如何得到高清.ppt
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1、如何得到高清,杜百川国家广电总局,如何得到高清,技术标准演播室传输接收技术体系卫星有线地面互联网推广模式业务准备市场模式产业联盟 都准备好了吗?,青岛杭州深圳绵阳有线电视数字化整体转换工程完成,2005年10月15日青岛举行有线数字电视60万户整体转换竣工仪式。整体转换为山东青岛有线电视可持续发展奠定了良好的基础,开始实施光纤到楼宽带到户工程,明年完成40万户。杭州2005年12月15日杭州举行有线数字电视50.5万户整体转换验收。深圳、绵阳今年完成了有线数字电视整体转换的验收工作。已完成的城市还有南阳、遵义等城市。广西、山西、太原、上海、天津、江西、浙江等地加快有线电视数字化整体转换工作。,
2、高清晰度电视的定义,定义:“高清晰度电视应是一个透明系统,一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图象质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象。”码率:=192010802425=1.244Gbps,高清晰度电视是数字电视中的一种业务,数字电视系统的业务低清晰度电视业务常规清晰度电视业务高清晰度电视增强电视业务交互电视业务声音业务数据业务,数字电视四大业务,多频道传统电视和广播业务信息业务高清晰度电视业务交互电视业务融合业务,2005“Video”杂志对读者的调查,HDTV Euro1080 HD1 26.2%HDMI-link 25.2%Hard disk camcord
3、er 13.2%DVB-T-television 9.7%HDV-camcorder 9.7%WMV-HD-disks 3.7%Media-centre software 3.7%Network Media Receiver 3.4%Video-on-demand 2.2%,不同各部分不同的过渡,节目制作部分音频视频信号压缩部分音频视频数据和控制信息的复用(注)信道编码(注)传输(注)接收注:该部分没有标清和高清的区别,数字技术与标准,高清标准,SMPTE-296M 2001,SMPTE-274M,高清要考虑的不同格式,节目制作格式传输格式接收机显示格式,电视信号和电视图像,电视信号是一维的。
4、拍摄和显示的图像是三维抽样的:a)垂直抽样,用行扫描线对垂直方向连续的图象进行抽样;b)水平抽样,以扫描电子束直径的大小对水平方向连续的图象进行抽样;c)时间方向抽样,以场、帧频对原连续时间图象进行抽样。,空间频率,任何形状的电信号都可以分解为各种不同频率和不同幅度的简谐频率分量子和。任意亮度分布的图象也可以分解为各种不同频率的简谐分量之和。这些分量的幅度不是随时间变化而是随空间位置变化,称这种频率为空间频率。一周空间频率在屏幕上正半周为白,负半周为黑,相当于2线。,水平和垂直空间频率,(a),(b),(c),单位:c/w,单位:c/h,表示:(m,n),空间频率和电视信号频率的关系,在只存在
5、水平空间频率的情况下,如果水平空间频率为m,所得到的电视信号频率为 fh=mfH 只有垂直空间频率的画面,对于隔行扫描系统,每场得到1周期脉冲信号,所得的电视信号频率为 fv=nfV=n 2fH/N 如果是逐行扫描,画面每帧才被重复扫描一次。所以对于同一垂直空间频率n,所得到的电视信号频率为 f2v=nf2V=n fH/N,垂直和时间轴频谱,各种清晰度图像,水平视角与观看距离,临场感与水平视角,观看电视画面时会产生对画面的美感、亮度、稳定性以及临场感等的心理效果。所谓临场感,就是在看电视时完全被画面所吸引,感觉上好象自己也成为了画面中的一部分的那种感觉。基础研究表明,当视野在水平画角上超过20
6、度时,就会开始产生这种“身临其境”的现象,当视野在水平画角上达到60度时,这种现象就将会出现饱和。因此要想增加看电视时的临场感,最好就是让水平画角处于30度以上。,画面尺寸和水平视角,除了水平视角要大于30度,画面还必须具有足够大的绝对尺寸也是非常重要的因素,如果画面过小,不可能获得临场感和震撼感,画面的尺寸越大,临场感也就越强。考虑到家庭中看电视的距离(视距)以2.5m左右为最多,当宽高比为16:9时,作为家庭用的电视来说,屏幕在6070英寸左右最为合适。,扫描线与视距,如果人眼的视力为1.0,折算成视角的话就是1分。扫描线间隔达到这个视角的扫描线数就可以被认为是该扫描线结构的能够看到的极限
7、。从观看距离上计算,当视距为3H时,扫描线数为1,100条是最合适的。改变电视的扫描线数对图像质量进行评价的结果表明,当扫描线为1,000条时图像的清晰度变化就不大了 最佳观看距离要从绝对距离和相对距离两方面加以考虑。如果绝对的观看距离过近,为了调节眼睛的焦点,眼球的肌肉经常处于紧张状态,眼睛容易疲劳,因此最好观看距离最好在2m以上才较为合适。家庭中以2.5m左右为最多,当宽高比为16:9时,作为家庭用的高清晰度电视来说,屏幕在6070英寸左右最为合适。根据主观评价的结果,静止画面最合适的相对距离为2-3H。观看动作剧烈画面时,过近会感到头晕,比较合适的观看相对距离是4H。综合起来看,高清晰度
8、电视的最佳观看距离应该在3H左右。如果观看距离为3H,宽高比为16:9时,水平视角是33度。,扫描格式,图象在时间上和空间上的抽样参数,即每行多少像素,每帧多少行,每秒有几帧,是隔行扫描还是逐行扫描标清:52559.94(60000/1001)和62550高清:1920 1080 F,1280 720 F,F是25或50Hz;23.976Hz(24000/1001),24Hz,29.97Hz,30Hz,59.94Hz或60Hz,隔行扫描还是逐行扫描?,Interlaced,Progressive,Lhde:EBU technical review,Phil Laven,January 2005
9、,宽高比,常规清晰度电视:4:3或1.33高清晰度电视(HDTV)和扩展清晰度电视的宽高比是16:9或1.78电影的宽高比从早期的1.333到宽银幕的2.35到动感宽银幕3D格式的2.77,4/3和16/9,16/9-4/3,4/3-16/9,场频与闪烁,电视的场频是根据画面的闪烁和运动画面的再现性决定的。0度是正对画面的方向。高清晰度电视的标准视野角度是虚线的30度将电视屏幕的最大亮度定为200cd/m2,场频约为60Hz,分辨率,分辨率是指人眼的分辨率,指人眼对图像细节的分辨能力,用人眼对被观察图像能分辨得最近的相邻两点间的夹角的倒数来表示。电视图像垂直方向最近的两点就是几何上相邻的扫描线
10、中等亮度和中等相对对比度的情况下,正常视力的人的最小能分辨的视角在1左右,这一参数将决定扫描线数和最佳观看距离。对于普通标准清晰度电视,最佳观看距离是电视机屏幕高度的6-7倍。而对于高清晰度电视,由于屏幕变大,最佳观看距离是电视机屏幕高度的2-3倍。,清晰度,清晰度是指人主观感觉到的细节清晰程度,与电视系统传送图像细节的能力有关,这种能力称为电视系统的分解力。电视系统的分解力又可以分为垂直分解力和水平分解力,通常用黑白相间的条纹数来表示,与电视系统的扫描格式和图像信号的带宽有关。PAL标清垂直方向每帧625行,相当于每屏幕高625次抽样,不产生混叠的最大空间频率是每屏幕高312.5周。由于黑白
11、线对正好产生一周空间频率,所以分解力线数是相应空间频率数的一倍625线。即垂直分解力的极限恰是有效扫描行数,去除逆程为576线。由于扫描线的扩散以及图像中包含超过奈奎斯特空间频率分量,使垂直分解力达不到极限线数,可达到的分解力要乘以凯尔系数,凯尔系数是实验参数,不同制式各国采用不同值,原苏联选用0.82,我国为0.76,考虑凯尔系数后的垂直分解力为437.76线。隔行扫描时产生的并行以及有运动时图像的垂直分解力的下降,分解力还要乘一个隔行系数0.6-0.7,若选0.7,最后的垂直分解力为306.43。,清晰度,对于1080i隔行扫描格式的高清晰度电视,要同时乘凯尔系数和隔行系数,相应的垂直分解
12、力为574.56线,而720p逐行格式的高清晰度电视只乘凯尔系数,垂直分解力为547.2线,与1080i相当。电视系统的水平分解力主要由电视视频信号的带宽决定。并与扫描格式有关。PAL电视信号带宽为6MHz,假设有一单频信号频率恰为6MHz,每行有6MHz/625/25=384周,相当于768线,数字电视有效像数和每行样值数的比例为720/864,6MHz就是水平分解力640线。通常电视系统设计成水平和垂直分解力相同,以宽高比4/3换算垂直分解力为480线。常用来表示系统的分解力。水平分解力和垂直分解力也用来标定清晰度的感觉,因此清晰度也就可以直接用线数表示。隔行扫描的垂直分解力与所包含运动分
13、量的频率有关,没有运动的静止图像的隔行扫描垂直分解力与同样扫描线数的逐行扫描相同。因此,视频信号最大带宽即水平分解力要按垂直分解力的最大要求来考虑,不再考虑隔行系数的影响。,3片2.2M像素CMOS HDTV高速摄像机,NHK发表的高速摄像机最高每秒300帧19201080清晰度的图像10比特RGB 4:4:4逐行读出每通道8GB存储灵敏度2000 Lux F4(0dB,30fps,5600K)摄像机重量仅7.7公斤,CCU重量20公斤耗电225瓦。NHK1992年开发的第一代HARP摄像管高速摄像机最高拍摄速度为180fps,在巴塞罗那奥运会上使用,重量为200公斤;1998年开发的第二代C
14、CD器件高速摄像机最高拍摄速度为180fps,需要3台录像机,重量200公斤,耗电3千瓦。,EBU技术委员会建议传送采用逐行扫描,2004年4月,EBU技术委员会就建议采用逐行扫描而不是隔行扫描向EBU成员传送节目,如720P/50或1080P/50作为高清晰度电视的发送格式:在欧洲用于高清晰度电视的发送标准应是逐行扫描,如720p/50或1080p/50;EBU节目制作管理委员会(PMC Production Management Committee)将考虑用于高清晰度电视节目制作的可选标准。EBU技术委员会注意到节目制作标准和发送标准不需要一致。,“欧洲的高清晰度电视-逐行扫描方式”Dav
15、id Wood,EBU Project Group B/TQE项目组秘书,是参考了美国、澳大利亚和其他国家以及欧洲以前推广高清的经验教训所得出的谨慎的结论。开展高清晰度电视需要解决的3大主要问题:高清晰度电视的传送平台,是卫星、有线还是地面;在传送通道中使用什么样的扫描格式;使用什么样的压缩格式。扫描格式实际上有制作格式、传送格式和接收机显示格式3个环节,由于接收机可以将几乎任何个是转换成显示格式,因此节目制作采用什么格式并非要与传送格式一致。而且从演播室格式变到传送格式可以有很好的质量控制。但传送格式到显示格式的转换是在接收机中完成,对于不同种类和厂家的接收机很难控制转换质量,因此传送格式成
16、为要重点考虑的对象。,TQE的文章指出:,也许逐行扫描的选择在CRT为基础的显示器件时期是对的,但面对众多的新型显示器件,委员会只能得出倾向于逐行扫描的结论。其理由主要有3个:逐行扫描提供明显的编码增益。项目组就H.264(可能成为欧洲的高清压缩标准)和WM9的逐行扫描自适应压缩和隔行扫描自适应压缩进行了比较,尽管与图像内容有关,但2种压缩格式都显示逐行扫描“好于”隔行扫描。可以避免在显示器件隔行到逐行扫描的转换损失。所有先进的显示器件都是固定像素显示并都是逐行扫描,逐行扫描到隔行扫描的转换相对比较简单,而在图像有运动时要把隔行扫描图像转换为逐行扫描是相当困难的。无论是CCD还是CMOS摄像器
17、件摄取存储的整幅图像实际上是一帧一幅,逐行还是隔行只是逐行只是读出方式不同,因此实际上是逐行的。既然摄取和显示都是逐行的就没有理由在中间环节引入隔行扫描。,720p/50还是1080p/50,BBC对大屏幕电视的最佳观看距离测试结果,家庭大屏幕中等的观看距离是2.7米,与15年前对标清的距离相当。720p/50格式对于直到50英寸屏幕都没有问题,50英寸以上屏幕1080p/50格式更好一些。在2.7米的距离上,大的平板显示器件1080p和720p没有明显区别。因此委员会建议最好以720p低码率开始高清晰度电视广播,如果接收机和机顶盒达到1080p,再进行1080p的高清广播。NHK在IBC发表
18、“高清晰度电视的前景-向1080P发展的技术趋势”,详细阐述了高清的观看距离、显示器尺寸、扫描格式和新型显示器之间的关系。,显示和摄像器件,也许逐行扫描的选择在CRT为基础的显示器件时期是对的,但对众多的新型显示器件,倾向于逐行扫描:逐行扫描提供明显的编码增益。可以避免在显示器件隔行到逐行扫描的转换损失。所有先进的显示器件都是固定像素显示并都是逐行扫描,逐行扫描到隔行扫描的转换相对比较简单,而在图像有运动时要把隔行扫描图像转换为逐行扫描是相当困难的。无论是CCD还是CMOS摄像器件,摄取存储的整幅图像实际上是一帧一幅,逐行还是隔行只是逐行只是读出方式不同,因此实际上是逐行的。既然摄取和显示都是
19、逐行的就没有理由在中间环节引入隔行扫描。,720p/50还是1080p/50,BBC对大屏幕电视的最佳观看距离进行了以一系列的测试,家庭大屏幕中等的观看距离是2.7米,720p/50格式对于直到50英寸屏幕都没有问题,50英寸以上屏幕1080p/50格式更好一些。另一些实验还表明,在2.7米的距离上,大的平板显示器件1080p和720p没有明显区别,只有在更近的距离上才能看得出来。因此委员会建议最好以720p低码率开始高清晰度电视广播,如果接收机和机顶盒达到可以解码1080p,再进行1080p的高清广播。NHK在IBC研讨会上也发表了题为“高清晰度电视的前景-向1080P发展的技术趋势”的论文
20、。,BBC试验用滤波器,2.7m观看时不同屏幕大小需要的清晰度,4种高清晰度电视节目制作格式,EBU节目制作管理委员会也马上做出回应,提出推荐了4个制作格式的技术文件EBU Tech 3299,2005:系统1(S1):1280720p,169,帧频50Hz系统2(S2):19201080i,169,帧频25Hz系统3(S3):19201080p,169,帧频25Hz系统4(S4):19201080p,169,帧频50Hz,我国演播室高清晰度电视标准,19201080/50i19201080/24p建议增加:1280720/50p19201080/50p,1080/24P制作格式,1080/2
21、4P制作格式优点,16:9格式逐行扫描与电影相同的帧率不需要2:3下拉(除了下变换)至少节省25%的存储空间更有效的码率压缩同一机器可运行23.98,24或25Fps统一的母带格式,演播室记录格式,非压缩SD:D1,D5压缩SD:DVCPRO(D7),Digital-S(D9),IMX(D10),DV,Digital Betacam(D4?),SX(D8?),非压缩HD:D6压缩HD:HDCAM(D11),DVCPRO HD(DVCPRO 100)(D12),HD-D5(D15),HDCAM-SR ISO/IEC 14496-2(MPEG-4 Studio Profile)(D16)SMPTE
22、 319M和327M定义了“记录信息”(即Mole),将编码中的某些信息记录下来并嵌入到码流中,可以确保在解码长GOP MPEG-2信号时准确恢复原来信息,使质量损失最小。主要用于无特技的硬切环境,演播室记录格式,演播室记录格式,不同格式转换造成的清晰度损失,摄像机清晰度,通常制造商会给出摄像机的水平清晰度,如HD摄像机厂商定义每屏幕高800电视线(TVL/ph)的空间频率或27.5MHz(1080线系统)的调制度。有些厂商另外给出水平最高清晰度:调制度在5%时的最高水平空频率。但这些数字还是很难全面评价摄像机的清晰度。准确测量要用多波群测试卡来测试镜头-摄像机系统的调制传输函数。如果多波群从
23、50TVL/ph一直到1000TVL/ph的测试卡,在选行示波器上看到的信号包络就是其调制传输函数。研究表明,在一定距离观看的系统如电视和电影图像清晰度与MFT曲线下的面积成正比。而且清晰度的感觉MTF曲线在摄像机带宽内的部分贡献最大,要比最高清晰度更重要。,摄像机清晰度,任何HD镜头-摄像系统的清晰度都由镜头的MFT和摄像机的MFT共同决定。合成的MTF曲线的800TVL/ph以下部分,特别是200TVL/ph到600TVL/ph部分是决定系统清晰度最重要的部分。演播室用镜头的设计必须要增强这一部分空间频率的对比度,对光学镜头来说就是区别不同亮度的能力和再生纯黑而没有光晕的能力。,1080和
24、720系统,HD镜头特性与高清制式关系不大,不同制式的镜头有类似的MTF。左图是典型19201080 HD演播室摄像机和典型高性能HD演播室镜头特性,在800TVL/ph的调制度在40%-45%,但通常都不能给出200TVL/ph,400TVL/ph或600TVL/ph的调制度。720/60p系统的衰减不像1080i系统那么严重,因为在空间分辨率和时间分辨率之间有更好的平衡。右图中镜头的MTF要高出720pHD系统水平带宽较多,720p系统在530TVL/ph(或视频域27.5MHz)的调制度能达到50%,因此有较好的主观图像清晰度。,实际的清晰度计算(标清),水平清晰度:每行可显示的最大空间
25、频率=带宽/行频=6000kHz/15.625kHz=384=5500kHz/15.625kHz=352(调制度40%-60%)有效线数=2 384 704/864=626(6MHz)469.5TVL/H=2 352 704/864=574(5.5MHz)430.5TVL/H(水平正程:704/864=0.8148)垂直清晰度:隔行扫描=576 0.76=437.76TVL/H,实际的清晰度计算(高清),水平清晰度:每行可显示的最大空间频率=带宽/行频=30000kHz/28.125kHz=1067=27000kHz/28.125kHz=960(调制度40%-60%)=20000kHz/28.
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