Цифровое телевидение
Недостатки систем аналогового телевидения низкая частота обновления кадров – 25 кадров/с малая ширина спектра частот видеосигнала – 6 Мгц недостаточно высокое количество строк развертки – 625 (576) чересстрочная (interlaсing) развертка формат изображения 4:3 (k = 1,33)
Дефекты телевизионного изображения, проявляющиеся на больших экранах различимость растровой структуры изображения вследствие укрупнения строк «зубчатость» на гладких линиях вследствие наличия полукадров эффект «мерцания», вызванный кадровой разверткой с частотой 50 Гц (60 Гц в NTSC) "дрожание" горизонтальные линии с частотой 25 Гц
Функции цифровых систем обработки изображения Преобразование чересстрочной развертки в прогрессивную Удваивание частоты регенерации изображения (100 Гц вместо 50 Гц ) Повышение «битности» изображения Программное увеличение количества строк и числа обрабатываемых элементов в строке
DRC, DRC-MFSony D.I.S.T (75hz)JVC GIGAPanasonic Pixel Plus, Natural MotionPhilips Hiper Pro 100Toshiba DRPLG Natural Scan, Digital Pro PictureSamsung DVM 100hzThomson Цифровые системы обработки изображения
EDTV (Enhanced Definition Television – Телевидение повышенной разрешающей способности) Обозначение: 576p или 625p (для системы NTSC – 480р или 525р); p – progressive – прогрессивная развертка Deinterlacer или удвоитель строк (Line Doubler) – удваивает не количество строк, а число отображений 576 строк кадра на экран за 1/25 с
Частотная сетка наземного телевещания России Диапазон частот 47 – 862 МГц Число частотных каналов – 99 Ширина спектра канала – 8 МГц Реальное число рабочих каналов – около 40
HDTV ( High Definition TeleVision – телевидение высокой четкости, ТВЧ) – разрешение 1920х1080 SDTV (Standard Definition TeleVision) – разрешение: 720 х 576 для PAL и 720 х 480 для NTSC Усовершенствованные системы цветного телевидения МАС ( МАК – Мультиплексированные Аналоговые Компоненты)
Multiplexing (мультиплексирование, уплотнение) – передача данных для нескольких логических подканалов по одному физическому каналу При частотном мультиплексировании полоса пропускания физического канала делится на ряд узких частотных полос При временном мультиплексировании канал предоставляется всем системам по очереди независимо от наличия у них данные для передачи
Multiplexer (мультиплексор) – устройство, обеспечивающее сопряжение (мультиплексирование) нескольких каналов передачи данных в один общий канал путем использования одного из методов цифрового мультиплексирования. Например: с временным уплотнением каналов (TDM, Time Division Multiplexing); статистического мультиплексирования пакетов (SPM, Statistical Packet Multiplexing); асинхронного режима передачи (ATM, Asynchronous Transfer Mode) 1985 г. – Франция и ФРГ – D2-MAC/Paket
Телевидение высокой четкости (HDTV) Высокое разрешение (не менее чем в два раза превышающее разрешение современного аналогового стандарта NTSC) Улучшенное воспроизведение цветов (прежде всего благодаря расширению полосы частот сигнала яркости и цветоразностных сигналов) Широкоэкранное изображение (замена стандартного формат кадра 4:3 широкоэкранным форматом 16:9) Цифровой звук (многоканальное звуковое сопровождение с высоким качеством воспроизведения) 1125i, 1080i, 1035i, 720p, 1080p
Обозначения телевизионных стандартов 576/50i – стандартный PAL, разрешение 720х576, частота 25 кадров в секунду (50 полей в секунду), чересстрочная (i – interlace) развертка 1080/50i – ТВЧ, разрешение 1920х1080, частота 25 кадров в секунду, чересстрочная развертка 720/60p – ТВЧ, разрешение 1280х720, частота 60 кадров в секунду, прогрессивная (p – progressive) развертка
Частота кадров (/с) Разрешение (сетка пикселов) Формат изображения PAL (SDTV- Standard Definition) х576 (576i - interlasing) 4 : 3 (1,33 : 1) NTSC (SDTV)29,97 (30) 720х480 (480i – чересстрочная) 4 : 3 HDTV (High Definition TV) 1080i 25i, 30i, 50i, 60i 1920х : 9 HDTV 720p (р-progressive) 24р, 25р, 30р, 50р, 60р 1280х72016 : 9 HDTV 1080p 1920х : 9
США – ATSC (Advanced Television Systems Committee) ЕВРОПА – DVB-T (Digital Video Broadcasting) Япония – ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting) Системы цифрового телевидения Европа: DVB -T – наземное (эфирное) ТВ DVB - С – кабельное ТВ DVB - S – спутниковое ТВ DVB - H – наземное ТВ для портативных устройств (H – handheld - ручной, переносной) DVB – IPI – ТВ по интернет-протоколу Япония: ISDB-T (наземное); ISDB-C (кабельное); ISDB-S (спутниковое); мобильное (нет аббревиатуры) RMP (Rights management & protection) – защита цифрового контента ("copy once", "copy free", "copy never")
Стандарт ITU-R BT.601 (ITU - International Telecommunications Union – Международное профессиональное телевизионное сообщество или Международный союз связи) PAL и SECAM: матрица пикселов 720 х 576 с частотой 25 кадров/с (или 50 полукадров/с) – обозначения 576i или 576/50i NTSC: матрица пикселов 720 х 480 пикселов с частотой 29,97 кадров/с (или 60 полукадров/с) – обозначения 480i или 480/60i
Цифровое кодирование пилообразного яркостного сигнала при трехразрядном квантовании шкала квантования
Декодирование и воспроизведение сигнала....
ITU (International Telecomuncation Union) «Рекомендации» ITU-R «Кодируемые параметры цифрового телевидения для студий» «Видеостыки для цифровых раздельных сигналов в 525- и 625-строчных телевизионных системах, действующих на уровне 4:2:2 рекомендации ITU-R ВТ » Y, R-Y, B-Y ДИСКРЕТИЗАЦИЯ КВАНТОВАНИЕ КОДИРОВАНИЯ Y, Cr, Cb
Базовая частота иерархии цифровых стандартов – 3,375 МГц Частота дискретизации для яркостного сигнала – 13,5 МГц Частота дискретизации для цветоразностных сигналов – 6,75 МГц 3,375 х 4 = 13.5 МГц 3,375 х 2 = 6,75 МГц 4:2:2
Частота дискретизации цветоразностных сигналов (6,75 МГц) в два раза ниже частоты дискретизации яркостного сигнала (пропуск каждого четного отсчета)
Кодирование компонентного видеосигнала (4:4:4) Скорость передачи данных С = n · Fd, где n - длины кодового слова, Fd - частота дискретизации Скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала: 10 х 13, х 6, х 6,75 = 270 Мбит/с.
Частоты дискретизации яркостного и цветоразностных сигналов равны (13,5 МГц)
Кодирование компонентного видеосигнала (4:4:4)
Частота дискретизации цветоразностных сигналов (3,375 МГц) в четыре раза ниже частоты дискретизации яркостного сигнала (выборка на каждый четвертый отсчет)
Кодирование компонентного видеосигнала (4:1:1)
Число отсчетов сигналов цветности уменьшено в два раза не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлениях
Кодирование компонентного видеосигнала (4:2:0)
Системы компрессии MPEG Moving Picture Experts Group (группа экспертов по кодированию движущихся изображений) Стандарт MPEG -1 (1993 год) – Кодирование изображения и звука при скоростях цифрового потока компрессированных данных до 1,5Мбит/с Международный стандарт MPEG-2 (ISO/IES 13818)– 1994 год
CBR – Constant Bit Rate (постоянный битрейт) VBR – Variable Bit Rate (переменный битрейт)
Системы кодирования звуковых сигналов: Европа – NICAM, MUSECAM CША – ASPEC Комитет стандартизации ISO/MPEG принял единый стандарт кодирования – ISO/MPEG (ISO/ IEC ) ISO – Международная организация по стандартам MPEG – Группа экспертов по кодированию движущихся изображений IEC – Международная электротехническая комиссия
Система кодирования ISO/MPEG 1-й уровень – высококачественная бытовая аппаратура; MUSECAM, 192 кбит/с на моноканал (384 кбит/с на 1 стереопару) 2-й уровень – профессиональная аппаратура; 384, 256 и 192 кбит/с на 1 стереопару 3-й уровень – звуковое вещание, репортажная аппаратура, организация комментаторских каналов на ТВ; 32– 64 кбит/с на 1 моноканал