第02章 数字视音频基础.pptVIP

第二章 数字视音频基础 2-1 数字信号产生过程 2-2 数字视频信号 2-3 数字视频压缩编码 2-4 数字视频格式Ⅰ 2-5 数字视频格式Ⅱ 2-6 视频格式转换与播放 2-7 数字音频格式 2-8 图形图像文件格式 2-1 数字信号产生过程 无论什么电视制式的视频信号，其原始状态都是模拟信号，而非线性编辑系统要处理的视频信号必须是数字视频信号。因此首先要进行的工作，就是把模拟视频信号转换成数字视频信号。这个过程称为模/数转换，简称A/D变换。逆过程称为 D/A变换。在模拟视频信号转换成数字视频信号的过程中，共有三个步骤：取样、量化、编码。这一过程称为脉冲编码调制，简称脉码调制。（PCM — Pulse Code Modulation） 2-1 数字信号产生过程 一. 取样 模拟信号的特征是连续性，即在时间上和幅度上都是连续的。而数字信号的特征是在时间上和幅度上都具有离散性。 把模拟信号转换成数字信号的思路是，用近似值去逼近表示原始的模拟信号。具体来说是在模拟信号时间轴上建立一系列等距离的取样点，由这些取样点我们可以得到一系列模拟信号的幅度值. 2-1 数字信号产生过程 奈奎斯特（Nyquist）取样定理： 当一个模拟信号的最高频率为 fm 时，取样频率fs要大于或等于两倍的模拟信号的最高频率（ fs ≥ 2fm ）。这样取样后的信号就包含了原模拟信号的全部信息（只要将取样信号通过一个截止频率为 fs/2 的低通滤波器，便能恢复原模拟信号）。 取样是在时间上对连续信号进行离散化。 取样又称采样、抽样。 2-1 数字信号产生过程 设： 一模拟音频信号fa最高频率 为4000Hz，幅值变化范围为0-15 2-1 数字信号产生过程 二. 量化 在取样阶段，信号在时间上是离散的，每一个取样值仍然是模拟信号，而且每一个取样值，都可以在它可能变化的、连续取值范围内，取得任意值。取样后得到的离散信号，其幅值可以有无限多个数值。很难用数字量表示，因而要对幅值进行分级——用有限的级数来表示无限多个样值。这个步骤称为量化。我们可以用有限个幅度等级变化的数字量，来代替原来连续变化的模拟量。 2-1 数字信号产生过程 显然级数越多，也就是级宽越小，精度就越高， 当然数据量也就越大。分级的标准是根据模拟信 号的特性，精度等级要求等因素来确定的。 量化的方法是，将幅值分为若干等级，每一级都 代表一个基准电平值，一般相邻基准电平间隔相等，若瞬时幅值不等于基准电平，就“四舍五入”归并到最邻近的基准电平上。分级归并的过程称 为量化。量化电平的级数，称为量化电平数。 2-1 数字信号产生过程 2.量化 2-1 数字信号产生过程 量化是在幅度上对连续信号进行离散化。 量化后的幅值与原来的幅值是有一定误差的，这个误差称为量化误差，也称量化噪声，量化电平级数越多，量化误差越小。 在视频脉冲编码调制（PCM）系统中， 量化误差是引起图像质量下降的主要因素。 2-1 数字信号产生过程 三. 编码 将每一个量化值用一个二进制数表示，这一步 骤称为编码。这种简单的数字编码，称为脉冲 编码调制（PCM)）。 一位二进制数，称为一个比特（bit）。 8位二进制数称为8比特。 8比特二进制数为一个字节（byte）。 二进制码的位数与量化电平数的关系为：N=2 （N为量化电平数，n为取样值的二进制码位数） 2-1 数字信号产生过程 4比特二进制编码 : 数值 编码 数值 编码 0 0000 8 1000 1 0001 9 1001 2 0010 10 1010 3 0011 11 1011 4 0100 12 1100 5 0101 13 1101 6 0110 14 1110 7 0111 15 1111 2-1 数字信号产生过程 3.编码 本例中，量化电平数为16，二进制码位数为4 ，称4比特 有时也用比特数来表示量化电平数。 下表显示本例取样值、量化值和编码值。 取样时刻 取样值 量化值 编码 t1 2.8 3 0011