1、數(shù)字視頻分量編碼在廣播電視行業(yè)中，數(shù)字電視是一項(xiàng)全新的系統(tǒng)概念，它包含了從攝制，發(fā)送，傳輸?shù)浇邮盏娜^(guò)程，都使用數(shù)字技術(shù)（也就是信號(hào)全用。和1表示）的電視系統(tǒng)，數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù)也成為不可動(dòng)搖的事實(shí)，數(shù)字電視節(jié)目容量巨大，畫面更清晰，是模擬電視節(jié)目無(wú)法比擬的。根據(jù)CCIR601建議的電視演播室的編碼標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)彩色電視信號(hào)的編碼方式、取樣頻率、取樣結(jié)構(gòu)都作了明確的規(guī)定，接下來(lái)本文就數(shù)字視頻分量編碼取樣格式的問題做一簡(jiǎn)要的介紹。1 .視頻信號(hào)的編碼方式在數(shù)字電視中，首先是要將模擬電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，彩色電視信號(hào)所用的PCM編碼（脈沖編碼調(diào)制）方式有兩種：即復(fù)合編碼和分量編碼。復(fù)合編碼是將模擬

2、的全電視信號(hào)直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以形成數(shù)字式全電視信號(hào)（碼率低、有干擾）；而分然后將這些信號(hào)并路合成為數(shù)字式全電視信號(hào)（碼率高、質(zhì)量高）。量編碼則是分別對(duì)亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)Cr、Cb進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，復(fù)合編碼是將復(fù)合彩色信號(hào)直接編成PCM形式，復(fù)合編碼的優(yōu)點(diǎn)是碼率低些，設(shè)備較簡(jiǎn)單，適用于在模擬系統(tǒng)中插入單個(gè)數(shù)字設(shè)備的情況。復(fù)合編碼的缺點(diǎn)由于數(shù)字電視的抽樣頻率必須與副載頻保持一定的關(guān)系，而各種制式的副載頻各不相同，難以統(tǒng),采用復(fù)合編碼時(shí)由抽樣頻率和副載頻間的差拍造成的干擾將影響圖像的質(zhì)量。分量編碼是將本基色信號(hào)R、GB分量或亮度和色差信號(hào)Y、Cr(R-Y)、Cb(B-Y)分別編碼成PCM形式。分量編

3、碼的特點(diǎn)：編碼與原模擬信號(hào)制式無(wú)關(guān)，采用分時(shí)復(fù)用方式，避免了亮色串?dāng)_；在分量編碼中，亮度信號(hào)用較高的碼率傳送，兩個(gè)色差信號(hào)的碼率可低一些，但總的碼率比較高，設(shè)備價(jià)格相應(yīng)較貴。復(fù)合編碼早雖然實(shí)用簡(jiǎn)單，但是分量編碼消除了電視制式的差別，使三大電式制式在數(shù)字電視上得到了統(tǒng)一，為國(guó)際間電視節(jié)目交流提供了方便，分量編碼方式已經(jīng)成為世界統(tǒng)一的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)。2 .數(shù)字視頻信號(hào)分量編碼格式電視模擬信號(hào)有3種制式,即NTSCPAL和SECAM這3種制式以掃描方式來(lái)分又可分為625行/50場(chǎng)和525行/60場(chǎng)兩種系統(tǒng)。模擬視頻信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在編碼時(shí)首先要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù)奈奎斯特取樣定理：對(duì)于一個(gè)最

4、高頻率為fm的模擬信號(hào)，當(dāng)選取的取樣頻率fS>2fm時(shí)，經(jīng)過(guò)取樣后的離散信號(hào)序列能夠包含模擬信號(hào)的全部信息，并能通過(guò)反轉(zhuǎn)換和低通濾波不失真地恢復(fù)出原模擬信號(hào)。根據(jù)取樣定理，為了防止頻譜混疊失真，分量編碼Y、Cr和Cb必須滿足奈奎斯特取樣定律，根據(jù)CCIR601建議亮度信號(hào)Y的抽樣頻率為525行/60場(chǎng)和625行/50場(chǎng)兩系統(tǒng)行頻最小公倍數(shù)2.25MHz的6倍，即以13.5MHz進(jìn)行取樣，現(xiàn)行的電視制式，亮度信號(hào)的最大帶寬是6MHz13.5MHz2*6MHz滿足奈奎斯特定理，經(jīng)處理后每個(gè)有效行內(nèi)都取720個(gè)亮度信號(hào)樣值，兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cb的抽樣頻率均為亮度信號(hào)的一半，即6. 75MHz

5、,在每個(gè)有效行內(nèi)，Cr和Cb的取樣點(diǎn)數(shù)也分別是亮度信號(hào)樣值點(diǎn)數(shù)的一半，即各取360個(gè)，同理Cr和Cb兩個(gè)色差信號(hào)的抽樣頻率也符合奈奎斯特定理，上述即為數(shù)字電視演播室數(shù)字化分量編碼標(biāo)準(zhǔn)。3.數(shù)字視頻的取樣格式我們看到，分量編碼后的三個(gè)量值，亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cbo而對(duì)兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cb的取值不同可分為這么幾種格式4：4：4,4：2：2,4：1：1,4：2：0；第一位數(shù)值表示亮度Y分量樣本的數(shù)量，后兩個(gè)值分別表示兩個(gè)色差分量Cr和Cb樣本的數(shù)量，下面簡(jiǎn)單的介紹一個(gè)下面幾種格式：4：4：4這種取樣格式，是指亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cb取樣頻率均為13.5MHz,且取樣結(jié)構(gòu)完全相

6、同，即在每條掃描線上，每四個(gè)連續(xù)的取樣點(diǎn)取四個(gè)亮度Y樣本、四個(gè)紅色差Cr樣本和四個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，就這相當(dāng)于每個(gè)像素用三個(gè)樣本表示，雖然這種格式信息量很大，色彩質(zhì)量高，但對(duì)信號(hào)處理質(zhì)量要求需較高的設(shè)備。4：2：2指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)取樣取4個(gè)亮度Y樣本，2個(gè)紅色差Cr樣本和2個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，亮度信號(hào)取樣頻率為13.5MHz,兩個(gè)色差信號(hào)取樣頻率均為6.75MHZ0如圖2所示。如表1所示，這種格式廣泛應(yīng)用于演播室節(jié)目制作和傳輸中，仍然是質(zhì)量相當(dāng)高的色度抽樣方法，他比較完整的保留了模擬視頻信號(hào)的原始信息，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)清晰度高端數(shù)字視頻格式采用這一比率，4：2：2是CCIR601建義的格式。4

7、：1：1取樣格式是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的取樣點(diǎn)，取4個(gè)亮度信號(hào)Y樣本，一個(gè)紅色差Cr樣本和一個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)的取樣頻率，分別為13.5MHZ、3.375MHz、3.375MHz、Y、Cr和Cb的比值為4；1；1,在數(shù)據(jù)傳送時(shí)每一行傳送亮度值Y為720個(gè)，色差樣值Cr和Cb各180個(gè)。Cr和Cb的樣值總和為360個(gè)。4：2：0取樣格式是指在水平和垂直方向上每2個(gè)連續(xù)的取樣點(diǎn)上取2個(gè)亮度信號(hào)Y樣本，一個(gè)紅色差Cr樣本和一個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，亮度信號(hào)取樣頻率為13.5MHz兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cb都以6.75MHz的頻率取樣，這一點(diǎn)同4：2：2格式相同，但在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，除亮

8、度信號(hào)數(shù)值為720個(gè)外，每一行只傳送兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cb其中的一種，其樣值也為360個(gè)，兩種色差樣值每行交替?zhèn)魉汀＿@就是通常所說(shuō)的4：2：0取樣格式，在這里我們要注意Cr和Cb取樣的起點(diǎn)和Y是相同的，4：2：0中的0它表示的是兩種色差值在傳送時(shí)是每行交替進(jìn)行的，而絕不是有一個(gè)色差信號(hào)不取樣，這點(diǎn)比較容易被人誤解。4.4：1：1與4：2：0格式的區(qū)別4：1:1格式在每一個(gè)有效行內(nèi)都有亮度樣值720個(gè)，色差樣值Cr和Cb各180個(gè)；而4：2：0格式在每一個(gè)有效行內(nèi)，除有亮度樣值720個(gè)外，只有色差樣值Cr或Cb其中的一種360個(gè)出現(xiàn)，在相鄰的有效行之間Cr、Cb交替出現(xiàn)，這是4：1：1和4：2：0的不同之處。從圖4中可以看出4：2：。并非Cb取樣為零而是和4：1：1相比，在水平方向上提高1倍色差采樣頻率，但在垂直