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数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 第三章第三章 电视信号数字化原理与接口规范电视信号数字化原理与接口规范本章主要内容：本章主要内容：电视信号数字化的原理方法电视信号数字化的原理方法标准清晰度数字电视演播室编码参数及信号接口标准清晰度数字电视演播室编码参数及信号接口数字高清晰度电视演播室编码参数及信号接口数字高清晰度电视演播室编码参数及信号接口声音信号数字化及信号接口声音信号数字化及信号接口数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.1 数字化基础数字化基础PCM编码：编码：模拟信号模拟信号数字信号数字信号PCM解码：解码：数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.2 数字电视信号取样原理数字电视信号取样原理复合信号编码：复合信号编码：分量信号编码：分量信号编码：三路数三路数字信号字信号数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 一、一、分量编码中的分量编码中的 亮度和色差信号亮度和色差信号700mv0700mv700mv00RGB700mv000620mv491mvYB-YR-Y电视系统的传输信号：电视系统的传输信号：标准彩标准彩条信号条信号 分量视频中对色差信号进行分量视频中对色差信号进行幅度压缩和平移：幅度压缩和平移：数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 二、取样结构二、取样结构 摄像机获得彩色平面图像的过程可以看作是对摄像机获得彩色平面图像的过程可以看作是对平面活动图像在时间域和空间域垂直方向的取样。平面活动图像在时间域和空间域垂直方向的取样。取样方法：正交结构，取样频率取样方法：正交结构，取样频率fs。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 三、亮度信号的采样频率（三、亮度信号的采样频率（）选择原则：选择原则：l奈奎斯特定理奈奎斯特定理 l正交取样正交取样l兼顾兼顾NTSC、PAL制制l考虑比特率尽可能小考虑比特率尽可能小SDTV演播室编码参数标准：演播室编码参数标准：每行的采样点数：每行的采样点数：625/50制式：制式：；525/59.94制式：制式：858 亮度信号的亮度信号的最高频率最高频率6MHz数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 每个像素的数据量每个像素的数据量3*8=24bit四、色度信号的采样格式四、色度信号的采样格式1、4：4：4格式格式采样信号：采样信号：采样频率：采样频率：采样频率之比采样频率之比 4：4：4采样点的位置采样点的位置高质量的信号源使用。高质量的信号源使用。每帧图像的数据量：每帧图像的数据量：Y采样点采样点l每帧图像有每帧图像有效行效行576l每行有效采每行有效采样点样点720数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 每个像素的平均数据量每个像素的平均数据量16bit2、4：2：2格式格式采样信号：采样信号：采样频率：采样频率：采样频率之比采样频率之比 4：2：2采样点的位置采样点的位置应用在电视演播室的节目制应用在电视演播室的节目制作中。作中。每帧图像的数据量：每帧图像的数据量：Y采样点采样点数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 每帧图像的数据量：每帧图像的数据量：3、4：2：0格式格式采样信号：采样信号：采样频率：采样频率：采样点的位置采样点的位置每个像素的平均数据量每个像素的平均数据量12bit不属于电视演播室的格式规不属于电视演播室的格式规范。范。Y采样点采样点数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.3 标准清晰度数字电视演播室编码参数标准清晰度数字电视演播室编码参数执行标准：执行标准：1982年年CCIR通过的通过的601号建议书号建议书（CCIR：国际无线电咨询委员会）：国际无线电咨询委员会）ITU-R BT.601-5标准（建议书的修改）标准（建议书的修改）（ITU-R：国际电信联盟无线电通信部门）：国际电信联盟无线电通信部门）GB/T 14857-93演播室数字电视编码参数规范演播室数字电视编码参数规范数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 一、一、一、一、演播室数字编码的主要参数演播室数字编码的主要参数演播室数字编码的主要参数演播室数字编码的主要参数（4 4：2 2：2 2）数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 二、数字视频信号量化电平分配二、数字视频信号量化电平分配700mv10v0Y1,0为归一为归一化电平化电平0（00）保护电平）保护电平255（FF）保护电平）保护电平8bit量化量化00，FF用用于传送同于传送同步信息步信息CrCb235（EB）白电平）白电平16（10）黑电平）黑电平220级级0（00）保护电平）保护电平255（FF）保护电平）保护电平8bit量化量化254（FE）20级保护带级保护带1（01）16级保护带级保护带240（F0）16（10220级级1（01）16级保护带级保护带254（FE）15级保护带级保护带码电平的数学表达式：码电平的数学表达式：数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.4 标准清晰度数字电视信号接口标准清晰度数字电视信号接口目的、意义：目的、意义：为电视演播室中视频设备的相互连接提供一个规为电视演播室中视频设备的相互连接提供一个规范，方便组成一个范，方便组成一个4：2：2数字演播环境。数字演播环境。国际标准：国际标准：ITU-R BT 656号建议书号建议书信号接口方式：信号接口方式：l 比特并行接口比特并行接口l 比特串行接口比特串行接口数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 一、信号时分复用传输格式一、信号时分复用传输格式1、4：2：2数字分量信号的时分复用传输数字分量信号的时分复用传输第第1个个像素像素第第2个个像素像素数据的字速率：数据的字速率：数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 2、视频数据与模拟行同步间的定时关系视频数据与模拟行同步间的定时关系 数字分量视频信号是由模拟分量视频信号经数字分量视频信号是由模拟分量视频信号经A/D转换得到，所以它们有严格的定时关系：转换得到，所以它们有严格的定时关系：时钟：时钟：l l 数字有效行：数字有效行：l 720亮度采样亮度采样点点l 1440T数字行消隐：数字行消隐：l 144采样点采样点l 288T数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3、视频定时基准信号视频定时基准信号SAV和和EAV SAVEAV辅助数据辅助数据视频数据块视频数据块EAV视频定时基准信号的比特分配（视频定时基准信号的比特分配（4 4字节，字节，8bit/8bit/字节字节)数据比特特位数据比特特位FFFF00000000XYXYD7D71 10 00 01 1D6D61 10 00 0F FD5D51 10 00 0V VD4D41 10 00 0H HD3D31 10 00 0P3P3D2D21 10 00 0P2P2D1D11 10 00 0P1P1D0D01 10 00 0P0P0End of Active VideoStart of Active VideoXY：定义了场的定义了场的奇偶标识，行场奇偶标识，行场消隐期和行场正消隐期和行场正程状态的信息以程状态的信息以及校验位及校验位。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 4、场正程期和场逆程期扫描行的序号、场正程期和场逆程期扫描行的序号格式格式F=0F=0第一场第一场F=1F=1第二场第二场V=0V=0场正程场正程V=1V=1场消隐期场消隐期有效行有效行625/50625/50第第1 1行行-第第312312行行第第313313行行-第第625625行行第第2323行行-第第310310行行第第336336行行-第第623623行行第第624624行行-第第2222行行第第311311行行-第第335335行行576576数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 二、二、比特并行接口比特并行接口1、机械特性：、机械特性：25芯超小型芯超小型D型接插件型接插件10bit数据及时钟并行数据及时钟并行平衡传输平衡传输（双绞线）（双绞线）时钟时钟27MHz码型为码型为NRZ收发设备公共地收发设备公共地电缆屏蔽线电缆屏蔽线数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 2、电气特性、电气特性容许的电缆长度容许的电缆长度 无电缆均衡器时无电缆均衡器时50米，有米，有200米。米。时钟和数据的定时关系时钟和数据的定时关系 时钟时钟27MHz，周期，周期37ns。收发间的驱动特性收发间的驱动特性 要考虑阻抗匹配和要考虑阻抗匹配和信号幅度的信号幅度的 大小。大小。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 三、三、串行接口串行接口（SDI）串并转换串并转换传输码率传输码率27MW/s变为变为270Mbit/s75欧姆的同轴电缆传输，欧姆的同轴电缆传输，BNC型标准插头型标准插头数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.5 数字高清晰度电视演播室编码参数数字高清晰度电视演播室编码参数一、一、数字高清晰度电视视频参数数字高清晰度电视视频参数1、场频：、场频：2、扫描方式：逐行扫描、扫描方式：逐行扫描、2：1隔行扫描。隔行扫描。3、图像的宽高比、图像的宽高比数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 4、像素宽高比、像素宽高比SDTV：HDTV：非方型非方型像素像素方型像方型像素素数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 5、数字高清晰度电视信源参数数字高清晰度电视信源参数（国际常用）（国际常用）数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 二、我国数字高清晰度电视演播室编码参数标准二、我国数字高清晰度电视演播室编码参数标准标准标准：GY/T 155-2000高清晰度电视节目制作及交高清晰度电视节目制作及交换用视频参数换用视频参数（广电总局行业标准）（广电总局行业标准）1、编码方程、编码方程 标准白光：标准白光：D65 Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B幅度归一化到幅度归一化到+/-0.5之间之间数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 2、主要参数、主要参数数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3、24P格式：（符合电影规范的逐行扫描方式）格式：（符合电影规范的逐行扫描方式）数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.6 声音信号数字化声音信号数字化标准标准：GY/T 156-2000演播室数字音频参数演播室数字音频参数一、数字声音信源参数：一、数字声音信源参数：44.1KHz是考虑和电视信号相适应：是考虑和电视信号相适应：数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 2、演播室数字音频声道、演播室数字音频声道5.1声道声道数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3.7 数字声音信号接口数字声音信号接口音频信号接口标准：音频信号接口标准：AES/EBU标准：双绞线的平衡方式传输；标准：双绞线的平衡方式传输；（美国音频工程协会（美国音频工程协会/欧洲广播联盟）欧洲广播联盟）SMPTE 276M标准：同轴电缆的非平衡方式传输；标准：同轴电缆的非平衡方式传输；我国标准：我国标准：GY/T 158-2000演播室数字音频信号演播室数字音频信号接口接口（参照（参照AES/EBU制定）制定）数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 要求：要求：音频数据以音频数据以2的补码进行编码；的补码进行编码；串行数据低位在前；串行数据低位在前；每个样值有开始标志。每个样值有开始标志。一、一、AES/EBU数字音频接口数字音频接口AES/EBU编码框图编码框图数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 二、接口信号格式二、接口信号格式1、数字声音数据的帧结构（、数字声音数据的帧结构（24bit量化）量化）每个子帧中：每个子帧中：l前前4bit：标识子帧的开始：标识子帧的开始l后后4bit：辅助数据，传送误码检测或：辅助数据，传送误码检测或同步信息（功能见表同步信息（功能见表3-19）。）。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 2、数字声音信号的块结构、数字声音信号的块结构192个音频帧构成一个个音频帧构成一个音频块音频块；X、Y、Z为前置码；为前置码；48KHz的采样系统，帧时间为的采样系统，帧时间为 ，块时间，块时间为为 。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 3、通道编码、通道编码目的：减小信号中的直流分量，便于传输及时钟目的：减小信号中的直流分量，便于传输及时钟提取。提取。规则：在码元规则：在码元“0”、“1”的边沿有电平跳变；的边沿有电平跳变；在在“1”的中央也有一次跳变。的中央也有一次跳变。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 4、前置码、前置码作用：音频数据子帧、帧及块的同步和识别。作用：音频数据子帧、帧及块的同步和识别。编码规则：第一个状态总是不同于前一个比特的第编码规则：第一个状态总是不同于前一个比特的第二个状态。二个状态。4bit数据数据8个状态。个状态。例：前置码例：前置码XP=“1”，第二状，第二状态为态为“0”。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 5、平衡传输接口电特性、平衡传输接口电特性带屏蔽层的双绞线平衡传输，特性阻抗带屏蔽层的双绞线平衡传输，特性阻抗110欧姆；欧姆；输入、输出变压器耦合，不接地；输入、输出变压器耦合，不接地；传输距离传输距离100m。6、数字音频嵌入数字视频流、数字音频嵌入数字视频流标准标准：GY/T 161-2000 数字电视附属数据内数字数字电视附属数据内数字音频和辅助数据的传输规范音频和辅助数据的传输规范 ITU-R BT.1305数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 方法：方法：SAVEAV辅助数据辅助数据视频数据块视频数据块EAV数字视数字视频流频流行逆程行逆程行正程行正程音频音频数据数据数据量计算：数据量计算：一行一行HBI可容纳的数据量：可容纳的数据量：144-8-6=130B或或1040bit（按（按8bit计算）计算）数字视频数字视频HBI期间可以传送的辅助数据码率为：期间可以传送的辅助数据码率为：10406252516.25Mbit/s（625/50制式）制式）一路立体声的码率为：一路立体声的码率为：48000202=1.92Mbit/s数字视频流中可以嵌入数字视频流中可以嵌入8路无压缩的数字立体声信号。路无压缩的数字立体声信号。数字电视技术数字电视技术第 3章 电视信号数字化原理与接口规范 本章小结本章小结图像信号数字化的方法和参数确定图像信号数字化的方法和参数确定 复合信号及分量信号编码、取样频率、样点结构复合信号及分量信号编码、取样频率、样点结构SDTV电视演播室参数及接口标准电视演播室参数及接口标准 4：2：2标准、串行接口、并行接口标准、串行接口、并行接口HDTV电视演播室参数（我国标准）电视演播室参数（我国标准）音频信号数字化信源参数及接口标准音频信号数字化信源参数及接口标准 （AES/EBU）