电视原理复习数字电视的国际国内标准

5.4数字电视系统的信道传输标准第5章数字电视的国际国内标准5.5数字电视信号调制解调标准5.6数字电视的音频编码解码标准5.1数字电视的架构5.2数字图像的格式与表示方法5.3数字电视信源编码解码标准数字电视（DigitalTelevision，DTV）数字电视是数字电视系统的简称，是指采用数字技术将音频、视频和数据等信号进行信源编码、信道编码和调制等处理，经存储或实时广播后，供用户接收、播放的电视系统。数字电视技术卫星数字电视有线数字电视地面广播数字电视ATSC和DVB-T标准DVB-S标准DVB-C标准信号传输方式数字电视的主要优点：信号传输质量高，抗干扰能力强，收视质量高；易于存储，便于复制和长期保存；增加节目频道，充分利用频谱资源；易于实现条件接收，开展各种综合业务；便于控制和管理；便于数字处理和计算机处理。5.1数字电视的架构数字电视系统的组成数字电视前端数字电视信号传输与分配网络数字电视终端数字电视与模拟电视一样，仍基于三基色原理传送视频图像序列。模拟电视信号的数字化包括取样、量化和编码三个过程。5.1.1数字电视信号的处理过程数字电视系统纵向划分：中间件标准物理层传输协议信息表示信息使用内容保护数字电视系统中的关键技术（1）数字电视的信源编解码：信源编码是对原始图像或声音信息的编码表示进行比特率压缩的过程。在数字电视的视频压缩编解码标准方面，国际上统一采用了MPEG-2标难。在音频编码方面，欧洲、日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比公司的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。（2）数字电视的传送复用从发送端信息的流向，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包（实际是数据分组），然后再复用合成单路串行的传输比特流，送给信道编码器及调制器。接收端与此过程相反。（3）信道编解码及调制解调：信道编码就是将数字信号转换成与信道匹配的编码过程。信道编码后的基带信号经过调制，可送入各类通信中进行传输。（4）软件平台——中间件中间件（Middleware）是一种将应用程序与底层的实时操作系统，硬件实现的技术细节隔离开来的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用不依赖于特定的硬件平台和实时操作系统。（5）条件接收条件接收（ConditionAccess，CA）是一种技术手段，它只允许付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用户不能使用。数字电视标准体系中的关键技术是信道编码(传输)和信源编码(音视频压缩编码)。5.1.2数字电视的标准体系美国标准欧洲标准日本标准地面ATSC卫星有线地面DVB-T卫星DVB-S有线DVB-C地面ISDB-T卫星有线调制方式8VSBQPSKQAMCOFDMQPSKQAMBST-OFDM8PSKQAM视频编码MPEG-2MPEG-2MPEG-2音频编码AC-3MPEG-1MPEG-AAC美国、欧洲和日本的数字电视标准传输体系数字电视接收从结构上可以分成三大部分：数字电视信号接收转换单元、数字视频音频信号解码处理单元、数字图像声音信号显示输出单元。5.1.3数字电视的结构特点标准清晰度电视(SDTV，StandardDefinitionTelevision)是指质量相当于目前模拟彩色电视系统(PAL、NTSC、SECAM)的数字电视系统，也称为常规电视系统。其来源是ITU-R601标准的4∶2∶2的视频，经过某些数据压缩处理后所能达到的图像质量，清晰度约为500电视线。高清晰度电视(HDTV，HighDefinitionTelevision)是指水平清晰度和垂直清晰度大约为目前模拟彩色电视系统的2倍，宽高比为16∶9的数字电视系统。根据ITU的定义，一个具有正常视觉的观众在距离高清晰度电视机大约是显示屏高度3倍的地方所看到的图像质量应与观看原景象或表演时所得到的印象相同。国际无线电咨询委员会（CCIR）为高清晰度电视下的定义是：“当观看距离为屏幕高度三倍时，高清晰度电视机的垂直清晰度和水平清晰度应是现行电视的两倍以上，画面的宽高比16∶9，配有多声道优质伴音。”对SDTV和HDTV图像清晰度的要求电视线CRT数字电视图像固有分辨力显示器件中心边角水平≥450≥450≥400SDTV垂直≥450≥450≥400水平≥720≥620≥450HDTV垂直≥720≥620≥450我国SDTV和HDTV系统的图像分辨力分别为720×576和1920×1080，相应级别显示器显示的图像须至少能达到下表列出的图像清晰度。通用的标准清晰度电视系统数字输入/输出格式变换输出信号格式720×480p，60Hz720×576i，100Hz720×576p，50Hz720×576p，60Hz1920×1080i60Hz1920×1080p60Hz格式变换有有有有有有去隔行效应有有有有有有垂直方向格式变换不变换无无无上变换上变换水平方向格式变换无无无无上变换上变换O/P像素/每行85886486486422002200有效O/P像素/每行72072072072019201920总行数/每帧52562562562511251125行频/kHz31.531.2531.2537.533.7567.5信号输入格式：720×576i/50Hz；亮度信号取样频率：13.5MHz；864像素/每行；场频：50Hz显示时钟频率/MHz27272732.474.25148.5通用的高清晰度电视系统数字输入/输出格式变换输出信号格式1280×720p，60Hz1920×1080i，50Hz1920×1080p，50Hz1920×1080i，60Hz1920×1080p60Hz格式变换有有有有有去隔行效应有无有有有垂直方向格式变换有无有无有水平方向格式变换有无无无有O/P像素/每行16502200220022002200有效O/P像素/每行12801920192019201920总行数/每帧7501125112511251125行频/kHz4528.12556.2533.7567.5信号输入格式：1080i/50Hz；亮度信号取样频率：74.25MHz；2200像素/每行；场频：50Hz显示时钟频率/MHz74.2561.875123.7574.25148.5MPEG-2视频编码标准已包括分级编码技术。MPEG-2视频编码标准定义了多种档次(类别或类，Profile)和级别(级，Level)。其中的档次除体现彩色空间分辨力外，还划分了数据流的可分级性：信噪比可分级，空间分辨力可分级和时间分辨力可分级。MPEG-2视频编码的档次和级别档次级别简单SimpleProfile主要MainProfile信噪比可分级SNRScalableProfile空域可分极SpatialScalableProfile高HighProfile高级(HL)HighLevel4∶2∶01920×115280Mb/s(MP@ML)4∶2∶0；4∶2∶21920×1152100Mb/s(HP@HL)高级1440(H14L)High1440Level4∶2∶01440×115260Mb/s(MP@H14L)4∶2∶01440×115260Mb/s(SSP@H14L)4∶2∶0；4∶2∶21440×115280Mb/s(HP@H14L)主级(ML)MailLevel4∶2∶0720×57615Mb/s(SP@ML)4∶2∶0720×57615Mb/s(MP@ML)4∶2∶0720×57615Mb/s(SNRP@ML)4∶2∶0；4∶2∶2720×57620Mb/s(HP@ML)低级(LL)LowLevel4∶2∶0352×2884Mb/s(MP@LL)4∶2∶0352×2884Mb/s(SNRP@LL)图像格式是一个广义的概念，一般指电视水平方向和垂直方向的有效像素个数，但有时将图像宽高比、扫描方式、色彩表示也列入图像格式。有效像素是电视图像行和场扫描正程包含的像素。5.2数字图像的格式与表示方法SDTV图像格式为720×576，一帧SDTV图像在水平和垂直方向上的有效像素数分别为720和576。HDTV图像格式为1920×1080，一帧HDTV图像在水平和垂直方向上的有效像素数分别为1920和1080。隔行扫描和逐行扫描示意图数字电视系统在发送端一般以隔行扫描（用i表示）方式发送SDTV和HDTV电视信号；在接收终端显示图像的格式和扫描方式可以多种多样。隔行扫描电视信号也可以变换成逐行扫描（用p表示）方式显示。美国ATSCDTV广播系统可选的18种电视图像格式序号格式图像宽高比扫描方式帧频/Hz11920×1080p16∶9逐行3021920×1080p16∶9逐行2431920×1080i16∶9隔行3041280×720p16∶9逐行3051280×720p16∶9逐行2461280×720p16∶9逐行607704×480p16∶9逐行308704×480p16∶9逐行609704×480p16∶9逐行2410704×480p4∶3逐行3011704×480p4∶3逐行6012704×480p4∶3逐行2413704×480i16∶9隔行3014704×480i4∶3隔行3015640×480p4∶3逐行3016640×480p4∶3逐行6017640×480p4∶3逐行2418640×480i4∶3隔行30数字电视系统在发送端是将Y、CR、CB三个信号分量分别进行采样，再经过数据压缩编码后送出；5.2.1数字图像色彩的表示格式接收端经解压缩后，再重建R、G、B信号，并根据相加混色原理，重显彩色图像。红、绿、蓝三基色相加混合示意图数字电视图像由一系列样点组成，样点与数字图像的像素对应。像素是组成数字图像的最小单位。数字电视图像帧由二维空间排列的像素点阵组成，运动图像序列则由时间上一系列数字图像帧组成。按照三基色原理，每个像素都对应R、G和B三个基色分量信号，它们的频谱分布于整个视频信号带宽。数字分量信号格式示意图4∶4∶4、4∶2∶2和4∶2∶0格式数字分量信号亮度信号和两个色差信号取样点与图像在二维空间上的对应关系如图所示：1．图像的取样SDTV和HDTV系统的图像信号取样频率分别为13.5MHz和74.25MHz。按取样定理，理论上，可以传送的图像信号最高频率成分分别为6.75MHz和37.25MHz。5.2.2数字视频图像的表示方法在传送模拟图像信号时的标称带宽为：SDTV（0~6MHz）；HDTV（0~30MHz）数字图像调制后，在6MHz带宽中可传送4~6套SDTV节目；在30MHz带宽中可传送4套HDTV节目。8bit二进制码字共有256个不同的二进制码字，但考虑到可能有幅度超过正常范围的信号，以及有些码字还要留作它用等原因，标准规定，这256个码字并不都分给编码图像信号使用，它们与十进制表示的量化级及模拟图像信号电平的对应关系如下表所示。2．图像的量化和编码在数字电视系统中，亮度信号和两个色差信号都采用线性量化。每个量化值对应一个8bit自然二进制码字。数字电视系统图像信号量化—编码关系对照表十进制量化级值自然二进制码对应的模拟信号电平000000000(用于同步)100000001200000010…1600010000亮度信号0(黑电平)；色差信号负峰值…12810000000色差信号0…23511101011亮度信号峰值(峰值白电平)…24011110000色差信号正峰值…253111111012541111111025511111111(用于同步)3．数字视频图像信号的基本参数数字电视与模拟电视一样，仍基于隔行扫描方式传送图像信号。在视频参数上SDTV和HDTV有很大差别。为利于获得临场感，除屏幕尺寸应足够大以外，采用16∶9显示更加有利。SDTV和HDTV图像信号宽高比的不同，使得4∶3的显示器显示16∶9图像，或16∶9的显示器显示4∶3图像，都产生很多问题。5.3数字电视信源编码解码标准国际上数字音视频编码标准主要有两大系列：※国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）制定：●ISO/IEC:J