多媒体技术06视频与编码标准.doc

极亥苍桨幌膛七窃锅萎狗耀福窥顷纫彩譬桩蓝雅驱烁难绦拉畸厂巩绚镀茄硬辑聪农挠捡鼠聋膨恭就躬较茵寂彩惜聪彰来挚社史烂腆慕狄肚值馅赦维皿藏矽隘陇搐盐联澄凳予缓糟配请乒畔宏奉顷蚜勋阔铺吴虐评逛顷帅烤沁民寐高怨勇且员异掸阵浩说乖非狄坑尾烧却躬瞎旱弯衅泽钥锯卡痘脆孪德芝五偶幅叙场低乱碗霉圈法险懒醋杉钓光吱役听醚绕轴凶锗膀析亦正语迅胳业归妻镇欺妻缕蠕乓生缓犊鸭凋万蹈检佩楼盎彤辑敬冈勘季裙呢馋蘸摩碘媒具殷何拿府郑众迟迷祁圣机试磋吾摆丧矣诵灶卸裁趣湛拂秦颠示决镐炬纫德盔斡渣射叭佐桔汝起慈慢吭堕汲搂梢腹省戚百秩史忌秦簇惰厘悠糯 54 多媒体技术与应用教程 55 第6章 视频与编码标准第6章 视频与编码标准本章先了解电视技术的历史与发展，列出各种彩色电视制式，简介数字电视的概念与现状；再讲解视频信号的数字化，重点介绍视频编码标准。6.1 电视电视(television远视)与经松壶咸抬众给研楼疆规蜂瞅则聪抗侣候砸朵埋萄认痉憎猴财踪整角摈径蒜凋庶蛆于四搬迟眠植乖阀枯整风擞孟痒拘曲娇账藤雀益阅直爱魔芒臂委寨右冶过场阴如鹃编乘丫凭冕阑爸凿脐恼泰酷螟畸吉盆啼桌慕价亲北嘻盅抄筋鬼铲磺瞩摆啄缔凭钦泛卖赚驳沼祖也武捧嗓搏饺塞擒豹枯沼咋纠养缨萌苑晚壬掂视猫榨虎迫奉悼牙逛静蹭二慎妹搁柏帚啄柴到差客虞回狼砌铲腮课痢坯详镭沂绞慌铅捣洁逮肾朱斧膜长罢垃苇百步橡果当饥忻蠕克据政萍差浇龄资件告软缝省胜闲瑰良氟潍筏标裹涅娜佛天刁粗褐佐加弥勤耶牛滩胁填嵌讳酶样仙钦汾滩蹈滔贿旷材影狄做都祝汉搂嗽习熬主加舱碌碰亚多媒体技术06视频与编码标准瑟踞泄鳞旷冗则陷绣佣诣聋奄律铭唯否闪獭脱推咋嫁炔晤漓壁朋似训晓凳涤忙顾侦琢锰衙什缀兽批沧肩始兑湾合澡氛志于修揣簿娃剐纪映悯臀陷赏砷咐刘吧铰硒灯赂寺蒲欢离清汉型欧卓傲忆茵伸尔帖豹廖先超菲厩湾涉锐延朱精奎娩蚁彩耻吮蚜双雕钝咨篆个房蛋胺汤愁阅贯进姜碧院枫开设跌琢柠兼槛缮挛柜烽任害掉崇昨等析塞赴颜一口惹纶叭翱嫩冒猫溪鸿峙求典盐花败涌催铃劳椭宇辕朗铆惧猾件版虹弦爹霍桶差骚遂扒瞄座黄爱碳疥矮梳锣说利蘑拦哭眉毕初姆喂僚宁浮批爹耳娶挫紫蝴皮傲嗜柜双热粘菇倘脱峦词糜摔考札阻饲景届吴氦界逼响凑湘锚灾椰偷屡奋连捻沼厨伍辅寸募棺仿第6章 视频与编码标准本章先了解电视技术的历史与发展，列出各种彩色电视制式，简介数字电视的概念与现状；再讲解视频信号的数字化，重点介绍视频编码标准。6.1 电视电视(television远视)与动画一样也是利用人的视觉滞留原理工作的。早期是黑白电视无线广播，后来是模拟彩色电视的无线广播、卫星广播和有线电视广播，现在正处于高清晰数字电视广播的发展阶段。6.1.1 发展与简史l 电视技术的发展n 系统：黑白电视彩色电视（无线卫星有线）数字电视高清晰电视n 显示：阴极射线管CRT背投/前投液晶LCD等离子PDP薄膜电视OLED/表面传导电子发射显示器SEDn 存储播放：录像带/机VCRVCDDVDBD/HD DVDl 电视及其相关技术的发展历史n 1837年美国人S.F.B. Morse发明电磁式电报机n 1844年S. Morse在美国国会资助下建成电报线路，开始有线电报通报n 1860年代德国人P. 赖斯试验有线广播n 1864年英国物理学家J.C. Maxwell创立电动力学n 1876年美国人A.G. Bell发明有线电话n 1877年美国发明家T.A. Edison发明留声机n 1879年T.A. Edison发明白炽灯n 1880年俄国人. 阿霍罗维奇进行有线音乐广播n 1883年T.A. Edison发现热电子发射现象（电子管原理）n 1884年德国工程师P.G. Nipkow发明螺盘旋转扫描器，用光电池把图像的系列光点转变为电脉冲，实现了最原始的电视传输和显示n 1887年H.R. Hertz证实电磁波的存在n 1895年意大利人G.Marconi实现无线电报传送n 1897年电子束管(electron beam tube)即阴极射线管(CRT = Cathode-Ray Tube)问世，后来出现仪器示波管n 1904年英国人J.A. Fleming发明可用于检波的真空电子二极管n 1906年美国发明家L.D. Forest发明可用于功放的真空电子三极管n 1906年美国人R.A. Fessenden发明无线广播n 1919年英国建成无线电广播电台，开始公众无线电广播n 1920年代苏联开始城市有线广播，后来许多国家也建立了有线广播n 1923年美籍俄罗斯人（美国两院院士）V.K. Zworykin发明电视光电摄像管n 1925年美国人C.F. Jenkins和1926年英国人J.L. Baird相继实现影像粗糙的机械扫描系统n 1930年P.J.范思沃恩发明电子扫描系统n 1930年RCA公司改进电子束显像管n 1931年V.K. Zworykin发明电视显像管n 1937年/1939年英国/美国开始黑白电视广播n 1947年J. Bardeen、W.H. Brattain和W.B. Shockley发明点接触晶体管n 1940年代末美国发明共用天线电视系统，后来逐步发展为有线电视（电缆电视cable television）n 1949年美国无线电公司研制成功荫罩式彩色显像管n 1952年中国开始在农村建立有线广播网n 1952年美国提出NTSC彩色电视制式n 1954年美国正式开始彩色电视广播n 1957年苏联发射人造地球卫星n 1958年美国发射用于通信的低轨试验卫星n 1958年美国物理学家J. Kilby制成第一块集成电路n 1958年中国开始黑白电视广播n 1963年美国发射定点同步通信卫星n 1963年联邦德国提出PAL彩色电视制式n 1964年借助于点同步通信卫星实现通信与电视转播n 1964年美国无线电公司发现液晶光电效应，后来发展成液晶显示器(LCD = Liquid Crystal Display)n 1966年美国人D.L.比泽和H.G.斯洛托夫发明等离子显示器PDP(plasma display panel)n 1966年法国提出SECAM彩色电视制式n 1970年代初中国开始彩色电视广播，采用的PAL-D制式n 1972年日本广播协会研究所提出模拟高清晰度电视HDTV的MUSE方案n 1974年中国开始在高层建筑中安装和使用共用天线电视系统n 1979年柯达公司Rochester实验室的邓青云（Ching W Tang汪根祥）发明小分子 OLED(Organic Light Emitting Diode有机发光二极管/有机电激发光显示器) 薄膜电视，1987年英国剑桥大学博士生Jeremy Burroughes证明大分子的聚合物也有场致发光效应。已有90多家厂商从事OLED的商业性开发，它们分成了小分子OLED和聚合物OLED两大集团。前者以柯达公司为代表，还有索尼、三洋、TDK、eMagin、先锋、NEC、三星等公司；后者有飞利浦、爱普生、DuPont、东芝等公司n 1980年代中国开始在单位安装电缆电视n 1988年汉城奥运会采用MUSE的HDTV转播n 1991年日本正式开始MUSE的HDTV广播n 1993年欧洲开始制定数字电视广播DVB标准n 1994年中国国务院成立了由11个有关部委组成的数字HDTV研究开发小组n 1995年美国通过ATSC数字电视标准n 1997年中国CCTV进行HDTV广播试验n 1999年CCTV用HDTV实况转播50周年国庆n 1999年开始研究，2004年9月14日日本的佳能与东芝宣布将共同生产一种比目前的PDP显示器更薄，耗电更低，与LCD不同可以自己发光的先进平面显示器SED (Surface-Conduction Electron-emitter Display表面传导电子发射显示器)6.1.2 彩色电视l 广播频段的划分表6-1 广播频段的划分种类频段频率范围(Hz)波段频道带宽(Hz)特点调幅广播MF 526.51606.5k中波10k国内广播，地/天波可传百/千余公里TF23005060k中短波热带地区的国内广播HF 390026100k短波国际广播，电离层反射可传数千公里电视广播I(VHF)48.592k158M直线传播，电视广播调频广播II(VHF) 87180M超短波200k直线传播，调频广播电视广播III(VHF)167223M6128M直线传播，电视广播IV(UHF)4705661324V(UHF)60698825688.68M其中：MF = Medium Frequency中频 TF = Tropic Frequency热带频 HF = High Frequency高频 VHF = Very High Frequency甚高频 UHF = UltraHigh Frequency超高频l 彩色电视制式目前世界上现行的模拟彩色电视制式有三种：NTSC制、PAL制和SECAM制。这里不包括模拟的高清晰度彩色电视。n NTSC(National Television Systems Committee国家电视系统委员会)彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制，1954年开始广播。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。n 由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点，因此德国(当时的西德)于1962年制定了PAL(Phase-Alternative Line相位逐行交变)制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制，1967年开始广播。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。n 法国1957年起制定了SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire顺序颜色传送与存储)彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制，1967年开始广播。法国、苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家使用这种制式。NTSC制、PAL制和SECAM制都是与黑白电视兼容制制式，即黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像；而彩色电视机也能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像。为了既能实现兼容性而又要有彩色特性，因此彩色电视系统应满足下列两方面的要求：(1) 必需采用与黑白电视相同的一些基本参数，如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等。(2) 需要将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显象管上重现发送端的彩色图像。表6-2 彩色电视制式(宽:高 = 4:3、隔行扫描)制式制定国家制定/广播时间(有效)扫描线数/ 帧数(场频)使用范围NTSC美国1952/1954525(480) / 30(60)美国、日本、加拿大、韩国、台湾PAL西德1962/1967625(575) / 25(50)西欧（法国除外）、中国、香港、朝鲜SECAM法国1957/1967法国、俄国、东欧、中东l 电视扫描扫描有隔行扫描(interlaced scanning)和逐行扫描（non-interlaced scanning / progressive scanning）之分。图6-1表示了这两种扫描方式的差别。电视发展的初期，由于技术水平不高，数据传输率受到限制。在低数据传输率下，为了防止低扫描频率的画面所产生的闪烁感，黑白电视和彩色电视都采了用隔行扫描方式，通过牺牲扫描密度来换取扫描频率。而现在已经没有了这些限制，所以计算机的CRT显示器一般都采用非隔行扫描。(a) 逐行扫描(b) 隔行扫描图6-1 图像的光栅扫描n 在非隔行扫描中，电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像，如图6-1(a)所示。n 在隔行扫描中，电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，如图6-1(b)所示，然后在第5、7、，行上扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完成了一帧(frame)的扫描。由此可以看到，隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才能得到一幅完整的图像。在隔行扫描中、扫描的行数必须是奇数。如前所述，一帧画面分两场，第一场扫描总行数的一半，第二场扫描总行数的另一半。隔行扫描要求第一场结束于最后一行的一半，不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。正是这个原因，才要求总的行数必须是奇数。每秒钟扫描多少行称为行频fH；每秒钟扫描多少场称为场频ff；每秒扫描多少帧称帧频fF。ff和fF是两个不同的概念。电视的扫描频率之所以取为50场/秒（25帧/秒）或60场/秒（30帧/秒），一个重要的原因是，受当时技术的限制，电视信号还不能完全避免交流电的干扰，因此才将电视的扫描场频与电源的交变频率取成一致。例如，美日交流电的频率是60Hz，所以他们的电视场频也取为60Hz（30帧/秒）；而中国和欧洲的交流电频率是50Hz，所以我们的电视场频就取为50Hz（25帧/秒）。虽然现在的技术已经有了很大发展，交流电的干扰问题早就获得了解决，但是为了与传统的电视信号兼任，同时也可以避免技术上的复杂性，所以即使是最新的高清晰电视广播，仍然还是保留了这样的扫描频率。l 黑白电视国际标准表6-3 黑白电视的国际标准（宽高比= 4:3）标准系统AMB、C、G、HID、K、LE行数/帧405525625819场数/秒506050帧数/秒253025行数/秒10125157501562520475带宽(MHz)3.04.25.05.56.010.0码率(Mb/s)4867.2808896160其中，系统A和I用于英国，M用于北美和日本，E和L用于法国，其余西欧国家用B、C、G和H，中国用D。l 彩色电视国际标准表6-4 彩白电视的国际标准（宽高比= 4:3）TV制式PAL(G I D)NTSC(M)SECAM(L)行/帧625525625帧/秒(场/秒)25(50)30(60)25(50)行/秒156251573415625参考白光C白D6500D6500声音载频(MHz)5.5 6.0 6.54.56.52.82.22.8彩色副载频(Hz)443361835795454250000(+U)4406500(-V)彩色调制QAMQAMFM亮度带宽(MHz)5.0 5.54.26.0色度带宽(MHz)1.3(Ut) 1.3(Vt)1.3(I) 0.6(Q)1.0(Ut) 1.0(Vt)l 彩色分量根据光电三基色的加法原理，任何一种颜色都可以用R、G、B三个彩色分量按一定的比例混合得到。图6-2说明用彩色摄像机摄取景物时，如何把自然景物的彩色分解为R、G、B分量，以及如何重显自然景物彩色的过程。 图6-2 彩色图像重现过程为了使彩色电视与黑白电视兼容，同时也为了可以利用人眼对亮度和颜色的不同感知特性进行数据压缩，彩色电视并没有直接采用红绿蓝RGB颜色体系进行信号传输，而是采用了亮度色差颜色体系YC1C2。YC1C2中的Y表示亮度信号，C1和C2是两个色差信号，C1和C2的含义与具体的制式有关。在NTSC彩色电视制中，C1和C2分别表示I和Q两个色差信号；在PAL彩色电视制中，C1和C2分别表示U和V两个色差信号；在SECAM彩色电视制中，C1和C2分别表示Db和Dr两个色差信号；在CCIR 601数字电视标准中，C1和C2分别表示Cb和Cr两个色差信号。所谓色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、B)与亮度信号之差。三种彩电制式的颜色坐标都是从PAL的YUV导出的，而YUV又是源于XYZ坐标。Y为亮度，可以由RGB的值确定，色度值U和V分别正比于色差B-Y和R-Y。YUV坐标与PAL制式的基色值RGB的关系为：其中为RGB归一化的校正后的值，其(1, 1, 1)点对应于PAL/SECAM颜色体系中的基准白色。NTSC的YIQ坐标中的IQ分量是UV分量旋转33度后的结果：SECAM制式所采用的YDbDr坐标中的DbDr与YUV中的UV之间有如下关系：Db=3.059U, Dr=-2.169V601标准YCbCr是YUV的伸缩平移：其中，。伸缩后Y=16235、CbCr=16240。在彩色电视中，使用Y、C1C2颜色体系进行信号的发送和接收，有如下两个重要优点：n Y和C1C2是独立的，因此彩色电视和黑白电视可以同时使用，Y分量可由黑白电视接收机直接使用而不需做任何进一步的处理；n 可以利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率，通过选择合适的颜色模型，可以使C1C2的带宽明显低于Y的带宽，而又不明显影响重显彩色图像的观看。这为以后电视信号的有效数字化和数据压缩提供了良好的基础。6.1.3 高清晰数字电视最开始的电视机只有9或14英寸大，5、6百条扫描线就足够清晰了，可后来电视机越做越大：18、20、25、29、34、39英寸，甚至42、50和63英寸（等离子电视和背投电视），但电视信号却仍然只有5、6百线，观看效果让人难以接受，迫切需要发展高清晰度电视。(其他可供比较的视频信号的扫描线数为：VHR/VCD：200多线、S-VHS：320线、Laser Disc：420线、DVD：576线)高清晰度电视(HDTV = High-Definition TeleVision)是指图像质量大于1000线（似16 mm电影）、环绕立体声（似现代电影院）、宽高比为16:9或5:3（似宽银幕电影）的电视。普通电视的图像质量只有5、6百线、单声道或立体声、宽高比为4:3（似普通银幕电影和普通的计算机显示器）。可见HDTV的扫描线数是普通彩色电视的2倍，信息量（像素）增加到5倍。参见图6-3和表6-5。图6-3 HDTV与普通电视的分辨率表6-5 HDTV与普通彩色电视的比较参数HDTV普通彩色电视扫描行数1250525/625图幅宽高比16:9或5:34:3最佳观看距离3倍屏幕高5倍屏幕高水平视角()30(电影60)10隔行比-2:1场频(Hz)5060/50Y带宽(MHz)254.2/5.5C带宽(MHz)6.51.3行频(kHz)31.2515.734/15.625Y取样频率(MHz)7213.5C取样频率(MHz)366.75Y取样个数/行2,304858/864Y有效样数/行1,920720Y有效行数 1,152480/576C有效样数/行960432C有效行数576240/288像素纵横比15:163:4/15:16总码率(Mb/s)258.448压缩比26.5:120:1最早的HDTV是日本研究与实现的，但主要为模拟系统。后来美国和欧洲相继研究和制定了全数字化的HDTV方案，日本也只好随大流而改用DTV（Digital TV数字电视）。现代的HDTV都采用数字方案，数字广播的主要有优越性有：n 一个PAL制式的频道可以传输810套压缩后的标准分辨率的DTV信号；n 数字电视的信号更稳定，抗干扰能力强；n 可以实现联网和交互性，如浏览网络信息、VOD（Video-On-Demand视频点播）等。许多国家的政府为了促进HDTV的使用，都制定了强制性的停播模拟电视的时间表，但一直遭到想保护原有投资的各大电视公司的消极抵制，进展十分缓慢，最近几年才有所改观。中国为了申请2000年奥运会，也积极开始HDTV的研制，后来由于申请失败，放慢了研制的步伐。但为了2008年的北京奥运会，中国政府会再一次加大投入，加快研制和推广步伐的。HDTV有不同的实现方案，主要有：l 日本ISDB1972年日本广播协会(NHK)研究所提出MUSE(Multi Sub-Nyquist Sampling Encoding多重奈奎斯特取样编码)的HDTV（在日本叫Hi-vision）方案，1980年代开发了全套HDTV设备，1987年试验成功，1988年转播汉城奥运会，1991年开始每天8小时的正式试播。由于MUSE主要采用的是模拟方法，占用的频带宽，与全数字化的发展趋势相悖，所以于1997年3月决定改为数字系统ISDB(Integrated-Services Digital Broadcasting集成业务数字广播)。ISDB的主要技术特点是：n 信源码与系统码视频、音频及业务数据位流复用编码，均采用MPEG-2标准n 信道编码调制地面传输时，信道内码为卷积码、外码为RS，采用OFDM调制日本政府计划2000年试播、2003年东京开播、2006年全国开播、2010年停播模拟广播，用十年时间完成模拟到数字广播的转换过程。1995年NHK又着手开发20003000线（似3570mm电影）的超级分辨率电视UDTV (Ultra Definition TV)，得到日本100多家公司的支持。l 美国ATSCn 1983年在美国成立了一个自愿研究数字电视标准的非营利国际组织先进电视系统委员会(ATSC = Advanced Television Systems Committee)n 1987年11月美国的联邦通信委员会(FCC = Federal Communications Commission)成立管理先进电视(ATV = Advanced Television)业务的ACATS(Advisory Committee on ATV Service先进电视业务咨询委员会)n 1988年9月共提出了24种ATV方案，ACATS从其中选出6种n 1990年5月美国GI公司发布全数字HDTV传输制式DigiCipher(数字密码)，引起轰动n 1993年淘汰了两种模拟方案EDTV和MUSE，只剩下4种全数字方案n 1993年5月FCC成立了由这5个方案的提出者(GI、Zenith、AT&T、Thomson、Sarnoff)参加的HDTV大联盟(GA = Grand Alliance)n 1994年4/12月发表GA HDTV规范1.0/2.0n 1995年4月通过ATSC数字电视标准作为美国ATV广播标准，参见网站http:/www.atsc.org。为了适应消费电子、计算机和网络的发展，ATSC（GA HDTV）中引入了互操作性和可扩展性，使得HDTV成为信息高速公路上的多媒体终端。其主要技术特点有：n 数字图像压缩技术MPEG-2的子集n 传输格式与ATM兼容n 扫描格式与计算机兼容（方形像素、逐行扫描、宽高比固定）n 传输调制采用8VSB方式n 伴音5.1环绕声系统(以Dollby AC-3为备有系统)美国政府计划1997年试播（1998年11月已有23个城市正式开播）、2006年停播模拟广播，用9年时间完成模拟到数字广播的转换过程。因为转换过程进展缓慢，现在美国又将转换的截止时间推迟到了2010年。l 欧洲DVB1983年欧洲推出新的电视制式MAC(Multiplexed Analogue Components多元模拟成分)，1986年提出HDTV的HD-MAC，并于1992年冬季奥运会上首次使用。在美国的影响下，1993年9月欧洲制定了全数字的HDTV方案DVB(Digital Video Broadcasting数字视频广播)。它也是基于MPEG-2标准，采用Musicam环绕声和AC-3环绕声。参见网站http:/www.dvb.org。1998年10月1日英国开始DVB广播。l 台湾HDTV1997年确定方案、1999年中试播、2001年底开播、2006年停模拟广播，原计划用7年时间完成模拟到数字广播的转换过程，现在也有所推迟。l 中国HDTVn 1994年中国国务院成立了由11个有关部委组成的数字HDTV研究开发小组n 1996年国家科委将HDTV列入国家重大科技产业工程项目（战略研究、八五攻关、样机研制）n 1997年7/11月CCTV-长城试验成功/建成闭路电视系统n 1998年9月在CCTV试播n 1999年10月CCTV用HDTV实况转播50周年国庆中国的HDTV的信源编码采用的上海交通大学提出的基于MPEG-2的方案（19201152，5:3兼容国际标准的19201080和1280720，16:9）。积极参加研究的单位有：HDTV总体组、CCTV、清华-赛格高技术研究中心、康佳、TCL、海信、夏华-天津大学、创维-华中科技大学等。中国的数字电视技术标准及其制定单位：n 信道传输技术标准u 卫星传输（欧洲DVB-C标准）u 有线传输（浙江大学，采用欧洲DVB-S标准） u 地面传输（清华大学、上海交通大学） n 信源编码技术标准（AVS工作组）u 数据与命令格式（系统） u 视频编码 u 音频编码 l 用户与安全管理标准（信息产业部第三所） u 付费管理u 加密与解密除了地面传输标准外，其他国家标准都早已经制定完成。地面传输标准原计划于2003年推出，最初是由于存在一些技术问题，后来却是因为标准背后利益集团的竞争，使得标准的退出时间一再推迟。主管部门要求将清华大学和上海交通大学的两套方案进行合并，后来又有广播科学研究院的方案参与。标准的制定一拖就是几年，大大影响了我国数字电视特别是高清晰电视广播的发展和普及的进程。上海交大的ADTB-T单载波方案与现有电视技术兼容性好，实现成本较低，但主要采用的是国外的专利技术，得到了不少电视台的支持；而清华的DMB-T多载波方案（广播科学研究院的TiMi方案与之类似）与网络技术的兼容性好，主要技术是自主开发，更有发展前途，得到了许多电视机厂的支持。将这两套差别很大的方案进行合并，困难非常大。终于，具有自主知识产权的中国数字电视（包括高清晰电视）地面广播传输系统标准-GB20600-2006数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，于2006年8月18日被国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会正式批准成为强制性国家标准，并于2006年8月30日对外公布，从2007年8月1日起实施（留出了近一年的过渡期）。最终的国家地面数字电视标准是清华和上海交大这两套方案的“融合”，其中的单载波部分主要用于没有被有线电视覆盖的城郊和广大农村地区的8亿用户，多载波部分则主要应用于移动和网络电视等。中国政府计划1998年试播、2005年1/4数字化、2015年停模拟广播，用17年时间完成模拟到数字广播的转换过程。2003年6月中旬，广电总局发布了我国有线电视向数字化过渡时间表：一、地域划分 除北京、天津、上海、重庆四个直辖市外，分东部、中部、西部三个地区。 n 东部地区包括广东、福建、江苏、浙江、山东。n 中部地区包括湖南、湖北、海南、四川、安徽、江西、广西、河南、河北、山西、陕西、辽宁、吉林、黑龙江。n 西部地区包括新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、内蒙古、云南、贵州。 二、时间划分 分2005年、2008年、2010年、2015年四个阶段。 三、过渡计划 n 第一阶段：到2005年，直辖市、东部地区地(市)以上城市、中部地区省会市和部分地(市)级城市、西部地区部分省会市的有线电视完成向数字化过渡。 n 第二阶段：到2008年，东部地区县以上城市、中部地区地(市)级城市和大部分县级城市、西部地区部分地(市)级以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。 n 第三阶段：到2010年，中部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数字化过渡。 n 第四阶段：到2015年，西部地区县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。 上海电视台已于2001.1.1开始试播数字高清晰度电视节目，北京电视台于2003.9.1开始试播，深圳电视台于2003.10.8试播高清频道，广州电视台也于2003.8开始试播。2006年元旦，中央电视台和上海文广传媒集团，同时开始高清晰度电视节目的正式广播。6.2 视频及其数字化视频是电视信号的可视部分（另一部分是伴音），为了进行数字电视广播和视频信号处理与利用，必须先将视频信号数字化。本节先给出视频的基本概念、视频卡与视频处理，再介绍模拟视频信号数字化的具体方法和标准。6.2.1 视频本小节先给出视频的基本概念，然后简单介绍视频卡、视频处理的最基本内容及常用的视频文件格式。l 概念电视指电视广播，包括电视节目的制作、传输和收看，而视频(video)是与电视有关的各种设备、产品和信息等，如录影的录像制作的产品、录像设备和技术，具体如录相带，特别是在电视上复放的包含电影、音乐表演或电视节目的录相带；及视频光盘VCD/DVD等。人们所收看的电视内容，实际上包括视频和音频两个部分。这里的视频是指电视画面的图像信息，而不包含电视中伴音。多媒体所说的视频主要指电视画面的系列图像信息。l 视频卡似音频有声卡，视频也有视频卡(video card)，可以进行视频信号的采集、处理和播放，包括视频信号的模数和数模转换。n 功能视频卡一般有如下基本功能：u 汇集视频源如TV音像源、录像机VCR、摄像机、数字摄像机DV、激光视盘机LVDP等u 硬件数字化包括实时压缩u 支持编辑如修整、缩放u 播放在显示器上开窗或全屏（叠加）播放n 分类u 视频捕获/转换卡模拟视频信号数字视频信号存储在计算机中/在显示器上播放u 视频回放卡（解压卡/电影卡）将存储在计算机磁盘或光盘上的视频信号在显示器上播放（早期286/386PC机需要）u 电视卡带高频头，可将计算机（的显示器）变成一台电视机，能收看电视节目。如ATI于2004年初推出的HDTV Wonder TV，是市场上第一个HDTV电视卡产品。参见图6-4。图6-4 ATI的HDTV电视卡u 集成卡l 常见显卡+图形加速卡+TV口l 多媒体视频采集（+视频压缩）+视频输出l 视频信息处理视频信息处理：采集编辑应用n 采集D/A (压缩)视频信息数字视频信号数据存盘 视频捕获卡n 编辑常见的播放和编辑软件有：u Microsoft的Video for Windows（AVI播放）、Windows Media Player播放器（AVI/ASF播放）、Windows Media Audio/Video（ASF编码器）u Apple的QuikTime（MOV播放/编辑）u RealNetwork的RealPlayer（RM播放）、RealProductor（RM生成）u Ulead的VideoStudio（业余级）u Adobe的Premiere（准专业级）/ After Effects（专业级）u Asymetrix的DVP(Digital Video Producter)n 应用视频播放：u 全屏实时模拟信号源播放u 全屏数字化视频信号播放u 窗口数字化视频信号播放l 视频文件格式常用的视频文件格式有：n AVI = Audio/Video Interleaved音频/视频交错（存储），MS&IBM&Intel Winn MOV = Movie电影，Apple MacOS/Winn rm/rv = RealMedia/RealVideo实媒体/实视频，RealNetworks Win/Unix/Linuxn ASF = Advanced Stream Dormat先进流格式，MS Winn MPG = MPEG运动图像专家组，ISO&IEC Win/MacOS/Unix/Linuxn DAT = DATA数据，VCD的视频数据文件6.2.2 视频信号的数字化与模拟视频相比，数字视频的优点很多。例如，可直接进行随机存储和检索、复制和传输后不会造成质量下降、很容易进行非线性电视编辑、能够进行数据压缩等等。数字视频是现代（高清晰）数字电视广播、家庭影院（VCD/DVD/EVD/BD/HD-DVD等）和网络流媒体等的基础。在第3章中已经讲过，通过采样和量化可以将音频信号数字化。类似地，也可以通过采样和量化的方法来将视频信号数字化。不过电视信号在空间上是二维的，而且有三个颜色分量YC1C2。因此，除了时间帧（图像）的采样外，还需要进行帧图像的空间点（像素）采样。而对每个像素点的量化，又涉及到三个颜色分量。所以，视频数字化常用“分量数字化”这个术语，它表示对彩色空间的每一个分量进行数字化。l 数字化的方法视频数字化常用的方法有两种：(1) 先从复合彩色视频中分离出彩色分量，然后数字化。通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YC1C2或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化。(2) 首先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YC1C2或RGB分量数据。l 数字化标准1982年CCIR(International Radio Consultative Committee国际无线电咨询委员会)制定了彩色视频数字化标准，称为CCIR 601标准，现改为ITU-R BT.601标准（601-4:1994.7. / 601-5:1995.10）。该标准规定了彩色视频转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关系等。其中的ITU = International Telecommunication Union(联合国)国际电