第四章_數(shù)字電視基礎(chǔ)

1、第四章 數(shù)字電視基礎(chǔ) 2/45數(shù)字電視基礎(chǔ)目錄 4.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制4.1.1 電視與電視制4.1.2 重現(xiàn)彩色圖像的過程4.1.3 彩色電視制4.1.4 國際彩色電視標(biāo)準(zhǔn)4.2 電視掃描和同步電視掃描和同步4.2.1 電視的掃描方式4.2.2 PAL制的掃描特性4.2.3 NTSC制的掃描特性4.2.4 SECAM制的掃描特性4.3 彩色電視信號(hào)的類型彩色電視信號(hào)的類型4.3.1 復(fù)合電視信號(hào)4.3.2 分量電視信號(hào)4.3.3 S-Video信號(hào)4.4 電視圖像數(shù)字化電視圖像數(shù)字化4.4.1 數(shù)字化方法4.4.2 BT.601數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)4.4.3 CIF電視圖像格式4.5 圖

2、像子采樣圖像子采樣4.5.1 圖像子采樣概要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 數(shù)字電視數(shù)字電視4.6.1 數(shù)字電視是什么4.6.2 數(shù)字電視的原理4.6.3 數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)4.7 數(shù)字電視圖像格式數(shù)字電視圖像格式4.7.1 數(shù)字電視圖像格式簡介4.7.2 數(shù)字電視圖像格式參數(shù)4.7.3 SDTV格式4.7.4 EDTV格式4.7.5 HDTV格式3/454.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制n電視是什么電視是什么英文“television”的譯名，簡寫為TVntele來自

3、希臘語，表示far(遠(yuǎn))nvision來自拉丁語，表示看到的景物圖像的攝取與重現(xiàn)是根據(jù)光和電的轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理與傳輸通道攝像端光電轉(zhuǎn)換顯像端電光轉(zhuǎn)換圖像電信號(hào)圖像電信號(hào)RL重現(xiàn)圖像景物顯像管鏡頭攝像管兩種類型的電視系統(tǒng)n黑白電視(black & white TV ): 重現(xiàn)黑白圖像的電視系統(tǒng)n彩色電視(color television): 近似重現(xiàn)彩色圖像的電視系統(tǒng)注：彩色電視是在黑白電視基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此彩色電視系統(tǒng)的許多特性，如掃描、同步等都與黑白電視相同5/454.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制(續(xù)續(xù)1)n重現(xiàn)彩色圖像的過程重現(xiàn)彩色圖像的過程 圖9-1說明用彩色攝像機(jī)攝

4、取自然景物、轉(zhuǎn)換彩色分量信號(hào)和在彩色顯示器上重現(xiàn)自然景物的過程使用Y，C1，C2傳輸?shù)膬蓚€(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：nY和色差(C1，C2)是相互獨(dú)立的，因此彩色電視接收機(jī)和黑白電視接收機(jī)可同時(shí)接收彩色電視信號(hào)n可利用人的視覺特性來節(jié)省信號(hào)的帶寬和功率，通過選擇合適的帶寬使C1C2明顯低于Y的帶寬。彩色電視攝像機(jī)RGB轉(zhuǎn)換為YC1C2YC1C2轉(zhuǎn)換為RGBYRGBRGBC1C2彩色顯示器被攝對象圖9-1 彩色圖像重現(xiàn)過程 6/454.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制(續(xù)續(xù)2)n電視制電視制(television system)目前世界上定義了三種互不兼容的模擬模擬彩色電視制:uNTSC制：美國、加拿大、日本、

5、韓國和我臺(tái)灣地區(qū)制：美國、加拿大、日本、韓國和我臺(tái)灣地區(qū)uPAL制：德國、英國以及中國、朝鮮等制：德國、英國以及中國、朝鮮等uSECAM制：法國、俄羅斯、東歐及中東等制：法國、俄羅斯、東歐及中東等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 模擬彩色電視制模擬彩色電視制(續(xù)續(xù)3)nNTSC彩色電視制彩色電視制20世紀(jì)50年代初美國國家電視系統(tǒng)委員會(huì)(NTSC)制定的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)正交幅度調(diào)制(QAM)n兩個(gè)色差信號(hào)分別去調(diào)制頻率相同但相位相差90度的兩個(gè)載波信號(hào)，相加后與亮度信號(hào)一起傳送輸出的全電視信號(hào) C=Isin(wt+33o)+Qcos(wt+33o)其

6、中 w=2Fsc，F(xiàn)sc=3.579545MHzn采用YIQ色彩空間，RGB與YIQ的轉(zhuǎn)換關(guān)系8/454.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制(續(xù)續(xù)4)nPAL彩色電視制彩色電視制德國于1967年開播的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)n其中，PAL-D是我國大陸采用的制式。逐行倒相(PAL)彩色電視制n也稱逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。其中，“逐行倒相”的意思是顏色分量V的相位與上一行反相。n采用YUV的顏色空間9/459.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制(續(xù)續(xù)5)nSECAM制制法文Sequential Coleur Avec Memoire的縮寫，稱為“順序傳送彩色與存儲(chǔ)”彩色電視制1956年開始開發(fā),于1967

7、年開播的法國彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)也采用YUV色彩體系SECAM制的色度信號(hào)使用頻率調(diào)制(FM)SECAM制與PAL制具有相同的掃描線數(shù)(625線每幀)、幀頻(25幀每秒，50場每秒)和圖像寬高比(4:3) 。10/459.1 模擬彩色電視制模擬彩色電視制(續(xù)續(xù)6)n國際彩色電視標(biāo)準(zhǔn)國際彩色電視標(biāo)準(zhǔn)1961年ITU為每一種黑白電視制分配AN中的一個(gè)字母，與NTSC， PAL和SECAM彩色電視制相結(jié)合，如我國大陸地區(qū)使用的PAL-D，圖像的寬高比都為4:311/459.2 電視掃描和同步電視掃描和同步n電視的掃描方式電視的掃描方式逐行掃描/非隔行掃描/順序掃描(noninterlaced scann

8、ing)n電子束從顯示屏的左上角一行接一行地掃到右下角，在顯示屏上掃一遍就顯示一幅完整的圖像，見圖9-2(a)(a) 逐行掃描圖9-2 圖像掃描方式掃描掃描：將組成一幀圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)：將組成一幀圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程。的過程。計(jì)算機(jī)的顯示器一般都采用逐行掃描12/459.2 電視掃描和同步電視掃描和同步(續(xù)續(xù)1)隔行掃描(interlaced scanning)n電子束掃完第1行后從第3行開始掃，接著掃第5行、7行、，一直掃到最后一行的中間，見圖9-2(b) n一幀圖像由兩部分組成：由奇數(shù)行組成的奇數(shù)場；由偶數(shù)行組成的偶數(shù)場(6) 隔行掃描圖9-2 圖像掃描方式黑

9、白和彩色電視都采用隔行掃描臨界值：人眼感覺不到它的閃爍 這個(gè)頻率值 是45.8HZ，低于這個(gè)值，會(huì)出現(xiàn)閃爍。 Pal 的幀頻25HZ，所以會(huì)產(chǎn)生閃爍接近電視機(jī)觀看時(shí)，仍會(huì)感覺到行間閃爍；但當(dāng)離開一定接近電視機(jī)觀看時(shí)，仍會(huì)感覺到行間閃爍；但當(dāng)離開一定距離觀看時(shí)，行間閃爍就不怎么明顯了。距離觀看時(shí)，行間閃爍就不怎么明顯了。21/459.2 電視掃描和同步電視掃描和同步(續(xù)續(xù)2)n電視掃描術(shù)語電視掃描術(shù)語場頻場頻/場速率 ff ，每秒鐘掃描的場數(shù)（隔行掃描，每次掃描一場，兩場一幀）幀頻幀頻/幀速率fF ，每秒掃描的幀數(shù)行頻行頻/水平行速率(horizontal line rate) fH ，每秒鐘掃

10、描的行數(shù)n例如，NTSC制精確的幀頻是29.97 Hz，525行每幀，因此行頻為29.9752515 734行/秒。22/459.2 電視掃描和同步電視掃描和同步(續(xù)續(xù)3)n掃描參數(shù)掃描參數(shù)PAL，NTSC和SECAM的掃描和同步參數(shù)見表9-2 23/459.2 電視掃描和同步電視掃描和同步(續(xù)續(xù)4)nPAL制的掃描特性制的掃描特性一幀圖像的總行數(shù)為625，分兩場掃描n場頻為50 Hz，場周期20ms n幀頻為25 Hz 周期為40msn行掃描頻率(行頻)為15 625 Hz，周期為64s圖9-3表示n黑白電視的掃描定時(shí)與同步信號(hào)，包括水平同步(即行同步)、場同步等信號(hào) 圖9-3 包含圖像亮度

11、信號(hào)和定時(shí)信號(hào)的黑白全電視信號(hào)每一場的掃描數(shù)625/2=312.5，其中25行作為回掃，不傳送任何圖像，傳送圖像的每場只有287.5行，因此每幀只有575行顯示圖像。然而計(jì)算機(jī)將半行作為一行處理，所以每幀按照576行傳輸有效圖像計(jì)算。25/454.3 彩色電視信號(hào)的類型彩色電視信號(hào)的類型n三種類型的彩色電視信號(hào)三種類型的彩色電視信號(hào)復(fù)合電視信號(hào)（全電視信號(hào)）分量電視信號(hào)和S-Video信號(hào)n復(fù)合電視信號(hào)復(fù)合電視信號(hào)/全電視信號(hào)全電視信號(hào)包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)信號(hào)的單一信號(hào)26/459.3 彩色電視信號(hào)的類型彩色電視信號(hào)的類型(續(xù)續(xù)1)圖9-4 一個(gè)行周期的黑白全電視信號(hào)27/459.

12、3 彩色電視信號(hào)的類型彩色電視信號(hào)的類型(續(xù)續(xù)2)圖9-5 水平消隱間隔上的色差信號(hào)28/459.3 彩色電視信號(hào)的類型彩色電視信號(hào)的類型(續(xù)續(xù)3)n分量電視信號(hào)分量電視信號(hào)(component video signal)用三個(gè)顏色分量和同步信號(hào)進(jìn)行記錄和傳輸?shù)碾娨曅盘?hào)n每個(gè)顏色分量可用RGB或用亮度-色差表示，如YIQ，YUVn表示顏色的最好辦法n需要較寬的帶寬和同步信號(hào)主要用在數(shù)字電視系統(tǒng)、電視游戲和多媒體系統(tǒng)中 nS-Video(Separate Video)信號(hào)信號(hào)亮度信號(hào)(Y)和色度信號(hào)(C)分開錄制和處理的電視信號(hào)兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)n減少亮度信號(hào)和色差信號(hào)之間的交叉干擾n不需使用梳狀濾波器分

13、離亮度信號(hào)和色差信號(hào)29/459.3 彩色電視信號(hào)的類型彩色電視信號(hào)的類型(續(xù)續(xù)4)1243YC地地地地nS-Video連接器連接器使用4針連接器具體規(guī)格圖9-6 S-Video連接器30/459.4 電視圖像數(shù)字化電視圖像數(shù)字化 n數(shù)字化方法數(shù)字化方法分量數(shù)字化(component digitization)n對彩色空間的每個(gè)分量進(jìn)行數(shù)字化，如對YCbCr，YUV，YIQ或RGB顏色空間中的分量信號(hào)源n錄像帶、激光視盤和模擬攝像機(jī)等輸出的彩色全電視信號(hào)數(shù)字化方法n先分離后數(shù)字化u先把模擬的全彩色電視信號(hào)分離成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號(hào)u用三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別對分量

14、信號(hào)數(shù)字化n先數(shù)字化后分離u用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對彩色全電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化u在數(shù)字域中分離出YCbCr，YUV，YIQ或RGB顏色空間中的分量數(shù)據(jù)31/459.4 電視圖像數(shù)字化電視圖像數(shù)字化(續(xù)續(xù)1)n BT.601數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)國際無線電咨詢委員會(huì)(CCIR)于20世紀(jì)80年代初制定的彩色電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)n規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，RGB和和YCbCr彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等1、彩色空間轉(zhuǎn)換601219219219 0.2990 0.5870 0.1140160.1726 0.3388 0

15、.5114128 0.5114 0.4282 0.0832128YRCbGCrB 32/459.4 電視圖像數(shù)字化電視圖像數(shù)字化(續(xù)續(xù)2)2、采樣頻率nCCIR（國際無線電委員會(huì)）為NTSC、PAL和SECAM彩色電視制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率：13.5 MHzu對PAL和SECAM： fs=62525N=15625N=13.5 MHz, N=864 u對NTSC： fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz N=858 （N為采樣數(shù)/行）4、IUT-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)摘要RBT.601推薦使用4:2:2的采樣格式，只要采樣信號(hào)與場、行同步信號(hào)同步即可35/459.5 圖像子

16、采樣圖像子采樣 n圖像子采樣圖像子采樣(subsampling)可采用兩種采樣方法n對亮度信號(hào)和色差信號(hào)采用相同的采樣頻率n對亮度信號(hào)和色差信號(hào)采用不同的采樣頻率圖像子采樣的概念 對色差信號(hào)使用的采樣頻率比對亮度信號(hào)使用對色差信號(hào)使用的采樣頻率比對亮度信號(hào)使用的采樣頻率低的采樣方法（的采樣頻率低的采樣方法（PcPy）在數(shù)字圖像壓縮技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用n最簡便的圖像壓縮技術(shù)恐怕就要算圖像子采樣。n基本依據(jù)是人的視覺系統(tǒng)所具有的兩個(gè)特性u人眼對色度信號(hào)的敏感程度比對亮度信號(hào)的敏感程度低，利用這個(gè)特性可把色差信號(hào)去掉一些而使人不易察覺u人眼對圖像細(xì)節(jié)的分辨能力有一定的限度，利用這個(gè)特性可把圖像中的高頻

17、信號(hào)去掉而使人不易察覺 37/54一一n4種常見的采樣格式種常見的采樣格式二二4:2:2 在每條掃描線上，每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、2個(gè)紅色差Cr樣本和2個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用2個(gè)樣本表示三三4:1:1 在每條掃描線上，每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示42/45四四4:2:0 在水平和垂直方向上，每2個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)上取2個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示43/454.6 數(shù)字電視數(shù)字電視 n數(shù)字電視是什么數(shù)字電視是什么DTV數(shù)字電視是遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)n使用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和數(shù)字傳輸技術(shù)n提供質(zhì)量高于模擬的電視的圖像和聲音44/454.6 數(shù)字電視數(shù)字電視(續(xù)續(xù)1)n傳輸方式傳輸方式數(shù)字電視的傳輸方式n衛(wèi)星轉(zhuǎn)播：衛(wèi)星數(shù)字電視(digital satellite TV)n地面廣播：地面數(shù)字電視(digital terrestrial TV)n電纜傳輸：有線數(shù)字電視(digital cable