第4章电视新技术4.1提高电视图像质量的新技术2)抗干扰能力强3)电视机功能强大4)便于大规模生产5)便于与计算机系统连接6)传输效率高2.模拟电视信号的数字化过程模拟信号的数字化一般经过取样、量化和编码三个过程。1)取样取样是将时域连续的模拟信号变换为时域离散信号的过程。即用一个重复频率为fs的脉冲序列对模拟信号进行取样,把本来连续的信号变成离散的信号,称为脉冲幅度调制(PAM),如图4-1-1所示。图4-1-1视频信号的数字化过程图4-1-2信号取样后的频谱2)量化经过取样后得到的取样值虽说在时间上已离散,但在幅值上仍是连续变化的模拟信号,因此需要量化才能用数字表示。量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程,即将每个取样值变化的范围分成若干级,每一级用一个数字表示,采用四舍五入的办法,将样点值用数值最接近的量化级表示它,如图4-1-1所示。如果所有的量化间隔都相等,则称均匀量化,如按某种规律变化的则称为非均匀量化。若用n位二进制码表示一个量化级,则所表示的量化级总为M=2n。例如将某信号的取样按8等分来分,即量化电平为8级,对应的位数为3,则M=23=8。量化时采用了“四舍五入”的办法,则不可避免地带来误差。量化误差在图像中表现为量化杂波，称为量化噪声,它必将引起再生图像质量下降。根据理论分析,在均匀量化的情况下,信噪比与所用的码位数n的关系为3)编码(1)彩色电视信号的PCM编码。彩色电视信号经取样后形成PAM码,再经量化编码即可形成PCM编码信号。它没有进行码率压缩,其码率为(2)彩色电视信号的预测编码(DPCM)。电视图像信号在相邻取样点间、相邻行间和相邻帧间都有很强的相关性,这种强相关性反映了电视图像信号中存在很高的冗余度,这给压缩码率进行高效编码提供了可能性。DPCM又称为预测量化系统,它所传输的不是信号本身,而是用过去的若干像素值对当前的像素值进行线性预测,然后将其差值进行PCM编码传送,接收端将此差值积分而再生图像。DCPM可分为帧内DPCM和帧间DPCM。①帧内DPCM。这是利用帧内相关性DPCM编码。如果预测信号与实际信号在一帧内的同一行中,则称为行内预测(一维预测)。如果二者在一帧内的不同行中,称为帧内预测(二维预测),其框图如图4-1-3所示。②帧间DPCM。电视图像信号除了镜头切换等少数场面以外,帧间相关性比帧内更大,故可采用帧预测器组成帧间DPCM,如图4-1-4所示。不过,此时需延迟一帧,所以延迟器要用帧存储器。(3)正交变换编码。利用图像像素空间的相关性,将空间域的电视图像信号变换到由正交矢量定义的变换域中,从而去除其相关性,以达到频带压缩的目的,这种编码方法称为正交变换编码。它的组成如图4-1-5所示。正交变换编码的工作原理是在通常的二维空间中,假定传送的图样点有序地排列成N2元素组,在数字上可用矩阵［X］表示:(4)亚奈奎斯特取样编码。前面介绍过,在奈奎斯特取样定理中取样频率fs≥2fm,若采用fs<2fm,则称为亚奈奎斯特取样。由于降低了取样频率,使数字信号的码率减小,从而达到压缩码率的目的。不过,这样必将引起混叠杂波,使图像质量变坏。解决的办法是巧妙地选择取样频率,使混叠杂波落在原信号频谱间隙区,利用梳状滤波器滤除混叠杂波。图4-1-6(a)表示黑白电视信号和取样频率选为1/2行间时的频谱图。从图中可看出，取样后一次下边带的频谱和基带频谱混叠的情况。在(fs-fm)～fm的混叠区,混叠杂波正好落在基带频谱高频部分的间隙区。图4-1-6亚奈奎斯特取样的频谱及梳状滤波器频率特性图如果采用频率特性如图4-1-6(b)所示的梳状滤波器来进行滤波,则混叠杂波可以被滤除。不过,通过梳状滤波器后使(fs-fm)～fm范围内的图像垂直清晰度降低。为了不使fs太低,一般取fs=0.7×2fm。对于PAL彩色电视采用亚奈奎斯特取样时,由于PAL彩色电视信号频谱是采用1/4行频间置，若要使一次下边带的混叠部分插在带亮度与色度频谱的间隙中,就应使取样频率取(fH为行频)间置,即取3.A/D转换实际电路举例在对图4-1-7所示的模拟视频信号进行钳位后,送入A/D变换器,经A/D变换后,模拟彩色全电视信号变换成数字彩色全电视信号。在A/D变换时,按图像质量要求量化的比特数应为8bit。这样需用的比较器为28-1=255个,为了简化电路又要保证图像质量,这里采用一种逐行移动比较器的基准电压的办法,只用7bit量化就能得到8bit的效果。具体的做法是:设基准电压变化量为最小有效值的一半(即)。例如在第n行时间内,A/D变换器的基准电压保持原来值,而在第n+1行的时间内,给A/D变换器的基准电压加上数值的电压,按此方法逐行变动。图4-1-7逐行移动基准电压比较器示意图4