消息的數(shù)字化及應用

第二章消息的數(shù)字化及應用電子信息技術導論

1精選課件第二章消息的數(shù)字化及應用134一、為什么要數(shù)字化？二、二進制代碼及數(shù)制三、數(shù)字化的實現(xiàn)----A/D、D/A簡介四、字符的數(shù)字化編碼五、語音的數(shù)字化編碼六、圖像的數(shù)字化編碼及應用七、數(shù)字電視簡介小結提綱2精選課件一、為什么要數(shù)字化?〔一〕計算機操作的是二進制數(shù)碼信號二進制數(shù)碼的信號波形〔二〕只有數(shù)字信號才能精確表示物理量模擬萬用表模擬量根據(jù)表的指針讀數(shù)，一般只能精確到三位數(shù)。數(shù)字萬用表二進制數(shù)字可表示物理量所要求的精度。目前可精確到10位數(shù)以上〔對應采用32位二進制數(shù)碼表示一個數(shù)值〕。邏輯電路有兩個狀態(tài)，分別對應“1〞和“0〞，計算機通過邏輯電路實現(xiàn)運算。數(shù)字示波器

3精選課件二進數(shù)碼波形實際信號波形受干擾后的波形定時信號再生信號一、為什么要數(shù)字化〔續(xù)1〕〔三〕數(shù)字信號受干擾后可以再生，消除干擾影響受干擾后的信號經(jīng)再生定時判決可正確恢復。4精選課件一、為什么要數(shù)字化〔續(xù)2〕〔四〕數(shù)字信號可采用時間復用提高傳輸效率例如：在閉路電視電纜上，原傳一路模擬電視信號的通道內，可以同時傳4~8路數(shù)字電視節(jié)目〔由于這涉及較多概念，在?通信原理?課程中才會詳細講授〕?！参濉硵?shù)字電路性能穩(wěn)定可靠，設計、維護、生產(chǎn)方便，體積小，重量輕數(shù)字電路高頻模擬電路5精選課件

數(shù)字化優(yōu)點性能穩(wěn)定、生產(chǎn)方便（五）便于計算機操作（一）傳輸效率高（四）抗干擾

能力強（三）精確表示物理量（二）一、為什么要數(shù)字化〔續(xù)3〕6精選課件二、二進制代碼及數(shù)制十進制二進制八進制十六進制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F十進制、二進制、八進制和十六進制數(shù)的對應關系表1〕同一數(shù)值可表示為不同數(shù)制的數(shù)，它們之間可相互轉換。2〕日常書面語言習慣用十進制。計算機運算用二進制數(shù)。計算機程序書寫為簡便，可用八進制、十六進制。3〕數(shù)制之間的轉換運算方法請閱讀教材。7精選課件三、數(shù)字化的實現(xiàn)

---A/D、D/A簡介〔一〕A/D轉換器原理A/D的原理簡化框圖A/D是專用集成電路成熟產(chǎn)品，以A/D的位數(shù)標明它能到達的轉換精度。固定使用8位A/D，移動通信使用13位A/D。由A/D實現(xiàn)語音數(shù)字化。目前高精度A/D可達32位。模擬量〔信號〕通過A/D轉換器變?yōu)閿?shù)字量〔信號〕。8精選課件三、數(shù)字化的實現(xiàn)

---A/D、D/A簡介〔一〕A/D轉換器原理〔續(xù)〕A/D的位數(shù)與量化電平數(shù)之間的對應關系是：M=2n

其中M表示量化電平數(shù)，n表示位數(shù)。3位A/D對應8個量化電平關系圖。A/D允許的輸入信號幅值一般為±5V，根據(jù)電平數(shù)即可計算出量化精度。9精選課件三、數(shù)字化的實現(xiàn)

---A/D、D/A簡介〔二〕D/A轉換器原理由D/A完成由數(shù)碼到模擬信號的反變換。數(shù)碼變模擬信號的原理說明簡圖10精選課件四、字符的數(shù)字化編碼〔一〕英文的字符編碼

高3位低4位0000010100111001011101110000NULDELSP0@P.p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2"2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100DOTDC4$4DTdt0101ENGNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB'7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYIy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N↑n~1111SIUS/?O↓oDEL采用ASCII碼11精選課件四、字符的數(shù)字化編碼〔二〕漢字的字符編碼漢字編碼分為輸入碼、交換碼、機內碼和字形碼。目的是將漢字也用二進制編碼表示，并映射成ASCII碼。1．輸入碼

輸入碼將漢字影射到計算機鍵盤上的一組鍵盤符號。目前常用的輸入碼有拼音碼、五筆字型碼、自然碼、表形碼和電報碼等。不同的漢字輸入法，僅僅是輸入碼不同。計算機在處理漢字信息時需把不同的輸入碼轉換成國家規(guī)定的漢字的標準代碼。2．交換碼

交換碼是計算機內部處理漢字信息的一種標準代碼。中國國家標準總局于1981年制定了中華人民共和國國家標準GB2312--80?信息交換用漢字編碼字符集--根本集?，即國標碼。國標碼的物理模型表現(xiàn)形式是區(qū)位編碼，即把國標GB2312--80中的漢字、圖形符號與一個94×94的方陣對應。

12精選課件國標碼字符集中收集了常用漢字和圖形符號7445個，其中7445個漢字和圖形字符各占一個位置后，還剩下1391個空位，這1391個位置空下來保存?zhèn)溆?。四、字符的?shù)字化編碼區(qū)位碼的物理模型圖：方陣包含的位置總數(shù)是94×94＝8836個，利用“區(qū)〞、“位〞的代號來編碼漢字，因而可以編碼8836個漢字與字符?！捕碀h字的字符編碼〔續(xù)1〕13精選課件四、字符的數(shù)字化編碼〔二〕漢字的字符編碼〔續(xù)2〕3．機內碼

國標碼變換為二進制代碼需要兩個7位碼，一個7位〔27=128〕表示“區(qū)〞，另一個7位表示“位〞。但是這個代碼在計算機內部處理時會與ASCII碼發(fā)生沖突，為解決這個問題，把國標碼的每一個字節(jié)的首位上加1。由于ASCII碼只用7位〔首位置0〕，所以，這個首位上的“1〞就可以作為識別漢字代碼的標志，計算機在處理到首位是“1〞的代碼時把它理解為是漢字的信息，在處理到首位是“0〞的代碼時把它理解為是ASCII碼。4．漢字的字形碼字形碼又稱漢字輸出碼。在計算機中用一組二進制數(shù)表示點陣，用0表示白點，用1表示黑點。漢字字形點陣有16×16、24×24、48×48幾種。點陣數(shù)越多對每個漢字的修飾作用就越強，打印質量也就越高。點陣是漢字圖形的數(shù)字化信息，又稱漢字字模?？梢赃x擇不同的字模，如“宋體〞、“楷體〞等來改變字體圖形。14精選課件五、語音的數(shù)字化編碼〔一〕語音的波形編碼波形編碼：是把語音信號波形幅度值變?yōu)槎M制數(shù)碼，見圖。方法是將連續(xù)語音波形“采樣〞，再將每一個采樣值編碼。3位碼、8電平的采樣、編碼過程示意圖15精選課件五、語音的數(shù)字化編碼〔一〕語音的波形編碼〔續(xù)〕采樣定理：設取樣脈沖s(t)的重復頻率為fs=1/T，輸入模擬信號x(t)的頻譜中的最高頻率分量的頻率為fmax，只要fs滿足fs≥2fmax，那么將采樣脈沖信號y(t)通過一截止頻率為fmax的低通濾波器就可以無失真地恢復原模擬信號x(t)。低通濾波器波形編碼的理論根底是采樣定理。在?信號與線性系統(tǒng)?或?通信原理?課程中將證明采樣定理原理。16精選課件重要參數(shù)語音的最高頻率：3400Hz，在固定系統(tǒng)中使用的采樣頻率=8kHz，采用8位二進制碼〔256個量化電平〕編碼，得固定中的碼速率：碼速率=8×8kHz=64kHz注1：1Hz等效于1bit/s〔1比特/秒〕，這一說法不嚴格，為什么？學到專業(yè)課時就能明白。

注2：VCD、DVD中的音樂編碼的A/D位數(shù)和采樣頻率都要高很多，以保證良好音質。提示17精選課件五、語音的數(shù)字化編碼〔二〕語音的參量編碼語音參數(shù)，如：元音、輔音、清音、濁音、升調、降調和聲強等等。不同的語言可能有不同的參量。假設某種語言是由256個不同的參量組成，因為28=256，所以只需要用8比特就可以表示這256個不同參量了；又假設該語言語流的最快發(fā)音速度也不超過10個參量/秒，從而可以估算出所需的編碼數(shù)據(jù)速率是：8比特/參量×10參量/秒=80比特/秒。參量編碼：編碼的是語音參數(shù)，而不是波形。參量編碼優(yōu)于波形編碼。目前GSM和CDMA移動通信系統(tǒng)中所采用的語音編碼方案是以8千赫茲速率采樣，13比特A/D均勻量化編碼，每160個采樣點〔20毫秒時長〕為一組，用數(shù)字信號處理方法分析提取這20毫秒時長內的語音參量，再編碼傳輸，接收機依據(jù)語音參量再合成語音。因而移動通信中的語音數(shù)碼速率大大低于固定。18精選課件重要參數(shù)GSM移動通信系統(tǒng)中傳送語音的數(shù)據(jù)速率是13kbit/s。CDMA移動通信系統(tǒng)中傳送語音的最低數(shù)據(jù)速率是1.2kbit/s。移動通信中的語音編碼方案明顯優(yōu)于固定，但較復雜。注：移動和固定通話時要進行語音編碼方式的轉換！提示19精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔一〕圖像編碼的應用領域及類型數(shù)字圖像編碼已應用到人們日常生活、生產(chǎn)和社會活動的各個領域。3MPEG-4標準

網(wǎng)絡電視移動電視視頻監(jiān)控活動圖像編碼

數(shù)碼像機圖書出版資源遙感1JPEG標準固定圖像編碼類型標準應用領域2MPEG標準數(shù)字電視數(shù)碼攝像機DVD活動圖像編碼20精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔二〕圖像的數(shù)字化56×56個像素點“人頭像”用3位碼編碼的人頭像圖像的數(shù)字化：是將每一個像素點的“灰度〞值編碼二進制數(shù)碼。圖像信息處理技術的重要性將隨著工業(yè)信息化建設的推進顯得日益重要。21精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔二〕圖像的數(shù)字化所有的顏色都可以由幾種根本的彩色按一定比例調配而成。彩色電視中選的3種根本顏色是：R〔紅色〕、G〔綠色〕和B〔藍色〕。考慮到利用黑白電視機要能收看彩色電視節(jié)目信號，因而在設計彩色電視體制時又將三種彩色相加合成出一個亮度信號Y，亮度信號的組成比例是：Y=0.30R＋0.59G＋0.11B彩色電視在傳送亮度信號的同時再傳送兩個色差分量信號Pr、Pb，保持三個信號通道。色差方程是：Pr=R－Y=0.7R－0.59G－0.11BPb=B－Y=－0.30R－0.59G＋0.89B彩色圖像的編碼是同時編碼Y、Pr、Pb三個分量的信號。接收端再通過解碼，復原出R、G、B原三色，以合成出彩色圖像。注：在?彩色電視原理?課程中會詳細講述實現(xiàn)原理、技術。22精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔三〕靜止圖像的編碼格式靜止圖像的編碼與活動圖像的編碼有很大不同。靜止圖像的編碼主要用在照像機中。〔見教材〕〔四〕視頻圖像編碼視頻圖像即活動圖像。在網(wǎng)絡上傳送的活動圖像又稱為流媒體。像素點按掃描光柵的時間順序安排。

偶數(shù)場奇數(shù)場電視圖像奇偶光柵掃描示意23精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔四〕視頻圖像編碼〔續(xù)〕Mpeg-4兼容型流媒體VCDMpeg-1Mpeg-2DVD數(shù)字電視視頻編碼應用：24精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔五〕高清數(shù)字電視

ATSC（美國地面）DVB（歐盟）ISDB（日本地面）DVB-T（地面）DVB-C（電纜）DVB-S（衛(wèi)）視頻編碼方式MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2音頻編碼方式AC-3MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2復用方式MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2MPEG2調制方式8VSBCOFDMQAMQPSKQPSK帶寬（Hz）6M8M--27M高清晰度數(shù)字電視是播送電視、通信、信號處理、計算機和微電子等諸多領域高新技術的總成，是現(xiàn)代圖像編碼、信道編碼、信號調制技術成就于一身的現(xiàn)代高科技的產(chǎn)品。1〕三種國外數(shù)字電視標準：25精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用2〕中國的地面數(shù)字電視標準----DMB-THDMB-TH〔TerrestrialDigitalMultimediaTV/HandleBroadcasting〕〔五〕高清數(shù)字電視DMB-TH在覆蓋范圍、抗干擾能力、接收性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面比歐洲標準〔DMB-T〕有明顯提高。DMB-TH的技術核心是采用了MQAM/QPSK與時域同步正交頻分復用〔TDS－OFDM〕相結合的調制技術，使用了當前最先進的低密度奇偶校驗信道編碼LDPC〔lowdensityparity-checkcode〕。該標準支持高清晰度電視、標準清晰度電視和移動電視(MobileTV)、多媒體數(shù)據(jù)播送等。掃描方式：逐行掃描720P圖像寬高比：16：9圖像分辨率〔或者稱有效像素〕：1280×720〔HDTV〕我國將在2021年實現(xiàn)高清數(shù)字電視的普及，2021年將全面取代現(xiàn)有的模擬電視系統(tǒng)?！伯斍巴茝V使用的是標清數(shù)字電視〕26精選課件

我國DMB-TH數(shù)字電視標準的制定，以及在北京奧運期間的試播成功，再一次說明了我國在電子信息技術方面的自主創(chuàng)新能力。這是繼第三代移動通信標準TD-SCDMA之后的又一項重大電子信息技術科技成果。高清數(shù)字電視將帶動電子信息技術的又一巨大產(chǎn)業(yè)群的成長。六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用27精選課件六、圖像的數(shù)字化編碼

及應用〔六〕液晶和等離子顯示器液晶柱狀液晶分子的排列可由電場控制，由薄膜晶體管產(chǎn)生可變電場控制液晶分子排列，從而也就控制了透過液晶光的強弱，而構成圖像。等離子在很小的等離子管電極間加高壓，離子管小容器中的氣體產(chǎn)生紫外光，利用該紫外光激勵紅綠藍（RGB）三基色熒光粉發(fā)出可見光，而構造顯示屏。28