多媒体技术基础(林福宗)-09数字电视基础

第9章数字电视基础2020年2月15日第9章数字电视基础2/35第9章数字电视基础目录9.1模拟彩色电视制9.1.1电视与电视制9.1.2重现彩色图像的过程9.1.3彩色电视制9.1.4国际彩色电视标准9.2电视扫描和同步9.2.1电视的扫描方式9.2.2PAL制的扫描特性9.2.3NTSC制的扫描特性9.2.4SECAM制的扫描特性9.3彩色电视信号的类型9.3.1复合电视信号9.3.2分量电视信号9.3.3S-Video信号9.4电视图像数字化9.4.1数字化方法9.4.2BT.601数字化标准9.4.3CIF电视图像格式9.5图像子采样9.5.1图像子采样概要9.5.24:4:4YCbCr格式9.5.34:2:2YCbCr格式9.5.44:1:1YCbCr格式9.5.54:2:0YCbCr格式9.6数字电视9.6.1数字电视是什么9.6.2数字电视的原理9.6.3数字电视的标准9.7数字电视图像格式9.7.1数字电视图像格式简介9.7.2数字电视图像格式参数9.7.3SDTV格式9.7.4EDTV格式9.7.5HDTV格式2020年2月15日第9章数字电视基础3/359.1模拟彩色电视制电视是什么英文“television”的译名，简写为TVtele来自希腊语，表示far(远)vision来自拉丁语，表示看到的景物捕获、广播和重现活动图像和声音的远程通信系统两种类型的电视系统黑白电视(black&whiteTV):重现黑白图像的电视系统彩色电视(colortelevision):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2020年2月15日第9章数字电视基础4/359.1模拟彩色电视制(补：视像原理)视觉暂留人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。视觉：是靠眼睛的晶状体成像感光细胞感光光信号转换为神经电流传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理视觉的时间域响应特性让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率，经测定为46Hz。2020年2月15日第9章数字电视基础5/35视像：连续的随着时间变化的一组图象（24，25，30帧/秒），又叫运动图象或活动图象常见视像：电影，电视，动画光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象,视觉神经的反应速度造成的.其时差值是1/24秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。9.1模拟彩色电视制(补：基本概念)2020年2月15日第9章数字电视基础6/35真实的图形和声音是基于光亮度和声压值的。空间和时间的连续函数,将图像和声音转换成电信号电视摄像机便是一种将自然界中真实图像转换为电信号的传感器。视频摄像机将摄像机前面的图像转换成电信号。电信号是一维的。图像是两维的,并在一个图像的不同位置有许多值。为了转换这个两维的图像成为一维的电信号,图像被以一种步进次序的方式来扫描这种方式称为光栅扫描(RasterScan）。9.1模拟彩色电视制(补：彩色数字电视基础)2020年2月15日第9章数字电视基础7/359.1模拟彩色电视制(补：彩色数字电视基础)光栅扫描2020年2月15日第9章数字电视基础8/35象素是构成图像的基本单位RGB构成色彩的基本成分显示器与彩色电视机采用的扫描方法不同9.1模拟彩色电视制(补：彩色数字电视基础)2020年2月15日第9章数字电视基础9/35彩色监视器2020年2月15日第9章数字电视基础10/35verticalresolution（垂直分辨率）同一帧面扫描线的数量。扫描线越多,垂直分辨率就越高。广播电视系统利用了每个帧面525(北美)或625(欧洲)线的垂直分辨率。aspectratio(长宽比4:3or16:9)即图像水平扫描线的长度与图像竖直方向所有扫描线所复盖距离的比。horizontalresolution（水平分辨率）当摄像机扫描点在线上横向移动时,传感器输出的电子信号连续地变化以反映传感器所见图像部分的光亮程度。它依赖于扫描感光点的大小。9.1模拟彩色电视制(补：基本概念)2020年2月15日第9章数字电视基础11/35progressivescanning/interlacedscanning（逐行扫描/隔行扫描）逐行扫描是在每一个Δt时间内对一个完整的图象进行扫描，它被称之为一帧。计算机行业对高分辨率采用逐行扫描的Δt为1/70秒。电视行业使用2:1隔行扫描。其间依次对称为奇数场和偶数场的奇数行和偶数行进行扫描。这样做目的是：在一个固定带宽下可降低闪烁。9.1模拟彩色电视制(补：基本概念)2020年2月15日第9章数字电视基础12/35隔行扫描(interlacedscanning)逐行扫描(non-interlacedscanning)9.1模拟彩色电视制(补：基本概念)2020年2月15日第9章数字电视基础13/35扫描与同步2020年2月15日第9章数字电视基础14/359.1模拟彩色电视制(续1)重现彩色图像的过程图9-1说明用彩色摄像机摄取自然景物、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：Y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可利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率彩色电视摄像机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2020年2月15日第9章数字电视基础15/359.1模拟彩色电视制(续2)电视制(televisionsystem)传输图像和声音的方法黑白电视制彩色电视制按照在黑白电视系统上处理三种基色信号的方式，世界上定义了三种互不兼容的模拟彩色电视制:NTSC制PAL制SECAM制HDTV高清晰度数字电视标准2020年2月15日第9章数字电视基础16/359.1模拟彩色电视制(续3)NTSC彩色电视制20世纪50年代初美国国家电视系统委员会(NationalTelevisionSystemsCommittee，NTSC)制定的彩色电视广播标准美国、加拿大等大部分西半球国家以及日本、韩国、菲律宾和台湾地区采用正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation,QAM)主要特性包括图像的宽高比为4:3，525条扫描线，隔行扫描，30帧每秒，视像带宽为4.2MHz，使用YIQ信号，色度信号用正交幅度调制(QAM)，声音用调频制(FM)，总的电视通道带宽为6MHz2020年2月15日第9章数字电视基础17/359.1模拟彩色电视制(续4)PAL彩色电视制德国(当时的西德)于1963年披露并于1967年开播的彩色电视广播标准德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。由于使用的一些参数细节不同，因此PAL制有PAL-G，PAL-I和PAL-D等制式。其中，PAL-D是我国大陆采用的制式。逐行倒相(Phase-AlternativeLine，PAL)彩色电视制由于它也采用正交幅度调制，因此也称逐行倒相正交平衡调幅制，是为克服NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点而开发的。其中，“逐行倒相”的意思是颜色分量V的相位每隔一行反相一次。主要特性包括图像的宽高比为4:3，625条扫描线，隔行扫描，25帧图像每秒，视像带宽至少为4MHz，使用YUV颜色模型，色度信号用正交幅度调制，声音用调频制(FM)，总的电视通道带宽为8MHz2020年2月15日第9章数字电视基础18/359.1模拟彩色电视制(续5)SECAM制法文SequentialColeurAvecMemoire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年开播的法国彩色电视广播标准法国、俄罗斯、东欧和中东等约有60多个地区和国家使用SECAM与PAL制SECAM制的色度信号使用频率调制(FM)，PAL制用的是正交幅度调制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)，视像带宽最高为6MHz，总带宽为8MHz。2020年2月15日第9章数字电视基础19/359.2电视扫描和同步电视的扫描方式逐行扫描/非隔行扫描/顺序扫描(noninterlacedscanning)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)隔行扫描(interlacedscanning)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)(a)逐行扫描图9-2图像扫描方式2020年2月15日第9章数字电视基础20/359.2电视扫描和同步(续1)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2020年2月15日第9章数字电视基础21/359.2电视扫描和同步(续2)电视扫描术语场频/场速率(fieldrate)ff，每秒钟扫描的场数根据人的视觉特性和电网频率(50Hz或60Hz)确定的，目的是使在屏幕上显示的图像看起来不会让人感觉到在闪烁，以及减低电网频率的干扰帧频/帧速率(framerate)fF，每秒扫描的帧数用“帧每秒(framespersecond，fps)”做单位PAL制和NTSC制电视的帧频分别为25fps和30fps。行频/水平行速率(horizontallinerate)fH，每秒钟扫描的行数例如，NTSC制精确的帧频是29.97Hz，525行每帧，因此行频为29.97×525＝15734行/秒。2020年2月15日第9章数字电视基础22/359.2电视扫描和同步(续4)PAL制的扫描特性一帧图像的总行数为625，分两场扫描场频为50Hz，周期为20ms帧频为25Hz，周期为40ms行扫描频率(行频)为15625Hz，周期为64μs每一行传送图像的时间为52.2μs行扫描逆程时间为11.8μs，兼作行同步和消隐2020年2月15日第9章数字电视基础23/35nonflicker(=50c/s)(PAL制式:25frames/s,interlacedNTSC制式:30frames/s,interlaced)525625全屏光点总数:575*(4/3)*575=440kb(P)485*(4/3)*485=314kb(N)信号最高频率:440k*25/2=5.5MHz(P)314k*30/2=4.71MHz(N)行频:625x25=15.625kHz(P);525x30=15.75kHz(N)9.2电视扫描和同步(续5)2020年2月15日第9章数字电视基础24/35复合电视信号包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号复合电视信号是把亮度信号和色差信号复合在一起分量电视信号每个基色分量作为独立的电视信号每个基色既可以分别用R，G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。S-Video（SeparateVideo）信号亮度和色差分离的一种电视信号，使用单独的两条信号电缆线，一条用于亮度信号，另一条用于色差信号减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。不需要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。9.3彩色电视信号的类型2020年2月15日第