高清晰度电视技术基础

高清晰度电视技术基础

王亚明

本文作者王亚明先生，Sony广播电视专业设备亚洲总部中国市场本部重要客户项目部经理。关键词：HDTV SDTV 数字电视清晰度码率节目制作

ITU、SMPTE和中国的HDTV标准如表所示。

电视清晰度

电视画面的垂直清晰度取决于每帧的有效扫描行数。标准清晰度电视(SDTV)垂直清晰度的最大值为576电视线(576/50i)，高清晰度电视(HDTV)垂直清晰度的最大值为1080线(1080/50i)。

电视画面的水平清晰度取决于电视信号的传输带宽。在SDTV系统中，每1MHz带宽相当于80电视线(相对清晰度)或107线(绝对清晰度)，6MHz亮度信号传输带宽对应的最大水平清晰度为480电视线(相对清晰度)或640线(绝对清晰度)。受传输带宽的限制，每行有720个有效取样点并不等于绝对清晰度为720线，再现全部样点需要6.75MHz带宽(取样频率为13.5MHz的1/2)。

在HDTV系统中，每1MHz带宽相当于29电视线(相对清晰度)或52线(绝对清晰度)，30MHz 亮度信号传输带宽对应的最大水平清晰度为870电视线(相对清晰度)或1550线(绝对清晰

度)。受传输带宽的限制，每行有1920个有效取样点并不等于绝对清晰度为1920线，再现全部样点需要37.125MHz带宽(取样频率74.25MHz的1/2)。

数字电视系统的表示方法

在数字电视系统中经常使用1080/60i之类的表示方法，1080表示每帧有效扫描行数，60表示帧或场频，最后的字母只有小写的i(interlace，隔行扫描)或大写的P(Progressive，逐行扫描)。例如，1080/60i表示有效扫描行数1080、场频60Hz的隔行扫描方式，720/60P 表示有效扫描行数720、帧频60Hz的逐行扫描方式。

采用上述方法，美国的NTSC制可表示为480/60i，欧洲和中国的PAL制可表示为576/50i。

目前数字电视系统并没有统一的表示方法，在各种文献中也可以见到其它表示法。例如，已知帧或场频时用1080i、720P表示扫描线数和扫描方式，已知扫描线数时用50i或60P 表示帧或场频和扫描方式。1080/50i、720/60P还可以分别表示为1080/50/2:1、720/60/1:1。有时还会用@代替/，如1080@60i，720@60P等。也有用总扫描线数代替有效扫描线，如1125/60i、750/60P，其它的还有1080i/50、1080i/50Hz等表示方法。

数字电视信号的码率

标清数字电视信号的码率

在ITU-R601数字电视标准中，采用10b量化时亮度信号的码率为

13.5(MHz)×10(bit)=135Mb/s

两个色差信号的码率为

2×6.75(MHz)×10(bit)=135Mb/s

总的码率为

亮度信号码率+色差信号码率= 135+135 =270Mb/s

高清数字电视信号的码率

在SMPTE 274M数字电视标准中，采用10b量化时亮度信号的码率为

74.25(MHz)×10(bit)=742.5Mb/s

两个色差信号的码率为

2×37.125(MHz)×10(bit)=742.5Mb/s

总的码率为

742.5+742.5=1485Mb/s

从上述计算可以看出，HDTV的码率是SDTV的5.5倍。

数字电视信号的有效码率

(视频)有效码率是在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂直消隐期没有视频信息，所以有效码率一般只是码率的60~80%。当使用磁带、硬盘或光盘存储数字视频信号时，可以只记录有效码率代表的视频信息。

标清数字电视信号的有效码率

在ITU-R601数字电视标准中，采用8b量化时480/60i(NTSC)亮度信号的有效码率为

每行的取样点数×有效扫描行数×量化比特数×帧频=720×480×8×30= 82.944Mb/s

两个色差信号的有效码率为

2×360×480×8×30=82.944Mb/s

总的有效码率为

82.944+82.944=165.888Mb/s(480/60i)

576/50i(PAL)总的有效码率为

720×576×825×2=165.888Mb/s (576/50i)

由于480/60i的有效扫描行数少、场频高，而576/50i的有效扫描行数多、场频低，实际上二者的有效码率相同。

高清数字电视信号的有效码率

在SMPTE 274M数字电视标准中，采用8b量化时1080/60i 信号格式亮度信号的有效码率为每行的取样点数×有效扫描行数×量化比特数×帧频=1920×1080×8×30=497.664Mb/s

两个色差信号的有效码率为

2×960×1080×8×30=497.664Mb/s

总的有效码率为

2×497.664=995.328Mb/s(1080/60i)

1080/50i信号格式的有效码率为

1920×1080×8×25×2=829.44Mb/s (1080/50i)

因为ITU推荐的HDTV标准无论帧频高低，每帧内的有效扫描行数和每行内的有效取样点数相同，所以1080/60i的有效码率是1080/50i的1.2倍。与SDTV相比，1080/60i的有效码率是480/60i (NTSC)的6倍，1080/50i的有效码率是576/50i(PAL)的5倍。

高清串行数字分量接口(HD-SDI)

高清数字电视使用符合SMPTE 292M标准的串行数字分量接口，传输数字分量电视信号及其内嵌的多路数字音频信号，其取样频率为74.25MHz，量化电平10b，码率为1485Mb/s。使用75WBNC连接器和75W同轴电缆，用8281电缆时最大传输距离100m。