彩色数字电视简介 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。

视觉的时间域响应特性 让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率，经测定为46HZ。 电影播放过程中，每秒投射24幅画面，每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样就得到了48HZ的闪烁频率。 要保持画面中物体运动的连续性，要求每秒钟摄取的画面数约为25帧左右。

YUV、YIQ与YCbCr颜色空间 人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，通常把RGB空间表示的彩色图像变换到YUV或者YIQ颜色空间。每一种彩色空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而且亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。 彩色电视信号中采用YIQ或者YUV空间一是为了兼容黑白电视，二是为了实现压缩。

YUV、YIQ与YCbCr颜色空间 YUV模型用于PAL制式的电视系统，Y表示亮度，UV并非任何单词的缩写。 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.493 (B – Y) V = 0.877 (R – Y) YUV空间相当于对RGB空间做了一个解相关的线性变化。U和V的比值决定色调，而(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。

YUV、YIQ与YCbCr颜色空间

YUV、YIQ与YCbCr颜色空间 YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转。 YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间，主要用于数字电视系统中。从RGB到YCbCr的转换中，输入、输出都是8位二进制格式。

YUV、YIQ与YCrCb颜色空间

清晰度（分辨率）的表达方法 不同行业表达清晰度（分辨率）的方法 总的趋势是不同的行业都采用像素表达清晰度 电视清晰度的表示法 线、电视线、带宽、调制度 胶片清晰度的表示法 每毫米线对（Line Pair/mm） 计算机图形、数码相机清晰度表示法 像素 总的趋势是不同的行业都采用像素表达清晰度 数字电视和数字电影的拍摄和显示都采用了有限像素的器件如CCD、CMOS、LCD、PDP 电视/电影信号数字化后其取样点数量是有限的 采用像素有利于统一不同行业有关清晰度的表达方法 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。

电视清晰度的表达法 – 线、电视线、带宽、调制度 电视清晰度的表达法 – 线、电视线、带宽、调制度 模拟电视时代用“线”或“电视线”表示清晰度 垂直清晰度 垂直清晰度用线数表示，与有效扫描行数相关 垂直清晰度一般相当于有效扫描行数的50–70% （科尔系数） 在理想的极端条件下其最大值与有效扫描行数相同 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。

水平清晰度 – 绝对清晰度（线） 水平清晰度的两种表达法 绝对清晰度的定义: 水平方向上实际显示的黑白线条数 绝对清晰度：线 相对清晰度：电视线 绝对清晰度的定义: 水平方向上实际显示的黑白线条数 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

水平清晰度 – 相对清晰度（电视线） 相对清晰度考虑了画面宽高比的因素 因为电视画面的宽高比是4:3，所以在象素宽高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 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”。

相对清晰度（电视线） 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

相对清晰度（电视线） 因为用电视线表达的水平清晰度是相对值，所以在显示相同线条数量的情况下画面宽高比不同时水平清晰度是不同的 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

水平清晰度 – 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 带宽是在约定电平值的位置计量频带宽度 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 电视技术中经常使用的三种带宽 0dB带宽，最大电平处对应的带宽 -1dB带宽，与0dB相比电平下降10%处对应的带宽 -3dB带宽，与0dB相比电平下降30%处对应的带宽 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

某电视系统的幅度 – 频率特性 0dB带宽 4MHz -1dB带宽 5MHz -3dB带宽 6MHz 5MHz调制度 90% 6MHz调制度 70%

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.601-2)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 53.3μS内正弦波 变化200个周期 1行

标清传输带宽与水平清晰度的关系 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 或400线 / 3.75 MHz = 107线 / 1 MHz 标准清晰度电视亮度信号的0dB传输带宽为6 MHz，相当于水平清晰度 6 MHz x 80电视线 / 1 MHz = 480电视线 或6 MHz x 107线 / 1 MHz = 640线 （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） 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)

高清传输带宽与水平清晰度的关系 高清晰度电视 (ITU-R BT.709-3)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 25.858μS内正弦波 变化200个周期 1行

高清传输带宽与水平清晰度的关系 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 或400线 / 7.734 MHz = 52线 / 1 MHz 高清晰度电视亮度信号的0dB传输带宽为30 MHz，相当于水平清晰度 30 MHz x 29电视线 / 1 MHz = 870电视线 或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 电视与胶片对清晰度的定义不同 电视：400线清晰度是指显示400条线，相当于胶片的200线对

数字影像清晰度的表达方法 – 像素 像素是组成图像的最小单位 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 传送彩色图像需要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 用像素表达数字电视清晰度 标清数字电视 480/60i：每行720个取样点（亮度），每帧有效扫描线480行 720 x 480，每帧画面34万像素 576/50i，每行720个取样点（亮度），每帧有效扫描线576行 720 x 576，每帧画面41万像素 高清数字电视 1080i或P：每行1920个取样点（亮度），每帧有效扫描线1080行 1920 x 1080，每帧画面207万像素 720P：每行1280个取样点（亮度），每帧有效扫描线720行 1280 x 720，每帧画面92万像素

清晰度表达方式小结 表达清晰度的方式 调制传输函数（MTF） 带宽和调制度 常用表示法 电视采用线、电视线 摄影胶片采用每毫米线对（Line Pair/mm） 计算机图形处理采用像素 上述三种表达方式的优点是简单直观，缺点是不够严谨 调制传输函数（MTF） 优点：可以准确清晰地表达系统性能 缺点：不够简单直观 带宽和调制度 带宽和调制度实际上就是MTF在电视行业的应用特例 常用表示法 用带宽描述系统性能 用调制度描述摄像机的清晰度 像素既可以表达拍摄、显示和放映设备的清晰度，也可以表达系统性能

电视信号的数字化 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离散化 包括电视信号在内的各种信息的原始形态都是模拟的，需要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 量化 量化就是把电视信号在电平（幅度）轴上离散化，用有限的灰度阶表现无限的灰度 只要了解了量化比特就知道了该系统所能达到的最高信噪比

电影、模拟电视和数字电视 看电影相当于隔着一个巨大的旋转扇叶观看活动的景物 看电视相当于隔着一个旋转的扇叶和帘子观看景物 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 实际上这也是一种取样，这个取样就是把空间运动离散化，用有限数量的静止画面表达在空间上连续运动的景物 看电视相当于隔着一个旋转的扇叶和帘子观看景物 扇叶的旋转速度就是场频或帧频 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，被帘子挡住的部分看不到 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 看数字电视相当于隔着一个旋转的扇叶和筛子观看景物 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 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

胶片电影 看电影相当于隔着一个巨大的旋转扇叶观看景物

模拟电视 看电视相当于隔着一个旋转的扇叶和帘子观看景物

数字电视 看数字电视相当于隔着一个旋转的扇叶和筛子观看景物

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 正交取样结构对人的视觉干扰小，目前所有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 取样点 取样点 扫描线 扫描线

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

取样结构（清晰度） 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或取样点数量之比 例如 4:2:2表示Y/B-Y/R-Y取样，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半 4:2:2:4最后的4表示键控信号的取样点数 4:4:4表示RGB取样，RGB信号的取样点数量一样 4:0:0表示每行电视信号中只有亮度信号 取样结构表示法的原始含义是亮度与色度信号的取样频率之比 4:2:2，4表示亮度信号的取样频率，2和2 表示两个色差信号的取样频率 4的原始含义是亮度信号的取样频率是付载波的4倍即13.5MHz （NTSC的付载波频率是3.58MHz） 2的含义是色差信号的取样频率是付载波的2倍即6.75MHz

取样结构（清晰度） 扩展应用 目前取样结构的表示法不光代表了亮度与色度信号的取样频率之比，还用于表示亮度与色度的取样点数量之比 如果不特别说明，标清数字分量信号的4:2:2取样表示每行亮度与色差信号的取样点数量之比是720:360:360，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半；亮度信号的带宽是6MHz，色度信号的带宽是3MHz 1920高清数字分量信号的4:2:2表示每行亮度与色度信号的取样点数量之比是1920:960:960，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半；亮度信号的带宽是30MHz，色度信号的带宽是15MHz 如果说明亮度取样点数量是1440取样结构是4:2:0，那么色度信号水平和垂直方向取样点数量就是720和540，分别是亮度信号1440和1080的一半，仿照4:2:0的说法也可以称为3:1.5:0（如果把1920称为4按比例计算1440就是3）

4:4:4（RGB）的取样结构 G N行 B R N+1行 N+2行 N+3行

4:2:2（Y/R-Y/B-Y）的取样结构 Y N行 B-Y R-Y N+1行 N+2行 N+3行

4:1:1（Y/R-Y/B-Y）的取样结构 Y N行 B-Y R-Y N+1行 N+2行 N+3行

4:2:0（Y/R-Y/B-Y）的取样结构（MPEG-2） N行 B-Y R-Y Y N+1行 N+2行 4:2:2 N+3行 4:0:0

4:2:0（Y/R-Y/B-Y）的取样结构（MPEG-1） N行 B-Y R-Y Y N+1行 Y N+2行 B-Y R-Y Y N+3行

4:2:0（Y/R-Y/B-Y）的取样结构（DVB） N行 B-Y Y N+1行 R-Y Y N+2行 B-Y Y N+3行 R-Y

不同取样方式的清晰度-标清 G B R Y Cb Cr Y Cb Cr Cb Cr Y 720x576 4:4:4取样 720x576 360 360 720x576 4:2:2取样 Y Cb Cr 576 576 576 720 180 180 720x576 4:1:1取样 Y Cb Cr 576 576 576 720 360 360 Cb Cr 288 288 720x576 4:2:0取样 Y 576

不同取样方式的清晰度-高清 G B R Y Cb Cr Y Cb Cr Cb Cr Y 1920x1080 4:4:4取样 960 960 1920x1080 4:2:2取样 Y Cb Cr 1080 1080 1080 1920 480 480 1920x1080 4:1:1取样 Y Cb Cr 1080 1080 1080 1920 960 960 Cb Cr 540 540 1920x1080 4:2:0取样 Y 1080

不同高清记录格式的取样结构（清晰度） G B R Y Cb Cr Y Cb Cr Cb Cr Y Y Cb Cr HD D5 1920 1920 1920 1080 G B R 1080 1080 4:4:4 1920 960 960 Y Cb Cr 1080 1080 1080 HD D5 4:2:2 1440 480 480 1080 Y 1080 Cb Cr 1080 3:1:1 1440 720 720 540 Cb Cr 540 Y XDCAM HD 1080 3:1.5:0 (基于1440的4:2:0) 1280 640 640 DVCPRO HD 1080 Y Cb Cr 1080 1080 2.6:1.3:1.3 (基于1280 的4:2:2)

不同取样结构（清晰度）的码率 G B R Y Cb Cr Cb Cr Y Y Cb Cr Cb Cr Y 1920x1080/60i 8比特 1920x1080/60i 8比特4:4:4取样 1492.992 Mbps 1920 1920 1920 1080 G 1080 B 1080 R 8比特 1920x1080/60i 8比特4:2:2取样 995.328 Mbps 1920 960 960 1080 Y 1080 Cb 1080 Cr 8比特 1920x1080/60i 8比特4:2:0取样 746.496 Mbps 1920 960 960 540 Cb 540 Cr 1080 Y 8比特 1440x1080/60i 8比特3:1:1取样 622 Mbps 1440 480 480 Y Cb Cr 1080 1080 1080 8比特 1440x1080/60i 8比特3:1.5:0取样 （基于1440的4:2:0） 560 Mbps 1440 720 720 540 Cb 540 Cr 1080 Y

不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0

不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

取样结构小结 把4:4:4的取样结构经预滤波（亚取样）转变成 4:2:2、4:1:1或4:2:0的目的是用不压缩的方法通过降低彩色分辨率的方式减少数字电视信号的数据量 同样地，把4:4:4的取样结构经预滤波（亚取样）转变成 3:1.5:0 （基于1440的4:2:0）的目的也是用不压缩的方法通过降低亮度和彩色分辨率的方式减少数字电视信号的数据量 高清4:4:4适用于最高质量的节目拍摄/制作以及复杂特技如高精度色键合成 高清4:2:2是电视台高质量节目制作的标准 4:2:0适用于一点对多点的播出和发行 高清3:1.5:0（基于1440的4:2:0）适用于新闻、专题等简单制作，不适合制作复杂特技

量化 8比特 256灰度阶 4比特 16灰度阶 3比特 8灰度阶 量化就是把电视信号在电平（幅度）轴上离散化，用有限的灰度阶表现无限的灰度 量化的比特越高传输电平的精度越高，只要了解了量化比特数就知道了该系统所能达到的最高信噪比 8比特（256灰度阶）是再现图像连续灰度的最低要求 低于8比特时人眼可能分辨出灰度层级中的灰度差，出现版画感 高质量记录和制作需要10比特（1024灰度阶） 8比特 256灰度阶 4比特 16灰度阶 3比特 8灰度阶

数字电视格式的表示法 SMPTE的表示法 EBU的表示法 1920x1080/60/I表示清晰度为1920x1080，垂直扫描频率60Hz，隔行扫描 1280x720/60/P表示清晰度为1280x720，垂直扫描频率60Hz，逐行扫描 最后的字母I表示隔行（Interlace）扫描，P表示逐行（Progressive）扫描 EBU的表示法 1920x1080/I/25（简化表示为1080/I/25）表示每行取样点数量1920，每帧有效扫描行数1080，25帧（50场）隔行扫描 1280x720/P/50表示每行取样点数量1280，每帧有效扫描行数720，50帧逐行扫描 中间的字母I表示隔行（Interlace）扫描，P表示逐行（Progressive）扫描 在EBU表示法中最后的数字表示帧频，因此EBU的1920x1080/I/25与SMPTE的1920x1080/50/I含义完全相同，有时容易造成误解

数字电视格式的表示法 简化表示法 因为SMPTE的表示法比较长，为求简便在很多文件中经常把SMPTE表示法简化使用 1920 x 1080/60/I表示为1080/60i 1280 x 720/60/P表示为720/60P 采用简化表示法美国的NTSC可表示为480/60i，中国和欧洲的PAL可表示为576/50i 这是目前使用最多的表示法之一

数字电视格式的表示法 目前数字电视格式并没有统一的表示法，因此在各种文献中也经常可以见到其它的表示法 已知帧/场频时用1080i、720P表示有效扫描线数和扫描方式 已知扫描线数时用50i或60P表示帧/场频和扫描方式 有些资料用1080/50/2:1表示1080/50i，720/60/1:1表示720/60P 有时用@代替/，如1080@60i，720@60P 有的文件用扫描线总数代替有效扫描线，如1125/60i，750/60P，625/50i，525/60i 欧洲经常用1080i25或1080i/25表示帧频25Hz的隔行扫描，这是从EBU表示法简化来的，相当于一般简化表示法的1080/50i 同样地，在欧洲也经常用720p50表示720/50P 1080/50i有时被表示为1080i50或1080i/50Hz。

数字电视信号的码率 码率是在单位时间内系统所能达到的最大数据量 传输数字电视信号时信道设备(如矩阵、光端机等)的带宽必须大于通过该通道的码率 标准清晰度数字电视信号的码率 在ITU-R601数字电视标准中，采用10比特量化时 亮度信号的码率为 取样频率x量化比特数 = 13.5 (MHz) x 10 (Bit) = 135 Mbps 2个色差信号的码率为 2 x 6.75 (MHz) x 10 (Bit) = 135 Mbps 总的码率为 亮度信号码率+色差信号码率 = 135 + 135 = 270 Mbps 270Mbps是数字分量演播室使用的SDI接口标准码率

数字电视信号的码率 高清晰度数字电视信号的码率 高清晰度电视的码率是标准清晰度电视的5.5倍 在SMPTE 274M数字电视标准中，采用10比特量化时 亮度信号的码率为 取样频率x量化比特数 = 74.25 (MHz) x 10 (Bit) = 742.5 Mbps 2个色差信号的码率为 2 x 37.125 (MHz) x 10 (Bit) = 742.5 Mbps 总的码率为 亮度信号码率+色差信号码率 = 742.5 + 742.5 = 1485 Mbps 高清晰度电视的码率是标准清晰度电视的5.5倍 1485Mbps是高清晰度数字分量演播室使用的HD-SDI接口标准码率

数字电视信号的有效码率 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间内没有视频信息，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

数字电视信号的有效码率 标准清晰度数字电视信号的有效码率 480/60i与576/50i的有效码率相同 在ITU-R601数字电视标准中，采用8比特量化时 480/60i (NTSC) 亮度信号的有效码率为 每行的取样点数 x 有效扫描行数 x 量化比特数 x 帧频 = 720 x 480 x 8 x 30 = 82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为 2 x 360 x 480 x 8 x 30 = 82.944 Mbps 总的有效码率为 亮度信号有效码率 + 色差信号有效码率 = 82.944 + 82.944 = 165.888 Mbps (480/60i) 576/50i (PAL) 总的有效码率为 720 x 576 x 8 x 25 x 2 = 165.888 Mbps (576/50i) 480/60i与576/50i的有效码率相同

数字电视信号的有效码率 高清晰度数字电视信号的有效码率 在SMPTE 274M数字电视标准中，采用8比特量化时 1080/60i 信号格式亮度信号的有效码率为 每行的取样点数 x 有效扫描行数 x 量化比特数 x 帧频 = 1920 x 1080 x 8 x 30 = 497.664 Mbps 2个色差信号的有效码率为 2 x 960 x 1080 x 8 x 30 = 497.664 Mbps 总的有效码率为 2 x 497.664 = 995.328 Mbps (1080/60i) 1080/50i 信号格式的有效码率为 1920 x 1080 x 8 x 25 x 2 = 829.44 Mbps (1080/50i) 高清晰度电视1080/60i的有效码率是标准清晰度电视480/60i (NTSC)的6倍 1080/50i的有效码率是576/50i (PAL)的5倍

逐行扫描和隔行扫描 电视采用扫描的方法把两维静止画面分解成若干行一维的扫描线，构成一幅完整画面的全部扫描线叫电视帧 最简单的扫描方式是逐行扫描，每帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成，下一帧扫描线的位置与上一帧完全相同 为了在有限的带宽资源条件下提高图像刷新率，模拟电视采用了2:1隔行扫描 2:1隔行扫描是把一帧电视画面分两次交错扫描，下一场扫描线的位置与上一场相差一行，在空间上两个相邻电视场的扫描线位置相隔一行

逐行扫描和隔行扫描 逐行扫描：一帧电视画面一次连续扫描完成 隔行扫描：一帧电视画面分两次交错扫描完成 优点： - 没有隔行扫描所特有的帧间闪烁感 - 有利于图形和图象的计算机处理 - 长时间观看眼睛不易疲劳 缺点： 与相同场频的隔行扫描方式相比数据量大一倍 应用： 美国DTV的480/60P，720/60P，1080/24P，计算机显 示器 隔行扫描：一帧电视画面分两次交错扫描完成 优点： 与相同帧频的逐行扫描方式相比数据量只有一半 缺点： - 帧间闪烁感觉明显 (特别是大屏幕显示) - 不利于图形和图象的计算机处理 - 长时间观看眼睛容易疲劳 应用： 已经播出和准备播出的大多数电视系统

隔行与逐行扫描 隔行扫描主要应用于电视广播，例如1080/60i（59.94i）和50i 1080/50P、1080/60P（59.94P）的数据量是50i或60i的两倍，其取样频率也是50i或60i的两倍，目前还没有实际应用 1080/50i和60i的取样频率为74.25MHz 1080/50P和60P的取样频率为148.5MHz 逐行扫描有两种传输方式 P：逐行传输，需要使用专用的逐行传输接口 Psf：逐行分段传输，可以使用现有的隔行传输接口 用于制作和节目交换的逐行扫描格式 1080/24P（23.976P） 1080/25P 1080/30P（29.97P） 用于制作和播出的逐行扫描格式 720/60P（59.94P）

逐行与隔行扫描 逐行扫描 隔行扫描的两场

逐行与隔行扫描 标清时代电视几乎全部采用隔行扫描 高清电视既采用隔行也采用逐行扫描 高清采用逐行扫描拍摄和制作的原因之一是拍摄和显示器件的逐行化，大屏幕电视主要使用平板显示器件 等离子显示屏（PDP），液晶显示屏（LCD） LCD，DLP芯片投影芯片 显像管采用灵活的扫描寻址方式，不需要逐一驱动每个像素，既适用于隔行也适用于逐行显示 PDP、LCD、DLP是有限像素的面阵列显示器件，这种采用XY寻址的显示方式需要逐一驱动每个像素单元 平板显示器件显示的都是逐行扫描图像，一般把PDP、LCD、DLP等称为逐行扫描显示器件 不论输入信号是何种扫描方式也不论清晰度高低在平板显示器件中都要被转换成与显示面板物理像素数量相同的清晰度显示 如果在拍摄、制作和显示等环节都采用逐行扫描方式可以避免信号的隔行、逐行转换带来的图像质量损失

Psf - 逐行分段传输 P与Psf是两种不同的逐行扫描信号传输方式 P: Progressive - 一帧一帧地传输逐行扫描信号 Psf: Progressive segmented frame - 逐行分段传输，即把一帧逐行扫描的电视信号分成奇数场和偶数场分别传送 Psf的信号传输结构与隔行扫描相同，采用Psf传输可以使逐行扫描信号与大部分只支持隔行扫描格式的记录、制作和显示设备兼容 配置了Psf接口的设备能够用Psf方式输入/输出逐行扫描信号，不过它不能接收或传送不分段的逐行扫描信号 配置了逐行扫描传输接口的设备只能输入/输出不分段的逐行扫描信号，它们不能与带有Psf接口的设备交换逐行扫描节目 录像机、摄像机上的逐行接口都只支持Psf，部分非线性制作设备配置了P和Psf两种接口

Psf - 逐行分段传输

Psf与隔行扫描信号的差别 逐行的Psf每帧取样一次得到一帧画面，再把这一帧分成两场分别传送，在接收端这两场仍然可以合成为一个完整的帧 隔行扫描每帧取样两次，即每场取样一次 这两场是在不同的时间取样得到的，在拍摄运动图像时两场的取样时间不同所以这两场图像在空间上不能完全重合 拍摄活动画面时不能把隔行扫描得到的两场合成成一帧完整的画面 隔行或逐行是由拍摄决定的，传输或记录都不会改变

25P逐行与50i隔行扫描的取样结构比较 25P逐行扫描 50i隔行扫描 第1帧 第2帧 第1场(奇数场) 第2场(偶数场) 第3场(奇数场) 第4场(偶数场) 50i隔行扫描

25Psf的取样和传输结构 25P逐行扫描 第1帧 第2帧 25Psf传输 奇数场 偶数场 奇数场 偶数场 25Psf接收 第1帧 第2帧

逐行Psf传输 – 每帧取样一次分成两场传输 1帧 = 奇数场 + 偶数场 奇数场 偶数场 Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8 Line 9

隔行扫描 – 每帧取样两次无法再合成为一帧 奇数场 1帧 = 奇数场 + 偶数场 偶数场 Line 1 Line 3 Line 5 . 偶数场

数字显示接口 DVI和HDMI可用于短距离连接LCD显示器、LCD或DLP投影机传输逐行扫描高清晰度数字电视信号（RGB），DVI用于专业设备，HDMI用于民用设备 DVI 有纯数字的DVI-D和数字/模拟兼容的DVI-I两种接口 DVI-D型接口共有24根插针，具有单链接（Single Link）和双链接（Dual Link）两种工作模式 不论单链接还是双链接都只使用一个插头和一条电缆 单链接时只使用24根插针中的一半即12根插针，双链接时使用全部的24根插针 单链接时DVI-D可以支持720/60P（最高85P）逐行扫描显示 双链接时可以支持1080/60P（最高85P）逐行扫描显示 HDMI 高清晰度多媒体接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）是在DVI的基础上经过改进发展出来的，增加了数字版权保护HDCP功能 与DVI相比HDMI增加了多声道数字音频传输功能，因此更适用于高清晰度家庭影院设备之间的连接 HDMI的标准是由HDMI论坛（HDMI Founder）制定的 插头的针脚与DVI兼容但采用了不同的封装尺寸，HDMI的插头尺寸只有DVI的一半多一点 目前HDMI传输的信号格式与DVI相同

DVI与HDMI的外观和尺寸 HDMI DVI

DVI-D传输的信号格式 链接方式 使用插针数量 传输码率 最高分辨率 DVI单链接 12针 3.96Gb/s (时钟频率 165MHz) 计算机显示 UXGA (1600x1200)/60Hz SXGA (1280x1024)/85Hz HDTV显示 1080/60i (1920x1080/60场，隔行) 720/60P (1280x720/60帧，逐行， 最高85帧) DVI双链接 24针 2x3.96Gb/s QXGA (2048x1536)/60Hz

彩色电视制式 NTSC彩色电视制的主要特性是： (1) 525行/帧, 30帧/秒 (2) 高宽比：电视画面的长宽比为4:3 (3) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 (4) 在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。 (5) 每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒 (6) 颜色模型：YIQ (7)美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式。

彩色电视制式 倒相正交平衡调幅制PAL制式电视信号的特性： 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) (2) 每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效行。 (3) 高宽比(aspect ratio)：4:3 (4) 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 (5) 颜色模型：YUV (6) 西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式。

高清电视技术标准 国际标准 国家标准 国际电信联盟：ITU-R BT.709-5 美国电影电视工程师协会：SMPTE 274M， SMPTE 296M 中国国家广电总局：GY/T 155-2000 欧广联： EBU-TECH 3299

ITU-R BT.709-5建议书部分内容 – 1080P&i 每行有效样点数 1920 每帧有效扫描行 1080 取样结构 正交取样 像素形状 方形像素 画面宽高比 16 : 9 每帧扫描行数 1125行 (原1250行标准已经取消) 垂直扫描类型 逐行或2:1隔行扫描 垂直扫描频率（逐行） 逐行23.976/24/25/29.97/30/50/59.94/60帧 垂直扫描频率（隔行） 隔行50/59.94/60场 取样频率 亮度74.25 MHz，色度37.125 MHz 取样频率(1080/50P、60P) 亮度148.5 MHz，色度74.25 MHz 0dB带宽 亮度30 MHz，色度15 MHz 量化电平 8或10比特 注：垂直扫描频率为23.976、29.97、59.94Hz时取样频率比表中列出的值降低了1/1000

SMPTE 274M部分内容 – 1080P&i 每行有效样点数 1920 每帧有效扫描行 1080 取样结构 正交取样 像素形状 方形像素 画面宽高比 16 : 9 每帧扫描行数 1125行 垂直扫描类型 逐行或2:1隔行扫描 垂直扫描频率（逐行） 逐行23.976/24/25/29.97/30/50/59.94/60帧 垂直扫描频率（隔行） 隔行50/59.94/60场 取样频率 亮度74.25 MHz，色度37.125 MHz 取样频率(1080/50P、60P) 亮度148.5 MHz，色度74.25 MHz 0dB带宽 亮度30 MHz，色度15 MHz 量化电平 8，10或12比特（单链接时不能传输12比特信号) 注：垂直扫描频率为23.976、29.97、59.94Hz时取样频率比表中列出的值降低了1/1000

广电总局GY/T 155-2000部分内容 – 1080/24P&50i 每行有效样点数 1920 每帧有效扫描行 1080 取样结构 正交取样 像素形状 方形像素 画面宽高比 16 : 9 每帧扫描行数 1125行 垂直扫描类型 逐行或2:1隔行扫描 垂直扫描频率（逐行） 逐行24帧 垂直扫描频率（隔行） 隔行50场 取样频率 亮度74.25 MHz，色度37.125 MHz 0dB带宽 亮度30 MHz，色度15 MHz 量化电平 8或10比特

SMPTE 296M部分内容 – 720P 每行有效样点数: 1280 每帧有效扫描行: 720 取样结构: 正交取样 像素形状: 方形像素 画面宽高比: 16 : 9 每帧扫描行数: 750行 垂直扫描类型: 逐行扫描 垂直扫描频率: 23.976/24/25/29.976/30/50/59.94/60帧 取样频率: 亮度74.25 MHz，色度37.125 MHz 量化电平: 8或10比特 注：垂直扫描频率为23.976、29.97、59.94Hz时取样频率比表中列出的值降低了1/1000

EBU-TECH 3299部分内容 – 720P 每行有效样点数: 1280 每帧有效扫描行: 720 取样结构: 正交取样 像素形状: 方形像素 画面宽高比: 16 : 9 每帧扫描行数: 750行 垂直扫描类型: 逐行扫描 垂直扫描频率: 50帧 取样频率: 亮度74.25 MHz，色度37.125 MHz 量化电平: 8或10比特 注：720/50P是EBU推荐的高清传输格式和4种高清制作格式之一，其它3种高清制作格式是1080/50i、1080/25P和1080/50P

不同国家和地区采用的高清扫描格式 扫描格式 使用国家和地区 1080/60i 美国CBS，HBO，NBC等，日本，韩国，台湾地区，部分南美国家 720/60P 美国ABC，FOX，ESPN 1080/50i 澳大利亚，中国，香港，新加坡 720/50P 欧洲（尚未开始实际的720/50P播出） 注：1. 实际播出的60i和60P都是相关频率同比降低1/1000的59.94i和59.94P 2. 欧洲的一些电视台已经开始用1080/50i播出高清节目

高清电视标准 高清晰度电视的标准主要有两种 隔行的1080/50i、60i和逐行的720/50P、60P用于播出和制作 1080/24P、25P和30P只用于节目制作和交换 1080/50P和60P还没有实用化 地域分布规律 在原NTSC国家和地区中除了美国的ABC和FOX采用了720/60P（720/59.94P）以外高清播出大多采用了1080/60i（1080/59.94i） 在原PAL国家和地区中大部分采用了1080/50i 欧广联（EBU）建议用720/50P作为欧洲的高清播出格式，720/50P、1080/50i、1080/25P和1080/50P用于高清制作 目前欧洲已经开始播出的高清节目都是1080/50i。表7示出了不同国家和地区采用的高清扫描格式

高清数字电视技术标准小结 国际标准化组织如ITU（国际电讯联盟）的技术标准等级最高，涵盖的范围最大 各国家和地区的技术标准如SMPTE、EBU以及GY/T（中国国家广电总局）均符合ITU标准，但涵盖的范围可能比ITU小 ITU等国际标准一般叫作“建议书”而不称为“标准”，看起来只是“建议”但具有事实上的强制性 采用符合国际技术标准制作的电视节目有利于国际间的节目交换 每帧1920x1080像素的画面被称为高清晰度通用图像格式CIF（Common Image Format），是国际通用的图像交换格式

高清与标清电视的差别 宽高比 清晰度（分辨率） 色域 亮度方程

高清与标清的差别-宽高比 标清电视屏幕4:3的宽高比是参考普通电影银幕1.37:1宽高比制定的 电视一般以整数与整数之比来表达宽高比 例如：4:3，16:9 电影是以屏幕高度为1宽度为高度倍数的形式表达宽高比 例如：1.85:1，2.39:1等 宽高比4:3用电影的表示方法就是1.33:1 高清电视屏幕的宽高比16:9（1.78:1）是参考遮幅宽银幕电影1.85:1的宽高比制定的 美国、欧洲和澳大利亚的部分标清数字电视也采用16:9，但在中国和其它大多数国家、地区只有高清采用16:9

高清与标清的差别-宽高比 SDTV 4:3 (1.33:1) HDTV 16:9 (1.78:1) 标清电视屏幕宽高比4:3是参考普通电影银幕1.37:1宽高比制定的 SDTV 4:3 (1.33:1) 高清电视屏幕宽高比16:9，是参考遮幅宽银幕电影1.85:1宽高比制定的 HDTV 16:9 (1.78:1) 美国、欧洲和澳大利亚的部分标清数字电视也采用16:9，但在中国和其它大多数国家和地区只有高清采用16:9宽高比

高、标清上下变换时的宽高比处理 在相当长的时间内高清与标清都是共存的，因此经常需要在高清与标清之间进行上、下变换 在进行高清与标清的上、下变换处理时主要问题是宽高比转换 16:9与4:3高标清上、下变换时常用的三种模式 信箱（Letter box）：保持原画面宽度不变 切边（Edge Crop）：保持原画面高度不变 变形（Squeeze）：保持原画面的宽度和高度都不变 半信箱模式 介于信箱与切边模式之间的14:9信箱 与16:9信箱模式相比14:9信箱在4:3的画幅上可视范围更大一些 与4:3切边模式相比切割成14:9时去掉的内容比较小 半信箱模式除了14:9外还有13:9和15:9

16:9下变换至4:3 信箱 原画面 宽度不变 切边 原画面 高度不变 变形 原画面 宽度、高度都不变

16:9信箱与14:9信箱的对比 16:9信箱 16:9 14:9信箱 切边至14:9

4:3上变换至16:9 信箱 原画面 宽度不变 切边 原画面 高度不变 变形 原画面 宽度、高度都不变

像素尺寸相同时标清与高清的比较 标清: 720 x 576 41万像素 高清: 1280 x 720 92万像素 207万像素

图像尺寸相同时标清与高清的比较 标清: 720 x 576 41万像素 高清: 1920 x 1080 207万像素

高清的信息量几乎是标清的6倍

标清电视色域 NTSC色域 EBU色域（PAL色域） SMPTE-C色域 标清亮度方程 1953年制定，采用C光源（x=0.3101，y=0.3162）为基准白 三基色坐标 R： x=0.67，y=0.33 G： x=0.21，y=0.71 B： x=0.14，y=0.08 EBU色域（PAL色域） 1966年制定，采用D65光源（x=0.3127，y=0.3290）为基准白 R： x=0.64，y=0.33 G： x=0.29，y=0.60 B： x=0.15，y=0.06 SMPTE-C色域 采用D65光源（x=0.3127，y=0.3290）为基准白 R： x=0.630，y=0.340 G： x=0.310，y=0.595 B： x=0.155，y=0.070 标清亮度方程 Y=0.30R+0.59G+0.11B

高清电视色域 ITU-R709（HDTV）色域 高清亮度方程 1966年制定，采用D65光源（x=0.3101，y=0.3162）为基准白 三基色坐标 R： x=0.64，y=0.33 G： x=0.30，y=0.60 B： x=0.15，y=0.06 高清亮度方程 Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B

电视的色域 y 可见光范围 NTSC EBU&HDTV SMPTE-C G R B x CIE D65 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 可见光范围 NTSC EBU&HDTV SMPTE-C G CIE D65 R B NTSC EBU SMPTE-C HDTV (ITU-R709) x y R 0.670 0.330 0.640 0.630 0.340 G 0.210 0.710 0.290 0.600 0.310 0.595 0.300 B 0.140 0.080 0.150 0.060 0.155 0.070 基准白 IIIC D65 基准白坐标 0.3101 0.3162 0.3127 0.3290

标清与高清的彩条测试信号 100%彩条 标清彩条Y波形 Y=0.30R+0.59G+0.11B 高清彩条Y波形