數(shù)字電視原理

前言

　　自1948年提出視頻數(shù)字化概念至今，視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)已經(jīng)歷了整整60年的發(fā)展。在這60年里，視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼方法像雨后春筍般層出不窮。目前，電視正迅速地走向“數(shù)字時(shí)代”，數(shù)字電視的飛速發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的預(yù)料。世界發(fā)達(dá)國家的廣播電視從模擬向數(shù)字的過渡已全面展開，我國也在大力推廣數(shù)字電視技術(shù)應(yīng)用，從部分（單機(jī)設(shè)備）數(shù)字化向全系統(tǒng)（節(jié)目制作、信號(hào)傳輸、發(fā)射和接收）數(shù)字化方向發(fā)展。DVD、數(shù)字電視接收機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)、數(shù)字點(diǎn)播電視（VOD）、數(shù)字交互電視（ITV）、網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）、移動(dòng)車載數(shù)字電視、全數(shù)字高清晰度電視等數(shù)字電視設(shè)備層出不窮，日新月異，逐步成為整個(gè)電子行業(yè)潮流的主導(dǎo)。　　另外，從移動(dòng)通信的發(fā)展來看，我國從1987年開始提供蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，到2007年底持有移動(dòng)手機(jī)的用戶已超過5億，從而成為世界上移動(dòng)通信發(fā)展最快的國家之一。隨著第三代移動(dòng)通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)通信將進(jìn)入寬帶、多業(yè)務(wù)共存時(shí)代，除了傳統(tǒng)的通話以外，借助于數(shù)字電視技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，還將實(shí)現(xiàn)移動(dòng)手機(jī)電視、電視電話、高速數(shù)據(jù)下載等信息傳輸，大大改善人類社會(huì)活動(dòng)的質(zhì)量。移運(yùn)通信正朝著實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地方、任何時(shí)間與其他任何人進(jìn)行任何方式的通信”的目標(biāo)前進(jìn)。　　本書是作者從事20多年數(shù)字電視原理教學(xué)和科研工作的成果結(jié)晶。為進(jìn)一步配合“數(shù)字電視原理”課程的教學(xué)，幫助從事數(shù)字電視的工程技術(shù)人員更深入地了解數(shù)字電視技術(shù)中的基本知識(shí)、基本原理、數(shù)字電視新標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以便擴(kuò)大推廣數(shù)字電視技術(shù)應(yīng)用，作者通過對(duì)數(shù)字電視技術(shù)大量相關(guān)資料的閱讀、消化、理解，濃縮、綜合數(shù)字電視各個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)，并結(jié)合研究生、本科生的教學(xué)以及多年科研的親身體會(huì)編寫了此書.本書每一章除了進(jìn)行原理和技術(shù)分析外，還引用了國內(nèi)外公開發(fā)表的成果和參考文獻(xiàn)，可供讀者查閱參考?！　”緯到y(tǒng)地介紹了數(shù)字電視的基本概念、視頻信號(hào)的數(shù)字化、圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼、視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字電視傳輸、數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào)及數(shù)字音響技術(shù)等內(nèi)容。它有助于讀者對(duì)數(shù)字電視原理的全面認(rèn)識(shí)和了解。考慮到在數(shù)字電視中仍應(yīng)用到一些模擬視頻和彩色原理知識(shí)，特將其濃縮成數(shù)字電視中的模擬域技術(shù)進(jìn)行講述，因此，可以不另開“模擬電視”課程。建議按64學(xué)時(shí)講授本教材。本書配有相應(yīng)的習(xí)題及解答指導(dǎo)書——《數(shù)字電視原理習(xí)題及解答》（西安電子科技大學(xué)出版社出版，余兆明、王明偉、張麗媛編著）?！　”緯彩窃凇稊?shù)字電視和高清晰度電視》（1997年人民郵電出版社出版，余兆明編著）（曾被評(píng)為江蘇省高校一類優(yōu)秀課程教材）、《數(shù)字電視原理》（2003年人民郵電出版社出版，余兆明、余智編著）和《數(shù)字電視原理習(xí)題及解答》（2004年人民郵電出版社出版，余兆明、孫海安、徐棟梁編著）三本書的基礎(chǔ)上，經(jīng)過全面修改、編排、整理和補(bǔ)充而編寫成的。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字電視原理》是作者從事20多年數(shù)字電視原理的教學(xué)和科研工作的成果結(jié)晶。全書共8章，內(nèi)容包括數(shù)字電視中的模擬域技術(shù)、數(shù)字電視的基本概念、視頻信號(hào)的數(shù)字化、圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼、視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字電視傳輸、數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào)及數(shù)字音頻技術(shù)?！　　稊?shù)字電視原理》內(nèi)容豐富、系統(tǒng)性強(qiáng)、取材新穎、觀點(diǎn)明確、易于理解，可作為高等院校廣播電視專業(yè)、多媒體通信等相關(guān)專業(yè)的教材，也可供通信部門、電視臺(tái)、廣大通信設(shè)備的生產(chǎn)廠家及公司的工程技術(shù)人員和管理人員參考。

書籍目錄

第1章　數(shù)字電視中的模擬域技術(shù)1.1　三基色原理1.2　亮度信號(hào)和色差信號(hào)1.3　標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)1.4　三大彩色電視制式1.5　掃描成像原理1.6　清晰度與分解力1.7　圖像信號(hào)的最高頻率——電視通道的頻帶寬度1.8　電視信號(hào)的頻譜1.8.1　電視信號(hào)頻譜分析1.8.2　空間頻率和空間頻譜習(xí)題第2章　數(shù)字電視的基本概念2.1　數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)2.2　視、音頻信號(hào)數(shù)字化參數(shù)2.2.1　視頻信號(hào)的抽樣結(jié)構(gòu)2.2.2　視、音頻信號(hào)量化及量化噪聲2.2.3　全信號(hào)和分量信號(hào)編碼2.2.4　圖像分量信號(hào)量化比特?cái)?shù)確定和量化電平分配2.3　圖像分量信號(hào)量化電平和量化比特?cái)?shù)的計(jì)算2.4　標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視的各項(xiàng)參數(shù)2.5　數(shù)字電視系統(tǒng)2.6　數(shù)字電視機(jī)頂盒習(xí)題第3章　視頻信號(hào)的數(shù)字化3.1　電視信號(hào)的離散化3.2　視頻A／D、D／A變換器3.3　PAL信號(hào)亮、色數(shù)字分離習(xí)題第4章　圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼4.1　圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼概述4.1.1　圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理4.1.2　圖像編碼算法的分類4.1.3　圖像編碼壓縮比4.1.4　混合編碼4.2　預(yù)測編碼4.2.1　預(yù)測編碼的類型4.2.2　差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)的分析4.2.3　預(yù)測器4.2.4　前向預(yù)測和雙向預(yù)測4.2.5　像素塊預(yù)測4.2.6　量化與編碼4.2.7　圖像幀間編碼中的運(yùn)動(dòng)處理方法4.3　變換編碼4.3.1　變換的物理意義4.3.2　正交變換的矩陣表示4.3.3　協(xié)方差矩陣和K－L變換4.3.4　離散余弦變換(DCT)4.3.5　二維整數(shù)變換4.3.6　變換系數(shù)量化的幾種方式4.3.7　變換后對(duì)直流系數(shù)的處理4.3.8　變換系數(shù)量化后的掃描方式4.4　熵編碼4.4.1　前綴碼4.4.2　信息量和信息熵4.4.3　無失真信源編碼定理4.4.4　變字長(Huffman)編碼4.4.5　游程編碼加變字長編碼4.4.6　H.264標(biāo)準(zhǔn)中的熵編碼技術(shù)4.5　子帶編碼4.5.1　子帶編碼原理4.5.2　子帶濾波4.5.3　HDTV子帶編碼4.5.4　塔型編碼4.6　小波變換4.6.1　基于小波變換的靜態(tài)圖像編碼方法4.6.2　小波變換的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)4.6.3　圖像小波多分辨分解的數(shù)據(jù)特性4.6.4　基于小波變換的靜態(tài)圖像壓縮算法4.7　分形圖像編碼4.7.1　分形的引出4.7.2　分形壓縮法概況4.7.3　分形圖像編碼過程4.7.4　分形圖像編碼的IFS方法4.7.5　分形編碼實(shí)例4.8　模型基圖像編碼4.8.1　模型基圖像編碼的引出4.8.2　語義基圖像編碼4.8.3　物體基圖像編碼習(xí)題第5章　視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)5.1　視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程5.2　H.261標(biāo)準(zhǔn)5.2.1　圖像格式5.2.2　信源編碼器方框圖5.2.3　信源解碼器方框圖5.2.4　圖像復(fù)用和解復(fù)用5.3　JPEG標(biāo)準(zhǔn)5.3.1　基于DCT的編碼器和解碼器5.3.2　離散余弦變換和DCT系數(shù)量化5.3.3　熵編碼器5.3.4　數(shù)據(jù)交換格式5.4　MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)5.4.1　MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容5.4.2　MPEG-1視頻流結(jié)構(gòu)5.4.3　MPEG-1音頻壓縮處理單元5.4.4通信處理板5.5　MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)5.5.1　系統(tǒng)部分5.5.2　圖像部分5.5.3　聲音部分5.5.4　圖像格式5.6　H.263建議5.6.1　ITU極低碼率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)5.6.2　H.263極低碼率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)5.6.3　H.263 q戶的幀間預(yù)測算法5.7　MPEG－4標(biāo)準(zhǔn)5.7.1　MPEG-4 可視信息編碼5.7.2　MPEG-4基于VOP的視頻編碼5.7.3　MPEG-4視頻信號(hào)編碼基本框圖5.7.4　MPEG-4的音頻編碼5.8　H.264標(biāo)準(zhǔn)5.8.1　H.264標(biāo)準(zhǔn)中的主要技術(shù)5.8.2　H.264標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍習(xí)題第6章　數(shù)字電視傳輸6.1　數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)6.1.1　數(shù)字通信系統(tǒng)6.1.2　數(shù)字電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)6.1.3　數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)6.1.4　數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)6.2　能量擴(kuò)散6.3　糾錯(cuò)編碼6.4　數(shù)據(jù)交織和解交織6.5　格狀編碼(TCM)6.6　美國ATSC數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)習(xí)題第7章　數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào)7.1　數(shù)字電視調(diào)制的種類7.1.1　為什么要進(jìn)行數(shù)字調(diào)制7.1.2　數(shù)字電視調(diào)制的分類7.1.3　數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的幾項(xiàng)性能7.2　BPSK調(diào)制7.3　Q：PSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)7.4　MQAM調(diào)制7.5　л／2旋轉(zhuǎn)不變QAM星座的獲得7.6　Offset-QAM數(shù)字調(diào)制技術(shù)7.7　M-VSB(殘留邊帶)數(shù)字調(diào)制技術(shù)7.8　OFDM數(shù)字調(diào)制技術(shù)7.9　QPSK、MQAM、M-VSB、OFDM小結(jié)7.10　字節(jié)到符號(hào)的映射7.11　反向信道(上行信道)數(shù)字調(diào)制技術(shù)習(xí)題第8章　數(shù)字音頻技術(shù)8.1　數(shù)字音頻廣播8.1.1　DAB的技術(shù)特點(diǎn)8.1.2　尤里卡(Eureka)147／DAB發(fā)射系統(tǒng)8.1.3　尤里卡(Eureka)147／DAB接收系統(tǒng)8.2　MPEG音頻壓縮技術(shù)8.3　美國HDTV AC-3音頻壓縮技術(shù)8.4　家庭影院和環(huán)繞立體聲習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　數(shù)字電視中的模擬域技術(shù)　　電視技術(shù)已經(jīng)歷了黑白電視、彩色電視、數(shù)字電視三個(gè)發(fā)展階段，前兩者為采用模擬技術(shù)的電視。在我國，目前正處在數(shù)字電視的普及過渡階段，但仍有模擬技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電視系統(tǒng)中，如彩色電視三基色原理、三大彩色電視制式、彩色顯示技術(shù)等，甚至還有少許攝像設(shè)備也采用模擬技術(shù)。在此，我們把它們歸結(jié)為數(shù)字電視中的模擬域技術(shù)，下面分別予以介紹。　　1.1　三基色原理　　自然界的景物萬紫千紅、五彩繽紛，利用彩色電視能生動(dòng)地、逼真地傳送和顯示這些景物圖像。由物理學(xué)可知，日光（白色光）可通過分光棱鏡分出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等顏色的光。既然白色光可分成不同顏色的光，反過來，也可以用幾種不同顏色的光通過不同比例合成白色光.通過研究可知，只需三種顏色的光以不同比例就可以合成白色光。這三種顏色為紅、綠、藍(lán)，稱為三基色。三基色除了能合成白色外，還可以不同比例合成萬紫千紅的其它顏色。這稱之為三基色原理?！　〔噬娨曋胁捎萌獍床煌壤嗉佣@得不同彩色的方法，稱為相加混色法。例如：　　紅色光+綠色光＝黃色光　　藍(lán)色光+紅色光＝品紅色光（或稱紫色光）　　綠色光+藍(lán)色光＝青色光　　紅、綠、藍(lán)三色光按一定比例相加＝白色光

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