第2章2.5(高清国际标准)课件

2.5高清晰度数字电视信号编码国际标准

高清晰度电视（HighDefinitionTelevision简称HDTV）是继黑白电视、彩色电视后的新一代电视，它能带给人们更高级的视听享受、更清晰的图像、更逼真的色彩、更优美的音质，并能带给人们以身临其境的真实感。

按照CCIR（ITU-R）的定义，高清晰度电视应是这样一个系统，即一个具有正常视觉的观众在距该系统显示屏高度的3倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的质量。这就要求HDTV图像的水平与垂直分解力较标清电视都提高一倍以上，其图像扫描线在1000行以上，每行1920个像素，信息是常规电视的5倍多。其显示屏宽高比为16：9，水平视角30度，更符合人们的视觉特性。其图像质量可与35mm电影首映质量媲美，其伴音则采用多个声道，如可采用5个声道（左、中、右、左后、右后），具有环绕立体声效果，并可加一个重低音声道，每个声道的收听质量与激光唱盘（CD）相当。12.5.1数字高清晰度电视扫描参数及图像格式

数字视频标准中最基本的参数是取样数据、扫描格式和图像格式，包括取样频率、量化级数、隔行比、每秒的场数和帧数、每帧的行数、每行的像素数和图像宽高比等参数。下面重点讨论扫描格式和图像格式。

HDTV电视系统的扫描方式有逐行扫描与隔行扫描两种，模拟电视系统均采用了隔行扫描方式，国际上在HDTV和SDTV中既有隔行扫描方式，也有逐行扫描方式。2

隔行扫描是一种有效的带宽压缩方案，它将一帧图像分成两场扫描，在每帧扫描行数及图像换幅率一定的情况下，可使视频信号带宽降低为逐行扫描时的一半。不过，隔行扫描有导致图像质量下降的缺陷，例如会出现行间闪烁现像、并行现像、分辨率降低等；逐行扫描没有隔行扫描的缺陷，同时逐行扫描也是计算机显示采用的扫描方式，所以采用逐行扫描有利于在电视与计算机之间实现相互操作。目前国际上的HDTV标准中场扫描频率仍然采用50Hz和60Hz两种，虽然在亮度较高时仍会有闪烁，但想提高到70～80Hz还是不易实现。表2.10列出了目前国际上主要采用的几种HDTV扫描系统的参数。3表2.10HDTV逐行扫描与隔行扫描系统的参数扫描格式帧频(Hz)每行有效样点数每帧有效行数每行总样点数每帧总行数取样频率(MHz)2:1隔行扫描30192010802200112574.2525192010802640112574.251:1逐行扫描601920108022001125148.51280720165075074.25501920108026401125148.51280720198075074.2530192010802200112574.251280720330075074.2525192010802640112574.251280720396075074.2524192010802750112574.251280720412575074.254

图像画面的宽高比是根据人眼的视觉特性制定的，同时也考虑了设备的复杂性。各种视频图像的宽高比是不同的。电影图像的宽高比从1．333到宽银幕的2．35，SDTV图像的宽高比是1．333(4：3)，而HDTV图像的宽高比是1．777(16：9)。像素的宽高比，可根据图像画面的宽高比和图像的纵横有效像素数计算出来。以SDTV中的720X576像素的图像格式为例，像素的宽高比为4/720：3/576＝1．0667，不是方形像素。以HDTV中的1920X1080像素的图像格式为例，像素的宽高比为16/1920：9/1080＝1，是方形像素。5

由于方形像素在做图像处理特别是图像旋转时，不存在几何失真，选择方形像素有利于电视与计算机之间的相互通信。这是因为计算机图形的分辨率为640X480像素或1024X768像素，而显示的图像尺寸是4；3，采用的是方形像素。各个国家的数字HDTV都选用方形像素。

HDTV标准中也制定了24P格式(1920X1080／24／1：1)。它是完全采用电影规范的逐行扫描格式，使电影与电视素材能更好地互换，有利于后期制作。我国的HDTV演播室标准也制定了24P格式。62.5.2数字高清晰度电视演播室标准ITU-RBT.709ITU-RBT.709提出了两种HDTV演播室参数方案，一种是传统的隔行扫描HDTV视频格式，和SDTV一样，HDTV也有两种隔行扫描制式，即1125/60/2：1及1250/50/2：1。该格式可以向下兼容SDTV格式。另一种是方形像素通用数字高清晰度视频格式，与多媒体计算机等多种应用具有互操作性。1)隔行扫描HDTV视频格式表2.11示出了数字HDTV隔行扫描视频格式的主要参数。7表2.11数字HDTV隔行扫描视频格式的主要参数参数1125／60／2：1系统

1250／50／2：1系统帧频29．97(30)Hz25Hz场频59．94(60)Hz50Hz行频33750Hz31250Hz每帧总扫描行数11251250每帧有效扫描行数10351152取样频率亮度：74．25MHz亮度：72MHz色差：37．125MHz色差：36MHz每行总样点数亮度：2200亮度：2304色差：1100色差：1152每行有效样点数亮度：1920色差：960取样结构正交取样画面幅型比16：9像素宽高比

0．9581．066编码方式均匀量化，8或10bit／样值82)方形像素通用HDTV视频格式

方形像索的概念最早是在计算机行业提出并实际应用的。目前计算机大多数显示格式都符合方形像素的要求，例如：640x480、800x600、1024x768、1152x864、1280x960、1600x1200等均符合4:3方形像素要求，只有1280x1024例外。方形像素有利于图形和图像的计算机处理，尤其在做图像处理时，各种特技处理如画面旋转时，方形像素不产生几何失真。HDTV方形像素视频格式1920x1080，具有和多媒体计算机互操作的优点。

ITU-RBT.709建议各国首选方形像素视频格式，以便于国际间节目交流，方形像素通用HDTV视频格式的主要参数如表2.12所示。9参数1125/60系统1250/50系统每帧总扫描行数11251250场频(Hz)59.94(60)50隔行系数2:11:12:11:1帧频(Hz)29.97(30)59.94(60)2550行频(Hz)33750675003125062500取样频率(MHz)亮度7425.148.574.25148.5色度37.12574.2537.12574.25画面幅型比16:9每帧有效扫描行数1080每行总样点数亮度:2200亮度:2376色差:1100色差:1188每行有效样点数亮度:1920色差:960取样结构正交取样像素宽高比1:1(方形像素)编码信号R、G、B或Y、CR、CB编码方式均匀量化，8或10bit/样值102.5.3我国数字高清晰度电视标准

GY/T155-2000

我国于2000年颁布了《高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》标准GY/T155-2000。该标准主要参考了ITU-RBT.709-3《节目制作及国际间节目交换用HDTV参数值》中的第二种方案----方形像素通用视频格式。表2.13列出了我国HDTV节目制作及交换用视频参数值。

24P格式参数如表2.14所示。11表2.13我国HDTV节目制作及交换用视频参数值

参数数值编码方式线性，8或10bit／样值量化电平R、G、B、Y的消隐电平CB、CR的消色电平R、G、B、Y的峰值电平CB、CR的峰值电平8bit编码1612823516或24010bit编码6451294064或960量化电平分配视频数据同步基准8bit编码1～2540或25510bit编码4—10190～3或1020～1023每帧总行数l125隔行比2:1帧频／Hz25行频／Hz2812512表2.13我国HDTV节目制作及交换用视频参数值参数数值每行总取样点数R、G、B和YCB和CR26401320标称信号带宽／MHz30R、G、B、Y的取样频率／MHz74．25CB、CR的取样频率／MHz37．125编码信号R、G和B或Y、CB和CRR、G、B和Y正交，行帧的扫描位置重复CB、CR的取样结构正交，行帧的扫描位置重复，彼此的取样点重合，与亮度取样点隔点重合(第1个有效色差样点与第1个有效亮度样点重合)每行有效取样点数R、G、B、YCB、CR192096013表2.1424P格式参数参数数值每帧总行数1125帧频(Hz)24隔行比1:1行频(Hz)27000每行总取样点数:R、G、B和YCB和CR27501375标称信号带宽(MHz)30R、G、B和Y的取样频率(MHz)74.25CB、CR的取样频率(MHz)37.125142.5.4数字高清晰度电视信号的码流结构1）数字视频数据的时分复用数字演播室的数据信号为视频数据(8bit字或10bit字)、定时基准码(8bit字或10bit字)与辅助数据等。数字设备按次序时分复用，向外输出每帧内的像素数据时，其数据流格式如图2.17所示。在数字有效行与模拟行之间应该有明确的定时关系，图中T表示亮度信号的取样周期，T＝1／(74．25X)＝13．468(ns)。由图2.17可见，每行35．556µs内有2640个亮度取样周期。亮度信号Y和经过时分复用后的色差信号CR／CB处理为20bit数据字，每个20bit数据字对应一个色差取样和一个亮度取样，复用次序如下：(CB1Yl)(CR1Y2)(CB3Y3)(CR3Y4)……15

其中Yi表示每行的第i个亮度有效取样，而CR和CB表示与Yi取样点位置相同的色差分量CR和CB的取样。由于色差信号取样频率是亮度信号取样频率的一半，色差取样的序号i仅取奇数值。除上述Y、CR和CB字之外，R、G和B信号可以被处理成30bit字。2）HDTV数字视频信号与模拟视频信号波形的行定时关系图2.17和表2.15给出了行期间视频数据与模拟行的详细定时关系。16图2.17数据格式与模拟波形的定时关系17表2.15行期间视频数据与模拟行的定时关系18

从图2.17可知，数字有效行开始于相应行的模拟同步信号的基准点OH开始的192T个亮度取样后，数字行结束于相应行的模拟同步信号的基准点OH前528个亮度取样周期处，数字有效行共占1920T。数字行消隐起始于模拟行同步前沿OH前528T处，共占720T。数字行消隐左端有4T的定时基准码，右端有4T的定时基准码。19

3）HDTV数字视