数字电视4.ppt
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1、PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT数字电视42023/5/18 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT课程安排1数字电视概述电视技术的发展历程模拟电视原理数字电视的发展2数字电视基本原理视频压缩原理MPEG-2视频编码及测量MPEG-2音频编码及测量MPEG-2系统及其测量数字调制基础数字电视的纠错编码原理3数字电视相关标准DVB-S标准及相关测量DVB-C标准及相关测量OFDM技术DVB-T标准及相关测量ATSC和ISDB-T标准及其测量我国的数字电视标准数字电视原理与应用 2 数字电视4PPT
2、 PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT数字电视基本原理v 视频压缩原理 第5章v MPEG-2视频编码部分及其测量 第4,6,11章v MPEG-2 音频编码及其测量 第7 章v MPEG-2系统部分及其测量 第3,9,10章v 数字调制基础 第12章v 数字电视中的纠错编码原理 补充数字电视原理与应用 3 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTMPEG-2 音频编码及其测量1.数字音频源信号 2.音频编码历史3.人耳心理声学模型4.音频编码的基本原理5.子带编码6.变换编码数字电视原理与应用 4 数字电视
3、4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv 人耳动态范围大约140dB,听觉带宽最大20kHz。v 在模拟音频信号采样数字化之前,要经过低通滤波器进行带限。v 然后进行模数转换:采样分辨率至少16bits 采样频率:32kHzMPEG 标准仍支持,但已经不用 44.1kHz 音频CD 48kHz/96kHz 演播室质量 16bit48kHz 采样的码率每个信道786kbit/s,立体声信号近似码率为1.5Mbit/s1、数字音频源信号图7.1 数字音频源信号1520kHz BW1520kHz BWAD32/44.1/48kHz音频采样频率AD32/44
4、.1/48kHz音频采样频率RightLeft16 bitUp to 768kbit/s16 bitUp to 768kbit/s1.5Mbit/sCompression100400kbit/s数字电视原理与应用 5 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv 音频压缩的目标是将1.5Mbit/s 码率降低到100 400kbit/sv MP3 音频文件通常码率为32kbit/sv 与视频压缩相似,音频压缩也有两种方式:冗余度消除省略多余信息,无损 不相关性消除省去接收端(人耳)不能察觉的信息,有损v 所有音频压缩方法基于心理声学模型,利用人耳
5、的不足,消除音频信号中的不相关信息。人耳不能察觉频域和时域中强声音脉冲邻近的声音 对人耳而言,某些声音可以掩盖其他低幅度的声音信号。1、数字音频源信号数字电视原理与应用 6 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTMPEG-2 音频编码及其测量1.数字音频源信号 2.音频编码历史3.人耳心理声学模型4.音频编码的基本原理5.子带编码6.变换编码数字电视原理与应用 7 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv MASCAM 1988,Institut fr Rundfunktechnik(IRT
6、)为DAB(digital audio broadcasting)系统提出v MUSICAM(masking pattern universal subband integrated coding and multiplexing)1989,CCETT,Philips 和Matsushita 联合提出 用于DABv 上两种都基于子带编码,音频信号分成大量子带,每个子带进行或大或小程度的不相关性消除。v ASPEC 方法 Fraunhofer Gesellschaft 和Thomson 提出 基于变换编码 利用DCT 将时域音频信号变换到频域,然后消除不相关性信号分量。2、音频编码历史数字电视原
7、理与应用 8 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv 子带编码的MUSICAM 和变换编码的ASPEC 都包含在MPEG-1 音频压缩标准(1991 ISO/IEC 11172-3)中,分为3 层:Layer I 和IIMUSICAM 编码 Layer III(MP3 音频文件)ASPEC 编码 MP3不是MPEG-3,MPEG-3起初为实现HDTV,但HDTV后来集成到MPEG-2,所以MPEG-3不存在。v MPEG-2 音频(1994 ISO/IEC 13818-3)在MPEG-1基础上又增加了layer II MC(multicha
8、nnel)2、音频编码历史数字电视原理与应用 9 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT子带编码2、音频编码历史MASCAMIRT Munich,1988MUSICAMIRT,CCETT,Philips,Matsushita,1989DCT 变换编码ASPECFraunhofer Gesellschaft,Thomson声道Layer I,低复杂度,低压缩比Layer II,中复杂度Layer III,高复杂度,高压缩,子带和变换编码,mp3ISO/IEC 11172-3 MPEG1 音频,1990/91ISO/IEC 13818-3 MPE
9、G2 音频,1994Layer I,II,III 与MPEG-1 相同Layer II,MC(5.1 声道)数字电视原理与应用 10 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv 美国Dolby 实验室提出的Dolby 数字音频标准(AC-3)1990 年提出,1991 年12 月,第一部AC-3 音频编码电影“Star Track VI”公映 许多电影采用Dolby 数字技术。美国数字地面广播ATSC 只采用AC-3 音频编码。其他一些国家(如澳大利亚)将同时采用MPEG 和AC-3 音频。v MPEG和AC-3 音频的质量基本没有差别,现代M
10、PEG解码芯片支持两种方法。v DVD 同时支持PCM 音频、MPEG音频和AC-3 音频编码。2、音频编码历史数字电视原理与应用 11 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv AC-3 的应用 电影 ATSC MPEG-2 TS 流 DVDv AC-3 基于MDCT(modified DCT),5.1 声道,每声道128kbit/sv MPEG支持新音频编码方法:MPEG-2 AAC(advanced audio coding)ISO/IEC 13818-7 MPEG-4 ISO/IEC 14496-3(自然/合成音频对象)MPEG-7
11、ISO/IEC 159382、音频编码历史数字电视原理与应用 12 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTMPEG-2 音频编码及其测量1.数字音频源信号 2.音频编码历史3.人耳心理声学模型4.音频编码的基本原理5.子带编码6.变换编码数字电视原理与应用 13 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv 冗余度降低(无损)和不相关性降低(有损)可以将原始声音信号码率降低90。v 不相关性降低依赖于人耳的心理声学模型Zwicker 教授v 知觉编码人耳不能分辨的声音分量不传输。v 人耳剖面图,
12、分为三个主要部分:外耳、中耳、内耳。3、人耳心理声学模型图7.3 人耳剖面图数字电视原理与应用 14 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT3、人耳心理声学模型v 外耳实现阻抗匹配功能,声音通过空气传输,类似3kHz 区域回声递升滤波器。人耳灵敏度最高的范围正是:3kHz 4kHz。v 耳膜或鼓膜将声波转换为机械振动,通过锤骨、砧骨、镫骨传送到通向感觉内耳的膜状窗。v 耳膜前后的空气压力必须相同,这由耳膜后面的咽鼓管来保证,咽鼓管使得该区域与咽部相连通。当我们到很高的高度时,耳内会有很大压力,通过吞咽动作,咽鼓管内的黏膜可以补偿压力。图7.4
13、 人耳的技术模型外耳鼓膜锤骨中耳耳咽管听觉神经高频接收器隔膜内耳低频接收器图7.3 人耳剖面图数字电视原理与应用 15 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPTv 内耳有平衡器官,由几个充满液体的弓形和耳蜗构成。v 耳蜗是真正的听觉器官,直接听到声音。如果展开耳蜗会在其入口处发现高频传感器,然后是中频传感器,最末端是低频传感器。v 耳蜗由一个螺旋型管道组成,内部有一个更小的膜状螺旋型通道,从前到后越来越宽。v 内耳膜上分布着频率选择、声音采集传感器,将听觉神经连接到大脑。3、人耳心理声学模型图7.4 人耳的技术模型外耳鼓膜锤骨中耳耳咽管听觉神经
14、高频接收器隔膜内耳低频接收器图7.3 人耳剖面图数字电视原理与应用 16 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT3、人耳心理声学模型v 听觉神经传送的电信号幅度近似为100mVpp,电脉冲的重复率为1kHz 数量级,这个速率包含的信息是某个频率音调的音量。音调的音量越高,重复率越大。v 每个频率传感器通过一个独立的神经线与大脑通讯。v 传感器的频率选择性在低频处最大,随频率升高而降低。图7.5 人耳的机械/电子模型数字电视原理与应用 17 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT与音频 编码相
15、关的人耳特性v 人耳的灵敏度在很大程度上依赖于频率。v 低于20Hz,高于20kHz 的声音信号人耳无法听到。v 人耳最敏感范围为3kHz4kHz,在该范围之外,人耳敏感度向高频和低频两个方向降低。v 低于某个阈值的声音人耳无法听到,该阈值取决于频率,声音信号中低于该阈值的分量无需传送,对人耳而言是不相关信息。图7.6 听觉阈值与频率关系数字电视原理与应用 18 数字电视4PPT PPT文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT与音频 编码相关的人耳特性v 掩蔽现象:例如一个测试人员听一个幅度固定的1kHz 正弦波,同时添加其他不同频率和幅度的正弦波,发现在1kHz 附
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