Chapter 4 視頻信號(3)——數字分量視頻

05-10

這是我們這一節的概念圖，主題是數字分量視頻（和Video Demystified的結構不一樣，我將其打散重新整理的）。

數字分量信號由三種信號組成，這些信號可以是數字RGB或YCbCr。下面分別介紹不同解析度的數字分量視頻。

480i

數字分量視頻和模擬分量視頻有很大不同，其一是它的有效解析度由標準確定。BT.601和SMPTE 267M規定了480i數字視頻信號的表示方式。

解析度採樣率幀率960 × 480i 18.0 MHz 29.97 Hz720 × 480i 13.5 MHz 29.97 Hz864 × 480i 16.38 MHz 29.97 Hz704 × 480i 13.50 MHz 29.97 Hz640 × 480i 12.27 MHz 29.97 Hz544 × 480i 10.12 MHz 29.97 Hz528 × 480i 9.900 MHz 29.97 Hz480 × 480i 9.000 MHz 29.97 Hz352 × 480i 6.750 MHz 29.97 Hz

其中864 × 480i是16:9像素格式，640 × 480i是4:3像素格式。

重點介紹模擬分量視頻和數字分量視頻的關係。

480i介紹720 × 480i解析度，其他解析度可以對照一下介紹理解，其餘解析度的圖參見Video Demystified Chapter 4（480p，576i等都如此）。

上圖是採樣率為13.5MHz，解析度720 × 480i的數字分量視頻和模擬分量視頻的關係。

上節我們講到過，480i的每行掃描線時間約為63.556μs。當採樣率為13.5MHz時，平均1/13.5=0.074μs採樣一個點。採樣的點的個數應為63.556/0.074≈858。

858點中，後720個點作為數字視頻的像素採樣點，而前138個稱為數字消隱期，BT.601規定前肩有16個採樣點，CEA-861D（HDMI和DVI時序標準）規定前肩有19個採樣點。

下面看水平消隱信號H、垂直消隱信號V和場信號F的情況。

如上圖右表所示，1-3線F=1，V=1，代表視頻信號還未開始，上一幀圖像剛剛結束；4-22線F=0，V=1，代表場1（奇數場）即將開始，做好準備，但是還沒有視頻信號；23-262線F=0，V=0，場1視頻信號；263-265；F=0，V=1，場1視頻信號結束；266-285線F=1，V=1，代表場2（偶數場）即將開始，做好準備，但是還沒有視頻信號；286-525線F=1，V=0，場2視頻信號。（之後的576i類似，若無特殊情況，直接省略其分析

）

如上圖右所示，垂直方向是每條線，水平方向是線內，在每條線開始，有一個EAV（End Active Video）信號，代表上條線結束，行消隱信號H=1，行消隱期過去後，有一個SAV（Start Active Video）信號，代表行消隱期結束，H=0。

H、V、F是數字分量視頻中的一些控制信號。

關於480i數字分量視頻，只介紹這麼多。

480p

BT.1358和SMPTE 293M規定了480p數字視頻信號的表示方式。

解析度採樣率幀率960 × 480p 36.0 MHz 59.94 Hz720 × 480p 27.0 MHz 59.94 Hz864 × 480p 32.75 MHz 59.94 Hz704 × 480p 27.00 MHz 59.94 Hz640 × 480p 24.54 MHz 59.94 Hz544 × 480p 20.25 MHz 59.94 Hz528 × 480p 19.80 MHz 59.94 Hz480 × 480p 18.00 MHz 59.94 Hz352 × 480p 13.50 MHz 59.94 Hz

其中864 × 480p是16:9像素格式，640 × 480p是4:3像素格式。

上圖是採樣率為27MHz，解析度720 × 480p的數字分量視頻和模擬分量視頻的關係。

上節我們講到過，480p的每行掃描線時間約為31.778μs。當採樣率為27MHz時，平均1/13.5=0.037μs採樣一個點。採樣的點的個數應為31.778/0.037≈858。（和480i類似，後面的576i，576p都是這麼分析的）

858點中，後720個點作為數字視頻的像素採樣點，而前138個稱為數字消隱期。

下面看水平消隱信號H、垂直消隱信號V和場信號F的情況。

如上圖右所示，F恆為0，因為逐行視頻沒有場的概念。1-44線V=1，代表上一幀圖像剛剛結束，下一幀圖像還未開始，現在處於垂直消隱期；45-524線V=0，代表這一幀圖像開始；525線V=1，代表這一幀圖像結束。（之後的576p等類似，若無特殊情況，直接省略其分析）

H的分析和480i相同，之後若無特殊情況，直接省略其分析。

576i

BT.601和SMPTE 267M規定了576i數字視頻信號的表示方式。

解析度採樣率幀率960 × 576i 18.0 MHz 25 Hz720 × 576i 13.5 MHz 25 Hz1024 × 576i 19.67 MHz 25 Hz768 × 576i 14.75 MHz 25 Hz704 × 576i 13.50 MHz 25 Hz544 × 576i 10.12 MHz 25 Hz480 × 576i 9.000 MHz 25 Hz

其中1024 × 576i是16:9像素格式，768 × 576i是4:3像素格式。

數字分量視頻和模擬分量視頻關係：

H、V、F信號：

576p

BT.1358規定了576p數字視頻信號的表示方式。

解析度採樣率幀率960 × 576p 36.0 MHz 50 Hz720 × 576p 27.0 MHz 50 Hz1024 × 576p 39.33 MHz 50 Hz768 × 576p 29.5 MHz 50 Hz704 × 576p 27.00 MHz 50 Hz544 × 576p 20.25 MHz 50 Hz480 × 576p 18.00 MHz 50 Hz

其中1024 × 576p是16:9像素格式，768 × 576p是4:3像素格式。

數字分量視頻和模擬分量視頻關係：

H、V、F關係：

720p

SMPTE 296M規定了720p數字視頻信號的表示方式。

解析度採樣率幀率1280 × 720p 74.176 MHz 23.976 Hz1280 × 720p 74.250 MHz 24.000 Hz1280 × 720p 74.250 MHz 25.000 Hz1280 × 720p 74.176 MHz 29.970 Hz1280 × 720p 74.250 MHz 30.000 Hz1280 × 720p 74.250 MHz 50.000 Hz1280 × 720p 74.176 MHz 59.940 Hz1280 × 720p 74.250 MHz 60.000 Hz

1280 × 720p是16:9像素格式。4:3像素格式應為960 × 720p（Standard TV）。BT.601規定的720p視頻像素格式1080 × 720p（3:2）。

模擬分量視頻和數字分量視頻的關係（幀率：59.94Hz，採樣率：74.176MHz或幀率：60Hz，採樣率：74.25MHz）：

總採樣點1650，後1280作為像素採樣點，前370為數字消隱期採樣；在數字消隱期中，開始110個採樣點為C Samples（具體含義我也不太理解，明白以後補充）。

注意不同採樣率下的區別。

H、V、F信號如下。

1080i

ITU-R BT.709和SMPTE 274M規定了1080i數字視頻信號的表示方式（前三個）。

解析度採樣率幀率1920 × 1080i 74.250 MHz 25.00 Hz1920 × 1080i 74.176 MHz 29.97 Hz1920 × 1080i 74.250 MHz 30.00 Hz1280 × 1080i 49.500 MHz 25.00 Hz1280 × 1080i 49.451 MHz 29.97 Hz1280 × 1080i 49.500 MHz 30.00 Hz1440 × 1080i 55.688 MHz 25.00 Hz1440 × 1080i 55.632 MHz 29.97 Hz1440 × 1080i 55.688 MHz 30.00 Hz

TU-R BT.709和SMPTE 274M使用的是16:9寬高比。1440 × 1080i是4:3寬高比。

模擬分量視頻和數字分量視頻的關係（幀率：29.97Hz，採樣率：74.176MHz或幀率：30Hz，採樣率：74.25MHz）：

圖中共四類採樣點。

A Sample：有效水平採樣點1920。

B Sample：全部水品採樣點2200。

C Sample：水平消隱採樣點280。

D Sample：88。（與720p中的C Sample相同）

一般的1080i模數關係：

不同解析度、幀率、採樣率採樣點：

H、V、F信號：

1080p

ITU-R BT.709和SMPTE 274M規定了1080i數字視頻信號的表示方式（前8個）。

解析度採樣率幀率1920 × 1080p 74.176 MHz 23.976 Hz1920 × 1080p 74.250 MHz 24.000 Hz1920 × 1080p 74.250 MHz 25.000 Hz1920 × 1080p 74.176 MHz 29.970 Hz1920 × 1080p 74.250 MHz 30.000 Hz1920 × 1080p 148.50 MHz 50.000 Hz1920 × 1080p 148.35 MHz 59.940 Hz1920 × 1080p 148.50 MHz 60.000 Hz1280 × 1080p 49.451 MHz 23.976 Hz1280 × 1080p 49.500 MHz 24.000 Hz1280 × 1080p 49.500 MHz 25.000 Hz1280 × 1080p 49.451 MHz 29.970 Hz1280 × 1080p 49.500 MHz 30.000 Hz1280 × 1080p 99.000 MHz 50.000 Hz1280 × 1080p 98.901 MHz 59.940 Hz1280 × 1080p 99.000 MHz 60.000 Hz1440 × 1080p 55.632 MHz 23.976 Hz1440 × 1080p 55.688 MHz 24.000 Hz1440 × 1080p 55.688 MHz 25.000 Hz1440 × 1080p 55.632 MHz 29.970 Hz1440 × 1080p 55.688 MHz 30.000 Hz1440 × 1080p 111.38 MHz 50.000 Hz1440 × 1080p 111.26 MHz 59.940 Hz1440 × 1080p 111.38 MHz 60.000 Hz

TU-R BT.709和SMPTE 274M使用的是16:9寬高比。1440 × 1080i是4:3寬高比。

模擬分量視頻和數字分量視頻的關係（幀率：59.94Hz，採樣率：148.35MHz或幀率：60Hz，採樣率：148.5MHz）：

圖中共四類採樣點。

A Sample：有效水平採樣點1920。

B Sample：全部水品採樣點2200。

C Sample：水平消隱採樣點280。

D Sample：88。（與720p中的C Sample相同）

一般的1080p模數關係：

不同解析度、幀率、採樣率採樣點：

H、V、F信號：

一些其他解析度視頻別稱

640 × 400 VGA640 × 480 VGA854 × 480 WVGA800 × 600 SVGA1024 × 768 XGA1280 × 768 WXGA1366 × 768 WXGA1024 × 1024 XGA1280 × 1024 SXGA1600 × 1024 WSXGA1600 × 1200 UXGA1920 × 1200 WUXGA

16:9和4:3視頻

其中480視頻的16:9格式，理想應為854 × 480，但是864 × 480可以用在MPEG 16 × 16塊中，因此，一般選用這種解析度。