第一节 高清晰度电视技术
一、电视清晰度的技术标准
数字高清晰度电视是指HDTV节目全部采用数字方式制作、传输和接收。同时，数字电视系统能够提供多种业务形式，能够实现交互、数据广播和与计算机联网等功能。
高清晰度电视（HDTV）的“高清晰度”指与现行电视相比，其主要优点在于能实现无失真传输，并能充分利用有限的频谱资源。它可提供相当于标准清晰度电视画面5倍的信息量，最高清晰度超过1300线，相当于模拟电视画面清晰度的2～3倍，具有极高的图像分辨率和清晰度，采用16∶9的图像模式的宽屏显示更符合人们的视觉习惯；在音频方面，高清晰度电视采用杜比公司的AC-3解码技术，可接收和输出5.1声道信号，并具有极好的音质和真正的环绕音效。
通过高清晰度电视不仅可以观赏到高清晰度画面，领略逼真的音质和真正的环绕音效，而且还可以自由点播节目、可以自己控制视频效果、可以充分享受交互式功能服务。采用数字式播放，在原来模拟电视的一个频道内，可同时播放4套以上的数字电视节目，在按国际规定分配的频域内同时播放节目的频道数将比模拟方式增加几十倍，大量地节省了资金。还可根据频道数据流的情况，在播出电视节目的同时播出可供计算机接收的数据。这将充分发挥电视节目制作人员的积极性，并开辟创造性的空间。
电视清晰度的标准是这样描述的：
设计一个电视系统，要考虑的重要参数有场频率和水平清晰度等。在电视技术中一般用垂直和水平两个方向的清晰度来表示电视的清晰度。
垂直清晰度即是图像可以分解出多少水平线条数，最大垂直清晰度由垂直扫描总行数所决定。由于隔行扫描将造成局部的并行，所以实际的垂直清晰度还要把总的有效扫描行数乘以一个Kell系数。在2∶1隔行扫描方式中，Kell系数为0.7，即垂直清晰度为有效电视行数的0.7倍。
水平清晰度定义为图像上可以分清的垂直线条数。水平清晰度与图像传感器的像素数和视频系统的频带宽度有直接关系。水平清晰度和垂直清晰度采用统一的度量标准，图像的垂直清晰度和水平清晰度数量应该是一样的。图像的宽高比系数是大于1的，图像的水平清晰度线数应该是实际能分清的黑白垂直线条数除以宽高比系数。
水平清晰度的计算公式为：（式中：TVL为电视线、PH为每个图像高度。）
水平清晰度TVI/PH=有效时间（μs）×2×频带宽度（MHz）÷宽高比系数
我国GB3174-82 彩色电视广播标准规定，每帧图像为625行，去掉50行消隐之后，有效行数为575行。所以，我国现行电视标准的垂直清晰度为575×0.7=403 TVL/PH。因为垂直清晰度不受频带宽度的限制，所以这就是实际传送到用户电视接收机的接收清晰度。
我国电视标准规定行周期为64μs，去掉12μs的行消隐时间，有效行时间为52μs，标准视频带宽为6MHz，所以我国现行电视标准的水平清晰度为：
水平清晰度（SDTV）=52（μs）×2×6（MHz）÷4÷3=468TVL/PH
最大水平清晰度是由视频带宽和有效行时间等因素决定的。因为1MHz信号的周期为1μs，所以，在一行时间内将产生52个周期。又因为电视线定义为黑和白的过渡，所以在一个有效行里，1MHz的信号将产生104条黑白线条。104除以宽高比系数，即为78TVL/PH。计算我国PAL制图像清晰度时，每1MHz视频带宽可以产生大约80电视线水平清晰度的依据。10MHz的视频带宽，即可以产生800 TVL/PH的水平清晰度。
电影与电视对清晰度的定义有所不同。在电影技术中400线清晰度是指显示400对（800条）线，而在电视技术中400线清晰度是指显示400条（200对）线。
高清晰度电视画面宽高比为16∶9，在水平方向上显示400条黑白线称为水平清晰度为400线或225电视线，每1 MHz带宽相当于225电视线/7.734 MHz = 29电视线/1 MHz，400线/7.734 MHz = 52线/1 MHz，高清晰度电视亮度信号的传输带宽最大为30 MHz，相当于水平清晰度，30 MHz ×29电视线/1 MHz = 870电视线，30 MHz×52线/1 MHz = 1550线，重现1920线需要的带宽为1920/52 = 37.125 MHz（取样频率74.25 MHz的1/2）。
高清晰度电视（HDTV）标准
ITU（国际电讯联盟）推荐的HDTV标准（ITU-R BT.709-3建议书部分内容）
美国电影电视工程师协会的HDTV标准（SMPTE 274M部分内容）
国家广电总局的HDTV标准（GY/T 155-2000 高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值部分内容）
二、高清晰度数字电视技术
1.摄像机的清晰度
摄像机的CCD电荷耦合器的水平清晰度，决定于CCD传感器的水平像素数。数字分量电视的亮度信号取样频率为13.5MHz，最大视频带宽为6.75MHz，所以最高水平清晰度为：
水平清晰度（HDTV）=52（μs）×2×6.75（MHz）÷4÷3=526.5TVL/PH
为了取得526.5TVL/PH的水平清晰度，摄像机CCD传感器的水平像素数应该是：526.5×4÷3=702。实际上，池上、日立、Sony等公司的演播室用标准清晰度摄像机，水平像素数都已经高于1000像素，达到了较高水平。
2.扫描方式
一次连续扫描完成一帧电视画面的方式称为逐行扫描，它的优点是：没有隔行扫描所特有的帧间闪烁感，有利于图形和图像的计算机处理，长时间观看眼睛不易疲劳。逐行扫描的缺点是与相同场频的隔行扫描方式相比数据量比较大。逐行扫描主要应用在计算机显示器和美国DTV的480/60P，720/60P以及1080/24P。
分两次或多次交错扫描完成一帧电视画面的方式称为隔行扫描，它的优点是：与相同帧频的逐行扫描方式相比数据量只有一半或几分之一，隔行扫描的缺点是：帧间闪烁感觉明显，不利于图形和图像的计算机处理，长时间观看眼睛容易疲劳。
1080×1920隔行扫描图像格式，每帧图像为2073600像素，每秒传送62208000像素。720×1280逐行扫描图像格式，每帧图像为921600像素，每秒传送55296000像素。从每秒传送的数据量来看，两种格式的差别是不太大的，但是，隔行扫描格式可以产生较高的静态图像清晰度，而逐行扫描格式可以产生较高的瞬态图像清晰度。
在数字电视系统中经常使用1080/60i之类的表示方法，1080表示每帧有效扫描行数，60表示帧或场频，最后是小写的i或大写P，i表示隔行（interlace）扫描，P表示逐行（Progressive）扫描。例如，1080/60i表示有效扫描行数1080行，场频60Hz的隔行扫描方式，720/60P表示有效扫描行数720行，帧频60Hz的逐行扫描方式。
采用上述方法，美国的NTSC制可表示为480/60i，欧洲和中国的PAL制可表示为576/50i。
目前数字电视系统并没有统一的表示方法，因此经常可以见到其他的表示法。例如，有帧或场频时用1080i、720P表示扫描线数和扫描方式，扫描线数时用50i或60P表示帧或场频和扫描方式。1080/50i，720/60P还可以表示为1080/50/2∶1，720/60/1∶1。有时还会用@代替/，如1080@60i，720@60P等。也有用总扫描线数代替有效扫描线的，如1125/60i，750/60P，其他的还有1080i/50，1080i/50Hz等表示方法。
1080/24P（简称24P或24F）是一种专门用于后期制作的高清晰度电视格式，它采用的24帧逐行扫描方式与每秒24幅画面的电影胶片具有每帧电视图像与每幅画面一一对应的关系，因此，在进行胶片与磁带的相互转换时不会产生因帧频变换而带来的图像质量损失。24P采用的逐行扫描方式，1920×1080方形像素为计算机图形和图像处理提供了良好的基础。
1080/24P是电影与电视结合的最佳桥梁，已经被美国的节目制作行业，特别是采用胶片作为前期拍摄的节目制作公司接受为后期制作的标准，正在成为国际间高清晰度电视节目的交换标准。
3.技术原理
HDTV的首要条件是其图像质量与35mm电影质量相当，通过严格的主观与客观实验比较得出结论：S16mm和16mm胶片所得到的图像的分辨率与HDTV典型图像格式所能够实现的分辨率相差较大，而35mm胶片图像与HDTV图像的质量非常接近。
一个通常意义上的HDTV系统是指HDTV编码传输和接收解码系统，不包括HDTV摄录设备和显示设备。该系统所应达到的主要目标是：
高质量视频：HDTV，同时可以收看SDTV 和LDTV。
高质量音频：5.1路环绕声，包括立体声，多语种等。
广播频道所规定的带宽内（我国：8 MHz）最大容量数据流传输。
最大的广播信号覆盖范围（对不同传输媒介有不同要求）。
与计算机的可互操作性（主要是指显示格式及网络传输能力）。
一个HDTV系统的基本组成，在应用中分为发射和接收两个子系统，发射部分在广播者一方，决定了系统质量的上限和系统的扩展能力，接收端是数字电视机的接收电路主要部分，与发射端相比，灵活性减少，但强调对标准的遵守和对显示格式的兼容。该系统在技术上可以分为信源和信道两部分。
信源部分是数字信号处理密集区，算法主要依照MPEG-2标准（多声道音频编解码还可依照Dolby AC-3算法实现），视频编码器的性能对整个HDTV系统的性能有决定性影响，对图像数据的压缩比应在30∶1到50∶1之间，HDTV视频对信号处理速度要求高，为了在给定压缩率的前提下得到更高的解码图像质量，应重视视频信号预处理、量化矩阵系数以及缓存器控制策略等内部处理环节的方法选择。信源系统业务灵活具备可扩展性，能够完成各种数字码流的组合、调整以及提供与各种传输网络（电信、卫星、电缆、地面等等）相适配的接口。
信道部分的任务是在给定传输带宽和考虑传输信道所存在的各种干扰前提下保证最大容量数据流的正确传输与接收。它与所传输的数据内容无关，这是一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台，既可传输HDTV节目的编码数据，也可传输多路SDTV节目的编码数据。数字信号的调制与解调的具体技术内容决定了信道部分的主要性能，其采用不同方法构成了各国DTV传输标准的主要不同。有两种技术标准体制：美国的VSB和欧洲的COFDM，VSB源于传统的电视单载波残留边带调制技术，技术上较成熟，在美国经过严格的实验室和野外测试；COFDM是多载波并行正交调制，理论上在地面开路传输信道中可用于移动接收并能够实现单频网（SFN）广播，欧洲仍在继续搜集各种实测参数。HDTV系统所用发射机可以用现有电视发射机改装，但当对发射效率要求高时，应采取预校正等措施保证其带内线性及对带外的抑制。系统所用调谐器也可以根据现有设计并在满足信道数字解调要求的基础上改装。
数字电视系统与模拟电视系统的根本区别在于电视信号编码和传输体制的改变，即信源部分和信道部分对数字技术的采用。数字电视是一个体系，包括HDTV、SDTV和LDTV等不同应用档次，不同应用的实现只需更换视频编解码器。
专业术语
高清晰度电视 电视清晰度 垂直清晰度 水平清晰度 视频带宽隔行扫描 逐行扫描 1080/60i 720/60P
