（通信与信息系统专业论文）视频后处理及字幕解码器的研究与设计.pdf

摘要 f 经h d t v 视频解码器解码后的视频信号在送去电视机显示前需要解决两个问题：一是 对辆叭的视频格式可能做的视频格式转换( 及y u v 到r g b 色度空间变换，称为格式变换 单元。格式变换单元包括几个互相独立的功能如水平格式变换、垂直格式变换、行重复、 电影模式等。另一个问题是，随着有线电视网的普及，为提供给电视用户良好的界面和提 供更灵活的人机交互，有必要在视频图像中加入屏幕显示信息( 如亮度、色度、频道选择 信息等) ，称为屏幕显示单元。 为视频的各个场单独定义的位图图像可被叠加到最后的图像输出上，这些位图区域被 定义为o s d 块，它们可以是字幕解码器的解码结果如台标、字幕等；也可以是由本地屏幕 显示发生器产生的频道选择信息等。o s d 被定义为一些矩形区域，每个区域有其独立的定 义为4 色、1 6 色或2 5 6 色的调色板。字幕可以以p e s 包的模式在m p e g 传送流中传送，接 收器通过p i d 信息过滤出字幕信息。经由字幕解码器。字幕可以被存入片外s d r a m 。 典型的视频输出格式为垂直的高清晰度1 0 8 8 1 和标准清晰度7 2 0 p ，水平的高清晰度1 9 2 0 像素每行和标准清晰度1 2 8 0 像素每行。水平格式变换的目的在于对视频数据进行上抽样或 下抽样以增加或减少每行的像素数量， 视频图像的垂直分辨率上进行上抽样或 不同的标准；垂直格式变换则是对 本文详细介绍了包括屏幕显示单元及视频格式变换单元的视频后处理单元设计思想和 设计过程。描述了模块的划分及硬件实现方法。在屏幕显示单元，本文主要采用一种颜色 查找表的方式来提高片外s d r a m 和片上数据f i f o 的使用率；视频格式变换采用滤波器实 现格式的变换。本文同时提出了一种字幕解码器，其字幕解码结果将作为屏幕显示的一种 内容。解码器采用软件编程，其结果由r i s c 控制写入片外s d r a m 中。 关键词：高清晰度电视，视频后处理，屏幕显示，格式变换 描述语言 字幕解码器， 0 罱 a b s t r a c t t h e r ei st w oq u e s t i o n so nt r a n s f e r r i n gt h ev i d e os i g n a l sf r o mt h eo u t p u to f t h eh d t v d e c o d e t od i s p l a yo nt h es c r e e n ，o n ei st h a tw es h o u l dc o n v e r tt h ev i d e od a t ai n t om a n yd i f f e r e n tv i d e o f o r m a t sw h i c hi sn a m e da sf o r m a tc o n v e r s i o nf u n c t i o n t h ef o r m a tc o n v e r s i o nh a ss e v e r a l i n d e p e n d e n tf u n c t i o n sa sh o r i z o n t a lf o r m a tc o n v e r s i o n ，v e r t i c a lf o r m a tc o n v e r s i o n ，l i n ed o u b l i n g ， f i l mm o d e e t c t h ea n o t h e ro n ei st h a tw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc a t v ，t os u p p l yt h et v u s e r s w i t hu s e f u l i n t e r f a c ea n dt or e a l i z a t i o nm a n m a c h i n ec o n v e r s a t i o n ，i ti si m p o r t a n tt oa d ds c r e e n d i s p l a yi n f r r m a t i o no n v i d e oi n f o r m a t i o n t h i su n i ti sn a m e da so ns c r e e nd i s p l a y b i t m a ps e p a r a t e l yd e f i n a b l ef o re a c h f i e l dc a nb es u p e r i m p o s e do nf i n a lp i c t u r eo u t p u t o s d d e f i n e da sr e c t a n g u l a rr e g i o n s ，e a c hw i t hu n i q u ep a l e t t ed e f i n i n g4o r1 6o r2 5 6c o l o u r s s u b t i t l e s a r ea l s ot r a n s m i t t e da sp e s p a c k e 招i n t h em p e g t r a n s p o r ts t r e a m ，w i t h t h e s eb e i n gf i l t e r e do u tb y ap 1 db u i l ti u t ot h er e c e i v e r t i m ei sm a r k e db yp r e s e n t a t i o nt i m es t a m p s ( p t s ) w h i e ha r eu s e d t oc o n t r o lt h ea p p e a r a n c eo ft h es u b t i t l e so nt h es c r e e n b yt h es u b t i t l ed e c o d e r ，t h es u b t i t l e sw i l l b eh e l di ns d r a mi nt h er e c e i v e r t h ec o l o u rl o o ku pt 曲l e ( c l u t ) w i l lb eu s e do nt e l lt h e c o l o u ro f t h es u b t i t l e s t y p i c a lo u t p u tv e r t i c a lf o r m a t sa r eh i g hd e f i n i t i o n 1 0 8 8 ia n ds t a n d a r dd e f i n i t i o n7 2 0 p t y p i c a lo u t p u th o r i z o n t a lf o r m a t s a r eh i g ld e f m i f i o n1 9 2 0 # x e l sa n ds t a n d a r dd e f i n i t i o n1 2 8 0 p i x e l s t h ep u r p o s eo f t h eh o r i z o n t a lf o r m a tc o n v e r s i o ni st oa l l o wu po rd o w ns a m p l i n go f p i c t u r ed a t ai no r d e r t oi n c r e a s eo rd e c r e a s et h en u m b e ro f h o r i z o n t a ls a m p l e si nal i n et oa l l o wt h e v i d e o o u t p u t t om a t c hm a n yd i f f e r e n ts t a n d a r d s i nt h i sp a p e r , w ei n t r o d u c et h ed e s i g no ft h ev i d e op o s tp r o c e s s i n gw h i c hc o m p r i s et h eo n s c r e e nd i s p l a ya n dv i d e of o r m a tc o n v e r s i o n w ea l s od e s c r i b et h ep a r t i t i o no f t h em o d u l e sa n dt h e r e a l i z a t i o no f t h em o d u l e so nh a r d w a r e k e y w o r d sh d t v , p o s tp r o c e s s i n g ，o ns c r e e nd i s p l a y , f o r m a tc o n v e r s i o n , s u b t i t l i n gd e c o d e r , h d l ，s i m u l a t i o n ，s y n t h e s i s 第一章绪论 第一节电视原理与数字电视嘲川例t e 所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表 的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处 理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能， 2 而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。 1 1 电视原理 1 1 1 5 6 1 电视是采用动画的视觉原理构造而成的，其基本原理为顺序扫描和传输图像信号，然后 在接收端同步再现。像扫描是由隔行扫描电视图像组成场，由场组成帧，一帧为一幅图像。 定义每秒钟扫多少帧为帧频；每秒钟扫描多少场为场频；每秒钟扫描多少行为行频。 1 1 1 图像表示法和图像的顺序传送 根据人眼视觉特性，自然界景物的彩色要用三个基本参量来描述，即亮度l 、色调h 和饱和度s 。此外，景物的形状可用空间坐标x 、y 、z 表示。如果是活动景象，那么它的外 形和相应的彩色还都是时间t 的函数。也就是说亮度l 、色调h 、饱和度s 都是空间坐标x 、 y 、z 与时间t 的函数。因此，任何自然景物都可以用下列方程组表示 l = 无( x ，y ，z ，f ) h = 厶( x ，y ，z ，f ) s = f s q ，y 。z ，n 如果我们传送的只是二维空间平面图像，则上面的方程组将变为x 、y 和t 的函数。现 在我们先从传送黑白图像的简单情况开始讨论。此时，上述方程组中只留下了亮度方程，即 l = 五( x ，y ，f ) ( 1 - 2 ) 从技术上讲，即使是传送黑白平面图像，也有很大困难。但是根据人跟视觉特性，我们 可以采用时间与空间分割的传送方式，使重现的景物与原景物有等效的视觉效果。 任何一幅图像都是由许多密集的细小点子组成的。如照片、图画、报纸上的画面等，用 放大镜仔细观察就会发现它们都是紧密相邻的、黑自相间的细小点子的集食体。这些细小点 子是构成一幅图像的基本单元，称为像素。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就 越清晰。 把被传送图像上各像素的亮度按一定顺序转变成电信号，并依次传送出去( 这相当于把 亮度转变成单一变量时间的函数) 。在接收端的屏幕上，再按同样顺序将各个电信号在相对 应位置上转变为光。只要这种顺序传送进行得非常快，那么由于人眼的视觉惰性和发光材料 的余辉特性，就会使我们感到整幅图像同时发光而没有顺序感。这种按顺序传送图像像素的 4 方法构成的电视系统，称为顺序传送系统。 顺序传送必须迅速而准确，每一个像素一定要在轮到它的时候才被发送和接收，而且收 端每个像素的几何位置要与发端一一对应。 1 1 2 电视扫描原理 电视图像的摄取与重现，即光和电的互相转换是由摄像管和显像管来完成的。然而，把 作为空间和时间函数的光信息( 光像) ，变换成只以时间函数来表示的电信息，和把作为时 间函数的电信息再转换成一幅平面图像( 光信息) ，则是通过电子束扫描来完成的。这种将 图像上各像素的光信息转变为顺序传送的电信号的过程，以及将这些顺序传送的电信号再重 现为光学图像的过程，即图像的分解与复合过程，也就是在垂直空间方向y 和时间方向t 轴 上的二维抽样过程。在摄像管或显像管中，电子束按一定规律在靶面上或荧光屏幕上运动， 就可以完成摄像或显像的扫描过程。电子束完成一行扫描回到另一行起点的这段逆程时间称 为行回扫期或行消隐期。电子束完成一帧扫描回到另一帧起点的这段逆程时间称职为帧回扫 期或帧消隐期。隔行扫描是将一帧图像分两次( 场) 扫描。第一场先扫出1 、3 、5 、7 等 奇数行光栅，第二场扫2 、4 、6 、8 等偶数行光栅。通常将扫奇数行的场叫奇数场，扫偶 数行的场叫偶数场。这丽场之间的回扫时间称为场回归期或场消隐期。 按电子束的运动规则可分为直线扫描、圆扫描、螺旋扫描等。但在电视系统中，为 了充分利用矩形屏幕，并使扫描设备简单、可靠，采用了匀速单向直线扫描方式。 而为了能够正确地重现图像，要求收端与发端同步扫描。所谓同步是指收端与发端的扫 描点应有一一对应的几何位置，即收、发对应像素在同一时刻被扫描。为此，在图像信号中 加入同步脉冲( 亦称同步信号) 。在发送端，当每扫完一行图像时，加入一个行同步脉冲， 每扫完一场图像时加入一个场同步脉冲。它们与图像信号一起被发送出去。在接收端，使行 扫描锯齿波电流只有当行同步脉冲到达后才开始逆程期，而场扫描锯齿波电流也只有在场同 步脉冲到达后才开始逆程期。这样。就能保证收、发端扫描电流的频率、相位相同，即保证 了同步。 行同步脉冲是在行扫描逆程期间传送的，其宽度是4 7 j 口，比逆程窄。为了便于用简单 的分离法分出同步脉冲，将它们叠加在宽度为1 2 脚的行消隐脉冲之上。行同步脉冲的前沿 决定了接收机行扫描电路中行正程的结束和行逆程的开始。为了确保行同步脉冲前沿的准确 性，要求行消隐脉冲前沿超前行同步脉冲前沿一定时间，即存在一个定宽度的行消隐脉冲 前肩。 行消隐后肩的作用一是可供嵌位，以恢复图像信号的直流电平；二是在彩色电视中可占 用其一部分时间用来传送色同步脉冲串。 场消隐前肩用于配置前均衡脉冲；场消隐后肩除了配置后均衡脉冲以外，还可以用于传 输测试信号、通信信号和联络数据、静止图像和文字广播等。 1 2 数字电视概述o l j l 2 1 4 电视技术，经历着从黑白电视到彩色电视的发展过程，有的国家已开始试播高清晰度电 视和立体电视。我国决定从1 9 9 9 年1 0 月1 日起开始试播高清晰度电视( h d t v ) 。电视的使 用范围早己超越了广播娱乐界，并深深地扩展到文化教育、科研管理、工矿企业、医疗卫生、 公安交通、军事宇航等各个重要部门。现在的彩色电视虽己发展到色彩鲜艳，形象逼真的高 超地步，但是，它们仍然是”模拟电视”。在图像信号的制作处理、控制调节、记录重放、调 制解调、传输转播、接收显示等过程中，图像信号和伴音信号都是在时间轴上和振幅轴上连 续变化的模拟信号。模拟电视最明显的缺点是接力传输方式产生噪声，长距离传输的信噪比 恶化，使图像清晰度越来越受到损伤；发送传输设备中，放大器的非线性积累使i 虱像对比度 产生越来越大的畸变；相位失真的积累产生色彩失真，使”鬼影”现象愈来愈严重。同时，模 拟电视还具有稳定度差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难、以及成本高昂等 缺点。近十多年来，由于微电子技术、超大规模集成电路技术、数字信号处理技术、计算机 技术的突飞猛进，使数字电视的发展已取得了令人鼓舞的成果。特别是数字图像获取、数字 存储、位图打印和图形显示的数字设备的出现，带来了许多数字图像方面的应用。技术先进 国家的电视演播室设备数字化已完成，数字电视接收机已上市出售，各种数字图像编码压缩 设备随多媒体技术的发展已投人使用。国际上也相应地制定了统一的数字电视信号的编码标 准，为数字电视的发展奠定了坚实的基础。 所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用= 进制数代表 的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处 理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能， 而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。 数字电视技术与原有的模拟电视技术相比具有以下优点： 信号杂波比和连续处理的次数无关。 可避免系统的非线性失真的影响。 数字设备输出信号稳定可靠。 易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。 由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。 数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可 实现文字多工广播( t e l e t e x t ) 压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内( 地面广播) ， 观众将以极大的概率实现”无差错接收”( 发”0 ”收”0 ”，发”l ”收”l ”) ，收看到的电视图像及声音 质量非常接近演播室质量。 可以合理地利用各种类型的频谱资源。 在同步转移模式( s t m ) 的通信网络中，可实现多种业务的”动态组合一( d y n a m i cc o m b i n a t i o n ) 。 很容易实现加密解密和加扰解扰技术，便于专业应用( 包括军用) 以及广播应用( 特别是 开展各类收费业务) 。 具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式( a t m ) 的网络中传输，也便于与计算机网络联通。 可以与计算机”融合”而构成一类多媒体计算机系统，成为未来”国家信息基础设旋”( n i i ) 的 重要组成部分。 早期的数字电视系统主要分为两大类，一类是研究在3 次群( 3 4 3 6 8 m b p s ) 或更高数码 率的信道上传送一路电视节目。例如7 0 年代，法国、日本都研制出相应的实验系统。8 0 年 代末，意大利的t e l e n a 公司和法国的汤姆逊公司推出了3 4 m b p s 数字电视系统产品。北京邮 电大学的图像信息研究所于9 0 年代初开发了类似产品。但是，由于该类产品的传输数码率 比较高，限制了其应用和普及。同时，由于早期视频压缩算法及集成电路工业的制约，系统 的成本和性能也不能令用户满意，这限制了它的进一步发展。 另一类是研究在1 次群( 2 0 4 8 m b p s ) 或以下数码率的信道上传送会议电视和电视电话 服务，同样由于视频压缩算法的局限性，其图像质量不能令人满意。同时，由于不同厂家使 6 用不同的压缩算法，设备兼容性差等原因，市场发展非常缓慢。 随着视频压缩技术的发展，人们对视频压缩算法的基本框架形成了共识，并制定了一系 列视频压缩标准： i t u t 在1 9 9 0 年7 月通过了h 2 6 1 建议： j p e g 于1 9 9 1 年3 月通过了1 0 9 1 8 号标准； m p e g 随后相继制定m p e g 1 标准( i s o1 1 1 7 2 ) 和m p e g - 2 ( i s o i e c1 3 8 1 8 ) 等标准； 数字电视除了提供传统的电视节目广播外，还能提供许多新的业务如信息服务、通信、 和娱乐等。 模拟电视有n t s c 、p a l 和s e c a m 三种标准。目前，美国、欧洲和日本已各自形成三 种不同的数字电视标准。美国的标准是a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o ns y s t e m c o m m i t t e e 先进电 视制式委员会) ；欧洲的标准是d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g 数字视频广播) ；日本的标准 是i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播) 。 视频压缩编码方案 1 h 2 6 1 标准 1 9 8 4 年国际电报电话咨询委员会的第1 5 研究组成立了一个专家组，专门研究电视电话 的编码问题，所用的电话网络为综合业务数据网络i s d n ，当时的目标是推荐一个图像编码 标准，其传输速率为m x 3 8 4 k b “千位秒) ，m = 1 , 2 ，3 ，4 ，5 。这里3 8 4 k b s 在i s d n 中称为h o 通道。另有基本通道b 的速率为6 4 k b s ，6 b = 3 8 4 k b s 。5 x h o = 3 0 b = 1 9 2 0 k b s 为窄带 i s d n 的最高速率。后来因为3 8 4 k b s 速率作为起始点偏高，广泛性受限制，另外跨度也太 大，灵活性受影响，所以改为p 6 4 k b s ，l ，2 , 3 ，3 0 。最后又把p 扩展到3 2 ，因为3 2 x 6 4 k b s = 2 0 8 4 k b s ，其中2 0 8 4 = 2 1 1 ，基本上等于2 m b l s ，实际上已超过了窄带i s d n 的最 高速率1 9 2 0 k b s ，最高速率也称通道容量。经过5 年以上的精心研究和努力，终于在1 9 9 0 年1 2 月完成和批准了c c i t t 推荐书h 2 6 1 ，即”采用p 6 4 k b s 的声像业务的图像编解码”， h 2 6 1 简称p x 6 4 。 2 j p e g 标准 j p e g 是数字图像压缩的国际标准。它用于连续变化的静止图像，这里包括灰度等级和 颜色两方面的连续变化。j p e g 包含两种基本压缩方法，各有不同的操作模式。第一种是有 损压缩，它是以d c t ( d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m ) 为基础的压缩方法。第= 种为无损压缩，又 称预测压缩方法。但最常使用的是第一种即d c t 压缩方法，也称为基线顺序编解码 f b a s e l i n es e q u e n t i a lc o d e c ) 方法，因为这种方法的优点是先进、有效、简单、易予交流，因 此应用广泛，是以d c t 为基础的最基本、最重要的方法。 3 m p e g i 标准 随着数字音频和数字视频技术的广泛应用，i s o 的活动图像专家组( m p e g ) 在1 9 9 1 年1 1 月提出了i s o1 1 1 7 2 标准的建议草案，通称m p e g 1 标准。该标准于1 9 9 2 年1 1 月通过， 1 9 9 3 年8 月公布。m p e o - 1 标准适用于数码率在】5 v 1 6 p s 左右的应用环境，也就是为c d - r o m 光盘的视频存储和放像所制定的。 m p e g - l 标准可以处理各种类型的活动图像，其基本算法对于压缩水平方向3 6 0 个像素 竖直方向2 8 8 个象素的空间分辨力。每秒2 4 至3 0 幅画面的运动图像有很好的效果，在 m p e g - l 标准中的一帧图像的概念不同子电视中帧的概念，前者一定是成逐行扫描的图像， 如果待处理信号是隔行扫描的图像，则编码前必须将其转换成逐行扫描的格式。 7 m p e g 1 标准提供了一些录像机的功能：正放，图像冻结、快进、快倒和慢放。此外， 还提供了随机存储的功能，当然，解码器这些功能的实现在一定程度上同图像数据存储介质 相关。 4 m p e g 一2 标准 i v l p e g 。2 是由i v l p e g 开发的第2 个标准。按计划于1 9 9 4 年1 1 月正式确定为国际标准， m p e g 2 是”活动图像及有关声音信息的通用编码”( g e n e r i cc o d i n go fm o v i n gp i c t u r e s a s s o c i a t e d a u d i o i n f o r m a t i o n ) 标准。m p e g 2 标准制定始于1 9 9 0 年7 月。1 9 9 1 年1 1 月，在日 本的j v c 研究所进行了对比测试，确定带有运动补偿预测和内插的d c t 最成熟和性能最 好。在1 9 9 2 年1 月的会上又定下了m p e g - 2 是”通用”( g e n e r i c ) 标准。m p e g - 2 的声音和系 统部分的工作始于19 9 2 年7 月。m p e g 为制定m p e g - 2 经常与有关国际组织，如i s o 、i e c 、 i t u t 、1 t u r 等开会协调，并注意到了与m p e g 1 的兼容一致。国际电联的无线电通信部 f ( i t u r ) 从广播电视方面提出的不同需求构成了m p e g 一2 的档次等级( p r o f i l e l e v e l ) 概念 的基础。i t u r 在m p e g 2 的质量检验、测试方面做了大量工作。m p e g - 2 的委员会草案 i s o i e c c d l 3 8 1 8 是1 9 9 3 年1 1 月产生的。按计划在1 9 9 4 年1 1 月7 日至1 1 目的新加坡 会议上，批准为国际标准i s o f l e ci s1 3 8 1 8 。此后还要对m p e g - 2 进行扩展。 5 m p e g - 4 标准 m p e g - 4 标准将支持7 个新的功能。可粗略划分为3 类：基于内容的交互性、高压缩 率和灵活多样的存取模式。 6 m p e g 7 标准 m p e g 家族的新成员叫做”多媒体内容描述接口”( 简称m p e g 一7 。它的由来是l + 2 + 4 = 7 ， 因为没有m p e g 3 、m p e g 5 、m p e g 6 ) ，它将扩展现有内容识别专用解决方案的有限的能 力，特别是它还包括了更多的数据类型。换言之，m p e g - 7 将规定一个用于描述各种不同 类型多媒体信息的描述符的标准集合。m p e g 7 还将对定义其他描述符及其结构( 描述方 案) ，和他们之间的关系的方法进行标准化。这种描述( 也就是描述符和描述方案的组合) 将与 内容本身关联起来，以便对用户感兴趣的素材进行快速高效的搜索。m p e g - 7 将标准化一 种用来定义描述方案的语言，即描述定义语言( d d l ) 。带有与之相关的m p e g - 7 数据的a v 素材，就可以被加上索引，并可进行检索。这些素材可能包括。静止图像、图形、3 d 模型、 音频、语言、视频、以及关于这些成份如何组成一个多媒体表述( 即所谓”环境”，组合信息) 的信息。在这些通用数据类型中的特殊情况可能已包括面部表情和个人特征。 第二节相关几个高清晰度视频格式标准的介绍 2 9 1 1 3 0 1 1 3 1 1 3 2 1 国际惯例r p1 6 0 1 9 9 5 规定的是模拟分量的幅度、性能及电气性能等。它定义了用于视 频传输的模拟信号以及它们在传输中的特性，同时给出了适用的电缆和连接器，为实际应用 中的视频信号定义了一个规范，以后各标准中的视频信号包括模拟的数字的都是基于本国际 惯例定义而产生的。 标准a n s i s m p t e2 4 0 m - 1 9 9 5 规定的是1 1 2 5 行高清晰度电视制作系统的信源设备有关 的模拟视频信号的基本特性，并定义了制作系统的数字和模拟方式的实现，以及扫描光栅、 视频及同步信号波形等参数的规范。它是标准a n s i s m p t e2 7 4 m - 1 9 9 5 关于1 9 2 0 1 0 8 0 图 像格式的基础。标准a n s i s m p t e2 7 4 m 1 9 9 5 是对a n s i s m p t e2 4 0 m 1 9 9 5 标准的实际应 用，它定义了1 9 2 0 1 0 8 0 扫描系统的实际扫描光栅以及工作参数和时钟等，同时在实际应用 当中也定义了a n s i s m p t e2 4 0 m 1 9 9 5 标准中未涉及到的关于辅助数据的编码及传输问 8 题。与标准a n s i s m p t e2 7 4 m 1 9 9 5 相比，标准a n s i s m p t e2 9 6 m - 1 9 9 7 的不同在于4 个 关键参数即：行数帧、抽样数行、隔行或逐行扫描、帧数秒上，2 9 6 m 标准定义的是1 2 8 0 7 2 0 扫描格式的视频。就抽样频率而言，对于1 0 8 0 行格式，每帧总行数为1 1 2 5 行，每行总抽样 数为2 2 0 0 ，在帧频为3 0 0 0 帧秒时抽样频率为7 4 2 5 m h z 。对于7 2 0 行格式，每帧总行数为 7 5 0 行，每行总抽样数为1 6 5 0 ，在帧频为6 0 0 0 帧秒时抽样频率为7 4 2 5 m h z 。 2 1r p l 6 0 1 9 9 7 建议1 2 9 】 本国际惯例定义了一个应用三个并行通道接口的物理特性，此接口用于采用模拟h d t v 信号的设备的互联中。 1 、视频信号 通过本接口的信号可以是以下两套信号中任意一种：包括e r ，e b ，信号的颜色集合 和包括邑，e e b i , j ，信号的色差集合。关于这些信号集合的定义可以参考a n s i s m p t e 2 4 0 m 或其它相关标准。图a 1 和图a 2 举例说明了波形结构、同步信号以及这两套分量的 视频信号电平。 视频信号的三个分量( e r 、e 0 、e b ) 或者( e y 、e p b 、e p r ) 应该是实时同步的。 9 - _ - 1 咀一； 臣 _l几 一_ - m 。o _ - 一 l ： ： w：!： 蘼li 匿 2 u i f 一 一卜 葛；蜀；e = i 舅雕e i - _ - - 一- ，叫二抽- h 图一- 3 t t q v e f 。r _ s t “e t 口h d1 _ 毗s 。f 鞫；趣j 鲰确瞒船柏雌蛳h w 1 0 图一一4 恤帅蛐蚶峨- - 岫糠馘w 艄i w _ 嘲峨h 舯c o o r b 怫 对图一3 ，有 r110 0110 o g1l1 lo0o o b1ol0 10l 0 颜色 白黄青绿紫 红蓝黑 2 、阻抗 应用本国际惯例定义接口的设备采用7 5 欧姆的输入输出阻抗。 3 、连接器及电缆 本惯例支持两种不同的连接器设备，首选的连接器设备是可连接一个信号多触点的电缆 并可键入负载有所有三个并行信号的连接器设备；另一个可选的连接器设备是，采用三路单 独的b n c 电缆传送三路并行信号。这里只介绍前一种设备。 连接器 由三个b n c 插头组成的连接器被封装在一个矩形外壳中，以两个插销栓和插座锁住。 为极化和增强可以用到附加的接线柱。 本惯例为包含三个b n c 插头的插头和插座连接器的交换定义了尺寸和公差。 一 一_。-。l 一一知。菲 互相连接独立插座可以用r 、g 、 同轴编码 绿色或者是字母g 蓝色或者是字母b 红色或者是字母r b 来标记，标记方式如电缆编码所示 所传送的信号 e o 或e y e b 或e p b e r 或e p r 电缆 推荐使用的电缆包括三个独立的、绝缘的、编码了的同轴电缆，它们被封装在一个非金 属盒里。 2 2s m p t e2 4 0 m - 1 9 9 5 标准p q 该标准在第一个h d t v 制作标准( s i v l p t e2 4 0 m - 1 9 8 8 ) 发行7 年后发布，规定了与1 1 2 5 行高清晰度电视制作系统的信源设备有关的模拟视频信号的基本特性。$ m p t e2 4 0 m 一1 9 9 5 所描述的系统工作于6 0 和5 9 9 4 h z 的场频。在s m p t e2 6 0 m 中给出了在本标准中所描述的 信号的数字表达。两者中，这两个文件都规定了1 1 2 5 行h d t v 制作系统的数字和模拟方式 的实现。 该h d t v 制作标准基本要点如下： 扫描 1 1 2 5 每帧总行数 1 0 3 5 每帧总有效行数 - 1 6 ：9 宽高比 2 ：1 隔行扫描结构 有效水平图像周期持续时间= 2 9 6 3 胛 水平消隐期持续时间= 3 7 7 , u s 6 0 h z 场速率 带宽和分解力 亮度= 3 0 m h z 两个色差信号= 1 5 m h z 水平亮度分解力= 7 8 6t v l p h 垂直亮度分解力= 7 5 0 t v l p h w g h d e p 后来修改了水平消隐期以适应改进的同步波形。最终的决定包括5 个因素之 间高度复杂的关系： 宽高比 数字编码和取样频率 保留与现有5 ：3 宽高比软件的几何兼容性 当时摄像与监视扫描电路的实际限制 新同步波形的性能 同步波形 s m p t e a t s c a n s i 认同的标准同步波形是一个3 电平双极性的波形，并具有大幅度的 水平定时边沿占到视频信号动态范围的中部。为便于设置一个精密和最小抖动的同步分离系 统，将定时边沿的中点规定在视频消隐电平的中部。 。k 。毒。毒一。 盘器= ：箸1 l l n “一精 嚣嚣黧嚣 图一- 5 水平行上的事件定时 - ：般 图一6 场消隐期间的细节 图一7 行消隐期间的细节 1 3 一 一 囤一8 同步信号脉冲的细节 2 3s m p t e2 7 4 m - 1 9 9 5 标准p 1 、s m p t e2 7 4 m 的系统参数列于下表中 表一1 扫描系统 系统描述样本有效帧频率扫描格抽样频率样本每帧 有效行数 y - t ,( m h z )全部总行 行帧行数 11 9 2 0 * 1 0 8 0 6 0 1 ：l1 9 2 01 0 8 06 0 逐行 1 4 8 52 2 0 01 1 2 5 21 9 2 0 1 0 8 0 5 9 9 4 l ：11 9 2 01 0 8 06 0 1 0 0 1 逐行 1 4 8 5 1 0 0 12 2 0 01 1 2 5 31 9 2 0 1 0 8 0 6 0 2 ：11 9 2 01 0 8 03 0 2 ：1 隔行 7 4 。2 52 2 0 01 1 2 5 41 9 2 0 + 1 0 8 0 5 9 9 4 2 ：l 1 9 2 01 0 8 03 0 1 0 0 1 2 ：1 隔行 7 4 2 5 1 o o l2 2 0 01 1 2 5 根据本标准，规范如下 执行表一一1 所示哪一种的扫描系统 用的是模拟r 7 g 7 8 7 或】，7 爿* n 或数g z r7 g 7 8 7 、y q c ；或】，7 g l r 4 接口 本系统应用在系统比色法中还是在中间过程 数字描述用的是8 比特还是1 0 比特 本标准的数字编码字表示为l o 比特的十进制值，8 比特系统四舍五入或者将数据截短成符 合规定的8 b i t 。 本标准中的扫描是基于表一一1 所示的抽样频率作为参考时钟的，频率的偏差保持在 土1 0 p p m 。每帧须包含规定的每帧总线数，每一行占用相同的时间宽度( 由扫描频率决定) ， 每一整行有相同的样点数( s t l ) 。每一行都是从左扫描到右，帧中的行都是从上扫描到下。 行数表示为基于时间序列上的数值。每行的时间开始于0 。，每行可以划分等量的为许多 个参考时钟数。两个相邻样本之间的时间间隔是参考时钟周期t 。逐行扫描系统传送1 0 8 0 个有效图像行，扫描方式自顶向下。隔行扫描系统对帧图像扫描两个场，分别是顶场和底场， 底场在顶场之后出现，场的每个扫描行占用的间距是帧上每行间距的两倍。场之间像个个 场周期而交替出现。顶场传送5 4 0 个有效图像行，开始于帧图像的第一行；低场f 霹样传送 5 4 0 个有效图象行并结柬与帧图像的最后一行。 2 、扫描结构 在本标准中，一个逐行扫描系统，帧上行的分配如下： 场消隐包括从第1 行到4 l 行( 包括从第1 行到第6 行的场同步信号脉冲) 。以及第1 1 2 2 行至01 1 2 5 行。 图像计1 0 8 0 行，从第4 2 行到1 1 2 1 行。 在本标准中，一个隔行扫描系统，顶场须包含5 6 2 行分别为： 场消隐包括从第1 行到2 0 行( 包括从第1 行到第6 行的场同步信号脉冲) ，以及第5 6 1 行到5 6 2 行。 图像计5 4 0 行，从第2 1 行到5 6 3 行。 底场须包含5 6 3 行分别为： 。场消隐包括从第5 6 3 行到5 8 3 行( 包括从第5 6 3 行到第5 6 8 行的场同步信号脉冲) ，以及 1 4 第1 1 2 4 和1 1 2 5 行。 图像计5 4 0 行，从第5 8 4 行到1 1 2 3 行。 在逐行扫描系统中，辅助数据可以在行7 到行4 1 中传送，隔行扫描系统中，辅助数据 可以在行7 到行2 9 以及行5 6 9 到5 8 3 上传送。辅助数据不可以在图像信息期间传送，它们 的编码与图象信息相似。辅助信号的描述不在本标准介绍的范围之内。 在有效图像区域之外，r7 g 7 8 7 或者y 7 ，c ：，爿，c ：，爿分量需用消隐电平。 这里定义了一个1 0 8 0 行，每行1 9 2 0 抽样的区域，在参考时钟1 9 2 基准处的水平宽度是 其前导过渡区的一半，第2 1 1 1 个时钟处水平宽度是拖尾过渡区的一半，并定义了一个图象 信息的最大范围。 整洁窗口定义了一个1 8 8 8 样点，1 0 6 2 行的区域，对称的位于制造孔径中。干挣的孔径 区域通过消隐和图像处理没有瞬时效应。 图像宽高比是为1 6 ：9 ，样本宽高比是l ：1 ( 正方形象素) ，图像中心位于c l e a n a p e r t u r e ( a n d o f p r o d u c t i o na p e r t u r e ) 的中心，逐行扫描中位于样本1 1 5 1 和1 1 5 2 ，行5 8 1 和5 8 2 之间，隔 行扫描中则是在行2 9 1 和8 5 3 之间。图像宽度的每一个边界，定义为幅度的一半处，宽度为 重建帧上的6 个参考时钟间隔。 3 、数字定时参考序列( s a v , e a v ) s a y ( s t a r to f a c t i v ev i d e o ，有效视频开始) 和e a v ( a n do f a c t i v ev i d e o , 有效视频结束) 定时参 考信号定义了数字接口上的同步，一个s a v 和e a v 序列必须包括四个连续的码字：一个全 i 的码字、一个全0 的码字，另一个全0 的码字和一个包含f ( 场，帧) 、v ( 垂直) 、h ( 水平) 、 p 3 ，p 2 ，p 1 ，p 0 ( 奇偶) 位的码字。一个s a v 序列可以通过h = 0 识别，e a v 则通过h = 0 识别。 每个扫描行须包括四个样本宽度的e a v 序列，开始于在o h 前8 8 个时钟周期，四个样 本宽的s a v 序列开始于0 l 后的第1 8 8 个时钟周期。第一行的e a v 被认为是数字帧的开始。 在逐行扫描系统中： 所有行的e a v 和s a v 必须有f - - 0 ； 注：在未来的逐行扫描系统中，如果有两个不同类型的帧( 如行数不同) ，那么帧的差别将 由f 的值来指示。 第1 行到第4 1 行以及第1 1 2 2 行到1 1 2 5 行的e a v 和s a v 必须有v = i ： 行4 2 到行1 1 2 1 的e a v 和s a v 有v 卸： 在隔行扫描系统中 第行的e a v 被认为是第一个数字场的开始，行5 6 3 的e a v 序列被认为是第二个数字场 的开始。 行1 到行5 6 2 的e a v 和s a v 有f = o ；行5 6 3 到行1 1 2 5 的e a v 和s a v 有f = 1 ； 行1 到行2 0 ，行5 6 1 到行5 8 3 以及行1 1 2 4 和1 1 2 5 上的e a v 和s a v 有v = 1 ： 行2 1 到行5 6 0 以及行5 8 4 到1 1 2 3 上的e a v 和s a v 有v = 0 ； 1 5 皿二址姓 9 6 0 c b d r , 5 1 2 o 目，d ， 6 一旺 一甚 一l = l 一 2 4s m p t e2 9 6 m 一1 9 9 7 标准1 3 2 1 本标准与a n s i s l v i p t e2 7 4 m - 1 9 9 5 的不同之处仅在于因扫描格式的不同而对参数的要 求有所不同，其扫描格式如下： t m a l e1 8 t a n n i n 9s y m m w 轴n i c t j v er 咖e n c e $ m i e t o 抽i s y $ 蛔1 1 1。露“需掣 f r a m e d o c kp e rt o t a l i n e t 憎恬 8 黜静 t k )i i n e f r n o r t , e n c l a t u 怕 ( s i a l )【 u f )i h z )m h 2 ( s t l ) f 11 2 8 0 7 2 0 6 0 1 ：1 2 8 07 2 0 0 0 p f o q r e u l v e7 4 2 51 6 5 07 5 0 21 2 8 0 x7 2 0 5 9 9 4 1 1 ：t 1 2 8 07 2 0 e o ，1 0 0 1 p r o g r e s s i v e 7 4 2 5 ，1 。11 8