(по цифровому вещанию) Dvorkovich_V_Cifrovye_videoinformacionnye_sistemy

Глава 2. Системы формирования и передачи видеоинформации

Рис. 2.5. Векторные диаграммы сигналов цветных полос различных систем цветного телевидения

Таблица 2.3. Параметры сигналов цветных полос NTSC

В соответствии со стандартом на систему PAL фильтры, осуществляющие ограничение спектра сигналов EU и EV , должны иметь затухание не более 3 дБ на частоте 1,3 МГц и не менее 20 дБ на частоте 4 МГц.

2.2. Цветное телевидение

Таблица 2.4. Изменение фазы поднесущей по строкам сигнала NTSC

Форма осциллограмм цветоразностных сигналов и полного цветового ТВ-сиг- нала PAL при передаче цветных полос 75%-й яркости и 100%-й насыщенности приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Изображение цветных полос и форма соответствующих сигналов системы PAL

Вспышка цветовой поднесущей передается на задней площадке строчного гасящего импульса (10 ± 1 периодов колебаний), ее фаза коммутируется от строки к строке и составляет 135◦ в строках, где передается сигнал +EV , и −135◦ в строках, где передается сигнал −EV . Наглядное представление о сигнале цветности дает векторная диаграмма рис. 2.5. В табл. 2.5 приведены основные параметры составляющих полного цветового ТВ-сигнала цветных полос.

Глава 2. Системы формирования и передачи видеоинформации

Ввиду того, что в системе PAL в двух смежных строках передаются различные сигналы цветности, а частота цветовой поднесущей равна сумме нечетной гармоники четверти строчной частоты и частоты кадров (кроме стандарта N), полный цикл изменения сигнала цветности равен четырем кадрам (см. табл. 2.6) [1.48].

При использовании в качестве частоты дискретизации четвертой гармоники цветовой поднесущей и 9-разрядного кодирования объем информации преобразованного в цифровой код полного цветового ТВ-сигнала системы PAL составит:

–для стандарта N — I0 ≈ 128,7 Мбит/с;

–для стандартов B, G, H, I — I0 ≈ 159,6 Мбит/с.

Таблица 2.5. Параметры сигналов цветных полос PAL

Примечание: F и F — вид передаваемого сигнала; 0, π/2, π, 3π/2 — фаза поднесущей.

2.2.3.Система SECAM

Всистеме SECAM [1.9, 1.37, 1.43, 1.44, 1.49] (см. табл. 2.2) сигнал цветности представляет собой две цветовых поднесущих, промодулированных по частоте

Глава 2. Системы формирования и передачи видеоинформации

Рис. 2.8. Параметры цепей формирования сигналов цветности системы SECAM

На рис. 2.8 приведена номинальная результирующая АЧХ цепи предыскажений цветоразностных сигналов и ФНЧ, ограничивающих их спектр. Подавление спектра этих сигналов на частоте 1,3 МГц должно быть менее 3 дБ, а на частоте 3,5 МГц — более 30 дБ.

В результате предкоррекции сигналов DR и DB на их перепадах появляются выбросы (см. рис. 2.7), размах которых с учетом ограничения спектра сигналов примерно равен размаху перепадов. Для ограничения диапазона изменения поднесущих частот в частотном модуляторе производят ограничение выбросов, превышающих границы интервалов:

+1,25 и − 1,81 для сигнала DR;

+2,20 и − 1,52 для сигнала DB .

Номинальная девиация частот цветовых поднесущих, соответствующая уровням цветоразностных сигналов, равным 1,0, должна быть 280 кГц в строке с сигналом DR и 230 кГц в строке с сигналом DB (рис. 2.9).

Предкорректированные сигналы DR модулируют по частоте цветовую поднесущую f0R = 282 · fH = 4,40625 МГц, а предкорректированные сигналы DB — цветовую поднесущую f0B = 272 · fH = 4,25 МГц.

Предельная величина девиации, соответствующая передаче пиковых значений цветоразностных сигналов, равна:

–для сигнала DR: +350 кГц и −506 кГц;

–для сигнала DB : +506 кГц и −350 кГц.

2.2. Цветное телевидение

Рис. 2.9. Диаграммы, поясняющие взаимосвязь между частотами поднесущих системы SECAM и их девиацией

Характеристики модуляторов также изображены на рис. 2.8. Иллюстрацией здесь могут служить данные, приведенные на рис. 2.9 и в табл. 2.7.

Ввиду того, что частоты f0R и f0B кратны частоте строк, без использования специальных мер цветовые поднесущие на экране кинескопа могут создавать заметный узор из темных и светлых полос.

Для снижения заметности этого рисунка производят коммутацию фазы цветовых поднесущих по следующему закону: фаза цветовых поднесущих независимо от вида модулирующих сигналов (DR или DB ) изменяется на 180◦ в начале и

вконце каждой третьей строки и, кроме того, в начале и конце каждого поля.

Втабл. 2.8 приведено изменение вида сигнала цветности и фазы цветовых

поднесущих по строкам в системе SECAM (передаваемый сигнал DR обозначен буквой R, а DB — буквой B) [1.48].

Глава 2. Системы формирования и передачи видеоинформации

Таблица 2.7. Параметры сигналов цветных полос SECAM

Примечание: СЦС —сигналы цветовой синхронизации, передаваемые в интервале кадрового гасящего импульса.

Для повышения помехоустойчивости декодирования цветоразностных сигналов дополнительно производится предварительная коррекция частотно-модули- рованных поднесущих с помощью цепи, комплексный коэффициент передачи которой:

Номинальная АЧХ этой цепи также приведена на рис. 2.8.

Включение в приемнике корректирующих цепей на поднесущей и по видеочастоте с характеристиками, обратными KП(i f ) и KB (i f ), обеспечивает уменьшение суммарной мощности флуктуационных помех в цветоразностных сигналах примерно в 4 раза. Форма цветовых поднесущих после предкоррекции при передаче цветных полос и форма полного цветового ТВ-сигнала в активных строках растра приведены на рис. 2.8. Наглядное представление о взаимосвязи между частотами поднесущих, их девиациями дает рис. 2.9.

Полный цветовой ТВ-сигнал формируется путем сложения сигналов яркости, цветности и синхронизации.

Сигналы цветовой синхронизации (СЦС) передаются в строках с 7-й по 15-ю и с 320-й по 328-ю и формируются из разнополярных импульсов с пилообразным фронтом. Номинальные размахи СЦС в строках DR и DB соответственно равны 0,54 В и 0,5 В. Форма СЦС приведена на рис. 2.10. В табл. 2.7 даны основные параметры сигналов цветных полос, кодируемых по системе SECAM.

При использовании в качестве частоты дискретизации четвертой гармоники цветовой поднесущей покоя в строках DR и 9-разрядном кодировании объем информации преобразованного в цифровой код полного цветового ТВ-сигнала системы SECAM составит I0 ≈ 158,6 Мбит/с.

2.2. Цветное телевидение

Таблица 2.8. Изменение сигналов цветности и фаз цветовых поднесущих по строкам сигнала SECAM

Рис. 2.10. Сигналы синхронизации полного цветового ТВ-сигнала системы SECAM

В табл. 2.9 сведены данные о требуемой скорости цифровой передачи монохромного ТВ-сигнала и cигналов различных систем цветного телевидения.

2.2.4.Цифровые компонентные телевизионные сигналы

Уменьшение объема информации при цифровой передаче сигналов цветного телевидения возможно при кодировании компонент полного цветового ТВ-сигнала.

К примеру, в системе NTSC сигналы EY , EI и EQ могут быть продискретизированы с соответствующими частотами Котельникова–Найквиста 8,4 МГц, 3 МГц и 1,2 МГц. При 8-битовом квантовании сигнала яркости и 7-битовом —

Глава 2. Системы формирования и передачи видеоинформации

Таблица 2.9. Сравнение объемов информации для различных систем цветного телевидения

сигналов цветности, получим поток 96,6 Мбит/с, что соответствует дискретизации полного ТВ-сигнала 9-битовым ИКМ.

Если снизить цветовую четкость изображения по вертикали до цветовой четкости по горизонтали, т. е. уменьшить количество строк для сигнала EI в два раза, а для сигнала EQ — в четыре раза, то цифровой поток станет равным 79,8 Мбит/с.

Дополнительное сокращение цифрового потока связано с устранением пассивных участков строк и полей. В этом случае цифровой поток станет равным 60 Мбит/с.

Кодирование составляющих сигналов PAL и SECAM может осуществляться аналогичным образом, хотя потребуется несколько большая скорость передачи ввиду расширения полосы частот используемых сигналов яркости и цветности.

Так, для телевизионного стандарта, используемого в России (граничная частота спектра сигнала яркости 6 МГц и граничные частоты спектров цветоразностных сигналов — 1,5 МГц), требуется использование цифрового потока порядка 80 Мбит/с (с учетом сокращения цветовой четкости по вертикали в 4 раза и устранения гасящих интервалов).

Попытка создать цифровой сигнал, совместимый с компонентами сигналов NTSC, PAL и SECAM привела к созданию международного стандарта покомпонентного кодирования полного цветового ТВ-сигнала [1.36, 1.37, 1.50].

Этот стандарт предусматривает передачу сигналов яркости EY и цветоразностных сигналов ER−Y и EB−Y , преобразованных в 8-разрядный цифровой код с частотой дискретизации:

fDY = 858 · fH NTSC = 864 · fH PAL / SECAM = 13,5 МГц —для яркостного сигнала, fDR−Y /B−Y = 6,75 МГц —для цветоразностных сигналов.

Здесь fH NTSC — частота строк для стандартов на 525/60 строк/полей в секунду, fH PAL / SECAM — частота строк для стандартов на 625/50 строк/полей в секунду.

Для передачи диапазона размахов сигналов в пределах от 0 до 1,0 (1,0 — максимальный размах сигнала яркости) из общего числа 256 уровней — квантования отведено 220 уровней для сигнала яркости и 225 уровней для цветоразностных сигналов.

Максимальный и минимальный (255 и 0) уровни зарезервированы для сигналов синхронизации, диапазон изменений информационных сигналов 1. . . 254.

2.2. Цветное телевидение

Цифровой сигнал яркости определяется как:

YD = round(219EY + 16),

а цветоразностных сигналов:

CR = round(112ER−Y /0, 701 + 128),

CB = round(112EB−Y /0, 886 + 128),

где round(x) —округление x до ближайшего целого.

Амплитудный диапазон сигнала ER−Y лежит в пределах −0,701. . . +0,701, а сигнала EB−Y — в пределах −0,886. . . +0,886.

Крайние числа этих пределов соответствуют максимальным и минимальным уровням цветоразностных сигналов при передаче цветных полос 100%-й яркости и насыщенности.

Дискретизирующая структура должна быть ортогональной и статической в пространстве и во времени. Отсчеты сигналов цветности в строке должны позиционно совпадать с нечетными отсчетами сигнала яркости.

В студийном варианте обычно производится непрерывная дискретизация сигнала яркости и цветоразностных сигналов без устранения пассивных участков этих сигналов. В этом случае при 8-битовом квантовании возникает цифровой поток объемом 216 Мбит/с.

При устранении пассивных интервалов и обеспечении равной четкости изображения по горизонтали и вертикали объем информации может быть существенно сокращен.

При частоте дискретизации 13,5 МГц количество отсчетов в строчном интервале ТВ-стандарта 625/25 равно 864. В активной части строки укладывается 720 отсчетов сигнала яркости.

Если формат изображения определяется соотношением 4 : 3, то в кадре должно быть использовано: 720 · 3/4 = 540 строк (при равной четкости по горизонтали и вертикали). Однако в стандартном телевизионном вещании используется 576 активных строк.

При 360 отсчетах каждого из цветоразностных сигналов в активной части строчного интервала количество используемых строк составляет 288. Таким образом, в случае 8-разрядного кодирования (см. рис. 2.11) сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов общая скорость цифрового потока составит:

I0 = 8 · 25 · [720 · 576 + 2 · 360 · 288] = 124,416 Мбит/с.

Здесь число 25 — количество кадрам в секунду.

Для обеспечения качества вещания, соответствующего стандартным системам цветного телевидения, учитывая, что спектры цветоразностных сигналов примерно в четыре раза уже спектра сигнала яркости, частота дискретизации сигналов цветности может быть уменьшена еще в два раза, а количество используемых строк сокращено до 144. В этом случае объем информации о цветоразностных сигналах может быть дополнительно сокращен в четыре раза, и общая скорость цифрового потока составит:

I0 = 103,68 Мбит/с.

В американском стандарте используется 640 отсчетов в активной части строк и 480 активных строк при частоте кадров, равной 30 кадров в секунду. Следо-