数字演播室高清晰度电视及其测试

数字演播室高清晰度电视及其测试 自上世纪70年代，各国相继开展了对高清晰度电视(HDTV)的研究和开发工作，但进展一直比较缓慢。到了90年代，进入了模拟电视向数字电视转换的新时期，由 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 清晰度电视(SDTV)向高清晰度电视过渡的进程大大加快。这里就演播室数字HDTV的格式、参数、接口做一介绍。 数字HDTV的格式和参数 参数选择的依据 　　在确定数字HDTV的参数之前，应当考虑所选定的参数具有最大的通用性，以便于实现国际节目交换，并以此作为参数选择的依据。 　　扫描格式 　　自电视诞生以来，场频一直沿用50Hz和60Hz(或59.94Hz，即60/1.001)这两种格式，对应的帧频分别为25Hz和30Hz(29.97Hz)。数字HDTV也不例外。场频是我们确定其它参数的一个重要出发点。另外，电视系统采用的扫描方式也有两种：逐行扫描和隔行扫描。逐行扫描是一种理想的扫描方式，它的垂直清晰度高，便于数字寻址，图像压缩效率高，有利于实现与计算机的互操作性(计算机显示采用的是逐行扫描)；它的缺点是信号频带太宽，码率太高。隔行扫描则以牺牲上述优点为代价而换取了带宽的压缩和码率的降低，是目前普遍采用的扫描方式。 　　屏幕宽高比 　　高清电视所追求的首先是人的视觉感受。实验证明，采用16∶9的宽高比，更符合人眼的视觉特性，临场感更强。屏幕的宽高比是确定图像象素分布的依据。目前广泛采用的高清象素的分布格式为1920×1080，正好满足了16∶9的宽高比要求；而且，象素为1∶1方形结构。我们知道，计算机的常用分辨率为800×600或1024×768，即宽高比为4∶3，为方形象素。二者象素均为方形，同样有利于实现与计算机的互操作性。 　　取样频率和样点结构 　　数字HDTV的样点结构应当便于图像数字处理，以保持最佳的图像清晰度。这就要求每行、每场的取样点都是整数，使图像的样点结构在垂直方向上逐行、逐场对齐。这样的样点结构称为正交样点结构。要采用正交样点结构，取样频率必须为行频的整数倍。由于历史的原因，在传统的模拟HDTV中有着行频各不相同的扫描格式，取样频率采用2.25MHz的整数倍，就可以兼顾各种不同的扫描格式。 　　电影素材的转换 　　电影素材在电视节目中占有重要地位，但电影与电视的帧频是不同的。为此，在目前普遍采用的数字HDTV扫描格式中，除了上述场频为50Hz和60Hz的扫描格式之外，还有一种24Hz(23.976Hz)的扫描格式，它使得电影素材可方便地在数字HDTV中的编辑和播出。 　　如上所述，因场频和扫描方式的不同，在全球范围内，存在着多种高清格式。本文仅就1125行/50场/2∶1(隔行扫描)格式进行讨论，这与我国制定的演播室数字HDTV标准也是一致的。这一高清格式的主要系统参数列于 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。须要说明的是，由于Y、CB和CR视频分量编码信号的广泛运用，因此表1中只给出了Y、CB、CR的参数值；如果使用R、G、B分量信号，只需参考Y信号的参数即可。 取样和量化 　　摄像机输出的RGB信号经线性矩阵转换为亮度信号Y和两个色差信号CR和CB；RGB信号和亮度信号Y的带宽均为30MHz，色差信号的带宽为15MHz。与常规清晰度电视的单极性双电平同步信号不同，模拟HDTV采用的是双极性三电平(±３00mv和0)同步信号。行周期为1/28.125kHz=35.556μs。同步信号的波形、电平及分量信号Y(或R、G、B)、CR和CB的动态范围如图1所示，其中上图为Y信号，下图为CR、CB色差信号。 　　三个分量信号R、G、B与Y、CB、CR之间的换算关系为： 　　Y=0.2126R＋0.7152G＋0.0722B 　　CB=0.5389(B-Y) 　　CR=0.6350(R-Y) 　　须要注意，高清电视亮度与色差公式中的系数与标清电视有所不同。 　　在对模拟信号进行数字化处理时，须要对行、场正程期间的视频信号进行取样和量化，这样得出的取样点为有效样点。按照标准，每帧有效样点数应当是1920(水平方向)×1080(垂直方向)。标准规定：视频信号采用4∶2∶2分量编码，Y信号的取样频率为74.25MHz，CR或CB的取样频率为其一半，即37.125MHz。因此，每亮度行的总取样点数为： 　　74.25MHz/28.125kHz=2640 　　CR或CB色差信号的取样点数均为： 　　37.125MHz/28.125kHz=1320 　　三者合计，每行的总样点数为5280。每个样点采用10b量化(也可以采用8b量化)，那么总码率为： 　　(5280×10b)/35.556μs=1.485Gb/s 　　这就是数字高清的总数据率。当然，直接用Y与CR、CB取样频率之和再与10b相乘，所得出的总码率也是一样的。对行正程期间视频信号的10b量化电平的规定如图2所示。 　　取样和量化的过程也就是模／数转换的过程。亮度信号Y和两个色差信号CB、CR的取样和量化是分别进行的，它们各为10比特字。两个色差信号经过并行时分复用后(以下用CB/CR表示时分复用后的色差信号)与亮度信号组合为20比特字，每个20比特字对应一个CB/CR色差取样和一个亮度取样。按照规定，复用组合应当采用如下方式： 　　(CB0　Y0)(CR0　Y1)(CB2　Y2)(CR2　Y3)… (CBi　Yi)(CRi　Yi＋1)… 　　这里(CBiYi)表示每行第i个有效样点(i为偶数)，其中Yi表示每行第i个亮度取样，CBi和CRi表示每行第i个色差取样，它们与Yi属于位置相同的一个有效取样点。由上述比特字的排列方式可以看出，仅在每行第偶数个有效样点上才有色差取样(因样点序号从零开始，为便于说明，此处权将“0”也视为偶数)，第奇数个(i+1)样点上只有亮度取样而无色差取样，即CB或CR色差样点数均为亮度样点数的一半，这是因为CR或CB的取样频率为亮度取样频率的一半。 　　在亮度和色差信号的A/D转换过程中，按照规定，无论是亮度取样字还是色差取样字，均不允许使用000h至003h之间(十进制为0、1、2、3)及3FCh至3FFh之间(十进制为1020、1021、1022、1023)的量化电平级来表示样点幅度，这些数据字被作为保留电平。这样做也便于与8b量化编码格式兼容，因为取消这些量化电平后，在用二进制表示的10b有效样值的量化电平中，去掉末尾(即最低位)的两个零，就是相同电压幅度下的8b有效样值量化电平。例如，对于700mV的亮度信号，在10b量化编码格式中，其量化电平为1110101100(参见图2)，去掉末尾两个零，就是700mV在8b量化编码格式的量化电平11101011。 同步和定时 　　模拟分量信号经A/D转换之后，就形成了数字分量数据流。在模拟电视中，利用行场同步脉冲来实现收发两端的同步扫描；而在数字分量信号中，定时信息是通过有效视频结束(EAV)标志和有效视频开始(SAV)标志这两种定时基准码来传送的。SAV和EAV分别位于每一数字有效行的起始处和结束处，具体位置如图3所示。 由图3可知，模拟行和数字行的定时基准不在同一处。模拟同步基准点OH与数字行定时基准码SAV字终点的时间宽度为： 　　44T+148T=192T 　　其中T为数字亮度行的取样周期，它等于： 　　1/74.25MHz=13.468ns 　　定时基准码EAV或SAV均含有4个字，前3个字为固定的3FFh、000h、000h字，接收端正是凭借这3个字(一个全“1”，两个全“0”)来识别定时基准码。第4个字XYZ非常重要，它包含扫描格式(逐行或隔行)、场序识别、行场正程或逆程等信息，EAV与SAV的区分也在于XYZ字，其两个最低位(bit 0和bit 1)预置为零，其作用在于和8b量化兼容。其它8位(bit 2～bit 9)的含义为： 　　bit 9：始终固定为1； 　　bit 8 (F)：在逐行扫描系统中始终为0，在隔行扫描系统中，F=0时表示该行(即XYZ字所在行)位于第一场，F=1时表示该行位于第二场； 　　bit 7(V)：V=1表示该行位于场消隐期间，V=0表示该行位于有效图像期间； 　　bit 6(H)：H=1表示该定时基准码为EAV，H=0表示该定时基准码为SAV； 　　bit5、4、3、2(分别表示为P3、P2、P1、P0)：这4个比特称为保护比特，它们与F、V、H比特共同组成线性分组码序列，保护比特的取值决定于F、V、H的数值，从而为F、V和H比特提供检错和误码校正，在接收端可以检测出F、V和H 3个比特中的两位错码并能纠正其中一位错码。 　　图4是数字场的定时示意图。容易看出，因为F有0、1之分，所以该系统为隔行扫描格式；F=0时该行在第一场，F=1时则在第二场；凡V=0时该行处于有效图像期，凡V=1时则处在场消隐期；凡H=0时该定时基准码为SAV，凡H=1时则为EAV。 　　另外，由图4知，一帧总行数为1125，其中第1124行、1125行和1～20行位于第一场数字场消隐区，计22行；561～583行位于第二场数字消隐区，计23行。每帧场消隐区总共为45行。21～560行为第一场有效图像区，计540行；584～1123为第二场有效图像区，计540行。两场合计共1080行，即为一帧的有效图像行数。 　　每一亮度行(或CB/CR色差行)的样点序号从SAV后第一个有效样点开始计数，第一个样点序号为零，至SAV的终点为最后一个样点，序号为2639。 行序号指示和CRC校验 　　与数字SDTV不同，在数字HDTV的消隐期内，设有行序号指示字和循环冗余校验(CRC)字，接收端可以据此判断所接收的视频数据是属于哪一行，同时能够检测出某行视频数据经传输后是否存在差错。 　　从图3可以看出，紧随EAV序列4个字之后有两个字的行编号(LN0和LN1)，LN0和LN1合在一起，用11b的二进制数值(L0～L10)给出了它所在行的行序号，其比特分配参见表2。在这两个字中，最高位bit 9总是bit 8的逻辑非；两个最低位作为保留比特，预置为零。现举一例说明行序号指示的用法：假设LN0= 394h、LN1=220h，对应的二进制数据分别为1110010100和1000100000，按照表2对行序号的分配规定，可知该行的行序号为10001100101，即第1125行。 　　数字HDTV的CRC校验计算是按亮度数据行和CB/CR色差数据行分别进行的，而且是逐行校验。每一亮度数据行在行编号(LN0和LN1)之后有YCR0和YCR1两个数据字(见图3)，这两个字就是亮度CRC校验字。CRC校验的基本原理是把该行发送的视频数据比特序列当作一个数学多项式的系数(例如，一组比特序列1000010001可用F(X)=X9+ X4+1来表示)，并将它作为被除数，用一个收发双方预先约定的生成多项式作除数，二者相除后就得到一个余数多项式，在发送端将这个余数多项式的系数(它被称为CRC校验字)存放在YCR0和YCR1内，随同视频数据序列一起发送，在接收端采取与发送端同样的除法运算，如果计算出的余数多项式系数与存放在YCR0和YCR1内的系数相同，表示传输无差错；如果不同，则表示有误码产生。标准规定，CRC校验的生成多项式为： 　　CRC(X)=X18+X5+X4+1 　　由于它的最高次幂为18，因此余数多项式的最高次幂不可能超过17，用18b来存放CRC校验字是能够满足位数的要求。YCR0和YCR1数据字的比特分配如表3所示，最高位bit 9仍然是bit 8的逻辑非。实际上，CRC校验过程是从亮度行的第一个视频数据字即Y0开始计算，直到该行EAV后的行序号字LN1为止。CRC的初始值预置为零。这种循环冗余校验在接收端能够检测出视频数据流中所有1位、2位和奇数位的离散错，以及所有长度不大于18位的突发错(即连续的一串错码)，它对于长度大于18位的突发错也有相当强的检测能力。 　　在图3中，CB/CR色差行的行序指示字也为LN0和LN1，它们与亮度行中的对应行序号指示相同。CCR0和CCR1为色差行中CB/CR色差数据的CRC校验字。其校验过程与亮度行同。 　　有效图像区中的CB0、CR0、CB1、CR1…等为色差数据字。 　　在数字消隐期间，除SAV、EAV、行序号、CRC校验字和辅助数据外，其余数据字均使用消隐电平来填充。由图2知，在亮度行中，消隐电平为40h；在色差行中，消隐电平为200h。 数字高清的并行和串行接口 　　与数字标清一样，数字高清的传送方式也分为并行传输和串行传输两种，各自适用于不同的场合。 比特并行接口 　　并行传输是视频数据字中每一量化比特位分别用固定的一条通道来传输。也就是说，每个数据字的同位比特均在同一通道上传输，如果数据字长为10b，就要占用10个通道。 　　亮度信号与色差信号的时分复用 　　数字分量系统有一路亮度信号和两路色差信号，其样值数据字长均为10b。如果分别采用比特并行传输，就须要使用3条多芯电缆，这不仅给传输带来了不便，而且带来了3路信号之间的时延问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。因此，可利用时分复用的方法将3路信号复用为一路信号，再用一条多芯电缆并行传送，这样可以简化系统的传输设备，提高传输速率。4∶2∶2分量时分复用并行输出的电路原理如图5所示。 　　图中，时钟发生器输出两种时钟信号：37.125MHz是色差信号CB或CR的取样频率，经A/D转换后的字速率均为37.125MW/s，时分复用后色差字CB/CR的速率提高到74.25MW/s，字长为10b；74.25MHz是亮度信号Y的取样频率，字速率为74.25MW/s，字长也为10b。Y与CB/CR复用后，如果把亮度／色差样值看成一个字，则字长为20b，字速率仍为74.25MW/s，图中输出端正是这样表示的；如果把亮度字与色差字分别对待，则字长各为10b，字速率为148.5MW/s。由此可见，复用后的传输速率明显提高了。 　　数据信号的定时 　　由于发送端采用了时分复用，接收端须要解复用并进行数字解码才能恢复原始信号。因此，收发两端的数据定时非常重要。由图5可见，在并行传输方式中，除了传送数据比特外，还要传送74.25MHz的同步时钟信号。时钟信号与数据信号之间应有明确的定时关系。 　　在并行传输中，数据信号以不归零码(NRZ)的形式传送。所谓不归零，是指在码元时间(码元宽度)内，数据脉冲信号的电平值不回到零，即数据信号脉冲的持续时间等于码元的持续时间。 　　时钟发生器的输出时钟为方波信号，它与数据信号的定时关系如图6所示。 　　图中，将时钟信号上升沿50%处作为定时基准，时钟周期Tck等于亮度取样频率的倒数，即亮度取样周期，其值为1/74.25MHz=13.468ns；t为时钟信号的脉冲宽度(在50%处测量)，应为Tck的一半；Td为数据信号跳变沿50%处距定时基准点的宽度，也应为Tck的一半。为保证接收端能够正确地读出数据，在高清数字标准中对时钟宽度、时钟的抖动、数据的定时误差和数据信号的幅度均作出了规定。 　　时分复用后的并行传输 　　经过时分复用，每一CB/CR色差数据字与每一亮度数据字组合为20比特字(图5)，因此传输并行视频数据流就须要使用20对线。如果要附加一个辅助通道以传输其它数据，或者改为传送R、G、B分量数据流，则需要30对线。此外，还需要一对线传送时钟信号，这样总共为31对线。为了避免各线对之间相互串扰，各线对均应采用双绞线形式，每一对线的外围均应有接地的屏蔽线，最后还需要一个总的屏蔽。因此，为传输时分复用后的并行信号，就要使用一根93芯的多芯电缆。每对双绞线的标称特性阻抗为110Ω，在发送端输出信号符合要求及最长传输距离20m的情况下，电缆的特性应能保证数据信号的正确读出。 　　在发送端，时分复用后的并行流必须经过线路驱动器才能与多芯电缆相连接；在接收端，也要有相应的线路接收器。这样，每一线对均要使用一个线路驱动器和一个线路接收器。线路驱动器是平衡输出，输出阻抗最大为110Ω；线路接收器是平衡输入,输入阻抗为110Ω，它们均应与双绞线的特性阻抗有良好的匹配。 　　发送端的线路驱动器为差动输出，共模电压为-1.29V±15%(对地),发送信号幅度的峰值在110Ω负载的情况下应为0.6~2.0Vp-p。线路接收器为差动输入，最大共模电压为±0.3V，输入信号电压为185Vp-p至2.0Vp-p,各线对之间的延时差不得超出±0.18Tck 。  比特串行接口 　　由于并行传输占用的通道数量很多，因而只适于短距离点到点数字信号传输，不适于大、中型演播室应用。为实现单一通道的单芯同轴电缆传输，须要对并行数据流进行并／串转换和加扰编码，形成串行数据流(即SDI流)。 　　并行／串行转换 　　经过如图5所示的比特并行流的时分复用，Y数据流和CB/CR数据流被复用为一路Y/C并行数据流。图7是并行数据流复用过程的时序图，复用后并行数据流中的亮度取样字和色差取样字序列应当按照图7下方的排列方式。 　　复用后的Y/CB/CR并行数据流仍须采用多芯电缆进行并行传输，并且还要单独传送一路时钟信号。为实现单芯同轴电缆传输，必须对并行数据流进行串行化处理。 　　图8是并/串转换电路的方框图。这里有两个时钟信号：148.5MHz的时钟和10倍频后的1485MHz时钟。移位寄存器将10位的已复用的并行数据流按148.5MHz的时钟频率写入，再以1485MHz的时钟频率读出，形成串行数据流。读出顺序是每字的低位在先，高位在后。转换前，并行数据流的单位通常用“字”表示，数据传输率的单位为字/秒(W/s)，其值为148.5MW/s，字长为10b；转换为串行数据流后，通常以比特作为数据单位，传输率用比特/秒(b/s)表示，因此串行数据流的传输速率为148.5MW/s×10b/W = 1.485Gb/s，每个比特的时间宽度则为1/(1.485×109)=673.4ps。 　　在接收端，则要把串行数据流用串/并转换电路恢复为并行数据流，以便接收端进行数/模转换，还原为模拟信号。如图9所示。由于高清数字串行流的速率为1.485Gb/s，其1/2时钟频率点高达742.5MHz，这就要求传送电缆有良好的宽带频谱特性。但是，随着电缆长度的增加，高频衰减也加大。图9中电缆均衡器就是用来补偿传送电缆所引起的高频损耗。 　　随机化处理 　　时分复用的并行视频数据流经过图8的并/串转换后输出的就是串行数据流，但这样的串行流并不适于传输，必须先进行扰码和NRZ/NRZI编码处理。 　　时钟信号对于数字电视传送至关重要。无论是模/数转换、时分复用，还是解复用、数/模转换等环节，都需要正确的时钟信号。在并行数据流中，时钟信号是单独传送的；但在串行传输时，使用的是单芯同轴电缆，无法提供专用的时钟传送通道。由图6可知，在时钟信号与数据信号的跳变沿之间存在严格的定时关系，这就意味着数据信号跳变沿中含有时钟信息。串行传输正是利用这一特性，即接收端可以从输入串行数据流的跳变沿中恢复时钟信号，图7中锁相环路(PLL)的作用即在于此。它利用输入比特序列高低电平的跳变沿，通过相位比较来锁定压控振荡器(VCO)，使之产生的时钟信号与发送端的时钟保持同步。但原始数据流中难免有一长串连续的“0”或“1”，这样，接收端的时钟就会因无跳变沿而在较长时间内失去基准，不能与发送端的时钟保持同步，这不利于数据的正确恢复。而且，长串的“0”或“1”会使数据流的能量频谱集中到低频，这也不适合于信道传输特别是采用交流耦合的电路传输。为此，必须对原始数据进行随机化处理(或称加扰处理)。 　　在讨论加扰处理之前，先对“模2加”和“伪随机二进制序列”做简要说明。模2加是二进制中的一种运算方法，常用符号○表示，其运算规则是： 　　0○1=1○0=1 　　0○0=1○1=0 　　伪随机二进制序列(PRBS)也称m序列，通常由多级(m级)线性反馈移位寄存器产生，序列周期的长度为2m-1个比特。这种序列具有类似于随机噪声的统计特性，因此也称之为伪随机序列。正如一组比特序列可以用一个数学多项式表示一样，一组反馈移位寄存器也可以用多项式来表示。能够产生m序列的反馈移位寄存器，其对应的多项式称为本原多项式或生成多项式。m序列具有如下特性： 　　(1)在m序列的一个周期中，“1”的个数比“0”的个数多一个，即“1”与“0”的数目基本相等； 　　(2)连续出现的相同码称之为游程。在m序列中，短游程多，长游程少。具体而言，长度为1的游程占游程总数的1/2，长度为2的游程占1/4，如此类推。 　　基于模2加的运算规则和m序列的性质，可以得出结论：将视频原始数据序列与m序列进行模2加，在不增加比特个数的前提下原始序列的统计特性会显著改变，即连续的“0”或“1”的长度变短、长游程的个数变少，从而增加电平的跳变次数，改善数据流能量频谱的分布。这正是我们所需要的。此过程被称为扰码或称随机化处理。而在接收端，只须将输入序列与同一个m序列再进行一次模2加，即可恢复原始数据流。 　　在高清数字电视中，扰码处理的具体实现方法参见图10。图中左边第一个虚线框即为扰码器框图。标准规定，扰码器采用9级反馈移位寄存器，它的生成多项式为G1(X)=X9+X4+1，因此所产生的PRBS周期序列的长度为511b。图中D1～D9由低位至高位依次代表9个移位寄存器，由于数据流的传送次序是低位在先、高位在后，可以把最靠近输出端的寄存器定为D1。D1～D3和D5～D8的输入端无反馈，因此在多项式中对应的系数均为零。如果断开G1(X)的输入端，即不接入串行原码，虚线框内就是一个m序列发生器；如果接入串行原始数据流，这时输入的原码序列与m序列模2相加，输出的就是加扰后的串行数据流。 接收端是发送端的逆变换，如图11所示，左边第二个虚线框为解扰框图。解扰器与扰码器一样，也是采用9级移位寄存器，生成多项式仍为G1(X)= X9+X4+1，产生的PRBS序列也相同，但电路的形式不同：扰码器采用的是反馈式，解扰器采用的是前馈式。 　　在接收端，经过解扰器处理即可恢复原始串行数据流。设原始数据流二进制序列为Aj，加扰和解扰的PRBS序列均为Pk，根据前述模2加运算规则，任何二进制序列自身模2相加后，其值为零，即Pk○Pk =0，因此： 　　Aj○Pk○Pk=Aj○0=Aj 　　NRZ/NRZI编码 　　前面已提及，视频数据并行比特流的码型是NRZ码。经过并／串变换及加扰后，码型没有变化。NRZ码是以本位的低电平为“0”、高电平为“1”，码电平的取值与其相邻位的电平无关，因此属于绝对码。在图10左边第二个虚线框图中，代表的是一个单级的反馈移位寄存器，其生成多项式为G2(X)=X+1；加扰后输出的NRZ码经其变换后，成为倒相的不归零码(NRZI)，它以相邻位的电平是否跳变来表示“1”或“0”，而与本位的电平高低无关，也与本位脉冲的极性无关。因此，NRZI是一种相对码或差分码，如图12。由于它是用前后码元电平的相对变化来传送信息，即使接收端收到的码元极性与发送端的极性完全相反，它也能作出正确的判决。与NRZ码相比较，它有利于时钟信息的提取和正确解码。 　　无论是NRZ码、还是NRZI码，从图12可以看出，在码元宽度内高电平不回到零位，即它们都具有电平不归零的特征。另外，比较图12中NRZ码和NRZI码的波形，前者跳变9次，后者仅8次，这说明NRZ/NRZI变换并不能增加跳变次数，而且频谱分布也无改善。要达到这两个目的，必须进行随机化处理。 　　与加扰／解扰处理过程一样，在接收端要将NRZI码还原为NRZ码，只需把发送端的反馈式移位寄存器改为前馈式即可，如图11左边第一个虚线框所示。 　　串行传输的接口特性 　　加扰和NRZ/NRZI转换后的串行数据流还必须经线路驱动器放大处理才能馈入同轴电缆(图8)。对同轴电缆的要求是：特性阻抗为75Ω；反射损耗在5～742.5MHz频率范围内不小于15dB，在742.5～1485MHz内不小于10dB；在1/2时钟频率点(742.5MHz)以内的传输损耗不应大于20dB。 　　为与同轴电缆相匹配，对线路驱动器的要求是：不平衡输出，输出阻抗为75Ω；在75Ω电阻负载上，经1m长同轴电缆测得的发送信号幅度应为800mVp-p ±10%；反射损耗在5～742.5MHz频率范围内不小于15dB，在742.5～1485MHz内不小于10dB；当负载电阻为75Ω时，在信号幅度20%～80%处测量，上升沿和下降沿的过冲应小于标称幅度的10%。 数字高清的附属数据区和嵌入音频 　　在行、场消隐区，除了定时基准码、行序号字和CRC校验字占用少量空间外，其余大量空间都未被占用，可以用来传送附属数据，该区域称之为附属数据区。利用附属数据区传送数字音频数据，这种方式称为嵌入音频，它是附属数据的最重要的应用。 附属数据区 　　附属数据区的容量 　　一个亮度行(或色差CB/CR行)的消隐区共有720个取样字，已使用了12个字(定时基准码SAV和EAV各4个字、行序号字LN和CRC校验字各两个字)，因而每行还有708个字可用来传送附属数据。但是，视频切换是在场消隐期间进行的，在切换时可能会出现杂波干扰。对于1125/50/2∶1扫描系统，受切换干扰影响的区域为第一场中第7行的正程、第8行的逆程，以及第二场中第569行的正程和第570行的逆程。这些区域均不应插入附属数据。这样，就一帧而言，行消隐区的可用行数为1125-2= 1123行；场消隐区的可用行数为45-2 =43行。 　　由此得出行消隐区附属数据区的数据率为： 　　708字/行×1123行/帧×25帧/秒×10b/字=198.7Mb/s 　　场消隐区附属数据区的数据率为： 　　1920字/行×43行/帧×25帧/秒×10b/字＝20.6Mb/s 　　二者合计为219.3Mb/s。 　　亮度行和色差行应一起计入，可用于传送附属信号的数据率则为2×219.3 =438.6Mb/s，占总数据率的百分比为：438.6/1485=29.5%。由此可见，可利用的数据率相当可观。利用这一空间，把附属数据复用到视频数据流中，将使系统设施简化，这对于系统运行和减少投资十分有利。 　　附属数据包的格式 　　附属数据必须先格式化为附属数据包，然后经复用进入视频数据码流。附属数据包可划分为三部分：包头、用户数据区及校验和，如图13所示。 　　第一部分是附属数据包的包头，共有6个字： 　　1.ADF，为附属数据包的识别标志，表示一个附属数据包的开始。它由3个字的序列组成，依次为000h、3FFh、3FFh，即一个全“0”和两个全“1”的数据字，分别对应于最低和最高电平值。 　　2.DID，为用户数据标识字，用来表示附属数据包中用户数据的类型或性质。对于嵌入的音频数据，它使用了特定的DID字作为标识。此外，当DID字中的bit7为零时，表示后续的DBN字是它的数据标识补充字，而非数据块序号字。 　　3.DBN，为数据块序号字，对具有相同DID字标识的连续附属数据包从1开始按顺序计数，每次增加1，直到255；一旦超过255个，则再次从1至255循环计数。但当DBN字的bit7～bit0均为零时，表示DBN字不用于计数，即不能指示数据包的连续性。 　　4.DC，为数据计数字，用来指示本附属数据包中用户数据字的个数。 　　第二部分是用户数据字(UDW)，它是附属数据包中的主体或载荷，用来放置附属数据，例如音频数据。它不能使用000h、001h、002h、003h及3FCh、3FDh、3FEh、3FFh这8个数值，因为这些数据字是用作保留电平以与8-bit编码格式兼容，其中000h和3FFh已被附属数据包标识字使用。一个附属数据包内最多可以放置255个用户数据字，也可以没有用户数据字。因此，附属数据包的长度是可变的，最短为7个字(可作为填充用的附属数据包)，最长为262个字(包括CS字)。 　第三部分是一个字的校验和(CS)字，用于误码检错，检错范围为本附属数据包中自DID字起直至本附属数据包中的全部用户数据字。 　　附属数据包的插入 　　附属数据包可以插入到附属数据区中的任意位置。对于行附属数据区，它应紧随行序号字和CRC校验字之后；对于场附属数据区，它应紧随定时基准码SAV字之后。如果CRC字或SAV字之后没有ADF的3个字(000h、3FFh、3FFh)，则认为该区域不存在附属数据包。在已插入附属数据包的区域，各包之间应当相邻，不留空隙。插入时，必须保证附属数据包的完整性，不得把它拆开放置。 　　在高清数字电视中，亮度行与色差行中的附属数据区是彼此独立的。嵌入音频使用的是色差通道行消隐期中的附属数据区。色差行的行消隐区如果已经嵌入了音频数据，即使还有空闲，也不能再放置其它数据。 嵌入音频 　　在广播电视系统中，数字音频的取样频率通常采用48kHz。在25帧/秒的扫描系统中，一个视频帧的音频样值数为48000/25=1920，即一个视频帧内有整数个音频样值，这时音频的取样频率能和视频时钟保持同步，可称为同步音频。在数字音频中，通常将由同一AES/EBU音频源中得到的两个音频通道称为一个通道对，由两个通道对组成一个音频组，因而一个音频组可以有4个音频通道。 　　嵌入音频实质上是采用时分复用的方式，将数字音频数据作为附属数据并与数字视频数据合为一路数据信号。为此，须要使用两种用来传送AES/EBU音频信息的附属数据包，即音频数据包和音频控制包(与标清不同，数字高清中不使用音频扩展数据包)。这两种音频包均应符合图13所示的附属数据包的格式，它们之间的差别仅在于用户数据部分和相关的标识符。 　　从表4可以看出，利用DID字，既可以识别音频数据包或控制数据包，也可以区分同一类型音频包中的不同音频组。 　　音频数据包中携带有数字音频的样值数据，按照标准规定，它放置在CB/CR色差信号并行数据流的行附属数据区。音频控制包中所含数据用于音频数据流的解码处理，每场仅传送一次。它放置在亮度信号并行数据流切换点之后第二行的行附属数据区。对于1250/50/2∶1系统，切换点在第7行或第569行中，因而第9行和第571行就用来放置音频控制包。 　　音频数据包 　　图14表示了一个通道对(AES/EBU1为第一通道对)中一个通道(通道2)音频数据的嵌入过程。 　　图14(c)为一个音频数据包，可以看出，它完全符合图13附属数据包的格式，其中DC字规定为218h(因UDW部分始终为固定长度，计数已无实际意义)。DID的规定参见表4。用户数据字为24个字，其中CLK两个字，音频样值数据4×4个字，还有6个字为ECC纠错码。校验和字参见附属数据包的规定。整个音频数据包为31个字。 　　1.最前面的两个用户数据字为CLK字，称之为音频时钟相位数据，作为接收端再生音频取样时钟的参考。在数字标清的嵌入音频中没有CLK字。CLK由UDW0和UDW1两个字组成，其中每个字的bit 8为该字前8位的偶校验，bit 9是bit 8的逻辑非；UDW1的bit 5、6、7预置为0，还剩余13个比特：从UDW0的bit 0(最低位)开始，前12个比特标记为CK0～CK11，用于指示音频时钟相位数值；第13个比特(UDW1的bit 4)即CK12用于指示复用输出流中音频数据包相对于有关视频数据的位置。当CK12=0时，表示音频数据包紧跟在有音频样值出现的视频行之后；CK12=1时，表示音频数据包位于有音频样值出现的视频行之后的第二行。 　　为说明CLK的作用，首先要弄清什么是视频时钟和音频时钟相位数值。视频时钟就是亮度样值或色差CB/CR样值的取样周期T(13.468ns)。数字音频的取样频率为48kHz，一个音频时钟包含74.25MHz/48kHz=1546.875个视频时钟。由于一个亮度行或色差行有2640个视频时钟，对于每一个音频通道而言，一个CB/CR色差行最多只能包含两个音频样值。或者说，在一个色差行的附属数据区，最多只能插入两个音频样值。图15示出了格式化器的输入音频样值(b)与输入视频样值(a)及与复用器输出视频样值(c)的时钟对应关系。 　　图中，设t0为输入视频EAV第一个字的出现时间，该行中音频样值A到达格式化器输入端时的对应视频样值时刻为tA，t1=tA-t0就是音频样值A与视频时钟参考点t0之间的视频样值个数或视频时钟个数，该数值即为音频时钟相位数据，并以T来计量。例如，当t1=485.625T时， CK0至CK11这12个比特所代表的数值就是486，即音频样值A的时钟相位数值为486个视频时钟。图中相邻EAV之间的时间为2640T，而相邻音频样值之间的时间为1546.875T。对于音频样值A、B、C、E、G，CK12=0，因为它们各自所在的音频数据包复用在后一行(以音频样值的输入定时为参考)的行附属数据区；对于样值D、F，CK12=1，因为它们所在的音频数据包复用在后两行的行附属数据区。N/A表示视频切换点后的后一行禁止插入附属数据包。 　　2.UDW2～UDW17这16个字为音频数据。由图14可见，每个音频数据包内有一个音频组，即两个通道对；每个通道对(例如左右声道)的音频数据来自同一音频源。对于一个音频数据包而言，每个通道的样值数始终为1，对应于一个子帧。每个子帧的32个比特全部透明地成为音频数据包中相应通道的4个字。表5仅给出了一个通道对的比特分配，另一个通道对完全类似。表中“aud”为音频数据字，它的脚标号表示通道号；“反b8”意即bit 8的逻辑非；每个字中的偶校验是该字中前8位的偶校验；P、C、U和V分别为对应子帧中的校验比特、通道状态比特、用户比特和样值有效性比特，Z为AES/EBU块同步比特(192个音频帧为一个音频块)。 　　3.ECC为纠错码。这是与数字标清中嵌入音频又一不同之处，数字标清中的嵌入音频只有检错而无纠错。高清数字串行流的数据率高达1.485Gb/s，远高于数字标清，出现误码的几率增大。同时，由于人耳对音频数据中的错误比人眼对视频数据中的错误更为敏感，因而在其音频数据包中加入了纠错码，纠错范围为该包中ECC字之前的所有24个字，采用BCH(31，25)码纠错。 　　4.音频数据包的复用和传输。除第8行/570行之外，音频数据包应插入音频样值到达格式化器输入端时视频行之后第一行或第二行(有切换点时)的行附属数据区，参见图15。例如，设音频样值A到达格式化器输入端时为第N个视频行，在第N+1行无切换点时，它应当插入到第N+1行；如果N+1行有切换点，则插入到N+2行。对于任何一个音频通道，能够插入行附属数据区的音频样值数最多为两个，也可以为零。如果是两个，应该首先传输较早到达格式化器输入端的音频样值数据包。如果某一行的行附属数据区有两个音频数据包，两包之间应该相邻，不留空隙。 　　音频控制包 其作用是为接收端提供必要的解码信息，如音频通道对的取样频率和同步/异步指示、通道的有效性指示及通道对音/视频时延等。 　　音频控制包同样应符合附属数据包的格式，DID的规定参见表4。DC固定为10Bh，DBN固定为200h。包头中其它字及校验和字参见附属数据包的规定。 　　1.用户数据字中的UDW0是AF，即音频帧号。为说明音频帧序号的作用，首先应当了解音频帧序列及其长度的含义。以29.97帧/秒的扫描系统为例，当音频取样频率为48kHz时，每视频帧的音频样值数是48000/29.97=1601.6，不为整数，这不利于视音频之间的同步。但却有这样的关系：5×1601.6= 8008，即在5个视频帧之后可得到整数个音频样值。于是把5作为音频帧序列的长度。音频帧的序号从1开始、到5结束，从而形成一个音频帧序列。标准规定，奇数号音频帧(1、3、5)有稍多的整数个音频样值(1602个)，偶数号音频帧(2、4)也有整数个音频样值，但数量较少(1601个)。这样规定后，每个视频帧均有整数个音频样值，且5帧内的音频样值总数仍为8008个。音频帧序列按5帧一循环。AF字正是用来标识音频帧的序号，以指示音频帧的落入位置。 　　对于25帧/秒的扫描系统，有48000/25=1920，即每视频帧的音频样值数为整数，因此音频帧序列的长度就是1，音频帧号也始终为1。 　　AF字的比特分配是：bit 9是bit 8的逻辑非，由bit 0(最低位)开始，依次至bit 8共9个比特表示音频帧号。全零的AF值表示无帧编号。另外，在音频同步方式中，一个音频组中的4个通道具有相同的AF值。如果音频组中的通道对工作于异步方式，则不使用AF字，且将bit 0～bit 8均设置为零。 　　2.用户数据字中的UDW1为音频取样频率字(RATE)，它给出了输入音频通道对的取样频率。RATE字的比特分配见表6，其中bit 9是bit 8的逻辑非，bit 4～bit 8预置为0。 　　表中，当asx为1时，表明给定音频组中通道对工作于异步方式；X0、X1和X2组合成取样频率码，总共有8种组合方式，目前只使用了4种，其它4种作为预留。 　　3.用户数据字中UDW2为有效通道指示字(ACT)，用于指示音频通道的有效性。bit 0～bit 3依次用来指示一个音频组中第1～4通道是否有效。有效则设置为1，否则设置为0。bit 8是该字中前8位的偶校验，bit 9是bit 8的逻辑非，bit 4～bit 7预置为0。 　　4.用户字中UDW3～UDW8为通道对的延时指示字，表示以音频样值间隔测得的相对于视频的累积音频处理延时量。其中，UDW3～UDW5表示第一通道对，UDW6～UDW8为第二通道对。现以通道对1为例来说明延时字的比特分配。3个字中bit 9是bit 8的逻辑非，UDW3的bit 0称为e比特，当它为1时表示音频延时数据有效，为0时表示无效。从UDW3的bit 1开始、至UDW5中的bit 8共26个比特表示延时量数据，采用的是2的补码形式，正值表示视频超前于音频。 　　5．用户字中最后两个字UDW9和UDW10作为预留字，供将来使用。