Телевізійний сигнал з тимчасовим поділом компонентів

1.3 Телевізійний сигнал з тимчасовим поділом компонентів

У системах типу МАС аналогові сигнали яскравості і кольоровості стискуються в часі і передаються по черзі, що дозволяє уникнути перехресних перекручувань сигналів яскравості і кольоровості, знизити шуми в каналі кольоровості завдяки перекладу його в область низьких частот, підвищити здатність зображення, що дозволяє, за рахунок більш широкої смуги частот сигналів яскравості і кольоровості. Стиск аналогового сигналу здійснюється стробірованієм сигналу з деякою тактовою частотою, перетворенням відліків у цифрову форму , нагромадженням їх у буферній пам'яті, прискореним зчитуванням з нової, більш високою тактовою частотою і зворотним перетворенням в аналогову форму [ 16] .

Звукові сигнали перетворяться в цифрову форму і передаються в інтервалі зворотного ходу лучачи. Вища частота в спектрі звукового сигнала складає 15 кгц частота стробирования обрана рівної 32 кгц. у залежності від вимог до якості звучання використовується лінійне аналогоцифрове перетворення з точністю 14 біт/відлік або майже миттєве компандування з точністю 10 біт/відлік, завадостійке дворівневе кодування забезпечує ефективний захист від помилок. Швидкість цифрового потоку в різних варіантах складає від 352 до 608 Кбіт/с.

Для каналів з цифровою передачею звуку рекомендовано використовувати передспотворюючі контури. Вважається, що передспотворення зменшують суб'єктивне сприйняття шумів квантування і запобігають погіршенню якості при низьких відношеннях сигнал/шум.

Рисунок 1.1 Структура рядка сигналу системи D2-MAC

Передача цього цифрового потоку разом із сигналом зображення в системах типу МАС може здійснюватися одним із трьох способів:

- з поділом по частоті, як у японській системі BS-3 ( система А);

- з поділом за часом на відеочастоті ( система В);

- з поділом за часом на несущій частоті ( система С).

Перша буква, що входить у повне позначення стандарту сімейства МАС (наприклад, С-МАС), означає спосіб передачі цифрового сигналу.

Для сполучення по смузі частот відеосигналу з мережами кабельного телебачення розроблені стандарти D-MAC і D2-MAC. У системі D2-MAC аналогові сигнали яскравості і кольоровості передаються протягом активної частини рядка в стиснутому в часі виді. Цифрова частина сигналу, що відповідає звуку, синхронізації, телетексту й іншим даним, об'єднана в пакети, передані протягом зворотного ходу по рядку і по кадрі. Струтура рядка сигналу, закодованого по системі D2-MAC, приведена на рис. 1.1.

У стандарті D-MAC бінарний (двоїчний) цифровий потік перетвориться в дуобінарный (трьохрівневий), у якому, логічному 0 відповідає імпульс нульової амплітуди, а логічної 1- імпульс позитивної чи негативної полярності. Об'єднання відеосигналу і дискретної послідовності здійснюється по відеочастоті.

Поява останнім часом стандартів цифрового стиску привело до того, що стандарт D/D2-MAC утратив свою роль переважного методу передачі в діапазоні 11,7...12,5 ГГц і уступає її цифровим методам. У цьому стандарті пока ще працюють несколько супутникових систем Франції і Скандинавських країн, передаються окремі програми Голландії, Бельгії, Великобританії, але область его застосування помітно скорочується.

1.4 Передача телевізійних сигналів у цифровій формі зі стиском

Створення ефективного алгоритму цифрової обробки ТВ сигнала стало можливим на основі досягнень теорії зору і техніки сверхвеликих інтегральних схем (СВІС). Алгоритм, покладений в основу стандартів MPEG включає визначений базовий набір послыдовних процедур.

У якості вихідного використовується компонентний ТВ сигнал RGB, потім він матрицюється в сигнал, що складається з яскравісної (Y) і двох кольорорізностних складових (U і V). Дискретизація здійснюється з тактовими частотами 13,5 МГц для сигнала яскравості і 6,76 МГц для кольорорізностних сигналів (співвідношення частот дискретизації 4:2:2- див.мал.1.3).

На етапі попередньої обробки вдаляється інформація, що затрудняє кодування, але несуттєва з погляду якості зображення. Звичайно використовується комбінація просторової і тимчасової нелінійної фільтрації [16].

Основна компресія досягається завдяки усуненню надмірності ТВ сигнала. Розрізняють три види надмірності - тимчасову (два послідовних кадри зображення мало відрізняються один від іншого ), просторову ( значну частину зображення складають однотонні однаково пофарбовані ділянки) і амплітудну (чутливість ока неоднакова до світлих і темних елементів зображення).

В залежності від цього кожен кадр у форматі MPEG може бути наступного виду:

- I (Intra) frame - кодується як звичайна картинка.

-  Р (Predicted) frame - при кодуванні використовується інформація від попередніх I чи Р кадрів.

-  B (Bidirectional) frame – при кодуванні використовується інформація від одного чи двох I чи R кадрів (один попередній даному й один наступний за ним, хоча може і непосредственно, див. рис.1.1).

Рисунок 1.2 Послідовність кадрів у форматі MPEG

Послідовність кадрів може бути наприклад така:

IBBPBBPBBPBBBIBBPBBPB...

Потрібно помітити, что прежде чем декодувати В кадр потрібно декодувати два I чи Р кадри. Існують різні стандарти на частоту з якою повинні слідувати I кадри (приблизно 1-2 кадру в секунду), що відповідають стандарти є і для Р кадрів (кожен 3 кадр повинний бути Р кадром). Такий вибір був зроблений для того, що б забезпечити одночасне виконання вимог максимального стиску і довільного доступу до кожного з кадрів послідовності. Тим часом саме В - кадри забезпечують максимальний стиск, і якби удалося підняти частку В - кадрів у групі, а I - кадрами позначити границі сюжетів, то ефективність стиску була б збільшена [16].

Тимчасова надмірність усувається передачею замість кадру зображення його відмінностей від попереднього кадру. Просте вирахування кадров було значно удосконалене, коли помітили, что велика частина змін, що з'являється на зображенні, може бути інтерпретована як зсув малих областей зображення.

Рисунок 1.3 Розбивка зображення на блоки в стандарті MPEG-2

Розбивши зображення на невеликі блоки (рис.1.3) і визначивши їхнє розташування в попередньому кадрі, можна для кожного блоку знайти набір параметрів, що показує напрямок і значення його зсуву. Цей набір називають вектором руху, а всю операцію - передбаченням з компенсацією руху. По каналі зв'язку передаються тільки вектор руху і відносно невелика різниця між поточним і передбаченим блоком. На цьому етапі усувається просторова надмірність - різницевий сигнал піддається перетворенню з просторової в частотну область, здійснюваному за допомогою двовимірного дискретно-косинусного перетворення (ДКП). ДКП перетворить блок зображення з фіксованого числа елементів у рівне число коефіцієнтів. Це дає дві переваги. Пo-пepше, у частотній області енергія сигналу концентрується у відносно вузькій смузі частот (звичайно на НЧ) і для передачі несуттєвих коефіцієнтів досить невеликого числа бітов. Пo-друге, розкладання в частотній області максимально відбиває фізіологічні особливості зору [16].

Наступний етап обробки полягає в адаптивному квантуванні отриманих коефіцієнтів. Набір коефіцієнтів кожного блоку розглядається як вектор, і процедура квантування виробляється над набором у цілому (векторне квантування ). Оцінка показує, що описана процедура стиску близька до теоретичної межі стиску інформації з Шеннону.

Амплітудна надмірність вихідного сигналу усувається на етапі кодування повідомлення перед подачею його в канал зв'язку. Не всі значення вектора руху і коефіцієнтів блоку рівноймовірні, тому застосовується статистичне кодування з перемінною довжиною кодового слова. Найбільш короткі слова привласнюються подіям з найбільшою ймовірністю. Додаткова компресія досягається кодуванням у виді самостійного символу груп нулів. Відмітною рисою стандартів MPEG 1 і MPEG2 є їхня гнучкість. Вони можуть працювати з параметрами розкладання зображення 525 рядків при 30 кадрах у секунду і 625 рядків при 25 кадрах у секунду, придатні для форматів зображення 4:3, 16:9 і ін. Допускають удосконалення кодера без змін у вже встановлених декодерах.

Можна розрахувати, що в супутниковому каналі з пропускною здатністю 20...25 Мбіт/м можна передати чотири-п'ять програм гарної якості, що відповідає Магістральним каналам подачі програм, чи 10...12 програм з якістю, що відповідає відеомагнітофону стандарту VHS.

Складовою частиною в стандарти MPEG 1 і MPEG2 входять алгоритми передачі звукових сигналів з цифровою компресією, що дозволяють зменшити швидкість цифрового потоку в шістьох-вісьмох разів без суб'єктивного погіршення якості звучання. Один із широко використовуваних методів одержав назву MUSICAM (Layer-ІІ) [17].

Вихідним сигналом є ІКМ послідовність, отримана стробированієм вихідного звукового сигналу з тактовою частотою 48 кгц, і перетворенням у цифрову форму з точністю 16 біт/відлік. Нова техніка кодування використовує властивості людського сприйняття звуку, зв'язані зі спектральним і тимчасової маскуванням. Шуми квантування динамічно пристосовуються до порога маскування, і в каналі передаються тільки ті деталі звучання, що можуть бути сприйняті слухачем. Ця ідея реалізується в кодері. Тут за допомогою блоку фільтрів відбувається поділ сигналу на 32 парціальних сигнала, що квантуються відповідно до керуючого сигналами психоакустичної моделі людського слуху, що використовує оцінку порога маскування для формування цих керуючих синалов. На виході кодера з парціальних відліків формується набір кодових слів, поєднуваний далі в кадр заданої тривалості. вихідна швидкість кодера в залежності від вимог якості і числа програм у каналі може складати 32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160 чи 192 Кбіт/с на монопрограму. Швидкість 32 Кбіт/с відповідає звичайному мовному каналу , 48 Кбіт/с - наземному АМ віщанню. При швидкості 256 Кбіт/с на стереопару не тільки забезпечується якість компакт-диску, але і мається значний запас на наступну обробку . Системна частина стандарту MPEG2 описує об'єднання в єдиний цифровий потік окремих потоків зображення, звуку, синхронізації, даних однієї чи декількох программ. Для передачі в середовищі з завадами формується "транспортний" потік, що включає засоби для запобігання помилок і виявлення загублених пакетів. Він містить пакети фіксованої довжини (188байт), що містять стартовий байт, префікс (3 байти) і область корисних даних.

Перед подачею в канал зв'язку сигнал піддається додатковому завадостійкому кодуванню і надходить на модулятор. Ці операції не входять у стандарт MPEG і в різних супутникових системах можуть виконуватися різними способами, що позбавляє ці системи апаратурної сумісності. Європейським країнам удалося вирішити цю проблему, розробивши на базі MPEG2 стандарт багатопрограмного цифрового ТВ віщання DVB, що нормує вага операції на передавальній стороні аж до подачі сигналу на вхід СВЧ передавача.

У стандарті DVB застосовується каскадне завадостійке кодування. Зовнішній код - укорочений код Рида-Соломона (204.188) з t=8, що забезпечує "безпомилковий" прийом (імовірність помилки на виході менш 10-10 при імовірності помилки на вході менш 10-3). Внутрішній код - сверхточний з відносною швидкістю 1/2,2/3,3/4,5/6 чи 7/8 і довжиною кодового обмеження ДО=7, декодування здійснюється по алгоритму Віттербі. Вид модуляції – чотирьохпозиційна ФМ.

На прийомній стороні декодер здійснює всі вищеописані операції в зворотному порядку, відновлюючи на виході зображення, дуже близьке до вихідного .

Основною областю використання цифрового телебачення. як очікується, стануть системи безпосереднього ТВ віщання в діапазоні 12 ГГц. у США уже функціонує перша така система DirecTV , що надає абонентам можливість прийому більш ніж 170 ТВ програм.

Похожие работы

Вимоги до системи ІР-телебачення

Скачать

38407

1

7

... (найменування, реквізити, статус); ведення довідника тарифних планів; обробка і тарифікація даних по спожитих послугах; підготовка бухгалтерських документів; підготовка фінансової звітності. Основні вимоги до системи billing: модульна архітектура. Забезпечує підвищення продуктивності і надійності системи шляхом розподілу навантаження між різними компонентами; розподілена установка. З метою ...

Громадське телебачення Німеччини

Скачать

32396

0

0

... ій входять до наглядової ради, то вони можуть через своїх людей чинити певний тиск. Але, якщо порівняти з іншими країнами, то я можу чітко сказати, що окремі партії в Німеччині ніколи не мали якогось тривалого впливу на громадське телебачення. Звичайно, під час призначення людей на керівні посади кожна партія намагається захистити свої інтереси. І це не є жодною таємницею, що під час призначення і ...

Характеристика та використання систем відеоспостереження

Скачать

111024

1

0

... іщенні, так і на вулиці, на транспорті, тобто відкриваються практично необмежені можливості! Погодитеся, це вагомий аргумент на користь безпровідних систем відеоспостереження. Простота в настройці і експлуатації стала аргументом до використання безпровідного відеоспостереження в такій несподіваній якості як відеоняня. Завдяки ній ви завжди зможете дізнатися, що робить ваша дитина, чи не задумав ...

Bluetooth: принципи побудови і функціонування

Скачать

42409

1

6

... , розроблена Джонном Херінгтоном (John Herington). Пристрій підключається до портативного пристрою - ноутбуку/КПК і має достатню спрямованість і потужність (ефективна робота до 1,5 км). Bluetooth: принципи побудови і функціонування Bluetooth - це технологія передачі даних по радіо на коротку дистанцію, що дозволяє здійснювати зв'язок безпровідних телефонів, комп'ютерів і різної периферії за ...