Ключові положення. Перетворення аналогового ТВ сигналу в цифровий формат

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Перетворення аналогового ТВ сигналу в цифровий формат. Перетворення аналогових ТВ сигналів систем будь-яких рівнів, як і будь-яких інших аналогових сигналів, в цифровий формат здійснюється в три етапи:

- обмеження по спектру і дискретизація аналогового ТВ сигналу;

- квантування по рівню дискретизованих телевізійних сигналів;

- подання квантованих рівнів сигналів у вигляді кодових послідовностей.

Проте, враховуючи те, що приймачем інформації в телебаченні є людське око, то в процесі перетворення необхідно враховувати властивості зорової системи людини. Це дозволить без зниження (чи при незначному зниженні) якості зображення зменшити швидкість цифрового потоку, вже перетвореного в цифровий формат телевізійного сигналу, ще до стиснення на подальших етапах
обробляння.

Перетворення телевізійного зображення в цифровий формат передбачає порядкову та покадрову дискретизацію (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 ‑ Процес дискретизації аналогового відеосигналу по рядку

Для збереження рівня якості аналогового зображення після переходу на цифровий формат, необхідно, щоб кількість відліків була не меншою, ніж кількість елементів зображення. Прийнято представляти один елемент зображення одним відліком. При цьому, в цифровому телебаченні прийнято представляти телевізійне зображення у вигляді матриці з елементів зображення. Ця матриця характеризується кількістю елементів зображення по горизонталі та по вертикалі, що в цілому характеризує роздільну здатність зображення.

По чіткості телевізійні системи прийнято розділяти на наступні рівні:

- системи телебачення обмеженої чіткості (LDTV);

- системи телебачення стандартної чіткості (SDTV);

- системи телебачення підвищеної чіткості (EDTV);

- системи телебачення надвисокої чіткості (UHDTV).

На рис. 4.2 приведена класифікація телевізійних систем за рівнями чіткості з вказанням роздільної здатності для кожного рівня. На цьому рисунку позначення " Р" поряд з роздільною здатністю вказує на прогресивну розгортку.

Рисунок 4.2 ‑ Класифікація телевізійних систем за рівнем чіткості

На сьогоднішній час максимальним рівнем телевізійних систем є системи надвисокої чіткості (UHDTV), кількість рядків в яких подвоєна або збільшена учетверо в порівнянні з системами телебачення високої чіткості і складає 3840× 2160 і 7680× 4320 відповідно. Основним застосуванням таких систем є цифрове кіно, проте останнім часом спостерігається тенденція до поступового впровадження цього формату в цифрове телевізійне мовлення ‑ перші випробування вже були успішно проведені.

Типову структурну схему тракту перетворення аналого-цифрового й цифро-аналогового перетворення сигналів наведено на рис. 4.3.

Рисунок 4.3 – Структурна схема тракту аналого-цифрового перетворення

У різних стандартах на аналогові мовленнєві системи телебачення визначені різні значення ширини смуги частот, необхідної для передавання повного колірного телевізійного відеосигналу. Так, наприклад, у системах аналогового телевізійного мовлення, прийнятих у Європі, ширина смуги частот радіотракту передавання повного телевізійного сигналу зі звуковим супроводом становить
7 МГц або 8 МГц, причому для передавання сигналу яскравості виділена смуга відповідно 5 МГц або 6 МГц, а для передавання кольорорізницевих сигналів – від 0, 7 до 1, 5 МГц. Сигнал колірності, тобто підносійне коливання колірності, модульований кольорізницєвими сигналами, передається шляхом частотного ущільнення в смугу сигналу яскравості. Виходячи із цього й вибираються параметри предфільтра аналого-цифрового перетворювача.

Зважаючи на те, що загасання у смузі затримки постфільтра, використовуваного для відновлення вихідного аналогового сигналу, є завжди кінцевим, тоді при відновленні зображення може з'являтися ледве помітна структура, яка є завадою дискретизації. Для компенсації впливу цієї завади дискретизації на передане зображення на приймальній стороні проводять обмеження спектра вхідних сигналів за допомогою предфільтра, тобто фільтра нижніх частот.

Для компенсації спотворень при цифро-аналоговому перетворенні проводять sinc-корекцію. Це дозволяє отримати результуючу імпульсну характеристику цифро-аналогового перетворювача й постфільтра, близьку до функції sin(x)/ x, яка відповідає квазіпрямокутній амплітудно-частотній характеристиці без фазових спотворень, тобто близькій до характеристики ідеального ФНЧ.

Дискретизація аналогових ТВ сигналів. Для телевізійних зображень визначена ортогональна структура дискретизувальної решітки, при яких вузли дискретизації знаходяться на перетині двох взаємно ортогональних решіток. Горизонтальні лінії таких решіток, що дискретизують зображення по вертикалі, утворюють рядки розгортки, а розташування вертикальних ліній грат визначається дискретизацією зображення по горизонталі і залежить від частоти дискретизації сигналу (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Ортогональна структура дискретизації

У різних застосуваннях структури дискретизації кольорорізницевих сигналів будуються таким чином, що на 4 відліки сигналу яскравості доводиться по 4, по 2 або по 1 відліку двох кольорорізницевих сигналів. Відповідно, частота дискретизації кольорорізницевих сигналів вибирається рівною, або в два рази або в чотири рази менше частоти дискретизації сигналу яскравості. Для вказівки того, як співвідносяться структури і відповідно частоти дискретизації сигналу яскравості і кольорорізницевих сигналів, у світовій практиці використовуються позначення 4: 4: 4, 4: 2: 2, 4: 2: 0, 4: 1: 1.

Наприклад, за структури дискретизації 4: 4: 4 позначення означає наступне:

В даному прикладі частоти дискретизації сигналів яскравості і кольорорізницевих сигналів вибрані однаковими.

На рис. 4.5 показані структури дискретизації 4: 4: 4, 4: 2: 2, 4: 2: 0.

Рисунок 4.5 ‑ Можливі варіанти структури дискретизації

У структурі 4: 4: 4 на кожен відлік сигналу яскравості доводиться по одному відліку червонорізницєвого і синерізницєвого сигналів, що відносяться до однієї точки кольорового зображення. Структурі 4: 4: 4 відповідає найбільша швидкість цифрового потоку, і вона в основному використовується в телевізійному виробництві для високоякісних застосувань.

Структура 4: 2: 2 також використовується для студійного виробництва. Відліки кольорорізницевих сигналів поєднуються в просторі, як і для структури 4: 4: 4, але при цьому використовується двократне проріджування по горизонталі. При цьому загальна швидкість цифрового потоку, що містить інформацію яскравості і колірності зображення, знижується в 1, 5 рази в порівнянні з форматом 4: 4: 4, і при цьому знижується роздільна здатність по колірності в горизонтальному напрямі удвічі.

Структура дискретизації 4: 2: 0 використовується в основному в системах мовлення і мультимедійних застосуваннях (наприклад, в застосованнях відеоконференцій), оскільки при зниженні швидкості в 2 рази в порівнянні із структурою 4: 4: 4 роздільна здатність у вертикальному і горизонтальному напрямах знижується у рівній мірі.

Для спрощення міжнародного обміну програмами телебачення стандартної чіткості з черезрядковим форматом розкладання визначені єдині для усіх стандартів аналогового сигналу значення частот дискретизації: 13, 5 МГц для сигналу яскравості і 3, 375 Мгц або 6, 75 Мгц для кольорорізницевих сигналів за структури дискретизації 4: 2: 0 або 4: 2: 2 відповідно.

Характеристики аналогових сигналів систем різних рівнів та параметри аналого-цифрового перетворення надано в табл. 4.1. Позначення " І" вказує на черезрядкову розгортку, " Р" ‑ на прогресивну. Цифра перед цими позначеннями означає кількість кадрів в секунду.

Таблиця 4.1 – Характеристики аналогових сигналів систем різних рівнів та параметри аналого-цифрового перетворення (для структури
дискретизації 4: 2: 2)

Наведені значення відповідають структурі дискретизації 4: 2: 2. При застосуванні структури дискретизації 4: 2: 0 частота дискретизації кольорорізницевих сигналів відповідно в чотири рази меншою за частоту дискретизації сигналу
яскравості.

Квантування та двійкове кодування. Для спрощення міжнародного обміну цифровими програмами визначене 8- або 10-розрядне кодування для обох форматів представлення аналогових сигналів – черезрядкового й прогресивного. Це відповідає 256 або 1024 рівням квантування, однак не всі з них можуть використовувались для квантування рівнів дискретизованих сигналів. Для мультимедійних застосовань можуть використовувати й більшу кількість розрядів.

Швидкість цифрового потоку на виході АЦП для ТВ сигналів. Швидкість цифрового потоку визначається характеристиками цифрових сигналів, що їх передають, зокрема обраними частотами дискретизації та структурою дискретизації кольорорізницевих сигналів та сигналу яскравості. В узагальненому вигляді це може показано в такому вигляді:

де

‑ швидкість цифрового потоку для відеосигналу;

‑ частота дискретизації сигналу яскравості, прийнята до використання (табл. 4.1);

‑ коефіцієнт, що визначає співвідношення частот дискретизації сигналу яскравості та кольорорізницевих сигналів.

Так, наприклад, для випадку системи SDTV з черезрядковою розгорткою за структури дискретизації 4: 2: 2 швидкість цифрового потоку буде такою: