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第六章数字电视信号6.1数字电视信号编码参数6.1.1电视信号数字化方式数字分量方式数字分量方式是分别对三基色信号ER、EG、EB或对分别亮度信号Y和色差信号EY、ER-Y、EB-Y进行数字化处理的方式，如图所示于是1982年CCIR第15次全会上通过了著名的601号建议书，为推动数字电视的发展起了重要的作用。后来经过多次修正、扩展，现已发展到包含16：9宽高比在内的ITU-RBT.601-5标准。我国也于1993年制定了国标GB/T14857-93演播室数字电视编码参数规范等同采用了601建议。本章重点围绕这些参数进行分析。取样结构取样结构是指取样点在空间与时间上的相对位置,在数字电视中一般大都采用固定正交结构，如右图所示。为了保证取样结构是正交的，要求行周期TH必须是取样周期Ts的整数倍，即要求取样频率fs应等于行频fH的整数倍6.1数字电视信号编码参数6.1.2亮度和色度信号取样频率(1)亮度信号取样频率（1）首先应该满足取样定理，即取样频率应该大于视频带宽的两倍，设亮度信号带宽fu是6MHz，因此有（2）为了保证取样结构是固定正交的，取样频率应该是行频fH的整数倍，即：（3）亮度信号取样频率的选择还必须兼顾国际上不同的扫描格式。现行的扫描格式主要有625行/50场和525行/60场两种，它们的行频分别为15625Hz和15734.265Hz。这两个行频的最小公倍数是2.25MHz，也就是说取样频率应是2.25MHz的整数倍。即在CCIR601建议中，m=6，亮度信号取样频率fs为13.5MHz。(2)色度信号取样频率由于色差信号的带宽比亮度信号窄得多，在数字电视中有以下几种色度信号取样格式。1)4：2：2格式色差信号Cb和Cb的取样频率均为亮度信号取样频率的一半6.75MHz，数字SDTV演播室采用这种格式。2)4：4：4格式色差信号Cr和Cb的取样频率和亮度信号取样频率相同，在演播室要求高质量的信号源的情况下采用这种格式。3)4：2：0格式色差信号Cb和Cb的取样频率均为亮度信号取样频率的四分之一，这不是演播室的信号格式,是压缩编码中常用的格式。4)4：1：1格式色差信号Cr和Cb的取样频率均为亮度信号取样频率的四分之一，这不是演播室的信号格式,是某种摄录设备中用的格式。（点击查看大图）(3)数字标准清晰度电视中常用的编码参数4:4:44:2:24:2:04:1:1取样频率（MHz）Y13.513.513.513.5R-Y13.56.756.753.375B-Y13.56.756.753.375每帧有效行数Y576576576576R-Y576576288576B-Y576576288576每行有效像素数Y720720720720R-Y720360360180B-Y720360360180帧频（Hz）25252525宽高比4:34:34:34:36.1数字电视信号编码参数6.1.3量化参数所谓量化就是把幅度连续变化的信号变为幅度离散的数字信号。量化过程不可避免地回引起量化误差。斜波信号及图象斜波信号4bit量化后的图斜波信号３bit量化后的图象1）视频信号（单极性信号）的量化信噪比视频信号一般用信号的峰-峰值与量化噪声的均方根之比表示量化信噪比：用分贝表示：可以得出结论：量化比特数n每增加1bit，信噪比上升6dB。量化比特数的选择最终由主观评价来决定。主观评价实验表明，n取7-8比特对广播电视是合适的。2）声音信号（双极性信号）量化信噪比设声音信号的最大幅度为A，它的动态范围是+A～-A。对它均匀量化成M＝2n级，则有：2A=M•ΔA=ΔA2n,用分贝表示：可见，当输入信号幅度下降1/2时，信噪比将下降约6db3）量化后码电平分配在对模拟电视分量信号Y、R-Y、B-Y进行量化和编码前，还必须进行归一化变换。6.2数字标清电视演播室接口在演播室内部大多采用电缆来连接，这方面的国际标准是ITU-RBT.656号建议6.2.1并行和串行接口通用的信号格式1)4:2:2数字分量信号的时分复用传输数字设备向外输每帧内的象素数据时，应按下列次序时分复用：Cb1Y1Cr1,Y2,Cb2Y3Cr2,Y4,Cb3Y5Cr3,Y4,…….Cb360Y719Cr360,Y720由于亮度信号和两个色差信号在数字有效行内时分复用，所以数据字速率为：（13.5+6.75+6.75）=27兆字/秒传输数据时钟信号为27MHz。2)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过A/D转换得到的，在数字有效行与模拟行同步前沿OH，之间应该由明确的定时关系。3)视频定时基准信号SAV和EAV有两个定时基准信号，一个在每一视频数据块的起始处（SAV），另一个在每一视频数据块的终止处（EAV）。每个定时基准信号由四个字的码组成，每个字为8比特或10比特，8比特时数码一般以十六进制表示为：FF0000XY。头三个字是固定前缀用FF与00表示，留给定时基准信号用。第四个字定义了场的奇偶标识、行场的消隐期和行场的正程期状态的信息以及校验位。4)奇数场和偶数场场正程和场消隐期行的规定第一场占了312行，第二场占了313行；第一场中消隐占了24行，正程占了288行；第二场中场消隐占了25行，正程占了288行。因此一帧的正程中有效行为288+288=576行，它比模拟信号多了一行。6.2数字标清电视演播室接口6.2.2并行和串行接口(1)并行接口在并行接口中规定用10对导线对10个并行的比特位作平衡传输，码型为NRZ（不归零）码。为了使接收端获得数据定时信息，还需要一对导线同时传输27MHZ的时钟信号。发、收设备间应由一对公共地电位连接线，电缆屏蔽层还需要由防止电磁辐射地接地线。因此实际比特并行接口采用25芯电缆，内有12对双绞线。连接采用25芯带有锁定机构的超小型D类接插件。(2)数字串行接口（SID：SerialDigitalInterface）在串行接口中，每一个10比特的数据字用并/串转换电路变成串行的数据流，传输码率从27Mbps变为270Mbps，用单芯同轴电缆传输。数字串行接口框图如右图所示。（点击查看大图）1）并/串变换：移位寄存器将10位的输入数据又由27MHZ的时钟信号予以并行写入，然后用10倍频的270MHZ时钟进行串行读出，LSB（最低有效位）在先，MSB（最高有效位）在后，码型为NRZ不归零码。2）扰码和码型变换编码（NRZ-NRZ1）：数据中免不了有长串的连0和连1，会导致数据流中有相当的低频成分的能量，并且不利于解码时从SDI数据流中重新产生时钟。常用的解决方案是用一个伪随机二进制序列（PRBS）与原数据进行模2加，以达到扰码的效果。。扰码电路如右图所示。（点击查看大图）在NRZ码中，低电平表示0，高电平表示1，这称为绝对码。NRZI（倒相的NRZ）码中，用数据周期内电平跳变来表示1，数据周期内电平不跳变表示0，称为相对码又称为差分码。NRZI码的优点在于：接收端对数据流的极性不敏感，只响应于极性的变换，容易解码和提取时钟信息。3）传输特性在数字串行接口中用特性阻抗75Ω的单芯同轴电缆传输信号。当不加电缆均衡电路时容许同轴电缆的长度250米左右，当加上均衡电路时，可以达1公里以上。6.3声音信号数字化参数及接口标准AES和EBU一起开发了一个数字音频传输标准，即AES/EBU标准。它是传输和接收数字音频信号的数字设备接口协议，规定音频数据必须以2的补码进行编码。传输介质是电缆，允许高带宽容量和由A/D转换器产生的并行数据字节的串行传输。在串行传输16到20bit的并行字节时先传输最低有效位，必须加入字节时钟标志以表明每个样值的开始，最后的数据流为双相标志码编码。1)格式结构一帧包括两个子帧（子帧A和子帧B），其中包括来自一个音频源或声道的样值数据、辅助数据、同步数据、附加数据、有效比特（V）、用户比特（U）、声道状态比特（C）和奇偶校验比特（P）。音频帧每192个构成一个块。在数据流中一个标志符Z标识每个块的开始。AES/EBU信号格式中的音频帧结构图（点击查看）2)AES/EBU数据信号特性取样频率为48kHz时整个数据率为32×2×48000=3.072Mbps。在双相标志码编码后，数据传输率提高到两倍，即为6.144Mbps。每个音频帧包括64bit，每20.83μs发出一帧。帧中的一个数据比特持续时间为325.5ns，一个双相标志码比特单元时间为163ns。这样，由一些数据流比特叠加产生的眼图眼宽时间为163ns。3)AES/EBU信号电特性两声道取样线性编码数据的串行传输的AES/EBU专业格式接口的特性和两声道取样线性编码数据的串行传输的AES/EBU消费级格式接口的特性示于下表。AES/EBU专业格式接口特性AES/EBU消费级格式接口的特性平衡输出芯脚分配：芯1：电缆屏蔽，信号地、芯2：信号（极性不要求）、芯3：信号（极性不要求）源阻抗：110Ω±20%输出信号幅度：在110Ω负载上2到7Vp-p（平衡）不平衡输出插件：RCA话筒插口源阻抗：75Ω输出信号幅度：75Ω负载上500mVp-p上升和下降时间：5到30ns抖动：20ns共模抑制比：最高7Vp-p，20kHz最大可接受信号电平：7Vp-p电缆规范：屏蔽双绞线，最长100到250米上图示出磁带录音机或数字处理器的多种音频信号输入。可选择模拟或串行数字输入信号用于处理。模拟音频输入声道经处理并以48kHz取样频率转换为16到20bit的数据。对样值编码采用PCM编码（2的补码形式）。AES/EBU解码器将双相标志码编码的串行AES/EBU数字音频输入信号转换为一个信号数据流，再将两声道复用数据流中的音频数据信号分开，产生两路并行比特的音频数据流。从每个子帧中抽取出附加数据（V，U，C，P）用于处理控制和子帧以及帧的同步，并用于产生192bit通道状态和用户块。6.4数字高清晰度电视6.4.1HDTV高清晰度电视(HighDefinitionTelevision)简称为HDTV。数字高清晰度电视是电视领域的一场革命，其大屏幕画面细腻逼真，配以环绕立体声，已接近高质量的电影。对高清晰度电视的要求:是使一个正常视力的观众在距离显示图像高度约三倍距离处看到的图像质量达到和观看原始景物相同的感受。一、高清晰度电视的特点高的图象空间分解力：HDTV在水平方向和垂直方向上的空间分辨率应是普通清晰度电视的二倍，每帧图像行数不少于1000行；16：9宽屏幕：画面宽高比为16：9，更符合人眼的视觉特性，视野宽，临场感强，画面尺寸应为对角线达0.8m以上的大屏幕效果更好。高质量声音：HDTV应有高质量的环绕立体声，至少有4路数字伴音通道，伴音带宽应达20KHz。二、HDTV格式6.4数字高清晰度电视6.4.2格式转换24p格式由于电影素材在电视节目广播中应用十分广泛，在未来的HDTV广播中，人们将能欣赏到更高画质的电视节目，电影素材的应用将更加广泛。由于电影是24帧/秒的胶片，为了便于转换，便有了24p的电视格式，24p格式（1920′1080/24/1:1格式）是一种低帧率、高分解力的逐行扫描方式，目的是为了能更好的进行HDTV节目和电影素材格式的转换，有利于对电影素材进行后期编辑。为此我国数字高清晰度电视演播室视频参数标准中增加了24p格式。HDTV的应用目前数字高清晰度电视技术不仅应用于广播领域，在非广播领域如军事、空间科学、遥感技术、医学、文化艺术、电影等方面都有广阔的应用前景。数字高清晰度电视在不远的将来将会取代现行的普通清晰度电视，走向大众。