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標清數字電視標準整理文檔

━幻影

一、演播室數字電視編碼參數規范

我國于1993年頒布了GB/T14857-1993《演播室數字電視編碼參

數規范》。本標準規定了625行/50場演播室彩色電視分量信號（Y、

R-Y、B-Y信號或者R、G、B信號）的數字編碼方式及其參數。本文檔

主要說明適用于數字演播室設備間數字信號連接和國際節目交換的

基本參數，其亮度和色差信號的取樣頻率的比例為4：2：2模式。另

一組參數適用于數字電視信號源設備和高質量視頻處理其亮度和色

差信號或者（R、G、B信號）的取樣頻率的比例為4：4：4模式。

（1）4：2：2模式的編碼參數如表1所示。

表14：2：2模式的編碼參數

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（2）量化范圍的規定

現以100/0/100/0彩條信號為例、說明數字分量信號對量化范

圍的規定。亮度分叢的模擬信號電平與其相對廢的數字信號樣值(即

過化電平)之間的關系如圖l所示。圖中示出了8比特和比特量化兩種

情況下的對應樣值，這個樣值分別以10進制數和16進制數表示其量

化級數，(亦稱量化電平或數字電平)。

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圖1100%彩條中亮度信號之模擬信號與量化電平之間的關系

在10比特16化系統中共有1024個數寧電平(210個)，用10進制數

表示時，其數值范圍從0到1023；用16進制數表示時，其數值范圍從

000到3FF。數字電平000～003和3FC～3FF為儲備電平或稱保擴電平,

這兩部分電平是不允許出現在數據流中的。其中000和3FF用于傳送同

步信息。

模擬信號近行A／D變換時，其電平不允許超出A／D的基準電平

范圍，否則會發生限幅，產生非線性失真，其諧波在抽樣后會出現頻

譜混疊，因此，標準規定了儲備電平，即使模似信號電平達到儲備電

個范圍仍不會發生限幅，防止了混疊失真。但儲備電平的數字不進入

數據流。D／A后恢復的模擬信號也不會出則儲備電平范圍的信號。

色差信號的模擬電平與量化電平(即數字電平)之間的關系如圖

2和圖3所示。色差信號是雙極性的，而A／D變換器需要單極性信號，

因此，將100%彩條的色差信號電平移350mv,以適合A/D變換器的要

求。

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圖2Cb分量的模擬電平與量化電平之間的關系

圖2示出Cb分量的模擬電平與8比特和10比特的量化電平之間

的關系。圖3示出Cr分量的模擬電平與8比特和10比特的量化電平之間

的關系。用10比特量化時，量化電平為16進制數004～3FB（10進制數

表示為4～1019）1016級表示Cb和Cr信號，消隱電平（即零電平）定

為200（16進制數），模擬信號的最高正電平定為3CD（10進制數為

960），最低的負電平定為040(10進制數為64)，所規定的頂部電平余

量為3CD～3FB（10進制數表示為960～1019），底部電平余量為004～

040（10進制數表示為4～64），其作用同亮度信號的電平余量。儲備

電平范圍也同度信號。

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圖3Cr分量的模擬電平與量化電平之間的關系

（3）4：2：2標準抽樣點的行場定時關系

由于樣點位置在垂直方向上逐行、逐場對齊，即排成一列列直線，

故形成正交抽樣結構，C

B和CR樣點位置與Y的奇數位樣點位置一致。

在每一行中的總祥點數為抽樣頻率fS與行頻之比；fS／fH。對于

625／50掃描標準，每行的Y佯點數是864個，編號為0～863；色差信

號的樣點數為432個，編號為0～431。亮度有效行的樣點數是720個，

編號為0～7l9，C

B和CR有效行樣點數都是360個，編號為0～359。

625／50掃描標準的數字行消隱小于模擬行擋隱持續期。行消隱

持續144個抽樣聞期，為第720～863周期。

數字有效行持續時間為：7201／13．5MHz=53.33s，其中

第0～9個樣點持續時間為101／13．5MHz＝0.74s，在D／A變換

時用來形成行消啼笑皆非的意思 隱的上升沿(后沿)，最后的第712～719個樣點持續時

間為81／13．5MHz＝0.59s,用于形成模擬行消隱的下降沿(前沿)。

數字有效行內的第10～711個樣點持續時間為7021／13．5MHz＝52

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s，這是持續傳送圖像內容的模擬有效行持續期，參看圖3。

圖3625/50標準的4：2：2樣點位置與行同步之間的關系

二、數字分量圖像信號的接口

GB/T17953-2000《4：2：2數字分量圖像信號的接口》規定了在

GB/T14857《演播室數字電視編碼參數規范》4：2：2模式的625行電

視系統的數字分量圖像信號的接口與數字分量圖像信號的接口。

（1）亮度和色差數據的時分復用

根據需要，亮度數據和色差樣值可以單獨傳輸，或采用時分復用

的方式傳輸。時分復用時每行的總樣值(字)數為1728個，編號為0

～l727(625／50掃描標準)。有效行內復用數據的字數為1440個，編號

0～1439。數字消隱期間復用數據的字數為288個，編號1440～1727，

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如圖4所示。

圖4625/50標準確的復用據的字數分布

時分復用、比待并行輸出的4：2：2數字編碼器原理如圖5所示。

輸入的模擬信號E’

Y、E’CB和E’CR經過抗混疊的低通濾波器后，進入

各白的A／D變換器，輸出的Y數字信號速率為13．5兆字／秒，抽樣

間隔為74ns;C

B和CR數字信號的速串為6．75兆字／秒、抽樣間隔為

148ns。三個數字信號并行進入數字合成器，以27兆字／秒的速率順

序讀出C

B、Y、CR的數據，每個字的間隔為37ns。圖中樣點編號表明，

CB和CR的樣點與奇數位(1、3、5……)的Y樣點位置一致。

合成器輸出數據的速率是27M字/S，三個分量信號按(C

B、Y、CR、CB、

Y、CR，Y…的順序輸出。前3個字（CB1、Y1、CR1）屬于同一個像點的

三個分量緊接著的Y

2是下一個像點的亮度分量，它只有Y分量。每個

有效行輸出的第一個視頻字應是C

B。

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圖5時分復用、比特并行輸出的4：2：2數字編碼原理

圖6625/50標準的數字行消隱及數據合成

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圖6，進一步描繪625／50掃描標準的數字行消隱和數字數據合

成的關系，并給出了定時基準信號(TRS)也即EAV相SAV的位置。

（2）定時基準信號（TRS）

數字分量標準規定，不對模擬同步脈沖進行抽樣，而是對每一

行的數字有效行數據流之后，通過復用方式加入兩個定時基準信號。

在行消隱期間留出8個數據字位置，用于傳送定時基準信號。具體位

置見圖6和圖7，在625／50掃描標準中，EAV的位置是1440一1443，

SAV的位置是l724—1727。在場消隱期間，EAV和SAV信號保持同樣的

格式。

每個定時基準信號由4個字組成，這4個字的數列可用16進制計

數符號表示如下；

3FF000000XYZ

前三個字是固定前綴，3FF、000和000三個16進制數是為定時

標志符號預備的SAV和EAV同步信息的開始作出標志，XYZ代表一個可

變的字，它包口紅小樣 含確定的信息：

場標志符號

垂有消隱的狀態

行消隱的狀態

圖7描繪出625／50掃描標準的每幀定時基準信號的位置。

表2列出構成SAV和EAV的4個字：3FF、00O、O00、XYZ的二進制

數值。表中XYZ的比持0和比特1規定為二進制數0，以便與8比特量化

接口兼容，比特9是1，比持6、7、8是可變的二進制數，分別用H、V

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和F表示，可表示以下三種信息。

表24：2：2定時基準信號（TRS）

圖7625/50掃描標準的數字定時基準信號位置

F：場標志符

F=0表示是在第1場期間

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F=1表示是在第2場期間

V：垂直消隱標志符

V=0表示有效場期間

V=1表示場消隱期間

H：行消隱標志符

H=0有效行開始洗衣服的過程 外（SAV）

H=1有效行結束外（EAV）

字XYZ中的比特2、3、4、5的值也是可變的，并用P0、P1、P2、

P3表示，它們的值取決于比特F、V和H的值，可對F、V和H進行2比持

誤差檢測以及1比特誤碼校正。表1—7列出了各行持定抽樣點的XYZ

值的二進制數值，表明了P0、Pl、P2、P3與F、V、H間的關系。

表310比特16進進制XYZ的二進制數值及保護比特P0、Pl、P2、P3與F、V、H的關系

（3）輔助數據的插入

輔助數據可應用于：

━時間碼的傳送

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在場消隱期間傳送縱向時間碼(LTC)或場消隱期時間碼(VITC)、實

時時鐘等令箭花 其它時間信息和其它用戶定義信息。其詳細規定見標準

GY/T163-2000《數字電視附屬數據空間內時間碼和控制碼的傳輸規

范》。

━數字聲音的傳送

在串行分址數字信號的消隱期間可傳送多達16路AES/EBU20比

特的數字聲音信號。

━監測與診斷信信息的傳送

插入誤碼檢測校驗字和狀態標識位，用于檢驗傳輸后的校驗字

有效狀態，以監測10比特字數字視頻接口的工作狀況。

━其它應用

比如傳送圖像顯示信息、圖文電視信號、節目制作和技術操作

信令，國際標準化組織不斷地對以上各種數據的格式及插入位置作出

統—規定。

輔助數據插入位置

輔助數據分為行輔助數據(HANC)和場輔助數據(VANC)。10比持

的HANC數據允許插在所有的數字行消穩內。從EAV開始到SAV結束的

期間是數字行消隱時間，見圖6與圖7。在每行的數字行消隱期間從EAV

結束到SAV開始的前的部分可以傳送—個小輔助數據塊，塊長不足280

個字(625／50)。每個數據塊都以三個字的數據頭(或稱數據首標)開

始，三個字為：

0003FF3FF

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為適應采用8比持的設備，必須把新有儲備范圍的數值都視為

相當的000和3FF。

場鋪助數據(VANC)只允許插在場消隱期間的各有效行內(從

SAV結束到EAV開始前)，可能傳輸多達1440個字的大輔助數據塊，而

且對可用的行有—定限制。625／50掃描標準，誤碼檢測信號EDH

（SMPTERP165定義）被放置在行輔助數據區的第5或318行，但必須

緊鄰在“SAV”前面，不能有一個碼字的空隙。行輔助數據區的剩余

部分，可安排其它數據使用。第6行和319行留給（SMPTERP168）標

準場切換，第10行和323行留給放置DVITC（DigitalVerticalIntervalTime

Code）碼。

VANC信號是8比特宇信號，每個數據塊也是以3個下的輔助數

據頭開始：

0003FF3FF

為能適合10比特和8比特下的設備，必須把儲備范圍的所有值

都看作等效的000和3FF。

在場消隱和行消隱期間．沒有用于傳送輔助數據的各個字白芍的功效與作用 必須

賦給以下的值：

對應于Y樣點的字必須賦于16進制040。

對應CB和CR樣點的字必須賦于16進制數200。

（4）比特串行接口

10位字的復用數據流以比特串行形式通過單一通道傳送。在傳

輸之前附加編碼的存在提供了頻譜成形，字節同步，并有利于時鐘恢

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復。4：2：2串行分量數字信號的速率為：

27兆字/秒10比特/字=270Mbps

①編碼

通路編碼確定數據流進入通道時0和1的變化方式。各種通路編

碼的目的都是使串行數字信號形狀得到優化，從而使信號頻譜的能量

分布相對集中，降低直流分量，有利于時鐘恢復等。

最簡單的、應用最多的信道碼是非歸零碼（NRZ)。NRZ碼的

特征是：對邏輯1規定—個適當高的DC電平，對邏輯0規定適當低的

DC電平。串行數字信號不單獨傳送時鐘信號，在接收設備中用一個鎖

相環(PLL)和壓擔振蕩器(VCO)重新產生時鐘信號，鎖相環通過數字信

號中0到1或1到0的跳變沿進行鎖定。NRZ碼可能出現連0和連1的狀

態，這樣就在一段時間內失去了0和1的轉換，鎖相環就失去了基準，

這段時間內在接收端數據再生產的抽樣精度就取決于VCO的穩定度

了。另外，NRZ碼有直流分流，而且其大小隨數據流本身的狀態改變，

還存明顯的低頻分量，這不適合交流耦臺的接收設備。鑒少以上原因，

在串行數字視頻傳輸中不采用NRZ碼的基本形式。

串行數字視頻信號傳輸采用倒置的NRZ碼，稱NRZI碼。圖8示出

了一段NRZ碼數字信號及由它生成的NRZI碼信號。NRZ碼是邏輯1時，

NRZI碼的電平變化；NRZ碼是邏輯0時，NRZI碼的電平保持不變。在NRZ

碼信怎樣做面條 號為典故 很長的連1時，則其NRZI碼就成為方波信號，其頻率是時鐘

頻率一半。因此，NRZI碼在每個時間單元內比NRZ碼有更多的電平變

換次數，即脈沖沿增多，這可改進時鐘再生鎖相環的工作。穩定時鐘

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信號。顯然NRZI碼的極性并不重要．只要檢測出電平變換，就可以恢

復數據；而NRZ碼是極性敏感碼。

圖8NRZ碼和NRZI碼的特征

NRZI碼雖然比NRZ碼優越，何它仍有直流分量相明顯的低頻分

斂。為進一步改進接收端的時鐘再生，采用了擾碼方式。擾碼器使長

串連0和連1序列以及數據重復方式隨機化并擾亂，限制了直流分量，

提供了足夠的信號電平轉換次數，保證時鐘恢復可靠。

圖9是擾碼器和NRZI編碼器。加擾器產生偽隨機二進制序列

(PRBS)，偽隨機二進制序列與傳送數據組合起來．使傳輸的數據隨機

化。加擾器由9級帶反饋的移位寄存器組成，圖9中移位寄存器由9級

時鐘觸發的主從D觸發器構成。反饋信號通過異或門與傳送數據合成。

在圖9中．加擾函數用生成多項式表示為：

G1(X)＝149??XX

加擾器可能產生長串連1序列，但在加擾器后接有NRZ到NRZI

變換器，將連1變成電平轉換，參見圖8所爾波形。NRZI變換由一級帶

一個異或門的主從D觸發器組成，NRZI變換器的生成多項式為：

G2(X)＝X+1

在接收端，傳送數據首先通過NRZI到NRZ變換器，用同樣的生

成多項式G2（X），進行相反的運算，還原出NRZ碼，再通過解擾器，

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如圖10所示，其生成多項式與加擾器的相同，但在電腦中用前饋代替

了發端的反饋，用同樣的隨機序列進行相反的運算，恢復出原始數據。

圖9加擾器方框圖

圖10解擾器方框圖

現在的數字分量設備都設計為10比特接口．對于8比特字的信號

要在最低兩位加0。圖11為一個4：2：2串行分量數字輸出接口方框圖，

其功能為：并串轉換、加擾使數據流隨機化、從NRZ變為NRZI、串行

時鐘信號發生、電纜驅動。

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圖114：2：2串行數字分量輸出接口

圖12是一個4：2：2串行數字分量輸入接口電路。其功能為：

電纜均衡、NRZI到NRZ變換、解擾、時鐘再生。

圖12串行數字分量信號的輸入接口電路

從經過電纜均衡的輸入信號再生270MHz時鐘信號通過一個

鎖相環路控制壓控振蕩器，使產生的時鐘頻率相相位與輸入信號的時

鐘鎖相。再生的27MHz時鐘信號送到NRZI到NRZ變換器和解擾器，同

時也送到定時發生器，產生27MHz的時鐘信號，供串并變換器用。

②EDH測試信號

EDH——errordetcctionandhandling)

圖13EDH原理方框圖

泰克公司為數字電視系統開發了一種錯誤檢測系統，稱為錯誤

檢測和處理(EDH)系統。EDH技術已被SMPTE推薦為實施標準RP—165。

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它是甚于在并串變換器(串行器)中對每一場視頻信號進行循環冗余碼

(CRC)計算。對全場或對有效圖像計算的CRC信號及狀態標志信號與其

它串行數據一起送到傳送系統。在接收端解串后再進行CRC計算，如

果計算值與發送端傳送來的CRC值不一致，即表示有錯誤。錯誤檢測

數據用一段長時間內的誤差秒(有錯的秒數)表示，這比誤碼率更能揭

示問題。圖13是EDH原理方框圖。

EDH方法可在系統運行中使用．自動精確測試任何系統的電子

故障。由于監視和測量設備的復雜程度不同，錯誤指示可能使一個紅

色告警燈亮起來，或者是一個復雜的錯誤報告，并用各種不同錯誤標

志表示錯誤源。錯誤標志用于指示前一場的狀態，可以逐場設定或清

除每個標志。各種標志定如下：

EDH━在這里檢測到錯誤：檢測到了一個串行傳輸數據錯誤。

EDA━已經檢測到錯誤：在前面的某處已經檢測到串行傳輸誤

差。

IDH━在這里檢測的內部錯誤：已經檢測到，在一個裝置內發

生了一個與串行傳輸無關的硬件錯誤。

IDA━已經檢測出的內部錯誤：收到了一個IDH2月什么星座 標志，前面某

處的一個硬件發生了故障。

UES━未知的錯誤狀態：從不支持誤差檢測機構的設備收到一

個串行信號。

包含計算的校驗字和誤差信息標志，以一種形式放在場消隱

的輔助數據區，并保證不受信號切換影響。表3中列出了625／50掃描

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標準中規定的校驗字誤差信息標志數據的位置。

表3校驗字的位置（625/50）

表4計算校驗字的起始樣點和終止樣點

表4給出有效圖像全場校驗字計算開始的行和結束的行位置。

有效圖像校驗字的計算只在每行中有效部分的樣點（行正程）進行。

全場校驗字計算含所有行的所有樣點，但含誤差數據包的行及跟隨它

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的兩行除外，緊隨誤差數據包的這一行是在場消隱期間進行切換的位

置，為保證在切換后恢復字成幀和定時基準信號(TRS)的傳送．把切換

行后面這一行也排除在外。

表5顯示了每一輔助數據字的定義。最不重要的兩個bit(LSB)賦

值為0以實現與8位設備兼容。如果計算了有肉松 效的CRC，則圖像或全場

數據字3中的比特b7(V)是1。ｂ8中的P給b7～b0提供偶校驗。ｂ9

（MSB）是b8的逆。校檢和是錯誤數據包中最后一個字，串行數字接

口的輔助數據格式化需要用到它。校檢和字由9bit組成，是LSB（b8～

b0）的和，并通過保留字包含了數據ID。

表5輔助數據字的定義

三、數字音頻復用

前面已經提列，在數字復合和數字分量信號中插入輔助數據是

有規定的。輔助數據內包括數字音頻、時間碼、EDH以及項留的用戶

數據和控制數據。輔助數據按一定的格式進入數據包，并與串行數據

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復流復用傳輸。輔助數據包插入的位置由GYT160-2000《數字分量

演播室接口中的附屬數據信號格式》和GYT161-2000《數字電視附屬

數據空間內數字音頻和輔助數據的傳輸規范》標準規定。詳細說明見

標準。圖14為4：2：2數字分量接口標準中規定的輔助數據包結構。

圖14數字分量接口輔助數據包結構