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电视中心视音频信号编码标准及解读广东电视台网络技术部梁志强电子邮箱gdtvlzq@139.com电视中心视音频信号编码标准及解读一．电视中心技术二．模拟电视信号三．标清数字电视信号四．高清电视信号五．压缩电视信号六．素材交换格式七．编码标准及解读2电视中心技术3导控电视技术中心电视信号传输有线广播地面广播卫星广播IPTV分发平台家庭用户电视中心技术从上图我们看到：4电视技术中心电视传输系统家庭用户这一过程，是场景还原给观众。从现场的光信号转为电视信号，在接收端，将电信号还原为屏幕上的光信号。模拟电视信号黑白电视信号•象素•扫描•同步•黑白全电视信号的组成彩色电视信号•三基色原理•彩色电视信号的产生•图像的生成•图像的色域•同步信号•PAL-D模拟广播制式的特点•模拟复合系统的要点模拟电视信号现有的各种数字电视信号是由模拟彩色电视信号取样、编码、压缩而来的。模拟彩色电视信号的各种特性、要求，也一一反映在数字电视信号里。电视信号最早是模拟的黑白电视信号：黑白电视信号实际上是图像的亮度信号，其带宽为6MHz。把模拟信号的特征、结构组成，标准等等搞清楚，对以后的数字信号，压缩信号也就容易搞清楚。黑白电视信号图像信号的产生：象素（一帧电视画面是由很多个像素点组成的）面对着场景，摄像机的摄像管把光景象转成电子信号。摄像管上有感光点，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能。经过电子束扫描将一幅图象的亮度分布进行象素分解，转变成按逐行逐场时间顺序排列的电信号。所谓象素，就是摄像管上的感光点，构成图像最小面积单元，具有一定的亮度和色度属性。黑白图像：象素是亮度不同的小点。7黑白电视信号图像信号的产生：象素彩色图像：象素是亮度信号和色度信号组成。黑白图像信号是由摄像管将明暗程度不同的景物，经电子扫描和光电转换而得到的信号，也称亮度信号。摄象管某时刻输出的电流信号正比于该时刻电子束所扫描象素的亮度大小。从演示的图像和波形我们得知：信号幅度正比于亮度。扫描（行、场扫描）各像素的信息不是同时传送，而是按时间顺序经过惟一的一条传输通道先后传输的，通常是沿着行的方向由左至右连续扫描每个像素；（行扫描）8黑白电视信号图像信号的产生：扫描（行、场扫描）每帧画面有625行，每帧画面分两场垂直扫描，即分为奇数场和偶数场；（场）同步（行、场同步信号）为了使收、发两端扫描完全同步，发送端要给接收端提供同步脉冲信号。分别有行同步脉冲和场同步脉冲。行同步脉冲：指令电子束开始扫描行逆程的时间。场同步脉冲：指令电子束开始扫描场逆程的时间。9黑白电视信号图像信号的产生：消隐信号（行、场消隐信号）在行、场回扫时，用行、场消隐脉冲，将视频信号限位在黑电平，以防止扫描线干扰正常图像。黑白全电视信号由图象信号、复合同步信号和复合消隐信号组合而成。为了使三者互不干扰，并且在接收端能够方便可靠地进行分离，黑白全电视信号按下列方式组成：10黑白电视信号11一行黑白图像波形从中可见，图象信号、行消隐信号、行同步信号三者在时间与幅度上的差别；黑色电平提升量D等于消隐电平与白色电平差值（70％）的0～5％黑白电视信号•在一行的黑白全信号中，图象信号位于白色和黑色电平之间，复合消隐信号的电平规定比黑色电平稍黑。消隐电平和图象黑色电平之差称为黑色电平提升。黑色电平提升量D等于图象白色电平与消隐电平差值的0～5％。12黑白电视信号13全电视信号黑白电视信号黑白全电视信号的组成：•图象信号安排在行、场扫描的正程，复合消隐和复合同步信号安排在行、场扫描的逆程。14图像信号复合消隐信号复合同步信号行消隐场消隐行同步场同步正程扫描逆程扫描彩色电视信号的产生三基色原理：自然界几乎所有的颜色都可以用红、绿、蓝三种互为独立的基色按一定的比例混合得到；三基色原理是对颜色进行分解与合成的重要原理，它为彩色电视技术奠定了理论基础，简化了电视信号传送处理，有了三基色原理，只需要将要传送的颜色分解为三基色(红、绿、蓝)，再分别以对应的一种电信号进行传送处理即可。混合色的亮度等于各基色亮度之和。在广播电视中，为了使黑白电视能与彩色电视兼容，不是传送三基色信号，而是传送将它们经过线性变换而成的一个亮度信号Y和两个色差信号R-Y和B-Y。15彩色电视信号的产生（图像的拍摄）分光系统红绿蓝R放大、处理G放大、处理B放大、处理编码G放大、处理调制RBGYUVY/C摄像机拍摄图像的过程CCD（或摄像管）分别将红、绿、蓝三基色光变换成三基色图像信号，编码器将红、绿、蓝三基色信号编成一个亮度信号和两个色差信号，并把它们按某一电视制式标准有机地组合成一个彩色全电视信号输出。摄像机中的编码器和电视接收机的解码器对信号的处理过程正好相反。PAL制式编码器输出的彩色全电视信号中还包含一个色同步信号，该信号除了携带色副载波频率和相位基准信息外，还表明了倒相行和不倒相行的信息。16模拟编码彩色电视信号的产生（图像的拍摄）将R、G、B三基色电信号通矩阵电路，变换成亮度信号Y和色差信号（R-Y）和（B-Y），经过编码和相应压缩，最后成为YUV信号。YUV颜色空间:Y＝0.299R＋0.5587G＋0.114BU＝－0.147R－0.289G＋0.436B＝0.492（B－Y）V＝0.615R－0.515G－0.100B＝0.877(R－Y)R＝Y＋1.140VG＝Y－0.395U－0.581VB＝Y＋2.032U彩色电视信号的产生前面简要叙述了彩色电视信号的产生，有：1.R、G、B模拟分量彩色电视信号；2.Y、U、V模拟分量彩色电视信号（经R、G、B模拟分量信号编码而成；3.Y/C模拟复合彩色电视信号（经Y、U、V模拟分量彩色电视信号调制而成）。4.在此强调：上述是有效图像信号。不是全电视信号。18上述简要介绍了彩色电视信号的产生，下面简述图像的生成：一帧电视画面是由很多个像素点组成的；（像素）各像素的信息不是同时传送，而是按时间顺序经过惟一的一条传输通道先后传输的，通常是沿着行的方向由左至右连续扫描每个像素；（行）每帧画面有625行，每帧画面分两场垂直扫描，即分为奇数场和偶数场；（场）在信号的发出端和接收端，必须要统一在同一时间开始每场信号和每行信号的扫描，才可以统一收到正确的画面。（场、行同步和消隐信号）19图像信号的分布:场消隐信号行消隐信号有效图像信号这是一帧图像信号，一帧图像信号有两场，分为奇数场和偶数场。20图像的色域彩色图像特性的三要素是：亮度、色调和色饱和度。亮度（与黑白一样）是指光的明暗程度，即光线的强弱，与光功率有关。色调是指光的颜色类别，与光的波长有关，彩色光的色调取决于其光谱成份。如我们通常说的红色、绿色、蓝色指的就是色调。色饱和度是指光的深浅程度（如浅红、浅绿），与掺入白光的多少有关。掺入的白光越多，光越浅，色饱和度越低。如：白光色饱和度是0%（全是白光），纯色光色饱和度：100%（未掺入白光）。一般色调与色饱和度合称为色度。色度即说明彩色光颜色的类别，又说明颜色的深浅程度。在彩色电视系统中，传输彩色图像，实质上是传输图像像素的亮度和色度。21图像的色域色域：ColorGamut，就是指某种设备所能表达的颜色数量所构成的范围区域在现实世界中。自然界中可见光谱的颜色组成了最大的色域空间，该色域空间中包含了人眼所能见到的所有颜色。电视中心中，国际上通行的色彩衡量标准是NTSC(美国国家电视标准委员会)规定的色域范围。所谓色域，就是能够表现的电视色彩范围。NTSC色域的范围仍然是一种局限性比较大的标准，其空间相对较小，因此也受到了其他色域标准的竞争压力。22图像的色域23电视色域比较同步信号：隔行扫描与帧、场、行在PAL-D模拟彩色电视广播制式电视信号中，一般采用的隔行扫描，即先按顺序隔行扫描第一场整幅画面（称为奇数场）后，再按顺序扫描第二场整幅画面，从而完成一幅完整画面的摄像或显示。在电视技术中，1幅完整画面称为1帧；而从第一场有效行构成的画面称为奇数场；第二场有效行构成的画面称为偶数场。我国采用每秒25帧（即每秒50场）、每帧625行的所谓“625/50扫描标准”。为了避免处理每场中半个数字行，第一场的场消隐期是有效行的前24行，第二场的场消隐期是有效行的前25行，所以每帧的有效行数是576行。24同步信号：顺序传送与扫描同步：①顺序传送。先按第1、3、5、7……行，每行从左到右的顺序传送奇数场的图像信息；再按第2、4、6……行，每行从左到右的顺序传输偶数场的图像信息，最后完成1帧电视图像的信息传输。电视图像信息的这种传送方式称为“顺序传送”。②扫描同步。图像的传输过程实践就是图像的分解和复合过程，分解和复合的过程必须保持步调一致，否则无法重现图像。由于图像的分解和复合是靠电子束扫描而成，要使电子束扫描保持完全一致，这过程叫同步。25同步信号：顺序传送与扫描同步：③扫描逆程消隐。电子束扫描完每行或每场的“掉头”称谓扫描逆程。显然，在行或场逆程期间，我们不希望电子束在发送端和接收端显示出来。为此，我们需要每行和每场的逆程期间设置不让电子束扫描荧光屏的消隐信号（是1个电平比黑电平还“黑”的脉冲信号），因此，行（场）逆程期也称消隐期。而且，上述的行（场）同步信号，就插在这个行（场）消隐脉冲上。26同步信号：行同步为了使接收端的行扫描与发送端同步，而向接收机发出一个行同步信号，所以行同步脉冲的前沿决定了接收机扫描正程的结束和逆程的开始。为了确保行同步脉冲前沿的准确性，一般要求行消隐脉冲前沿超前行同步脉冲前沿1.3us的时间。场同步场同步信号在场消隐信号之后出现，比场消隐信号的幅度要高。场同步的幅度与行同步信号相同，但宽度不同。根据我国的电视标准，规定场同步的重复频率就是场扫描频率，即50Hz,其宽度为2.5H，即宽度为2.5×64us=160us，其前沿比场消隐信号前沿滞后2.5H。27同步信号：行同步信号28PAL-D模拟彩色电视广播制式标准的特点（模拟复合信号）：彩色全电视信号特性:彩色全电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号组成。其中色度信号包含（R—Y）和（B—Y）两个分量。两个色度分量由两个加权的色差信号以抑制副载波的振幅调制方式，分别调制在相位相差90度的两个同频率副载波上。两个分量之一的副载波相位是逐行倒转180度。色差信号在合成时，由于用同一的副载波频率同时传送R—Y和B—Y两个色差信号，采用了正交平衡调制的方法，使副载波信号的幅度反映色饱和度（彩色的浓淡），而副载波的相位反映色调。然后，色度信号C再叠加在亮度信号Y上而形成彩色全电视信号。29PAL-D模拟彩色电视广播制式标准的特点（模拟复合信号）：上面简单叙说了彩色全电视信号的基本特性，我们可以记作：扫描方式：隔行扫描；信号组成：亮度信号、色度信号、（经过编码、调制）。同步信号等等；亮度与色度的关系：Y/C逐行倒相正交平衡调幅制C信号由R-Y、B-Y两个分量组成。30标清数字电视信号SDI信号的产生取样、量化、编码数字样点与消隐信号的关系辅助数据区嵌入音频数字信号的传输31SDI信号的产生电视信号的组成：•图象信号安排在行、场扫描的正程，复合消隐和复合同步信号安排在行、场扫描的逆程。32图像信号复合消隐信号复合同步信号行消隐场消隐行同步场同步正程扫描逆程扫描SDI信号的产生SDI标清电视信号是数字信号，数字信号特点是“1”、“0”两个值的信号信号失真不累加它便于和计算机共同使用使设备多功能化、自动化便于实现数字压缩、编码，显出数字化优越性使系统多功能化，一机多用、三网合一33SDI信号的产生：SDI数字电视信号产生简图:RGBComponentAnalogVideo(RGB)4xFscSample(PAL=17.7MHz)(NTSC=14.4MHz)ClockX10ComponentAnalogVideo(R-Y,B-Y,Y)YB-YR-Y10bits6.75MHzSample13.5MHzSampleMultiplexed2