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数字视频就是先用之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质（如）。外文名digital video起&&&&源20世纪40年代
数字视频就是以数字形式记录的视频，和模拟视频相对的。数字视频有不同的产生方式，存储方式和播出方式。通过数字摄像机直接产生数字视频信号，存储在数字带，P2卡，蓝光盘或者磁盘上，从而得到不同格式的数字视频。然后通过PC，特定的播放器等播放出来。
为了存储视觉信息，模拟视频信号的山峰和山谷必须通过模拟/数字（A/D）转换器来转变为数字的“0”或“1”。这个转变过程就是我们所说的视频捕捉（或采集过程）。如果要在电视机上观看数字视频，则需要一个从数字到模拟的转换器将信息解码成模拟信号，才能进行播放。
模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此，模拟视频的数字化主要包括的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。
模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个模/数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成RGB空间。谈到数字视频的发展历史，不能不回顾计算机的发展历程，它实际上是与计算机所能处理的信息类型密切相关的，自上个世纪40年代计算机诞生以来，计算机大约经历了以下几个发展阶段：数值计算阶段。这是计算机问世后的“幼年”时期。在这个时期计算机只能处理数值数据，主要用于解决科学与工程技术中的数学问题。实际上，世界上第一台电子计算机ENIAC就是为解决弹道计算问题和编制射击表而研制生产的。
数据处理阶段。50年代发明了字符发生器，使计算机不但能处理数值，也能表示和处理字母及其它各种符号，从而使计算机的应用领域从单纯的数值计算进入了更加广泛的数据处理。这是由世界上第一个批量生产的商用计算机UNIAC—1首开先河的。
阶段。随着电子器件的进展，尤其是各种图形、图像设备和语音设备的问世，计算机逐渐进入多媒体时代，信息载体扩展到文、图、声等多种类型，使计算机的应用领域进一步扩大。
由于视觉，即图形、图像，最能直观明了、生动形象地传达有关对象的信息，因而在中占有重要的地位。
在多媒体阶段，计算机与视频就产生了联姻。数字视频的发展主要是指在个人计算机上的发展，可以大致分为初级、主流和高级几个历史阶段。
第—阶段是初级阶段，其主要特点就是在台式计算机上增加简单的功能，利用电脑来处理活动画面，这给人展示了一番美好的前景，但是由于设备还未能普及，都是面向制作视频制作领域的专业人员。在普通PC用户还无法奢望在自己的电脑上实现视频功能。
第二个阶段为主流阶段，在这个阶段数字视频在计算机中得到广泛应用，成为主流。初期数字视频的发展没有人们期望的那么快，原因很简单，就是对数字视频的处理很费力，这是因为数字视频的数据量非常之大，1分钟的满屏的真彩色数字视频需要1．5GB的存储空间，而在早期—般台式机配备的硬盘容量大约是几百兆，显然无法胜任如此大的数据量。
虽然在当时处理数字视频很困难，但它所带来的诱惑促使人们采用折衷的方法。先是用计算机捕获单帧视频画面，可以捕获一帧视频图像并以一定的文件格式存储起来，可以利用图像处理软件进行处理，将它放进准备出版的资料中；后来，在计算机上观看活动的视频成为可能。虽然画面时断时续，但毕竟是动了起来，带给人们无限的惊喜。
而最有意义的突破是计算机有了捕获活动影像的能力，将视频捕获到计算机中，随时可以从硬盘上播放视频文件。能够捕获视频得益于数据压缩方法，压缩方法有两种：纯软件压缩和硬件辅助压缩纯软件压缩方便易行，只用一个小窗口显示视频，有很多这方面的软件。硬件压缩花费高，但速度快。在这一过程中，虽然能够捕获到视频，但是缺乏一个统一的标准，不同的计算机捕获的视频文件不能交换。虽然有过一个所谓的“标准”，但是它没有得到足够的流行，因此没有变成真正的标准，它就是（DVI）。DVI在捕获视频时使用硬件辅助压缩，但在播放时却只使用软件，因此在播放时不需要专门的设备。但是DVI没有形成市场，因此没有被广泛的了解和使用。因此就难以流行。这就需要计算机与视频再做一次结合，建立一个标准，使得每台计算机都能播放令人心动的视频文件。这次结合成功的关键是各种压缩Codec技术的成熟。Codec来自于两个单词Compression（压缩）和Decompression（解压），它是一种软件或者（固化于用于视频文件的压缩和解压的程序芯片）。压缩使得将视频数据存储到硬盘上成为可能。如果帧尺寸较小帧切换速度较慢，再使用压缩和解压，存储1分钟的视频数据只需20MB的空间而不是1．5GB，所需存储空间的比例是20：1500，即1：75。当然在显示窗口看到的只是分辨率为160×120邮票般大小的画面，帧速率也只有15帧/s，色彩也只有256色，但画面毕竟活动起来了。
Quicktime和Video for Windows通过建立视频文件标准MOV和AVI使数字视频的应用前景更为广阔，使它不再是一种专用的工具，而成为每个人电脑中的必备成分。而正是数字视频发展的这一步，为电影和电视提供了一个前所未有的工具，为影视艺术带来了影响空前的变革。
第三阶段是高级阶段，在这一阶段，普通个人计算机进入了成熟的多媒体计算机时代。各种计算机外设产品日益齐备，数字影像设备争奇斗艳，视音频处理硬件与软件技术高度发达，这些都为数字视频的流行起到了推波助澜的作用。根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。因此其数字化时可采用幅色采样法，即对信号的色差分量的低于对亮度分量的采样率。用Y:U:V来表示YUV三分量的采样比例，则数字视频的采样格式分别有4:2:0,4:1:1、4:2:2和4:4:4多种。电视图像既是空间的函数，也是时间的函数，而且又是隔行扫描式，所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。分量采样时采到的是隔行样本点,要把隔行样本组合成逐行样本，然后进行样本点的量化，YUV到RGB色彩空间的转换等等，最后才能得到数字视频数据。为了在PAL、NTSC和 SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会（CCIR）制定了广播级质量的编码标准，称为CCIR 601标准。在该标准中，对、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要有：
1、采样频率为f s=13.5MHz
2、分辨率与帧率
3、根据f s的采样率，在不同的采样格式下计算出数字视频的数据量：
。通常用时间码来识别和记录视频数据流中的每一帧，从一段视频的起始帧到终止帧，其间的每一帧都有一个唯一的时间码地址。根据动画和电视工程师协会SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）使用的时间码标准，其格式是：小时：分钟：秒：帧，或 hours:minutes:seconds:frames。一段长度为00:02:31:15的视频片段的播放时间为2分钟31秒15帧，如果以每秒30帧的速率播放，则播放时间为2分钟31.5秒。
根据电影、录像和电视工业中使用的帧率的不同，各有其对应的SMPTE标准。由于技术的原因实际使用的帧率是29.97fps而不是30fps，因此在时间码与实际播放时间之间有0.1%的误差。为了解决这个误差问题，设计出丢帧（drop-frame）格式，也即在播放时每分钟要丢2帧（实际上是有两帧不显示而不是从文件中删除），这样可以保证时间码与实际播放时间的一致。与丢帧格式对应的是不丢帧（nondrop-frame）格式，它忽略时间码与实际播放帧之间的误差。视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其才能达到高压缩的目标。在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念：在视频压缩中有损（Lossy ）和（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩，这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。
采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩（Temporal compression），它通过比较上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值（Frame differencing）算法是一种典型的时间压缩法，它通过比较本帧与相邻帧之间的差异，仅记录本帧与其相邻帧的差值，这样可以大大减少数据量。对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频，如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其它多媒体应用中，一般是把视频预先压缩处理好，尔后再播放，因此可以采用不对称（asymmetric）编码。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间，而解压缩时则能较好地实时回放，也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说，压缩一段视频的时间比回放（解压缩）该视频的时间要多得多。例如，压缩一段三分钟的视频片断可能需要10多分钟的时间，而该片断实时回放时间只有三分钟。如果使用数字视频，需要考虑的一个重要因素是文件大小，因为数字视频文件往往会很大，这将占用大量硬盘空间。解决这些问题的方法是压缩—让文件变小。
使用文本文件，大小问题就显得不那么重要了，因为这样的文件充满了“空格”，可以大幅度压缩—一个文本文件至少可以压缩 90%，压缩率是相当高的（压缩率是指已压缩数据与未压缩数据之比值）。其他类型的文件，如 MPEG 视频或 JPEG 照片几乎无法压缩，因为它们是用非常紧密的压缩格式制成的。数字视频之所以需要压缩，是因为它原来的形式占用的空间大得惊人。视频经过压缩后，存储时会更方便。数字视频压缩以后并不影响作品的最终视觉效果，因为它只影响人的视觉不能感受到的那部分视频。例如，有数十亿种颜色，但是我们只能辨别大约 1024 种。因为我们觉察不到一种颜色与其邻近颜色的细微差别，所以也就没必要将每一种颜色都保留下来。还有一个冗余图像的问题—如果在一个 60 秒的视频作品中每帧图像中都有位于同一位置的同一把椅子，有必要在每帧图像中都保存这把椅子的数据吗?
压缩视频的过程实质上就是去掉我们感觉不到的那些东西的数据。标准的数字摄像机的压缩率为 5 比 1，有的格式可使视频的压缩率达到 100 比 1。但过分压缩也不是件好事。因为压缩得越多，丢失的数据就越多。如果丢弃的数据太多，产生的影响就显而易见了。过分压缩的视频会导致无法辨认。
压缩视频的时候，请始终尝试几种压缩设置。目的是尽可能将数据压缩到最小，当数据丢失到从画面中能够明显看到时，再将压缩率稍微向回调一点儿。这样就可以在文件大小和画面质量之间达到最佳平衡。不要忘记，每个视频作品都各不相同—有些视频经过高度压缩后看上去仍不错，有些却不是，所以您需要通过试验才能得到最好的效果。位速是指在一个数据流中每秒钟能通过的信息量。您可能看到过音频文件用 “128–Kbps MP3” 或 “64–Kbps WMA” 进行描述的情形。Kbps 表示 “每秒千比特数”，因此数值越大表示数据越多：128–Kbps MP3 音频文件包含的数据量是 64–Kbps WMA 文件的两倍，并占用两倍的空间。（不过在这种情况下，这两种文件听起来没什么两样。原因是什么呢?有些文件格式比其他文件能够更有效地利用数据,64–Kbps WMA 文件的音质与 128–Kbps MP3 的音质相同。）需要了解的重要一点是，位速越高，信息量越大，对这些信息进行解码的处理量就越大，文件需要占用的空间也就越多。
为项目选择适当的位速取决于播放目标：如果您想把制作的 VCD 放在 DVD 播放器上播放，那么视频必须是 1150 Kbps，音频必须是 224 Kbps。典型的 206 MHz Pocket PC 支持的 MPEG 视频可达到 400 Kbps—超过这个限度播放时就会出现异常。可以用多种不同的方法和策略压缩数字媒体文件，使之达到便于管理的大小。下面是几种最常用的方法：
1.心理声学音频压缩
心理声学 一词似乎很令人费解，其实很简单，它就是指“人脑解释声音的方式”。压缩音频的所有形式都是用功能强大的算法将我们听不到的音频信息去掉。例如，如果我扯着嗓子喊一声，同时轻轻地踏一下脚，您就会听到我的喊声，但可能听不到我踏脚的声音。通过去掉踏脚声，就会减少信息量，减小文件的大小，但听起来却没有区别。
2.心理视觉视频压缩
心理视觉视频压缩与和其对等的音频压缩相似。心理视觉模型去掉的不是我们听不到的音频数据，而是去掉眼睛不需要的视频数据。假设有一个在 60 秒的时间内显示位于同一位置的一把椅子的未经压缩的视频片段，在每帧图像中，都将重复这把椅子的同一数据。如果使用了心理视觉压缩，就会把一帧图像中椅子的数据存储下来，以在接下来的帧中使用。这种压缩类型—叫做“统计数据冗余”—是 WMV、MPEG 和其他用于压缩视频并同时保持高质量的一种数学窍门。
3.无损压缩
无损 一词的意思是“不丢失数据”。当一个文件以无损格式压缩时，全部数据仍然存在，这与压缩文档很相似—文档文件虽然变小了，但解压缩之后每一个字都还存在。您可以反复保存无损视频而不会丢失任何数据—这种压缩只是将数据压缩到更小的空间。无损压缩节省的空间较少，因为在不丢失信息的前提下，只能将数据压缩到这一程度。
4.有损压缩
有损压缩丢弃一些数据，以便获得较低的位速。心理声学压缩和心理视觉压缩是有损压缩技术，压缩结果是文件变小，但包含的源数据也更少。每次以有损文件格式保存文件时，都会损失很多数据—即使用同一种格式保存也是如此。一条好的经验是，只在项目的最后阶段才使用有损压缩。用于传输1．5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码，经过标准压缩后，视频数据压缩率为1/100-1/2 00，音频压缩率为1/6.5。MPEG-1提供每秒30帧352*240分辨率的图像，当使用合适的压缩技术时，具有接近家用视频制式（VHS）录像带的质量。MPEG-1允许超过70分钟的高质量的视频和音频存储在一张盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准，该标准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。主要针对高清晰度电视（HDTV）的需要，传输速率为10Mbps，与MPEG-1兼容，适用于1.5-60Mbps甚至更高的编码范围。有每秒30帧704*480的分辨率，是MPEG-1播放速度的四倍。它适用于高要求的广播和娱乐应用程序，如：DSS卫星广播和DVD，MPEG-2是家用视频制式（VHS）录像带分辨率的两倍。即数/模转装换器，一种将转换成模拟信号的装置。的位数越高，信号失真就越小。图像也更清晰稳定。AVI是将语音和影像同步组合在一起的文件格式。它对视频文件采用了一种有损压缩方式，但压缩比较高，因此尽管面面质量不是太好，但其应用范围仍然非常广泛。支持256色和RLE压缩。AVI信息主要应用在多媒体光盘上，用来保存电视、电影等各种影像信息。对一种颜色进行编码的方法统称为“颜色空间”或“色域”。“颜色空间”都可定义成一个固定的数字或变量。（红、绿、蓝）只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法，每种颜色都可用三个变量来表示-红色绿色以及蓝色的强度。记录及显示彩色图像时，R GB是最常见的一种方案。但是，它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。因此，件多电子电器厂商普遍采用的做法是，将RGB转换成YUV 颜色空间，以维持兼容，再根据需要换回RGB格式，以便在电脑显示器上显示彩色图形。（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与R GB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Lumina nce或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。通过R GB输入信号来创建的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面-色调与饱和度，分别用Cr和CB来表示。其中，C r反映了GB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。NTSC和PAL彩色视频信号是这样构成的--首先有一个基本的黑白视频信号，然后在每个水平同步脉冲之后，加入一个颜色脉冲和一个亮度信号。因为彩色信号是由多种数据“叠加”起来的，故称之为“复合视频”。S -Video则是一种信号质量更高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。它的 功能是将RGB三原色和亮度进行分离处理。基带视频是一种简单的模拟信号，由视频模拟数据和视频同步数据构成，用于接收端正确地显示图像。信号的细节取决于应用的视频标准或者&制式&--NTSC（美国全国电视标准委员会，National Television Standards Committee）、PAL（逐行倒相，Phase Alternate Line）以及SECAM（顺序传送与存储彩色电视系统，采用的一种电视制式，SEquential Couleur Avec Memoire）。在PC领域，由于使用的制式不同，存在不兼容的情况。就拿分辨率来说，有的制式每帧有625线（50Hz），有的则每帧只有525线（60 Hz）。后者是北美和采用的标准，统称为NTSC。通常，一个视频信号是由一个视频源生成的，比如摄像机、VCR或者电视调谐器等。为传输图像，视频源首先要生成-个垂直同步信号（V SYNC）。这个信号会重设接收端设备（PC显示器），保征新图像从屏幕的顶部开始显示。发出VSYNC信号之后，视频源接着扫描图像的第一行。完成后，视频源又生成一个水平同步信号，重设接收端，以便从屏幕左侧开始显示下一行。并针对图像的每一行，都要发出一条扫描线，以及一个水平同步脉冲信号。
另外，NTSC标准还规定视频源每秒钟需要发送30幅完整的图像（帧）。假如不作其它处理，闪烁现象会非常严重。为解决这个问题，每帧又被均分为两部分，每部分2 62.5行。一部分全是奇数行，另一部分则全是偶数行。显示的时候，先扫描奇数行，再扫描偶数行，就可以有效地改善图像显示的稳定性，减少闪烁。，三种制式尚无法统一。中国采用的是PAL-D制式。Ultra6cale是Rockwell（）采用的一种扫描转换技术。可对垂直和水平方向的显示进行任意缩 放。在电视这样的隔行扫描设备上显示逐行视频时，整个过程本身就己非常麻烦。而采用 UltraScale技木，甚至还能像在电脑显示器上那祥，迸行类似的纵横方向自由伸缩。
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数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示，例如，字长为2位的二进制数可表示4种大小的数字信号，它们是00、01、10和11；若信号的变化范围在-1~1，则这4个二进制数可表示4段数字范围，即[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]。由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多；在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或者说，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。[1]应用领域网络，通信
数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示，例如，字长为2位的二进制数可表示4种大小的数字信号，它们是00、01、10和11；若信号的变化范围在-1~1，则这4个二进制数可表示4段数字范围，即[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1][1]。
模拟信号的数字处理[1]
数字信号与离散时间信号的区别在因变量。离散时间信号的自变量是离散的、因变量是连续的，其自变量用整数表示，因变量用于物理量大小相对应的数字表示。离散时间信号的大小用有限位二进制数表示后，就是数字信号。
对于离散时间信号x(n)=sin(0.3n)，当自变量n=6时，因变量x(6)=sin(0.3×6)≈0.9738；若用2位二进制把它转变为数字信号，根据[-1, -0.5)、[-0.5, 0)、[0, 0.5)和[0.5, 1]对应00、01、10和11，用二进制数11表示0.9738最合适。
在学习和研究数字信号理论时，用二进制数表示信号是很麻烦的；为了方便，这时人们一般把离散时间信号当作数字信号，而不考虑它们之间的区别。
由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多；在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或者说，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号[1]。
数字信号特点：抗干扰能力强、无噪声积累。
在中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的也被同时放大。随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。
对于，由于数字信号的幅值为有限个(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。
便于加密处理
的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。
便于存储、处理和交换
数字通信的信号形式和所用信号一致，都是，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。
设备便于集成化、微型
数字通信采用，不需要体积较大的。设备中大部分是数字电路，可用大规模和实现，因此体积小、功耗低。
便于构成综合数字网和综合业务数字网
采用数字传输方式，可以通过进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成。
占用信道频带较宽
一路模拟电话的为4kHz带宽，一路数字电话约占64kHz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率)，数字电话的带宽问题已不是主要问题了。
以上介绍可知，数字通信具有很多优点，所以各国都在积极发展数字通信。近年来，我国数字通信得到迅速发展，正朝着高速化、化、宽带化和综合化方向迈进。信号模拟随着信息的变化而变化，模拟信号其特点是连续(连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值)。模拟信号，其信号波形在时间上也是连续的，因此它又是连续信号。模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，由于其波形在时间上是离散的，但此信号的幅度仍然是连续的，所以仍然是模拟信号。电话、传真、电视信号都是模拟信号。
信号抽样后时间离散，但辐值不离散。常见的抽样信号是周期矩形和周期冲激脉冲抽样。模拟信号在整个上都是有定义的，在“没有幅值”的区域的意义是幅值为零。而只在离散时刻上才有定义，其他地方没有定义，和幅值为零是不同概念，这两种信号在时间轴看上去很相似，其实是以不同类型的系统为基础的两种有本质区别的信号。直观的说，离散时间信号的横轴可以认为已经不代表时间了。数字信号其特点是幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的。二进码，每一个只取两个幅值(0，A)：四进码，每个码元取四(3、1、－1、－3)中的一个。这种幅度是离散的信号称数字信号。信号的数字化需要三个步骤：抽样、量化和编码。抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。编码则是按照一定的规律，把量化后的值用表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以通过、微波干线、卫星通道等数字线路传输。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。上述数字化的过程又称为。话音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续的。要使话音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对话音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T，抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值)，抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。抽样后的样值序列在时间上是离散的，可进行时分多路复用，也可将各个抽样值经过量化、编码变换成数字信号。理论和实践证明，只要抽样脉冲的间隔T≤1/（2fm）(或f≥2fm)(fm是话音信号的最高)，则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号。
例如，一路电话信号的频带为300～3400Hz，fm=3400Hz，则抽样频率fs≥2×Hz。如按6800Hz的抽样频率对300～3400Hz的电话信号抽样，则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号，话音信号的抽样频率通常取8000Hz。对于PAL制电视信号。视频带宽为6MHz，按照CCIR601建议，亮度信号的抽样频率为13.5MHz，色度信号为6.75MHz。抽样把模拟信号变成了时间上离散的，但脉冲的幅度仍然是模拟的，还必须进行离散化处理，才能最终用数码来表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。量化有两种方式，量化方式中，取整时只舍不入，即0～1伏间的所有输入电压都输出0伏，1～2伏间所有输入电压都输出1伏等。采用这种量化方式，输入电压总是大于输出电压，因此产生的量化误差总是正的，最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔Δ。量化方式在取整时有舍有入，即0～0.5伏间的输入电压都输出0伏，0.5～1?5伏间的输出电压都输出1伏等等。采用这种量化方式量化误差有正有负，量化误差的最大为Δ/2。因此，采用有舍有入法进行量化，误差较小。
实际信号可以看成量化输出信号与量化误差之和，因此只用量化输出信号来代替原信号就会有失真。一般说来，可以把量化误差的幅度概率分布看成在-Δ/2～+Δ/2之间的均匀分布。可以证明，量化失真?，即与最小量化间隔的平方成正比。最小量化间隔越小，失真就越小。最小量化间隔越小，用来表示一定幅度的模拟信号时所需要的量化级数就越多，因此处理和传输就越复杂。所以，量化既要尽量减少量化级数，又要使量化失真看不出来。一般都用一个来表示某一量化级数，经过传输在接收端再按照这个二进制数来恢复原信号的幅值。所谓量化比特数是指要区分所有量化级所需几位二进制数。例如，有8个量化级，那么可用三位二进制数来区分，因为，称8个量化级的量化为3比特量化。8比特量化则是指共有个量化级的量化。
量化误差与噪声是有本质的区别的。因为任一时刻的量化误差是可以从输入信号求出，而噪声与信号之间就没有这种关系。可以证明，量化误差是高阶非线性失真的产物。但量化失真在信号中的表现类似于噪声，也有很宽的，所以也被称为量化噪声并用来衡量。
上面所述的采用均匀间隔量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化，这种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点。如果使小信号时量化级间宽度小些，而大信号时量化级间宽度大些，就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致。这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。信号大多采用非均匀量化方式，这是由于模拟要经过校正，而校正类似于非线性量化特性，可减轻小信号时误差的影响。
对于的非均匀量化也是采用压缩、扩张的方法，即在发送端对输入的信号进行压缩处理再均匀量化，在接收端再进行相应的扩张处理。
目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。我国规定采用A律13折线压扩特性。
采用13折线压扩特性后小信号时量化信噪比的改善量可达24dB，而这是靠牺牲大信号量化信噪比(亏损12dB)换来的。抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过程称为编码。最简单的是二进制编码。具体说来，就是用n比特二进制码来表示已经量化了的样值，每个二进制数对应一个量化值，然后把它们排列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。编码过程在接收端，可以按所收到的信息重新组成原来的样值，再经过低通滤波器恢复原信号。用这样方式组成的脉冲串的频率等于抽样频率与量化比特数的积，称为所传输数字信号的数码率。显然，抽样频率越高，量化比特数越大，数码率就越高，所需要的传输带宽就越宽
除了上述的自然二进制码，还有其他形式的二进制码，如格雷码和等，表2－1示出了这三种二进制码。这三种码各有优缺点：(1)自然二进制码和二进制数一一对应，简单易行，它是权重码，每一位都有确定的大小，从最高位到最低位依次为，可以直接进行大小比较和算术运算。自然二进制码可以直接由数/模转换成模拟信号，但在某些情况，例如从十进制的3转换为4时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰。(2)格雷码则没有这一缺点，它在相邻电平间转换时，只有一位生变化，格雷码不是权重码，每一位码没有确定的大小，不能直接进行比较大小和算术运算，也不能直接转换成模拟信号，要经过一次码变换，变成自然二进制码。(3)折叠二进制码沿中心电平上下对称，适于表示正负对称的双极性信号。它的最高位用来区分信号幅值的正负。折叠码的抗误码能力强。
表2－1各种二进制码量化电平
量化电平自然二进制码格雷码折叠二进制码
在中，编码分为信源编码和两大类。所谓信源编码是指将信号源中多余的信息除去，形成一个适合用来传输的信号。为了抑制对信号的干扰，往往还需要对信号进行再编码，编成在接收端不易为干扰所弄错的形式，这称为信道编码。为了对付干扰，必须花费更多的时间，传送一些多余的重复信号，从而占用了更多频带，这是通信理论中的一条基本原理。视频信号有两种编码方式，即复合编码和分量编码。复合编码是将复合彩色信号直接编码成PCM形式。复合彩色信号是指彩色全电视信号，它包含有亮度信号和以不同方式编码的色度信号。分量编码是将三基色信号R、G、B分量或亮度和色差信号Y、(B－Y)、(R－Y)分别编码成PCM形式。复合编码的优点是码率低些，设备较简单，适用于在模拟系统中插入单个数字设备的情况。它的缺点是由于数字电视的抽样频率必须与彩色副载频保持一定的关系，而各种制式的副载频各不相同，难以统一。采用复合编码时由抽样频率和副载频间的差拍造成的干扰将影响图像的质量。分量编码的优点是编码与制式无关，只要抽样频率与行频有一定的关系，便于制式转换和统一，而且由于Y、(R－Y)、(B－Y)分别编码，可采用时分复用方式，避免亮色互串，可获得高质量的图像。在分量编码中，亮度信号用较高的码率传送，两个色差信号的码率可低一些，但总的码率比较高，设备价格相应较贵。
数字视频信号的抽样频率和格式　现行的扫描制式主要有625行/50场和525行/60场两种，它们的行频分别为15625赫和赫。
ITU－R建议的分量编码标准的亮度抽样频率为13.5兆赫，这恰好是上述两种行频的整数倍，对于625行/50场，每行的抽样点数为864个，对于525行/60场，每行的抽样点数为858个，按照国际现行，亮度信号最大带宽是6兆赫。根据，抽样频率至少要大于2×6=12兆赫，因此取13.5兆赫也是合适的。
由于色差的带宽比亮度信号窄得多，所以在分量编码时两个色差信号的抽样频率可以低一些，同时也考虑到抽样的样点结构满足正交结构的要求，ITU－R建议两个色差信号的抽样频率均为亮度信号抽样频率的一半，即6.75兆赫，每行的样值点数也是亮度信号样值点数的一半，即分别为432个/行和429个/行。因此，对演播室数字电视设备进行分量编码的标准是：亮度信号的抽样频率是13.5兆赫，两个色差信号的抽样频率是6.75兆赫，其抽样频率之比为4：2：2，因此也称为4：2：2格式。对于用于信号源信号处理的质量要求更高的设备，还可以采用4：4：4的抽样关系。数字通信系统的主要性能指标
信道传输速率　
信道的传输速率通常是以每秒所传输的信息量多少来衡量。信息论中定义发生信息量的度量单位是“比特”(bit)。一个二进制码元所含的信息量是一个“比特”，所以的单位是比特/秒(bit/s)。例如一个数字通信系统，它每秒传输600个二进制码元，它的信息传输速率是600比特/秒(600bit/s)。?它是指单位时间(秒)内传输的码元数目，其单位为。这里的码元可以是，也可以是多进制的。符号传输速率M和信息传输速率R的关系为R=Nlog2M当码元为二进制时M为2；码元为四进制时M为4……如果符号速率为600波特，在二进制时，信息传输速率为600比特/秒，在四进制时为1200比特/秒。?信码在传输过程中，由于信道不理想以及噪声的干扰，以致在接收端判决再生后的码元可能出现错误，这叫误码。误码的多少用误码率来衡量，误码率是数字通信系统中单位时间内错误码元数与发送总码元数之比。误码越多，误码率越大。数字信号的传输要求与模拟信号的要求不同，模拟信号的传输要求接收端无波形失真，而数字信号的传输是要求接收端无地恢复成原来的二进数码(可以允许接收波形失真，只要不影响正确恢复信码即可)。
由于数字信号的频带非常宽(从直流一直到无限高的频率)，但其主要能量则集中在低，而电缆传输信道是只允许比较低的频率成分通过的低通信道。当一系列数字脉冲信号通过带限的电缆信由于高频成分被滤去，使输出波形出现了失真。
这种波形顶部变圆，底部展宽。一个码元的波形展宽到其他码元位置，影响到其他码元，这种影响称码间干扰。由于波形的拖尾很长，码间干扰将影响到数个码元。波形的拖尾可以是正的也可能是负的。如果所有的拖尾相加后是正值，而且达到门限判决电平就可能将“0”误判为“1”码；反之，如果所有的拖尾相加后在某个码元位置的值是负的，就可能将“1”码误判为“0”码。为了减少码间干扰，数字信号传输的基本理论——规定带限信道的理想低道截止频率为fH时，最高的无码间干扰传输的极限速度为2fH。例如，为2000Hz时，每秒最多可传送4000个二进制码元。一路数字电话速率为64kbit/s，则无码间干扰的信道带宽为32kHz。
数字信号相关专业术语
digital signal processor (DSP)
数字信号处理器
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数字信号处理器
digital signal microprocessor
数字信号微处理器
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数字信号微处理器
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数字信号处理器
optically based digital signal processing engine
Digital Signal, Level 3
三级数字信号
Digital Signal, Level 2
二级数字信号
Digital Signal, Level 1
一级数字信号
Digital Signal, Level O
零级数字信号
Digital Signal
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