高清基礎(chǔ)知識介紹

1、高清基礎(chǔ)知識介紹第1頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四 目錄高清基本概念高清接口標準第2頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四基本概念標清：物理分辨率480P 及以下高清：High Definition，簡稱HD，物理分辨率達到720P/1080P/1080i，其中i（interlace）是指隔行掃描；P（Progressive）代表逐行掃描中國國家標準：1080/50i第3頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四基本概念基本定義-逐行掃描與隔行掃描逐行掃描：每一幀圖像均是由電子束順序地一行接著一行連續(xù)掃描而成。要得到穩(wěn)定的逐行掃描

2、圖像，每幀圖像必須掃描整數(shù)行。舉例來說，一幀圖像是連續(xù)掃描625行組成的，每秒鐘共掃描50幀圖像，即幀掃描頻率為50幀/秒，或?qū)懗?0Hz(赫茲)，行掃描頻率為31.25kHz。隔行掃描：為降低信號的頻譜及傳送該信號的信道帶寬，把一幅625行圖像分成兩場來掃，第一場稱奇數(shù)場，只掃描625行的奇數(shù)行(依次掃描1、3、5、行)，而第二場(偶數(shù)場)只掃描625行的偶數(shù)行(依次掃描2、4、6、行)，通過兩場掃描完成原來一幀圖像掃描的行數(shù)，這就是隔行掃描。對于每幀圖像為625行的隔行掃描，每幀圖像分兩場掃，每一場只掃描了312.5行，而每秒鐘只要掃描25幀圖像就可以了，故每秒鐘共掃描50場(奇數(shù)場與偶數(shù)

3、場各25場)，即隔行掃描時幀頻為25Hz、場頻為50Hz，而行掃描頻率為15.625kHz。隔行掃描的缺點：隔行掃描會產(chǎn)生行間閃爍效應、出現(xiàn)并行現(xiàn)象及出現(xiàn)垂直邊沿鋸齒化現(xiàn)象等不良效應。自從數(shù)字電視發(fā)展后，為了得到高品質(zhì)的圖像質(zhì)量，逐行掃描也已成為數(shù)字電視掃描的優(yōu)選方案。第4頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四基本概念基本定義-高清國家標準P是逐行掃描英文Progressive的第一個字母，I是隔行掃描的英文Interlace的第一個字母。720P表示在光柵的垂直方向有720行逐行掃描線合成一幀圖像，即我們看到的一副電視畫面。與此類似，1080I指的是垂直方向1080行隔行

4、掃描線合成一幀圖像，1080P表示垂直方向1080行逐行掃描合成一幀圖像。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，通過掃描格式變換電路，可以把1080I的隔行掃描圖像信號變換為逐行掃描的720P和1080P視頻信號，以減少行間閃爍，提高圖像清晰度。以I、P之類的概念來宣傳高清并不科學。2000年國家廣電總局確定1080/50i為中國高清晰度電視信號的信號源標準。正確解讀：我國的標準清晰度電視（SDTV）圖像格式為720*756，高清晰度電視（HDTV）圖像格式為1920*1080，其數(shù)值分別指的是一幀圖像在水平和垂直方向上的有效像素點。只有圖像信號格式為1920*1080 ，并且圖像處理后的物理分辨力能達到1920

5、*1080的才能稱為高清電視。第5頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四高清接口標準HDMI ：High-Definition Multimedia Interface， 即：高清晰多媒體接口 DVI：Digital Visual Interface ， 即：數(shù)字視頻接口 SDI： Serial Digital Interface 即：串行數(shù)字接口YPbPr：色差分量端子第6頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四HDMI接口介紹首個支持在單線纜上傳輸不經(jīng)過壓縮的全數(shù)字高清晰度、多聲道音頻和智能格式與控制命令數(shù)據(jù)的數(shù)字接口，由Silicon Image美國

6、晶像公司倡導，聯(lián)合索尼、日立、松下、飛利浦、湯姆遜、東芝等八家著名的消費類電子制造商聯(lián)合成立的工作組共同開發(fā)的。HDMI最早的接口規(guī)范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的最高版本是HDMI1.4規(guī)范。 HDMI源于DVI接口技術(shù)，它們主要是以美國晶像公司的TMDS信號傳輸技術(shù)為核心，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉(zhuǎn)接頭相互轉(zhuǎn)換的原因。最高帶寬可以達到4.95Gbps，實際視頻信號傳輸帶寬接近4Gbps，（1080P（60Hz）所需的帶寬為2.2Gbps)，同時提供最高8路，每路采樣頻率192kHz的高質(zhì)量音頻信號。第7頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星

7、期四HDMI接口介紹HDMI接口連接器圖例 第8頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四HDMI接口介紹HDMI接口說明-傳輸信號格式及特點 HDMI 可支持的數(shù)字視頻格式有：SXGA：1280X102485HzUXGA：1600X120060HzSDTV 標清：480i、480p、576i、576pHDTV 高清：720p、1080i、1080PHDMI 支持的數(shù)字音頻格式有：CD：16 位32、44.1、48KHzDVD-VIDEO：8 通道數(shù)字音頻96KHzDVD-AUDIO：1 通道的24 位192KHzDolby Digital/DTSHDMI 的特點：只需一條連接

8、線就可對無壓縮高清晰實時數(shù)字信號進行傳輸。支持更高質(zhì)量(10 位/12 位)數(shù)字視頻信號的傳送，以及數(shù)字音頻(包括DVD-AUDIO)的傳輸。采用輔助分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實現(xiàn)與音頻信號的整合，只用一根HDMI 連接線就可完成高清晰度圖像和數(shù)字伴音的傳播，根本不用任何音頻連接線。數(shù)字聲音也能支持雙波段脈沖編碼調(diào)制(PCM)、杜比數(shù)字和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。具有寬帶數(shù)字內(nèi)容保護HDCP功能。 傳輸距離：1015米 傳輸帶寬：5Gbps第9頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四HDMI接口介紹HDMI接口說明-原理簡介一（基本傳輸原理）HDMI源于DVI接口技術(shù)，它們主要是以美國晶像公司的T

9、MDS信號傳輸技術(shù)為核心，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉(zhuǎn)接頭相互轉(zhuǎn)換的原因。TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）也被稱為最小化傳輸差分信號，是指通過異或及異或非等邏輯算法將原始信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10位，前8為數(shù)據(jù)由原始信號經(jīng)運算后獲得，第9位指示運算的方式，第10位用來對應直流平衡（DC-balanced，就是指在編碼過程中保證信道中直流偏移為零，電平轉(zhuǎn)化實現(xiàn)不同邏輯接口間的匹配），轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以差分傳動方式傳送。這種算法使得被傳輸信號過渡過程的上沖和下沖減小，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)趨于直流平衡，使信號對傳輸線的電磁干擾減少，提高信

10、號傳輸?shù)乃俣群涂煽啃?。一般情況下，HDMI連接由一對信號源和接受器組成，有時候一個系統(tǒng)中也可以包含多個HDMI輸入或者輸出設(shè)備。每個HDMI信號輸入接口都可以依據(jù)標準接收連接器的信息，同樣信號輸出接口也會攜帶所有的信號信息。HDMI數(shù)據(jù)線和接收器包括三個不同的TMDS數(shù)據(jù)信息通道和一個時鐘通道，這些通道支持視頻、音頻數(shù)據(jù)和附加信息，視頻、音頻數(shù)據(jù)和附加信息通過三個通道傳送到接收器上，而視頻的像素時鐘則通過TMDS時鐘通道傳送，接收器接受這個頻率參數(shù)之后，再還原另外三個數(shù)據(jù)信息通道傳遞過來的信息。第10頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四HDMI接口介紹HDMI接口說明-原

11、理簡介二（視頻和音頻信號傳輸 ）HDMI輸入的源編碼格式包括視頻像素數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包。其中數(shù)據(jù)包中包含有音頻數(shù)據(jù)和輔助信息數(shù)據(jù)，同時HDMI為了獲得聲音數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的高可靠性，數(shù)據(jù)包中還包括一個BCH錯誤糾正碼。HDMI的數(shù)據(jù)信息的處理可以有多種不同的方式，但最終都是在每一個TMDS通道中包含2位的控制數(shù)據(jù)、8位的視頻數(shù)據(jù)和4位的數(shù)據(jù)包。HDMI的數(shù)據(jù)傳輸過程可以分成三個部分：視頻數(shù)據(jù)傳輸期、島嶼數(shù)據(jù)傳輸期和控制數(shù)據(jù)傳輸期。視頻數(shù)據(jù)傳輸期，HDMI數(shù)據(jù)線上傳送視頻像素信號，視頻信號經(jīng)過編碼，生成3路（即3個TMDS數(shù)據(jù)信息通道，每路8位）共24位的視頻數(shù)據(jù)流，輸入到HDMI發(fā)射器中。2

12、4位像素的視頻信號通過TMDS通道傳輸，將每通道8位的信號編碼轉(zhuǎn)換為10位，在每個10位像素時鐘周期傳送一個最小化的信號序列，視頻信號被調(diào)制為TMDS數(shù)據(jù)信號傳送出去，最后到接受器中接收。島嶼數(shù)據(jù)傳輸期，TMDS通道上將出現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)每4位被一組，構(gòu)成一個上面提到的4位數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包和視頻數(shù)據(jù)一樣，被調(diào)制為10位一組的的TMDS信號后發(fā)出。視頻數(shù)據(jù)傳輸期和島嶼數(shù)據(jù)傳輸期均開始于一個Guard Band保護頻帶，Guard Band由2個特殊的字符組成，這樣設(shè)計的目的在于在明確限定控制數(shù)據(jù)傳輸期之后的跳轉(zhuǎn)是視頻數(shù)據(jù)傳輸期?？刂茢?shù)據(jù)傳輸期，在上面任意兩個數(shù)據(jù)傳輸周期之間，每一個T

13、MDS通道包含2位的控制數(shù)據(jù)，這一共6位的控制數(shù)據(jù)分別為HSYNC（行同步）、VSYNC（場同步）、CTL0、CTL1、CTL2和CTL3。每個TMDS通道包含2位的控制數(shù)據(jù)，采用從2位到10位的的編碼方法，在每個控制周期最后的階段，CTL0、CTL1、CTL2和CTL3組成的文件頭，說明下一個周期是視頻數(shù)據(jù)傳輸期還是島嶼數(shù)據(jù)傳輸期。島嶼數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的傳輸是在視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)南[期，這意味著在傳輸音頻數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)的時候，并不會占據(jù)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?，并且也不要一個單獨的通道來傳輸音頻數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)，這也就是為什么一根HDMI數(shù)據(jù)線可以同時傳輸視頻信號和音頻信號的原因。第11頁，共22

14、頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四HDMI接口介紹HDMI接口說明-原理簡介三（高音視頻帶寬）HDMI的數(shù)據(jù)信息的處理可以有多種不同的方式，也就是說HMDI支持多種方式的視頻編碼，通過對3個TMDS數(shù)據(jù)信息通道的合理分配，既可以傳輸RGB數(shù)字色度分量的4：4：4信號，也可以傳輸YCbCr數(shù)字色差分量的4：2：2信號，最高可滿足24位視頻信號的傳輸需要。HDMI每個TMDS通道視頻像素流的速率一般在25MHz165MHz之間，HDMI1.3規(guī)范已經(jīng)將這一上限提升到了225MHz，當視頻格式的速率低于25MHz時，將使用像素重復法來傳輸，即視頻流中的像素被重復使用。以每個TMDS通道

15、最高165MHz的頻率計算，3個TMDS通道傳輸R/G/B或者Y/Cb/Cr格式編碼的24位像素視頻數(shù)據(jù)，最高帶寬可以達到4.95Gbps，實際視頻信號傳輸帶寬接近4Gbps，而現(xiàn)在最高規(guī)格的高清視頻格式1080p所需的帶寬僅僅為2.2Gbps，因此HDMI擁有的充足帶寬不僅可以滿足現(xiàn)在高清視頻的需要，在今后相當長一段時間內(nèi)都可以提供對更高清晰度視頻格式的支持。除了高的視頻信號帶寬之外，HDMI還在協(xié)議中加入了對音頻信號傳輸?shù)闹С?，形成了業(yè)界首個單線纜多媒體接口協(xié)議。HDMI的音頻信號不占用額外的通道，而是采用和其他輔助信息一起組成數(shù)據(jù)包，利用3個TMDS通道在視頻信號傳輸?shù)南[期，以島嶼數(shù)據(jù)

16、的形式傳送。即使在傳輸1080p（60Hz）的視頻信號的時候，還可以提供最高8路，每路采樣頻率192kHz的高質(zhì)量音頻信號，相比之下，CD音頻制式44.1kHz的兩聲道信號，以及最新的DVDAudio音頻格式96kHz的6聲道信號，就相形見絀了。第12頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四DVI接口介紹DVI全稱為Digital Visual Interface，是1999年由Silicon Image、Intel(英特爾)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同組成的數(shù)字顯示工作組DDWG(Digital Display W

17、orking Group)推出的接口標準。顯示設(shè)備采用DVI接口具有主要有以下兩大優(yōu)點：1、速度快：DVI傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，數(shù)字圖像信息不需經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換，就會直接被傳送到顯示設(shè)備上，因此減少了數(shù)字模擬數(shù)字繁瑣的轉(zhuǎn)換過程，大大節(jié)省了時間，因此它的速度更快，有效消除拖影現(xiàn)象，而且使用DVI進行數(shù)據(jù)傳輸，信號沒有衰減，色彩更純凈，更逼真。2、畫面清晰:計算機內(nèi)部傳輸?shù)氖嵌M制的數(shù)字信號，使用VGA接口連接液晶顯示器的話就需要先把信號通過顯卡中的D/A(數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號和行、場同步信號，這些信號通過模擬信號線傳輸?shù)揭壕?nèi)部還需要相應的A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器將模擬信號再一

18、次轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號才能在液晶上顯示出圖像來。在上述的D/A、A/D轉(zhuǎn)換和信號傳輸過程中不可避免會出現(xiàn)信號的損失和受到干擾，導致圖像出現(xiàn)失真甚至顯示錯誤，而DVI接口無需進行這些轉(zhuǎn)換，避免了信號的損失，使圖像的清晰度和細節(jié)表現(xiàn)力都得到了大大提高。傳輸距離：5米傳輸帶寬：8Gbps第13頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四DVI接口介紹DVI接口有多種規(guī)格，分為DVI-A、DVI-D和DVI-I，其中DVI-A其實就是VGA接口標準，目前的DVI接口主要是DVI-D和DVI-I兩種，而這兩種規(guī)格中，又再分為“雙通道”和“單通道”兩種類型，我們平時見到的都是單通道版的，雙通道版的

19、成本很高，因此只有部分專業(yè)設(shè)備才具備。在畫面顯示上，單通道的DVI支持的分辨率和雙通道的完全一樣，但刷新率卻只有雙通道的一半左右，會造成顯示質(zhì)量的下降。一般來講，單通道的DVI接口，最大的刷新率只能支持到1920*1080*60hz或1600*1200*60hz。 DVI-D接口 DVI-I接口 第14頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四SDI接口介紹SDI接口說明-定義串行數(shù)字接口SDI（Serial Digital Interface）其標準由移動圖像和電視工程師協(xié)會(SMPTE)制定，在當今的廣播和視頻產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應用。SDI標準規(guī)定了怎樣通過視頻同軸電纜在

20、產(chǎn)品設(shè)備之間傳送未經(jīng)壓縮的串行數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)速率不同，有兩種SDI標準：標準清晰度（SD） SDI和高清晰度（HD）SDI。SD SDI與HDSDI這兩個標準的基本電氣規(guī)范相同，其主要差別是HD-SDI具有更高的1.485 Gbps和1.485/1001Gbps數(shù)據(jù)速率，而SD-SDI數(shù)據(jù)速率范圍為143 Mbps至540 Mbps，最常用速率為270 Mbps。 第15頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四SDI接口介紹SDI接口-連接器圖例 第16頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四SDI接口介紹SDI接口說明-傳輸信號格式信號格式傳輸方式

21、有效碼率1080/60i1080/60i1244.16Mbps1080/30P1080/30P 或 1080/30Psf1080/50i1080/50i 1036.8Mbps1080/25P1080/25P 或 1080/25Psf1080/24P1080/24P 或 1080/24Psf995.328Mbps720/60P720/60P(不支持720/60Psf)1105.92Mbps第17頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四SDI接口介紹SDI接口說明-原理簡介一串行接口是把數(shù)據(jù)字的各個比特以及相應的數(shù)據(jù)通過單一通道順序傳送的接口，不能直接傳送壓縮數(shù)字信號，數(shù)字錄像機

22、、硬盤等設(shè)備記錄的壓縮信號重放后，必須經(jīng)解壓并經(jīng)SDI接口輸出才能進入SDI系統(tǒng)，人們常在SDI信號中嵌入數(shù)字音頻信號，也就是將數(shù)字音頻信號插入到視頻信號的行、場同步脈沖（行、場消隱）期間與數(shù)字分量視頻信號同時傳輸。對于HD-SDI來說，高清的亮度信號的帶寬是30MHz，色差信號（CB、CR）的帶寬是亮度信號帶寬的一半，也就是15MHz。根據(jù)取樣定理，取樣頻率必須在帶寬的2倍以上。廣電部門規(guī)定Y信號的取樣頻率為74.25MHz，CB、CR信號的取樣頻率為37.125MHz，量化位數(shù)為10比特(1024階調(diào))。這就意味著用74.25MHz取樣的話，Y信號、CB、CR信號各取樣一次就行。也就是說一

23、個樣點包含了二個分量數(shù)字信號（CB，Y）或（CR，Y），數(shù)據(jù)寬度為20比特。將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，即構(gòu)成串行傳輸信號，其傳輸速率為：74.25MHz 20 = 1.485Gb/sHD-SDI信號里，除了有效視頻信號之外，在視頻信號消隱區(qū)間里還疊加有其他信息。如有效視頻的起始點和終止點EAV/SAV、行數(shù)信息LN、冗余校正嗎CRC、輔助數(shù)據(jù)ANC等信息。第18頁，共22頁，2022年，5月20日，20點59分，星期四SDI接口介紹SDI接口說明-原理簡介二在傳輸上，由于HD-SDI的傳輸速率高達1.485Gb/s，其頻譜分布一般在4GHz以上，所以在HD-SDI信號傳輸時必須使用高頻衰減較少的特性阻抗75專用電纜，否則將無法正確接收數(shù)字信號。對于短距離電纜，頻率特性幾乎是平坦的；對于長距離電纜，頻率越高衰減量增大。評估電纜所能傳輸?shù)淖畲缶嚯x為頻率750MHz時，電纜衰減量為20dB的長度，大約為110m。最大長度還和輸出端信號的幅度、抖動量、接收端的均衡能力有關(guān)。目前，所使用的電纜一般為Belden1694A或5CFB。為了便于電纜傳輸，HD-SDI信號通過電纜驅(qū)動器（數(shù)據(jù)率在SD-SDI時270Mb/s，驅(qū)動75的電纜）來進行連接和傳輸。還可以利用光纖對HD-SDI信