1、数字电视体系及有线数字电视数字电视体系及有线数字电视传输技术传输技术 唐明光唐明光电子科技大学电子科技大学Jan.6,2006内容安排内容安排 一、数字电视基本概念、数字电视基本概念 二、数字电视系统组成及关键技术二、数字电视系统组成及关键技术 三、数字电视标准三、数字电视标准 四、有线数字电视技术基础四、有线数字电视技术基础 五、信源编码技术五、信源编码技术-压缩编码技术压缩编码技术 六、信道编码和调制六、信道编码和调制 七、有线数字电视传输技术七、有线数字电视传输技术 八、条件接收（八、条件接收（CA）系统）系统 九、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响九、有线电视传输系统对数字电视信
2、号质量的影响 十、机顶盒的应用要求十、机顶盒的应用要求 十一、数字电视参数的测量十一、数字电视参数的测量 1.什么是数字电视什么是数字电视 数字电视是一个系统。它指一个从节目摄数字电视是一个系统。它指一个从节目摄 制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号 接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视 系统。系统。一、数字电视基本概念一、数字电视基本概念2.数字电视实现的意义数字电视实现的意义 数字电视系统建成后将成为一个数字信号传输平台：它使数字电视系统建成后将成为一个数字信号传输平台：它使整个广播电视节目制作和传输质
3、量显著改善整个广播电视节目制作和传输质量显著改善 信道资源利用率大大提高信道资源利用率大大提高 提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物，视购物，为为“三网融合三网融合”提供了技术上的可能性。提供了技术上的可能性。3.数字电视分类数字电视分类 HDTV：图像分辨率：图像分辨率19201080（16：9）SDTV：图像分辨率：图像分辨率720756（PAL）720480（NTSC）LDTV：VCD级图像分辨率级图像分辨率4.数字电视的优点数字电视的优点 数字传输，信号质量高数字传输，信号质量高彩色逼真彩色逼真
4、可实现不同分辨率等级接收（可实现不同分辨率等级接收（HDTV，SDTV）可移动接收，无重影可移动接收，无重影增加节目频道增加节目频道 应实现加解密和加解扰，便于展开应实现加解密和加解扰，便于展开CA业务业务 准交互和交互准交互和交互 其它增值业务其它增值业务二二.数字电视系统组成及关键技术数字电视系统组成及关键技术1、系统组成、系统组成 从横向看：（硬件系统）从横向看：（硬件系统）节目制作节目制作 数字信号处理数字信号处理 传输传输 接收接收 显示显示 从纵向看：（软件系统）从纵向看：（软件系统）物理层传输协议物理层传输协议 中间件标准中间件标准 信息表示信息表示 信息使信息使 用用 内容保护
5、内容保护 节目制作设备：节目制作设备：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑 机、数字字幕机、非线性编辑系统机、数字字幕机、非线性编辑系统数字处理设备及技术：数字处理设备及技术：压缩编压缩编/解码设备及技术、数据加解码设备及技术、数据加/解扰设备及解扰设备及技术、加技术、加/解密设备及技术解密设备及技术信号传输：信号传输：地面、有线、卫星地面、有线、卫星接收设备：接收设备：数字电视接收机（卫星、有线）数字电视接收机（卫星、有线）显示：显示：CRT、LCD、PDP、投影显示等、投影显示等2.关键技术关键技术1)信源编码技术 视频压缩编码视频压缩编
6、码 MPEG-2 音频压缩编码音频压缩编码 MPEG-2 （欧洲、日本）（欧洲、日本）AC-3 (美国美国)我国标准：我国标准：GB/T17975.2 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第第2部分：视频部分：视频”GB/T17975.3 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第部分：音频第部分：音频”2)传输复用技术 数据打包：数据打包：N个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组 传输流复用：将传输流复用：将N个打包的数据复合成单路
7、串行传输流个打包的数据复合成单路串行传输流 标准：国际标准：国际 MPEG-2 我国我国 GB/T17975.1 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号通用编码运动图像及其伴音信号通用编码 第第1部分：系统部分：系统”传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，从而输，从而 使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。3)信道编码和调制 经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有 线、卫星）中传输，必
8、须经过某种处理，使之变成适合在线、卫星）中传输，必须经过某种处理，使之变成适合在 规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为 信道编码和调制。信道编码和调制。信道编码包括：纠错编码、网格编码、均衡等。信道编码包括：纠错编码、网格编码、均衡等。信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力 标准：标准：GY/T1702001 “有线数字电视广播系统信道编码与调制规范有线数字电视广播系统信道编码与调制规范”4)有条件接收（CA）CA只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用只允许已付费的授
9、权用户使用某一业务，未经授权的用 户不能使用这一业务。户不能使用这一业务。CA涉及技术：前端的加密和加扰技术涉及技术：前端的加密和加扰技术 接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术标准：标准：GY/Z175-2001 “数字电视广播条件接收系统规范数字电视广播条件接收系统规范”5)软件平台中间件机顶盒中硬件功能：机顶盒中硬件功能：接收接收RF信号、信道解码、解调。信号、信道解码、解调。MPEG-2码流解码流解 码，模码，模拟视拟视/音频输出。音频输出。机顶盒中软件功能：机顶盒中软件功能：电视节目内容显示、电视节目内容显示、EPG节目信息、操作界面的实现等。节目信
10、息、操作界面的实现等。中间件：中间件：是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬实现的技术细节隔离开来是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬实现的技术细节隔离开来 的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用不依赖于特定的的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用不依赖于特定的硬件平台和操作系统。硬件平台和操作系统。中间件构成：中间件构成：Java虚拟机、虚拟机、Java Script 虚拟机、虚拟机、HTML虚拟机等。虚拟机等。三三.数字电视标准数字电视标准1.1.国际：三大标准国际：三大标准 DVB-S 欧洲：欧洲：DVB （数字视频广播）（数字视频广播）DVB-
11、T DVB-C 美国：美国：ATSC （高级电视制式）（高级电视制式）日本：日本：ISDB （综合业务数字广播）（综合业务数字广播）2.中国：数字电视演播室参数标准 数字电视广播标准 GY/T170-2001 有线数字电视广播信道编码与调制规范有线数字电视广播信道编码与调制规范 GY/T106-1999 有线电视广播系统技术规范有线电视广播系统技术规范 GY/Z174-2001 数字电视广播业务信息规范数字电视广播业务信息规范 GY/Z175-2001 数字电视广播条件接收系统规范数字电视广播条件接收系统规范 GY/T148-2000 卫星数字电视接收机技术要求卫星数字电视接收机技术要求 GY
12、/T158-2000 演播室数字音频信号接口演播室数字音频信号接口 GY/T160-2000 数字分量演播室接口中的附属数据信号格式数字分量演播室接口中的附属数据信号格式 GY/T161-2000 数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范的传输规范 GY/T163-2000 数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输格式输格式 GY/T164-2000 演播室串行数字光纤传输系统演播室串行数字光纤传输系统 GY/T167-2000 数字分量演播室的同步基准信号数字分量演播室的同步基准信号 GY/T180-
13、2001 HFC网络上行传输物理通道技术规范网络上行传输物理通道技术规范 GB/T16694-1996 智能卡接口规范智能卡接口规范 GB/T17975.1-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码运动图像及其伴音信号的通用编码第第1部分系统部分系统 GB/T17975.2-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码运动图像及其伴音信号的通用编码第第2部分视频部分视频 GB/T17975.3-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码运动图像及其伴音信号的通用编码第第3部分音频部分音频 GB/T17881-1999 广播电视光缆干线同步数字体系
14、广播电视光缆干线同步数字体系(SDH)传输传输接口技术规范接口技术规范 GB/T17953-2000 4：2：2数字分量图像信号接口数字分量图像信号接口 ISO7816 智能卡接口规范智能卡接口规范 符合符合2003年年4月月1日国家广电总局科技司发行的日国家广电总局科技司发行的 有线数字电视暂行技术要求文件汇编有线数字电视暂行技术要求文件汇编用户管理系统监管平台数据交换接口要求用户管理系统监管平台数据交换接口要求(暂行暂行)运动图像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南运动图像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南(暂行暂行)有线数字电视条件接收系统应用指南有线数
15、字电视条件接收系统应用指南(暂行暂行)有线数字电视广播业务信息应用指南有线数字电视广播业务信息应用指南(暂行暂行)有线数字电视电子节目指南指导性意见有线数字电视电子节目指南指导性意见(暂行暂行)有线数字电视中间件指导性意见有线数字电视中间件指导性意见(暂行暂行)有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见(暂行暂行)节目订购单和用户结账单格式基本要求节目订购单和用户结账单格式基本要求(暂行暂行)有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方法有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方法(暂行暂行)有线数字电视广播用户管理系统入网技术要求和评测
16、方法有线数字电视广播用户管理系统入网技术要求和评测方法(暂行暂行)EN 300 429 DVB系统中的帧结构、信道编码和调制系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C)EN 300 428 DVB系统中服务信息系统中服务信息(SI)规范规范(DVB-SI)ETR 211 DVB服务信息服务信息(SI)的使用和执行指南的使用和执行指南(DVB-SI)EN 300 472 DVB的比特流中传送图文信息和规范的比特流中传送图文信息和规范(DVB-TXT)EN 301 192 数据广播的数据广播的DVB规范规范(DVB-DATA)EN 50083-9 CATV/SMATV前端和前端和DVB/MPEG-
17、2传输流同类专业设传输流同类专业设备和接口备和接口(DVB-PI)EN 50221 关于条件接收和其它关于条件接收和其它DVB解码器运营的通用接口规范解码器运营的通用接口规范(DVB-CI)TS 102 201 DVB IRD的接口技术规范的接口技术规范(DBVB-IRD)TS 101 197 DVB系统中同时加密系统中同时加密(simulcrypt)的技术规范的技术规范(DVB-SIM)TS 103 197.V1.1.1 同密接口同密接口 ETR 289 通用加扰系统描述通用加扰系统描述(DVB-CS)ETR 154 MPEG-2系统、视频和音频在卫星、有线和地面广播应系统、视频和音频在卫星
18、、有线和地面广播应用中的实现指南用中的实现指南(DVB-MPEG)ETS 300 743 DVB字幕系统字幕系统(DVB-SUB)ETS 300 802 DVB交互服务独立网络协议交互服务独立网络协议(DVB-NIP)ETS/EN300 429 DVB系统中的帧结构、信道编码和调制系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C)四四.有线数字电视技术基础有线数字电视技术基础 1.有线数字电视信号传输等级及传输系统模式 1）传输等级）传输等级 LDTV，SDTV，HDTV 2)传输系统模式传输系统模式 电缆传输电缆传输PCM方式方式 光纤传输光纤传输SDH方式方式 光纤光纤 同轴混合传输同轴混合传输
19、HFC数字调制方数字调制方式式 2有线数字电视的主流标准与方式 1)标准：DVB-C ATSC-16VSB，ATSC-64QAM ISDB-C 2)四种方式：DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C传送方式 16-64QAM 64QAM 16VSB 64QAM频带宽度 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz传输速率 31.64Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s接收滚降 15%15%11.5%18%纠错率 RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)压缩方式 MPEG-23 3数字电视信号的
20、产生数字电视信号的产生 直接产生：字幕机，数字摄像机等直接产生：字幕机，数字摄像机等 转换生产：电影胶片转换生产：电影胶片电视电影机电视电影机 模拟模拟-数字（数字（A/D转换）转换）信号数字化信号数字化1)1)信号数字化过程信号数字化过程 取样：取样频率，取样：取样频率，Nyquist定理定理 连续信号变换成离散信号连续信号变换成离散信号 量化：将离散信号样值进行离散化处理量化：将离散信号样值进行离散化处理 离散化的量化级离散化的量化级 量化噪声量化噪声 编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用 n比特二进制码来表示已经量化
21、了的取样值，称为编码。比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列 起来，就得到基带数字信息流。起来，就得到基带数字信息流。传输速率：传输速率传输速率：传输速率=取样频率取样频率fs量化比特数量化比特数2 2）音频信号的数字化）音频信号的数字化 取样频率：取样频率：40KHz。常用常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。量化比特数：量化比特数：8bit，12bit，16bit。声道：单声道，双声道（立体声）声道：单声道，双声道（立体声）取样频率取样频率量化比特数量化
22、比特数声道数声道数 数字音存储量：数字音存储量：（字节）（字节）8bit例：例：CD标准取样频率标准取样频率44.1KHz，量化比特数，量化比特数16bit，立体声，存储，立体声，存储 一分钟数字音乐的容量为一分钟数字音乐的容量为10,584,000字节或字节或84,672,000比特。比特。3 3）视频信号的数字化）视频信号的数字化 编码方式：复合编码编码方式：复合编码将彩色全电视信息直接将彩色全电视信息直接 编成编成PCM码码 分量编码分量编码将亮度信号将亮度信号Y，色差信，色差信 号号R-Y和和B-Y分别编码分别编码 或或PCM码码 二者比较：二者比较：“复合编码复合编码”与电视制式有关
23、与电视制式有关 “分量编码分量编码”与电视制式无关与电视制式无关 在节目后期制作中：在节目后期制作中：“复合复合”需解码需解码 “分量分量”无需解码无需解码 传输时：传输时：“复合复合”由于频分复用，产生亮，色串扰由于频分复用，产生亮，色串扰 “分量分量”采用时分复用，无亮，色串扰采用时分复用，无亮，色串扰 分量编码取样频率分量编码取样频率 亮度信号取样频率：足够小的混叠噪声亮度信号取样频率：足够小的混叠噪声fs=（2.22.7）fm fm=5.8-6 MHz fs12.7613.2 MHz 满足行锁相采样满足行锁相采样 fs=mfH,m为整数为整数 使使525/652行兼容（行兼容（525行
24、行/60场场 625行行/50场）场）要采用同一取样频率要采用同一取样频率 在在13.2MHz附近，只有附近，只有 13.5MHz=15625Hz864 (625/50)=15734.264 Hz858(525/60)亮度信号取样频率取样亮度信号取样频率取样13.5MHz 色差信号取样频率：色差信号取样频率：需要满足与亮度信号同样的三个要求需要满足与亮度信号同样的三个要求 取为取为fS=6.75MHz 分量编码取样频率的组合，适应不同图像质量要求分量编码取样频率的组合，适应不同图像质量要求 Y：(B-Y)：（：（R-Y）：）：=13.5MHz：13.5MHz：13.5MHz =4：4：4 Y：
25、(B-Y)：（：（R-Y）：）：=13.5MHz：6.75MHz：6.75MHz =4：2：2 （演播室图像质量标准）演播室图像质量标准）Y：(B-Y)：（：（R-Y）：）：=13.5MHz：3.375MHz：3.375MHz =4：1：1（4：2：0）4：4：4，4：2：2和和4：2：0三种是可以相互兼容，相互转换的三种是可以相互兼容，相互转换的 由高档转由高档转为低档，样点数减少，称为数字信号的抽去；反之称为数字信号的内插。为低档，样点数减少，称为数字信号的抽去；反之称为数字信号的内插。4：4：4 4：2：2 4：2：0 视频取样示例4：2：24：2：04：4：4 像素：在理想情况下可用“
26、1份亮度+2份彩色差的样品”来描述：表示1份亮度样品(Y)重合的亮度、色度样品 表示2个色度样品(R-Y，B-Y)4为13.5MHz、2为6.75MHz 和1为3.75MHz的取样频率4）量化比特数和量化级 量化比特：量化比特：Y，B-Y，R-Y都采用都采用 8bit 均匀量化均匀量化 未经未经较正的信号采用较正的信号采用10bit均匀量化均匀量化 量化级：量化级：亮度信号亮度信号 8bit，256个量化级，个量化级，0-255 为防止过载为防止过载 上端留上端留20级级 下端留下端留16级级 量化级量化级 16 表示黑电平表示黑电平 量化级量化级235表示白电平表示白电平 5 5）ITU-R
27、601ITU-R601建议编码主要参数（建议编码主要参数（4 4：4 4：4 4格式）格式）参参 数数 625行行50场场/s制式制式 525行行60场场/s制式制式 1，编码信号，编码信号 经过经过校正的信号校正的信号EY，ER-EY，EB-EY或或ER，EG，EB 2，各信号的全行样点数，各信号的全行样点数 864 858 3，取样结构，取样结构 正交，按场，行，帧重复，并与此正交，按场，行，帧重复，并与此4：2：2标准的亮度样点重合标准的亮度样点重合 4，每种信号的取样频率，每种信号的取样频率 13.5MHz 5，编码方式，编码方式 每样值至少每样值至少8比特均匀量化比特均匀量化PCM
28、6，用样点表示的数字，用样点表示的数字 有效行长度有效行长度 至少至少 720 7，视频信号电平每样值，视频信号电平每样值 共共220量化级，黑电平对应于第量化级，黑电平对应于第16量化级；量化级；8比特的最高有效位比特的最高有效位 峰值白电平相应于第峰值白电平相应于第235量化级量化级 （MSB）量化级之间的）量化级之间的 在量化等级中部共分在量化等级中部共分224级，零电平对应级，零电平对应128级级 对应值（范围：对应值（范围：0255）ITU-R601 ITU-R601建议演播室分量编码主要参数建议演播室分量编码主要参数(4(42 22 2格式格式)参参 数数 625行行50场场/s制
29、式制式 525行行60场场/s制式制式1、编码信号、编码信号 Y、R-Y、B-Y2、全行样点数、全行样点数 亮度信号亮度信号(Y)864 858 每个色差信号每个色差信号(R-Y、B-Y)432 429 3、取样结构、取样结构 正交，场、行、帧重复，正交，场、行、帧重复，R-YR-Y和和B-YB-Y的样点同位，并和每行第奇数个的样点同位，并和每行第奇数个(1(1，3 3，5 5.)Y)Y样点同位样点同位4、取样频率、取样频率 亮度信号亮度信号 13.5MHz13.5MHz 每个色差信号每个色差信号 6.75MHz6.75MHz5、编码方式、编码方式线性线性PCM、8比特量化比特量化/每个取样值
30、每个取样值6、每数字有效行数样点数每数字有效行数样点数 亮度信号亮度信号 720720 每个色差信号每个色差信号 3603607、视频信号电平与量化级间的对应值视频信号电平与量化级间的对应值 亮度信号亮度信号 每个色差信号每个色差信号 共共2222个量化级，黑电平对应量化级个量化级，黑电平对应量化级1616；峰值白电平对应量化级；峰值白电平对应量化级235235 在量化等级中间部，共分在量化等级中间部，共分224224级，零电平对应于级，零电平对应于128128级级 数字电视信号的码率数字电视信号的码率1）标准清晰度数字电视（）标准清晰度数字电视（SDTV）：）：在在ITU-R601标准中，采
31、用标准中，采用10bit量化时，量化时，亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数=13.5MHz X 10bit=135Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 6.75MHz X 10bit=135Mbps SDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率+2个色差信号码率个色差信号码率=135Mbps+135Mbps =270Mbps 2）高清晰度电视（）高清晰度电视（HDTV）：）：在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用10bit量化时，量化时，亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比
32、特数量化比特数=74.25MHz X 10bit=742.5Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 37.125MHz X 10bit=742.5Mbps HDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率+2个色差信号码率个色差信号码率=742.5Mbps+742.5Mbps =1485Mbps数字电视信号的有效码率数字电视信号的有效码率 有效码率（视频有效码率）：有效码率（视频有效码率）：1）标准清晰度数字电视信号的有效码率）标准清晰度数字电视信号的有效码率 是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在
33、电视信号的水平和垂直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的60%-80%。在在ITU-R601标准中，标准中，8bit量化时，量化时，NTSC（480/60i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为：每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 =720 X 480 X 8 X 30=82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为：2 X 360 X 480 X 8 X30=82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为：亮度信号有效码率亮度
34、信号有效码率+2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 =82.944 Mbps+82.944 Mbps=165.888 Mbps（480/60i）PAL（576/50i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为：每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 =720 X 576 X 8 X 25=82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为：2 X 360 X 576 X 8 X25=82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为：亮度信号有效码率亮度信号有效码率+2个色差信号有效码率个色差信号有效码率
35、=82.944 Mbps+82.944 Mbps=165.888 Mbps（576/50i）2）高清晰度数字电视信号的有效码率）高清晰度数字电视信号的有效码率 在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用8bits量化时量化时1080/60i信信 号格式量度信号的有效码率为号格式量度信号的有效码率为 每行的取样点数每行的取样点数X有效扫描行数有效扫描行数X量化比特数量化比特数X帧频帧频 =1920X1080X8X30=497.664Mbps 2个色差信号的有效码率为个色差信号的有效码率为 2X960X1080X8X30=497.664Mbps 总有效码率为总有效码率为 2X4
36、97.664=995.328Mbps（1080/60i）1080/50i信号格式的有效码率为信号格式的有效码率为 1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i）数字电视技术中电视系统的表示方法示例数字电视技术中电视系统的表示方法示例1080/60i：1080表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行数，60表示帧频或场频，表示帧频或场频，i表示隔行扫描。表示隔行扫描。720/50P：720表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行数，50表示帧频或场频，表示帧频或场频，P表示逐行扫描。表示逐行扫描。NTSC制可表示为：制可表示为：480/60i PAL制可表示为：制可表
37、示为：576/50i 1080/60i还可表示为：还可表示为：1080/60/2 ：1 720/50P还可表示为：还可表示为：720/50/1 ：1 1080/60i还可表示为：还可表示为：108060i 720/50P还可表示为：还可表示为：72050P五五.信源编码技术信源编码技术压缩编码技术压缩编码技术1数字视频压缩的必要性 HDTV 1920 1080 显示格式显示格式 数字化后传输速率数字化后传输速率 995 Mb/S SDTV 复合编码复合编码 135 Mb/S 分量编码分量编码 4：2：2 216 Mb/S 存储存储：2小时小时HDTV，存储量，存储量 7164 Gbit/S 2
38、小时小时SDTV，存储量，存储量 972 Gbit/S 复合编码复合编码 1555 Gbit/S 分量编码分量编码 传输：传输：HDTV 需需 1Gb/S 信道信道 SDTV 需需 12个个 155 Mb/S 信道信道 无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。2压缩编码方法 1)利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩 电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。找出这些
39、相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。2)利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩 一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些相关性就可以减少信息量，从而实现与空间有关的压缩。相关性就可以减少信息量，从而实现与空间有关的压缩。3)利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩 对经常出现的数据用短码组表，对不经常 出现的数据用长码组表示，则最终用于表示这一串数据的总码位就减少了。从而实现与统计冗余有关的压缩。4)利用人眼的视觉特性与视觉冗余
40、度的压缩利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩 人眼的视觉特性：对亮度信号比对色度信号敏感 对低频信号比对高频信号敏感 对静止图象比对运动图象敏感 对图象中水平和垂直线条比对斜线条敏感 包含在色度信号、图象高频信号和运动图象中的一些数据并不能对增加图象相对于人眼清晰度作出贡献，而被认为是多余的数据，这就是视觉冗余度。压缩视觉冗余度就是去掉那些相对人眼而言是看不到的或可有可无的图象数据。3基本的图象压缩编码技术 1)分类 冗余度压缩技术，无损伤压缩技术，无失真，数学上可逆。即它是可还原的。冗余度压缩技术，无损伤压缩技术，无失真，数学上可逆。即它是可还原的。信息量压缩技术，有损伤压缩技术，有失真，数
41、学上不可逆。即它是不可还信息量压缩技术，有损伤压缩技术，有失真，数学上不可逆。即它是不可还原的。原的。2)图象压缩技术优劣评估条件 信息压缩比：信息压缩比：压缩前后所需的信息存储量之比压缩前后所需的信息存储量之比 重现图象精度：重现图象精度：重现的图象与原图象相比有多大失真重现的图象与原图象相比有多大失真 执行速度：执行速度：压缩算法要多少时间完成压缩算法要多少时间完成 压缩比增大，图象损伤程度也随之加大。压缩比增大，图象损伤程度也随之加大。电视节目制作：压缩比电视节目制作：压缩比2：1至至8：1 Sony数字数字Betacam 录象机录象机 2.37：1 模拟分量录象机模拟分量录象机Beta
42、cam SP 8：1 VCD母盘，压缩比母盘，压缩比12：1 采用帧内压缩方式，采用帧内压缩方式，JPEG标准。标准。电视广播：电视广播：压缩比压缩比15：120：1 采用帧间预测编码，采用帧间预测编码，MPEG 2 标准标准 有线数字电视压缩比可加大至有线数字电视压缩比可加大至30：1，MPEG 2 标准标准3)基本压缩编码方法 预测编码（DPCM）差分脉冲编码调制 DPCM不直接传送图象样值本身，而是对实际样值与它的一个预测值之间的差值进行再次量化、编码。这种方法可消除图象信号的空间相关冗余帧内预测）和时间相关冗余（帧间预测）。利用象素的相关性还可进一步减小差值。DPCM系统原理图系统原理
43、图 DPCM系统原理框图+量化器 编码器 预测器+解码器 预测器 信道+输入XN输出XNeN eN+-XNEN+XN (X N ：是通过预测公式从DPCM的输入XN和已传出去的几个邻近样值计算出来的。)X N +离散余弦变换（DCT）DCT(Discrete Cosine Transform)是数码率压缩的一种常用的变换编码是数码率压缩的一种常用的变换编码方法。方法。DCT是先将整体图像分成是先将整体图像分成N N 像素块，然后对像素块，然后对N N 像素块逐一进像素块逐一进行行DCT变换。由于多数图像高频分量较少，相应图像高频分量的系数经变换。由于多数图像高频分量较少，相应图像高频分量的系数
44、经常为零，加之人眼对高频成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化。常为零，加之人眼对高频成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化。因此传送变换系数的数码率，要大大小于传送像素所用的数码率。到达因此传送变换系数的数码率，要大大小于传送像素所用的数码率。到达接收端后通过反离散余弦变换回到样值。虽有失真，但人眼是可以接受接收端后通过反离散余弦变换回到样值。虽有失真，但人眼是可以接受的。的。DCT系数Y0：(0 2407)Y1-7：(-1024 1023+y0y1y2y3y4y5y6y7恢复成的图像信号(0255)DCT系数Y0、Y1-7 与各像元信号相乘 后恢复原图像信号 水平一行数据的变换示意图F2.
45、0F4.0F5.0原始图像信号 (0255)图像信号分解 为各种余弦成分DCT基底直流成分低频成分高频成分F0.0F1.0F3.0F6.0F7.0 89 101 114 125 126 115 105 96 97 115 131 147 149 135 123 113 114 134 159 178 175 164 149 137 121 143 177 196 201 189 165 150 119 141 175 201 207 186 162 144 107 130 165 189 192 171 144 125 97 119 149 171 172 145 117 96 89 107
46、136 156 155 129 97 75 图像信号采样数据1152 -32 -185 -7 2 -1 -2 2 -32 -16 45 -3 -2 0 -2 -2 -165 32 17 9 5 1 -3 0 -7 -4 0 2 2 -1 -1 2 -2 0 0 3 0 0 2 1 3 1 1 -1 -2 0 2 0 0 0 2 -1 -1 2 1 -1 0 3 1 -1 2 1 -2 0DCT DCT系数量化 281 -8 -46 -1 0 0 0 0 -5 -4 11 0 0 0 0 0 -41 8 4 2 1 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
47、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 “之”字读出 (扫描)281，-8，-5，-41，-4，-46，-1，11，8，-1，0，-1，4，0，0，0，0，2，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，00，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0 编码281，-8，-5，-41，-4，-46 ，-1，11，8，-1，1*0，-1，4，4*0，2，7*0，1，EOB DCT变换实例 游程长度编码（游程长度编码（RunlengthRunlength
48、Encoding Encoding）是指一个码可同时表示码的值和前面有几个零。在用之字形读出方式情况是指一个码可同时表示码的值和前面有几个零。在用之字形读出方式情况下，出现连零的机会较多，尤其在最后，如果都是零，在读到最后一个数后只下，出现连零的机会较多，尤其在最后，如果都是零，在读到最后一个数后只要给出要给出“块结束块结束”（EOB）码，就可以结束输出，从而节省很多码率。）码，就可以结束输出，从而节省很多码率。通常，通常，DCT系数量化之后，都采用之字形方式读出。系数量化之后，都采用之字形方式读出。霍夫曼（霍夫曼（HoffmanHoffman）编码）编码 霍夫曼霍夫曼(Hoffman)编码编
49、码(属于统计编码属于统计编码)是可变字长编码是可变字长编码(VLC:Variable-Length Coding)的一种，相当于对概率大的符号给短码，对概率小的符号给长的一种，相当于对概率大的符号给短码，对概率小的符号给长码。码。符号 A B C D E F G H 概率 0.10 0.18 0.40 0.05 0.06 0.10 0.07 0.04 码 011 001 1 00010 0101 0000 0100 00011C 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.60 B 0.18 0.18 0.18 0.19 0.23 0.37 0.40A 0.10 0.10
50、0.13 0.18 0.19 0.23F 0.10 0.10 0.10 0.13 0.18 G 0.07 0.09 0.10 0.10E 0.06 0.07 0.09D 0.05 0.06H 0.041.00 霍夫曼编码4 4视频压缩编解码标准视频压缩编解码标准 1）H.261标准标准 1980年年CCITT通过为国际标准通过为国际标准 用于可视电话，用于可视电话，P 64Kb/S，P=130可变，可变，（64 1920)Kb/S 用于会议电视，用于会议电视，P36 H.261(又称又称P 64)是最早的一个码率压缩标准。是最早的一个码率压缩标准。2）JPEG标准标准 1986年提出，年提出，
