Демультиплексор.

На вход демультиплексора поступает цифровой поток SDI. Демультиплексор преобразует поток в отдельные яркостной и цветоразностные сигналы, представленные в параллельной форме.

В стыке 4: 2: 2 видеоданные обычно передаются в мультиплексированной форме со скоростью 27 Mбайт/с (период тактовых импульсов равен 37 нс). Цифровые видеоданные состоят из трех независимых составляющих: отсчетов Y, поступающих с частотой 13.5 МГц, отсчетов Cb, поступающих с частотой 6.75 МГц, и отсчетов Cr с частотой 6.75 МГц. Мультиплексирование трех потоков данных с кратными скоростями передачи - довольно легкая задача. Ее выполняет четырехвходовый переключатель, поочередно подающий на выход данные Cb, Y, Cr, Y. Весь цикл занимает два периода тактовой частоты канала яркости. Группа (триада) Cb, Y, Cr начинается с передачи сигнала Cb и представляет собой значения сигнала яркости и цветоразностных сигналов для одного элемента изображения; для следующего за ним элемента передается только значение яркости (без цветоразностных сигналов).

Для надежного демультиплексирования получающегося потока данных на приемной стороне необходимо внедрить в поток данных какие-либо специальные " форматные метки", обозначающие начало (и/или окончание) цикла передачи. Их роль играют два синхросигнала (TRS - Timing Reference Signals): один в начале каждого блока видеоданных (SAV - Start of Active Video) и другой в конце каждого блока видеоданных (EAV - End of Active Video). В интервале времени между этими двумя сигналами передаются видеоданные цифровой активной строки, образующие блок из 1440 кодовых слов мультиплексированных видеоданных, разбитых на 360 групп по четыре отсчета: Cb, Y, Cr, Y, Cb, Y.... Границы групп Cb, Y, Cr, Y внутри этого блока никак не обозначены - они определяются демультиплексором путем счета тактов относительно SAV.

Рис. 4.2.1. Формат данных и синхросигналы

Поскольку на практике употребляются как 8-битные, так и 10-битные данные, стандартом предусмотрены особые правила преобразования 8-битных байтов видеоданных в 10-битные и обратно. В частности, двум зарезервированным кодовым словам 8-битной системы соответствуют восемь " запретных" кодовых комбинаций 10-битной системы. Таким образом, коды 000h-003h и 3FCh-3FFh должны считаться эквивалентами кодов 00h и FFh, соответственно.

В 10-битовом представлении принято обозначение старшего бита (MSB) бита - D9, а младшего бита данных (LSB) - D0. При передаче 8-битных видеоданных старший бит остается тем же самым (D9), но младшие 2 бита просто обнуляются.

Цифровые синхросигналы (TRS) состоят из четырех байтов, первые три из которых представляют собой простую последовательность зарезервированных кодов. Четвертый байт состоит из двух полубайтов, обозначаемых PQ или XY. В таблице показаны шестнадцатеричные значения этих байтов:

Примечание: XYZ - это данные PQ, сдвинутые на два бита влево с обнулением младших разрядов D1 и D0

Старший полубайт Q является управляющим, а младший полубайт P служит для обнаружения и коррекции ошибок передачи полубайта Q. Четыре бита полубайта Q обозначаются D7- D4 и имеют следующие функции:

· D7 - всегда равен 1

· D6 - бит четности поля (F):
F = 0 - нечетное поле, F = 1- четное поле

· D5 - флаг активной части кадра (V):
V = 0 внутри цифровой активной части изображения, V = 1 внутри вертикального гасящего интервала

· D4 - флаг цифровой активной части строки (H):
H = 0 - начало активной части (SAV), H = 1 - конец активной части (EAV)

Для формирования и проверки полубайта P используются определенные стандартом просмотровые таблицы (LUT) сравнительно небольшого объема. При этом обнаруживаются и исправляются одиночные ошибки передачи, а парные ошибки - только обнаруживаются.

Рассмотрим структура цифрового потока формата 4: 2: 2.

Рис. 4.2.2. Структура цифрового птока формата 4: 2: 2

Из 864 отсчетов яркости 720 отсчетов относятся к цифровой активной части строки, но только 702 из них входят в аналоговую активную часть. Полная строка начинается с отсчета Y0 и заканчивается отсчетом Y719. Отсчет Y732 должен совпадать с серединой фронта синхроимпульса аналогового сигнала (с моментом 0h). 10 отсчетов слева и 8 отсчетов справа от аналоговой активной части обеспечивают защитный интервал, предотвращающий проникновение нежелательных цифровых краевых эффектов в видимую зрителем часть строки. Восемнадцать крайних отсчетов не гасятся в цифровых трактах, но подлежат гашению при цифро-аналоговом преобразовании. В оптимальном варианте гашение происходит методом плавного двустороннего ограничения (dynamic clipping) с соблюдением предусмотренной стандартом длительности фронтов гашения, однако во многих реальных устройствах эта операция выполняется более грубыми методами.

Структура дискретизации - это двумерный или трехмерный узор, образуемый точками взятия отсчетов. Например в случае цифрового композитного сигнала PAL, дискретизируемого с частотой 4fsc, решетка дискретизации скошена (неортогональная дискретизация) из-за наличия 25-Гц офсета цветовой поднесущей PAL. Для компонентных видеосигналов 4: 2: 2 применяется прямая (ортогональная) решетка. Каждый второй отсчет сигнала яркости Y (четный, поскольку нумерация отсчетов начинается с нуля) совпадает в пространстве с отсчетами Cb и Cr.

По вертикали ТВ экрана цифровая активная часть кадра также несколько больше аналоговой активной части. Каждое цифровое поле содержит целое и одинаковое число активных строк - 288, в отличие от аналогового представления с 287.5 активными строками. Активными являются цифровые строки с 23-й по 310-ю и с 336-й по 623-ю. Нумерация цифровых строк изменяется синхронно с окончанием кода цифровой синхронизации, т.е. несколько ранее момента 0h, используемого для аналоговой нумерации строк.

Шкалы квантования сигналов выбирались в результате компромисса между относительном уровнем ошибок квантования (шума квантования) и величиной запаса по динамическому диапазону.

Рис. 4.2.3. Шкала квантования 4: 2: 2

Строго говоря, ошибки квантования не являются случайными, и к ним не применимы методы статического анализа. Тем не менее, для целей сравнения с другими источниками искажений можно считать, что среднеквадратическое значение уровня шума квантования составляет около 35% от величины шага квантования. Нетрудно вычислить, что 8-битовое кодирование 100% сигнала посредством 220 шагов квантования дает значение отношения сигнал/шум 56.8 дБ. Однако реальный мешающий эффект ошибок квантования намного больше из-за повышенной заметности ложных контуров, возникающих на плавных переходах яркости изображения.

Запас шкалы квантования в канале яркости относительно невелик - 19 уровней 8-битовой шкалы (8.6%) над уровнем белого и 14 уровней (6.4%) ниже уровня черного. Этого запаса достаточно для передачи точно отрегулированных студийных сигналов, однако во внестудийных условиях приходится надеяться только на защитное ограничение уровней аналогового сигнала перед подачей его на вход АЦП. Кроме того, малая величина запаса не позволяет передавать через стыки формата 4: 2: 2 некоторые испытательные сигналы, - например сигнал пилы с насадкой, традиционно применяемый для измерения нелинейных искажений. Запас в канале цветоразностных сигналов составляет по 14 уровней (6.3%) с каждой стороны, однако он практически ни на что не влияет, поскольку в реальных условиях сигналы с насыщенностью более 100% почти не встречаются.

10-битовое кодирование отсчетов существенно (в 4 раза, т.е. на 12 дБ) улучшает ситуацию с ошибками квантования, но никак не влияет на относительную величину запаса по динамическому диапазону.

Для обозначения уровней квантования применяются различные способы записи:

· десятичный - с уровнями от 0 до 255 в 8-битовом варианте или от 0 до 1023 в 10-битовом варианте

· шестнадцатеричный (hexadecimal - " hex") - с уровнями от 0 до FF в 8-битовом варианте или от 0 до 3FF в 10-битовом варианте.

В Европе также применяется довольно удобный способ записи в дробно-десятичном представлении 8/10 бит. Цифры до десятичной точки означают восемь старших разрядов, а цифры после десятичной точки означают два младших разряда с шагом 0.25. Например, число

219.75 означает 10-битовый код 879, который в двоичном представлении записывается как 1101101111, а в шестнадцатеричном - 36F.

Переход от 8-битового кодирования к 10-битовому не представляет большой проблемы - два младших разряда устанавливаются на нулевые значения и получается 10-битовый код. Обратный переход возможен несколькими способами - с округлением или отбрасыванием младших разрядов. Запатентованный фирмой Quantel метод динамического округления (dynamic rounding) позволяет частично преодолевать недостатки 8-битовой обработки 10-битовых видеосигналов. Этот метод напоминает метод промежуточных цветов (dithering) применяемый в компьютерной технике для имитации цветов, отсутствующих в текущей палитре видеоадаптера.