演播室标清数字电视规范标准汇总整编资料文档

标清数字电视标准整理文档

━幻影

一、演播室数字电视编码参数规范

我国于1993年颁布了GB/T 14857-1993《演播室数字电视编码参数规范》。本标准规定了625行/50场演播室彩色电视分量信号（Y、R-Y、B-Y信号或者R、G、B信号）的数字编码方式及其参数。本文档主要说明适用于数字演播室设备间数字信号连接和国际节目交换的基本参数，其亮度和色差信号的取样频率的比例为4：2：2模式。另一组参数适用于数字电视信号源设备和高质量视频处理其亮度和色差信号或者（R、G、B信号）的取样频率的比例为4：4：4模式。

（1）4：2：2模式的编码参数如表1所示。

表1 4：2：2模式的编码参数

（2）量化范围的规定

现以100/0/100/0彩条信号为例、说明数字分量信号对量化范围的规定。亮度分丛的模拟信号电平与其相对废的数字信号样值(即过化电平)之间的关系如图l所示。图中示出了8比特和比特量化两种情况下的对应样值，这个样值分别以10进制数和16进制数表示其量化级数，(亦称量化电平或数字电平)。

图1 100%彩条中亮度信号之模拟信号与量化电平之间的关系

在10比特16化系统中共有1024个数宁电平(210个)，用10进制数表示时，其数值范围从0到1023；用16进制数表示时，其数值范围从000到3FF。数字电平000～003和3FC～3FF为储备电平或称保扩电平,这两部分电平是不允许出现在数据流中的。其中000和3FF用于传送同步信息。

模拟信号近行A／D变换时，其电平不允许超出A／D的基准电平范围，否则会发生限幅，产生非线性失真，其谐波在抽样后会出现频谱混叠，因此，标准规定了储备电平，即使模似信号电平达到储备电个范围仍不会发生限幅，防止了混叠失真。但储备电平的数字不进入数据流。D／A后恢复的模拟信号也不会出则储备电平范围的信号。

色差信号的模拟电平与量化电平(即数字电平)之间的关系如图2和图3所示。色差信号是双极性的，而A／D变换器需要单极性信号，因此，将100%彩条的色差信号电平移350mv,以适合A/D变换器的要求。

图2 Cb分量的模拟电平与量化电平之间的关系

图2示出Cb分量的模拟电平与8比特和10比特的量化电平之间的关系。图3示出Cr分量的模拟电平与8比特和10比特的量化电平之间的关系。用10比特量化时，量化电平为16进制数004～3FB（10进制数表示为4～1019）1016级表示Cb和Cr信号，消隐电平（即零电平）定为200（16进制数），模拟信号的最高正电平定为3CD（10进制数为960），最低的负电平定为040(10进制数为64)，所规定的顶部电平余量为3CD～3FB（10进制数表示为960～1019），底部电平余量为004～040（10进制数表示为4～64），其作用同亮度信号的电平余量。储备电平范围也同度信号。

图3 Cr分量的模拟电平与量化电平之间的关系

（3）4：2：2标准抽样点的行场定时关系

由于样点位置在垂直方向上逐行、逐场对齐，即排成一列列直线，故形成正交抽样结构，C B和C R样点位置与Y的奇数位样点位置一致。

在每一行中的总祥点数为抽样频率f S与行频之比；f S／f H。对于625／50扫描标准，每行的Y佯点数是864个，编号为0～863；色差信号的样点数为432个，编号为0～431。亮度有效行的样点数是720个，编号为0～7l9，C B和C R有效行样点数都是360个，编号为0～359。

625／50扫描标准的数字行消隐小于模拟行挡隐持续期。行消隐持续144个抽样闻期，为第720～863周期。

数字有效行持续时间为：720 ×1／13．5MHz=53.33μs，其中第0～9个样点持续时间为10 ×1／13．5MHz＝0.74μs，在D／A变换时用来形成行消隐的上升沿(后沿)，最后的第712～719个样点持

续时间为8×1／13．5MHz＝0.59μs,用于形成模拟行消隐的下降沿(前沿)。数字有效行内的第10～711个样点持续时间为702×1／13．5MHz＝52μs，这是持续传送图像内容的模拟有效行持续期，参看图3。

图3 625/50标准的4：2：2样点位置与行同步之间的关系

二、数字分量图像信号的接口

GB/T 17953-2000《4：2：2数字分量图像信号的接口》规定了在GB/T 14857《演播室数字电视编码参数规范》4：2：2模式的625行电视系统的数字分量图像信号的接口与数字分量图像信号的接口。

（1）亮度和色差数据的时分复用

根据需要，亮度数据和色差样值可以单独传输，或采用时分复用的方式传输。时分复用时每行的总样值(字)数为1728个，编号为0 ～l 727(625／50扫描标准)。有效行内复用数据的字数为1440个，编号0～1439。数字消隐期间复用数据的字数为288个，编号1440～1727，如图4所示。

图4 625/50标准确的复用据的字数分布

时分复用、比待并行输出的4：2：2数字编码器原理如图5所示。输入的模拟信号E’Y、E’CB和E’CR经过抗混叠的低通滤波器后，进入各白的A／D变换器，输出的Y数字信号速率为13．5兆字／秒，抽样间隔为74ns; C B和C R数字信号的速串为6．75兆字／秒、抽样间隔为

148ns。三个数字信号并行进入数字合成器，以27兆字／秒的速率顺序读出C B、Y、C R的数据，每个字的间隔为37ns。图中样点编号表明，C B和C R的样点与奇数位(1、3、5……)的Y样点位置一致。

合成器输出数据的速率是27M字/S，三个分量信号按(C B、Y、C R、C B、Y、C R，Y…的顺序输出。前3个字（C B1、Y1、C R1）属于同一个像点的三个分量紧接着的Y2是下一个像点的亮度分量，它只有Y分量。每个有效行输出的第一个视频字应是C B 。

图5 时分复用、比特并行输出的4：2：2数字编码原理

图6 625/50标准的数字行消隐及数据合成

图6，进一步描绘625／50扫描标准的数字行消隐和数字数据合成的关系，并给出了定时基准信号(TRS)也即EAV相SAV的位置。

（2）定时基准信号（TRS）

数字分量标准规定，不对模拟同步脉冲进行抽样，而是对每一行的数字有效行数据流之后，通过复用方式加入两个定时基准信号。在行消隐期间留出8个数据字位置，用于传送定时基准信号。具体位置见图6和图7，在625／50扫描标准中，EAV的位置是1440一1443，SAV的位置是l724—1727。在场消隐期间，EAV和SAV信号

保持同样的格式。

每个定时基准信号由4个字组成，这4个字的数列可用16进制计数符号表示如下；

3FF 000 000 XYZ

前三个字是固定前缀，3FF、000和000三个16进制数是为定时标志符号预备的SAV和EAV同步信息的开始作出标志，XYZ代表一个可变的字，它包含确定的信息：

场标志符号

垂有消隐的状态

行消隐的状态

图7描绘出625／50扫描标准的每帧定时基准信号的位置。

表2列出构成SAV和EAV的4个字：3FF、00O、O00、XYZ的二进制数值。表中XYZ的比持0和比特1规定为二进制数0，以便与8比特量化接口兼容，比特9是1，比持6、7、8是可变的二进制数，分别用H、V和F表示，可表示以下三种信息。

表2 4：2：2定时基准信号（TRS）

图7 625/50扫描标准的数字定时基准信号位置F：场标志符

F=0 表示是在第1场期间

F=1 表示是在第2场期间

V：垂直消隐标志符

V=0 表示有效场期间

V=1 表示场消隐期间

H：行消隐标志符

H=0 有效行开始外（SAV）

H=1 有效行结束外（EAV）

字XYZ中的比特2、3、4、5的值也是可变的，并用P0、P1、P2、P3表示，它们的值取决于比特F、V和H的值，可对F、V和H进行2比持误差检测以及1比特误码校正。表1—7列出了各行持定抽样点的XYZ值的二进制数值，表明了P0、Pl、P2、P3与F、V、H间的关系。

表3 10比特16进进制XYZ的二进制数值及保护比特P0、Pl、P2、P3与F、V、H的关系

（3）辅助数据的插入

辅助数据可应用于：

━时间码的传送

在场消隐期间传送纵向时间码(LTC)或场消隐期时间码(VITC)、实时时钟等其它时间信息和其它用户定义信息。其详细规定见标准GY /T 163-2000《数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输规范》。

━数字声音的传送

在串行分址数字信号的消隐期间可传送多达16路AES/EBU20比特的数字声音信号。

━监测与诊断信信息的传送

插入误码检测校验字和状态标识位，用于检验传输后的校验字有效状态，以监测10比特字数字视频接口的工作状况。

━其它应用

比如传送图像显示信息、图文电视信号、节目制作和技术操作信令，国际标准化组织不断地对以上各种数据的格式及插入位置作出统—规定。

辅助数据插入位置

辅助数据分为行辅助数据(HANC)和场辅助数据(VANC)。10比持的HANC数据允许插在所有的数字行消稳内。从EAV开始到SAV结束的期间是数字行消隐时间，见图6与图7。在每行的数字行消隐期间从EAV结束到SAV开始的前的部分可以传送—个小辅助数据块，块长不足280个字(625／50)。每个数据块都以三个字的数据头(或称数据首标)开始，三个字为：

000 3FF 3FF

为适应采用8比持的设备，必须把新有储备范围的数值都视为相当的000和3FF。

场铺助数据(VANC)只允许插在场消隐期间的各有效行内(从SAV结束到EAV开始前)，可能传输多达1440个字的大辅助数据块，而且对可用的行有—定限制。625／50扫描标准，误码检测信号EDH （SMPTE RP165定义）被放置在行辅助数据区的第5或318行，但必须紧邻在“SAV”前面，不能有一个码字的空隙。行辅助数据区的剩余部分，可安排其它数据使用。第6行和319行留给（SMPTE RP168）标准场切换，第10行和323行留给放置DVITC（Digital Vertical Interval Time Code）码。

VANC信号是8比特宇信号，每个数据块也是以3个下的辅助数据头开始：

000 3FF 3FF

为能适合10比特和8比特下的设备，必须把储备范围的所有值都看作等效的000和3FF。

在场消隐和行消隐期间．没有用于传送辅助数据的各个字必须赋给以下的值：

对应于Y样点的字必须赋于16进制040。

对应C B和C R样点的字必须赋于16进制数200。

（4）比特串行接口

10位字的复用数据流以比特串行形式通过单一通道传送。在传输之前附加编码的存在提供了频谱成形，字节同步，并有利于时钟恢

复。4：2：2串行分量数字信号的速率为：

27兆字/秒×10比特/字=270Mbps

①编码

通路编码确定数据流进入通道时0和1的变化方式。各种通路编码的目的都是使串行数字信号形状得到优化，从而使信号频谱的能量分布相对集中，降低直流分量，有利于时钟恢复等。

最简单的、应用最多的信道码是非归零码（NRZ)。NRZ码的特征是：对逻辑1规定—个适当高的DC电平，对逻辑0规定适当低的DC电平。串行数字信号不单独传送时钟信号，在接收设备中用一个锁相环(PLL)和压担振荡器(VCO)重新产生时钟信号，锁相环通过数字信

号中0到1或1到0的跳变沿进行锁定。NRZ码可能出现连0和连1的状态，这样就在一段时间内失去了0和1的转换，锁相环就失去了基准，这段时间内在接收端数据再生产的抽样精度就取决于VCO的稳定度了。另外，NRZ码有直流分流，而且其大小随数据流本身的状态改变，还存明显的低频分量，这不适合交流耦台的接收设备。鉴少以上原因，在串行数字视频传输中不采用NRZ码的基本形式。

串行数字视频信号传输采用倒置的NRZ码，称NRZI码。图8示出了一段NRZ码数字信号及由它生成的NRZI码信号。NRZ码是逻辑1时，NRZI码的电平变化；NRZ码是逻辑0时，NRZI码的电平保持不变。在NRZ码信号为很长的连1时，则其NRZI码就成为方波信号，其频率是时钟频率一半。因此，NRZI码在每个时间单元内比NRZ码

有更多的电平变换次数，即脉冲沿增多，这可改进时钟再生锁相环的工作。稳定时钟信号。显然NRZI码的极性并不重要．只要检测出电平变换，就可以恢复数据；而NRZ码是极性敏感码。

图8 NRZ码和NRZI码的特征

NRZI码虽然比NRZ码优越，何它仍有直流分量相明显的低频分敛。为进一步改进接收端的时钟再生，采用了扰码方式。扰码器使长串连0和连1序列以及数据重复方式随机化并扰乱，限制了直流分量，提供了足够的信号电平转换次数，保证时钟恢复可靠。

图9是扰码器和NRZI编码器。加扰器产生伪随机二进制序列(PRBS)，伪随机二进制序列与传送数据组合起来．使传输的数据随机化。加扰器由9级带反馈的移位寄存器组成，图9中移位寄存器由9级时钟触发的主从D触发器构成。反馈信号通过异或门与传送数据合成。在图9中．加扰函数用生成多项式表示为：

G1(X)＝1

4

9+

X

+X

加扰器可能产生长串连1序列，但在加扰器后接有NRZ到NRZI 变换器，将连1变成电平转换，参见图8所尔波形。NRZI变换由一级带一个异或门的主从D触发器组成，NRZI变换器的生成多项式为：

G2(X)＝X+1

在接收端，传送数据首先通过NRZI到NRZ变换器，用同样的生成多项式G2（X），进行相反的运算，还原出NRZ码，再通过解扰器，如图10所示，其生成多项式与加扰器的相同，但在电脑中用前馈代替了发端的反馈，用同样的随机序列进行相反的运算，恢复出原始数据。

图9 加扰器方框图

图10 解扰器方框图

现在的数字分量设备都设计为10比特接口．对于8比特字的信号要在最低两位加0。图11为一个4：2：2串行分量数字输出接口方框图，其功能为：并串转换、加扰使数据流随机化、从NRZ变为NRZI、串行时钟信号发生、电缆驱动。

图11 4：2：2串行数字分量输出接口

图12是一个4：2：2串行数字分量输入接口电路。其功能为：电缆均衡、NRZI到NRZ变换、解扰、时钟再生。

图12 串行数字分量信号的输入接口电路

从经过电缆均衡的输入信号再生270MHz时钟信号通过一个锁相环路控制压控振荡器，使产生的时钟频率相相位与输入信号的时钟锁相。再生的27MHz时钟信号送到NRZI到NRZ变换器和解扰器，同时也送到定时发生器，产生27MHz 的时钟信号，供串并变换器用。

②EDH测试信号

EDH——error detcction and handling)

图13 EDH原理方框图

泰克公司为数字电视系统开发了一种错误检测系统，称为错误检测和处理(EDH)系统。EDH技术已被SMPTE推荐为实施标准RP—165。它是甚于在并串变换器(串行器)中对每一场视频信号进行循环冗余码(CRC)计算。对全场或对有效图像计算的CRC信号及状态标志信号与其它串行数据一起送到传送系统。在接收端解串后再进行CRC 计算，如果计算值与发送端传送来的CRC值不一致，即表示有错误。错误检测数据用一段长时间内的误差秒(有错的秒数)表示，这比误码率更能揭示问题。图13是EDH原理方框图。

EDH方法可在系统运行中使用．自动精确测试任何系统的电子故障。由于监视和测量设备的复杂程度不同，错误指示可能使一个红色告警灯亮起来，或者是一个复杂的错误报告，并用各种不同错误标志表示错误源。错误标志用于指示前一场的状态，可以逐场设定或清除每个标志。各种标志定如下：

EDH━在这里检测到错误：检测到了一个串行传输数据错误。

EDA━已经检测到错误：在前面的某处已经检测到串行传输误差。

IDH━在这里检测的内部错误：已经检测到，在一个装置内发生了一个与串行传输无关的硬件错误。

IDA━已经检测出的内部错误：收到了一个IDH标志，前面某处的一个硬件发生了故障。

UES━未知的错误状态：从不支持误差检测机构的设备收到一个串行信号。

包含计算的校验字和误差信息标志，以一种形式放在场消隐的辅助数据区，并保证不受信号切换影响。表3中列出了625／50扫描标准中规定的校验字误差信息标志数据的位置。

表3 校验字的位置（625/50）

表4 计算校验字的起始样点和终止样点