《数字电视概论》PPT课件.ppt

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1、数字电视原理数字电视原理2/4/20231信息工程系数字电视原理课程简介数字电视原理课程简介n课时：课时：48学时学时n参考书：参考书：1.数字电视与高清晰度电视数字电视与高清晰度电视 王明臣王明臣 中国广中国广播电视出版社播电视出版社 2.数字电视原理与应用数字电视原理与应用 姜秀华姜秀华 人民邮电出人民邮电出版社版社 n考核方法：考核方法：1.作业作业2.考试考试2/4/20232信息工程系第一章第一章 概论概论n什么是数字电视什么是数字电视?所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样抽样、量化量化和和编码编码转换成用二进制数代表的转换成用二进制数

2、代表的数数字式信号字式信号，然后进行各种功能的处理、压缩、，然后进行各种功能的处理、压缩、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。处理、监测和控制。2/4/20233信息工程系1.1数字电视的优点为什么要采用数字电视？数字电视的优点为什么要采用数字电视？1数字电视与原有模拟电视相比，有如下优点：数字电视与原有模拟电视相比，有如下优点：1.信号杂波比和连续处理的次数无关信号杂波比和连续处理的次数无关2.可避免系统的非线性失真的影响可避免系统的非线性失真的影响3.数字设备输出信号稳定可靠数字设备输出信号稳定可靠4.易于实现信号的存储，而且存

3、储时间与信号的特性易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关无关5.由于采用数字技术，可以实现设备的自动化操作和由于采用数字技术，可以实现设备的自动化操作和调整调整6.数字技术可实现时分多路复用，可实现数字视频、数字技术可实现时分多路复用，可实现数字视频、数字音频和其它多媒体信号混传，充分利用信道容数字音频和其它多媒体信号混传，充分利用信道容量量2/4/20234信息工程系1.1数字电视的优点为什么要采用数字电视？数字电视的优点为什么要采用数字电视？7.压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行地面广压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行地面广播播8.可以合理地利用频谱资源可以合理地利用

4、频谱资源9.在同步转移模式在同步转移模式(STM)的通信网络中，可实现多种业务的通信网络中，可实现多种业务的的“动态组合动态组合”10.很容易实现加密解密和加扰解扰技术很容易实现加密解密和加扰解扰技术11.具有可扩展性、可分级性和互操作性具有可扩展性、可分级性和互操作性12.可以与计算机可以与计算机“融合融合”而构成一类多媒体计算机系统而构成一类多媒体计算机系统13.实现不同制式下的模拟电视节目的交换实现不同制式下的模拟电视节目的交换14.数字电视改变人们接收电视的方式数字电视改变人们接收电视的方式15.数字电视的出现还将极大地改变信息家电的市场结构数字电视的出现还将极大地改变信息家电的市场结

5、构2/4/20235信息工程系1.1数字电视的优点为什么要采用数字电视？数字电视的优点为什么要采用数字电视？2使用数字电视带来如下好处使用数字电视带来如下好处1.高质量的画面高质量的画面2.功能更丰富功能更丰富3.高质量的音效高质量的音效4.丰富多彩的电视节目丰富多彩的电视节目5.具有交互性具有交互性6.具备通信功能具备通信功能2/4/20236信息工程系数字电视发展简介数字电视发展简介1国际发展概况国际发展概况 1.1996年年4月法国开播了第一个欧洲商业化数字电视广播。到月法国开播了第一个欧洲商业化数字电视广播。到1999年年6月欧盟数字电视市场价值已经超过月欧盟数字电视市场价值已经超过2

6、0亿欧元。在亿欧元。在1997年年12月月1999年年6月期间，欧洲数字电视收人增长超过月期间，欧洲数字电视收人增长超过一倍。一倍。2.英国在英国在1998年年11月开始数字地面电视商业广播，其用户在月开始数字地面电视商业广播，其用户在2000年底已经达到年底已经达到101万万2千。英国天空广播公司（千。英国天空广播公司（BskyB）在在1998年年7月开始卫星数字电视广播，到月开始卫星数字电视广播，到2002年底用户已超过年底用户已超过500万。万。3.法国数字电视用户自法国数字电视用户自1996年以来年均增长率年以来年均增长率157，数字电视，数字电视用广已占所有电视用户的用广已占所有电视

7、用户的10.3。4.意大利自意大利自1996底以来年均增长率为底以来年均增长率为220。5.西牙数字电视的用户西牙数字电视的用户1999年年6月已经超过月已经超过100万户，前一年的万户，前一年的增长率接近增长率接近300。6.德国德国1999年年6月数字电视的用户已经达到月数字电视的用户已经达到85.5万户。万户。2/4/20237信息工程系数字电视发展简介数字电视发展简介7.众所周知，日本曾经在模拟高清晰度电视研究和应用方众所周知，日本曾经在模拟高清晰度电视研究和应用方面领先于全世界，使用面领先于全世界，使用MUSE制式的高清晰度电视卫星制式的高清晰度电视卫星广播系统仍然在运行中。日本在广

8、播系统仍然在运行中。日本在1997年开始卫星数字广年开始卫星数字广播，播，1999年下半年开始有线数字电视广播。日本政府日年下半年开始有线数字电视广播。日本政府日前宣布，到前宣布，到2011年全国范围内的所有电视台都将采用数年全国范围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束模拟信号发送的历史。字信号发送，彻底结束模拟信号发送的历史。8.据调研机构据调研机构iSuppli的最新调查报告显示，在未来四年内，的最新调查报告显示，在未来四年内，全球数字电视的出货量每年将以全球数字电视的出货量每年将以44.5%的幅度递增。到的幅度递增。到2008年，全球数字电视出货量有望从今年的年，全球数字电视出货

9、量有望从今年的1990万台增万台增至至8660万台。万台。9.全球数字电视销售额也将从全球数字电视销售额也将从2004年的年的314亿美元增至亿美元增至2008年的年的628亿美元。亿美元。10.据调查结果显示，据调查结果显示，2004年北美市场上的数字电视出货量年北美市场上的数字电视出货量将占全球数字电视出货量的将占全球数字电视出货量的43%。而且在未来几年内也。而且在未来几年内也将引领全球数字电视的普及，其次是欧洲和日本市场。将引领全球数字电视的普及，其次是欧洲和日本市场。2/4/20238信息工程系数字电视发展简介数字电视发展简介2国内发展简介国内发展简介1.中央电视台中央电视台1995

10、年开始利用数字电视系统播出加密频道，利年开始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送用卫星向有线电视台传送4套加密电视节目。套加密电视节目。2.1996以后省级电视台逐步使用数字压缩技术进行卫星电视节以后省级电视台逐步使用数字压缩技术进行卫星电视节目传送覆盖，所使用的传输标准是目传送覆盖，所使用的传输标准是DVBSMPEG2。3.1998年底中国广播卫星公司建立起直播卫星广播试验平台，年底中国广播卫星公司建立起直播卫星广播试验平台，将中央电视台和各省台的上星节目全部集中起来以数字方式向将中央电视台和各省台的上星节目全部集中起来以数字方式向全国传送全国传送4.中国广播电视数字化进程

11、中国广播电视数字化进程“三步走三步走”战略战略 2003年启动广播电视数字化年启动广播电视数字化2005年开展数字卫星直播业务年开展数字卫星直播业务2008年全面推广地面数字电视年全面推广地面数字电视5.2015年停止模拟电视播出，实现数字广播电视有线、卫星和年停止模拟电视播出，实现数字广播电视有线、卫星和无线的全国覆盖无线的全国覆盖2/4/20239信息工程系数字电视发展简介数字电视发展简介n中国地面数字电视中国地面数字电视市场形势图市场形势图蓝色蓝色:已经上马欧洲已经上马欧洲DVB-T标准标准红色红色:已上马或已经确定采用清华已上马或已经确定采用清华大学大学DMB-T粉红色粉红色:有用清华

12、有用清华DMB-T的意向的意向浅蓝色浅蓝色:有用欧洲有用欧洲DVB-T的意向的意向白色白色:尚无上项目的计划尚无上项目的计划2/4/202310信息工程系数字电视发展简介数字电视发展简介n有线电视向数字化过渡时间表有线电视向数字化过渡时间表1.地域划分地域划分 除北京、天津、上海、重庆四个直辖市外，分东部、除北京、天津、上海、重庆四个直辖市外，分东部、中部、西部三个地区。中部、西部三个地区。东部地区包括广东、福建、江苏、浙江、山东。东部地区包括广东、福建、江苏、浙江、山东。中部地区包括湖南、湖北、海南、四川、安徽、中部地区包括湖南、湖北、海南、四川、安徽、江西、广西、河南、河北、山西、陕西、辽

13、宁、江西、广西、河南、河北、山西、陕西、辽宁、吉林、黑龙江。吉林、黑龙江。西部地区包括西部地区包括 新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、内蒙古、云南、贵州。内蒙古、云南、贵州。2.时间划分时间划分分分2005年、年、2008年、年、2010年、年、2015年四个阶段。年四个阶段。2/4/202311信息工程系数字电视发展简介数字电视发展简介3.过渡计划过渡计划 第一阶段：到第一阶段：到2005年，直辖市、东部地区地年，直辖市、东部地区地(市市)以上城市、中部地区省会市和部分地以上城市、中部地区省会市和部分地(市市)级城市、级城市、西部地区部分省会市的有线电视完成向数字化

14、过西部地区部分省会市的有线电视完成向数字化过渡。渡。第二阶段：到第二阶段：到2008年，东部地区县以上城市、中年，东部地区县以上城市、中部地区地部地区地(市市)级城市和大部分县级城市、西部地级城市和大部分县级城市、西部地区部分地区部分地(市市)级以上城市和少数县级城市的有线级以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。电视基本完成向数字化过渡。第三阶段：到第三阶段：到2010年，中部地区县级城市、西部年，中部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数字化过渡。字化过渡。第四阶段：到第四阶段：到2015年，西部地区县级城市的有

15、线年，西部地区县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。电视基本完成向数字化过渡。2/4/202312信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数视频信号的抽样结构视频信号的抽样结构n固定的抽样结构固定的抽样结构 正交结构：各帧、各场、各行的样点都是垂直正交结构：各帧、各场、各行的样点都是垂直对准的。对准的。n移动抽样结构移动抽样结构1.例子例子2.对我国对我国PAL制电视来说制电视来说,行频行频fH=15625Hz,如果取如果取抽样频率为抽样频率为13.5MHz的话，每行得出来的样点刚的话，每行得出来的样点刚好为正交整数样点结构，即为好为正交整数样点结构，即为:2/4/202313信息

16、工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数nCCIR 601号建议要求采用分量信号号建议要求采用分量信号Y、U、V进行编码压缩进行编码压缩14:4:4;4:2:2;4:2:0 抽样点结构抽样点结构 2/4/202314信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数2/4/202315信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数2图像数据格式和不压缩时码率的计算图像数据格式和不压缩时码率的计算 几种典型数字电视设备数据格式几种典型数字电视设备数据格式 2/4/202316信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数2.不压缩时码率的计算不压缩时码率的计算 码率码率=抽

17、样频率抽样频率每样点的比特数每样点的比特数对对DVD图像格式可作如下计算图像格式可作如下计算:Y 13.5MHz8bit=108Mb/sU 6.75MHz8bit=54Mb/sV 6.75MHz8bit=54Mb/s 合计合计=216Mb/s n如按如按MPEG-2标准压缩后的速率为标准压缩后的速率为8.448Mb/s,则则 压缩压缩比约为比约为26:1;n如按如按MPEG-1标准压缩后的速率为标准压缩后的速率为2.048Mb/s,则压缩则压缩比约为比约为100:12/4/202317信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数码率码率1.=一帧图像样点样数一帧图像样点样数每样点比特数

18、每样点比特数2.每秒帧数每秒帧数(25Hz)一帧图像样点样数一帧图像样点样数 =每行有效样点数每行有效样点数一帧图像的有效行数一帧图像的有效行数2/4/202318信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数对对DVD图像格式可作如下计算图像格式可作如下计算:(1).对对Y信号来说信号来说一行样点数一行样点数=(抽样频率抽样频率)/(行频行频)=(13.5MHz)/(15.625kHz)=864一行有效样点数一行有效样点数=864=8640.83=720(:水平回扫率水平回扫率)一帧有效行数一帧有效行数=625-50=575(取取576,即表示去掉场消隐后的有效行数即表示去掉场消隐后的

19、有效行数)一帧图像样点数一帧图像样点数=720576=414720Y的码率的码率=7205768bit25Hz=82.944Mb/s2/4/202319信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数(2)对对U、V信号的计算信号的计算如按如按Y:U:V=4:2:2 其速率计算如下其速率计算如下:V的码率的码率 =3605768bit25Hz=41.472Mb/sU的码率的码率 =3605768bit25Hz=41.472Mb/s合合 计计 =165.9Mb/s n如按如按MPEG-2 MLMP标准压缩后的速率为标准压缩后的速率为8.448Mb/s,则压缩比则压缩比约为约为20:1;n如按

20、如按MPEG-1标准压缩后的速率为标准压缩后的速率为2.048Mb/s,则压缩比约为则压缩比约为82:1。2/4/202320信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数视、音频信号量化及量化噪声视、音频信号量化及量化噪声n舍入量化舍入量化A:量化间距量化间距f(t):视频信号视频信号f(t):量化后的电平函数值量化后的电平函数值2/4/202321信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数n量化级数：量化级数：MA:A:信号幅度，信号幅度，A A:量化间距量化间距n 采用二进制编码，所需比特数采用二进制编码，所需比特数n:n:M M =2=2n n n 均匀量化与非均匀量化

21、均匀量化与非均匀量化2/4/202322信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数1均匀量化时的信噪比均匀量化时的信噪比量化噪声功率量化噪声功率Nq:结论结论：量化分层幅度量化分层幅度A越小，量化误差引起的失真越小，量化误差引起的失真功率也越小。功率也越小。2/4/202323信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数n电视信号（单极性信号）的量化信噪比电视信号（单极性信号）的量化信噪比 用分贝表示用分贝表示:结论结论：量化比特数量化比特数n每增加每增加1bit，则信噪比上升，则信噪比上升6dB；反之，每下降反之，每下降1bit，信噪比降低，信噪比降低6dB。2/4/202

22、324信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数n均匀量化时量化比特数与量化信噪比的关系均匀量化时量化比特数与量化信噪比的关系 2.声音信号声音信号(双极性信号双极性信号)量化信噪比量化信噪比1.设声音信号的最大幅度为设声音信号的最大幅度为A，它是从，它是从+A到到A范围内范围内变化。对它均匀量化成变化。对它均匀量化成N级，有：级，有：2A=NA，N=2n (以二进制表示以二进制表示)2.量化信噪比量化信噪比:用分贝表示用分贝表示:2/4/202325信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数2用非均匀量化改善量化信噪比用非均匀量化改善量化信噪比 电视信号的量化信噪比电视信

23、号的量化信噪比:声音信号量化信噪比声音信号量化信噪比:2/4/202326信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数n非均匀量化实现方式非均匀量化实现方式音频：压缩扩张编码方式音频：压缩扩张编码方式 视频：直接非均匀量化（量化表）视频：直接非均匀量化（量化表）压缩扩张编码方式压缩扩张编码方式：2/4/202327信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数n非均匀量化表非均匀量化表2/4/202328信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数全信号和分量信号编码全信号和分量信号编码2/4/202329信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数1.2.4 图

24、像分量信号量化比特数确定和码电平分配图像分量信号量化比特数确定和码电平分配从电视原理已知，亮度信号方程为：从电视原理已知，亮度信号方程为：Y=0.299R+0.587G+0.114B色差信号方程为：色差信号方程为：R-Y=0.701R-0.587G-0.114B B-Y=-0.299R-0.587G+0.886B亮度信号亮度信号Y:01色差信号色差信号R-Y:0.7010.701色差信号色差信号B-Y:0.8860.8862/4/202330信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数100%100%彩条色度信号、亮度信号和色差信号的标称值彩条色度信号、亮度信号和色差信号的标称值 2/

25、4/202331信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数色差信号必须引入压缩系数：色差信号必须引入压缩系数：KR=0.713 KB=0.564 归一化后的色差信号为：归一化后的色差信号为：CRCB=0.564(B-Y)=-0.169R-0.331G+0.5B CR，CB:0.50.52/4/202332信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数CCIR 601号建议：号建议：对电视信号采用分量信号编码，即对对电视信号采用分量信号编码，即对Y、CR、CB三分三分量信号进行编码。选取量信号进行编码。选取8bit均匀量化，在抽样、量化均匀量化，在抽样、量化前还必须对三个分量信号

26、进行前还必须对三个分量信号进行校正。校正。亮度信号码电平分配：亮度信号码电平分配：2/4/202333信息工程系1.2视、音频数字化参数视、音频数字化参数色度信号码电平分配：色度信号码电平分配：2/4/202334信息工程系1.3数字电视系统数字电视系统2/4/202335信息工程系1.4数字电视机顶盒数字电视机顶盒1.数字电视机顶盒的组成数字电视机顶盒的组成视频 音频I2C调谐解调器 信道解码器频率合成器I2CMPEG-2解压缩数字高频头传输流输出2/4/202336信息工程系1.4数字电视机顶盒数字电视机顶盒高频头内部电路详细框图高频头内部电路详细框图2/4/202337信息工程系Question Time2/4/202338信息工程系