数字电视基础

数字电视基础第1页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础2/29第8章数字电视基础目录8.1模拟彩色电视制8.1.1电视与电视制8.1.2重现彩色图像的过程9.1.3彩色电视制8.1.4国际彩色电视标准8.2电视扫描和同步8.2.1电视的扫描方式8.2.2PAL制的扫描特性8.2.3NTSC制的扫描特性8.2.4SECAM制的扫描特性8.3彩色电视信号的类型8.3.1复合电视信号8.3.2分量电视信号8.3.3S-Video信号8.4电视图像数字化8.4.1数字化方法8.4.2BT.601数字化标准8.4.3CIF电视图像格式8.5图像子采样8.5.1图像子采样概要8.5.24:4:4YCbCr格式8.5.34:2:2YCbCr格式8.5.44:1:1YCbCr格式8.5.54:2:0YCbCr格式8.6数字电视8.6.1数字电视是什么8.6.2数字电视的原理8.6.3数字电视的标准8.7数字电视图像格式8.7.1数字电视图像格式简介8.7.2数字电视图像格式参数8.7.3SDTV格式8.7.4EDTV格式8.7.5HDTV格式第2页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础3/298.1模拟彩色电视制电视是什么英文“television”的译名，简写为TVtele来自希腊语，表示far(远)vision来自拉丁语，表示看到的景物捕获、广播和重现活动图像和声音的远程通信系统两种类型的电视系统黑白电视(black&whiteTV):重现黑白图像的电视系统彩色电视(colortelevision):近似重现彩色图像的电视系统注：彩色电视是在黑白电视基础上发展起来的，因此彩色电视系统的许多特性，如扫描、同步等都与黑白电视相同第3页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础4/298.1模拟彩色电视制(续1)重现彩色图像的过程图8-1说明用彩色摄像机摄取自然景物、转换彩色分量信号和在彩色显示器上重现自然景物的过程使用Y，C1，C2传输的两个重要优点：Y和色差(C1，C2)是相互独立的，因此彩色电视接收机和黑白电视接收机可同时接收彩色电视信号可利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率图8-1彩色图像重现过程第4页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础5/298.1模拟彩色电视制(续2)电视制(televisionsystem)传输图像和声音的方法黑白电视制按其扫描参数、电视信号带宽以及射频特性划分，目前世界上在用和不再使用的黑白电视制共有14种彩色电视制按照在黑白电视系统上处理三种基色信号的方式，目前世界上定义了三种互不兼容的模拟彩色电视制:NTSC制PAL制SECAM制HDTV是还没有推广的高清晰度数字电视标准第5页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础6/298.1模拟彩色电视制(续3)NTSC彩色电视制美国、加拿大等大部分西半球国家以及日本、韩国、菲律宾和台湾地区采用正交幅度调制QAM主要特性包括图像的宽高比为4:3，525条扫描线，隔行扫描，30帧每秒，视像带宽为4.2MHz，使用YIQ信号，色度信号用正交幅度调制(QAM)，声音用调频制(FM)，总的电视通道带宽为6MHz第6页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础7/298.1模拟彩色电视制(续4)PAL彩色电视制德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。由于使用的一些参数细节不同，因此PAL制有PAL-G，PAL-I和PAL-D等制式。其中，PAL-D是我国大陆采用的制式。逐行倒相(Phase-AlternativeLine，PAL)彩色电视制由于它也采用正交幅度调制，因此也称逐行倒相正交平衡调幅制，是为克服NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点而开发的。其中，“逐行倒相”的意思是颜色分量V的相位每隔一行反相一次。主要特性包括图像的宽高比为4:3，625条扫描线，隔行扫描，25帧图像每秒，视像带宽至少为4MHz，使用YUV颜色模型，色度信号用正交幅度调制，声音用调频制(FM)，总的电视通道带宽为8MHz第7页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础8/298.1模拟彩色电视制(续5)SECAM制法文SequentialColeurAvecMemoire的缩写，称为“顺序传送彩色与存储”彩色电视制法国、俄罗斯、东欧和中东等约有60多个地区和国家使用SECAM与PAL制SECAM制的色度信号使用频率调制(FM)，PAL制用的是正交幅度调制SECAM制与PAL制具有相同的扫描线数(625线每帧)、帧频(25帧每秒，50场每秒)和图像宽高比(4:3)，视像带宽最高为6MHz，总带宽为8MHz。第8页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础9/298.2电视扫描和同步 电视的扫描方式逐行扫描/非隔行扫描/顺序扫描电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像，见图8-2(a)隔行扫描电子束扫完第1行后从第3行开始扫，接着扫第5行、7行、…，一直扫到最后一行的中间，见图8-2(b)(a)逐行扫描图8-2图像扫描方式第9页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础10/298.2电视扫描和同步(续1)一帧图像由两部分组成：由奇数行组成的奇数场；由偶数行组成的偶数场(6)隔行扫描图8-2图像扫描方式第10页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础11/298.2电视扫描和同步(续2)电视扫描术语场频/场速率(fieldrate)ff

，每秒钟扫描的场数根据人的视觉特性和电网频率(50Hz或60Hz)确定的，目的是使在屏幕上显示的图像看起来不会让人感觉到在闪烁，以及减低电网频率的干扰帧频/帧速率(framerate)fF

，每秒扫描的帧数用“帧每秒(framespersecond，fps)”做单位PAL制和NTSC制电视的帧频分别为25fps和30fps。行频/水平行速率(horizontallinerate)fH

，每秒钟扫描的行数例如，NTSC制精确的帧频是29.97Hz，525行每帧，因此行频为29.97×525＝15734行/秒。第11页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础12/298.2电视扫描和同步(续3)PAL制的扫描特性一帧图像的总行数为625，分两场扫描场频为50Hz，周期为20ms帧频为25Hz，周期为40ms行扫描频率(行频)为15625Hz，周期为64μs每一行传送图像的时间为52.2μs行扫描逆程时间为11.8μs，兼作行同步和消隐图8-3表示黑白电视的扫描定时与同步信号，包括水平同步(即行同步)、场同步等信号第12页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础13/298.2电视扫描和同步(续4)注意：由于每一场的扫描行数为625/2=312.5行，其中25行作场回扫，传送图像的行数每场只有287.5行，因此每帧只有575行有图像显示。然而，计算机处理图像时将偶数场的第一行和奇数场的最后一行都作为完整的一行，奇数场和偶数场的有效显示行数就被认为都是288行，因此一帧图像的有效显示行数为576行。这就是有不少人争论的“575还是576”的问题图8-3扫描定时与同步信号第13页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础14/29不管是行扫描还是场扫描，都有正程和逆程正程扫描的时间远大于逆程扫描的时间，这样才能获得更高的平均亮度

一行64us的扫描线包含了正扫54us和逆扫12us（逆扫和同步头同时的，此时消隐)

一场64us×625的扫描线包含了正扫64us/行×576行和逆扫64us/行×49行，因此才有“PAL制的625条扫描线中，包括了50行左右的逆程线，实际有效扫描线为575～576左右。”的说法，也就是说一场中有效显示行是576行，还有50行是在逆程中不显示的

PAL制式中一个完整帧包括奇数场和偶数场，每一场扫描625/2=312.5行，因此偶数场是从一行的中间开始扫描的，这样，奇偶场的扫描线刚好错开，利用荧光粉的余晖和人的视觉暂留合成后就可以得到625行的图像了，只是其中49行是看不到的，因此实际的最高分辨率是720*576第14页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础15/298.3彩色电视信号的类型三种类型的彩色电视信号

1、复合电视信号--全电视信号：包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号，使用一条信号线传输

2、分量电视信号--用三个颜色分量和同步信号进行记录和传输的电视信号，至少3条独立的信号线每个颜色分量可用RGB或用亮度-色差表示，如YIQ，YUV需要较宽的带宽和同步信号主要用在数字电视系统、电视游戏和多媒体系统中

3、S-Video信号—使用2条单独信号线，一条亮度信号(Y)一条色度信号(C)分开录制和处理的电视信号

两个优点减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰不需使用梳状滤波器分离亮度信号和色差信号

第15页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础16/298.4电视图像数字化数字化方法分量数字化(componentdigitization)对彩色空间的每个分量进行数字化，如对YCbCr，YUV，YIQ或RGB颜色空间中的分量信号源录像带、激光视盘和模拟摄像机等输出的彩色全电视信号数字化方法先分离后数字化。先把模拟的全彩色电视信号分离成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号用三个A/D转换器分别对分量信号数字化先数字化后分离用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化在数字域中分离出YCbCr，YUV，YIQ或RGB颜色空间中的分量数据详见参考文献和站点[4]第16页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础17/298.4电视图像数字化(续1)

BT.601数字化标准国际无线电咨询委员会(CCIR)于20世纪80年代初制定的彩色电视图像数字化标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr彩色空间之间的转换关系等彩色空间转换BT.601的Y'CbCr分量用8位二进制数表示R'G'B'分量使用相同的数值范围[0,219]第17页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础18/298.4电视图像数字化(续2)采样频率CCIR为NTSC、PAL和SECAM彩色电视制规定了共同的电视图像采样频率：13.5MHz对PAL和SECAM：fs=625×25×N=15625×N=13.5MHz,N=864对NTSC：fs==525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,N=858N为每一扫描行上的采样数目第18页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础19/298.4电视图像数字化(续3)有效显示分辨率对所有制式，每一扫描行的有效样本数均为720个每一扫描行的采样结构见图8-8图8-8ITU-RBT.601的亮度采样结构第19页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础20/298.4电视图像数字化(续5)CIF电视图像格式CommonIntermediateFormat的缩写，可称“公用中间分辨率格式”；CCITT规定的格式用于625行和525行的电视图像具体规格见表8-5，其中QCIF(Quarter-CIF)——1/4公用中间分辨率格式SQCIF(Sub-QCIF)——小1/4公用中间分辨率格式第20页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础21/298.5图像子采样图像子采样(subsampling)对彩色电视图像进行采样时，可采用两种采样方法对亮度信号和色差信号采用相同的采样频率进行采样对亮度信号和色差信号采用不同的采样频率进行采样图像子采样的概念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的采样方法在数字图像压缩技术中得到广泛应用最简便的图像压缩技术恐怕就要算图像子采样。基本依据是人的视觉系统所具有的两个特性人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低，利用这个特性可把颜色信号去掉一些而使人不易察觉人眼对图像细节的分辨能力有一定的限度，利用这个特性可把图像中的高频信号去掉而使人不易察觉第21页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础22/29

使用下面介绍的采样格式，人的视觉系统对采样前后显示的图像质量没有感到有明显差别。(1)4:4:4

在每条扫描线上每4个连续的采样点取

4个亮度Y样本

4个红色差Cr样本

4个蓝色差Cb样本

相当于每像素用3个样本表示(2)4:2:2

在每条扫描线上每4个连续的采样点取

4个亮度Y样本

2个红色差Cr样本

2个蓝色差Cb样本

平均每个像素用2个样本表示第22页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础23/29(3)4:1:1

在每条扫描线上每4个连续的采样点取

4个亮度Y样本

1个红色差Cr样本

1个蓝色差Cb样本平均每个像素用1.5个样本表示。(4)4:2:0

在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取

2个亮度Y样本

1个红色差Cr样本

1个蓝色差Cb样本平均每个像素用1.5个样本表示。第23页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础24/298.6数字电视数字电视是什么

DTV数字电视是远程通信系统使用数据压缩技术和数字传输技术提供质量高于模拟的电视的图像和声音图像使用MPEG-2Video标准，声音使用MPEG-2Audio或杜比数字(DolbyDigital)标准采用的标准不断修改，如已有公司开始采用MPEG-4AVC/H.264标准第24页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础25/298.6数字电视(续1)传输方式卫星转播：卫星数字电视(digitalsatelliteTV)地面广播：地面数字电视(digitalterrestrialTV)电缆传输：有线数字电视(digitalcableTV)传输数字电视需要数字电视播出系统，接收数字广播电视需要数字电视机现用的模拟电视机增加机顶盒后可收看部分数字电视节目数字电视机可收看模拟电视节目第25页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础26/298.6数字电视(续2)数字电视的原理在数字电视信号发送端，见9-15(a)视像信号经过视像编码器压缩和编码声音信号经过声音编码器压缩和编码视像、声音和其他数据或电视节目复合经过多路复合器和传输格式生成器形成MPEG-2传输数据流(transportstream)通过前向错误校正(FEC)编码器、调制器和上行转换器(upperconverter)发送到数据传输信道上第26页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础27/298.6数字电视(续3)图8-15地面数字电视广播系统[5]第27页，课件共30页，创作于2023年2月第8章数字电视基础28/298.6数字电视(续4)在数字电视信号接收端通过下行变换器(downconverter)、解调器、FEC解码器、传输格式清除器、多路