有线数字电视全面讲解第一集(非常详细)

1、有线数字电视技术及系统有线数字电视技术及系统1.什么是数字电视什么是数字电视 数字电视是一个系统。它指一个从节目摄数字电视是一个系统。它指一个从节目摄 制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号 接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视 系统。系统。一一 数字电视基本概念数字电视基本概念 广电提出的数字电视的概念是：所谓数字电视指基于数字广电提出的数字电视的概念是：所谓数字电视指基于数字技术平台，从节目拍摄、编辑、发射、传输到接收、显示的全技术平台，从节目拍摄、编辑、发射、传输到接收、显示的全程数字化电视系统。程数字

2、化电视系统。 根据传送方式不同，可分为根据传送方式不同，可分为 卫星数字电视、卫星数字电视、 有线数字电视、有线数字电视、 地面移动数字电视。地面移动数字电视。 也可以通俗地说，数字电视是模拟电视的升级改造，能提供也可以通俗地说，数字电视是模拟电视的升级改造，能提供高清图像质量和丰富的频道数量。高清图像质量和丰富的频道数量。 2.数字电视实现的意义数字电视实现的意义 数字电视系统将成为一个数字信号传输平台：数字电视系统将成为一个数字信号传输平台： 整个广播电视节目制作和传输质量显著改善、整个广播电视节目制作和传输质量显著改善、 信道资源利用率大大提高、信道资源利用率大大提高、 提供其他增值业务

3、：数据广播，视频点播，电子提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物，商务，软件下载，电视购物， 为为“三网融合三网融合”提供了技术上的可能性。提供了技术上的可能性。 因而，无论是网络电视因而，无论是网络电视(IPTV)，还是，还是所谓的数字电视所谓的数字电视(DTV)，其内涵都不能单，其内涵都不能单纯从字面上理解，实践上都不仅仅局限于视纯从字面上理解，实践上都不仅仅局限于视频类业务，其发展历程会沿着单个业务频类业务，其发展历程会沿着单个业务(Single Play)，双重业务捆绑，双重业务捆绑(Double Play)到三重业务捆绑到三重业务捆绑(Triple Pla

4、y)，其，其实质和走向则都是多重业务捆绑实质和走向则都是多重业务捆绑(Multiple Play)，实现广义的全业务经营。，实现广义的全业务经营。 通过网络双向化改造，从技术上就可以通过网络双向化改造，从技术上就可以提供提供“Triple Play”业务，这才是发展数业务，这才是发展数字电视的真正的、长远驱动力。字电视的真正的、长远驱动力。 3. 数字电视分类数字电视分类 HDTV：图像分辨率：图像分辨率19201080（16：9） SDTV：图像分辨率：图像分辨率720756（PAL） 720480（NTSC） LDTV：VCD级图像分辨率级图像分辨率 4. 数字电视的优点数字电视的优点 数

5、字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点：优点： (l) 信号噪声比和连续处理的次数无关。信号噪声比和连续处理的次数无关。 电视信号经过数字化后，用若干位二进制的电视信号经过数字化后，用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入噪声后，其噪声功率只要不超过某一额过程中引入噪声后，其噪声功率只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉。定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉。即使某一噪声电平超过额定值，造成误码，也可以即使某一噪声电平超过额定值，造成误码，也可

6、以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信噪比。数字信号传输过程中，不会降低信噪比。 模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的噪声，为了保证最终输出有足够的信噪比，就必的噪声，为了保证最终输出有足够的信噪比，就必须对各种处理设备提出较高信噪比的要求。模拟信须对各种处理设备提出较高信噪比的要求。模拟信号要求号要求 S/N40dB，而数字信号只要求，而数字信号只要求S/N20dB。 模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，

7、基本上不产生新的噪声，也即信号在传输过程中，基本上不产生新的噪声，也即信噪比基本不变。信噪比基本不变。 (2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。 (3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有有“0”、“l”两个电平，两个电平，“l”电平的幅度大小只要电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是满足处理电路中可能识别出是“l”电平即可，大一电平即可，大一点、小一点无关紧要。点、小一点无关紧要。 (4)易于实现信号的存储，而且存储时间与信

8、易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导半导体存储器体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理理,获得各种新的电视图像特技效果。获得各种新的电视图像特技效果。 (5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。现设备的自动控制和调整。 (6)数字技术可实现时分多路，充分利

9、用信道容量，利用数字电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视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播(Teletext) (7)压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在 设计的服务区内设计的服务区内(地面广播地面广播)，观众将以极大的概率实现，观众将以极大的概率实现“无差错无差错接接 收收”(发发“0”收收“0”，发，发“ l”收收“l”)，收看到的电视图像及声音，收看到的电视图像及声音质量质量 非常接近演播室质量。非常接近演播室质量。 (8)可以合理地利用各种类型的频谱

10、资源。可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视的的“禁用频道禁用频道”，而且在今后能够采用，而且在今后能够采用“单频单频率网络率网络”(single frequency network)技技术，例如术，例如 1套电视节目仅占用同套电视节目仅占用同 1个数字电视个数字电视频道而覆盖全国。频道而覆盖全国。 此外，现有的此外，现有的 6MHz模拟电视频道，可模拟电视频道，可用于传输用于传输 1套数字高清晰度电视节目或者套数字高清晰度电视节目或者 4-6套质量较高的数字常规电视节目，或者套质量较高的数字常规电视节目，或者 16-

11、24套与家用套与家用 VHS录像机质量相当的数字电视录像机质量相当的数字电视节目。节目。 (9)在同步转移模式在同步转移模式(STM)的通信网络中，可实现多的通信网络中，可实现多种业务的种业务的“动态动态 组合组合”(dynamic combination)。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较 少，少，便可插入其它业务便可插入其它业务(如电视节目指南、传真、电子游戏如电视节目指南、传真、电子游戏软件等软件等)， 而不必插入大量没有意义的而不必插入大量

12、没有意义的“填充比特填充比特”。 (10)很容易实现加密很容易实现加密/解密和加扰解密和加扰/解扰技术，便解扰技术，便于专业应用于专业应用(包括军用包括军用)以及广播应用以及广播应用(特别是开展各类特别是开展各类收费业务收费业务)。 (11)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便具有可扩展性、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于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的的网络中传输，也便于与计算机网络联通。网络中传输，也便于与计算机网络联通。 (12)可以与计算机可以与计算机“融合融合”而构成一类多媒体而构成一类多媒体计算机系统，成为未来计算机系统，成为未来“国家信国家信

13、 息基础设息基础设 施施”(NII)的重要组成部分。的重要组成部分。 二二.数字电视系统组成及关键技术数字电视系统组成及关键技术 1、系统组成、系统组成 从横向看：（硬件系统）从横向看：（硬件系统） 节目制作节目制作 数字信号处理数字信号处理 传输传输 接收接收 显示显示 从纵向看：（软件系统）从纵向看：（软件系统） 物理层传输协议物理层传输协议 中间件标准中间件标准 信息表示信息表示 信息使信息使 用用 内容保护内容保护 节目制作设备：节目制作设备：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑机、数字字幕机、非线性编辑系统机、数字字幕机、非线性编辑

14、系统o数字处理设备及技术：数字处理设备及技术：压缩编压缩编/解码设备及技术、数据加解码设备及技术、数据加/解扰设解扰设备及技术、加备及技术、加/解密设备及技术、复用解密设备及技术、复用/再复用设备及技术再复用设备及技术o信号传输：信号传输：地面、有线、卫星地面、有线、卫星o接收设备：接收设备：数字电视接收机（卫星、有线、地面）数字电视接收机（卫星、有线、地面）o显示：显示：CRT、LCD、PDP、投影显示等、投影显示等 2.关键技术关键技术1)信源编码技术信源编码技术 视频压缩编码视频压缩编码 MPEG-2 音频压缩编码音频压缩编码 MPEG-2 （欧洲、日本）（欧洲、日本） AC-3 (美国

15、美国) 我国标准：我国标准： GB/T17975.2 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第第2部分：视频部分：视频” GB/T17975.3 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第部分：音频第部分：音频”2) 传输复用技术传输复用技术 数据打包：数据打包：N个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组 传输流复用：将传输流复用：将N个打包的数据复合成单路串行传输流个打包的数据复合成单路串行传输流 标准：国际标准：国际 MPEG-2 我

16、国我国 GB/T17975.1 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号通用编码运动图像及其伴音信号通用编码 第第1部分：系统部分：系统” 传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，从而输，从而 使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。3)信道编码和调制信道编码和调制 经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有 线、卫星）中传输，必须经过某种处理，使之变成适合在线、卫星）中传输，必须经过某种处理，

17、使之变成适合在 规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为 信道编码和调制。信道编码和调制。 信道编码包括：纠错编码、交织、均衡等。信道编码包括：纠错编码、交织、均衡等。 调制包括：调制包括：QAM、QPSK、COFDM等。等。 信道编码和调制目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力信道编码和调制目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力 标准：标准：GY/T1702001 “有线数字电视广播系统信道编码与调制规范有线数字电视广播系统信道编码与调制规范” 4) 有条件接收（有条件接收（CA）oCA只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的

18、用只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用 户不能使用这一业务。户不能使用这一业务。oCA涉及技术：前端的加密和加扰技术涉及技术：前端的加密和加扰技术 接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术o标准：标准：GY/Z175-2001 “数字电视广播条件接收系统规范数字电视广播条件接收系统规范”5) 软件平台软件平台中间件中间件o机顶盒中硬件功能：接收机顶盒中硬件功能：接收RF信号、信道解码、解调。信号、信道解码、解调。 MPEG-2码流解码，模拟视码流解码，模拟视/音频输音频输 出。出。o机顶盒中软件功能：电视节目内容显示、机顶盒中软件功能：电视节目内容显

19、示、EPG节目信节目信 息、操作界面的实现等。息、操作界面的实现等。o中间件：是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬中间件：是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬 件实现的技术细节隔离开来的软件环境，支持件实现的技术细节隔离开来的软件环境，支持 跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用 不依赖于特定的硬件平台和操作系统。不依赖于特定的硬件平台和操作系统。o中间件构成：中间件构成：Java虚拟机、虚拟机、Java Script 虚拟机、虚拟机、HTML 虚拟机等。虚拟机等。 三三.数字电视标准数字电视标准1.国际：三大标准国际：三大标准 DVB-S 欧

20、洲：欧洲：DVB （数字视频广播）（数字视频广播） DVB-T DVB-C 美国：美国：ATSC （高级电视制式）（高级电视制式） 日本：日本：ISDB （综合业务数字广播）（综合业务数字广播）2.中国：数字电视演播室参数标准中国：数字电视演播室参数标准 数字电视广播标准数字电视广播标准 GY/T170-2001 有线数字电视广播信道编码与调制规范有线数字电视广播信道编码与调制规范 GY/T106-1999 有线电视广播系统技术规范有线电视广播系统技术规范 GY/Z174-2001 数字电视广播业务信息规范数字电视广播业务信息规范 GY/Z175-2001 数字电视广播条件接收系统规范数字电视

21、广播条件接收系统规范 GY/T148-2000 卫星数字电视接收机技术要求卫星数字电视接收机技术要求 GY/T158-2000 演播室数字音频信号接口演播室数字音频信号接口 GY/T160-2000 数字分量演播室接口中的附属数据信号格式数字分量演播室接口中的附属数据信号格式 GY/T161-2000 数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范规范 GY/T163-2000 数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输格式数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输格式 GY/T164-2000 演播室串行数字光纤传输系统演播室串行数字光纤传输

22、系统 GY/T167-2000 数字分量演播室的同步基准信号数字分量演播室的同步基准信号 GY/T180-2001 HFC网络上行传输物理通道技术规范网络上行传输物理通道技术规范 GB/T16694-1996 智能卡接口规范智能卡接口规范 GB/T17975.1-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通运动图像及其伴音信号的通用编码第用编码第1部分系统部分系统 GB/T17975.2-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通运动图像及其伴音信号的通用编码第用编码第2部分视频部分视频 GB/T17975.3-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通运动图像及其

23、伴音信号的通用编码第用编码第3部分音频部分音频 GB/T17881-1999 广播电视光缆干线同步数字体系广播电视光缆干线同步数字体系(SDH)传输接口技术规范传输接口技术规范 GB/T17953-2000 4：2：2数字分量图像信号接口数字分量图像信号接口 ISO7816 智能卡接口规范智能卡接口规范符合符合2003年年4月月1日国家广电总局科技司发行的日国家广电总局科技司发行的 有线数字电视暂行技术要求文件汇编有线数字电视暂行技术要求文件汇编用户管理系统监管平台数据交换接口要求用户管理系统监管平台数据交换接口要求(暂行暂行)运动图像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南运动图

24、像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南 (暂行暂行)有线数字电视条件接收系统应用指南有线数字电视条件接收系统应用指南 (暂行暂行)有线数字电视广播业务信息应用指南有线数字电视广播业务信息应用指南 (暂行暂行)有线数字电视电子节目指南指导性意见有线数字电视电子节目指南指导性意见(暂行暂行)有线数字电视中间件指导性意见有线数字电视中间件指导性意见(暂行暂行)有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见(暂行暂行)节目订购单和用户结账单格式基本要求节目订购单和用户结账单格式基本要求(暂行暂行)有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方

25、法有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方法 (暂行暂行)有线数字电视广播用户管理系统入网技术要求和评测方法有线数字电视广播用户管理系统入网技术要求和评测方法 (暂行暂行) EN 300 429 DVB系统中的帧结构、信道编码和调制系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C) EN 300 428 DVB系统中服务信息系统中服务信息(SI)规范规范(DVB-SI) ETR 211 DVB服务信息服务信息(SI)的使用和执行指南的使用和执行指南(DVB-SI) EN 300 472 DVB的比特流中传送图文信息和规范的比特流中传送图文信息和规范(DVB-TXT) EN 301 192 数

26、据广播的数据广播的DVB规范规范(DVB-DATA) EN 50083-9 CATV/SMATV前端和前端和DVB/MPEG-2传输流同类专业设备和接传输流同类专业设备和接口口(DVB-PI) EN 50221 关于条件接收和其它关于条件接收和其它DVB解码器运营的通用接解码器运营的通用接口规范口规范(DVB-CI) TS 102 201 DVB IRD的接口技术规范的接口技术规范(DBVB-IRD) TS 101 197 DVB系统中同时加密系统中同时加密(simulcrypt)的技术规的技术规范范(DVB-SIM) TS 103 197.V1.1.1 同密接口同密接口 ETR 289 通用

27、加扰系统描述通用加扰系统描述(DVB-CS) ETR 154 MPEG-2系统、视频和音频在卫星、有线和地面系统、视频和音频在卫星、有线和地面广播应用中的实现指南广播应用中的实现指南(DVB-MPEG) ETS 300 743 DVB字幕系统字幕系统(DVB-SUB) ETS 300 802 DVB交互服务独立网络协议交互服务独立网络协议(DVB-NIP) ETS/EN300 429 DVB系统中的帧结构、信道编码和调制系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C)四四.有线数字电视技术基础有线数字电视技术基础 1.有线数字电视信号传输等级及传输系统模式有线数字电视信号传输等级及传输系统模式 1

28、）传输等级）传输等级 LDTV，SDTV，HDTV 2)传输系统模式传输系统模式 电缆传输电缆传输PCM方式方式 光纤传输光纤传输SDH方式方式 光纤光纤-同轴混合传输同轴混合传输HFC数字调制方式数字调制方式 2有线数字电视的主流标准与方式有线数字电视的主流标准与方式 1) 标准：标准：DVB-C ATSC-16VSB，ATSC-64QAM ISDB-C 2)四种方式：四种方式： DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C传送方式传送方式 64QAM 64QAM 16VSB 64QAM频带宽度频带宽度 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz传输速率传输速率 31.6

29、4Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s接收滚降接收滚降 15% 15% 11.5% 18%纠错率纠错率 RS(204,188) RS(128,122) RS(207,187) RS(204,188)压缩方式压缩方式 MPEG-23数字电视信号的产生数字电视信号的产生 直接产生：字幕机，数字摄像机等直接产生：字幕机，数字摄像机等 转换产生：转换产生： 电影胶片电影胶片电视电影机电视电影机 模拟模拟-数字（数字（A/D转换）转换）信号数字化信号数字化1) 1) 信号数字化过程信号数字化过程 取样：取样频率，取样：取样频率，Nyquist定理：取样频率定理：取样频率信

30、号最高频率的两倍信号最高频率的两倍 将时间上连续信号变换成时间上离散的信号将时间上连续信号变换成时间上离散的信号 量化：将数量上连续的离散信号样值进行离散化处理，使之变成数量量化：将数量上连续的离散信号样值进行离散化处理，使之变成数量 上不连续的离散信号上不连续的离散信号 离散化的量化级：离散化的量化级：8bit、10bit量化量化 量化噪声量化噪声 编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用n比特比特 二进制码（通常用二进制码（通常用8bit）来表示已经量化了的取样值，称为编码。）来表示已经量化了的取样值，称为编码。 每个二进

31、制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列起来，每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列起来， 就得到基带数字信息流。就得到基带数字信息流。 传输速率：传输速率传输速率：传输速率=取样频率取样频率fs量化比特数量化比特数2）音频信号的数字化）音频信号的数字化 取样频率：取样频率：40KHz。 常用常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。 量化比特数：量化比特数：8bit，12bit，16bit。 声道：单声道，双声道（立体声）声道：单声道，双声道（立体声） 取样频率取样频率量化比特数量化比特数声道数声道数 数字音存储量：数字音存储量： （字节）（字节） 8b

32、it例：例：CD标准取样频率标准取样频率44.1KHz，量化比特数，量化比特数16bit，立体声，存储，立体声，存储 一分钟数字音乐的容量为一分钟数字音乐的容量为10,584,000字节或字节或84,672,000比特。比特。3）视频信号的数字化）视频信号的数字化 编码方式：编码方式： 复合编码复合编码将彩色全电视信息直接将彩色全电视信息直接 编成编成PCM码码 分量编码分量编码将亮度信号将亮度信号Y， 色差信号色差信号R- Y和和B-Y 分别编码成分别编码成PCM码码 二者比较：二者比较： “复合编码复合编码”与电视制式有关与电视制式有关 “分量编码分量编码”与电视制式无关与电视制式无关 在

33、节目后期制作中：在节目后期制作中： “复合复合”需解码需解码 “分量分量”无需解码无需解码 传输时：传输时：“复合复合”由于频分复用，产生亮，色串扰由于频分复用，产生亮，色串扰 “分量分量”采用时分复用，无亮，色串扰采用时分复用，无亮，色串扰 分量编码取样频率分量编码取样频率 亮度信号取样频率需满足如下要求：亮度信号取样频率需满足如下要求： 足够小的混叠噪声足够小的混叠噪声 fs=（2.22.7）fm fm =5.8-6 MHz fs12.7613.2 MHz 满足行锁相采样满足行锁相采样 fs=mfH, m为整数为整数 使使525/652行兼容（行兼容（525行行/60场场 625行行/50

34、场）场） 需要采用同一取样频率，在需要采用同一取样频率，在13.2MHz附近，只有附近，只有 13.5MHz=15625Hz864 (625/50) =15734.264 Hz858 (525/60) 亮度信号取样频率取为亮度信号取样频率取为13.5MHz 色差信号取样频率：色差信号取样频率： 需要满足与亮度信号同样的三个要求需要满足与亮度信号同样的三个要求 取为取为f fS S=6.75MHz=6.75MHz 分量编码取样频率的组合，适应不同图像质量要求分量编码取样频率的组合，适应不同图像质量要求 Y Y：(B-Y)(B-Y)：（：（R-YR-Y）：）：=13.5MHz=13.5MHz： 1

35、3.5MHz13.5MHz：13.5MHz13.5MHz = =4 4：4 4：4 4 Y Y：(B-Y)(B-Y)：（：（R-YR-Y）：）：=13.5MHz=13.5MHz：6.75MHz6.75MHz：6.75MHz6.75MHz = =4 4：2 2：2 2 （ 演播室图像质量标准）演播室图像质量标准） Y Y：(B-Y)(B-Y)：（：（R-YR-Y）：）：=13.5MHz=13.5MHz：3.375MHz3.375MHz：3.375MHz3.375MHz = =4 4：1 1：1 1（4 4：2 2：0 0） 4 4：4 4：4 4，4 4：2 2：2 2和和4 4：2 2：0 0

36、三种是可以相互兼容，相互转换的三种是可以相互兼容，相互转换的 由高档由高档 转为低档，样点数减少，称为数字信号的抽去；反之称为数字信号的内插。转为低档，样点数减少，称为数字信号的抽去；反之称为数字信号的内插。 4：4：4 4：2：2 4：2：0 视频取样示例4 ： 2 ： 24 ：2 ：04 ： 4 ： 4 像素：在理想情况下可用“1份亮度+2份彩色差的样品”来描述： 表示1份亮度样品(Y) 重合的亮度、色度样品 表示2个色度样品(R-Y ，B-Y) 4为13.5MHz、2为6.75MHz 和1为3.75MHz的取样频率 取样结构（以取样结构（以4：2：2为例）为例） 4：2：2编码对编码对Y

37、，B-Y和和R-Y的取样结构为正交的取样结构为正交结构，即按行结构，即按行/场场/帧重复，每行中的帧重复，每行中的R-Y和和B-Y取样与奇次（取样与奇次（1，3，5，)Y的取样同位置的取样同位置,即即取样结构是固定的取样结构是固定的,取样点在电视屏幕上的相对位取样点在电视屏幕上的相对位置不变。置不变。4）量化比特数和量化级）量化比特数和量化级 量化比特：量化比特： Y，B-Y，R-Y都采用都采用 8bit 均匀量化均匀量化 未经未经较正的信号采用较正的信号采用10bit均匀量化均匀量化 量化级：量化级： 亮度信号亮度信号 8bit ，256个量化级，个量化级，0-255 为防止过载为防止过载

38、上端留上端留20级级 下端留下端留16级级 量化级量化级 16 表示黑电平表示黑电平 量化级量化级235表示白电平表示白电平 5）ITU-R601建议编码主要参数（建议编码主要参数（4：4：4格式）格式） 参参 数数 625行行50场场/s制式制式 525行行60场场/s制式制式 1，编码信号，编码信号 经过经过校正的信号校正的信号EY，ER-EY，EB-EY或或ER，EG，EB 2，各信号的全行样点数，各信号的全行样点数 864 858 3，取样结构，取样结构 正交，按场，行，帧重复，并与此正交，按场，行，帧重复，并与此4：2：2标准的亮度样点重合标准的亮度样点重合 4，每种信号的取样频率，

39、每种信号的取样频率 13.5MHz 5，编码方式，编码方式 每样值至少每样值至少8比特均匀量化比特均匀量化PCM 6，用样点表示的数字，用样点表示的数字 有效行长度有效行长度 至少至少 720 7，视频信号电平每样值，视频信号电平每样值 共共220量化级，黑电平对应于第量化级，黑电平对应于第16量化级；量化级； 8比特的最高有效位比特的最高有效位 峰值白电平相应于第峰值白电平相应于第235量化级量化级 （MSB）量化级之间的）量化级之间的 在量化等级中部共分在量化等级中部共分224级，零电平对应级，零电平对应128级级 对应值（范围：对应值（范围：0255） CCIR 601号建议号建议 为了

40、便于国际间的节目交换，为消除数字设备之间的制式差别为了便于国际间的节目交换，为消除数字设备之间的制式差别, 和为和为 625行电视系统与行电视系统与 525行电视系统之间兼容，在行电视系统之间兼容，在 1982年年 2月国月国 际无线电咨询委员会际无线电咨询委员会(CCIR)第第 15次全会上，通过了次全会上，通过了 601号建议，确号建议，确 定以分量编码为基础定以分量编码为基础, 即以亮度分量即以亮度分量Y、和两个色差分量、和两个色差分量R-Y、B-Y为为 基础进行编码基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准。作为电视演播室数字编码的国际标准。 该标准规定该标准规定: (1).不管是

41、不管是PAL制，还是制，还是NTSC制电视制电视,Y、R-Y、B-Y三分量的抽样三分量的抽样 频率分别为频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。 (2). 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室为抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室为 10bit, 用于传输为用于传输为8bit。 (3). Y、R-Y、B-Y三分量样点之间比例为三分量样点之间比例为4:2: 2。 在在 1983年年 9月召开的国际无线电咨询委员会月召开的国际无线电咨询委员会(CCIR)中中期会议上，又作了三点补充：期会议上，又作了三点补充： (l)明确规定编码信号是经过明确规定编码信

42、号是经过预校正的预校正的 Y、(R-Y)、B-Y)信号；信号； (2)相应于量化级相应于量化级 0和和 255的码字专用于同步，的码字专用于同步， l到到254的的量化级用于视频信号量化级用于视频信号; (3)进一步明确了模拟与数字行的对应关系，并规定从数字进一步明确了模拟与数字行的对应关系，并规定从数字有效行末尾至基准时间样点的间隔，对有效行末尾至基准时间样点的间隔，对 525行、行、 60场场/秒制式秒制式来说为来说为 1 6个样点，对个样点，对 625行、行、 50场场/秒制式则为秒制式则为 12个样点。个样点。不论不论 625行行/50场或场或 525行行/60场，其数字有效行的亮度样

43、点场，其数字有效行的亮度样点数都是数都是 720，色差信号的样点数均是，色差信号的样点数均是 360，这是为了便于制式，这是为了便于制式转换。若亮度样点数被转换。若亮度样点数被 2除，就得到色差信号的数据。除，就得到色差信号的数据。 ITU-R601 ITU-R601建议演播室分量编码主要参数建议演播室分量编码主要参数(4(42 22 2格式格式) ) 参参 数数 625行行50场场/s制式制式 525行行60场场/s制式制式1、编码信号、编码信号 Y、R-Y、B-Y2、全行样点数、全行样点数 亮度信号亮度信号(Y) 864 858 每个色差信号每个色差信号(R-Y、B-Y) 432 429

44、3、取样结构、取样结构 正交，场、行、帧重复，正交，场、行、帧重复，R-YR-Y和和B-YB-Y的样点同位，并和每行第奇数个的样点同位，并和每行第奇数个(1(1，3 3，5 5.) Y) Y样点同位样点同位4、取样频率、取样频率 亮度信号亮度信号 13.5MHz13.5MHz 每个色差信号每个色差信号 6.75MHz6.75MHz5、编码方式、编码方式线性线性PCM、8比特量化比特量化/每个取样值每个取样值6、每数字有效行数样点数每数字有效行数样点数 亮度信号亮度信号 720720 每个色差信号每个色差信号 3603607、视频信号电平与量化级间的对应值视频信号电平与量化级间的对应值 亮度信号

45、亮度信号 每个色差信号每个色差信号 共共2222个量化级，黑电平对应量化级个量化级，黑电平对应量化级1616；峰值白电平对应量化级；峰值白电平对应量化级235235 在量化等级中间部，共分在量化等级中间部，共分224224级，零电平对应于级，零电平对应于128128级级 数字电视信号的码率1）标准清晰度数字电视（）标准清晰度数字电视（SDTV）：）： 在在ITU-R601标准中，采用标准中，采用10bit量化时，量化时， 亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数 = 13.5MHz X 10bit = 135Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为

46、2 X 6.75MHz X 10bit = 135Mbps SDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率 + 2个色差信号码率个色差信号码率 = 135Mbps + 135Mbps = 270Mbps 2）高清晰度电视（）高清晰度电视（HDTV）：）： 在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用10bit量化时，量化时， 亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数 = 74.25MHz X 10bit = 742.5Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 37.125MHz X 10bit = 742.5Mbps

47、 HDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率 + 2个色差信号码率个色差信号码率 = 742.5Mbps + 742.5Mbps = 1485Mbps数字电视信号的有效码率数字电视信号的有效码率 有效码率（视频有效码率）：有效码率（视频有效码率）： 1）标准清晰度数字电视信号的有效码率）标准清晰度数字电视信号的有效码率 是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的垂直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的60%-80%。 在在ITU-R6

48、01标准中，标准中，8bit量化时，量化时， NTSC（480/60i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为： 每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 = 720 X 480 X 8 X 30 = 82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为： 2 X 360 X 480 X 8 X30 = 82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为： 亮度信号有效码率亮度信号有效码率 + 2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 = 82.944 Mbps + 82.944 Mbps = 165.888 M

49、bps（480/60i） PAL（576/50i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为： 每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 = 720 X 576 X 8 X 25 = 82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为： 2 X 360 X 576 X 8 X25 = 82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为： 亮度信号有效码率亮度信号有效码率 + 2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 = 82.944 Mbps + 82.944 Mbps = 165.888 Mbps（576/50i

50、） 2）高清晰度数字电视信号的有效码率）高清晰度数字电视信号的有效码率 在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用8bits量化时量化时1080/60i信信 号格式量度信号的有效码率为号格式量度信号的有效码率为 每行的取样点数每行的取样点数X有效扫描行数有效扫描行数X量化比特数量化比特数X帧频帧频 =1920X1080X8X30=497.664Mbps 2个色差信号的有效码率为个色差信号的有效码率为 2X960X1080X8X30=497.664Mbps 总有效码率为总有效码率为 2X497.664=995.328Mbps（1080/60i） 1080/50i信号格式的有效

51、码率为信号格式的有效码率为 1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i） 数字电视技术中电视系统的表示方法示例数字电视技术中电视系统的表示方法示例1080/60i：1080表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行数， 60表示帧频或场频，表示帧频或场频， i表示隔行扫描。表示隔行扫描。 720/50P： 720表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行数， 50表示帧频或场频，表示帧频或场频， P表示逐行扫描。表示逐行扫描。 NTSC制可表示为：制可表示为：480/60i PAL制可表示为：制可表示为：576/50i 1080/60i还可表示为：还可表示为：1080

52、/60/2 ：1 720/50P还可表示为：还可表示为：720/50/1 ：1 1080/60i还可表示为：还可表示为：108060i 720/50P还可表示为：还可表示为：72050P电视的清晰度 电视技术中一般用垂直和水平两个方向的清晰度来表示电视的清晰度电视技术中一般用垂直和水平两个方向的清晰度来表示电视的清晰度. 1) 垂直清晰度垂直清晰度 电视的垂直清晰度用线数来表示电视的垂直清晰度用线数来表示,它取决于每幀的有效扫描行数它取决于每幀的有效扫描行数.理想条件理想条件下的垂直清晰度与有效扫描行数相同下的垂直清晰度与有效扫描行数相同,一般情况下垂直清晰度相当于有效扫描一般情况下垂直清晰度

53、相当于有效扫描行数的行数的70%(科尔系数科尔系数).标清电视垂直清晰度最大值为标清电视垂直清晰度最大值为576线线(576/50i),高清电视垂直清晰度最大值为高清电视垂直清晰度最大值为1080线线(1080/50i). 2) 水平清晰度水平清晰度-绝对清晰度绝对清晰度 水平清晰度的绝对清晰度水平清晰度的绝对清晰度,是指在水平方向上实际显示的线条数是指在水平方向上实际显示的线条数.例如例如,在在水平方向上显示水平方向上显示400条线条线(黑色黑色/白色各白色各200条条)时称水平清晰度为时称水平清晰度为400线线. 3) 水平清晰度水平清晰度相对清晰度相对清晰度 因为电视画面的宽高比是因为电

54、视画面的宽高比是4:3,所以在相素尺寸相同的条件下水平方向上所以在相素尺寸相同的条件下水平方向上能够容纳的象素量是垂直方向上的能够容纳的象素量是垂直方向上的3/4倍倍.例如例如,在线距相同的情况下在线距相同的情况下,垂直方垂直方向显示向显示300线时线时,水平方向上能够显示水平方向上能够显示400条线条线. 为了在同一系统中用相同的度量方法表示不同方向上的清晰度为了在同一系统中用相同的度量方法表示不同方向上的清晰度,在电视技术中把画面宽高比与水平方向上显示线条数的乘积称在电视技术中把画面宽高比与水平方向上显示线条数的乘积称为电视线为电视线.例如在水平方向上显示例如在水平方向上显示400条线时称

55、水平清晰度为条线时称水平清晰度为: 400X3/4=300电视线电视线 因为用电视线概念表达的水平清晰度是相对值因为用电视线概念表达的水平清晰度是相对值,所以在显示线条所以在显示线条数相同的情况下数相同的情况下,画面宽高比不同时水平清晰度是不同的画面宽高比不同时水平清晰度是不同的.例如例如,同样在水平方向上显示同样在水平方向上显示400条线时条线时,如果画面宽高比是如果画面宽高比是16:9则则水平清晰度为水平清晰度为: 400X9/16=225电视线电视线 4) 电视信号传输带宽与水平清晰度的关系电视信号传输带宽与水平清晰度的关系 a) 标准清晰度电视标准清晰度电视(ITU R BT.601-

56、2)在水平方向显示在水平方向显示400条条黑色和白色线条相当于在一行的有扫描期间黑色和白色线条相当于在一行的有扫描期间(53.3s)内使正眩波变内使正眩波变化化200次次. 200个周期个周期/53.3 s=3.75MHz 标准清晰度电视画面宽高比标准清晰度电视画面宽高比4:3时在水平方向显示时在水平方向显示400条黑白线称水条黑白线称水平清晰度为平清晰度为400线或线或300电视线电视线.每每1MHz带宽相当于带宽相当于 300电视线电视线/3.75MHz=80电视线电视线/1MHz 400线线/3.75MHz=107线线/1MHz 标准清晰度电视亮度信号的传输带宽最大为标准清晰度电视亮度信

57、号的传输带宽最大为6MHz,相当于水平清晰度相当于水平清晰度 6MHzX80电视线电视线/1MHz=480电视线电视线 6MHzX107电视线电视线/1MHz=640线线 重现重现720线需要的带宽为线需要的带宽为 720/107=6.75MHz(取样频率取样频率13.5MHz的的1/2) b) 高清晰度电视高清晰度电视(ITU-R BT.709-3)在水平方向上显示在水平方向上显示400条黑白线条相当条黑白线条相当于在一行的有效扫描期间于在一行的有效扫描期间(25.858s)内使正弦波变化内使正弦波变化200次次 200个周期个周期/ 25.858s=7.734MHz 高清晰度电视画面宽高比

58、为高清晰度电视画面宽高比为16:9,在水平方向显示在水平方向显示400条黑白线称水平清晰度条黑白线称水平清晰度为为400线或线或225电视线电视线.每每1MHz带宽相当于带宽相当于 225电视线电视线/7.734MHz=29电视线电视线/1MHz 400线线/7.734MHz=52线线/1MHz 高清晰度电视亮度信号的传输带宽最大为高清晰度电视亮度信号的传输带宽最大为30MHz,相当于水平清晰度相当于水平清晰度 30MHzX29电视线电视线/1MHz=870电视线电视线 30MHzX52电视线电视线/1MHz=1550线线 重现重现1920线需要的带宽为线需要的带宽为 1920/52=37.1

59、25MHz(取样频率取样频率74.25MHz的的1/2)五五.信源编码技术信源编码技术压缩编码技术压缩编码技术1数字视频压缩的必要性数字视频压缩的必要性 HDTV 1920 1080 显示格式显示格式 数字化后传输速率数字化后传输速率 995 Mb/S SDTV 复合编码复合编码 135 Mb/S 分量编码分量编码 4：2：2 216 Mb/S 存储存储 ： 2小时小时HDTV，存储量，存储量 7164 Gbit 2小时小时SDTV，存储量，存储量 972 Gbit 复合编码复合编码 1555 Gbit 分量编码分量编码 传输：传输： HDTV 需需 1Gb/S 信道信道 SDTV 需需 12

60、个个 155 Mb/S 信道信道 无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。2压缩编码方法压缩编码方法 1) 利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩 电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现有时间相关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。与时间有关的压缩。 2) 利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩 一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同