全带宽数字电视基础和测试

全带宽数字电视基础和测试1————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：全 带 宽 数 字 电 视 基 础 和 测 试全 带 宽 数 字 电 视 指 的 是 未 经 压 缩 的 数 字 电 视， 如 270MB/s的 串 行 数 字 分 量 电 视、177MB/s 或 144MB/s 的 串 行 数 字 复 合 电 视 等。

本 文 将 仅 以 D1 格 式 的 数 字 电 视 为 例， 叙 述 数 字 电 视 的 基 本 概 念 和 测 试 方 法。

全 带 宽 数 字 电 视 的 基 本 概 念D1 格 式 的 由 来图 1图 1 所 示 的 是 大 家 熟 知 的 现 代 电 视 中 的 模 拟 视 频 和 全 带 宽 数 字 视 频 部 分。

从CCD 摄 像 机 输 出 的 RGB 模 拟 分 量 信 号 其 带 宽 高 达36MHz 或30MHz, 采 用 隔 行 扫 描 方 式 可 将 RGB 信 号 带 宽 降 至15MH ， RGB 信 号 经 过 矩 阵 线 性 变 换 成Y 、B －Y 、R －Y 后， 带 宽 进 一 步 降 至10MHz 。

最 后 经 过 复 合 编 码 器， 模 拟 分 量 的Y 、B －Y 、R －Y 编 码 为 模 拟 复 合 的PAL 和NTSC 格 式。

虽 然 带 宽 降 低 5MHz(PAL D/K 为6MHz ), 但 不 可 避 免 地 给 图 象 带 来 了 损 伤， 画 面 质 量 大 大 降 低， 各 种 失 真 由 此 产 生。

从 模 拟 复 合 的PAL 和NTSC 直 接 取 样、 量 化 的 全 带 宽 数 字 格 式 称 之 为 D2 格 式， 取 样 时 钟 频 率 为4 倍 的 副 载 波 频 率， 串 行 方 式 的 输 出 码 流 为177Mb/s 或144Mb/s 。

电 视 工 作 者 很 早 就 注 意 到 在 演 播 室 和 转 播 车 系 统 中 采 用 模 拟 分 量 方 式， 可 很 大 程 度 上 提 高 图 象 质 量 和 多 版 制 作 质 量。

D1 格 式 的 产 生 也 就 是 基 于 这 一 点。

D1 格 式 分 别 在Y ，B －Y ，R －Y 上 各 自 取 样 和 量 化， 取 样 时 钟 频 率 折 衷 为 27MHz , 分 配 给Y 为13.5MHz 、B －Y 为6.75MHz 、R －Y 为6.75MHz 。

量 化 比 特 为10 位，D1 格 式 的px Digital Television Theory and MeasurementsPage 6Video Formats SummaryR G BComponent Analog Video (RGB)4xFsc Sample (PAL=17.7 MHz)(NTSC=14.4 MHz)Clock X10Component Analog Video (R-Y, B-Y, Y)YB-Y R-Y 10 bits6.75 MHz Sample13.5 MHz Sample Multiplexed 27 Mbytes/Sec ...Y / R-Y / Y / B-Y / Y...Clock X10D1 ParallelDigital ComponentD1 Serial DigitalComponent 270 Mb/SecD2 Serial DigitalComposite (144 Mb/Sec)(177 Mb/Sec)D2 Parallel DigitalCompositeY B-YR-Y C a m e r aM a t r i xComposite EncoderA to D ConvSerializerAnalog Composite Video (NTSC/PAL)10 bits ParallelA to D Conv A to D Conv A to D ConvSerializer并 行 方 式 输 出 码 流 为27Mb/s 。

当 并 行 输 出 转 为 串 行 输 出 时， 很 明 显 为 了 保 证 同 样 的 速 率， 移 位 寄 存 器 的 时 钟 频 率 必 须 是A/D 时 钟 频 率 27MHz 的10 倍 即 270MHz, 这 样 D1 格 式 的 串 行 输 出 码 流 就 为 270Mb/s 。

我 们 把D1 格 式 的 串 行 输 出 命 名 为 串 行 数 字 分 量。

ITU-R BT.601-2(CCIR 601) 取 样 和 量 化 简 介601 取 样 方 式图 2601 取 样 又 称 作 4:2:2 取 样， 我 们 以 图 2 中 的 4x4 象 素 块 来 说 明 这 一 取 样 方 式。

N 行 的 0 号 象 素 对 Y 、Cb 、Cr 都 取 样，1 号 象 素 仅 对 Y 取 样，2 号 象 素 同 0 号 象 素 一 样 对Y 、Cb 、Cr 都 取 样，3 号 象 素 同 1 号 象 素 一 样 仅 对 Y 取 样。

这 样， 在 这4 个 并 列 的 象 素 中 Y 取 样 了 4 次、B －Y 取 样 了 2 次、R －Y 也 取 样 了 2 次。

所 以 601 取 样 也 称 作 为4:2:2 取 样。

4:2:2 取 样 的 理 由 是 基 于 人 的 视 觉 系 统 对 色 度 的 分 辨 率 远 远 低 于 对 亮 度 的 分 辨 率，如 同 彩 色 电 视 中 的 色 度 大 面 积 着 色 原 理 一 样。

如 果 把“4” 看 作 亮 度 信 号 的 切 换 频 率 13.5MHz ， 那 么“2” 正 好 等 于 6.75MHz 。

此 外 取 样 字 输 出 时， 排 列 顺 序 为…Cb Y Cr Y Cb Y Cr Y …， 即 二个 色 差 取 样 字 中 夹 着 一 个 亮 度 取 样 字， 或 二 个 亮 度 取 样 字 中 夹 着 一 个 色 差 取 样 字。

量 化D1 格 式 的 串 行 数 字 分 量 其 取 样 字 的 字 长 为 10 位， 即 取 样 电 平 有 1024 个 台 阶。

这 1024 个 取 样 电 平 怎 样 安 排， 有 如 何 规 定， 下 文 就 亮 度 信 号 的 量 化 和 色 度 信 号 的 量 化 分 别 给 予 叙 述。

px Digital Television Theory and MeasurementsPage 10601 取样0123012301230123line n line n + 263line n + 1line n + 2644:2:2 SamplingRecommendation ITU-R BT.601(CCIR Recommendation 601)“4”= 13.5 MHz “2”=6.75 MHzC b Y C r Y C b Y C r YVertical BlankingActive Video720 pixels x 483 lines--亮 度 信 号 的 量 化图 3图3 为 亮 度 信 号 量 化 的 示 意 图。

考 虑 到 每 一 行 都 存 在 的 300mV 高 度 的 行 同 步 信 号 不 管 在 活 动 图 象 或 标 准 测 试 信 号 中 都 是“ 冗 余” 的 部 分， 所 以 没 有 必 要 每 次 取 样 和 量 化， 可 仅 以 第 “0～3” 4 个 码 字( 量 化 电 平 000~003) 来 表 示 有 效 行 扫 描 开 始， 称 之 “SAV ” (Start Active Video)， 同 样 用 第 “1020～1023” 4 个 码 字( 量 化 电 平 3FC~3FF) 来 表 示 有 效 行 扫 描 结 束， 称 之“EAV ”(End Active Video)。

数 字 接 收 机、D/A 可 很 简 单 地 利 用 “SAV ” 和“EAV ” 同 步 数 字 视 频 行。

此 举 的 更 大 好 处 在 于 可 将 原 应 该 用 于 取 样 同 步 的 约 30％ 的 取 样 点， 现 可 增 加 用 于 信 号 电 平 上。

也 就 是 说 原 应 该 用 约1000 取 样 点 取 样 峰 峰1 V ， 现 可 全 用 在0～700mV 的 信 号 电 平 上， 加 大 了 取 样 密 度， 提 高 了 取 样 精 度。

此 外， 除 了 0～3，1020～1023 这 8 个 字 用 于作 同 步 外， 第 “4～63”( 量 化 电 平 004～039 )这 60 个 字 保 留 给 黑 电 平“ 下 浮”， 第“941～1019”( 量 化 电 平 3AD ～3FB) 这 79 个 字 保 留 给 白 电 平“ 过 冲”。

可 见 实 际 0～700mV 为 877 个 量 化 电 平 ， 即 877 个 字( 第“64～940”)。

黑 电 平 在 040 量 化 电 平 上， 白 电 平 在3AC 量 化 电 平 上。

在D1 格 式 中 无 论 625/50 或 525/60 其 有 效 行 的 象 素 都 定 义 为 720 个， 根 据 4:2:2 取 样 法 则 在 每 个 象 素 上 Y 都 取 样， 则 每 个 有 效 行 上 有 720 个Y 取 样 字。

px Digital Television Theory and MeasurementsPage 1113.5 MHz luminance sampling,10 bit words•720 samples / active line •877 quantization levels•Black at level 64, peak white at level 940-51.1mv 000Excluded Excluded 766.3mv 3FF700.0mv 3AC0.0mv 040Black Peak6401023d 9403FC10193 003--色 差 信 号 的 量 化图 4图4 所 示 的 色 差 信 号 的 量 化，由 于 第“ 0～3”、“1020～1023” 这 8 个 字 所 代 表 的 量 化 电 平 已 用 作“SAV ” 和“EAV ”， 同 样 在 色 差 信 号 的 量 化 中 也 保 留 不 用。

同 亮 度 信 号 量 化 一 样， 表 示 “004～039” 量 化 电 平 的 第“4～63” 60 个 字 保 留 给 负 电 平 过 冲， 与 亮 度 信 号 量 化 不 一 样 的 是 只 保 留 表 示“3C1～3FB ’ 量 化 电 平 的 第“961～1019” 59 个 字 保 留 给 正 电 平 过 冲， 比 亮 度 信 号 的 白 电 平 过 冲 少 保 留20 个 量 化 电 平。