ITU-R BT.601介绍

ITU-R BT.601介绍

2009-12-28 20:44

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)国际电信联盟，R = Radiocommunication Sector无线电部，BT = Broadcasting service (television)广播服务(电视)。 为了便于国际间的节目交换，为消除数字设备之间的制式差别,和为 625行电视系统与 525行电视系统之间兼容，向着数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出，在 1982年 2月国际无线电咨询委员会(CCIR)第 15次全会上，通过了 601号建议，确定以分量编码为基础, 即以亮度分量Y、和两个色差分量R-Y、 B-Y为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准,601号建议单独规定了电视演播室的编码标准。 该标准规定: (1).不管是PAL制，还是 NTSC制电视,Y、R-Y、B-Y三分量的抽样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。 (2). 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室为10bit, 用于传输为8bit。 (3). Y、R-Y、B-Y三分量样点之间比例为4:2: 2。 在 1983年 9月召开的国际无线电咨询委员会(CCIR)中期会议上，又作了三 点补充： (1). 明确规定编码信号是经过γ预校正的 Y、(R-Y)、B-Y)信号； (2). 相应于量化级 0和 255的码字专用于同步， l到 254的量化级用于视频信号; (3). 进一步明确了模拟与数字行的对应关系，并规定从数字有效行末尾至基准时间样点的间隔，对 525行、 60场／秒制式来说为 16个样点，对 625行、 50场/秒制式则为 12 个样点。不论 625行／50场或 525行／60场，其数字有效行的亮度样点数都是720，色差信号的样点数均是360，这是为了便于制式转换。若亮度样点数被2除，就得到色差信号的数 据。 关于4:2:2的含义 亮度信号的抽样频率为13.5MHz，每个色差信号的抽样频率为6.75MHz，其抽样频率之比为4∶2∶2，或者说，每数字有效行亮度信号的取样 点数是720个，每个色差信号的取样点数是360个，其取样点数之比也为4∶2∶2，这就是数字分量编码的4∶2∶2标准，也称为4∶2∶2格式，用作演 播室数字设备及其联接或国际节目交换时的数字化标准。 1.1 采样频率 为了保证信号的同步，采样频率必须是电视信号行频的倍数。CCIR为NTSC、PAL和SECAM制式制定的共同的电视图像采样标准：                                                                 f s＝13.5MHz 这个采样频率正好是PAL、SECAM制行频的864倍，NTSC制行频的858倍，可以保证采样时采样时钟与行同步信号同步。对于 4:2:2的采样格式，亮度信号用13.5MHz频率采样，两个色差信号分别用f s／2＝6.75MHz的频率采样。除了标准的4:2:2格式之外，还有将色差信号的抽样频率取为3.375MHz的较低标准的4:1:1和4:2:0格 式。另外还有为适合更高图像质量要求而将色差信号抽样频率取为13.5MHz的更高标准的4:4:4格式。 1.2 分辨率 根据采样频率，可算出对于PAL和SECAM制式，每一扫描行采样864个样本点；对于NTSC制则是858个样本点。由于电视信号中每一行都包括 一定的同步信号和回扫信号，故有效的图像信号样本点并没有那么多，CCIR 601规定对所有的制式，其每一行的有效样本点数为720点。 由于不同的制式其每帧的有效行数不同（PAL和SECAM制为576行，NTSC制为484行），CCIR 定义720×484为高清晰度电视HDTV（High Definition TV）的基本标准。 实际计算机显示数字视频时，通常采用下表的参数： 电视制式 分辨率 帧 率(Frame/s) NTSC                   640×480 25 PAL、SECAM 768×576 30 1.3 数据量 CCIR 601规定，每个样本点都按8位数字化，也即有256个等级。但实际上亮度信号占220级，色度信号占225级，其它位作同步、编码等控制用。如果按f s 的采样率、4：2：2的格式采样，则数字视频的数据量为：                                     13.5(MHz)×8(bit)＋2×6.75(MHz)×8(bit) = 27Mbyte / s 不同色度采样格式和不同分辨率下的码率和最小压缩比计算如下： a) 4:2:2格式  SDTV像素速率为：(720×576＋2×360×576)×25 =(720×480＋2×360×480)×30 =20.736兆像素/秒  码率=20.736兆像素/秒×8bit=165.888Mbps  Main Level视频格式中最高传输码率为15Mbps,则最小压缩比=165.888Mbps/15Mbps=11.06。  窄屏HDTV像素速率为：(1440×1152＋2×720×1152)×25= (1440×960＋2×720×960)×30=82.944兆像素/秒  码率=82.944兆像素/秒×8bit=663.552Mbps。  High-1440 Level的最高传输码率为60Mbps，则最小压缩比=663.552Mbps/60Mbps=11.06  宽屏HDTV像素速率为：(1920×1152＋2×960×1152)×25= (1920×960＋2×960×960)×30=110.592兆像素/秒  码率=110.592兆像素/秒×8bit=884.736Mbps  High Level的最高传输码率为80Mbps,则最小压缩比=884.736Mbps/80Mbps=11.06 b) 4:2:0格式      因为人眼对色度清晰度不太敏感，为了降低码率可采用4:2:0格式，这时各视频格式的码率及最小压缩比：  SDTV像素速率为：(720×576＋2×360×288)×25 =(720×480＋2×360×240)×30=15.552兆像素/秒  码率=15.552兆像素/秒×8bit=124.416Mbps       压缩比=124.416Mbps/15Mbps=8.29  窄屏HDTV像素速率为：(1440×1152＋2×720×576)×25= (1440×960＋2×720×480)×30=62.208兆像素/秒  码率=62.208兆像素/秒×8bit=497.644Mbps       压缩比=497.664Mbps/60Mbps=8.29  宽屏HDTV像素速率为：(1920×1152＋2×960×576)×25= (1920×960＋2×960×480)×30=82.944兆像素/秒  码率=82.944兆像素/秒×8bit=663.552Mbps       压缩比=663.552Mbps/80mbps=8.29 601规定了取样频率与取样结构: 例如：在4：2：2等级的编码中，规定亮度信号和色差信号的取样频率分别为13.5MHZ和6.75MHZ，取样结构为正交结构,即按行、场、帧重 复,每行中的R-Y和B-Y取样与奇次(1,3,5……)Y的取样同位置，即取样结构是固定的，取样点在电视屏幕上的相对位置不变。它规定了编码方式。对 亮度信号和两个色差信号进行线性PCM编码，每个取样点取8比特量化。同时，规定在数字编码时，不使用A/D转换的整个动态范围，只给亮度信号分配220 个量化级，黑电平对应于量化级16，白电平对应于量化级235。为每个色差信号分配224个量化级，色差信号的零电平对应于量化级128。 综上所述，我们知道，分量信号的编码数据流是很高的。以4：2：2编码标准为例，其比特流为：13.5×8+6.75×8×2=216Mb/S。若 采用4：4：4编码方式，即对复合信号直接编码，其抽样频率取为13.3×8=106.4 Mb/S 2、ITU-R BT.601与ITU-R BT.656的区别 关于这两种信号的区别：  ITU-R BT 601: 16位数据传输；21芯；Y、U、V信号同时传输，最后更新的文档代号为：ITU-R BT.601-5。 ITU-R BT 656: 9芯，不需要同步信号；8位数据传输；串行视频传输；传输速率是601的2倍；先传Y，后传UV。656输出的是串行数据，行场同步信号嵌入在数据流中 601是并行数据，行场同步有单独输出。最后更新的文档代号为：ITU-R BT.656-4。 656只是数据传输接口而已，可以说是作为601的一个传输方式。简单的说ITU-R BT.601是"演播室数字电视编码参数"标准,而ITU-R BT.656 则是ITU-R BT.601附件A中的数字接口标准,用于主要数字视频设备(包括芯 片)之间采用27Mhz/s并口或243Mb/s串行接口的数字传输接口标准。