高清电视机数字板基本知识和工作原理:A/D变换(图) (电视机数字信号是什么意思)
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图1二、模数(A/D)变换—取样量化编码(PCM)模拟信号转换为数字信号要经过取样、量化、编码三个步骤最终才能形成二进制的数字信号,这三个步骤总称为“脉冲编码调制”(PCM–PulseCodeModulation)。取样;就是在时间轴上对模拟信号进行分段。量化;就是确定分段后的模拟信号的每一个段的幅度值—样值。编码;就是把每个样值转化为二进制数。下面用例图来简单介绍取样、量化、编码的过程以图2-A所示简单的模拟信号,来说明模/数(A/D)变换的原理和过程;1.取样。首先在时间轴上对模拟信号进行分段,就是在时间上把模拟信号离散化,如图2-B所示;模拟信号则变成了,点状排列的曲线。这就是“取样”,两个点水平之间的距离是取样时间,点的重复频率就是取样频率。取样后的信号,虽然不是连续的,仍然具有模拟信号的特征,这就是断续曲线的整体形状、比例和原模拟信号相同,振幅比例没有改变,如图2-C所示。2.量化。每个点和下面零轴的垂线,其幅度是不等的,幅度的大小随模拟信号振幅的变化而变化,也就是幅度的大小正比于模拟信号的幅度变化。每一个点垂线的长短,就是这个点的取样值,根据要求精度的不同,对连续依次取样值四舍五入,这就是“量化”,如图2-D3.编码。把经过量化的每一个点的样值进行由十进制到二进制的转换,这个过程叫“编码”或“二进制编码”,以完成由模拟信号到数字信号的转换的过程,如图3所示。我们以图3来详细介绍量化编码的方法及结果;在图3中,下面时间轴2对应的取样样值的幅值是3.2,四舍五入后是3,十进制3的二进制是。下面时间轴3对应的取样样值的幅值是5.1,四舍五入后是5,十进制5的二进制是,这样以此类推,就得到了每一个取样样值采用3个二进制数表示的以一连串“0”和“1”表示的二进制数“”。再按照“0”表示低电平,“1”表示高电平,画出高低电平的波形图,这就是数字信号的波形,可以看出一个简单的类似一个正弦周期的曲线,经过变换后变成多个以“0”和“1”表示的一连串二进制数,其数字信号的波形也比模拟信号复杂的多。图2图.二进制码名词解释所谓二进制编码就是用表示低电平的0和表示高电平的1,用一连串0、l来表示一个十进制数值,或是表示一个字母、符号等,这一过程称为二进制编码。由于二进制数运算规律简单,它的“1”和“0”两个码很容易通过电路来实现,所以在数字*电路中通常采用二进制编码。1)码的基本名称数位与比特。码的位叫做数位,英文是digit。对于十进制码叫做十进制数位,英文是decimaldigit。对于二进制码叫做二进制数位,英文是binarydigit,对于二进制数位一般简称为“bit”,中文读作“比特”。2)码率::“码率”就是每秒位数,码率=取样频率×每取样点的比特数3)数字信号的比特位某一个模拟信号的样值,经过转换为一串二进制码是,该码共有8个数位,所以称为8比特(bit)或8位。每一位的名称如下;右边第一位1称为;“比特0”位(bit0)。右边第二位0称为;“比特1”位(bit1),以此类推,一直到比特8位。如图4所示图4三、取样编码的标准1、取样标准;从图3也可以看出,在进行A/D变换时,分段(点)越细越好,两个点水平之间的距离是取样时间,点的重复频率就是取样频率。可见取样频率越高,变换后的数字信号所含信息和原模拟信号信息误差越小,取样频率反映图像忠实于原模拟信号的忠实度,为了高*的处理信息,取样频率越高越好,但是太高了,技术、*都难以达到,根据取样定律;“奈奎斯特定律”(注1)为基础,国际监听电咨询委员会(CCIR),通过了CCIR号建议,确定以分量编码为基础,即以亮度分量Y、和两个色差分量R-Y、B-Y为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准。标准规定;(1).不管是PAL制,还是NTSC制电视,Y、R-Y、B-Y三分量的取样频率分别为.5MHz、6.MHz、6.MHz。(2).Moneygramserviceclients取样后采用线性量化编码,每个样值的量化编码“位”(bit),用于传输为8位(bit)。(3).Y、R-Y、B-Y三分量样值之间比例为4:2:2。这就是我们常说的4:2:2标准。对于SDTV标准的模拟*信号或Y信号的取样频率即为.5MHz。2、量化编码标准;从图3中可以看出;每一个取样值都经过了四舍五入,这样一个经过量化编码的值都有3个二进制数,我们就叫它为3位编码,一个二进制数就是一“位”,号的信息值有了偏差(有失真),如果不经过四舍五入就进行编码,如果每一个样值量化编码“位”提高,显然转换后的数字信号和原来模拟信号的信息偏差就小的多(无失真),编码的结果二进制数的“位”越多显示图像的层次越丰富,“位”反映图像的层次。对于我们现行的SDTV电视标准,国际上规定对于*信号的量化编码标准是8位(bit),图像的层次可以达到级。四、SDTV模拟*信号变换为数字信号后的“码率”把模拟信号变换成数字信号以后,信号是以“0”和“1”来表示,每一个“0”和“1”是一个“位”,每一个样值的8位量化编码,就有8个位。那么;我们的*信号经过模/数变换、*后输出的YUV(注2)数字信号,每秒到底要传输多少个“位”(bit)?这就是“码率”,“码率”就是每秒位数。对于我们现行SDTV的YUV信号的4:2:2标准,码率=取样频率×每取样点的比特数。码率的计算如下;Y信号取样频率是.5MHzU信号取样频率是6.MHzV信号的取样频率是6.MHz量化位都是8位。码率=.5MHz×8+6.MHz×8+6.MHz×8=MHz/秒可以看出我们带宽为0~6MHz的*信号,经过模/数变换为数字信号后,其数据量异常的庞大,每秒传输达到兆位的数据量,五、并行传输和串行传输在模拟电视电路中,电路间Y信号的传输,采用一根引脚则可以了,加上UV信号,共3根引脚,而在经过模/数变换的数字信号,由于码率达到兆位的数据量,如此庞大的数据量,仍然采用一根线传输,“0”和“1”的二进制数排队顺序传送,如图5(图5中集成电路A是一个把输入模拟信号变换成数字信号的A/D转换电路)所示,对于SDTV每秒场的动态图像,显然是有困难的,会造成传输信息堵塞。频繁出现“马赛克”图像,和静止图像。此种传输方式叫“串行传输”。图5集成电路A为A/B变换为了解决此问题,采用按照每一个比特位一根线传输的方式,这种方式称为并行传输,如图6所示(图6中集成电路A是一个把输入模拟信号变换成数字信号的A/D转换电路),集成电路A,输入的是模拟的Y信号,经过内部模/数变换后,变成bit0~bit7的数字信号,集成电路A由8根引脚输出bit0~bit7的数字信号,在集成电路B也由8个引脚输入bit0~bit7的数字信号,在内部处理是再按原来的顺序排列起来,这样传输就可以保证图像的流畅。但是对于电路来说,集成电路的引脚数量大大上升,RGB基色信号传输需要根引脚,YUV信号传输也必须根引脚。采用并行方式传输,图像重放清晰、流畅,目前高清电视机内部均采用此种方式。这就是为什么数字集成电路引脚特别多的原因。原来修惯了TA模拟集成电路电视机的师傅,看到数字集成电路处理模拟信号电视机极不适应的原因。图6集成电路A为A/B变换完结。注1;“奈奎斯特定律”规定在模拟信号向数字信号转换中,取样频率必须大于被取样信号最高频率的2倍。由于我们的SDTV*信号的带宽为0~6MHz又考虑到取样频率必须是行频的整倍数(锁定行频)所以选.5MHz比较合适。它是PAL制、SECAM制,行频的倍,是NTSC制,行频的倍,并且均大于*信号带宽最高频率的两倍。注2;U、V信号就是B-Y、R-Y色差信号经过幅度压缩的信号,其中幅度比值U=0.B-Y,V=0.R-Y其压缩的目的是;为了防止在编码的过程中B-Y和R-Y正交后,其幅值超过同步头,引起重放时*图像的同步。标签: 电视机数字信号是什么意思
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