《彩色数字电视基础》

主要内容视觉的时间域响应特性YUV、YIQ与YCrCb颜色空间彩色电视制式彩色电视信号的类型电视图像数字化图像子采样数字电视简介1整理课件视觉的时间域响应特性让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率，经测定为46HZ。电影播放过程中，每秒投射24幅画面，每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样就得到了48HZ的闪烁频率。要保持画面中物体运动的连续性，要求每秒钟摄取的画面数约为25帧左右。2整理课件YUV、YIQ与YCbCr颜色空间人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，通常把RGB空间表示的彩色图像变换到YUV或者YIQ颜色空间。每一种彩色空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而且亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。彩色电视信号中采用YIQ或者YUV空间一是为了兼容黑白电视，二是为了实现压缩。3整理课件YUV、YIQ与YCbCr颜色空间YUV模型用于PAL制式的电视系统，Y表示亮度，UV并非任何单词的缩写。Y=0.299R+0.587G+0.114BU=0.493(B–Y)V=0.877(R–Y)YUV空间相当于对RGB空间做了一个解相关的线性变化。U和V的比值决定色调，而(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。4整理课件YUV、YIQ与YCbCr颜色空间5整理课件YUV、YIQ与YCbCr颜色空间YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转。YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间，主要用于数字电视系统中。从RGB到YCbCr的转换中，输入、输出都是8位二进制格式。6整理课件YUV、YIQ与YCrCb颜色空间7整理课件隔行扫描(interlacedscanning)逐行扫描(non-interlacedscanning)电视扫描和同步行频、场频、帧频8整理课件彩色电视制式NTSC彩色电视制的主要特性是：(1)525行/帧,30帧/秒(2)高宽比：电视画面的长宽比为4:3(3)隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场(4)在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。

(5)每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒(6)颜色模型：YIQ(7)美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式。9整理课件彩色电视制式倒相正交平衡调幅制PAL制式电视信号的特性：625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40ms/帧)(2)每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效行。(3)高宽比(aspectratio)：4:3(4)隔行扫描，2场/帧，312.5行/场(5)颜色模型：YUV(6)西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式。10整理课件彩色电视信号的类型复合电视信号：包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的单一电视信号。分离电视信号（S－Video信号）：是亮度和色差分离的一种电视信号，它可以（1）减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。（2）不须要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。分量电视信号：是指每个基色分量作为独立的电视信号，使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。11整理课件彩色电视信号的类型12整理课件电视图像数字化电视图像数字化常用的方法有两种：先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。大多数电视信号源都是彩色全电视信号，如来自录象带、激光视盘、摄象机等的电视信号。对这类信号的数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化。首先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量数据。13整理课件ITU-RBT.601数字化标准1、采样频率CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样。亮度信号采样频率fs=13.5MHZ

色度信号采样频率fc＝6.75MHZ或13.5MHZ

每行采样点数N=864(PAL)，858（NTSC）对于所有制式，每个扫描行的有效样本数均为720。14整理课件ITU-RBT.601数字化标准2、数字信号取值范围：亮度信号220级，色度信号225级。3、颜色空间之间的转换公式4、图像子采样格式：4：4：4，4：2：2、4：1：1、4：2：015整理课件CIF、QCIF和SQCIFCIF：CommonIntermediateFormatQCIF：QuarterCIFSQCIF：Sub-QuarterCIF16整理课件图像子采样如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。17整理课件图像子采样18整理课件数字电视数字电视的定义：数字电视系统是将活动图像、声音和数据，通过数字技术进行压缩、编码、传输/存储，而实时发送/广播或者经过记录媒体的传播，供观众接收/播放的视听系统。它可以划分为3大部分：信源部分（发送端）、信道部分（传输/存储过程）和信宿部分（接收端）。19整理课件数字电视数字电视分类数字电视系统业务可以按照其活动的图像比特率的大小，粗略划分为标准清晰度数字电视（SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）。SDTV和HDTV的数字电视业务都可以应用于不同的领域和场合，以满足广大消费者多层次的需要。它们两者将长期共存。20整理课件高清晰度电视原则上讲，HDTV是由它所能提供的画面质量定义的。分辨率:HDTV画面水平和垂直的像素目都差不多是常规系统的2倍。垂直方向的高清晰度是由1000多行的扫描线获得的。大约为传统5倍的视频带宽使灰度层次更加丰富，再加上有一些带宽用于单独传输色彩值，使得总带宽就是现有彩色电视系统的5～8倍。宽高比:HDTV画面的指定宽高比为16:9=1.777。采用高清晰显像管，点节距（即荧光点的大小）应小于０·７毫米；观看距离:由于人眼分辨细节的能力是有限的，所以观看细节更丰富的HDTV画面，观看距离要更近一些。21整理课件中国数字电视进度表2000年和2001年是我国数字电视广播试验年，在北京、上海、深圳三个城市进行数字广播试验；

2002年，具有独立知识产权的中国数字电视系统标准将获最终确定；

2003年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验；

2005年全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号；

2010年我国计划全面实现数字广播电视；

2015年停止模拟广播电视的播出，数字电视基本上成为我国电视播放主力。22整理课件DTV最新动向及其关键技术23整理课件

第一部分DTV广播最新动向

一、各国数字电视广播情况

二、各国数字电视测试情况三、数字电视的国际标准24整理课件一、各国数字电视广播情况

1.美国

(1)93年5月组成大联盟(GrandAlliance)(2)94年4月发表HDTV1.0版本(3)94年12月发表HDTV2.0版本(4)95年4月通过了ATSC标准(5)98年12月26个国家级电视台开播HDTV(6)99年5月10个地方电视台开播HDTV(7)99年11月排名前30名地方台开播HDTV(8)2002年5月所有商业台开播HDTV(9)2003年5月非商业台开播HDTV(10)2006年,停止NTSC模拟电视广播25整理课件一、各国数字电视广播情况

2.英国

(1)98年9月由内阁会议决定2010年停止模拟电视广播(2)1998年秋季开始播出DTV(3)98年11月开始DTV地面商业广播(4)英国规划六个频道用于地面DTV播

26整理课件一、各国数字电视广播情况

3.瑞典(1)用8个频道进行地面广播

(2)98年底在五个主要地区开播

(3)已覆盖四百万人口，采用DVB-T标准27整理课件一、各国数字电视广播情况4.瑞士、法国、西班牙采用DVB-T进行实验5.挪威、丹麦、意大利也准备实验28整理课件一、各国数字电视广播情况6.澳大利亚(1)2001年1日在都会(即悉尼、墨尔本、布里斯班、柏斯和阿德雷德等地)开展

DTV地面广播(2)视频采用DVB-T标准

(3)音频采用dolbyAC-3标准29整理课件一、各国数字电视广播情况7.日本

(1)2000年东京、大阪和长野开始试播DTV(2)采用ISDB-T标准(3)2010年停止摸拟传送方式

30整理课件一、各国数字电视广播情况8.韩国(1)采用ATSC标准(2)2000年开播DTV

31整理课件一、各国数字电视广播情况9.中国台湾(1)2000年开播DTV(2)原采用美国ATSC标准,现改为欧洲

DVB标准

32整理课件一、各国数字电视广播情况10.新加坡(1)采用DVB-T制式(2)2000年开播DTV33整理课件一、各国数字电视广播情况11.中国大陆(1)98年11月成立数字电视产业联盟

(DTVIA)(2)99年10月北京开始试播HDTV(3)上海和深圳计划2001年试播

HDTV(4)深圳决定2005年废除模拟电视广播(5)2001~05年中国进入自主标准HDTV

的制订,逐步由模拟TV向SDTV过渡(6)2006~10年实现SDTV和HDTV并存和发展

34整理课件

11.中国大陆(续)

(7)2001年起加快对模拟TV进行数字处理,

行频31.5kHz~48kHz,场频100~120Hz(8)西湖:HD2908行频38kHz,场频60Hz(9)厦华:HDTV行频35kHz,场频60Hz(10)TCL:HDTV清晰度600~800线(11)海信:HDTV200064英寸背投1000线(12)牡丹:CV2968B模拟TV/DTV兼容机(13)康佳:DVD-TV二合一数字电视35整理课件11.中国大陆(续)1.2001年卫星HDTV试验播出,2003年正式播出，2005年停止卫星模拟TV播出。2.2001年有线电视网上试播SDTV、HDTV,

2002年６月正式播出。3.2003年制定地面数字电视标准，开始

SDTV、HDTV试播，2005年正式播出。4.2008年沿海各省有线电视网普遍播出。5.2010年中部各省有线电视网普遍播出。6.2015年全国停止模拟电视广播。36整理课件三.数字电视标准1.数字电视信源压缩标准2.数字电视信道传输标准37整理课件1.数字电视信源压缩标准MPEG-1(H.261)VCDMPEG-2(H.262)DVD,HDTVMPEG-4(H.263,H.264)多媒体.流媒体MPEG-7图象检索MPEG-21多媒体框架38整理课件2.数字电视信道传输标准1.美国ATSC标准2.欧洲DVB标准3.日本ISDB标准4.中国五个标准

(高级数字电视广播ADTB,上海交大)(数字地面多媒体电视广播DMB-T,清华大学)(同步多载波扩频地面数字电视传输SMCC,成电)39整理课件四、各国数字电视测试情况

1.香港数字地面电视的技术测试请况

(1)比较三种(即1SDB-T,DVB-T,ATSC)

电视制式特点(2)传播性能及覆盖范围(3)与摸拟电视兼容，及同频道／相邻频道／镜像频道的性能(4)是否支持单频网路(5)能否透过大厦内同轴电缆分配系统传送(6)编码／解码总计延迟所造成的影响(7)移动环境下接收性能(8)潮汐衰减的影响40整理课件四、各国数字电视测试情况2.

新加坡数字地面电视的技术测试请况(1)ATSC,DVB-T,ISDB-T标准的对比实验(2)评价移动接收传输特性(3)设备的可利用性（availability）(4)实施费用(5)各种应用(6)与广播、和电信网络的互操作性(7)今后发展的潜力(8)频谱利用率(9)可伸缩性和安全性41整理课件第二部分DTV的关键技术

一、数字有线电视网上、下行信道频谱的划分二、HFC上行信号的数字调制技术三、HFC下行信号的数字调制技术

42整理课件1数字有线电视网上、下行信道频谱的划分

f1f2f3f4f5f6MHz上行下行

模拟电视下行数字电视通信图1HFC系统频谱分配43整理课件

地区

f1(MHz)

f2(MHz)

f3(MHz)

f4(MHz)

f5(MHz)

f6(MHz)北美

5

42

88

550

860

1000欧洲

5

65

110

550

862

1000日本

5

48

88

550

860

1000中国

5

65

65

550

750

1000表1不同地区和国家各频段的具体划分

44整理课件一、上、下行信道频谱划分1.北美(1)上行

5~42MHz:传数据、点播、internet业务

930~1000MHz:传通信、计算机数据业务(2)下行

88~550MHz:传模拟电视

550~860MHz:传数字电视

860~930MHz:传通信、计算机数据业务45整理课件一、上、下行信道频谱划分2.欧洲(1)上行

5~65MHz:传数据、点播、internet业务

930~1000MHz:传通信、计算机数据业务(2)下行

110~550MHz:传模拟电视

550~862MHz:传数字电视

862~930MHz:传通信、计算机数据业务46整理课件一、上、下行信道频谱划分3.日本(1)上行

5~48MHz:传数据、点播、internet业务

930~1000MHz:传通信、计算机数据业务(2)下行

88~550MHz:传模拟电视

550~860MHz:传数字电视

860~930MHz:传通信、计算机数据业务47整理课件一、上、下行信道频谱划分4.中国(GY/T137-1999)(1)上行

5~65MHz:传数据、点播、internet业务

930~1000MHz:传通信、计算机数据业务(2)下行

65~550MHz:传模拟电视

550~750MHz:传数字电视

750~930MHz:传通信、计算机数据业务48整理课件2.为什么要进行数字调制

(1)例:设HDTV未经压缩时的数据为663.5Mbit/s,经数据压缩后为31.8Mbit/s(压缩比为20.8:1),又设采用8VSB数字调制,此时的频谱利用系数为(5.3bit)/s,则调制后信号的带宽为(31.8MHz)/(5.3bit/s)/Hz=6MHz。这说明在6MHz模拟带宽范围内可传一路数字HDTV信号。

49整理课件(2).例:设有一主级图像质量(MP@ML)的DTV信号,其速率为8.448Mbit/s(相当于目前演播室的PAL图像质量),同样采用8VSB数字调制,则经调制后信号的带宽为(8.448Mb/s)/(5.3bit/s)/Hz=1.6MHz。在400MHz带宽的传输线路中可传输的节目数为400MHz/1.6MHz=250套节目。

50整理课件二、

上行信号的调制方式

1.四相相移键控(QPSK)

频谱利用系数(2bit/s)/Hz2.离散小波多音调制(DWMT)3.同步码分多址(S-CDMA)4.宽带CDMA（W-CDMA）5.同步离散多音调制(SDMT)

51整理课件三、下行信号的数字调制技术

1.四相相移键控(QPSK)

频谱利用系数(2bit