Джакония В.Е. и др. Телевидение (2-е изд., 2002) (1143030), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

но требующих дополнительного преобразования, усложняется технологии монтажа ТВ программ. В таких системах проблема обеспечения необходимой помехоустойчивости становится главенствующей. Существенно уменьшить искажения от помех при формировании и передаче ТВ сигналов, а также решить ряд других задач, о которых будет сказано ниже, позволяют цифровые методы, уже известные в технике связи.

Именно поэтому в последние годы все большее внимание уделяется так называемому цифровому телевидению. Цифровое телевидение — область телевизионной техники, а которой операции обработки, консервации н передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму. Можно представить системы цифрового телевидения двух типов.

В системе первого типа, полностью цифровой, преобразование передаваемого изображения в цифровой сигнал н обратное преобразование цифрового сигнала в изображение на приемном экране осуществляются непосредственно в преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет. Во всех звеньях тракта передачи изображения информация передается в цифровой форме. В перспективе создание таких преобразователей вполне реально. Однако в настоящее время их еще не существует, а поэтому целесообразна рассматривать цифровые ТВ системы второго типа, в которых аналоговый ТВ сигнал, получаемый с датчиков, преобразуется в цифровую форму, подвергается всей необходимой обработке, передаче нли консервации, а затем снова приобретает аналоговую форму.

Г!ри этом используются существующие датчики аналоговых ТВ сигналов и преобразователи свет-сигнал в телевизионных приемниках. Именно системам второго типа будет уделено основное внимание в данной главе. В этих системах на вход тракта цифрового телевидения поступает аналоговый ТВ сигнал. затем он кодируется, т.е. преобразуется в цифровую форму. Это преобразование представляет собой комплекс операций, наиболее существенными нз которых являются дискретизация, квантование н непосредственно кодирование.

Дискретизация — замена непрерывного аналогового ТВ сигнала и(1) последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Наиболее распространена равномерная дискретизация, имеющая постоянный период, основанная на теореме Котельникова. Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал и((), имеющий ограниченный спектр частот (рис.5.1,и). может быть представлен значениями тг в)иг) )л г) г )л+г) г и )лчог (п-))Г лг )лег)Г Рм?)г глнпг Рис. бп. Преображение сигнала иа аналоговой формы в цифровую этого сигнала и(Г„), взятыми в дискретные моменты времени(отсчеты) г„= пТ (рис.5.1,6), где и = 1,2,3,...

— целые числа; Т вЂ” период или интервал дискретизации, выбранный из условия теоремы Котельникова: Т ~ 0,577„. Здесь 7 — максимальная частота спектра исходного сигнала и()). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частотой дискретиэа)(ии. Минимально допустимая частота дискретизации по Котельникову ~„= 27„,. Аналитическое выражение теоремы Котельникова имеет вид Млэл) () — лу» н()) = ~ л(л Г) )га( — л (5.1) Предполагается, что отсчеты и(пТ) являются 6-импульсами (бесконечно короткими). Для восстановления ходного аналогового сигнала и(Г) из последовательности отсчето. аТ) последние необходимо в соответствии с 78 ага)лг) г) л ) с и (лг) ) лы Фг ы г г гг г г ! ! !! !! ! ! (5.1) пропустить через идеальный фильтр нижних частот (ФНЧ) со срезом на частоте ),р.

Множитель [ з»п 2 п(,р(à — лТ)[/[2п ), () — лТ)[ представляет собой реакцию такого фильтра на единичный ймпульс и(пТ). Из теоремы Котельникова следует, что для точного восстановления исходного сигнала необходимо наличие бесконечно большого числа отсчетов. На практике же сигнал, всегда имеюший конечную длительность, описывается конечным числом отсчетов.

Несмотря на несоответствие условиям теоремы, такой способ восстановления сигнала широко используется в цифровом телевидении и точность восстановления при соблюдении определенных требований оказывается достаточной. За процессом дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму следует процесс квантования. Квантование (термин этот заимствован из атомной физики) заключается в замене полученных последискретизацнн мгновенных значенийотсчетов ближайшими значениями из набора отдельных фиксированных уровней (рис.5.1,в). Квантование'также представляет собой дискретизацию ТВ сигнала, но осуществляющуюся не во времени, а по уровню сигнала и(!).

Для устранения путаницы между этими понятиями и введена разная терминология. Фиксированные уровни, к которым '*привязываются" отсчеты, называют уровнями квантования. Разбивая динамический диапазон изменения сигнала и(Ц уровнями квантования на отдельные области значений, называемые шагами квантования, образуют шкалу квантования. Последняя может быть как линейной, так и нелинейной, в зависимости от условий преобразования. Округление отсчета до од-. ного или двух ближайших уровней (верхнего или нижнего» определяется положением порогов квантования(рис. 5Л,а).

Возможность восстановления в зрительном аппарате человека исходного изображения по его квантова иному приближению (в теореме Котельникова эта операция не предусматривается) вытекает из ограниченности контрастной (и цветовой) чувствительности зрительной системы, рассмотренной в предыдуших главах. Строго говоря, дискретизированный и квантованный сигнал и„,(пТ) уже является цифровым. Действительно, если амплитуда импульсов дискретизированного сигнала и(лТ) может принимать любые произвольные значения в пределах исходного динамического диапазона сигнала и(1), то операция квантования привела к замене всех возможных значений амплитуды сигнала ограниченным числом значений, равным числу уровней квантования. Таким образом, квантоваииая выборка сигнала выражается некоторым числом в системе счисления с основанием т, где л) — число уровней квантования.

Но цифровой сигнал в такой форме по помехозащиц!енности мало выигрывает по сравнению с аналоговым, особенно при большом л). Для увеличения помехозашишенности сигнала его лучше всего преобразовать в двоичную форму, т.е. каждое значение уровня сигнала записать в двоичной системе счисления. При этом номер(значение уровня) будет преобразован и кодовую комбинацию символов 0 нли 1 (рнс.5.1,г). В этом и состоит третья„заключительная операция по преобразованию аналогового сигнала и(1) в цифровой и,(пТ), называемая операцией кодирования. Кодирование, таким образом, есть преобразование квантованного значения отсчета и„„(пТ) в соответствующую ему кодовую комбинацию символов и„(пТ).

Йаиболее распространенный способ кодирования ТВ сигнала — представление его дискретных и проквантоваиных отсчетов в натуральном двоичном коде. Этот способ получил название импульсно-кодовой модуляции(ИКМ). На рис.5.1,г показан результат преобразования фрагмента исходного сигнала и(П в последовательность комбинаций двоичноготрехразрядного кода. Часто всю совокупность перечисленных операций — дискретизации, квантования н кодирования — для краткости называют кодированием телевизионного сигнала.

Это имеет определенные технические основания, поскольку все зти три операции выполняютсн одним техническим устройством — аналога-цифровым преобразоватвлеи (АЦП). Обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый производится в устройстве, называемом цифра-аналоговым преобразователем (ЦАП). Аналого-цифровые н цифра-аналоговые преобразователи - — непременные блоки любых цифровых систем передачи, хранения и обработки изображений.

Исследования ИКМ в телевидении начались сравнительно давно, первые предложения относятся еще к 30-м годам нашего столетия. Ио только недавно этот метод стал применяться в вещательном телевидении. Причина столь длительного внедрении, без сомнения„самого перспективного для телевидения ~ ринцнпа обработки н передачи информации объясняется жесткими требованиями к быстродействию устройства преобразования и передачи цифрового сигнала. Чтобы пояснить зто, оценим скорость передачи цифровой информации по каналу связи. При непосредственном кодировании телевизионного сигнала методом ИКМ кодовые комбинации создаются с частотой„равной частоте отсчетов, т.е.

частоте дискретизации /,. Каждая кодовая комбинация соответствует определенному отсчету и содержит некоторое число й двоичных символов (битов). Скоростью передачи цифровой информации называется число передаваемых двоичных символов в единицу времени. За единицу скорости принимается 1 бит/с. Таким образом, скорость передачи ТВ сигнала в цифровой форме будет равна произведению частоты дискретизации /, и числа двоичных символов в одном дискретном отсчете: /лй (5.2) Если верхняя граничная частота ТВ сигнала равна 6МГц, то минимальная частота дискретизации, определяемая по теореме Котельниковаа, равна 12 МГц.

Ка правило, в системах цифрового телевидения с ИКМ частоту /,;бирают выше минимально допустимой, определяемой теоремой Котельнккова. Связано это с необходимостью унификации цифрового ТВ сигнала для различных стандартов телевидения.

В частности, для студийного цифрового оборудования рекомендована для всех стран частота дискретизации /, =13,5 МГц. Число двоичных символов й в кодовой комбинации одного отсчета связано с числом уровней квантования гп исходного сигнала соотношением (5.3) й=(о8, =3,318 .

Число уровней квантования сигнала должно быть выбрано не меньше максимального числа градаций яркости, различимых глазом, которое в зависимости от условий наблюдения колеблется в пределах 100...200. Отсюда й = 3,3)нгп = 3,318(100...200) ж6,6...7,6. Очевидно, число символов в кодовой комбинации может быть только целым, з значит, выбор разрядности кодовой комбинации ограничится числом й = 7 или 8. В первом случае кодовая комбинация может нести информацию о 128 возможных уровнях сигнала (градациях яркости). Во втором случае(соответствующем лучшему качеству в передаче градаций) гп = 2а= 256.

Характеристики

Список файлов книги