JH8000數(shù)字電視實驗指導(dǎo)書090611

JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)概述 3第一章視頻A/D、D/A實驗 61.1實驗原理 61.1.1視頻A/D變換器 61.1.2視頻D/A變換器 91.2實驗電路 231.2.1實驗電路總體框圖 231.2.2視頻A/D變換電路模塊 231.2.3視頻D/A變換電路模塊 271.2.4數(shù)字處理模塊（可編程器件） 291.3實驗內(nèi)容 311.3.1實驗一視頻源的參數(shù)調(diào)整 311.3.2實驗二亮色延時實驗 341.3.3實驗三量化比特數(shù)對數(shù)字圖像質(zhì)量的影響 361.3.4實驗四視頻A/D，D/A參數(shù)的觀測 391.3.5實驗五數(shù)字電視的國際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-601號建議） 41第二章音頻A/D，D/A實驗 432.1實驗原理 432.1.1音頻信號取樣頻率的選擇 432.1.2聲音信號（雙極性信號）量化信噪比 442.1.3音頻信號的量化比特數(shù)的確定 442.2實驗電路 452.2.1實驗電路總體框圖 452.2.2音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介 452.2.3音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介 462.2.4數(shù)據(jù)處理與控制模塊 482.3實驗內(nèi)容 512.3.1實驗一抽樣頻率及量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量的影響 512.3.2實驗二觀測各種時鐘數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系 54第三章MPEG視頻編碼 573.1實驗原理 573.1.1MPEG-2編解碼系統(tǒng) 573.1.2MPEG-2壓縮編碼模塊 623.2實驗電路 713.2.1MPEG編碼模塊電路 713.2.2MPEG解碼模塊電路 773.3實驗內(nèi)容 823.3.1實驗一節(jié)目碼流和傳輸碼流實驗 823.3.2實驗二包識別碼（PID）實驗 843.3.3實驗三視頻編解碼延時實驗 863.3.4實驗四視頻幀結(jié)構(gòu)實驗 883.3.5實驗五視頻編碼速率實驗 903.3.6實驗六圖像子采樣模式實驗 923.3.7實驗七GOP實驗 943.3.8實驗八圖像格式實驗 96第四章MPEG音頻編碼 984.1實驗原理 984.1.1MPEG-1音頻壓縮編碼 984.1.2MPEG-2音頻壓縮編碼 1074.1.3MPEG-1、MPEG-2音頻參數(shù)的比較 1094.1.4MPEG-2中的AAC編碼 1104.2實驗內(nèi)容 1124.2.1實驗一MPEG音頻層實驗1 1124.2.2實驗二MPEG音頻層實驗2 114附錄：波形說明 116JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)概述JH8000DTV數(shù)字電視課程實驗箱是完全按照數(shù)字電視國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和生產(chǎn)的數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)，可以提供數(shù)字電視課程所需的若干實驗，同時可以作為實際數(shù)字電視傳輸課程培訓(xùn)時的實驗裝置。一．系統(tǒng)描述JH8000DTV系統(tǒng)主要由視音頻A/D,D/A模塊,視音頻信源編碼、解碼模塊,TS流形成與解復(fù)用模塊,DVBSPI收發(fā)接口等模塊組成。音頻A/D模塊板音頻A/D模塊板音頻信源編碼TS流的形成DVBSPITX模塊傳輸信道DVBSPIRX模塊TS流的解碼視頻信源解碼音頻信源解碼D/AD/ATV監(jiān)視器視頻A/D模塊板視頻信源編碼圖1JH8000DTV系統(tǒng)框圖各部分的組成及功能簡述如下：視音頻A/D、D/A模塊：采用專用的集成芯片，按照國際標(biāo)準(zhǔn)采樣時鐘和采樣格式將模擬輸入的視音頻信號變成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視音頻信號。視音頻信源編碼、解碼模塊：按國際上MPEG－1、2壓縮標(biāo)準(zhǔn)完成對數(shù)字視音頻碼流的壓縮編碼。TS流形成與解復(fù)用模塊：按國際標(biāo)準(zhǔn)將視音頻信源編碼板輸出的MPEG視音頻碼流打包成TS流或解復(fù)用成MPEG視音頻碼流送入視音頻信源解碼板。DVBSPI收發(fā)接口模塊：將MPEG-2的TS流按DVBSPI的國際接口標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)編解碼之間的碼流傳輸。其中各個模塊既可以獨立進(jìn)行分塊實驗，又可以綜合組成數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸實驗JH8000DTV（包括視音頻A/D模塊、視音頻信源編解碼模塊，TS流形復(fù)用與解復(fù)用模塊和DVBSPI傳輸接口模塊）完成系統(tǒng)總體實驗二．系統(tǒng)實驗1．系統(tǒng)總體實驗在實驗中我們使用JH8000DTV實驗箱搭建系統(tǒng)總體實驗環(huán)境，并緊密結(jié)合系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，通過親手對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和測試，讓試驗者初步建立數(shù)字電視系統(tǒng)總體概念。分模塊實驗通過系統(tǒng)總體實驗之后，我們可在建立總體概念的基礎(chǔ)上，將總體系統(tǒng)拆分成若干功能的子模塊。每一功能子模塊作為一個相對獨立的分模塊實驗板，這樣便于實驗者從模塊實驗中掌握數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中各部分原理、功能、技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)及在整個數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中的影響，同時讓學(xué)生了解各個模塊的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計方法，為學(xué)生今后在數(shù)字電視系統(tǒng)設(shè)備的研究方面打下扎實的研究基礎(chǔ)。整個實驗系統(tǒng)可以分成：直接視頻、音頻的AD-DA閉環(huán)實驗裝置和接入后續(xù)編解碼模塊以及傳輸模塊的開環(huán)實驗裝置，可以進(jìn)行的實驗?zāi)K有：（1）視頻源參數(shù)設(shè)置模塊（開環(huán)）亮度設(shè)置色度設(shè)置對比度設(shè)置輸入信號源選擇設(shè)置信號源制式設(shè)置場信號標(biāo)識行設(shè)置行有效像素數(shù)設(shè)置（2）視頻編碼參數(shù)設(shè)置模塊（開環(huán)）系統(tǒng)模式設(shè)置，可以設(shè)置MPEG-1或MPEG-2 編碼方式系統(tǒng)編碼碼流模式設(shè)置，可以設(shè)置編碼碼流輸出格式：節(jié)目碼流(PS)或傳輸碼流(TS)?？删幊淘O(shè)置GOP結(jié)構(gòu)：I、B、P幀的組合，包括I、IP、IBP、IBBP等?？删幊淘O(shè)置編碼速率：512K15M（NX256K，N=2-57）可編程設(shè)置數(shù)字視頻標(biāo)識碼：VPID?？删幊淘O(shè)置數(shù)字音頻標(biāo)識碼：APID。可編程設(shè)置數(shù)字參考時鐘標(biāo)識碼：PCRPID?？删幊淘O(shè)置僅視頻編碼，音頻不編碼工作方式。（3）音頻編碼參數(shù)設(shè)置模塊（開環(huán)）設(shè)置MPEG音頻編碼層：Layer1orLayer2設(shè)置音頻采樣速率設(shè)置音頻編碼輸出速率設(shè)置音頻預(yù)加重模式設(shè)置音頻聲道處理模式設(shè)置音頻PES標(biāo)志（4）MPEG編碼參數(shù)設(shè)置模塊（開環(huán)）可編程設(shè)置編碼模式可編程設(shè)置編碼速率：512K-15M（NX256K，N=2-57）設(shè)置圖像采樣模式可編程設(shè)置GOP模式可編程設(shè)置GOP長度可編程設(shè)置圖像編碼：D1、4/3D1、2/3D1、1/2D1、SIF、QSIF、SliceScreen可編程設(shè)置圖像預(yù)處理濾波模式（5）視頻AD/DA實驗?zāi)K（閉環(huán)）亮度設(shè)置色度設(shè)置對比度設(shè)置色飽和度設(shè)置色調(diào)設(shè)置亮色延遲設(shè)置彩色關(guān)閉設(shè)置（6）音頻AD/DA實驗?zāi)K音頻采樣頻率設(shè)置音頻量化比特數(shù)設(shè)置靜音模式設(shè)置第一章視頻A/D、D/A實驗視頻A/D、D/A變換器是數(shù)字電視系統(tǒng)（圖1-1）的重要組成部分。視頻A/D、D/A變換器性能的好壞對整個數(shù)字電視系統(tǒng)重現(xiàn)圖像質(zhì)量有著非常重要的影響。因此，通過視頻A/D、D/A實驗，更好的掌握視頻A/D、D/A的原理，技術(shù)參數(shù)，國際標(biāo)準(zhǔn)等就顯的十分必要。下面分別介紹視頻A/D、D/A變換器的工作原理，參數(shù)選擇，國際標(biāo)準(zhǔn)，以及各實驗的內(nèi)容，要求，方法等。A/DA/D數(shù)字處理器D/A模擬信號 模擬信號圖1-1數(shù)字設(shè)備基本系統(tǒng)組成1.1實驗原理1.1.1視頻A/D變換器A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，示意圖如圖1.1.1所示。它主要包括取樣、量化和編碼三大部分。取樣，是實現(xiàn)時間軸上的離散化；量化，是實現(xiàn)幅度軸上的離散化；編碼，是實現(xiàn)把離散化了的數(shù)據(jù)用二進(jìn)制碼型表示，進(jìn)而變?yōu)橐幌盗械碾娒}沖。圖1.1.1A1．分量編碼中取樣頻率的選擇分量編碼是指對亮度信號（Y）和兩個色差信號（R-Y）、（B-Y）分別進(jìn)行取樣、量化和編碼。在分量編碼中，由于不受色副載波的影響，而且與彩色電視制式關(guān)系不大，為了便于國際間節(jié)目的交換，建議取樣頻率應(yīng)能兼容625行/50場和525行/60場兩種掃描體制。根據(jù)取樣定理，要求取樣頻率fs≥2fm，為了防止頻譜混疊失真，應(yīng)選擇fs（2.2~2.7）fm，又為了實現(xiàn)正交取樣結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足fs為行頻fH的整數(shù)倍。綜合上述諸條要求，已知亮度信號的上限頻率為5.5MHz~6MHz，取樣頻率可選為fs=2.2fm=12~13.2MHz。對于625行制式行頻為fH=15.625MHz，對于525行制式行頻為fH=15.734264KHz，為了滿足兼容兩種制式的要求，就在13.2MHz附近選定。兩種制式行頻最佳公倍數(shù)為13.5MHz。對625行制式，每行取樣點數(shù)為：對于525行制式，每行取樣點數(shù)為：對于兩個色差信號（R-Y）和（B-Y），因為其上限頻率均在2.8MHz以下，近似為亮度信號上限頻率的一半，為了方便起見，色差信號的取樣頻率選為：fs(R-Y)=fs(B-Y)=fSY=6.75MHz對于625行制式，色差信號每行取樣點數(shù)為864×=432，對于525行制式，則每行取樣點數(shù)為858×=429。亮度信號和兩個色差信號三者的取樣頻率比例關(guān)系為：fs(Y):fs(R-Y):fs(B–Y)=4:2:2故把這種選擇取樣頻率方式稱為4：2：2標(biāo)準(zhǔn)，這就是分量編碼中取樣頻率的選擇。2．量化量化是使幅度連續(xù)的抽樣值進(jìn)一步在幅度上離散化的過程。以便能用有限長度的碼字來表示抽樣點的幅度。量化可分為舍入量化和截尾量化。舍入量化即用四舍五入來處理被量化信號與預(yù)置量化級數(shù)電平之間的差值。截尾量化即把高于預(yù)置量化級數(shù)電平的尾數(shù)部分全部舍去。截尾量化誤差比舍入量化誤差大一倍，因此，一般只采用舍入量化而不采用截尾量化。由量化誤差所產(chǎn)生的噪聲稱量化噪聲。設(shè)圖像信號的最大幅度為A，將它均勻量化成N級，量化級差為△A，有：A=N·△A，N=2n（以二進(jìn)制表示）電視信號（單極性信號）的量化信噪比定義：量化信噪比=（n為量化比特數(shù)）用分貝表示：可以得出結(jié)論：量化比特數(shù)n每增加1bit，則信噪比上升6dB；反之，每下降1bit；信噪比降低6dB。信噪比與量化比特數(shù)n關(guān)系如表1.1.1所示。表1.1.1量化比特567891041dB47dB53dB59dB65dB71dB3．編碼A/D轉(zhuǎn)換器中的編碼，是把代表特定量化電平等級的比較器的輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)組合，變換成以n比特表示的二進(jìn)制數(shù)碼，即每一組二進(jìn)制數(shù)碼代表一個取樣值的量化電平等級。如表1.1.2表1.1.24．視頻A/DD/A的特點抽樣頻率高，fs=27MHz(對全信號編碼)fs=13.5MHz(對分量信號編碼)量化比特數(shù)高，n=8—10比特1.1.2視頻D/A變換器模擬信號被數(shù)字化之后，送入數(shù)字設(shè)備進(jìn)行處理、記錄或傳送。最后，當(dāng)與其他模擬信號設(shè)備聯(lián)結(jié)時，需要重新還原為模擬信號。用于把數(shù)字信號還原為模擬信號的設(shè)備、稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器或D/A變換器圖1.1.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器方框圖圖1.1.2中表示出數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的簡單方框圖，主要有數(shù)字解碼、內(nèi)插低通濾和零階保持補償?shù)热糠蛛娐方M成。數(shù)字解碼是主要部分，其作用是把代表取樣值的二進(jìn)制數(shù)碼還原為相應(yīng)的量化電平脈沖。內(nèi)插低通濾波器，用于把離散的脈沖轉(zhuǎn)換為在時間軸上連續(xù)的模擬信號。由于內(nèi)插濾紙不可能具有理想的門函數(shù)頻率特性，又因編碼時的取樣脈沖也不可能是理想的沖擊函數(shù)序列而是具有一定寬度的脈沖，這都會使恢復(fù)的模擬信號高頻成分受到損失。因此，內(nèi)插低通濾波器之后，又加入零階保持補償電路，用于提升模擬信號的高頻成分，使輸出信號更接近原來的模擬信號。視頻D/A的特點運算精度高。運算速度快。1．電視信號數(shù)字化的國際標(biāo)準(zhǔn)分量電視信號的數(shù)字編碼有利于國際間的電視節(jié)目交換。在1982年的CCIR第15次全會上通過了CCIR601號建議書，確定了能實現(xiàn)625行/50場和525行/60場兼容的分量編碼4：2：2標(biāo)準(zhǔn)，以后又作了若干補充修正。數(shù)字分量視頻標(biāo)準(zhǔn)，則是分別對三個信號（一個亮度信號和二個色差信號）進(jìn)行取樣和量化編碼，如前所述,由于消除了色副載波影響，信號質(zhì)量較高，也有利于制式間的兼容，但是設(shè)備復(fù)雜，造價高，而且碼率也高。在數(shù)字分量信號中，亮度信號（Y）峰-峰幅值為700VPP，黑電平與消隱電平一致，同步電平為-300MV，同步信號僅加入亮度信號中；兩個色差信號分別稱為CR和CB，以0電平雙向?qū)ΨQ，其滿幅度均為700MVPP。CR=0.713（ER-EY）CB=0.564（EB-EY）2．?dāng)?shù)字分量各信號的取樣頻率比例根據(jù)在前邊已介紹過取樣頻率的選擇原則，各信號取樣頻率之間應(yīng)滿足一個固定的比例。通常把3.375MHZ作為最低的基準(zhǔn)頻率，抽樣比例有以下幾種。圖1.1.3亮度與色差信號取樣點的分布圖（1）4：2：2方式這是較常用的標(biāo)準(zhǔn)方式，其中亮度信號取樣頻率為3.375X4=13.5MHZ。（2）4：4：4方式這是一些高檔級的演播室選用的高質(zhì)量的取樣標(biāo)準(zhǔn)，亮度信號和兩個色差信號均采用3.375×4=13.5MHz，（3）4：1：1方式兩個色差信號取樣頻率均為3.375×1=3.375MHz，這時的色差信號帶寬在1.5MHz以下。在圖1.1.3中表示了取樣點的分布情況，圖中×代表亮度取樣點，而○代表色差CR和CB的取樣點。3．?dāng)?shù)字分量4：2：2標(biāo)準(zhǔn)舉例現(xiàn)以數(shù)字分量4：2：2為例說明如下，表1.1.3中給出了其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。表1.1.34：2：2標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)參數(shù)名稱625行/50場525行/60場1、編碼信號2、1行取樣點數(shù)亮度信號（Y）色差信號（R-Y）、（B-Y）Y、R-Y、B-Y8644328584293、取樣結(jié)構(gòu)正交，行、場、幀重復(fù)，（R-Y）、（B-Y）樣點同位，并與每行的亮度信號第奇數(shù)個（1、3、5…）樣點同位。4、取樣頻率亮度信號每個色差信號13.5MHz6.75MHz5、量化方式亮度信號與色差信號均采用每樣值8比特均勻量化6、一個有效行取樣點數(shù)亮度信號每個色差信號7203607、模擬信號電平與量化等級之間關(guān)系亮度信號每個色差信號共220量化級，黑電平在每16級，白峰在235級共224量化級，零電平處在0~225的量化級中心，即128級8、數(shù)字有效行定義（Y）OH到有效行開始有效行期間有效行結(jié)束到同步前沿每一行范圍132個樣點/9.718μs720個樣點/53.333μs12個樣點/0.889μs864個樣點/64μs122個樣點/9.037μs720個樣點/53.333μs16個樣點/1.185μs858個樣點/63.555μs4．量化范圍的規(guī)定及碼電平分配現(xiàn)以100/0/100/0彩條信號為例，說明數(shù)字分量信號對量化范圍的規(guī)定。(1)亮度分量亮度分量的模擬信號電平與其相對應(yīng)的數(shù)字信號樣值（即量化電平）之間的關(guān)系如圖1.1.4所示。圖中示出了8比特量化和10比特量化兩種情況下的對應(yīng)樣值，每個樣值都分別以10進(jìn)制數(shù)表示其量化級數(shù)（亦稱量化電平或數(shù)字電平）。圖1.1.4100%彩條中亮度信號之模擬電平與量化電平之間的關(guān)系在10比特量化系統(tǒng)中共有1024個數(shù)字電平（210個），用10進(jìn)制數(shù)表示時，其數(shù)值范圍從0到1023；用16進(jìn)制數(shù)表示時，其數(shù)值范圍從000到3FF。數(shù)字電平000~003和3FC~3FF為儲備電平(reserve)或稱保護(hù)電平,這兩部分電平是不允許出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中的.其中000和3FF用于傳送同步信息.模擬信號進(jìn)行A/D變換時,其電平不允許超出A/D的基準(zhǔn)電平范圍,否則會發(fā)生限幅.產(chǎn)生非線性失真,所產(chǎn)生的諧波在抽樣后會引起頻譜混疊.因此,標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了儲備電平,即使模擬信號電平達(dá)到儲備電平范圍仍不會發(fā)生限幅,防止了混疊失真.但儲備電平的數(shù)字不進(jìn)入數(shù)據(jù)流.D/A后恢復(fù)的模擬信號也不會出現(xiàn)儲備電平范圍的信號.從004~3FB(10進(jìn)制數(shù)4~1019)代表亮度信號的數(shù)字電平;040(10進(jìn)制數(shù)64)為消隱的數(shù)字電平;3AC(10進(jìn)制數(shù)為940)為白峰值的數(shù)字電平.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)字電平留有很小的余量:底部電平余量為004~040(10進(jìn)制數(shù)為4~64),頂部電平余量為3AC~3FB(10進(jìn)制數(shù)為940~1019).值得注意的是,數(shù)字分量方式對亮度信號中的同步部分不抽樣.由于調(diào)整的偏差和漂移,通過濾波器和校正電路產(chǎn)生的過沖都會擴大模擬視頻信號的動態(tài)范圍,所以在消隱電平以下和峰值白電平以上都留有余量,以使余量范圍內(nèi)的信號不失真地進(jìn)行數(shù)字傳輸.上下余量稱為"Headroom"。用8比特量化時，其儲備電平為0和255(16進(jìn)制數(shù)為00和FF)。數(shù)字電平的余量范圍為1~16和235~254(16進(jìn)制數(shù)為01~EB~FE);1~254代表亮度信號數(shù)字電平.消隱數(shù)字電平定為16(16進(jìn)制數(shù)為10),白峰值數(shù)字電平定為235(16進(jìn)制數(shù)為FB).值得注意的是：8比特字的數(shù)字信號可以通過10比特字的數(shù)字設(shè)備和數(shù)字通路,只要在8比特的最低位后加兩位0即可,在輸出端再將兩位0去掉,恢復(fù)8比特字?jǐn)?shù)字信號.(2)色度分量應(yīng)該注意到,色度信號是雙級性的,而A/D變換器需要單級性信號,因此,將100%彩條的色度信號電平上移350mv,以適合A/D變換器的要求.圖1.1.5（a）CB分量的模擬電平與量化電平之間的關(guān)系圖1.1.5（b）CR分量的模擬電平與量化電平之間的關(guān)系圖1.1.5(a)示出CB分量的模擬電平與8比特和10比特的量化電平之間的關(guān)系。圖1.1.5(b)示出CR分量的模擬電平與8比特和10比特量化電平之間的關(guān)系。用10比特量化時，量化電平為：16進(jìn)制數(shù)004~3FB（10進(jìn)制數(shù)為4~1019），共1016級表示CB和CR信號。消隱（即零電平）的量化電平定為200（16進(jìn)制數(shù)），模擬信號的最高正電平對應(yīng)的數(shù)字定為3CA（10進(jìn)制數(shù)為960），最低的負(fù)電平對應(yīng)040（10進(jìn)制數(shù)為64）。所規(guī)定的頂部電平余量為3CA~3FB（10進(jìn)制數(shù)960~1019），底部電平余量為004~040（10進(jìn)制數(shù)為4~64），其作用同亮度信號的電平余量。儲備電平范圍也同亮度信號。5．?dāng)?shù)字信號的傳輸接口數(shù)字信號的傳送方式有兩種，即并行傳輸和串行傳輸，各具有不同的特點，并適用于不同的場合。（1）數(shù)字信號的比特并行傳輸這種傳輸方式是每一個量化比特位固定用一條通路來傳送，其碼率低，誤碼率也低，設(shè)備簡單，但是需要通路數(shù)量太多，只適用于距離點到點的數(shù)字信號的傳送。在數(shù)字分量并行傳輸中，可以用亮度數(shù)據(jù)與色差數(shù)據(jù)分別傳送，也可以把亮度與色差及其他輔助數(shù)據(jù)先進(jìn)行時分復(fù)用，然后再進(jìn)行并行傳輸，通常采用后者。4：2：2數(shù)字分量標(biāo)準(zhǔn)取樣點的行場分配:現(xiàn)以4：2：2數(shù)字分量標(biāo)準(zhǔn)為例來說明行、場定時關(guān)系。在PAL制數(shù)字分量中，其亮度（Y）與兩個色差（CR、CB）信號的樣值分布如圖1-4所示?？梢钥闯觯谒酱怪狈较蛏隙际菍R的，即為正交結(jié)構(gòu)。第一行的第一個樣點位置上存在有亮度（Y）和色差CR及CB共三個樣值，而第二個樣點位置上則只有亮度（Y），以后按此規(guī)律排列，即在Y的奇數(shù)位置有三個樣值，而偶數(shù)位置只有Y一個值。第二行之后也均與第一行相同。圖1.1.6每行亮度Y信號的樣點數(shù)為：，編號從第0號到第863號。其中有效行樣點數(shù)為720個，編號從第0號到第719號。數(shù)字消隱樣點數(shù)為144個，編號從第720號到863號。其樣值位置安排與同步的關(guān)系如圖1.1.6所示。而在圖1.1.7中，則表示出PAL制數(shù)字場與模擬場的關(guān)系。在模擬場中，每場均包括有半行，如PAL制625行/50場，奇數(shù)場與偶數(shù)場均為=312.5行。但在數(shù)字場中，為了避免處理半個數(shù)字行，故將奇偶兩場的有效行數(shù)均取整數(shù)，定為288行。其差別設(shè)在場消隱區(qū)，如圖中所示，第一場（奇數(shù)場）的場消隱期為有效行的24行，而第二場（偶數(shù)場）的場消隱期為有效行前的25行。圖1.1.7PAL制數(shù)字場與模擬場的關(guān)系(2)數(shù)字亮度信號與色差信號的時分復(fù)用在數(shù)字分量情況下，有一路亮度信號和兩路色差信號，如果各自單獨并行傳送則需要三條多芯電纜。為了簡化設(shè)備通常先利用時分復(fù)用方法把三路信號歸并為一路時序信號，然后用一條多芯電纜并行傳送。對于4：2：2方式，525行/60場掃描標(biāo)準(zhǔn)和625行/50場掃描標(biāo)準(zhǔn)，其有效行的樣點數(shù)都是一樣的，即亮度信號為720個，色差信號為360個，每行共計1440，編號為0~1439，而消隱期間的樣點數(shù)目，兩種標(biāo)準(zhǔn)則不同，625行/50場標(biāo)準(zhǔn)為288個，編號為1440~1727，525行/60場，標(biāo)準(zhǔn)為276個，編號為1440~1715。以625行/50場標(biāo)準(zhǔn)（PAL制）的4：2：2數(shù)字分量信號為例，三路復(fù)用之后每行的樣點在一行內(nèi)的分配如圖1-9所示。根據(jù)前圖1-4的取樣分布情況，每個有效行的第一個取樣位置上有三個樣值，安排順序是CB→Y→CR，第二個取樣位置上只有Y一個樣值，第三個取樣位置上安排順序也是CB→Y→CR，以此類推，其余各行方式相同。由圖1.1.8中可以看出，復(fù)用后的樣值速率（字/秒）也明顯提高了。復(fù)用前亮度信號的樣值速率為：13.5兆字/秒。兩個色差信號的樣值速率均為：6.75兆字/秒，復(fù)用后的總樣值速率為：13.5兆字/秒+6.75兆字/秒+6.75兆字/秒=27兆字/秒圖1.1.8復(fù)用中的樣值安排順序圖1.1.94：2：2格式時分復(fù)用并行輸出方框圖如果按10比特量化，則碼率達(dá)到270Mb/s。在圖1.1.9中表示了時分復(fù)用編碼比特并行輸出的電路方塊圖。輸入的三路模擬分量信號E′Y、E′R、E′B，經(jīng)過前置濾波器之后，分別送入A/D變換器，變?yōu)閿?shù)字信號。然后分別以并行方式送入數(shù)字合成器，以27兆字/秒的速度和上述的順序?qū)崿F(xiàn)并行傳輸。圖中的時鐘信號，由亮度信號中產(chǎn)生，分別輸入亮度與色差三個A/D轉(zhuǎn)換器，以保證分量信號在時間上的一致性。(3)數(shù)字分量標(biāo)準(zhǔn)定時基準(zhǔn)信號的形成在模擬視頻信號中的行、場同步信號是十分重要的，用它來保證收發(fā)兩端掃描的一致性。然而，它只代表起始的時刻，并無其他信息內(nèi)容。如果能相應(yīng)地設(shè)置每行的起止時刻標(biāo)志，則除了數(shù)字有效行之外，每行消隱（包括行同步）的樣點數(shù)據(jù)均可不傳送。這段在625行/50場標(biāo)準(zhǔn)4：2：2格式復(fù)用之后有288個樣點位置，可以用來傳送其他輔助信息數(shù)據(jù)。數(shù)字分量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不傳送行消隱期間的樣值，而是在每個有效行數(shù)據(jù)開始之前，即每行的第一個樣值（編號為0）之前安排4個樣值數(shù)據(jù)，用于表示每個有效行的開始，稱為SAV信號；并在每個有效行數(shù)據(jù)結(jié)束之后，即每個有效行的最后一個樣值（編號為1439）之圖1.1.10625/50標(biāo)準(zhǔn)分量時分復(fù)用及定時基準(zhǔn)位置后也安排4個樣值數(shù)據(jù)，用于表示每個有效行的結(jié)束，稱為SAV信號。對于625行/50場掃描標(biāo)準(zhǔn)，SAV的樣點位置是第1724號到1727號，EAV樣點的位置是第1440號到1443號。在場消隱期間，SAV和EAV信號仍以同樣格式傳送。圖1.1.10所示為625/50標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字分量時分復(fù)用及定時基準(zhǔn)信號的插入位置。分別由4個10比特字節(jié)組成的SAV和EAV信號，用16進(jìn)制組成一個特定的數(shù)據(jù)系列，用以下符號表示：3FF000000XYZ，前三個字節(jié)是一個固定的前綴?？梢钥闯?，每一個字節(jié)是10個比特1（即3FF），后面2個字節(jié)是20個比特0（即2個為0的10比特字）。這個特殊的比特組合符號，用來表示有效視頻行的開始（SAV）或結(jié)束（EAV）。第4個字節(jié)XYZ同為一個可變內(nèi)容的字節(jié)，它包含有場標(biāo)志符號，垂直消隱狀態(tài)，行消隱狀態(tài)等信息。在表1.1.4中具體表示了這4個10比特字節(jié)的詳細(xì)內(nèi)容。可見，第1個字節(jié)為全1，第2、第3個字節(jié)為全0，但第4個字節(jié)XYZ的比特0位和1位規(guī)定為0，以便與8比特量化接口相兼容，第9位規(guī)定為1，第6、7、8位為可變二進(jìn)制數(shù)，分別用H、V、F表示相應(yīng)的信息，而其余的第2、3、4、5各經(jīng)特位用于進(jìn)行誤碼糾正。其中H、V、F的不同取值，代表信息如下：H為行消隱標(biāo)志符，H=0表示為有效行開始（SAV）,H=1表示為有效行結(jié)束（EAV）V為垂直消隱標(biāo)志符，V=0表示為有效場期間,V=1表示為場消隱期間F為場標(biāo)志符，F(xiàn)=0表示為第一場（奇數(shù)場）,F=1表示為第二場（偶數(shù)場）表1-4中的P0、P1、P2、P3的值是可變的，它門的值取之于F、V和H的值，可對F、V和H的值進(jìn)行兩比特誤差檢測以及比特誤碼較正。P0、P1、P2、P3的值和F、V及H的值的關(guān)系如表1.1.5所示。表1.1.44：2：2定時基準(zhǔn)信號bit3FF000000XYZ98765432101111111111000000000000000000001FVHP3P2P1P000表1.1.5P0、P1、P2、P3的值和F、V及H的值的關(guān)系在圖1.1.11中表示出625/50掃描標(biāo)準(zhǔn)，XYZ的數(shù)據(jù)內(nèi)容與圖像時基的位置關(guān)系。EAVSAV(H=1)(H=2)第1行（V=1）行場消隱第23行（V=0）第一場（F=0）第1場有效視頻數(shù)據(jù)奇第311行（V=1）第313場消隱第336行（V=0）第二場（F=1）第2場有效視頻數(shù)據(jù)偶第624行（V=1）第625行圖1.1.11625/50標(biāo)準(zhǔn)XYZ數(shù)據(jù)與圖像時基位置關(guān)系1.2實驗電路1.2.1實驗電路總體框圖實驗電路由A/D變換器，可編程器件，D/A變換器組成。見圖1.2.1A/D變換器TVP5147可編程器件A/D變換器TVP5147可編程器件MAX7128STC100-10D/A變換器SAA71211.2.1實驗電路總體框圖1.2.2視頻A/D變換電路模塊(1)A/D芯片視頻ADC采用TVP5147芯片。TVP5147是10位高質(zhì)量單片數(shù)字視頻解碼器，用于對NTSC/PAL/SECAM進(jìn)行數(shù)字化和解碼。TVP5147支持對分量YPbPr信號的A/D轉(zhuǎn)換，同樣能將NTSC，PAL，SECAM制式的composite或者s-video信號轉(zhuǎn)換成分量YCbCr其包含了兩個10bit30MSPS（兆采樣每秒）的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該芯片可用于數(shù)字視頻的多種設(shè)備，如：DLP投影儀、數(shù)字電視、DVD錄制設(shè)備LCD電視接及監(jiān)視器、PVR、PC視頻卡、視頻捕捉/視頻編緝、會議電視（2）TVP5147主要的功能模塊包括：對微弱，混有噪聲信號以及VCRtrickmodel的同步檢測通過2-D5線自適應(yīng)梳狀濾波器和色度陷波濾波器實現(xiàn)Y/C分量分離兩個10bit30MSPS（兆采樣每秒）A/D轉(zhuǎn)換器，具有對模擬信號預(yù)處理（自動增益控制）模擬視頻輸出亮度預(yù)處理色度預(yù)處理時鐘/時序預(yù)處理以及待機模式輸出格式選擇I2c總線接口VBI數(shù)據(jù)預(yù)處理Macrovision防拷貝檢測電路I/O端口3.3v耐壓（3）芯片詳細(xì)功能介紹：兩個可編程增益控制30MSPS，10BitA/D支持NTSC（J,M,4.43）,PAL(B,D,G,H,I,M,N,Nc,60),SECAM(B,D,G,K,K1,L)CVBS和S-Video支持內(nèi)嵌同步信號的模擬分量YPbPr視頻格式10路模擬視頻輸入端口，支持多個視頻源支持模擬視頻輸出輸出格式可編程控制a.10Bit嵌入同步的符合ITU-RBT.656標(biāo)準(zhǔn)中4:2:2的YCbCrb.分離同步的10Bit4:2:2的YCbCrc.分離同步的20Bit4:2:2的YCbCrd.場消隱期內(nèi)活動視頻兩倍采樣rawVBI數(shù)據(jù)e. 場消隱期內(nèi)VBI數(shù)據(jù)片斷行同步，場同步輸出，其位置，極性，寬度可編程，并可輸出FID信號Composite和S-video視頻信號處理 a.2-D5線自適應(yīng)梳狀濾波器以及色度陷波濾波器用來處理Composite視頻信號 b.對輸入視頻格式自動檢測（NTSC/PAL/SECAM）并切換 c.可編程控制亮度增益 d.色度瞬時提升 e.捕捉微弱，混有噪聲，或者不穩(wěn)定的信號 f.單顆14.31818Mhz標(biāo)準(zhǔn)晶振，滿足所有標(biāo)準(zhǔn)需求（ITU-R.BT601和平方像素采樣） g.電源同步/內(nèi)同步像素采樣時鐘產(chǎn)生行，場同步信號輸出 h.為下行的視頻編碼器同步提供同步鎖相RTC通過Macrovision防拷貝檢測認(rèn)證1VBI數(shù)據(jù)處理I2c低功耗數(shù)字核心1.8v數(shù)字I/O端口3.3v待機模式下模擬核心1.8v/3.3v80管腳TQFP封裝（4）實驗系統(tǒng)裝置視頻A/D變換的具體電路圖1.2.3實驗系統(tǒng)裝置A/D變換模塊1.2.3視頻D/A變換電路模塊(1)D/A芯片D/A芯片選用飛利浦公司的數(shù)字視頻編碼集成電路SAA7121。該芯片廣泛應(yīng)用于VCD、DVD等影碟機中。SAA7121集成電路支持NTSC－M，PAL－B/G等電視制式，采用I2C控制方式，通過8位數(shù)據(jù)總線接收解壓縮的視頻數(shù)據(jù)。再由內(nèi)置的編碼器將數(shù)字亮度信號與色度信號同時編碼成模擬的CVBS和S視頻信號。主要由數(shù)據(jù)管理、編碼器、輸出接口、10bitD/A轉(zhuǎn)換器、同步時鐘和I2C總線接口等組成。SAA7121的功能框圖如下圖1.2.4所示：LLCLLCXTAL1XCLKI2C總線接口數(shù)據(jù)管理器同步時鐘編碼器輸出接口D/A轉(zhuǎn)換器RESTSDASCLSARCV1RCV2TTXRQXTAL0VDDA1VDDA2VDDA3I2C總線控制I2C總線控制I2C總線控制時鐘和時序MP7到MP0TTXVSSD1VSSD2VSSD3VDD1VDD2VDD3RESRTC1SPAPI2C總線控制CVBSYCVSSA1VSSA2YCbCrYC1.2.4SAA7121的功能框圖（2）芯片主要功能介紹:單塊芯片3.3v(5v)供電數(shù)字PAL/NTSC編碼器系統(tǒng)像素時鐘13.5Mhz支持多種輸入格式Y(jié)CbCrEAV和SAV三個D/A轉(zhuǎn)換器支持YC以及CVBS，兩次10bit精度的過采樣對子頻帶的實時控制減少色彩失真濾波器支持對寬屏信號的編碼快速I2c總線可工作在主/從模式下可對行/場輸入同步相位編程行同步輸出可編程可控制同步信號上升沿和下降沿以及消隱信號QFP44封裝（3）實驗系統(tǒng)裝置視頻D/A變換的具體電路(圖1.2.5)圖1.2.51.2.4數(shù)字處理模塊（可編程器件）（1）可編程器件芯片介紹可編程器件選用alteraMAX7128STC100-10。MAX7000系列基于altera第二代MAX架構(gòu)，高密度，高性能。采用了先進(jìn)的CMOS工藝制造，使得基于EEPROM的MAX7000系列能提供600到5000可用門電路?？删幊唐骷酒砜驁D如下：圖1.2.6（2）實驗系統(tǒng)裝置數(shù)字處理模塊的具體電路(如下圖)圖1.2.71.3實驗內(nèi)容1.3.1實驗一視頻源的參數(shù)調(diào)整實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺實驗?zāi)康恼{(diào)整圖像的亮度、對比度、色飽和度、色調(diào)，觀察圖像的變化。實驗步驟電源1電源3電源2總電源JH8000DTV數(shù)字電視實驗裝置電源1電源3電源2總電源JH8000DTV數(shù)字電視實驗裝置數(shù)字電視監(jiān)視器視音頻AD/DA模塊實驗板MPEG編碼模塊實驗板MPEG解碼模塊實驗板DVD信號源圖1.3.11．將計算機的串口1通過串口連接線與編碼模塊的串行接口相連2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟信號源DVD以及監(jiān)視器的電源4．同時開啟編解碼模塊的電源（即電源2、電源3，見圖1.3.1，注意：此時電源1必須處于關(guān)閉狀態(tài)）5．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成，如下圖（圖1.3.2）。圖1.3.2(1)選做實驗：點擊“進(jìn)入”按鈕進(jìn)入主實驗界面（圖1.3.1-2）。圖1.3.3選擇“視頻源的參數(shù)設(shè)置”實驗項目，然后單擊“進(jìn)入”或者雙擊“視頻源的參數(shù)設(shè)置”實驗項目，進(jìn)入具體實驗面板。（圖1.3.1-3）進(jìn)入實驗的基本設(shè)置：設(shè)置亮度值0-255 設(shè)置色飽和度值0-255 設(shè)置對比度值0-255 設(shè)置色調(diào)0-255圖1.3.4（2）分別改變基本設(shè)置的亮度、對比度、色飽和度、色調(diào)各參數(shù)值，觀察監(jiān)視器圖像的變化（3）選擇“高級設(shè)置”按鈕，分別改變高級的設(shè)置的相關(guān)參數(shù)：輸入信號、電視制式、場信號模式、場信號標(biāo)識以及行有效像素值，觀察監(jiān)視器圖像的變化（4）選擇視頻源為“攝象機”，（可以將攝象機對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電視測試卡或?qū)?zhǔn)層次豐富的圖象），重復(fù)上述（2）、（3）步驟實驗要求1．記錄不同參數(shù)值時圖像的變化，并分析結(jié)果。2．為什么色飽和度值128—255和0—128變化是相同的3．解釋行有效像素值與圖像水平寬度之間的對應(yīng)關(guān)系1.3.2實驗二亮色延時實驗實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺3．?dāng)?shù)字存儲示波器一臺4．標(biāo)準(zhǔn)電視信號發(fā)生器一臺實驗?zāi)康挠^察亮色延時差對圖像質(zhì)量的影響實驗步驟1．將計算機的串口1通過串口連接線與視頻AD/DA模塊的串行接口相連（視頻AD/DA模塊實驗板上的串口通信模塊U10）2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟監(jiān)視器的電源4．將標(biāo)準(zhǔn)電視信號發(fā)生器的VIDEO輸出端接到視頻AD/DA模塊視頻輸入端口（左下，J13）5．開啟視音頻AD/DA模塊的電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必須處于關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成（1）選擇“視頻AD/DA實驗”實驗項目，然后單擊進(jìn)入或者雙擊“視頻AD/DA實驗”實驗項目，進(jìn)入具體實驗面板。（2）進(jìn)入實驗的“高級設(shè)置”：圖1.3.5（3）分別改變高級設(shè)置的關(guān)閉彩色和亮度延時，調(diào)整各參數(shù)值，觀察監(jiān)視器圖像的變化（4）用示波器同時觀測視頻AD/DA模塊的視頻輸入信號（J13）與視頻輸出信號（J14），分別記錄兩個信號中的亮色的延時與參數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系實驗要求記錄不同參數(shù)值時圖像的變化，并分析結(jié)果。記錄亮色延時的參數(shù)值與示波器測量值之間的對應(yīng)關(guān)系并進(jìn)行適當(dāng)分析1.3.3實驗三量化比特數(shù)對數(shù)字圖像質(zhì)量的影響實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺3．?dāng)?shù)字存儲示波器一臺4．標(biāo)準(zhǔn)電視信號發(fā)生器一臺信號發(fā)生器信號發(fā)生器D/A計算機監(jiān)視器示波器（數(shù)字）A/D數(shù)據(jù)處理圖1.3.6二．實驗?zāi)康母淖兞炕忍財?shù)，觀察各種情況下的圖像質(zhì)量及信號波形①只有高位②只有低位③只有奇數(shù)位（或偶數(shù)位）④只有Y信號掌握量化比特數(shù)對圖像質(zhì)量的影響。實驗步驟1．將計算機的串口1通過串口連接線與視頻AD/DA模塊的串行接口相連（視頻AD/DA模塊實驗板上的串口通信模塊U10）2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟監(jiān)視器的電源4．將標(biāo)準(zhǔn)電視信號發(fā)生器的VIDEO輸出端接到視頻AD/DA模塊視頻輸入端口（左下，J13）5．開啟視頻AD/DA模塊的電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必須處于關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成（1）選擇“視頻AD/DA實驗”實驗項目，然后單擊進(jìn)入或者雙擊“視頻AD/DA實驗”實驗項目，進(jìn)入具體實驗面板。（2）進(jìn)入實驗的“高級設(shè)置”（3）將“關(guān)閉彩色”設(shè)置為“開啟彩色”（4）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中的J57的最右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有高位）J57此時，監(jiān)視器中顯示高四位的圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號的情況（5）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中的J57的右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有低位）J57此時，監(jiān)視器中顯示低四位的圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號的情況（6）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中的J57的右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有奇數(shù)位）J57此時，監(jiān)視器中顯示奇數(shù)位的圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號的情況（7）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中的J57的右端短路開關(guān)插入，如下圖所示（只有偶數(shù)位）J57此時，監(jiān)視器中顯示偶數(shù)位的圖像，可以用示波器分別觀測視頻輸入與視頻輸出信號的情況8）將“關(guān)閉彩色”設(shè)置為“關(guān)閉彩色”并重復(fù)上述（4）--（7）實驗步驟四．實驗要求1．改變量化比特數(shù)，觀察各種情況下的圖像質(zhì)量及信號波形①只有高位②只有低位③只有奇數(shù)位（或偶數(shù)位）④只有Y信號對上述視頻輸入以及視頻輸出信號波形進(jìn)行分析，并討論改變量化比特數(shù)對圖像質(zhì)量的影響1.3.4實驗四視頻A/D，D/A參數(shù)的觀測實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺3．?dāng)?shù)字存儲示波器一臺4．標(biāo)準(zhǔn)電視信號發(fā)生器一臺信號發(fā)生器信號發(fā)生器D/A計算機監(jiān)視器示波器（數(shù)字）A/D數(shù)據(jù)處理圖1.3.7實驗?zāi)康挠^測各信號之間的時間關(guān)系，要求掌握電視信號的組成，信號各部分的時序關(guān)系及電視信號數(shù)字化的國際標(biāo)準(zhǔn)。a.觀測模擬電視信號的行同步TPHS（J9），場同步TPVS（J10），奇偶場起始信號FID（J11）和參考時鐘信號RTC（J12）之間的關(guān)系。b．觀測數(shù)據(jù)時鐘DATACLK和10Bit輸出數(shù)據(jù)YC7與行同步HS之間的關(guān)系。三．實驗步驟1．將計算機的串口1通過串口連接線與視頻AD/DA模塊的串行接口相連（視頻AD/DA模塊實驗板上的串口通信模塊U10）2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟監(jiān)視器的電源4．將標(biāo)準(zhǔn)電視信號發(fā)生器的VIDEO輸出端接到視頻AD/DA模塊視頻輸入端口（左下，J13）5．開啟視頻AD/DA模塊的電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必須處于關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成（1）選擇“視頻AD/DA實驗”實驗項目，然后單擊進(jìn)入或者雙擊“視頻AD/DA實驗”實驗項目，進(jìn)入具體實驗面板。（2）進(jìn)入實驗的“高級設(shè)置”（3）將“關(guān)閉彩色”設(shè)置為“開啟彩色”（4）將數(shù)據(jù)緩沖模塊中的J57的短路開關(guān)去除，如下圖所示J57此時，監(jiān)視器中顯示正常圖像，可以用示波器分別觀測：a．行同步TPHS（J9）與視頻輸入信號（J13）b．場同步TPVS（J10）與行同步TPHS（J9）c．奇偶場起始信號FID（J11）與行同步TPHS（J9）d．奇偶場起始信號FID（J11）與參考時鐘信號RTC（J12）（5）保持上述J57設(shè)置不變，用示波器觀測行同步TPHS（J9）與視頻10Bit輸出數(shù)據(jù)中的YC7之間的關(guān)系四.實驗要求記錄各點的實際波形并與理論波形進(jìn)行比較，并做適當(dāng)解釋1.3.5實驗五數(shù)字電視的國際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-601號建議）實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺實驗?zāi)康?．熟悉國際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-601號建議）的取樣格式：2．改變A/D設(shè)置采用不同的取樣格式：4︰2︰24︰1︰14︰4︰4觀察圖像質(zhì)量及其信號波形。3．國際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-601號建議）的量化比特數(shù)及碼電平的分配三．實驗步驟1．將計算機的串口1通過串口連接線與編碼模塊的串行接口相連2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟信號源DVD以及監(jiān)視器的電源4．同時開啟編解碼模塊的電源（即電源2、電源3，注：此時電源1必須處于關(guān)閉狀態(tài)）5．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成(1)選做實驗：點擊“進(jìn)入”按鈕進(jìn)入主實驗界面選擇“MPEG編碼參數(shù)設(shè)置”實驗項目，然后單擊“進(jìn)入”或者雙擊“MPEG編碼參數(shù)設(shè)置”實驗項目，進(jìn)入具體實驗面板。進(jìn)入實驗的基本設(shè)置界面，基本設(shè)置如下：編碼模式：MPEG2編碼速率：8X256Kbps（2）改變圖像子采樣模式：設(shè)置采用不同的取樣格式：4︰2︰24︰1︰14︰4︰4觀察圖像質(zhì)量及其模擬信號波形。（3）在A/D輸入端送標(biāo)準(zhǔn)彩條信號，采用國際化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的量化比特數(shù)四．實驗要求1．給出ITU-656的信號格式2．改變A/D設(shè)置采用不同的取樣格式：4︰2︰24︰1︰14︰4︰4觀察圖像質(zhì)量及視頻輸出信號波形。第二章音頻A/D，D/A實驗2.1實驗原理2.1.1音頻信號取樣頻率的選擇在電視系統(tǒng)中，聲音與圖像是同時傳送的，所以實現(xiàn)數(shù)字化時還應(yīng)當(dāng)考慮對聲音信號的數(shù)字化。聲音信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換也與圖像信號模/數(shù)轉(zhuǎn)換相似，包括取樣、量化和編碼。但由于聲音信號的帶寬、動態(tài)范圍及信雜比的要求等與圖像信號相比有很大的區(qū)別，所以聲音信號的取樣頻率標(biāo)準(zhǔn)及量化電平數(shù)均與圖像信號不同。另外，對于電視伴音，由于在與視頻單通道輿時采用了解時分復(fù)用方式，在選擇聲音的取樣頻率參數(shù)時，還應(yīng)考慮與圖像信號的掃描行頻、場頻及取樣頻率的關(guān)系。音頻信號取樣頻率的選擇原則也是根據(jù)奈奎斯特取樣定理，即取樣頻率fs≥2fm.音頻信號的上限頻率fm，演播室內(nèi)的高保真音頻信號取為20KHZ，傳輸用或普能音頻信號則取為15KHZ。為了防止取樣頻譜混疊，取樣前同樣采用前置低通濾波器，把過高的頻率及雜波濾除?？紤]到低通濾波器的過渡特性，通常選取樣頻率為：fs=（2.1~2.5）fm在復(fù)合全電視信號直接編碼方式中，為了滿足聲音與圖像時分復(fù)用，應(yīng)選擇聲音取樣頻率為行頻的整數(shù)倍，早期當(dāng)用磁帶錄像機來記錄數(shù)字音頻時，規(guī)定每場312.5行（625行/50場掃描標(biāo)準(zhǔn)）中，用294行記錄數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，而且每行記3個樣位，所以得出：294×3×50=44.1KHZ，成為音頻取樣頻率標(biāo)準(zhǔn)。這也同時滿足fs=（2.1~2.5）fm的要求，這里fm取為20KHZ。在分量編碼方式中，亮度信號取樣頻率先為13.5KHZ，而且13.5KHZ=3×4.5KHZ，即與各種電視制式的行頻成整倍數(shù)關(guān)系，可選音頻取樣頻率為：fs=13.5KHZ÷3÷375×4=48KHZ也同樣滿足fs=（2.1~2.5）fm之條件。而且與32KHZ取樣頻率之間有簡單的換算關(guān)系：48KHZ×2÷3=32KHZ2.1.2聲音信號（雙極性信號）量化信噪比設(shè)聲音信號的最大幅度為A，它是從+A到-A范圍內(nèi)變化。對它均勻量化成N級，有：2A=N·△A，N=2n（以二進(jìn)制表示）用分貝表示：2.1.3音頻信號的量化比特數(shù)的確定由量化信噪比和比特數(shù)的關(guān)系，見表2.1.1。國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，音頻信號量化比特數(shù)n=12~32比特。表2.1.1語言信號量化比特數(shù)與信噪比的關(guān)系N(bit)12141620243274dB86dB98dB122dB146dB194dB2.2實驗電路2.2.1實驗電路總體框圖實驗電路由A/D變換器，D/A變換器組成。見圖2.2.1視頻采樣視頻采樣主時鐘27M與視頻同步鎖相PLL1700音頻A/DPCM1800ASCLK1.411M數(shù)據(jù)處理單元音頻D/APCM1716控制單元PCRs232圖2.2.1實驗電路總體框圖2.2.2音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介（1）音頻A/D模塊電路PCM1800芯片簡介PCM1800是單片低功耗數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單+5V電源供電。其采用了Δ-∑技術(shù)，帶有64倍過采樣，包含一個抽取濾波器，支持四種數(shù)據(jù)格式和主控和受控兩種工作模式，采樣頻率可選為32kHz、44.4kHz和48kHz。采用CMOS工藝制造，廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品中。（2）PCM1800主要特性：雙聲道單片Δ-∑型20位ADC64倍過采樣+抽取濾波器其通帶波動范圍0.05db阻帶衰減-65db高性能總諧波失真+雜訊-88db信噪比可達(dá)95db動態(tài)范圍95db內(nèi)嵌高通濾波器具有PCM音頻接口和四種數(shù)據(jù)格式，主控和受控兩種模式采樣頻率可選為32kHz、44.4kHz和48kHz系統(tǒng)時鐘可為256fs384fs或者512fs小型的24管腳ssop封裝節(jié)省空間單+5v供電（3）PCM1800系統(tǒng)框圖為（4）音頻A/D模塊電路（如下圖）圖2.2.22.2.3音頻AD系統(tǒng)模塊電路簡介（1）音頻D/A模塊電路PCM1716芯片簡介PCM1716能對24bit的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行96khz的采樣，主要被用于中高檔的音頻應(yīng)用。其采用了新研發(fā)的，增強多層次的Δ-∑調(diào)節(jié)器架構(gòu)，因而提高了音頻的動態(tài)性能并且減少了在實際應(yīng)用的對抖動的敏感性。內(nèi)嵌的數(shù)字濾波器工作在96khz采樣速率的8倍過采樣模式下。在特定的應(yīng)用中，可以選擇兩種滾降模式，快速滾降和慢滾降。PCM1716適用于中高檔的音頻處理，比如CDDVD音頻以及其他音樂器材。（2）PCM1716主要的特點有：增強多層次的Δ-∑數(shù)模轉(zhuǎn)換器采樣頻率16KHZ~96Khz音頻輸入格式可選16，20，24bit高性能：總諧波失真+雜訊-96db信噪比可達(dá)106db動態(tài)范圍106db8倍過采樣濾波器其通帶波動范圍0.002db阻帶衰減-82db慢滾降單+5v供電小型的24管腳ssop封裝節(jié)省空間多種功能去預(yù)加重可靜音反轉(zhuǎn)輸出相位（3）PCM1716系統(tǒng)框圖圖2.2.3（4）音頻D/A模塊電路圖2.2.42.2.4數(shù)據(jù)處理與控制模塊（1）功能描述數(shù)據(jù)處理單元：采用可編程器件MAX7128STC100-10，主要完成對音頻A/D變換器PCM1800送來的立體聲數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)送音頻D/A變換器PCM1716。同時，該單元在單片機控制單元的作用下可以產(chǎn)生音頻頻率范圍內(nèi)的方波信號，該信號經(jīng)可編程濾波器LTC1067的濾波處理形成標(biāo)準(zhǔn)的正弦波音頻信號，再經(jīng)過音頻輸出緩沖電路模塊，得到用于音頻AD/DA的測試信號。（2）數(shù)據(jù)處理單元電路圖2.2.5（3）控制單元電路圖2.2.62.3實驗內(nèi)容2.3.1實驗一抽樣頻率及量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量的影響實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺3．?dāng)?shù)字存儲示波器一臺實驗?zāi)康?、掌握抽樣頻率對聲音質(zhì)量的影響抽樣頻率：（1）44.1KHZ （2）32KHZ （3）48KHZ2、改變量化比特數(shù)，評價聲音質(zhì)量，掌握量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量的影響量化比特數(shù)：（1）16比特（2）20比特3、設(shè)置靜音模式，聽靜音效果三．實驗步驟1．將計算機的串口1通過串口連接線與音頻AD/DA模塊的串行接口相連（音頻AD/DA模塊實驗板上的串口通信模塊U18）2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟DVD以及監(jiān)視器的電源4．將音頻輸入模塊左下方的J19設(shè)置在1_2位置（左端，此時右聲道與DVD音頻右聲道相連）；若將J19設(shè)置在2_3位置，則此時右聲道與系統(tǒng)自身的音頻測試信號相連5．開啟視音頻AD/DA模塊的電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必須處于關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成（1）選擇“音頻A/DD/A實驗”實驗項目，然后單擊進(jìn)入或者雙擊“音頻A/DD/A實驗”實驗標(biāo)題，進(jìn)入具體控制面板。（圖2.3.1）。圖2.3.1（2）分別調(diào)整控制面板抽樣頻率、量化比特數(shù)參數(shù)，比較聲音質(zhì)量a．選擇采樣頻率44.1KHZ32KHZ48KHZ 改變后人耳不太容易分辨，可以通過示波器測量ALRCK的頻率 觀測是否是44.1KHZ32KHZ48KHZ b．選擇量化比特數(shù) 16bit20bit（3）利用示波器同時觀測音頻左右時鐘ALRCK（位于電源模塊上方的測試模塊，J32）和音頻數(shù)據(jù)ADATA（位于電源模塊上方的測試模塊，J33），仔細(xì)觀測20bit的數(shù)據(jù)波形和16bit的數(shù)據(jù)波形（4）靜音模式進(jìn)入靜音模式，聽靜音效果?？梢攒浖袚Q是否靜音。四．實驗要求觀察并分析下列3種抽樣頻率對聲音質(zhì)量的影響抽樣頻率：（1）44.1KHZ （2）32KHZ （3）48KHZ2．改變量化比特數(shù)，評價聲音質(zhì)量，觀察并分析下列2種量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量的影響量化比特數(shù)：（1）16比特（2）20比特2.3.2實驗二觀測各種時鐘數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系實驗儀器1．JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置一臺2．配置計算機一臺3．?dāng)?shù)字存儲示波器一臺4．函數(shù)信號發(fā)生器一臺音頻信號發(fā)生器音頻信號發(fā)生器音頻A/D、D/A監(jiān)視器數(shù)字示波器，邏輯分析儀圖2.3.2實驗?zāi)康挠^測各種時鐘數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系A(chǔ)LRCK（左右聲道取樣時鐘44.1KHz，32KHz，48KHz）BCK（比特時鐘）ADATA（音頻數(shù)據(jù)）ASCLK（系統(tǒng)時鐘）BCK~ASCLKBCK~ALRCKALRCK~ADATA實驗步驟1．將計算機的串口1通過串口連接線與音頻AD/DA模塊的串行接口相連（音頻AD/DA模塊實驗板上的串口通信模塊U18）2．開啟JH8000DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)裝置總電源3．開啟DVD以及監(jiān)視器的電源4．將音頻輸入模塊左下方的J19設(shè)置在1_2位置（左端，此時右聲道與DVD音頻右聲道相連）；若將J19設(shè)置在2_3位置，則此時右聲道與系統(tǒng)自身的音頻測試信號相連5．開啟視音頻AD/DA模塊的電源（即電源1，注：此時電源2、電源3必須處于關(guān)閉狀態(tài)）6．打開計算機并啟動系統(tǒng)實驗軟件：雙擊桌面上的Encode圖標(biāo)啟動軟件，經(jīng)過一個Flash界面后便進(jìn)入歡迎界面，軟件啟動完成（1）選擇“音頻A/DD/A實驗”實驗項目，然后單擊進(jìn)入或者雙擊“音頻A/DD/A實驗”實驗標(biāo)題，進(jìn)入具體控制面板。（圖2.3.3）。圖2.3.3（2）分別調(diào)整控制面板抽樣頻率、量化比特數(shù)參數(shù)，比較聲音質(zhì)量a．選擇采樣頻率44.1KHZ32KHZ48KHZ 改變后人耳不太容易分辨，可以通過示波器測量ALRCK的頻率 觀測是否是44.1KHZ32KHZ48KHZ b．選擇量化比特數(shù) 16bit20bit（3）利用示波器觀測:音頻左右聲道取樣時鐘ALRCK（位于電源模塊上方的測試模塊，J32）；比特時鐘BCK（位于電源模塊上方的測試模塊，J31）；音頻數(shù)據(jù)ADATA（位于電源模塊上方的測試模塊，J33）；系統(tǒng)時鐘ASCLK（位于電源模塊上方的測試模塊，J30）；BCK~ASCLK；BCK~ALRCK；ALRCK~ADATAa.按圖2.3.1-2,在不同的抽樣頻率下,記錄各點的波形。b.按圖2.3.1-2,在不同的量化比特下,記錄各點的波形。實驗要求觀測音頻采樣頻率與系統(tǒng)時鐘（ASCLK）和比特時鐘（BCK）之間的對應(yīng)關(guān)系觀測音頻量化比特數(shù)與音頻數(shù)據(jù)（ADATA）之間的對應(yīng)關(guān)系以及與左右聲道取樣時鐘（ALRCK）的相位關(guān)系第三章MPEG視頻編碼3.1實驗原理3.1.1MPEG-2編解碼系統(tǒng)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)可廣泛用于數(shù)字電視（包括HDTV）及數(shù)字聲音廣播、數(shù)字圖像與聲音信號的傳輸及多媒體等領(lǐng)域。因而MPEG-2是十分重要的，也是非常成功的世界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)共有3部分：第1部分是系統(tǒng)（Systems）部分（ISO/IECIS13818-1），第2部分是圖像（Video）部分（ISO/IECIS13818-2），第3部分是聲音（Audio）部分（ISO/IECIS13818-3）。1．系統(tǒng)部分系統(tǒng)部分涉及如何將一個或多個圖像、聲音及其它數(shù)據(jù)的基本碼流組合成單一或多個碼流使之便于儲存和傳輸。它包括以下5種基本功能：（1）多個壓縮碼流解碼時的同步；（2）多個壓縮碼流解碼時的交織；（3）緩沖預(yù)置；（4）緩沖器的連續(xù)控制；（5）時間識別。系統(tǒng)編碼規(guī)定這兩種方式：節(jié)目碼流（ProgramStream）和傳送碼流（TransportStream）。它們各自為不同應(yīng)用而最佳化，即它們的標(biāo)準(zhǔn)所定的編碼句法都是為實現(xiàn)圖像和聲音信息的同步解碼和顯示所必需和充分的，并且保證解碼器中的已編碼數(shù)據(jù)緩沖器不會上溢和下溢。在這些信息的編碼中采用了有關(guān)已編碼聲音和圖像數(shù)據(jù)的解碼和顯示的時間標(biāo)記，以及有關(guān)數(shù)據(jù)流本身的傳送的時間標(biāo)記。兩種碼流都是打包多工方式。一個圖像和聲音基本碼流的基本多工方法示于圖3.1.1。壓縮后的基本碼流與系統(tǒng)的信息一起組合、打包，產(chǎn)生打包基本碼流（PES--PacketisedElementaryStreams）。然后這些PES又組合形成節(jié)目碼流或傳送碼流。圖3.1.1MPEG－2系統(tǒng)層編碼框圖圖3.1.2典型節(jié)目碼流解碼器節(jié)目碼流類似于MPEG-1的系統(tǒng)多路復(fù)用方式。它由有共同時間基準(zhǔn)的一個或多個PES組合而成，也可由多個有共同時間基準(zhǔn)的聲音和圖像基本碼流編碼組成多節(jié)目碼流。如同單一節(jié)目碼流一樣，所有的基本碼流都能在同步情況下解碼。節(jié)目碼流用于相對無誤的環(huán)境中，適合支持節(jié)目信息的軟件處理的應(yīng)用，以及適用于CD-ROM上的多媒體應(yīng)用。節(jié)目碼流包是可變長的，相對較長。圖3.1.2是一個典型節(jié)目碼流解碼器。在此解碼器中，已多工編碼的一路和多路聲音/圖像碼流是被假定存儲在數(shù)字儲存媒體（DSM-DigitalStorageMedium）上。媒體特殊記錄格式要求有相應(yīng)媒體特殊解碼器（MSD-MediumSpecificDecoder），這都不是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，但要求MSD能產(chǎn)生MPEG-2節(jié)目碼流。另外，在全系統(tǒng)中還有時間信息流用于各個環(huán)節(jié)。圖3.1.3是節(jié)目碼流的組成。各部分的功能詳見ISO/IEC13818-1。傳送碼流是由帶一個或多個獨立時基的一個或多個節(jié)目組合而成的一個碼流。傳送碼流設(shè)計用于有誤碼的環(huán)境，例如在有損耗或噪聲的媒體中儲存或傳輸。傳送碼流的包長是固定的，為188字節(jié)。2．對傳送碼流可以進(jìn)行以下操作：（1）恢復(fù)傳送碼流中一個節(jié)目的編碼數(shù)據(jù)，并解碼。（2）把含有多個節(jié)目的傳送碼流轉(zhuǎn)換成一個含有單一節(jié)目的傳送碼流。（3）把多節(jié)目傳送碼流先分工，然后轉(zhuǎn)換成節(jié)目碼流。（4）由一個或多個傳送碼流取出一個或多個節(jié)目的傳送包，并在輸出端產(chǎn)生不同的傳送碼流。（5）把一個節(jié)目碼流轉(zhuǎn)換成傳送碼流，使其能通過有損耗的環(huán)境，然后將其恢復(fù)成原來的節(jié)目碼流。傳送碼流的組成示于圖3.1.4。各部分詳細(xì)構(gòu)成和功能在ISO/IEC13818-1中都有規(guī)定。圖3.1.3MPEG-2節(jié)目碼流的組成圖3.1.4PID碼是英文PacketIdentifier的簡稱，是包識別碼的意思。電視信號用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮成PES包,再將PES包轉(zhuǎn)換成長度為188字節(jié)的傳送包(TP)，它代表每幀畫面的信息量。在188