广播电视资料

1、广播电视台与数字化

广播电视为什么要数字化：

当前，广播电视正在全面数字化；

因为整个信息行业已经数字化，我们的竞争对手也已经数字化； 我们的内部环境也具备数字化的条件；

数字化的优点：

1）数字信号处理、传输使信号质量大大提高，数字信号在记录/重放、信号传输和处理等过程中不会引起信号劣化， 通过整形和纠错编码等技术可将数字信号有效还原，收端图像质量与发端基本一致。数字电视，比特率为4～5Mb／s的信号，传输到用户清晰度达到480线，主观评价约4.3分。而模拟信号只有3分左右。（模拟电视经电视中心、微波、卫星、发射机和接收机各环节后，按五级质量制评定只有3.25分）。

2）频谱资源利用率高： 电视数字化，节目容量大大提高。如1个8MHz模拟频道可以传6～10套数字电视节目。500 MHz带宽内可以传380～630套节目。HFC网络改造(1G)会使容量进一步提高。

3）多信息、多功能： 数字技术有利于电视节目与数据的融合。大大扩展服务内容。如电子节目指南、财经信息、视频点播、歌唱点播、新闻选取、远程教育、电视购物、交互游戏等新颖的增值服务。

4）数字化带来有效的用户管理系统 ： 数字化使得信号非常容易实现加扰、解扰和加密、解密，便于开展各类收费业务。条件接收（ CA ）系统的应用，可以实现对用户的有效管理，确保运营商的资金回报。

怎样学习数字电视编码技术：

复习好模拟信号的有关内容，因为这是基础；数字电视广播包括编码和调制两部分，而核心部分是编码技术；对广播电视系统的不同部分，重点有所不同；编码的内容广泛，有深有浅，学什么要根据需要；从事研究、开发的，要深入到数学等领域；从事具体应用的、值班的，要掌握原理的要领；有些基本的概念要补学，比如电视原理、信息论、数字逻辑运算等等；

数字化的基本思路：

先把模拟信号变为数字信号，得到普通（未压缩）数字码流；再把普通数字码流变为压缩的数字码流；了解压缩的方法、各种压缩方法的原理；了解一个压缩标准（如MPEG-2）的码流结构，然后举一反三；

电视信号的类型和演变：

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黑白电视信号（模拟）；彩色电视信号（模拟）；数字电视信号（未压缩）；数字电视信号（压缩）；不同标准的数字电视信号（压缩）；不同的数字电视接口； 象素（光如何变为电信号）；扫描（顺序、隔行）、行、场、帧、奇数场、偶数场； 黑电平、白电平、消隐（行消隐、场消隐）和同步（行同步和场同步）信号、均衡脉冲；

黑白全电视信号的组成

三基色原理：R、G、B和Y、R-Y、B-Y；彩色电视信号的产生、彩色电视如何与黑白电视兼容、彩色电视的副载波；色同步信号；分量信号和复合信号；模拟电视信号的三大制式；PAL-D模拟广播制式的特点

电视信号的基本概念：

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色电视信号：

编码的基本概念：

“编码”含义很多，如‘图书编码’、商品的编码等等，这里说的是电视信号的编码； 什么是模拟信号？什么是数字信号？

有人说“数字化时代了，信号都是0和1了，没有差别了！” 是否真的如此？ 把模拟信号简单变为数字信号，除了带宽大大增加以外，基本没有什么意义。 数字化的优点必须通过编码才可以实现。

数字电视信号的产生：

? 直接产生：字幕机，数字摄像机等，转换生产：电影胶片——电视电影机，模拟-数字（A/D转换）——信号数字化，信号数字化的过程：取样—时间的离散化；量化—空间（数值）的离散化；编码；

信号数字化过程（一）：

取样：取样频率，Nyquist定理，把连续信号变换成离散信号，

信号数字化过程（二）：

? 量化：将离散信号样值进行离散化处理；离散化的量化级

信号数字化过程（三）

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了的取样值，称为编码。常用的是8比特或10比特。 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。这个码流只有0和1。 演播室里用的信号是SDI信号。传输速率：传输速率=取样频率fs×量化比特数

视频信号的数字化：

编码方式：复合编码——将彩色全电视信息直接编成PCM码，分量编码——将亮度信号Y，色差信 号R- Y和B-Y分别编码或PCM码

复合编码与分量编码的比较：

“复合编码”与电视制式有关，“分量编码”与电视制式无关 在节目后期制作中： “复合”需解码。 “分量”无需解码。

传输时：“复合”由于频分复用，产生亮，色串扰， “分量”采用时分复用，无亮，色串扰。

ITU-R601建议编码主要参数（4：4：4格式）：

参 数 625行50场/s制式 525行60场/s制式 1，编码信号 经过γ校正的信号EY，ER-EY，EB-EY或ER，EG，EB

2，各信号的全行样点数 864 858

3，取样结构 正交，按场，行，帧重复，并与此4：2：2标准的亮度样点重合

4，每种信号的取样频率 13.5MHz 5，编码方式 每样值至少8比特均匀量化PCM

6，用样点表示的数字 有效行长度 至少 720

7，视频信号电平每样值 共220量化级，黑电平对应于第16量化级；

8比特的最高有效位 峰值白电平相应于第235量化级

（MSB）量化级之间的 在量化等级中部共分224级，零电平对应

128级

对应值（范围：0—255）

ITU-R601建议演播室分量编码主要参数(4∶2∶2格式)：

参 数

625行50场/s制式 525行60场/s制式

1、编码信号 Y、R-Y、B-Y 2、全行样点数

亮度信号(Y) 864 858

每个色差信号(R-Y、B-Y) 432 429

3、取样结构

正交，场、行、帧重复，R-Y和B-Y的样点同位，并和每行第奇数个(1，3，5...) Y样点同位 4、取样频率

亮度信号 13.5MHz 每个色差信号 6.75MHz 5、编码方式 线性PCM、8比特量化/每个取样值 6、每数字有效行数样点数

亮度信号 720 每个色差信号 360 7、视频信号电平与量化级间的对应值 亮度信号 每个色差信号

共22个量化级，黑电平对应量化级16；峰值白电平对应量化级235

在量化等级中间部，共分224级，零电平对应于128级

数字电视信号接口和格式：

? 数字电视中大量使用英文缩写，应当注意它们是什么意思；数字电视信号的接口和

数字电视信号的格式是不同的概念，也要区分；如SDI,HD-SDI,ASI,SSI等这些是接口；MPEG-II,H.264，TS流等是信号格式；

（简化的）数字电视系统基本构成

模数转换 模拟电视信号输入 信源编码 信道编码 信道 数模转换 模拟电视信号输出

信源解码 信道解码

SDI信号：

SDI标清电视信号是数字信号，数字信号特点：是“1”、“0”两个值的信号，信号失真不累加，它便于和计算机共同使用，使设备多功能化、自动化，便于实现数字压缩、编码，显出数字化优越性，使系统多功能化，一机多用、三网合一

数字视频压缩的必要性：

HDTV 1920 × 1080 显示格式

数字化后传输速率 995 Mb/S

SDTV 复合编码 135 Mb/S

分量编码 4：2：2 216 Mb/S

传输： HDTV 需 1Gb/S 信道

SDTV 需 1～2个 155 Mb/S 信道

可见，无论对于传输还是广播，码率压缩都是绝对必要的。

编码的基本概念-码有多少种？

? 编码的本质是“算法”；按用途分：信源编码和信道编码、加密用的编码等等；信

源编码的目的是压缩；信道编码的目的是抗干扰；按性质分：无失真编码和有失真编码、按对象分：音频、视频、数据；

码流为什么能够压缩？

? 因为图像里有冗余，即不必要的部分；利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩； ? 利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩；

码流为什么能够压缩(续)

? 冗余就是多余的东西，它和相关性有关；电视画面有时间相关性和空间相关性； ? 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。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。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。莫尔斯电报就是典型的例子：最常用的e和t分别用一点、一划表示，出现率很低的q 则用. _ _ _表示；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者可有可无的图象数据。

基本的压缩编码技术：

无论哪种标准，实际都采用了多种压缩技术；压缩技术类型多（见下表），原理各不相同； 注意区分两大类方法： 无损压缩：又叫冗余度压缩技术，无损伤压缩技术。它们无失真，数学上可逆。即它是可还原的，这类编码称为熵编码。 有损压缩：又叫信息量压缩技术，有损伤压缩技术。它们有失真，数学上不可逆。即它是不可还原的。

基本压缩编码方法之一：预测编码例1——差分脉冲编码调（DPCM）

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：

基本压缩编码方法之二：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方法。DCT是先将整体图像分成N?N 像素块，然后对N?N 像素块逐一进行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。 （DCT来源于傅里叶变换，只不过在电脑时代才可以用于图像处理）

基本压缩编码方法之三：霍夫曼（Hoffman）编码

霍夫曼(Hoffman)编码(属于统计编码)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码。 附图是霍夫曼编码的具体方法：

1）先按出现的概率大小排队，把两个最小的概率相加，作为新的概率和剩余的概率重新排队。 2）再把最小的两个概率相加，再重新排队，直到最后变成1。

3）每次相加时都将“0”和“1”赋与相加的两个概率，读出时由该符号开始一直走到最后的“1”，将路线上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好，就是该符号的霍夫曼编码。 霍夫曼编码有一个好处，就是任何短码都不会是长码的起始部分，也就是不会出现一对像011和01101这样的码组。这样就可以把各码字直接相连而不需要增加其它形式的同步间隔。 霍夫曼编码既然属于统计编码，它要求事先知道各信源符号出现的概率，否则编码的效率会明显下降。

游程长度编码（Runlength Encoding）：

游程编码(RLC)是一种十分简单的压缩方法， 它将数据流中连续出现的字符用单一的记号来表示。 例如， 字符串5310000000000110000000012000000000000可以压缩为5310-10110-08120-12， 其中， “-”后面两个数字是“-”前面数字的连续个数。

通常，DCT系数量化之后，都采用之字形方式读出。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要给出“块结束”（EOB）码，就可以结束输出，从而节省很多码率。

游程编码的压缩率不高， 但编码、 解码的速度快， 仍被得到广泛的应用， 特别是在变换编码后再进行游程编码， 有很好的效果。

小波变换编码：

? 小波是什么？傅里叶变换的“基底”是正弦波；傅里叶变换有缺点和限制；用其他

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