《彩色數字電視基礎》

主要內容視覺的時間域響應特性YUV、YIQ與YCrCb顏色空間彩色電視制式彩色電視信號的類型電視圖像數字化圖像子采樣數字電視簡介1整理課件視覺的時間域響應特性讓觀察者觀察按時間重復的亮度脈沖，如果閃爍頻率比較低，人眼就有一亮一暗的感覺。如果閃爍頻率足夠高，人眼看到的則是一個恒定的亮點。閃爍感剛好消失的重復頻率叫做臨界閃爍頻率，經測定為46HZ。電影播放過程中，每秒投射24幅畫面，每幅畫面投射過程中用機械擋光閥遮擋一次，這樣就得到了48HZ的閃爍頻率。要保持畫面中物體運動的連續(xù)性，要求每秒鐘攝取的畫面數約為25幀左右。2整理課件YUV、YIQ與YCbCr顏色空間人眼對彩色細節(jié)的分辨能力遠比對亮度細節(jié)的分辨能力低，通常把RGB空間表示的彩色圖像變換到YUV或者YIQ顏色空間。每一種彩色空間都產生一種亮度分量信號和兩種色度分量信號，而且亮度信號(Y)和色度信號(U、V)是相互獨立的，每一種變換使用的參數都是為了適應某種類型的顯示設備。彩色電視信號中采用YIQ或者YUV空間一是為了兼容黑白電視，二是為了實現壓縮。3整理課件YUV、YIQ與YCbCr顏色空間YUV模型用于PAL制式的電視系統(tǒng)，Y表示亮度，UV并非任何單詞的縮寫。Y=0.299R+0.587G+0.114BU=0.493(B–Y)V=0.877(R–Y)YUV空間相當于對RGB空間做了一個解相關的線性變化。U和V的比值決定色調，而(U2+V2)1/2代表顏色的飽和度。4整理課件YUV、YIQ與YCbCr顏色空間5整理課件YUV、YIQ與YCbCr顏色空間YIQ模型與YUV模型類似，用于NTSC制式的電視系統(tǒng)。YIQ顏色空間中的I和Q分量相當于將YUV空間中的UV分量做了一個33度的旋轉。YCbCr顏色空間是由YUV顏色空間派生的一種顏色空間，主要用于數字電視系統(tǒng)中。從RGB到YCbCr的轉換中，輸入、輸出都是8位二進制格式。6整理課件YUV、YIQ與YCrCb顏色空間7整理課件隔行掃描(interlacedscanning)逐行掃描(non-interlacedscanning)電視掃描和同步行頻、場頻、幀頻8整理課件彩色電視制式NTSC彩色電視制的主要特性是：(1)525行/幀,30幀/秒(2)高寬比：電視畫面的長寬比為4:3(3)隔行掃描，一幀分成2場(field)，262.5線/場(4)在每場的開始部分保留20掃描線作為控制信息，因此只有485條線的可視數據。

(5)每行63.5微秒，水平回掃時間10微秒(包含5微秒的水平同步脈沖)，所以顯示時間是53.5微秒(6)顏色模型：YIQ(7)美國、加拿大等大部分西半球國家，及日本、韓國、菲律賓和中國的臺灣采用這種制式。9整理課件彩色電視制式倒相正交平衡調幅制PAL制式電視信號的特性：625行(掃描線)/幀，25幀/秒(40ms/幀)(2)每場中有25行作為場回掃，所以每幀中只有575行是有效行。(3)高寬比(aspectratio)：4:3(4)隔行掃描，2場/幀，312.5行/場(5)顏色模型：YUV(6)西歐、中國和朝鮮等國家采用這種制式。10整理課件彩色電視信號的類型復合電視信號：包含亮度信號、色差信號和所有定時同步信號的單一電視信號。分離電視信號（S－Video信號）：是亮度和色差分離的一種電視信號，它可以（1）減少亮度信號和色差信號之間的交叉干擾。（2）不須要使用梳狀濾波器來分離亮度信號和色差信號，這樣可提高亮度信號的帶寬。分量電視信號：是指每個基色分量作為獨立的電視信號，使用分量電視信號是表示顏色的最好方法，但需要比較寬的帶寬和同步信號。11整理課件彩色電視信號的類型12整理課件電視圖像數字化電視圖像數字化常用的方法有兩種：先從復合彩色電視圖像中分離出彩色分量，然后數字化。大多數電視信號源都是彩色全電視信號，如來自錄象帶、激光視盤、攝象機等的電視信號。對這類信號的數字化，通常的做法是首先把模擬的全彩色電視信號分離成YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號，然后用三個A/D轉換器分別對它們數字化。首先用一個高速A/D轉換器對彩色全電視信號進行數字化，然后在數字域中進行分離，以獲得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量數據。13整理課件ITU-RBT.601數字化標準1、采樣頻率CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率。這個采樣頻率也用于遠程圖像通信網絡中的電視圖像信號采樣。亮度信號采樣頻率fs=13.5MHZ

色度信號采樣頻率fc＝6.75MHZ或13.5MHZ

每行采樣點數N=864(PAL)，858（NTSC）對于所有制式，每個掃描行的有效樣本數均為720。14整理課件ITU-RBT.601數字化標準2、數字信號取值范圍：亮度信號220級，色度信號225級。3、顏色空間之間的轉換公式4、圖像子采樣格式：4：4：4，4：2：2、4：1：1、4：2：015整理課件CIF、QCIF和SQCIFCIF：CommonIntermediateFormatQCIF：QuarterCIFSQCIF：Sub-QuarterCIF16整理課件圖像子采樣如果對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。17整理課件圖像子采樣18整理課件數字電視數字電視的定義：數字電視系統(tǒng)是將活動圖像、聲音和數據，通過數字技術進行壓縮、編碼、傳輸/存儲，而實時發(fā)送/廣播或者經過記錄媒體的傳播，供觀眾接收/播放的視聽系統(tǒng)。它可以劃分為3大部分：信源部分（發(fā)送端）、信道部分（傳輸/存儲過程）和信宿部分（接收端）。19整理課件數字電視數字電視分類數字電視系統(tǒng)業(yè)務可以按照其活動的圖像比特率的大小，粗略劃分為標準清晰度數字電視（SDTV）和高清晰度數字電視（HDTV）。SDTV和HDTV的數字電視業(yè)務都可以應用于不同的領域和場合，以滿足廣大消費者多層次的需要。它們兩者將長期共存。20整理課件高清晰度電視原則上講，HDTV是由它所能提供的畫面質量定義的。分辨率:HDTV畫面水平和垂直的像素目都差不多是常規(guī)系統(tǒng)的2倍。垂直方向的高清晰度是由1000多行的掃描線獲得的。大約為傳統(tǒng)5倍的視頻帶寬使灰度層次更加豐富，再加上有一些帶寬用于單獨傳輸色彩值，使得總帶寬就是現有彩色電視系統(tǒng)的5～8倍。寬高比:HDTV畫面的指定寬高比為16:9=1.777。采用高清晰顯像管，點節(jié)距（即熒光點的大?。∮冢啊ぃ泛撩祝挥^看距離:由于人眼分辨細節(jié)的能力是有限的，所以觀看細節(jié)更豐富的HDTV畫面，觀看距離要更近一些。21整理課件中國數字電視進度表2000年和2001年是我國數字電視廣播試驗年，在北京、上海、深圳三個城市進行數字廣播試驗；

2002年，具有獨立知識產權的中國數字電視系統(tǒng)標準將獲最終確定；

2003年將在全國更大范圍內進行數字電視商業(yè)廣播試驗；

2005年全國四分之一的電視臺將發(fā)射和傳輸數字電視信號；

2010年我國計劃全面實現數字廣播電視；

2015年停止模擬廣播電視的播出，數字電視基本上成為我國電視播放主力。22整理課件DTV最新動向及其關鍵技術23整理課件

第一部分DTV廣播最新動向

一、各國數字電視廣播情況

二、各國數字電視測試情況三、數字電視的國際標準24整理課件一、各國數字電視廣播情況

1.美國

(1)93年5月組成大聯盟(GrandAlliance)(2)94年4月發(fā)表HDTV1.0版本(3)94年12月發(fā)表HDTV2.0版本(4)95年4月通過了ATSC標準(5)98年12月26個國家級電視臺開播HDTV(6)99年5月10個地方電視臺開播HDTV(7)99年11月排名前30名地方臺開播HDTV(8)2002年5月所有商業(yè)臺開播HDTV(9)2003年5月非商業(yè)臺開播HDTV(10)2006年,停止NTSC模擬電視廣播25整理課件一、各國數字電視廣播情況

2.英國

(1)98年9月由內閣會議決定2010年停止模擬電視廣播(2)1998年秋季開始播出DTV(3)98年11月開始DTV地面商業(yè)廣播(4)英國規(guī)劃六個頻道用于地面DTV播

26整理課件一、各國數字電視廣播情況

3.瑞典(1)用8個頻道進行地面廣播

(2)98年底在五個主要地區(qū)開播

(3)已覆蓋四百萬人口，采用DVB-T標準27整理課件一、各國數字電視廣播情況4.瑞士、法國、西班牙采用DVB-T進行實驗5.挪威、丹麥、意大利也準備實驗28整理課件一、各國數字電視廣播情況6.澳大利亞(1)2001年1日在都會(即悉尼、墨爾本、布里斯班、柏斯和阿德雷德等地)開展

DTV地面廣播(2)視頻采用DVB-T標準

(3)音頻采用dolbyAC-3標準29整理課件一、各國數字電視廣播情況7.日本

(1)2000年東京、大阪和長野開始試播DTV(2)采用ISDB-T標準(3)2010年停止摸擬傳送方式

30整理課件一、各國數字電視廣播情況8.韓國(1)采用ATSC標準(2)2000年開播DTV

31整理課件一、各國數字電視廣播情況9.中國臺灣(1)2000年開播DTV(2)原采用美國ATSC標準,現改為歐洲

DVB標準

32整理課件一、各國數字電視廣播情況10.新加坡(1)采用DVB-T制式(2)2000年開播DTV33整理課件一、各國數字電視廣播情況11.中國大陸(1)98年11月成立數字電視產業(yè)聯盟

(DTVIA)(2)99年10月北京開始試播HDTV(3)上海和深圳計劃2001年試播

HDTV(4)深圳決定2005年廢除模擬電視廣播(5)2001~05年中國進入自主標準HDTV

的制訂,逐步由模擬TV向SDTV過渡(6)2006~10年實現SDTV和HDTV并存和發(fā)展

34整理課件

11.中國大陸(續(xù))

(7)2001年起加快對模擬TV進行數字處理,

行頻31.5kHz~48kHz,場頻100~120Hz(8)西湖:HD2908行頻38kHz,場頻60Hz(9)廈華:HDTV行頻35kHz,場頻60Hz(10)TCL:HDTV清晰度600~800線(11)海信:HDTV200064英寸背投1000線(12)牡丹:CV2968B模擬TV/DTV兼容機(13)康佳:DVD-TV二合一數字電視35整理課件11.中國大陸(續(xù))1.2001年衛(wèi)星HDTV試驗播出,2003年正式播出，2005年停止衛(wèi)星模擬TV播出。2.2001年有線電視網上試播SDTV、HDTV,

2002年６月正式播出。3.2003年制定地面數字電視標準，開始

SDTV、HDTV試播，2005年正式播出。4.2008年沿海各省有線電視網普遍播出。5.2010年中部各省有線電視網普遍播出。6.2015年全國停止模擬電視廣播。36整理課件三.數字電視標準1.數字電視信源壓縮標準2.數字電視信道傳輸標準37整理課件1.數字電視信源壓縮標準MPEG-1(H.261)VCDMPEG-2(H.262)DVD,HDTVMPEG-4(H.263,H.264)多媒體.流媒體MPEG-7圖象檢索MPEG-21多媒體框架38整理課件2.數字電視信道傳輸標準1.美國ATSC標準2.歐洲DVB標準3.日本ISDB標準4.中國五個標準

(高級數字電視廣播ADTB,上海交大)(數字地面多媒體電視廣播DMB-T,清華大學)(同步多載波擴頻地面數字電視傳輸SMCC,成電)39整理課件四、各國數字電視測試情況

1.香港數字地面電視的技術測試請況

(1)比較三種(即1SDB-T,DVB-T,ATSC)

電視制式特點(2)傳播性能及覆蓋范圍(3)與摸擬電視兼容，及同頻道／相鄰頻道／鏡像頻道的性能(4)是否支持單頻網路(5)能否透過大廈內同軸電纜分配系統(tǒng)傳送(6)編碼／解碼總計延遲所造成的影響(7)移動環(huán)境下接收性能(8)潮汐衰減的影響40整理課件四、各國數字電視測試情況2.

新加坡數字地面電視的技術測試請況(1)ATSC,DVB-T,ISDB-T標準的對比實驗(2)評價移動接收傳輸特性(3)設備的可利用性（availability）(4)實施費用(5)各種應用(6)與廣播、和電信網絡的互操作性(7)今后發(fā)展的潛力(8)頻譜利用率(9)可伸縮性和安全性41整理課件第二部分DTV的關鍵技術

一、數字有線電視網上、下行信道頻譜的劃分二、HFC上行信號的數字調制技術三、HFC下行信號的數字調制技術

42整理課件1數字有線電視網上、下行信道頻譜的劃分

f1f2f3f4f5f6MHz上行下行

模擬電視下行數字電視通信圖1HFC系統(tǒng)頻譜分配43整理課件

地區(qū)

f1(MHz)

f2(MHz)

f3(MHz)

f4(MHz)

f5(MHz)

f6(MHz)北美

5

42

88

550

860

1000歐洲

5

65

110

550

862

1000日本

5

48

88

550

860

1000中國

5

65

65

550

750

1000表1不同地區(qū)和國家各頻段的具體劃分

44整理課件一、上、下行信道頻譜劃分1.北美(1)上行

5~42MHz:傳數據、點播、internet業(yè)務

930~1000MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務(2)下行

88~550MHz:傳模擬電視

550~860MHz:傳數字電視

860~930MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務45整理課件一、上、下行信道頻譜劃分2.歐洲(1)上行

5~65MHz:傳數據、點播、internet業(yè)務

930~1000MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務(2)下行

110~550MHz:傳模擬電視

550~862MHz:傳數字電視

862~930MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務46整理課件一、上、下行信道頻譜劃分3.日本(1)上行

5~48MHz:傳數據、點播、internet業(yè)務

930~1000MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務(2)下行

88~550MHz:傳模擬電視

550~860MHz:傳數字電視

860~930MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務47整理課件一、上、下行信道頻譜劃分4.中國(GY/T137-1999)(1)上行

5~65MHz:傳數據、點播、internet業(yè)務

930~1000MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務(2)下行

65~550MHz:傳模擬電視

550~750MHz:傳數字電視

750~930MHz:傳通信、計算機數據業(yè)務48整理課件2.為什么要進行數字調制

(1)例:設HDTV未經壓縮時的數據為663.5Mbit/s,經數據壓縮后為31.8Mbit/s(壓縮比為20.8:1),又設采用8VSB數字調制,此時的頻譜利用系數為(5.3bit)/s,則調制后信號的帶寬為(31.8MHz)/(5.3bit/s)/Hz=6MHz。這說明在6MHz模擬帶寬范圍內可傳一路數字HDTV信號。

49整理課件(2).例:設有一主級圖像質量(MP@ML)的DTV信號,其速率為8.448Mbit/s(相當于目前演播室的PAL圖像質量),同樣采用8VSB數字調制,則經調制后信號的帶寬為(8.448Mb/s)/(5.3bit/s)/Hz=1.6MHz。在400MHz帶寬的傳輸線路中可傳輸的節(jié)目數為400MHz/1.6MHz=250套節(jié)目。

50整理課件二、

上行信號的調制方式

1.四相相移鍵控(QPSK)

頻譜利用系數(2bit/s)/Hz2.離散小波多音調制(DWMT)3.同步碼分多址(S-CDMA)4.寬帶CDMA（W-CDMA）5.同步離散多音調制(SDMT)

51整理課件三、下行信號的數字調制技術

1.四相相移鍵控(QPSK)

頻譜利用系數(2bit