1. 訊號的數位化:
將模擬訊號轉換成數碼訊號,一般需要完成取樣、量化和編碼三個步驟。上述數位化的過程又稱為脈衝編碼調製(pcm
pulse code modulation)。
1.1 取樣
用每隔一定時間(或空間)間隔的訊號樣本值序列代替原來在時間(或空間)上連續的訊號,也就是在時間(或空間)上將模擬訊號離散化。
根據奈奎斯特(nyquist)取樣定理:只要取樣頻率大於或等於模擬訊號的最高頻率的2倍,即:
1.2 量化
用有限個幅度值近似原來連續變化的幅度值,把模擬訊號的連續幅度變為有限數量、有一定間隔的離散值。
取樣把模擬訊號變成了時間(或空間)上離散的樣值序列,但每個樣值的幅度仍然是乙個連續的模擬量,因此還必須對其驚喜離散化處理,將其轉換為有限個離散值,才能用有限個二進位制數來表示其幅值。這種對取樣值進行離散化的過程叫做量化。
從數學角度看,量化就是把乙個取連續值得無限集合,通過變換q。對映到乙個只有l個離散值的集合,k=1,2,3...,l。
在進行二進位制編碼時,所需的二進位製碼位數n與量化級說m之間的關係為:
n通常稱為量化位元數。例如,有8個量化級,那麼可用3位二進位製碼來區分,因此稱8個量化級的量化為3個bit量化。
1.3 編碼
按照一定的規律。把量化後的離散值用二進位制數字表示,以進行傳輸或記錄。
取樣、量化後的訊號還不是數碼訊號,需要把它轉換成數字編碼脈衝,這一過程稱為編碼。最簡單的編碼方式是二進位制編碼。具體說來,就是用n位元二進位製碼來表示已經量化了的樣值,每個二進位制數對應乙個量化電平,然後把它們排列,得到有二值脈衝組成的數字資訊流。
數碼訊號的傳輸位元率(通常也稱數碼率)等於取樣頻率與量化位元數的乘積。顯然,取樣頻率越高,量化位元率越多,數碼率就越高,所需的傳輸頻寬就越寬。
2. 音訊訊號的數位化:
聲音是通過空氣傳播的一種連續的波,叫聲波。聲音的強弱體現在聲波壓力的大小上,音調的高低體現在聲音的頻率上。聲音用電訊號表示時,聲音頻號在時間和幅度上都是連續性的模擬訊號。
聲音頻號的兩個基本引數是頻率和幅度。訊號的頻率是指訊號每秒鐘變化的次數,其單位為hz。
人們把頻率小於20hz的訊號稱為亞音(sub-sonic)。
頻率高於20khz的訊號,稱為超聲波(ultrasonic)訊號。
人耳可以聽到的聲音是頻率在20hz ~ 20khz之間的聲波,稱之為音訊(audio)訊號。
人的器官發出的聲音頻率約在80 ~ 3400hz之間,但人說話的訊號頻率通常在300 ~ 3400hz,人們把這種頻率範圍的訊號稱為語(話)音訊號(speech,voice)。
對聲音頻號的分析表明,聲音頻號是由許多不同頻率和幅度的訊號組成的,這類訊號,通常稱為復合訊號。音訊訊號的另乙個重要引數是頻寬。它用來描述組成復合訊號的頻率範圍。如高保真音訊訊號(high-fidelity audio)的頻率範圍是10hz ~ 20khz,他的頻寬約為20khz。
聲音頻號的數位化需要解決以下兩個問題:
1)每秒鐘需要採集多少個聲音樣本,也就是取樣頻率fs是多少。
2)每個聲音樣本的量化位元數是多少,也就是量化精度是多少。
取樣頻率由取樣定理給出,即取樣頻率應該大於原始模擬訊號最高頻率的兩倍。
每個樣本的量化位元數反應度量聲音波形幅度的精度。如:每個聲音樣本用16bit表示,測得的聲音樣本值在0 ~ 65536的範圍裡,他的精度就是輸入訊號的1/65536。
人耳聽覺的頻率上限在20khz左右,為了保證聲音不失真,取樣頻率應大於40khz。
經常使用的取樣頻率:11.025khz,22.05khz,32khz,44.1khz,48khz。取樣頻率越高,聲音失真越小,音訊資料量越大。
經常使用的量化位元數有8bit,12bit,16bit。量化位元數越多,音質,越好,資料量越大。
反應音訊數位化質量的另乙個因素是聲道數。記錄聲音時,如果每次生成乙個聲波資料,則成為單聲道;每次生成兩個聲波資料,則稱為,立體聲(雙聲道)。
儲存量 = ( 取樣頻率 * 量化位元數 * 聲道數 )/ 8
其中,儲存量的單位為b(位元組)。
例如:數字雷射唱盤(compact disc,cd)的標準取樣頻率為44.1khz,量化位元數為16bit,立體聲可以幾乎無失真地播出頻率高達20khz的聲音,這也是人類所能聽到的最高頻率聲音。儲存1min**資料所需要的容量為:
(44.1 * 1000 * 16 * 2 * 60 / 8)b = 10584000b
根據聲音的頻帶、取樣頻率、量化精度及聲道數,通常把聲音的質量分成5個等級。
由低到高是:**話音質量、調幅(am)無線廣播質量、調頻(fm)無線電廣播質量、數字雷射唱盤(cd)質量和數字錄音帶(dat)質量。
質量等級
取樣頻率/khz
量化精度/bit
數碼率(未壓縮)
/kbit/s
頻帶/hz
**話音88
單聲道64
200 ~ 3400
am11.025
8單聲道
88.2
50 ~ 7000
fm22.05
16雙聲道
705.6
20 ~ 15000
cd44.1
16雙聲道
1411.2
20 ~ 20000
dat48
16雙聲道
3.2分量數字編碼方式是分別對亮度訊號y和兩色差訊號b - y,r - y進行pcm編碼。
分量數字編碼取樣頻率:
亮度訊號的取樣頻率:13.5mhz
色差訊號的取樣頻率:6.75mhz
這樣,亮度訊號的取樣頻率正好是色差訊號取樣頻率的2倍。
1)4:2:2標準:y,b - y,r - y訊號的取樣頻率選為13.5mhz、6.75mhz、6.75hz的組合。
2)4:1:1(4:2:0)標準:y,b - y,r - y訊號的取樣頻率選為13.5mhz、3.375mhz、3.375hz的組合。
3)4:4:4標準:y,b - y,r - y訊號的取樣頻率選為13.5mhz、13.5mhz、13.5mhz的組合。
3.3 itu-r bt.601建議書: 引數
625行/50場
52行 /60場
有效掃瞄行行數
576480
編碼訊號
y,cb,cr
每行有效點數
亮度訊號
864858
色差訊號
432429
每行有效樣點數
亮度訊號
720色差訊號
360取樣結構
正交、按行、場、幀重複、沒行中的cr,cb的樣點同位置,並與每行第奇數個(1,3,5,...)亮度
取樣頻率 / mhz
亮度訊號
13.5
色差訊號
6.75
編碼方式
對亮度訊號和色差訊號都進行均勻量化,每個樣值為8bit量化
量化級亮度訊號
共220個量化級,消隱電平對應與第16量化級,峰值白電平對應於第235量化級
色差訊號
共225個量化級(16 ~ 240),色差訊號的零電平對應於第128量化級。
同步第0級和第255級保留
模擬電視訊號的數位化
模擬訊號的數位化過程包括3個步驟 取樣 量化 編碼。示意圖如下 1.其中前置濾波器一般為低通濾波器,其作用是濾除掉訊號中的高頻成分,以便於後續的取樣過程。2.原始的模擬訊號在時間和幅度上都是連續的,對原始模擬訊號在時間軸上等間隔取樣後的訊號稱為離散時間訊號,取樣頻率記為fs,應注意為了防止頻譜混疊,...
移動電視訊號發生器 ISDB T
lg3802 另外還有rtx100b isdb t rf 訊號發生器 概述 lg 3802是符合日本地面數字廣播方式 isdbt 的ofdm方式的地面數字電視訊號發生器。頻道編碼 調製 c n發生器,變頻器 up converter 的一體化設計,調製訊號能以輸出v uhf頻道。另外,因配備有偽隨機...
數字電視訊號的位元速率 無壓縮
位元速率是在單位時間內系統所能達到的最大資料量。傳輸數字電視訊號時通道裝置 如矩陣 光端機等 的頻寬必須大於通過該通道的位元速率。一 標準清晰度數字電視訊號的位元速率 在itu r601數碼電視標準中,採用10位元量化時亮度訊號的位元速率為取樣頻率x量化位元數 13.5 mhz 10 bit 135...