数字电视技术及数字播出解决方案

数字电视技术及数字播出解决方案

文：徐新学时间：2008-7-17 15:54:22

宿州电视台

目前，我国广播影视已进入科技发展的新阶段，特别是数字技术的快速发展给广播影视带来了自诞生以来最大的一次技术变革，推动着广播影视的升级换代和技术转型。根据我国广播电视数字化发展“三步走”的战略规划，2008年在全国推广地面数字电视，2010年将全面实现地面数字电视播出，到2015年将停止模拟电视播出,目前已进入广播电视数字化发展时代。学习数字电视技术，参与数字化的基本实践，实现广播影视系统由模拟向数字化的平稳过渡，是全国广电系统肩负的历史任。因而掌握数字电视信号的监视和指标测量就成为工程技术人员新时期必须要具备的业务技能。

一、数字演播室编码标准

早在上世纪七十年代，英国广播公司和索尼公司就分别展示了其各自开发的彩色数字录像机，成为最早的数字电视产品，由此促成了电视信号模数转换规范的产生。常规模拟电视首先变为数字高清电视HDTV。为了在PAL、NTSC、SECAM三大制式之间确定共同的数字化参数，国际无线电咨询委员会（CCIR）于1980提出了电视信号模数转换标准，即称为数字演播室标准的CCIR601，成为模拟电视向数字电视转变过程中的第一个标准规范，该标准与525/60和625/50扫描标准都兼容，并且是所有后来的分量数字开发的基础。后来CCIR成为国际电信联盟的无线电委员会，称为ITU-R，相应的CCIR-601也改称为ITU-R601。在该标准中，对采样频

率、采样格式、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要参数有：

（1）采样频率

根据奈奎斯特定理，对具有6MHz带宽的亮度信号来说，抽样频率必须不小于其频率的2倍，另外，为了保证信号的同步，采样频率也必须是行频的整数倍，所

以标准规定：fs=13.5MHz

（2）采样格式

标准建议以4:2:2的采样格式,即亮度信号13.5MHz频率采样,两个色差信号则用6.75MHz频率采样。即在每一行中Cb和Cr样本与奇数Y样本共位。

数字场中有效行的分配以能够避免数字处理半行的方式排列，625/50信号两个数字场中有效行的数目都是288，一帧的有效行是576而不是模拟信号的575行，场1数字消隐占24行，场2数字消隐占25行。

每行数字分量信号的取样点数为:

（625/50制式）

每行亮度取样点=13.5MHz/15625Hz=864

每行每个色差取样点=6.75MHz/15625Hz=432（525/60制式）

每行亮度取样点=13.5MHz/15734.266Hz=858

每行每个色差取样点 =6.75MHz/15734.266Hz=429

CCIR建议两种制式有效行的取样点亮度信号取720个，两个色差信号各取360个，即每个有效行包括720个亮度数据和720个色度数据（两个色度各360个），这样就统一了数字分量编码标准，使三种制式便于转换和统一。所以有效行亮度信号与两个色差信号的取样点之比也为4:2:2（720:360:360）。这就是数字分量编码的4:2:2标准,也称为4:2:2格式。

（3）分辨率

分辨率即是每帧图像有效行内的有效样本数，CCIR601规定对所有的制式，其每一行的有效样本点数为720个。由于不同的制式其有效行数不同，其分辨率也不同，分别为：

PAL制和SECAM制为：720×576

NTSC制为：720×480

（4）数据量

如果按4:2:2的格式采样，10Bit量化时，数字视频的数据量为：

13.5×10+6.75×10+6.75×10=270Mbps

如果按4:2:2的格式采样，8Bit量化时，数字视频的数据量为：

13.5×8+6.75×8+6.75×8=216Mbps

（5）数据时分复用

经量化、编码后的视频数据字有3个样本值，CCIR601规定进行多路复用后按27Mwords/s来传递,其中字按以下顺序传递:Cb、Y、Cr、Y、Cb、Y、Cr、Y、Cb、Y、Cr、Y…,其中前3个字涉及共位的亮度和色度样本，以下字Y涉及仅亮度（单独）样本。每个有效行的第一个视频数据字是Cb。

（6）SDI（数字分量串行接口）技术

SDI就是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序进行传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高（270Mbps），在传送前必须经过处理，电影电视工程师协会建议用扰码的不归零倒相调制NRZI编码技术（遇1时翻转，遇0

时保持不变）来代替早期的分组编码，确保在接收端可靠地恢复数据，其标准称为SMPTE—259M。该标准包括含数字音频在内的数字复合和数字分量信号。主要有

以下四种：

SMPTE 259-A：143Mbps NTSC数字复合

SMPTE 259-B：177Mbps PAL数字复合

SMPTE 259-C：270Mbps 525/625数字分量

SMPTE 259-D：360Mbps 525/625 16:9数字分量

（7）数字音频嵌入解嵌技术

在4:2:2串行数据流中，视频行、场消隐期间除定时基准信号（EAV、SAV）有用外，其他样点都是固定的消隐电平值，在数据处理时是用不上的，这样，数字音频数据就可以按一定格式以辅助数据的形式插入到数字视频分量的行辅助数据区中，从而与数字分量视频信号同时传输，即实现音频嵌入。解嵌是嵌入的逆过程。

我国标清数字电视（SDTV）所依据的标准就是ITU-R BT601。其图像格式为720×576/50/2:1，一帧625行，有效行288×2，数字场消隐期24+25=49行，4：2：2取样格式，SDI串行接口，数据率为270Mbps，视频信源编码采用MPEG-2中的MP@ML标准。

二、数字SDI播出系统的解决方案

在模拟电视向数字电视转变的进程中，数字化播出相当关键。早在几年前，广告和新闻节目的硬盘播出就在许多电视台广泛采用。近几年随着视频压缩技术、大容量存储技术和传输技术的迅速发展，使得以硬盘存储为基础建立数字化硬盘播出系统的方式已被业内所认同，并正在逐步得以推广应用。

1、搭建数字SDI播出系统的原则

（1）可靠性安全原则

电视播出系统的安全可靠是电视播出的生命。系统的可靠性又依赖于系统软、