第四章_数字电视基础

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1、第四章 数字电视基础 2/45数字电视基础目录 4.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制4.1.1 电视与电视制4.1.2 重现彩色图像的过程4.1.3 彩色电视制4.1.4 国际彩色电视标准4.2 电视扫描和同步电视扫描和同步4.2.1 电视的扫描方式4.2.2 PAL制的扫描特性4.2.3 NTSC制的扫描特性4.2.4 SECAM制的扫描特性4.3 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型4.3.1 复合电视信号4.3.2 分量电视信号4.3.3 S-Video信号4.4 电视图像数字化电视图像数字化4.4.1 数字化方法4.4.2 BT.601数字化标准4.4.3 CIF电视图像格式4.5 图

2、像子采样图像子采样4.5.1 图像子采样概要4.5.2 4:4:4 YCbCr格式4.5.3 4:2:2 YCbCr格式4.5.4 4:1:1 YCbCr格式4.5.5 4:2:0 YCbCr格式4.6 数字电视数字电视4.6.1 数字电视是什么4.6.2 数字电视的原理4.6.3 数字电视的标准4.7 数字电视图像格式数字电视图像格式4.7.1 数字电视图像格式简介4.7.2 数字电视图像格式参数4.7.3 SDTV格式4.7.4 EDTV格式4.7.5 HDTV格式3/454.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制n电视是什么电视是什么英文“television”的译名，简写为TVntele来自

3、希腊语，表示far(远)nvision来自拉丁语，表示看到的景物图像的摄取与重现是根据光和电的转换而实现。信号处理与传输通道摄像端光电转换显像端电光转换图像电信号图像电信号RL重现图像景物显像管镜头摄像管两种类型的电视系统n黑白电视(black & white TV ): 重现黑白图像的电视系统n彩色电视(color television): 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5/454.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制(续续1)n重现彩色图像的过程重现彩色图像的过程 图9-1说明用彩色摄像机摄

4、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：nY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n可利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率，通过选择合适的带宽使C1C2明显低于Y的带宽。彩色电视摄像机RGB转换为YC1C2YC1C2转换为RGBYRGBRGBC1C2彩色显示器被摄对象图9-1 彩色图像重现过程 6/454.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制(续续2)n电视制电视制(television system)目前世界上定义了三种互不兼容的模拟模拟彩色电视制:uNTSC制：美国、加拿大、日本、

5、韩国和我台湾地区制：美国、加拿大、日本、韩国和我台湾地区uPAL制：德国、英国以及中国、朝鲜等制：德国、英国以及中国、朝鲜等uSECAM制：法国、俄罗斯、东欧及中东等制：法国、俄罗斯、东欧及中东等n三者互不兼容n三者都是彩色和黑白兼容的制式（YIQ和YUV）7/454.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制(续续3)nNTSC彩色电视制彩色电视制20世纪50年代初美国国家电视系统委员会(NTSC)制定的彩色电视广播标准正交幅度调制(QAM)n两个色差信号分别去调制频率相同但相位相差90度的两个载波信号，相加后与亮度信号一起传送输出的全电视信号 C=Isin(wt+33o)+Qcos(wt+33o)其

6、中 w=2Fsc，Fsc=3.579545MHzn采用YIQ色彩空间，RGB与YIQ的转换关系8/454.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制(续续4)nPAL彩色电视制彩色电视制德国于1967年开播的彩色电视广播标准n其中，PAL-D是我国大陆采用的制式。逐行倒相(PAL)彩色电视制n也称逐行倒相正交平衡调幅制。其中，“逐行倒相”的意思是颜色分量V的相位与上一行反相。n采用YUV的颜色空间9/459.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制(续续5)nSECAM制制法文Sequential Coleur Avec Memoire的缩写，称为“顺序传送彩色与存储”彩色电视制1956年开始开发,于1967

7、年开播的法国彩色电视广播标准也采用YUV色彩体系SECAM制的色度信号使用频率调制(FM)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) 。10/459.1 模拟彩色电视制模拟彩色电视制(续续6)n国际彩色电视标准国际彩色电视标准1961年ITU为每一种黑白电视制分配AN中的一个字母，与NTSC， PAL和SECAM彩色电视制相结合，如我国大陆地区使用的PAL-D，图像的宽高比都为4:311/459.2 电视扫描和同步电视扫描和同步n电视的扫描方式电视的扫描方式逐行扫描/非隔行扫描/顺序扫描(noninterlaced scann

8、ing)n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9-2(a)(a) 逐行扫描图9-2 图像扫描方式扫描扫描：将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号：将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程。的过程。计算机的显示器一般都采用逐行扫描12/459.2 电视扫描和同步电视扫描和同步(续续1)隔行扫描(interlaced scanning)n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9-2(b) n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9-2 图像扫描方式黑

9、白和彩色电视都采用隔行扫描临界值：人眼感觉不到它的闪烁 这个频率值 是45.8HZ，低于这个值，会出现闪烁。 Pal 的帧频25HZ，所以会产生闪烁接近电视机观看时，仍会感觉到行间闪烁；但当离开一定接近电视机观看时，仍会感觉到行间闪烁；但当离开一定距离观看时，行间闪烁就不怎么明显了。距离观看时，行间闪烁就不怎么明显了。21/459.2 电视扫描和同步电视扫描和同步(续续2)n电视扫描术语电视扫描术语场频场频/场速率 ff ，每秒钟扫描的场数（隔行扫描，每次扫描一场，两场一帧）帧频帧频/帧速率fF ，每秒扫描的帧数行频行频/水平行速率(horizontal line rate) fH ，每秒钟扫

10、描的行数n例如，NTSC制精确的帧频是29.97 Hz，525行每帧，因此行频为29.9752515 734行/秒。22/459.2 电视扫描和同步电视扫描和同步(续续3)n扫描参数扫描参数PAL，NTSC和SECAM的扫描和同步参数见表9-2 23/459.2 电视扫描和同步电视扫描和同步(续续4)nPAL制的扫描特性制的扫描特性一帧图像的总行数为625，分两场扫描n场频为50 Hz，场周期20ms n帧频为25 Hz 周期为40msn行扫描频率(行频)为15 625 Hz，周期为64s图9-3表示n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 图9-3 包含图像亮度

11、信号和定时信号的黑白全电视信号每一场的扫描数625/2=312.5，其中25行作为回扫，不传送任何图像，传送图像的每场只有287.5行，因此每帧只有575行显示图像。然而计算机将半行作为一行处理，所以每帧按照576行传输有效图像计算。25/454.3 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型n三种类型的彩色电视信号三种类型的彩色电视信号复合电视信号（全电视信号）分量电视信号和S-Video信号n复合电视信号复合电视信号/全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26/459.3 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型(续续1)图9-4 一个行周期的黑白全电视信号27/459.

12、3 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型(续续2)图9-5 水平消隐间隔上的色差信号28/459.3 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型(续续3)n分量电视信号分量电视信号(component video signal)用三个颜色分量和同步信号进行记录和传输的电视信号n每个颜色分量可用RGB或用亮度-色差表示，如YIQ，YUVn表示颜色的最好办法n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 nS-Video(Separate Video)信号信号亮度信号(Y)和色度信号(C)分开录制和处理的电视信号两个优点n减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰n不需使用梳状滤波器分

13、离亮度信号和色差信号29/459.3 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型(续续4)1243YC地地地地nS-Video连接器连接器使用4针连接器具体规格图9-6 S-Video连接器30/459.4 电视图像数字化电视图像数字化 n数字化方法数字化方法分量数字化(component digitization)n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n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n先分离后数字化u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u用三个A/D转换器分别对分量

14、信号数字化n先数字化后分离u用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化u在数字域中分离出YCbCr，YUV，YIQ或RGB颜色空间中的分量数据31/459.4 电视图像数字化电视图像数字化(续续1)n BT.601数字化标准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n规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和和YCbCr彩色空间之间的转换关系等彩色空间之间的转换关系等1、彩色空间转换601219219219 0.2990 0.5870 0.1140160.1726 0.3388 0

15、.5114128 0.5114 0.4282 0.0832128YRCbGCrB 32/459.4 电视图像数字化电视图像数字化(续续2)2、采样频率nCCIR（国际无线电委员会）为NTSC、PAL和SECAM彩色电视制规定了共同的电视图像采样频率：13.5 MHzu对PAL和SECAM： fs=62525N=15625N=13.5 MHz, N=864 u对NTSC： fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz N=858 （N为采样数/行）4、IUT-RBT.601标准摘要RBT.601推荐使用4:2:2的采样格式，只要采样信号与场、行同步信号同步即可35/459.5 图像子

16、采样图像子采样 n图像子采样图像子采样(subsampling)可采用两种采样方法n对亮度信号和色差信号采用相同的采样频率n对亮度信号和色差信号采用不同的采样频率图像子采样的概念 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（的采样频率低的采样方法（PcPy）在数字图像压缩技术中得到广泛应用n最简便的图像压缩技术恐怕就要算图像子采样。n基本依据是人的视觉系统所具有的两个特性u人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低，利用这个特性可把色差信号去掉一些而使人不易察觉u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

17、信号去掉而使人不易察觉 37/54一一n4种常见的采样格式种常见的采样格式二二4:2:2 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样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表示三三4:1:1 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样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示42/45四四4:2:0 在水平和垂直方向上，每2个连续采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，每个像素用1.5个样本表示43/454.6 数字电视数字电视 n数字电视是什么数字电视是什么DTV数字电视是远程通信系统n使用数据压

18、缩技术和数字传输技术n提供质量高于模拟的电视的图像和声音44/454.6 数字电视数字电视(续续1)n传输方式传输方式数字电视的传输方式n卫星转播：卫星数字电视(digital satellite TV)n地面广播：地面数字电视(digital terrestrial TV)n电缆传输：有线数字电视(digital cable TV)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45/454.7 数字电视图像格式数字电视图像格式 n数字电视图像格式简介数字电视图像格式简介美国高级电视系统委员会(ATSC) 将电视图像格式分成三种类型：n(1) 标准清晰度电视(ATSC SDTV)；n(2) 增强清晰度电视(ATSC EDTV)；n(3) 高清晰度电视(ATSC HDTV)46/454.7 数字电视图像格式数字电视图像格式(续续2)nHDTV格式格式47/454.7 数字电视图像格式数字电视图像格式(续续3)ENDEND第第4章章 数字电视基础数字电视基础