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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/T14857-1993《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14：2：2模式的编码参数

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（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)。

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图1100%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。

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图2Cb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。

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图3Cr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CR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fS与行频之比；fS／fH。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CR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：7201／13．5MHz=53.33s，其中

第0～9个样点持续时间为101／13．5MHz＝0.74s，在D／A变换

时用来形成行消啼笑皆非的意思 隐的上升沿(后沿)，最后的第712～719个样点持续时

间为81／13．5MHz＝0.59s,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7021／13．5MHz＝52

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s，这是持续传送图像内容的模拟有效行持续期，参看图3。

图3625/50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/T17953-2000《4：2：2数字分量图像信号的接口》规定了在

GB/T14857《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

～l727(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，

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如图4所示。

图4625/50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CR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、CR的数据，每个字的间隔为37ns。图中样点编号表明，

CB和CR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、CR、CB、

Y、CR，Y…的顺序输出。前3个字（CB1、Y1、CR1）属于同一个像点的

三个分量紧接着的Y

2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。

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图5时分复用、比特并行输出的4：2：2数字编码原理

图6625/50标准的数字行消隐及数据合成

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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；

3FF000000XYZ

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，它包口红小样 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

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和F表示，可表示以下三种信息。

表24：2：2定时基准信号（TRS）

图7625/50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

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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有效行开始洗衣服的过程 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310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

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在场消隐期间传送纵向时间码(LTC)或场消隐期时间码(VITC)、实

时时钟等令箭花 其它时间信息和其它用户定义信息。其详细规定见标准

GY/T163-2000《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：

0003FF3FF

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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

（SMPTERP165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（SMPTERP168）标

准场切换，第10行和323行留给放置DVITC（DigitalVerticalIntervalTime

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：

0003FF3FF

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白芍的功效与作用 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CB和CR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

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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

码信怎样做面条 号为典故 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

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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8NRZ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)＝149XX

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，

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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。

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图114：2：2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——errordetcctionandhandling)

图13EDH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。

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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IDH2月什么星座 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

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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

表4给出有效图像全场校验字计算开始的行和结束的行位置。

有效图像校验字的计算只在每行中有效部分的样点（行正程）进行。

全场校验字计算含所有行的所有样点，但含误差数据包的行及跟随它

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的两行除外，紧随误差数据包的这一行是在场消隐期间进行切换的位

置，为保证在切换后恢复字成帧和定时基准信号(TRS)的传送．把切换

行后面这一行也排除在外。

表5显示了每一辅助数据字的定义。最不重要的两个bit(LSB)赋

值为0以实现与8位设备兼容。如果计算了有肉松 效的CRC，则图像或全场

数据字3中的比特b7(V)是1。ｂ8中的P给b7～b0提供偶校验。ｂ9

（MSB）是b8的逆。校检和是错误数据包中最后一个字，串行数字接

口的辅助数据格式化需要用到它。校检和字由9bit组成，是LSB（b8～

b0）的和，并通过保留字包含了数据ID。

表5辅助数据字的定义

三、数字音频复用

前面已经提列，在数字复合和数字分量信号中插入辅助数据是

有规定的。辅助数据内包括数字音频、时间码、EDH以及项留的用户

数据和控制数据。辅助数据按一定的格式进入数据包，并与串行数据

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复流复用传输。辅助数据包插入的位置由GYT160-2000《数字分量

演播室接口中的附属数据信号格式》和GYT161-2000《数字电视附属

数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》标准规定。详细说明见

标准。图14为4：2：2数字分量接口标准中规定的辅助数据包结构。

图14数字分量接口辅助数据包结构