视频与编码标准Word格式.docx
《视频与编码标准Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《视频与编码标准Word格式.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1991年日本正式开始MUSE的HDTV广播
1993年欧洲开始制定数字电视广播DVB标准
1994年中国国务院成立了由11个有关部委组成的数字HDTV研究开发小组
1995年美国通过ATSC数字电视标准
1997年中国CCTV进行HDTV广播试验
1999年CCTV用HDTV实况转播50周年国庆
1999年开始研究,2004年9月14日日本的佳能与东芝宣布将共同生产一种比目前的PDP显示器更薄,耗电更低,与LCD不同可以自己发光的先进平面显示器——SED（Surface-ConductionElectron-emitterDisplay表面传导电子发射显示器）
2005年3月日本索尼公司在爱知世博会上推出50m*10m的激光影院系统.2006年2月,日本三菱公司宣布研制成功激光背投电视.2007年1月,在美国拉斯维加斯国际消费电子展（CES）上,日本索尼公司和美国Novalux公司各自推出基于投影式激光显示技术的多台的激光显示试验样机,包括了55英寸激光背投电视和小型,袖珍式前投影机以及激光数码影院等.
2006年8月18日中国公布强制性国家标准《数字电视地面广播传输系统帧结构,信道编码和调制》.
6.1.2彩色电视
广播频段的划分
表6-1广播频段的划分
种类
频段
频率范围（Hz）
波段频道
带宽（Hz）
特点
调幅广播
MF
526.5~1606.5k
中波
10k
国内广播,地/天波可传百/千余公里
TF
2300~5060k
中短波
热带地区的国内广播
HF
3900~26100k
短波
国际广播,电离层反射可传数千公里
电视广播
I（VHF）
48.5~92k
1~5
8M
直线传播,电视广播
调频广播
II（VHF）
87~180M
超短波
200k
直线传播,调频广播
III（VHF）
167~223M
6~12
IV（UHF）
470~566
13~24
V（UHF）
606~988
25~68
8.68M
其中:
MF=MediumFrequency中频TF=TropicFrequency热带频HF=HighFrequency高频VHF=VeryHighFrequency甚高频UHF=UltraHighFrequency超高频
彩色电视制式
目前世界上现行的模拟彩色电视制式有三种:
NTSC制,PAL制和SECAM制.这里不包括模拟的高清晰度彩色电视.
NTSC（NationalTelevisionSystemsCommittee国家电视系统委员会）彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准,称为正交平衡调幅制,1954年开始广播.美国,加拿大等大部分西半球国家,以及日本,韩国,菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式.
由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点,因此德国（当时的西德）于1962年制定了PAL（Phase-AlternativeLine相位逐行交变）制彩色电视广播标准,称为逐行倒相正交平衡调幅制,1967年开始广播.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.
法国1957年起制定了SECAM（法文:
SequentialColeurAvecMemoire顺序颜色传送与存储）彩色电视广播标准,称为顺序传送彩色与存储制,1967年开始广播.法国,苏联及东欧国家采用这种制式.世界上约有65个地区和国家使用这种制式.
NTSC制,PAL制和SECAM制都是与黑白电视兼容制制式,即黑白电视机能接收彩色电视广播,显示的是黑白图像;
而彩色电视机也能接收黑白电视广播,显示的也是黑白图像.为了既能实现兼容性而又要有彩色特性,因此彩色电视系统应满足下列两方面的要求:
（1）必需采用与黑白电视相同的一些基本参数,如扫描方式,扫描行频,场频,帧频,同步信号,图像载频,伴音载频等等.
（2）需要将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号,以及代表色度的两个色差信号,并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送.在接收端,彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号,在显象管上重现发送端的彩色图像.
表6-2彩色电视制式（宽:
高=4:
3,隔行扫描）
制式
制定
国家
制定/广播
时间
（有效）扫描线数
/帧数（场频）
使用范围
NTSC
美国
1952/1954
525（480）/30（60）
美国,日本,加拿大,韩国,台湾
PAL
西德
1962/1967
625（575）/25（50）
西欧（法国除外）,中国,香港,朝鲜
SECAM
法国
1957/1967
法国,俄国,东欧,中东
电视扫描
扫描有隔行扫描（interlacedscanning）和逐行扫描（non-interlacedscanning/progressivescanning）之分.图6-1表示了这两种扫描方式的差别.电视发展的初期,由于技术水平不高,数据传输率受到限制.在低数据传输率下,为了防止低扫描频率的画面所产生的闪烁感,黑白电视和彩色电视都采了用隔行扫描方式,通过牺牲扫描密度来换取扫描频率.而现在已经没有了这些限制,所以计算机的CRT显示器一般都采用非隔行扫描.
（a）逐行扫描
（b）隔行扫描
图6-1图像的光栅扫描
在非隔行扫描中,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,如图6-1（a）所示.
在隔行扫描中,电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫,如图6-1（b）所示,然后在第5,7,……,行上扫,直到最后一行.奇数行扫完后接着扫偶数行,这样就完成了一帧（frame）的扫描.由此可以看到,隔行扫描的一帧图像由两部分组成:
一部分是由奇数行组成,称奇数场,另一部分是由偶数行组成,称为偶数场,两场合起来组成一帧.因此在隔行扫描中,无论是摄像机还是显示器,获取或显示一幅图像都要扫描两遍才能得到一幅完整的图像.
在隔行扫描中,扫描的行数必须是奇数.如前所述,一帧画面分两场,第一场扫描总行数的一半,第二场扫描总行数的另一半.隔行扫描要求第一场结束于最后一行的一半,不管电子束如何折回,它必须回到显示屏顶部的中央,这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间.正是这个原因,才要求总的行数必须是奇数.
每秒钟扫描多少行称为行频fH;
每秒钟扫描多少场称为场频ff;
每秒扫描多少帧称帧频fF.ff和fF是两个不同的概念.
电视的扫描频率之所以取为50场/秒（25帧/秒）或60场/秒（30帧/秒）,一个重要的原因是,受当时技术的限制,电视信号还不能完全避免交流电的干扰,因此才将电视的扫描场频与电源的交变频率取成一致.例如,美日交流电的频率是60Hz,所以他们的电视场频也取为60Hz（30帧/秒）;
而中国和欧洲的交流电频率是50Hz,所以我们的电视场频就取为50Hz（25帧/秒）.虽然现在的技术已经有了很大发展,交流电的干扰问题早就获得了解决,但是为了与传统的电视信号兼任,同时也可以避免技术上的复杂性,所以即使是最新的高清晰电视广播,仍然还是保留了这样的扫描频率.
黑白电视国际标准
表6-3黑白电视的国际标准（宽高比=4:
3）
标准系统
A
M
B,C,G,H
I
D,K,L
E
行数/帧
405
525
625
819
场数/秒
50
60
帧数/秒
25
30
行数/秒
10125
15750
15625
20475
带宽（MHz）
3.0
4.2
5.0
5.5
6.0
10.0
码率（Mb/s）
48
67.2
80
88
96
160
其中,系统A和I用于英国,M用于北美和日本,E和L用于法国,其余西欧国家用B,C,G和H,中国用D.
彩色电视国际标准
表6-4彩白电视的国际标准（宽高比=4:
TV制式
PAL（GID）
NTSC（M）
SECAM（L）
行/帧
帧/秒（场/秒）
25（50）
30（60）
行/秒
15734
参考白光
C白
D6500
声音载频（MHz）
5.56.06.5
4.5
6.5
γ
2.8
2.2
彩色副载频（Hz）
4433618
3579545
4250000（+U）
4406500（-V）
彩色调制
QAM
FM
亮度带宽（MHz）
5.05.5
色度带宽（MHz）
1.3（Ut）1.3（Vt）
1.3（I）0.6（Q）
>
1.0（Ut）>
1.0（Vt）
彩色分量
根据光电三基色的加法原理,任何一种颜色都可以用R,G,B三个彩色分量按一定的比例混合得到.图6-2说明用彩色摄像机摄取景物时,如何把自然景物的彩色分解为R,G,B分量,以及如何重显自然景物彩色的过程.图6-2彩色图像重现过程
为了使彩色电视与黑白电视兼容,同时也为了可以利用人眼对亮度和颜色的不同感知特性进行数据压缩,彩色电视并没有直接采用红绿蓝RGB颜色体系进行信号传输,而是采用了亮度色差颜色体系YC1C2.
YC1C2中的Y表示亮度信号,C1和C2是两个色差信号,C1和C2的含义与具体的制式有关.在NTSC彩色电视制中,C1和C2分别表示I和Q两个色差信号;
在PAL彩色电视制中,C1和C2分别表示U和V两个色差信号;
在SECAM彩色电视制中,C1和C2分别表示Db和Dr两个色差信号;
在CCIR601数字电视标准中,C1和C2分别表示Cb和Cr两个色差信号.所谓色差是指基色信号中的三个分量信号（即R,G,B）与亮度信号之差.
三种彩电制式的颜色坐标都是从PAL的YUV导出的,而YUV又是源于XYZ坐标.Y为亮度,可以由RGB的值确定,色度值U和V分别正比于色差B-Y和R-Y.YUV坐标与PAL制式的基色值RGB的关系为:
其中为RGB归一化的γ校正后的值,其（1,1,1）点对应于PAL/SECAM颜色体系中的基准白色.
NTSC的YIQ坐标中的IQ分量是UV分量旋转33度后的结果:
SECAM制式所采用的YDbDr坐标中的DbDr与YUV中的UV之间有如下关系:
Db=3.059U,Dr=-2.169V
601标准YCbCr是YUV的伸缩平移:
其中,.伸缩后Y=16~235,CbCr=16~240.
在彩色电视中,使用Y,C1C2颜色体系进行信号的发送和接收,有如下两个重要优点:
Y和C1C2是独立的,因此彩色电视和黑白电视可以同时使用,Y分量可由黑白电视接收机直接使用而不需做任何进一步的处理;
可以利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率,通过选择合适的颜色模型,可以使C1C2的带宽明显低于Y的带宽,而又不明显影响重显彩色图像的观看.这为以后电视信号的有效数字化和数据压缩提供了良好的基础.
6.1.3高清晰数字电视
最开始的电视机只有9或14英寸大,5,6百条扫描线就足够清晰了,可后来电视机越做越大:
18,20,25,29,34,39英寸,甚至42,50和63英寸（等离子电视和背投电视）,但电视信号却仍然只有5,6百线,观看效果让人难以接受,迫切需要发展高清晰度电视.（其他可供比较的视频信号的扫描线数为:
VHR/VCD:
200多线,S-VHS:
320线,LaserDisc:
420线,DVD:
576线）
高清晰度电视（HDTV=High-DefinitionTeleVision）是指图像质量大于1000线（似16mm电影）,环绕立体声（似现代电影院）,宽高比为16:
9或5:
3（似宽银幕电影）的电视.普通电视的图像质量只有5,6百线,单声道或立体声,宽高比为4:
3（似普通银幕电影和普通的计算机显示器）.可见HDTV的扫描线数是普通彩色电视的2倍,信息量（像素）增加到5倍.参见图6-3和表6-5.
图6-3HDTV与普通电视的分辨率
表6-5HDTV与普通彩色电视的比较
参数
HDTV
普通彩色电视
扫描行数
1250
525/625
图幅宽高比
16:
3
4:
最佳观看距离
3倍屏幕高
5倍屏幕高
水平视角（°
）
30（电影60）
10
隔行比
-
2:
1
场频（Hz）
60/50
Y带宽（MHz）
4.2/5.5
C带宽（MHz）
1.3
行频（kHz）
31.25
15.734/15.625
Y取样频率（MHz）
72
13.5
C取样频率（MHz）
36
6.75
Y取样个数/行
2,304
858/864
Y有效样数/行
1,920
720
Y有效行数
1,152
480/576
C有效样数/行
960
432
C有效行数
576
240/288
像素纵横比
15:
16
3:
4/15:
总码率（Mb/s）
8.448
压缩比
26.5:
20:
最早的HDTV是日本研究与实现的,但主要为模拟系统.后来美国和欧洲相继研究和制定了全数字化的HDTV方案,日本也只好随大流而改用DTV（DigitalTV数字电视）.现代的HDTV都采用数字方案,数字广播的主要有优越性有:
一个PAL制式的频道可以传输8~10套压缩后的标准分辨率的DTV信号;
数字电视的信号更稳定,抗干扰能力强;
可以实现联网和交互性,如浏览网络信息,VOD（Video-On-Demand视频点播）等.
许多国家的政府为了促进HDTV的使用,都制定了强制性的停播模拟电视的时间表,但一直遭到想保护原有投资的各大电视公司的消极抵制,进展十分缓慢,最近几年才有所改观.
中国为了申请2000年奥运会,也积极开始HDTV的研制,后来由于申请失败,放慢了研制的步伐.但为了2008年的北京奥运会,中国政府会再一次加大投入,加快研制和推广步伐的.
HDTV有不同的实现方案,主要有:
日本ISDB
1972年日本广播协会（NHK）研究所提出MUSE（MultiSub-NyquistSamplingEncoding多重奈奎斯特取样编码）的HDTV（在日本叫Hi-vision）方案,1980年代开发了全套HDTV设备,1987年试验成功,1988年转播汉城奥运会,1991年开始每天8小时的正式试播.由于MUSE主要采用的是模拟方法,占用的频带宽,与全数字化的发展趋势相悖,所以于1997年3月决定改为数字系统ISDB（Integrated-ServicesDigitalBroadcasting集成业务数字广播）.
ISDB的主要技术特点是:
信源码与系统码——视频,音频及业务数据位流复用编码,均采用MPEG-2标准
信道编码调制——地面传输时,信道内码为卷积码,外码为RS,采用OFDM调制
日本政府计划2000年试播,2003年东京开播,2006年全国开播,2010年停播模拟广播,用十年时间完成模拟到数字广播的转换过程.
1995年NHK又着手开发4000线（似70mm电影）的超高清电视UDTV（UltraHighDefinitionTV）,得到日本100多家公司的支持.2006年4月NHK广播技术研究所和NTT集团公布了可通过IP网络传输的扫描线数达4000条（7680×
4320像素）的UDTV影像的系统.
美国ATSC
1983年在美国成立了一个自愿研究数字电视标准的非营利国际组织——先进电视系统委员会（ATSC=AdvancedTelevisionSystemsCommittee）
1987年11月美国的联邦通信委员会（FCC=FederalCommunicationsCommission）成立管理先进电视（ATV=AdvancedTelevision）业务的ACATS（AdvisoryCommitteeonATVService先进电视业务咨询委员会）
1988年9月共提出了24种ATV方案,ACATS从其中选出6种
1990年5月美国GI公司发布全数字HDTV传输制式DigiCipher（数字密码）,引起轰动
1993年淘汰了两种模拟方案EDTV和MUSE,只剩下4种全数字方案
1993年5月FCC成立了由这5个方案的提出者（GI,Zenith,AT&
T,Thomson,Sarnoff）参加的HDTV大联盟（GA=GrandAlliance）
1994年4/12月发表GAHDTV规范1.0/2.0
1995年4月通过ATSC数字电视标准作为美国ATV广播标准,参见网站http:
//www.atsc.org.
为了适应消费电子,计算机和网络的发展,ATSC（GAHDTV）中引入了互操作性和可扩展性,使得HDTV成为信息高速公路上的多媒体终端.其主要技术特点有:
数字图像压缩技术——MPEG-2的子集
传输格式——与ATM兼容
扫描格式——与计算机兼容（方形像素,逐行扫描,宽高比固定）
传输调制——采用8VSB方式
伴音——5.1环绕声系统（以DollbyAC-3为备有系统）
美国政府计划1997年试播（1998年11月已有23个城市正式开播）,2006年停播模拟广播,用9年时间完成模拟到数字广播的转换过程.因为转换过程进展缓慢,现在美国又将转换的截止时间推迟到了2010年.
欧洲DVB
1983年欧洲推出新的电视制式——MAC（MultiplexedAnalogueComponents多元模拟成分）,1986年提出HDTV的HD-MAC,并于1992年冬季奥运会上首次使用.在美国的影响下,1993年9月欧洲制定了全数字的HDTV方案——DVB（DigitalVideoBroadcasting数字视频广播）.它也是基于MPEG-2标准,采用Musicam环绕声和AC-3环绕声.参见网站http:
//www.dvb.org.
1998年10月1日英国开始DVB广播.
台湾HDTV
1997年确定方案,1999年中试播,2001年底开播,2006年停模拟广播,原计划用7年时间完成模拟到数字广播的转换过程,现在也有所推迟.
中国HDTV
1996年国家科委将HDTV列入国家重大科技产业工程项目（战略研究,八五攻关,样机研制）
1997年7/11月CCTV-长城试验成功/建成闭路电视系统
1998年9月在CCTV试播
1999年10月CCTV用HDTV实况转播50周年国庆
中国的HDTV的信源编码采用的上海交通大学提出的基于MPEG-2的方案（1920×
1152,5:
3兼容国际标准的1920×
1080和1280×
720,16:
9）.积极参加研究的单位有:
HDTV总体组,CCTV,清华-赛格高技术研究中心,康佳,TCL,海信,夏华-天津大学,创维-华中科技大学等.
中国的数字电视技术标准及其制定单位:
信道传输技术标准
卫星传输（欧洲DVB-C标准）
有线传输（浙江大学,采用欧洲DVB-S标准）
地面传输（清华大学,上海交通大学）
信源编码技术标准（AVS工作组）
数据与命令格式（系统）
视频编码
音频编码
用户与安全管理标准（信息产业部第三所）
付费管理
加密与解密
除了地面传输标准外,其他国家标准都早已经制定完成.
地面传输标准原计划于2003年推出,最初是由于存在一些技术问题,后来却是因为标准背后利益集团的竞争,使得标准的退出时间一再推迟.主管部门要求将清华大学和上海交通大学的两套方案进行合并,后来又有广播科学研究院的方案参与.标准的制定一拖就是几年,大大影响了我国数字电视特别是高清晰电视广播的发展和普及的进程.
上海交大的ADTB-T单载波方案与现有电视技术兼容性好,实现成本较低,但主要采用的是国外的专利技术,得到了不少电视台的支持;
而清华的DMB-T多载波方案（广播科学研究院的TiMi方案与之类似）与网络技术的兼容性好,主要技术是自主开发,更有发展前途,得到了许多电视机厂的支持.将这两套差别很大的方案进行合并,困难非常大.
终于,具有自主知识产权的中国数字电视（包括高清晰电视）地面广播传输系统标准--GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构,信道编码和调制》
升级会员 