄰。。⑷嚴(yán)重重受限的的色度分分解力根據(jù)對(duì)人人類視覺覺系統(tǒng)的的研究結(jié)結(jié)果，人人眼對(duì)彩彩色的分分辨力是是有限的的，因此此決定利利用這一一點(diǎn)對(duì)色色度系統(tǒng)統(tǒng)的頻率率響應(yīng)也也作同樣樣的限制制。雖然然這種方方法已證證明是使使色度信信號(hào)符合合原先單單色傳輸輸標(biāo)準(zhǔn)的的極好方方法，但但目前節(jié)節(jié)目制作作設(shè)備卻卻正在發(fā)發(fā)生變化化，為了了盡量減減小圖像像的劣化化，采用用RGB基色或或Y、B-Y、G-Y分量量進(jìn)行編編輯。2．隔行行缺陷⑴行間間閃爍⑵爬行行⑶移動(dòng)動(dòng)物體的的垂直和和對(duì)角線線輪廓會(huì)會(huì)發(fā)生畸畸變（鋸鋸齒化現(xiàn)現(xiàn)象）3．其它它各種缺缺陷⑴靜態(tài)態(tài)光柵（（可見行行結(jié)構(gòu)））由于電視視機(jī)屏幕幕尺寸的的增加和和質(zhì)量的的改進(jìn)，，觀眾開開始能看看到組成成一幀圖圖像的各各掃描行行，許多多人對(duì)此此感到不不快，使使掃描點(diǎn)點(diǎn)單純地地散焦，，會(huì)產(chǎn)生生使水平平清晰度度同時(shí)下下降的缺缺陷。按按照NTSC制制標(biāo)準(zhǔn)，，觀眾要要在圖像像高度的的7倍處處(PAL制是是6倍)才可以以避免看看到行結(jié)結(jié)構(gòu)。在在這個(gè)距距離上，，觀看者者不會(huì)有有身臨其其境的感感覺，相相反是感感覺在看看“一只只盒子中中的圖畫畫”。⑵大面面積閃爍爍研究表明明，人眼眼可觀察察到頻率率非常高高的場(chǎng)景景亮度變變化，它它取決于于視場(chǎng)和和亮度電電平。就就正常的的觀看電電平來(lái)講講，歐洲洲的PAL和SECAM的50Hz場(chǎng)頻對(duì)對(duì)許多人人來(lái)說(shuō)可可能是太太低了。。測(cè)試表表明，100Hz的場(chǎng)場(chǎng)頻對(duì)避避免大面面積閃爍爍效果是是很好的的，當(dāng)然然這時(shí)接接收機(jī)的的成本會(huì)會(huì)有較大大的增加加。⑶串色串色看起起來(lái)就像像新聞播播音員身身上花呢呢短上衣衣的異常常彩色編編織圖案案的效果果，這是是由于NTSC將高頻頻亮度信信號(hào)與色色度信號(hào)號(hào)混合在在同一個(gè)個(gè)復(fù)合信信號(hào)里所所致。減減小此種種串?dāng)_有有兩個(gè)辦辦法，一一種是將將亮度倍倍號(hào)帶寬寬限制到到大約3MHz(該方方法比較較經(jīng)濟(jì)，，直到幾幾年前一一直在普普遍使用用)；再再就是利利用流狀狀濾波器器將色度度信號(hào)從從亮度信信號(hào)中濾濾出，但但又會(huì)使使垂直分分辨率降降低。⑷串亮串亮是由由于色度度信號(hào)漏漏入亮度度通道所所致，特特別是在在黑白電電視接收收機(jī)中，，屏幕上上由密布布點(diǎn)組成成矩陣狀狀干擾。。串亮可可采取與與抗串色色相同的的方法來(lái)來(lái)消除。。⑸時(shí)域域混疊這種“車車輪向后后轉(zhuǎn)”的的視覺效效應(yīng)是由由30幀幀／秒的的取樣率率造成的的。傳統(tǒng)電視系系統(tǒng)的缺陷陷小結(jié)：為了使閃爍爍減少到可可接受的水水平，又要要保持帶寬寬不變，采采用隔行掃掃描是最好好的折中。。采用這樣樣的技術(shù)不不可能沒有有損失，如如行間閃爍爍、快速運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)垂直直邊緣模糊糊等。為減輕這些些缺陷的影影響，尤其其是要避免免看到行結(jié)結(jié)構(gòu)，觀眾眾應(yīng)該在6倍圖像高高度距離處處觀看。但但是在這個(gè)個(gè)距離上，，觀看者不不會(huì)有融進(jìn)進(jìn)節(jié)目的感感覺，相反反是感覺它它像“一只只盒子中的的圖”。為了使彩色色電視和黑黑白電視兼兼容采用了了頻率分割割復(fù)用技術(shù)術(shù)，使得色色差信號(hào)和和亮度信號(hào)號(hào)在頻譜上上的交借，，這是很大大的進(jìn)步，，但又免不不了會(huì)有串串亮和串色色。這也是是在新一代代電視系統(tǒng)統(tǒng)中要解決決的問(wèn)題。。6．6．2人眼視視覺和電視視標(biāo)準(zhǔn)1．視角和和臨場(chǎng)感當(dāng)一幅清楚楚的圖像呈呈現(xiàn)在寬闊闊的視覺場(chǎng)場(chǎng)時(shí)，人眼眼將不能區(qū)區(qū)分被顯示示的圖像空空間和觀看看者所處的的空間，這這將使觀看看者幾乎忘忘記了這是是由顯示產(chǎn)產(chǎn)生的圖像像，而獲得得逼真的立立體視覺。。因此，擴(kuò)擴(kuò)展屏幕寬寬度對(duì)產(chǎn)生生臨場(chǎng)感是是極為有效效的技術(shù)手手段。實(shí)驗(yàn)證明，，只有當(dāng)視視場(chǎng)角至少少超過(guò)20°時(shí)才能能開始獲得得具有“臨臨場(chǎng)感”表表現(xiàn)的心理理效果。隨隨著觀看者者的視場(chǎng)角角增加，這這種心理效效果也增加加，當(dāng)達(dá)到到80°～～120°時(shí)趨于于飽和。目目前的電視視系統(tǒng)，位位于最佳距距離觀看時(shí)時(shí)，水平視視角大約只只有10°°左右，而而未來(lái)的電電視系統(tǒng)的的水平視角角則希望達(dá)達(dá)到20°°～30°。視覺覺場(chǎng)大小和和觀看距離離有關(guān)，普普通電視在在距圖像高高度的7倍倍處觀看，，HDTV在距圖像像高度3倍倍的距離處處觀看已獲獲得較大的的視角。為為了滿足近近處觀看，，HDTV的圖像就就必須有相相應(yīng)的圖像像細(xì)節(jié)和清清晰的輪廓廓。圖6-222．．垂垂直直細(xì)細(xì)節(jié)節(jié)和和觀觀看看距距離離要提提高高電電視視系系統(tǒng)統(tǒng)的的垂垂直直清清晰晰度度，，就就必必須須提提高高掃掃描描行行數(shù)數(shù)。。為為此此有有必必要要來(lái)來(lái)確確定定在在滿滿足足人人眼眼視視覺覺對(duì)對(duì)圖圖像像質(zhì)質(zhì)量量要要求求的的前前提提下下，，新新的的高高清清晰晰度度電電視視系系統(tǒng)統(tǒng)的的掃掃描描行行數(shù)數(shù)至至少少應(yīng)應(yīng)為為多多少少行行才才合合適適。。研研究究的的結(jié)結(jié)果果表表明明，，高高清清晰晰度度電電視視要要求求的的掃掃描描行行數(shù)數(shù)決決定定于于人人眼眼視視覺覺系系統(tǒng)統(tǒng)的的頻頻率率響響應(yīng)應(yīng)特特性性，，并并且且是是人人眼眼觀觀看看圖圖像像距距離離的的函函數(shù)數(shù)。。白順順序序排排列列的的條條紋紋。。對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)這這些些不不同同頻頻率率的的條條紋紋圖圖案案，，視視覺覺的的敏敏感感度度不不同同。。由由于于人人眼眼的的視視力力有有個(gè)個(gè)極極限限值值，，即即眼眼睛睛的的分分辨辨能能力力有有限限，，當(dāng)當(dāng)空空間間頻頻率率超超過(guò)過(guò)——定定值值后后，，就就感感覺覺不不出出有有明明暗暗條條紋紋的的變變化化，，而而成成了了融融合合在在一一起起的的連連續(xù)續(xù)亮亮光光。。因因此此，，空空間間頻頻率率特特性性的的截截止止頻頻率率就就相相當(dāng)當(dāng)于于眼眼睛睛的的分分辨辨能能力力。。圖6-23在單單位位空空間間里里將將明明暗暗條條紋紋按按正正弦弦分分布布規(guī)規(guī)律律變變化化，，人人眼眼將將看看到到黑黑圖6-23橫坐坐標(biāo)標(biāo)r為空空間間頻頻率率，，單單位位為為cpd(周周/度度)，，表表示示每每度度視視角角包包含含的的黑黑自自條條紋紋數(shù)數(shù)；；縱縱坐坐標(biāo)標(biāo)為為為為相相對(duì)對(duì)視視覺覺響響應(yīng)應(yīng)值值；；r1為相相對(duì)對(duì)響響應(yīng)應(yīng)值值下下降降6dB時(shí)時(shí)的的空空間間頻頻率率，，稱稱為為高高端端截截止止頻頻率率，，一一般般r1＝9.3cpd；；若若定定義義歸歸一一化化空空間間頻頻率率x=r/r1，則則當(dāng)當(dāng)x=x0=r0/r1＝1.5時(shí)，，r0稱為空間頻率率上限，x0為極限空間頻頻率的系數(shù)；；常數(shù)k<1，其值值反映了對(duì)比比度閥的變化化。由圖可見，視視覺的空間頻頻率響應(yīng)類似似于低頻端下下跌的帶通濾濾波器的響應(yīng)應(yīng)，即當(dāng)空間間頻率r過(guò)低或過(guò)高時(shí)時(shí)，視覺的相相對(duì)響應(yīng)值下下降。nV＝2r0θV＝2x0r1θV式中，θV為垂直視角：：nV是眼睛能夠分分辨的黑白線線條數(shù)的上限限。另一方面，圖圖像垂直分解解力DV和系統(tǒng)掃描行行數(shù)N之間的關(guān)系式式為DV=KKiηVN式中，，K為Kell系數(shù)，，K=0.7；Ki是隔行行掃描描系數(shù)數(shù)其值值為0.6～0.7；ηV為垂直直掃描描有效效率(正程系系數(shù))。在上限限空間間頻率率r0的情況況下，，眼睛睛能分分辨出出屏幕幕上的的黑白白線條條總數(shù)數(shù)在圖圖像垂垂直方方向可可表示示為若對(duì)高高清晰晰度電電視的的圖像像垂直直分解解力的的要求求不超超過(guò)人人的眼眼睛能能夠分分辨的的空間間頻率率的上上限D(zhuǎn)V=nV，即掃掃描線線數(shù)為為令視距距與圖圖像高高度之之比為為d，及，，則掃掃描線線數(shù)由此可可見，，掃描描行數(shù)數(shù)直接接與觀觀察距距離有有關(guān)。。觀察察距離離越近近，要要求的的掃描描行數(shù)數(shù)越多多，這這樣才才能使使相鄰鄰掃描描線不不產(chǎn)生生間隔隔斷開開的感感覺。。人觀觀看電電視圖圖像的的最佳佳距離離應(yīng)該該是在在看不不清掃掃描線線結(jié)構(gòu)構(gòu)的情情況下下，能能看清清電視視圖像像的所所有細(xì)細(xì)節(jié)，，就是是說(shuō)要要看清清圖像像最高高分辨辨力的的線數(shù)數(shù)。3．水水平細(xì)細(xì)節(jié)、、圖像像寬度度和視視頻帶帶寬由于人人眼中中錐狀狀細(xì)胞胞是接接近圓圓形的的，其其垂直直分辨辨力和和水平平分辨辨力是是接近近相同同的高高清晰晰度電視水水平分分辨力力的要要求應(yīng)應(yīng)等于于垂直直分辨辨力。普通電電視的的寬高高比是是1.33(4:3)，，圖像像的最最佳觀觀看距距離為為6～～7倍倍的屏屏幕高高度，，水平平/垂垂直視視場(chǎng)角角只有有10°左左右，，沒有有臨場(chǎng)場(chǎng)感。。高清清晰度度電視視采用用了與與寬銀銀幕電電影相相同的的圖像像寬高高比16:9(1.777)，，在3倍屏屏幕高高度的的觀看看距離離上，，水平平/垂垂直視視場(chǎng)角角達(dá)19°°/33°左左右，，具有有較強(qiáng)強(qiáng)的臨臨場(chǎng)感感。它它也是是在圖圖像質(zhì)質(zhì)量和和HDTV信道道限制制之間間的一一個(gè)折折中,因?yàn)闉樵谄淦渌鼦l條件相相同的的情況況下,視頻頻基帶帶的帶帶寬和和寬高高比成成正比比。人眼的視視覺特性性包括物物理特性性和心理理特性兩兩個(gè)方面面。心理理因素涉涉及到的的對(duì)高清清晰度電電視質(zhì)量量的影響響,是通通過(guò)大量量實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)得到到的,是是綜合性性的。它它和掃描描行數(shù)、、觀看距距離、圖圖像寬高高比、屏屏幕尺寸寸大小、、空間視視角場(chǎng)、、掃描制制式以及及屏幕亮亮度等都都有密切切相連的的關(guān)系。。以清晰晰度為例例，在一一定的觀觀看距離離下，若若觀看者者感覺到到高清晰晰度電視視圖像的的清晰度度遠(yuǎn)高于于普通電電視，那那么隨著著顯示圖圖像的尺尺寸變小小,或圖圖像尺寸寸不變而而視距拉拉遠(yuǎn),二二者之間間的差別別就會(huì)變變得不再再能察覺覺出來(lái)。。所以,高清晰晰度電視視是與大大屏幕緊緊密聯(lián)系系在一起起的。如如果這個(gè)個(gè)圖像在在小屏幕幕上接收收,它的的高清晰晰度優(yōu)勢(shì)勢(shì)的吸引引力就不不存在了了。下面以N=1125、fF=30Hz為例,估估算HDTV視頻信信號(hào)的帶寬寬。在此標(biāo)準(zhǔn)下下的掃描行行頻fHDTVH為fHDTVH=1125×30=33.75kHz，正程系數(shù)ηV取與NTSC相同，，即取ηV=0.92在DV=KKiηVN中的隔行系系數(shù)取Ki=0.65/0.7（K=0.7）,則隔行掃掃描的HDTV視頻信號(hào)帶帶寬fb約為14.1/16.5MHz(DV≈471/507線)。6．6．3電視信號(hào)的的空間表示示由攝像機(jī)所所獲取的圖圖像是空間間和時(shí)間取取樣的結(jié)果果。行結(jié)構(gòu)構(gòu)代表了垂垂直方向上上的取樣,利用數(shù)字字信號(hào)處理理技術(shù),通通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換將行方方向的模擬擬信號(hào)轉(zhuǎn)換換成數(shù)字信信號(hào),由此此產(chǎn)生圖像像水平方向向上的取樣樣。這樣,垂直和水水平取樣過(guò)過(guò)程提供了了空間分析析,場(chǎng)和幀幀的重復(fù)提提供了圖像的時(shí)間間取樣。如如果圖像用用f(x,y)二維表示示，掃描線線可表示成成。。用掃描描線對(duì)圖像像進(jìn)行取樣樣，在時(shí)間域上是f(x,y)與的的乘積積，在頻域上是F(μ,ν)和的的卷積積（μ和ν分別是x和y方向的空間間頻率）。。即空間位置空空間頻頻率圖6-24圖像掃描取取樣后的頻頻譜如圖6-24所示，其中中圖(a)是掃描線和和圖像f(x,y)；圖圖(b)是圖圖像像的的譜譜F(μ,ν)；圖圖(c)是掃掃描描線線的的譜譜；；圖圖(d)是經(jīng)過(guò)掃掃描的圖圖像的譜譜。由圖圖可見，，不發(fā)生生混疊的的條件是是必須保保證圖像像在ν軸方向上上的最高高頻率滿滿足。。數(shù)字電視視不僅在在垂直方方向上用用掃描線線取樣，，在行的的方向上上也須取取樣，如如圖6-25(a)所示。取取樣點(diǎn)呈呈格子狀狀，稱之之為正交交取樣，，它可以以表示成成二維沖沖擊函數(shù)數(shù)圖(b)表示圖圖像的二二維譜，，圖(c)是取取樣以后后的圖像像信號(hào)的的二維譜譜。如取樣樣后的的信號(hào)號(hào)為fg(x,y)，則圖6-25式中是是x、y方向的的取樣樣頻率率。不不發(fā)生生混疊疊的條條件是是限制制圖像像在x方向和和y方向上上的最最高頻頻率ωx、ωy，即在前述的正交取取樣時(shí)時(shí)，不不發(fā)生生混最最的條條件是是取樣樣頻率率要大大于最最高頻頻率的的兩倍倍，如如果不不滿足足這個(gè)個(gè)條件件，肯肯定會(huì)會(huì)發(fā)生生混疊疊。但但是在在交錯(cuò)錯(cuò)取樣樣(offsetsampling)（或稱偏偏置取樣））的情況下，，即使在垂垂直方向和和水平方向向上取樣頻頻率各降僅僅了近一半半，仍然不不發(fā)生混疊疊，采用交錯(cuò)點(diǎn)點(diǎn)取樣使頻頻譜面積的的利用更充充分了。圖6-26我們將要介介紹的日本本已實(shí)用化化的MUSE制HDTV就就是采用了了的點(diǎn)交錯(cuò)(偏置)的取樣方法法。6．6．4MUSE系統(tǒng)統(tǒng)首先需要指指出，日本本的MUSE系統(tǒng)（同時(shí)時(shí)包括歐洲洲曾經(jīng)開發(fā)發(fā)過(guò)的HD-MAC系統(tǒng)）不是是全數(shù)字式式HDTV，，已經(jīng)成為為過(guò)時(shí)被淘淘汰的技術(shù)術(shù)。然而，，MUSE畢竟是是世界上最最早投入實(shí)實(shí)用并正式式播出的高清晰度電電視系統(tǒng)，，而HD-MAC早在巴塞羅羅那奧運(yùn)會(huì)會(huì)期間進(jìn)行行過(guò)試播，，同時(shí)它們們受采用的的一些技術(shù)術(shù)具有一定定的先進(jìn)性性和可借鑒鑒性(如采采用多重亞亞取樣和運(yùn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技技術(shù)),所所以這里對(duì)對(duì)MUSE系統(tǒng)作簡(jiǎn)單單的介紹。。1．概述日本于1964年開開始進(jìn)行了了高清晰度度電視的研研究．歷經(jīng)經(jīng)20余年年。終于在在1984年正式提提出了MUSE(MultipleSub-NyquistSamplingEncoding)，即即多重亞奈奈奎斯特取取樣編碼系系統(tǒng)，用單單頻道作HDTV衛(wèi)衛(wèi)星廣播。。MUSE系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)參數(shù)如下下：⑴采用場(chǎng)頻為為60Hz的的隔行掃描，，掃描行數(shù)數(shù)為1125行。這是為為兼顧到NTSC的525行和PAL和SECAM制的625行，因?yàn)?125行對(duì)于525行為15:7，而對(duì)625行則為9:5。⑵采用多多重亞取樣樣和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)。。重建的信信號(hào)頻帶寬寬度：靜止止情況下亮亮度信號(hào)為為22.75MHz，色度信信號(hào)為7.425MHz；運(yùn)運(yùn)動(dòng)情況下下亮度信號(hào)號(hào)為14.85MHz．色度度信號(hào)為3.7125MHz。⑶傳輸形形式是取樣樣數(shù)據(jù)的模模擬傳輸，，信號(hào)的取取樣頻率為為16.2MHz。。⑷壓縮后后視頻信號(hào)號(hào)帶寬為8.1MHz，采用用調(diào)頻調(diào)制制。目前MUSE系統(tǒng)在日本本巳投入使使用，用直直播廣播衛(wèi)衛(wèi)星(DBS)在12GHz頻道帶寬為為27MHz／24MHz，效果良好好，但與現(xiàn)現(xiàn)有電視制制式不兼容容。2．MUSE信號(hào)的的形成⑴亞取取樣技術(shù)原始的模數(shù)數(shù)變換的取取樣頻率是是48.6MHz，，也就是信信號(hào)的上限限頻率是24.3MHz。經(jīng)經(jīng)過(guò)壓縮的的信號(hào)的視視頻帶寬的的上限是8.1MHz。這里里所圖6-27說(shuō)的壓縮方方法就是用用亞取樣的的方法，也也可以稱為為點(diǎn)交錯(cuò)的的取樣方法法。對(duì)于靜靜止圖像，，兩幀(4場(chǎng))呈一一個(gè)周期，，在一個(gè)周周期內(nèi)各場(chǎng)場(chǎng)的取樣是是互相交錯(cuò)錯(cuò)的，也就就是由4場(chǎng)場(chǎng)組成一幅幅圖。這里里利用了人人眼對(duì)靜止止(包括慢慢運(yùn)動(dòng))圖圖像的空間間分辨力要要求高，而而對(duì)時(shí)間分分辨力要求求低的視覺覺特性。。⑵時(shí)間壓縮縮技術(shù)在MUSE系系統(tǒng)中，亮度度信號(hào)和色度度信號(hào)不是采采用頻譜交錯(cuò)錯(cuò)方式而是用用時(shí)分復(fù)用方方式。它是將將亮度信號(hào)和和色度信號(hào)分分別在時(shí)間上上壓縮，并且且將壓縮以后后的亮度信號(hào)號(hào)和色度信號(hào)號(hào)安排在一行行中不同的時(shí)時(shí)間段。亮度度信號(hào)的壓縮縮比是12:11，色度度信號(hào)壓縮得得更多，和亮亮度信號(hào)的時(shí)時(shí)間壓縮比是是4:1。色色度信號(hào)CR和CB還是輪流傳送送。亮度信號(hào)號(hào)之所以要進(jìn)進(jìn)行12:11的壓縮，，是為了在將將亮度信號(hào)壓壓縮到亮度信信號(hào)的1/4之后，亮度度信號(hào)和色度度信號(hào)所占時(shí)時(shí)間不超過(guò)行行掃描全程時(shí)時(shí)間（63.5μs）。亮度信號(hào)號(hào)的上限頻率率是(48.6MHz/2)×(11/12)＝22.275MHz，色度信號(hào)的上上限頻率是(22.275MHz)×(1/3)＝7.425MHz。圖6-31實(shí)現(xiàn)時(shí)間壓縮縮(TCI：TimeCompressedIntegration)和擴(kuò)展的方框框圖如圖6-31所示。⑶運(yùn)動(dòng)檢檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償MUSE系統(tǒng)統(tǒng)是一個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)補(bǔ)償亞取樣樣系統(tǒng)。對(duì)于于圖像的靜止止區(qū)域，解碼碼器是用時(shí)間間內(nèi)插，即用用4場(chǎng)的信號(hào)號(hào)的取樣值采采重建HDTV圖像。對(duì)對(duì)于圖像的運(yùn)運(yùn)動(dòng)區(qū)域，解解碼器是用空空間內(nèi)插，即即用當(dāng)前場(chǎng)的的信號(hào)的內(nèi)插插。如果將時(shí)時(shí)間內(nèi)插用于于運(yùn)動(dòng)部分，，多行混疊會(huì)會(huì)使圖像質(zhì)量量下降。利用用空間內(nèi)插的的區(qū)域帶寬窄窄，這意味著著圖像運(yùn)動(dòng)部部分的分解力力會(huì)下降，但但這個(gè)問(wèn)題影影響不大，因因人的視覺對(duì)對(duì)圖像運(yùn)動(dòng)部部分的邊緣的的模糊不敏感感。由于攝像機(jī)拍拍攝全景時(shí)如如搖動(dòng)鏡頭和和傾斜拍攝造造成的運(yùn)動(dòng)和和圖像中物體體的運(yùn)動(dòng)給人人眼的感覺不不同，如果按按物體運(yùn)動(dòng)那那樣來(lái)處理，，它會(huì)使整個(gè)個(gè)圖畫面都模模糊。為此，，就需要運(yùn)動(dòng)動(dòng)補(bǔ)償。在編編碼器端，對(duì)對(duì)每一場(chǎng)作檢檢測(cè)，要找出出一個(gè)代表景景物運(yùn)動(dòng)的矢矢量。在解碼碼器端，將前前一場(chǎng)的圖像像元素取樣值值按運(yùn)動(dòng)矢量量作位移。利利用這樣的運(yùn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法法，使時(shí)間內(nèi)內(nèi)插能夠應(yīng)用用于播鏡頭和和傾斜拍攝的的場(chǎng)合，而不不會(huì)有模糊，，改善了運(yùn)動(dòng)動(dòng)圖像的分解解力。由上所述，在在MUSE系系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償僅用于搖搖鏡頭和傾斜斜拍攝的情況況，并不用在在物體運(yùn)動(dòng)的的情況。為了要從一場(chǎng)場(chǎng)中檢測(cè)出一一個(gè)單一的運(yùn)運(yùn)動(dòng)矢量，必必須使用全畫畫面的信息，，即使用全部部像素來(lái)檢測(cè)測(cè)。這在理論論上是可行的的，但計(jì)算量量太大。實(shí)際際上不使用那那么多的點(diǎn)，，也能確保足足夠的精度。。如圖6-32所示，在每個(gè)個(gè)32×8的小塊中選出出代表點(diǎn)，對(duì)對(duì)這些代表點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算。。圖6-32圖6-33運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方方法很多，MUSE系統(tǒng)中是用的的匹配法。如如圖6-33所示，將前一一幅圖像中的的代表點(diǎn)相當(dāng)當(dāng)前圖像各點(diǎn)點(diǎn)之間進(jìn)行相相關(guān)計(jì)算，求求出其中相關(guān)關(guān)值最高的運(yùn)運(yùn)動(dòng)矢量Z。這里要注意意的是，這里里的相關(guān)計(jì)算算并不是兩幅幅都用代表點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，，僅僅是前一一幅用代表點(diǎn)點(diǎn)。6.6.5全數(shù)字字電視系統(tǒng)1.全數(shù)數(shù)字電視系統(tǒng)統(tǒng)信號(hào)的的基基本特征Ⅰ.視頻和和音頻信號(hào)全全部數(shù)字化。。Ⅱ.采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)字字化視頻信號(hào)號(hào)進(jìn)行壓縮編編碼，目標(biāo)是是降低數(shù)字信信號(hào)的傳輸碼碼率。（信源編碼）Ⅲ.壓縮編編碼后的數(shù)字字視頻信號(hào)在在調(diào)制前，為為了保證在傳傳輸工程中盡盡可能減少差差錯(cuò)，通常還還要加入用于于糾錯(cuò)的RS碼和卷積碼碼，同時(shí)還要要作交織處理理使可能產(chǎn)生生的差錯(cuò)均勻勻分布，以利利于糾錯(cuò)目低低是提高數(shù)字字信號(hào)的傳輸輸?shù)目煽啃?。。（信道編碼）Ⅳ.采用MPEG-2、AC-3或AAC等標(biāo)準(zhǔn)（將來(lái)可可能還會(huì)有新新的標(biāo)準(zhǔn)）將將數(shù)字化音頻頻信號(hào)進(jìn)行壓壓縮編碼，提提供5.1聲聲道的數(shù)字伴伴音信號(hào)。Ⅴ.采用用高效率的數(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)術(shù)，完成數(shù)字字電視信號(hào)的的發(fā)送傳輸任任務(wù)。不同的的數(shù)字電視系系統(tǒng)所采用的的調(diào)制方式不不同，同時(shí)，，相同的數(shù)字字電視系統(tǒng)，，傳輸媒體中中所采用的調(diào)調(diào)制方式也不不相同。2.現(xiàn)行行的數(shù)字電視視（含數(shù)字高高清晰度電視視）系統(tǒng)Ⅰ.美國(guó)的ATSC（地面廣播：：8–VSB調(diào)制））(ATSC：AdvancedTelevisionSystemsCommittee)Ⅱ.歐洲的DVB（地面廣播：：DVB-T采采用COFDM調(diào)制））(DVB：DigitalVideoBroadcast數(shù)字視頻廣播播；COFDM：：CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing：編碼正交頻分分復(fù)用)Ⅲ.日本的ISDB（地面廣播：：ISDB-T采用COFDM調(diào)調(diào)制）(ISDB：：IntegratedServicesDigitalBroadcasting綜合合業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)數(shù)數(shù)字字廣廣播播；ISDB-T：：TerrestrialIntegratedServicesDigitalBroadcasting)這些些數(shù)數(shù)字字電電視視系系統(tǒng)統(tǒng)的的共共同同特特點(diǎn)點(diǎn)是是采采用用MPEG-2作作為為圖圖像像信信號(hào)號(hào)的的壓壓縮縮標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，，而而在在伴伴音音信信號(hào)號(hào)的的處處理理以以及及傳傳輸輸調(diào)調(diào)制制方方法法等等方方面面各各不不相相同同，，均均有有各各自自的的獨(dú)獨(dú)到到之之處處。。3.MPEG的的基基本本理理論論（（圖像像信信源源編編碼碼）MPEG（（MovingPictureExpertGroup））是是““活活動(dòng)動(dòng)圖圖像像專專家家組組””的的英英文文簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱，，1988年年成成立立以以來(lái)來(lái)已已經(jīng)經(jīng)制制定定了了MPEG-1～～MPEG-7等等多多個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)字字視視頻頻／／數(shù)數(shù)字字音音頻頻壓壓縮縮編編碼碼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。MPEG-1的的壓壓縮縮比比高達(dá)達(dá)200:1，用用于于最最高高碼碼率率可可達(dá)達(dá)1.5Mb/s的的活活動(dòng)動(dòng)圖圖像像和和相相應(yīng)應(yīng)音音頻頻信信號(hào)號(hào)的的壓壓縮縮編編碼碼，，圖圖像像質(zhì)質(zhì)量量與與VHS相相當(dāng)當(dāng)。。MPEG-2的壓壓縮縮比比可可達(dá)達(dá)50:1,壓壓縮縮后后的的數(shù)數(shù)字字活活動(dòng)動(dòng)圖圖像像信信號(hào)號(hào)和和相相應(yīng)應(yīng)音音頻頻信信號(hào)號(hào)碼碼率率可可達(dá)達(dá)幾幾Mb/s，，是是DVD和和數(shù)數(shù)字字高高清清度度電電視視所所采采用用的的壓壓縮縮編編碼碼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。MPEG-4的的最最初初目目標(biāo)標(biāo)是是低低碼碼率率圖圖像像通通信信（（64Kb/s以以下下）），，后后來(lái)來(lái)發(fā)發(fā)展展成成為為應(yīng)應(yīng)用用更更加加廣廣泛泛的的多多媒媒體體編編碼碼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。MPEG-4是是一一個(gè)個(gè)開開放放的的系系統(tǒng)統(tǒng)，，它它即即支支持持傳傳統(tǒng)統(tǒng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)又又不不排排斥斥性性標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，，碼碼率率成成功功地地涵涵蓋蓋了了從從100Kb/s～～10Mb/s的的廣廣闊闊范范圍圍，，互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)上上的的一一些些號(hào)號(hào)稱稱達(dá)達(dá)到到DVD畫畫質(zhì)質(zhì)的的影影像像很很多多是是采采用用MPEG-4的的。。MPEG-7能能對(duì)對(duì)各各種種不不同同類類型型的的多多媒媒體體信信息息進(jìn)進(jìn)行行標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化的的描描述述，，并并將將該該描描述述與與所所描描述述的的內(nèi)內(nèi)容容相相聯(lián)聯(lián)系系，，以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)快快速速有有效效的的搜搜索索。。它它的的應(yīng)應(yīng)用用很很廣廣，，既既可可應(yīng)應(yīng)用用于于存存儲(chǔ)儲(chǔ)，，也也可可用用于于流流式式應(yīng)應(yīng)用用(如廣廣播播)，還還可可以以在在實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)或或非非實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)環(huán)環(huán)境境下下應(yīng)應(yīng)用用，，如如：：數(shù)數(shù)字字圖圖書書館館、、多多媒媒體體名名錄錄服服務(wù)務(wù)(如黃黃頁(yè)頁(yè))、廣廣播播媒媒體體選選擇擇、、多多媒媒體體編編輯輯等等，，應(yīng)應(yīng)用用潛潛力力很很大大。。⑴MPEG的的視視頻頻數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)流流結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)為了了便便于于對(duì)對(duì)圖圖像像序序列列的的隨隨機(jī)機(jī)訪訪問(wèn)問(wèn)和和編編輯輯，，MPEG對(duì)對(duì)視視頻頻數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)流流規(guī)規(guī)定定了了分分層層的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（（六六個(gè)個(gè)層層次次））:Ⅰ圖像像序序列列層層（（VideoSequencelayer））Ⅱ圖像像組組層層（（GroupofPicture））Ⅲ圖像像層層（（Picture））Ⅳ宏塊塊條條/片片層層（（Slice））Ⅴ宏塊塊層層（（Macroblock））Ⅵ塊層層（（Blocklayer））①圖像像序序列列：圖像像序列列就是是一個(gè)個(gè)被處處理的的連續(xù)續(xù)圖像像，是是由圖圖像組組構(gòu)成成的，，它包包含序序列頭頭、若若干個(gè)個(gè)圖像像組層層的數(shù)數(shù)據(jù)以以及序序列終終止符符。②圖像組組(GOP)：圖像像組是是為方方便隨隨機(jī)存存取而而加的的，其其結(jié)構(gòu)構(gòu)和長(zhǎng)長(zhǎng)度均均為可可變的的，MPEG2對(duì)此此沒有有硬性性規(guī)定定。圖圖像組組是隨隨機(jī)存存取視視頻單單位，，它由由定義義的一一組或或多組組幀內(nèi)內(nèi)編碼碼幀（（I幀）或非非幀內(nèi)內(nèi)編碼碼幀（（P幀或或B幀幀）圖像像構(gòu)成成。每每組包包括組組頭，，圖像像層數(shù)數(shù)據(jù)，，還有有時(shí)間間信息息。GOP有有兩個(gè)個(gè)參數(shù)數(shù)，即即長(zhǎng)度度(N)和幀重重復(fù)頻頻率(M)。③圖像：圖像像是獨(dú)獨(dú)立的的顯示示單位位，也也是基基本編編碼單單位，，由圖圖像頭頭和宏宏塊條條層數(shù)數(shù)據(jù)組組成。。在MPEG-2中中，圖圖像可可以是是逐行行的，，也可可以是是隔行行的，，MPEG-1總是是逐行行的。。④④宏塊條條：宏塊塊條包包含若若干個(gè)個(gè)連續(xù)續(xù)的宏宏塊，，是重重新同同步單單位。。宏塊塊條的的設(shè)置置目的的是防防止誤誤碼的的擴(kuò)散散，當(dāng)當(dāng)一個(gè)個(gè)宏塊塊條出出現(xiàn)誤誤碼時(shí)時(shí)，不不影響響后續(xù)續(xù)的宏宏塊條條解碼碼。⑤宏塊：宏塊塊層由由宏塊塊頭加加塊層層數(shù)據(jù)據(jù)組成成，圖圖像以以亮度度數(shù)據(jù)據(jù)矩陣陣為基基準(zhǔn)分分為16××16像素素的宏宏塊，，宏塊塊是進(jìn)進(jìn)行運(yùn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償?shù)牡幕颈締挝晃?。一一個(gè)宏宏塊包包含４４個(gè)8××8的亮亮度塊塊，依依據(jù)類類的不不同，，一個(gè)個(gè)宏塊塊還包包含㈠兩個(gè)8××8色度度塊(R-Y和B-Y各一一個(gè)，，4:2:0取取樣時(shí)時(shí))、㈡四個(gè)8××8色度度塊(R-Y和B-Y各兩兩個(gè)，，4:2:2取取樣)或㈢八個(gè)8×8色度度塊(R-Y和B-Y各四四個(gè)，，4:4:4取取樣時(shí)時(shí))。⑥塊：塊是是MPEG碼流流的最最底層層，每每個(gè)塊塊是一一個(gè)8××8像像素的的數(shù)據(jù)據(jù)矩陣陣。每每個(gè)塊塊中只只含有有一種種信號(hào)號(hào)元素素，即即它或或是亮亮度數(shù)數(shù)據(jù)矩矩陣，，或是是某中中色度度數(shù)據(jù)據(jù)矩陣陣。塊塊是進(jìn)進(jìn)行DCT運(yùn)算算的單單位，，宏塊塊在進(jìn)進(jìn)行DCT運(yùn)算算之前前要被被分成成若干干個(gè)塊塊。⑵MPEG中中的三三種圖圖像類類型即即碼流流組成成①三種種圖像像類型型MPEG是是基于于DCT、、運(yùn)動(dòng)動(dòng)補(bǔ)償償和Huffman編碼碼算法法的，，在壓壓縮中中使用用了幀內(nèi)壓壓縮和幀間壓壓縮兩種方方式。。為了了在編編碼中中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)最大大的壓