第二章-视频与音频信号的数字化课件.ppt

1、n1、取样的概念和过程、取样的概念和过程取样取样:也称抽样或采样。也称抽样或采样。 将随时间连续变化的模拟信号变成在时间上离散的一系列脉冲信号的过程。一、取样一、取样n2、取样定理、取样定理 对于带宽为fm的信号f(t)，如果其抽样频率至少是2fm即fs2fm。（fs是原信号最高频率fm的2倍）。这时利用截止频率为fm的理想低通滤波器就可以从抽样信号中完全的恢复出原信号。 fs2fmn3、频谱混叠和限带滤波n当fs2fm时，上下边带的边界处频谱重叠在一起，使信号分离不出来而产生干扰失真，叫混叠干扰。限带：使fm信号的最高频率1/2fs。 n通常取fs（2.22.7）fm。二、量化二、量化n量化

2、的概念量化：把在时间上离散化的信号在幅度上也离散化。量化级与量化级差量化级与量化级差量化级量化级B量化也称分层。把离散后的幅度分成若干层。量化级差量化级差A 两个相邻量化级的间隔叫量化级差。 AA/B-1 量化级数量化级数B与量化比特数与量化比特数n的关系：的关系：2nB 2lognB量化误差量化误差 ：量化后的值与原信号幅值的误差。 量化值原幅值l量化一定会产生误差 量化信噪比（均匀量化）量化信噪比（均匀量化） Sm有用信号功率。单位（mw） Ng噪声功率。单位（mw）。10lgmmggdBSSNN对双极性信号（声音信号、色度信号）对双极性信号（声音信号、色度信号）SMAX信号最大功率。Ng

3、噪声功率的均方根值。 对单极性信号（对单极性信号（Y信号）信号）S图像信号的峰峰值功率Ng噪声功率的均方根值。 max6.021.76gSndBN6.0210.8gSndBN 均匀量化和非均匀量化均匀量化和非均匀量化 均匀量化均匀量化每一个量化级的间隔保持不变。 非均匀量化非均匀量化每一个量化级的间隔按一定的规律变化。 三、编码三、编码n编码的概念编码的概念将量化后的信号转换成数字符号这一过程叫编码。 2.4 2.4 音频信号的数字化技术介绍音频信号的数字化技术介绍n1、声音信号 声以波的形式传播,我们把它叫做声波。声波借助各种媒介向四面八方传播。 这是声波的震荡波形。声音信号的基本参数有两个

4、：频率和幅度。声音信号的基本参数有两个：频率和幅度。n人对声音的感觉有一定的人对声音的感觉有一定的频率范围频率范围，20Hz20KHz。n物体振动频率物体振动频率20Hz或或20KHz人耳就听不人耳就听不到了，高于到了，高于20KHz的频率就叫做的频率就叫做超声波超声波，而低，而低于于20Hz的频率就叫做的频率就叫做次声波次声波或或次音、亚音次音、亚音。n20Hz20KHz的声波的声波-称为音频信号；称为音频信号；n300Hz3400Hz的声波的声波-称为语（话）音称为语（话）音信号信号。声音信号的数字化声音信号的数字化u取样频率取样频率：考虑：考虑： 满足取样定理满足取样定理 fs2fm 考

5、虑到F的滤波特性fs=2.1fm2.5fm 根据使用场合，选择伴音的最高频率根据使用场合，选择伴音的最高频率fm:n演播室：图像伴音要求高，伴音取fm=20KHz。 fs=2.2527715=44.0559KHz (标称44.1KHz) fs=2.2523754=48KHz =13.533754=48KHzn在PCM传输网络中:伴音取fm=15KHz fs=32KHzn声音的声音的量化比特数量化比特数的选取的选取 取n为16bit 。n数码率数码率R(信息传输速率) R=fsn声道数声道数 （bit/s） R=（fsn声道数）声道数）/8 （Byte） fs=32KHz, n=16bit 则R

6、=3216512Kb/s；fs=44.1KHz, n=16bit 则R=44.116=705.6Kb/s；fs=48KHz, n=16bit 则R=4816768Kb/s。如为双声道（立体声）则数码率分别为：R=32162=1024Kb/s、R=44.1162=1411.2Kb/s、R=48162=1536Kb/s。2.5 2.5 视频信号的数字化视频信号的数字化u一、一、PAL制电视的扫描格式：制电视的扫描格式：u隔行扫描隔行扫描行周期：行周期：T TH H=64s=64s； 行频：行频：f fH H=15625Hz =15625Hz 场周期：场周期：T TV V=20ms=20ms； 场频

7、：场频： f fV V=50Hz=50Hz帧周期：帧周期：T TZ Z=40ms=40ms；帧频：；帧频：f fZ Z=25Hz=25Hz；每帧总行数：每帧总行数：Z Z625625行（正程行（正程575575行，逆程行，逆程5050行）；行）；每场行数：每场行数：312.5312.5行（正程行（正程287.5287.5行，逆程行，逆程2525行）行）。n信号带宽：信号带宽： 视频信号：视频信号：6MHz6MHz（Y Y、R R、G G、B B） 色差信号：色差信号：1.5MHz1.5MHz（R-YR-Y、B-YB-Y压缩）压缩）n像素：像素：组成图像的最小基本单元。组成图像的最小基本单元。

8、像素颗粒越小，单位面积上的像素数越多，像素颗粒越小，单位面积上的像素数越多，图像就越清晰、越逼真。图像就越清晰、越逼真。二、二、PCM编码参数的选取（视频信号）编码参数的选取（视频信号）n复合编码：对全电视信号直接进行取样、量化、编码（PCM编码）称复合编码。n分量编码：对R、G、B三基色或Y、R-Y、B-Y分量信号进行PCM编码称分量编码。n编码参数主要有： 抽样频率、量化比特数、数码率1 1、抽样频率的选取原则、抽样频率的选取原则 满足抽样定理：满足抽样定理：fs2fm fs2fm 样点结构样点结构 ( (也称取样结构也称取样结构) ) ：最好选用固定：最好选用固定式正交式结构式正交式结构

9、fs=mffs=mfH H 制式的统一制式的统一 2 2、分量编码、分量编码fsfs的选取的选取我们选我们选Y、R-Y、B-Y分量信号进行编码。分量信号进行编码。 Y信号 根据取样定理，fs12MHz, 样点的正交结构:fs=mfH 制式的统一: 62550和52560两种，它们的行频分别为15625Hz和15734.264Hz。（15625Hz144= 15734.264Hz 143 = 2.25MHz ）。 取fs62.25=13.5MHz。每行样点数：PAL： 13.564s=864(个) 或13.5106/15625=864 NTSC: 13.5106/15734.264=858(个)

10、 色差信号色差信号取亮度信号抽样频率的一半取亮度信号抽样频率的一半。 fs=6.75MHz。两个色差信号都是如此。两个色差信号每行样点数：PAL：6.75106/15625=432也是Y信号样点数的一半；NTSC:6.75106/15734.264=429。Y Y、R-YR-Y、B-YB-Y的的fsfs可以有不同的组合。可以有不同的组合。 13.5MHz 6.75MHz 6.75MHz 4:2:2标准 13.5 3.375 3.375 4:1:1标准 13.5 13.5 13.5 4:4:4标准 6.75 3.375 3.375 2:1:1标准3 3、量化比特数的确定、量化比特数的确定量化比特

11、数的选择最终由主观评价来确定。 取n=8bit或10bit 。 4 4、数码率、数码率 数码率Rfsn 对分量编码：对分量编码：Y信号：信号： fs=13.5MHz,n=8bit, 则数码率R=13.58=108Mb/s； R-Y、B-Y信号：信号：fs=6.75MHz,n=8bit, 数码率R=6.758=54MHz。 对4:2:2标准：总数码率R1085454216Mb/s。 如果是4:4:4标准：总数码率R=313.58=324Mb/s。2.6 ITU-R6012.6 ITU-R601标准和中国标准和中国HDTVHDTV标准介绍标准介绍u一、 ITU-R601标准介绍 演播室数字分量编码

12、（4:2:2）标准ITU-R601 主要参数为：P22参数名称625行50场525行60场 1编码信号Y、R-Y、B-Y2一行取样点数 亮度信号（Y） 色度信号R-Y、B-Y864432858429 3取样结构正交，行、场、帧重复，R-Y、B-Y样点同位，并与每行的亮度信号地奇数个（1、3、5）样点同位。4取样频率 亮度信号 每个色度信号13.5MHz6.75MHz 5量化方式 亮度信号与色度信号均采用每样值8bit均匀量化。6一个有效行取样点数 亮度信号 每个色度信号7203607.模拟信号电平与量化等级之间的关系 亮度信号 每个色度信号共220量化级，黑电平在第16级，白峰在235级；共2

13、24量化级，零电平处在0255的量化级中心，即128级。 8数字有效行定义（Y） OH到有效行开始 有效行期间 有效行结束到同步前沿 每一行范围132个样点/9.718s720样点/53.333s12个样点/0.889s864个样点/64s122个样点/9.037s72个样点/53.333s16个样点/1.185s858样点/63.555s二、中国二、中国HDTVHDTV标准介绍标准介绍n高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值GY/T1552000nP23 表2-5 主要参数编码信号：R、G、B或Y、CR、CB每行有效样点数： R、G、B或Y：1920 CR、CB ：960编码方式：均匀量化，

14、n=8或10bit/样值行频：28125Hz帧频：25Hz 场频：50Hz 隔行扫描标称信号带宽： R、G、B或Y：30MHz CR、CB ：15MHz采样频率： R、G、B或Y：74.25MHz CR、CB ：37.125MHz 格式：19201080i/50第一、二章小结n数字电视：nHDTV的基本参数：n数字电视的主要优缺点n数字电视系统的基本组成n音频信号的数字化 取样频率：32KHz、44.1KHz、48KHz 量化比特数：n=16bit 数码率： R=fsn声道数视频信号的数字化视频信号的数字化n复合编码、分量编码n抽样频率的选取原则 满足抽样定理 样点结构 制式的统一 分量编码f

15、s ： Y信号：13.5MHz R-Y、B-Y ：6.75MHz 量化比特数 ：n=8bit或10bit数码率： R=fsnITU-R601标准标准n编码信号：Y、R-Y、B-Y n取样频率: Y：13.5MHz n R-Y、B-Y ： 6.75MHzn有效像素区: Y：720576n R-Y、B-Y ：360288n量化方式 ：均匀量化，n=8或10bit中国中国HDTV标准介绍标准介绍n编码信号：R、G、B或Y、CR、CBn每行有效样点数：n R、G、B或Y：1920n CR、CB ：960n编码方式：均匀量化，n=8或10bit/样值n行频：28125Hzn帧频：25Hz 场频：50Hz 隔行扫描n标称信号带宽：n R、G、B或Y：30MHz n CR、CB ：15MHzn采样频率： n R、G、B或Y：74.25MHzn CR、CB ：37.125MHzn 格式：19201080i/50精品课件精品课件！精品课件精品课件！n作业：n1、计算音频信号fs=32、44.1、48KHz，n=20bit时的单声道数码率。n1、什么是分量编码？n2、ITU-R601标准有哪些主要参数？n3、我国高清晰度电视标准有哪些主要参数？