Джакония В.Е. Телевидение (4-е изд., 2007) (1143033), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

Одной из главных причин этих ограничениИ следует считать слабую помехозащищенность аналогового сигнала, который подвергается в каждом из устройств телевизионного тракта воздействию шумов и других помех. Современная же вещательная ТВ система представляет собой весьма длинную цепь устройств преобразования и передачи сигналов, число звеньев которой с развитием телевидения сильно увеличивается. В любом звене этой сложной цепи возникает неизбежная потеря качества изображения.

Связано это с тем, что в каждом устройстве, при любом из преобразований, которому подвергается сигнал, на него воздействуют помехи. При аналоговых методах усиления и обработки ТВ сигнала эти помехи накапливаются от звена к звену, и естественно, тем сильнее, чем больше в ТВ системе процессов обработки, переприема или перезаписей сигнала. Пока этих преобразований немного, суммарные искжкения еще могут быть незаметны.

Но с развитием телевидения число преобразований очень быстро возрастает. Увеличиваются расстояния между передающими и приемными пунктами, растет номенклатура и число различных видеоэффектов, разнообразящих передачу, но требующих дополнительных преобразований, усложняется технология монтажа ТВ программ. В таких системах проблема обеспечения необходимой помехоустойчивости становится главенствующей. Существенно уменьшить искажения от помех при формировании телевизионной программы, ее консервации или передаче позволяют цифровые методы, уже известные в технике связи, Поэтому в последние годы основное внимание уделяется развитию цифрового телевидения. Цифровое телевидение — область телевизионной техники, в которой операции обработки, консервации и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму.

Цифровые методы помимо обеспечения высокого качества изображения при воздействии значительных помех обладают и другими достоинствами. Так., при одинаковой пропускной способности канала они позволяют передавать большее число программ по сравнению с аналоговым телевидением; благодаря уменьшению необходимых настроечных операций на этапе производства они более технологичны; выше эксплутационная надежность цифровой аппаратуры.

Намного легче в сравнении с аналоговой техникой достигается универсальность работы цифровой аппаратуры в различных мировых стандартах телевидения. Лучшая помехозащищенность цифрового сигнала 6' 54 сгАСХЫ. Физические основы телевидения позволяет снизить требования к его мощности в процессе доставки к приемным устройствам.

Повторные изображения, характерные для аналогового телевидения при многолучевом приеме, цифровыми методами могут быть практически полностью исключены. Наконец, цифровые методы позволят вкл>очить телевидение в единую мировую информационную систему через телевизионные интерактивные каналы, а также реализовать возможность приема телевизионных программ через подключение к сети Интернет. Можно представить системы цнг)>рового телевидения двух типов [14).

В системе первого типа, полностью цифровоИ, преобразование передаваемого изобра кения в цифровой сигнал и обратное преобразование циг]>рового сигнала в изображение на приемном экране осуществляются непосредственно в преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет. Во всех звеньях тракта передачи изображения информация передается в цифровоИ форме. В перспективе создание таких преобразователеИ вполне реально. Однако в настоящее время их еще не существует, а поэтому целесообразно рассматривать цифровые ТВ системы второго типа, в которых с датчиков получается аналоговый ТВ сигнал, затем он преобразуется в цифровую форму, подвергается все>! необходимой обработке, передаче или консервации, а затем снова приобретает аналоговую форму.

При этом используются существующие датчики аналоговых ТВ сигналов и преобразователи си>.ивл-свет в телевизионных приемниках. В этих системах на вход тракта цифрового телевидения поступает аналоговыИ ТВ сигнал, затем он кодируется, т.е. преобразуется в цифровую форму. 5.1.1.

Импульсно-кодовая модуляция Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму представляет собой комплекс операций, наиболее существенными из которых являются дискретизация, квантование и 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 КотельниковаНайквиста. Согласно этоИ теореме любой непрерывный сигнал и(1), имеющий' ограниченныИ спектр частот (рнс.

5.1,а), может быть представлен значениями этого сигнала и(Г„), взятыми в дискретные моменты времеви (отсчеты) 1„= пТ (рис. 5.!,б), где и = 1,2,3,...— целые числа: Т вЂ” период или интервал, дискретизации, выбранныИ нз условия теоремы Котельникова-Найквиста: Т < 0,5>>1„р. Здесь у„р -- максимальная частота спектра исходного сигнала и(1). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частотной дискретизации. Минимально допустимая частота дискретизации >л = 2>'„р.

85 ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения Аналоговый сигнал в) (и — 3)Т (и — 2)Т (п — 1)Т иТ (т!-1-ЦТ (и+2)Т (и+3)Т (и-1-4)Т и(пТ) Дискретные отсчеты б) икв(пТ) Квантованные отсчеты н„(иТ) г) Аналитическое выражение теоремы Котельникова — Найквиста име- ет вид и(1) = ~ и(пТ) 2т!~„р(1 — пТ) (5.1) Предполагается, что отсчеты и(пТ) являются б-импульсами (бесконечно короткими). Для восстановления исходного аналогового сигнала и(1) из последовательности отсчетов и(пТ) последние необходимо в соответствии с (5.1) пропустить через идеальный фильтр нижних частот (гРНЧ) со сРезом на частоте Т„р. Множитель [зтп йлу„р(1 — пТ))))йт!~,р(1 — пТ)) представляет собой реакцию такого фильтра на единичный импульс и(пТ).

Из теоремы следует, что для точного восстановления исходного сигнала не- 5 4 в) з 2 1 о (п-3)Т (г! — 2)Т (и-1)Т пТ (п+1)Т (и+2)Т (п-~-3)Т (и-1-4)Т (и — 3)Т (п — 2)Т (п-1)Т пТ (и+1)Т (и+2)Т (и-1-3)Т (и+4)Т 011 100 101 101 011 001 001 010 101 ! ! ! ! ! ! ! ! (и — 3)Т (и — 2)Т (п-1)Т пТ (и-1-1)Т (и+2)Т (и+3)Т (и+4)Т Рис. 5.1. Преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую яб с1АСТЫ. Физические основы телевидения обхоппмо наличие бесконечно большого числа отсчетов.

На практике жс сигнал, всегда имеющий конечную длительность, описывается конечным ~ислам отсчетов. Несмотря па несоответствие условиям теоремы, такой способ восстановления сигнала широко используется и цифровом телевидении, н точность восстановления при соблюдении определенных требований оказывается достаточной. За процессом дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму следует процесс квантования. Квантование (этот термин заимствован из атомной физики) заключается в замене полученных после дискретизации мгновенных значений отсчетов ближайшими значениями из набора отдельных фиксированных уровней (рнс.

5.1,в). квантование тагже представляет собой дискрстизацню ТВ сигнала, но осуществляемую не во времени, а по уровню сигнала и(1). 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(1) 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 одного из двух ближайших уровней (верхнего или нижнего) определяется положением порогов квантован я (рис. 5.1,о), Возмокность восстановления в зрительном аппарате человека исходного изображения по его квантованному приближению (в теореме эта операция не предусматривается) вытекает из ограниченности контрастной (и цветовой) чувствительности зрительной системы. Строго говоря, дискретизированный и ква~тованный сигнал ив„(пТ) угке является цифровым, Действительно, если амплитуда импульсов дискретизированного сигнала и(пТ) 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, квантовапная выборка сигнала выра;кается некоторым числом в системе < пиления с основаниел~ т, где т — число уровней квантования. ! !и цифровой сигнал в такой форме по помехозащищенности мало шгпгрывает по сравнению с аналоговым, особенно прн большом т. ,! !,пп увеличения помехозащищенности сигнала его лучше всего пре- ~6)ш юпшгь в двоичную форму, т.е. каждое значение уровни сигнала шпш шп, в двоичной системе счисления. Прп этом номер (значение г !вшпп) будет преобразован в кодов1по комбинацию символов О илп (рпг. 5,1,г), В этом и состоит третья.

заключительная операция пп п!п обр;шовапию аначогового сигнала и(!) в цифровой, называемая ~ порол~о*,п, когядюоанг я. 87 ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения Кодирование представляет собой преобразование квантованного значения отсчета ие,(пТ) в соответствующую ему кодовую комбинацию символов и„(пТ). Наиболее распространенный способ кодирования ТВ сигнала — представление его дискретных и проквантованных отсчетов в натуральном двоичном коде. Этот способ получил название импульсно-ходовой модуляции (ИКМ). На рис.

5.1,г показан результат преобразования фрагмента исходного сигнала и(1) в последовательность комбинаций двоичного трехразрядного кода. Часто всю совокупность перечисленных операций — дискретизации, квантования и кодирования для краткости называют кодироеанигм телевизионного сигнала. Это имеет определенные технические основания, посколысу все эти три операции выполняются одним техническим устройством — аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый производится в устройстве, называемом цифра-аналоговым преобразователеы (ЦАП). Аналого-цифровые и цифра-анвлоговые 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. Но только недавно этот метод стал применяться в вещательном телевидении. Причина столь длительного внедрения объясняется жесткими требованиями к быстродействию устройств преобразования и передачи цифрового сигнала. Чтобы пояснить это, оценим скорость передачи цифрового потока ИКМ сигнала по каналу связи. При непосредственном кодировании телевизионного сигнала методом ИКМ кодовые комбинации создаются с частотой, равной частоте отсчетов, т.е.

Характеристики

Список файлов книги