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。

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