高清基础知识介绍

高清基础知识介绍第一页，共二十二页，2022年，8月28日

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高清基本概念高清接口标准第二页，共二十二页，2022年，8月28日基本概念标清：物理分辨率480P及以下高清：HighDefinition，简称HD，物理分辨率达到720P/1080P/1080i，其中i（interlace）是指隔行扫描；P（Progressive）代表逐行扫描中国国家标准：1080/50i第三页，共二十二页，2022年，8月28日基本概念基本定义-逐行扫描与隔行扫描逐行扫描：每一帧图像均是由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成。要得到稳定的逐行扫描图像，每帧图像必须扫描整数行。举例来说，一帧图像是连续扫描625行组成的，每秒钟共扫描50帧图像，即帧扫描频率为50帧/秒，或写成50Hz(赫兹)，行扫描频率为31.25kHz。隔行扫描：为降低信号的频谱及传送该信号的信道带宽，把一幅625行图像分成两场来扫，第一场称奇数场，只扫描625行的奇数行(依次扫描1、3、5、…行)，而第二场(偶数场)只扫描625行的偶数行(依次扫描2、4、6、…行)，通过两场扫描完成原来一帧图像扫描的行数，这就是隔行扫描。对于每帧图像为625行的隔行扫描，每帧图像分两场扫，每一场只扫描了312.5行，而每秒钟只要扫描25帧图像就可以了，故每秒钟共扫描50场(奇数场与偶数场各25场)，即隔行扫描时帧频为25Hz、场频为50Hz，而行扫描频率为15.625kHz。隔行扫描的缺点：隔行扫描会产生行间闪烁效应、出现并行现象及出现垂直边沿锯齿化现象等不良效应。自从数字电视发展后，为了得到高品质的图像质量，逐行扫描也已成为数字电视扫描的优选方案。第四页，共二十二页，2022年，8月28日基本概念基本定义-高清国家标准P是逐行扫描英文Progressive的第一个字母，I是隔行扫描的英文Interlace的第一个字母。

720P表示在光栅的垂直方向有720行逐行扫描线合成一帧图像，即我们看到的一副电视画面。与此类似，1080I指的是垂直方向1080行隔行扫描线合成一帧图像，1080P表示垂直方向1080行逐行扫描合成一帧图像。 在数字电视系统中，通过扫描格式变换电路，可以把1080I的隔行扫描图像信号变换为逐行扫描的720P和1080P视频信号，以减少行间闪烁，提高图像清晰度。以I、P之类的概念来宣传高清并不科学。2000年国家广电总局确定1080/50i为中国高清晰度电视信号的信号源标准。正确解读：我国的标准清晰度电视（SDTV）图像格式为720*756，高清晰度电视（HDTV）图像格式为1920*1080，其数值分别指的是一帧图像在水平和垂直方向上的有效像素点。只有图像信号格式为1920*1080，并且图像处理后的物理分辨力能达到1920*1080的才能称为高清电视。第五页，共二十二页，2022年，8月28日高清接口标准HDMI：High-DefinitionMultimediaInterface，即：高清晰多媒体接口

DVI：DigitalVisualInterface

，即：数字视频接口SDI：SerialDigitalInterface

即：串行数字接口YPbPr：色差分量端子第六页，共二十二页，2022年，8月28日HDMI接口介绍首个支持在单线缆上传输不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口，由SiliconImage美国晶像公司倡导，联合索尼、日立、松下、飞利浦、汤姆逊、东芝等八家著名的消费类电子制造商联合成立的工作组共同开发的。HDMI最早的接口规范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的最高版本是HDMI1.4规范。HDMI源于DVI接口技术，它们主要是以美国晶像公司的TMDS信号传输技术为核心，这也就是为何HDMI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因。最高带宽可以达到4.95Gbps，实际视频信号传输带宽接近4Gbps，（1080P（60Hz）所需的带宽为2.2Gbps)，同时提供最高8路，每路采样频率192kHz的高质量音频信号。第七页，共二十二页，2022年，8月28日HDMI接口介绍HDMI接口－连接器图例

第八页，共二十二页，2022年，8月28日HDMI接口介绍HDMI接口说明-传输信号格式及特点

HDMI可支持的数字视频格式有：

SXGA：1280X1024@85Hz

UXGA：1600X1200@60Hz

SDTV标清：480i、480p、576i、576p

HDTV高清：720p、1080i、1080PHDMI支持的数字音频格式有：

CD：16位@32、44.1、48KHz

DVD-VIDEO：8通道数字音频@96KHz

DVD-AUDIO：1通道的24位@192KHz

DolbyDigital/DTSHDMI的特点： 只需一条连接线就可对无压缩高清晰实时数字信号进行传输。 支持更高质量(10位/12位)数字视频信号的传送，以及数字音频(包括DVD-AUDIO)的传输。 采用辅助分组数据传输技术实现与音频信号的整合，只用一根HDMI连接线就可完成高清晰度图像和数字伴音的传播，根本不用任何音频连接线。 数字声音也能支持双波段脉冲编码调制(PCM)、杜比数字和数据传输系统。 具有宽带数字内容保护HDCP功能。－传输距离：10－15米－传输带宽：5Gbps第九页，共二十二页，2022年，8月28日HDMI接口介绍HDMI接口说明-原理简介一（基本传输原理）HDMI源于DVI接口技术，它们主要是以美国晶像公司的TMDS信号传输技术为核心，这也就是为何HDMI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因。TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling）也被称为最小化传输差分信号，是指通过异或及异或非等逻辑算法将原始信号数据转换成10位，前8为数据由原始信号经运算后获得，第9位指示运算的方式，第10位用来对应直流平衡（DC-balanced，就是指在编码过程中保证信道中直流偏移为零，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配），转换后的数据以差分传动方式传送。这种算法使得被传输信号过渡过程的上冲和下冲减小，传输的数据趋于直流平衡，使信号对传输线的电磁干扰减少，提高信号传输的速度和可靠性。

一般情况下，HDMI连接由一对信号源和接受器组成，有时候一个系统中也可以包含多个HDMI输入或者输出设备。每个HDMI信号输入接口都可以依据标准接收连接器的信息，同样信号输出接口也会携带所有的信号信息。HDMI数据线和接收器包括三个不同的TMDS数据信息通道和一个时钟通道，这些通道支持视频、音频数据和附加信息，视频、音频数据和附加信息通过三个通道传送到接收器上，而视频的像素时钟则通过TMDS时钟通道传送，接收器接受这个频率参数之后，再还原另外三个数据信息通道传递过来的信息。

第十页，共二十二页，2022年，8月28日HDMI接口介绍HDMI接口说明-原理简介二（视频和音频信号传输

）HDMI输入的源编码格式包括视频像素数据、控制数据和数据包。其中数据包中包含有音频数据和辅助信息数据，同时HDMI为了获得声音数据和控制数据的高可靠性，数据包中还包括一个BCH错误纠正码。HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，但最终都是在每一个TMDS通道中包含2位的控制数据、8位的视频数据和4位的数据包。HDMI的数据传输过程可以分成三个部分：视频数据传输期、岛屿数据传输期和控制数据传输期。视频数据传输期，HDMI数据线上传送视频像素信号，视频信号经过编码，生成3路（即3个TMDS数据信息通道，每路8位）共24位的视频数据流，输入到HDMI发射器中。24位像素的视频信号通过TMDS通道传输，将每通道8位的信号编码转换为10位，在每个10位像素时钟周期传送一个最小化的信号序列，视频信号被调制为TMDS数据信号传送出去，最后到接受器中接收。岛屿数据传输期，TMDS通道上将出现音频数据和辅助数据，这些数据每4位被一组，构成一个上面提到的4位数据包，数据包和视频数据一样，被调制为10位一组的的TMDS信号后发出。视频数据传输期和岛屿数据传输期均开始于一个GuardBand保护频带，GuardBand由2个特殊的字符组成，这样设计的目的在于在明确限定控制数据传输期之后的跳转是视频数据传输期。控制数据传输期，在上面任意两个数据传输周期之间，每一个TMDS通道包含2位的控制数据，这一共6位的控制数据分别为HSYNC（行同步）、VSYNC（场同步）、CTL0、CTL1、CTL2和CTL3。每个TMDS通道包含2位的控制数据，采用从2位到10位的的编码方法，在每个控制周期最后的阶段，CTL0、CTL1、CTL2和CTL3组成的文件头，说明下一个周期是视频数据传输期还是岛屿数据传输期。岛屿数据和控制数据的传输是在视频数据传输的消隐期，这意味着在传输音频数据和其他辅助数据的时候，并不会占据视频数据传输的带宽，并且也不要一个单独的通道来传输音频数据和其他辅助数据，这也就是为什么一根HDMI数据线可以同时传输视频信号和音频信号的原因。第十一页，共二十二页，2022年，8月28日HDMI接口介绍HDMI接口说明-原理简介三（高音视频带宽）HDMI的数据信息的处理可以有多种不同的方式，也就是说HMDI支持多种方式的视频编码，通过对3个TMDS数据信息通道的合理分配，既可以传输RGB数字色度分量的4：4：4信号，也可以传输YCbCr数字色差分量的4：2：2信号，最高可满足24位视频信号的传输需要。HDMI每个TMDS通道视频像素流的速率一般在25MHz～165MHz之间，HDMI1.3规范已经将这一上限提升到了225MHz，当视频格式的速率低于25MHz时，将使用像素重复法来传输，即视频流中的像素被重复使用。以每个TMDS通道最高165MHz的频率计算，3个TMDS通道传输R/G/B或者Y/Cb/Cr格式编码的24位像素视频数据，最高带宽可以达到4.95Gbps，实际视频信号传输带宽接近4Gbps，而现在最高规格的高清视频格式1080p所需的带宽仅仅为2.2Gbps，因此HDMI拥有的充足带宽不仅可以满足现在高清视频的需要，在今后相当长一段时间内都可以提供对更高清晰度视频格式的支持。除了高的视频信号带宽之外，HDMI还在协议中加入了对音频信号传输的支持，形成了业界首个单线缆多媒体接口协议。HDMI的音频信号不占用额外的通道，而是采用和其他辅助信息一起组成数据包，利用3个TMDS通道在视频信号传输的消隐期，以岛屿数据的形式传送。即使在传输1080p（60Hz）的视频信号的时候，还可以提供最高8路，每路采样频率192kHz的高质量音频信号，相比之下，CD音频制式44.1kHz的两声道信号，以及最新的DVD－Audio音频格式96kHz的6声道信号，就相形见绌了。第十二页，共二十二页，2022年，8月28日DVI接口介绍DVI全称为DigitalVisualInterface，是1999年由SiliconImage、Intel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成的数字显示工作组DDWG(DigitalDisplayWorkingGroup)推出的接口标准。显示设备采用DVI接口具有主要有以下两大优点：1、速度快：DVI传输的是数字信号，数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上，因此减少了数字→模拟→数字繁琐的转换过程，大大节省了时间，因此它的速度更快，有效消除拖影现象，而且使用DVI进行数据传输，信号没有衰减，色彩更纯净，更逼真。2、画面清晰:计算机内部传输的是二进制的数字信号，使用VGA接口连接液晶显示器的话就需要先把信号通过显卡中的D/A(数字/模拟)转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，这些信号通过模拟信号线传输到液晶内部还需要相应的A/D(模拟/数字)转换器将模拟信号再一次转变成数字信号才能在液晶上显示出图像来。在上述的D/A、A/D转换和信号传输过程中不可避免会出现信号的损失和受到干扰，导致图像出现失真甚至显示错误，而DVI接口无需进行这些转换，避免了信号的损失，使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大提高。传输距离：5米传输带宽：8Gbps第十三页，共二十二页，2022年，8月28日DVI接口介绍DVI接口有多种规格，分为DVI-A、DVI-D和DVI-I，其中DVI-A其实就是VGA接口标准，目前的DVI接口主要是DVI-D和DVI-I两种，而这两种规格中，又再分为“双通道”和“单通道”两种类型，我们平时见到的都是单通道版的，双通道版的成本很高，因此只有部分专业设备才具备。在画面显示上，单通道的DVI支持的分辨率和双通道的完全一样，但刷新率却只有双通道的一半左右，会造成显示质量的下降。一般来讲，单通道的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

第十四页，共二十二页，2022年，8月28日SDI接口介绍SDI接口说明-定义串行数字接口SDI（SerialDigitalInterface）其标准由移动图像和电视工程师协会(SMPTE)制定，在当今的广播和视频产品领域得到了广泛的应用。SDI标准规定了怎样通过视频同轴电缆在产品设备之间传送未经压缩的串行数字视频数据。根据数据速率不同，有两种SDI标准：标准清晰度（SD）SDI和高清晰度（HD）SDI。SD－SDI与HD－SDI这两个标准的基本电气规范相同，其主要差别是HD-SDI具有更高的1.485Gbps和1.485/1001Gbps数据速率，而SD-SDI数据速率范围为143Mbps至540Mbps，最常用速率为270Mbps。

第十五页，共二十二页，2022年，8月28日SDI接口介绍SDI接口-连接器图例

第十六页，共二十二页，2022年，8月28日SDI接口介绍SDI接口说明-传输信号格式信号格式传输方式有效码率1080/60i1080/60i1244.16Mbps1080/30P1080/30P或1080/30Psf1080/50i1080/50i

1036.8Mbps

1080/25P1080/25P或1080/25Psf1080/24P1080/24P或1080/24Psf

995.328Mbps720/60P720/60P(不支持720/60Psf)1105.92Mbps第十七页，共二十二页，2022年，8月28日SDI接口介绍SDI接口说明-原理简介一串行接口是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口，不能直接传送压缩数字信号，数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后，必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统，人们常在SDI信号中嵌入数字音频信号，也就是将数字音频信号插入到视频信号的行、场同步脉冲（行、场消隐）期间与数字分量视频信号同时传输。对于HD-SDI来说，高清的亮度信号的带宽是30MHz，色差信号（CB、CR）的带宽是亮度信号带宽的一半，也就是15MHz。根据取样定理，取样频率必须在带宽的2倍以上。广电部门规定Y信号的取样频率为74.25MHz，CB、CR信号的取样频率为37.125MHz，量化位数为10比特(1024阶调)。这就意味着用74.25MHz取样的话，Y信号、CB、CR信号各取样一次就行。也就是说一个样点包含了二个分量数字信号（CB，Y）或（CR，Y），数据宽度为20比特。将此数据转换为串行数据，即构成串行传输信号，其传输速率为：74.25MHz×20=1.485Gb/sHD-SDI信号里，除了有效视频信号之外，在视频信号消隐区间里还叠加有其他信息。如有效视频的起始点和终止点EAV/SAV、行数信息LN、冗余校正吗CRC、辅助数据ANC等信息。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日SDI接口介绍SDI接口说明-原理简介二在传输上，由于HD-SDI的传输速率高达1.485Gb/s，其频谱分布一般在4GHz以上，所以在HD-SDI信号传输时必须使用高频衰减较少的特性阻抗75Ω专用电缆，否则将无法正确接收数字信号。对于短距离电缆，频率特性几乎是平坦的；对于长距离电缆，频率越高衰减量增大。评估电缆所能传输的最大距离为频率750MHz时，电缆衰减量为20dB的长度，大约为110m。最大长度还和输出端信号的幅度、抖动量、接收端的均衡能力有关。目前，所使用的电缆一般为Belden1694A或5CFB。为了便于电缆传输，HD-SDI信号通过电缆驱动器（数据率在SD-SDI时270Mb/s，驱