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高清晰度数字电视技术简介
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高清晰度数字电视技术简介高清晰度数字电视技术简介高清晰度数字电视技术简介
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高清晰度数字电视技术简介
高清晰度数字电视技术简介
高清晰度电视(HDTV)是电视技术的最新发展,
在此之前电视技术已经经历了从黑白到彩色、从模拟到
数字的转变。数字电视技术的发展释放了标清电视(SDTV)
技术标准的全部潜力,在不改变电视体系标准的条件下
使图像质量比模拟电视有了很大提高。因此在数字电视
的基础上要想大幅度提高图像质量就必须改变电视技术
标准,增加有效信息量,这就是高清晰度电视。
清晰度(分辨率)的表达方法
由于历史的原因在电视、电影(胶片)以及数字影
像等行业表达清晰度(分辨率)的方法是不同的。
电视清晰度的表达方法
—
线、电视线、带宽、调
制度
模拟电视时代摄像管和显像管都是通过扫描线的扫
描产生和再现图像,所以当时用“线”或“电视线”表
示清晰度。
•
垂直清晰度
电视的垂直清晰度用线数表示,与有效扫描行数有
关。在理想的极端条件下垂直清晰度与有效扫描行数相
同,在一般情况下垂直清晰度相当于有效扫描行数的
50-70% (科尔系数)。
• 水平清晰度 ——绝对清晰度(线)和相对清晰度(电
视线)
绝对清晰度是指在水平方向上实际显示的线条数。
例如,在水平方向上显示 400 条线 (黑色 / 白色各 200
条) 时称水平清晰度为 400 线。
因为电视画面的宽高比是 4:3,所以在象素尺寸相
同的条件下水平方向上能够容纳的象素数量是垂直方向
上的 4/3 倍。例如,在线距相同的情况下垂直方向显示
300 条线时水平方向上能够显示 400 条线。为了在同一
系统中用相同的度量方法表示不同方向上的清晰度,在
电视技术中把画面宽高比与水平方向上显示线条数的乘
积称为“电视线”。例如,在水平方向上显示 400 条线
时称水平清晰度为
400 x 3/4 = 300 电视线
高清晰度数字电视技术简介
有
效
扫
描
行
数
图1. 垂直清晰度
显示的线条总数
图2. 水平清晰度—绝对清晰度
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图3. 水平清晰度—相对清晰度
Sony高清产品手册
因为用电视线概念表达的水平清晰度是相对值,所
以在显示线条数量相同的情况下画面宽高比不同时水平
清晰度的电视线数是不同的。例如,同样在水平方向上
显示 400 条线时如果画面宽高比是 16 : 9 则水平清晰度
为
400 x 9/16 = 225 电视线
• 带宽与调制度
电视的水平清晰度还可以用带宽或调制度表示。带
宽与调制度是频率与电平(幅度)之间的函数关系,是
MTF(调制传输函数)在电视技术中的专用表述。
带宽是在约定电平值的位置计量频带宽度,例如
3dB 带宽就是以最大值作为 0dB 时电平下降 3dB 处的
频带宽度。电视技术中经常使用的带宽有三种,即 0dB
带宽,-1dB 带宽和 -3dB 带宽。
调制度是在约定频率点的位置计量电平值,例如标
清摄像机就是以 0.5MHz 的输出幅度作为参考电平,
5MHz 频率点的输出电平与参考电平之比即为调制度,
用百分比表示。
• 电视信号传输带宽与水平清晰度的关系
标准清晰度电视(ITU R BT.601-5)在水平方向上
显示 400 条黑色和白色线条相当于在一行的有效扫描
期间(53.3 微秒)内使正弦波变化 200 次:
200 个周期 / 53.3 微秒 = 3.75 MHz
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图4. 宽高比不同时相对清晰度也不同
0dB
电平
频率
05MHz6MHz4MHz3MHz1MHz 2MHz
-3dB
-1dB
0dB带宽
4MHz
-1dB带宽
5MHz
-3dB带宽
6MHz
6MHz调制度
70%
5MHz调制度
90%
图5. 某电视系统的幅度—频率特性
1行
图6. 电视信号传输带宽与水平清晰度的关系—标清
53.3S内正弦波
变化200个周期
标准清晰度电视画面宽高比为 4:3 时在水平方向上
显示 400 条黑白线称水平清晰度为 400 线或 300 电视线,
每 1 MHz 带宽相当于
300 电视线 /3.75 MHz=80 电视线 /1 MHz
400 线 /3.75 MHz=107 线 /1 MHz
标准清晰度电视亮度信号的 0dB 传输带宽最大为
6 MHz,相当于水平清晰度
6 MHz x 80 电视线 /1 MHz = 480 电视线
6 MHz x 107 线 /1 MHz = 640 线
重现 720 线需要的带宽为
720/107= 6.75 MHz(取样频率 13.5 MHz 的 1/2)
(说明:ITU R BT.601-5 规定的标清亮度信号 0dB
带宽为 5.75MHz,但实际产品的 0dB 带宽大多为 6MHz)
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高清晰度数字电视技术简介
高清晰度数字电视技术简介
图7. 电视信号传输带宽与水平清晰度的关系—高清
25.858S内正弦波
变化200个周期
1行
高清晰度电视 (ITU-R BT.709-5)在水平方向上
显示 400 条黑色和白色线条相当于在一行的有效扫描
期间(25.858 微秒)内使正弦波变化 200 次
200 个周期 / 25.858 微秒 = 7.734 MHz
高清晰度电视画面宽高比为 16:9,在水平方向上
显示 400 条黑白线称水平清晰度为 400 线或 225 电视线,
每 1 MHz 带宽相当于
225 电视线 / 7.734 MHz = 29 电视线 / 1 MHz
400 线 / 7.734 MHz = 52 线 / 1 MHz
高清晰度电视亮度信号的 0dB 传输带宽最大为
30 MHz,相当于水平清晰度
30 MHz x 29 电视线 /1 MHz=870 电视线
30 MHz x 52 线 /1 MHz=1550 线
重现 1920 线需要的带宽为
1920 / 52 = 37.125 MHz (取样频率 74.25 MHz
的 1/2)
电影胶片清晰度的表达方法
—
线对
胶片采用每毫米线对(Line Pair/mm)表示清晰度。
需要注意的是,电视与胶片对清晰度的定义有所不同。
在胶片技术中 400 线清晰度是指 400 线对(Line Pair),
显示 400 线对也就是 800 条线,而在电视技术中 400
线清晰度是指显示 400 条线,即 200 线对。
数字影像清晰度的表达方法
—
像素
数字影像(如数码相机等)和计算机图形处理采用
像素表示清晰度,像素是组成图像的最小单位。表现彩
色图像需要 RGB 或 Y/B-Y/R-Y 三个独立的分量,因此
每个像素实际上都是由 3 个单色像素组成的。
目前数字电影和数字电视的摄像和显像也都采用了
有限像素的器件如 CCD、CMOS、LCD、PDP、DLP 等,
因此不论是数字影像还是电影、电视都可以用像素表达
清晰度。例如,标清数字电视的清晰度可以表示为 720x
480(525@60Hz)或 720x576(625@50Hz),每帧画
面的像素数量分别为 34 万和 41 万。高清数字电视的清
晰度可以表示为 1920x1080 或 1280x720,每帧画面的
像素数量分别为 207 万和 92 万。
电视信号的数字化
包括电视信号在内的各种信息的原始形态都是模拟
的,电视信号的数字化就是把在时间轴和电平轴上连续
变化的模拟电视信号在时间轴和电平轴上离散化,即用
有限的取样点和有限的电平阶去表现在时间和电平上无
限变化的模拟信号。
取样
取样就是把电视信号在时间轴上离散化,用有限像
素表现无限清晰的景物。根据尼奎斯特定理,只要了解
了取样频率(单位时间内的取样点数)就知道了该系统
能够传输信号的带宽,也就是清晰度。
看电影相当于隔着一个巨大的旋转扇叶观看实际的
景物,观众看到的只是在两个扇叶之间未被遮挡的画面,
当旋转的扇叶挡住眼睛的时候观众什么都看不到。这实
际上也是一种取样,这个取样就是用有限数量的静止画
面表达在空间上连续运动的景物。
图8. 胶片电影
• 正交取样
正交取样是指在每行扫描线上的取样点都处于相
同的位置,把这些样点用直线连接起来,连线与扫描线
正交。
正交取样是图形和图像计算机处理的基础,这种取
样结构对人的视觉干扰小,实际上目前所有的演播室分
量数字电视标准都采用了正交取样结构。
实现正交取样的条件是取样频率必须是水平扫描频
率(行频)的整倍数。
• 方形像素
如果每个像素在水平和垂直方向上的大小是相同的,
那么在画面的垂直和水平方向上所能容纳的像素数量之
比应该与画面的宽高比相同。方形像素的概念最早是在
计算机行业提出并实际应用的,目前计算机行业绝大多
数显示标准都符合方形像素原则,例如 :
VGA( 640x480), SVGA( 800x600), XGA
(1024x768),UXGA(1600x1200)均符合方形像素原
则,只有 SXGA(1280x1024)例外。
方形像素有利于图形和图像的计算机处理。早期
1125 行高清电视标准中有效扫描行数是 1035 行,为
符合方形像素的原则已经将有效扫描行数修改为 1080 行。
16:9 宽高比高清电视系统均符合方形像素原则,
如 1920x1080,1280x720。而 4:3 宽高比的标准清晰
度电视 720x576 和 720x480 都不是方形像素。
• 数字电视的取样结构
在数字电视技术中经常用 4:2:2、4:2:0 等方式表达
数字分量电视信号的取样结构,这种表示法的原始含义
是亮度与色度信号的取样频率之比。例如在 4:2:2 中,
图11. 正交取样
取样点 取样点
扫描线
扫描线
与看电影类似,看电视时也相当于隔着一个旋转的
扇叶观看景物,扇叶的旋转速度就是场频或帧频。与看
电影不同的是看模拟电视时在旋转扇叶的后面还增加了
一个固定不动的帘子,帘子的缝隙相当于扫描线,观众
只能看到帘子缝隙间的景物,被帘子挡住的部分是看不
到的,帘子的缝隙数量越多相当于扫描线越多,图像的
垂直清晰度就越高。扫描也是一种取样,这个取样就是
在垂直方向上对两维空间画面离散化,用有限数量的水
平扫描线表达完整的静止画面。
电视信号数字化后原来在时间轴上连续变化的每行
信号被离散化成了有限的取样点,因此如果说看模拟电
视是相当于隔着一个旋转的扇叶和帘子观看景物的话,
那么看数字电视就相当于隔着一个旋转的扇叶和筛子观
看景物了。筛子水平方向上的孔越多相当于取样点越多
也就是取样频率越高,图像的水平清晰度就越高。
Sony高清产品手册
图9. 模拟电视
图10. 数字电视
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cxl645
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