Джакония В.Е., Гоголь А.А., Друзин Я.В. Телевидение (4-е издание, 2007) (1143036), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Подобный гпгпал формируется специальным генератором электрических сигналов ГЦП. Он может вводиться и контролироваться практически в любых точках тракта. Для оценки результирующего качества изображения и его отличия от номинального предложен интегральный критерий качесгива, величина которого определяется значениями многочисленных частных параметров (1З]. Важность подобного критерия обусловлена тем, что только на его основе возможно научно обоснованное нормирование параметров ТВ системы в целом и отдельных ее звеньев с учетом «обмена» величин частных параметров качества (например, увеличение четкости за счет уменьшения отношения сигнал/помеха и т.д.). Применение интегрального критерия позволит широко использовать адаптивную автоматическую коррекцию искажений в отдельных звеньях тракта, и особенно в ТВ приемниках (13, 69).

Однако до настоящего времени разработать реально приемлемый интегральный критерий качества не удалось из-за чрезвычайно сложной формализации связей мехсду субъективными обобщенными оценками качества ТВ изображения и частными объективными параметрами ТВ устройств. Использование ЭВМ, формализация связей между частными параметрами и разработка алгоритма для определения интегрального критерия помогут решить задачу повышения качества ТВ изображения. Глава 5 ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ 5.1. Общие принпипы Лпалоговый телевизионный сигнал в соответствии с его прирощщ повторяет распределение яркости и цветности на пути, по кончяае производится развертка изображения, те. он действительно ля~он гся -мнктрнческим аналогом изображения. Поэтому системы ГЛАВА 5.

Основы цифрового телевидения телевидения, в которых используется для передачи, консервации или каких-либо других задач обработки аналоговыИ сигнал, называются системами аналогового телевидения. На протяжении нескольких десятилетий телевидение было аналоговым, и только в конце 70-х годов разработчикам телевизионных систем пришлось столкнуться с ограничениями аналоговых методов, серьезно сужающими возможности дальнейшего развития телевидения. Одной из главных причин этих ограничений следует считать слабую помехозащищенность аналогового сигнала, который подвергается в каждом из устроИств телевизионного тракта воздействию шумов и других помех.

Современная же вещательная ТВ система представляет собоИ весьма длинную цепь устройств преобразования и передачи сигналов, число звеньев котороИ 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 перезаписеИ сигнала. Пока этих преобразований немного, суммарные искаясения 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, услоисняется 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 с1АСХЫ. 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 включить телевидение в единую мировую информационную систему через телевизионные интерактивные каналы, а также реализовать возможность приема телевизионных программ через подкл>очение к сети Интернет. Можно представить системы цис)>рового телевидения двух типов [14). В системе первого типа, полностью цифровой, преобразование передаваемого изобра кения в цифровой сигнал и обратное преобразование циг]>рового сигнала в изобраясение 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 та>гих преобразователей 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 сигнал-свет в телевизионных приемниках. В этих системах на вход тракта цифрового телевидения поступает аналоговый 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 любоИ непрерывный сигнал и(1), нмеющиИ ограниченный спектр частот (рис.

5.1,а), может быть представлен значениями этого сигнала и(1„), взятыми в дискретные моменты времени (отсчеты) 1„= пТ (рис. 5.!,б), где и = 1,2,3,...— целые числа; Т вЂ” период или ипгаераа дискретизации, выбранныИ из условия теоремы Котельникова-Найквиста: Т < 0,5>>>"„р. Здесь >"„„ -- максимальная частота спектра исходного сигнала и(1). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частпотай дисхретиЗаиии. МИНИМаЛЬНО ДОПУСтИМаЯ ЧаСтата ДИСКРЕтнэаЦИН 1л = 21, . 85 ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения Аналоговый сигнал и) (и — 3) Т (и — 2) Т (и - 1)Т иТ (и+ 1) Т (и + 2) Т (и+ 3) Т (и+ 4) Т п(пт) Дискретные отсчеты б) п„,(пТ) Квантованные отсчеты тек (иТ) 011 100 101 101 011 001 001 010 101 г) Аналитическое выражение теоремы Котельникова — Найквиста име- ет вид (1) ~- ( Т) вгц 2Я)кр(1 — пТ) 2г!~„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 (ФНЧ) со срезом на частоте )гр. Множитель [зтп йяу„р(1 — ттТ)))(йтугр(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 0 (и-3)Т (и — 2)Т (и-1)Т пТ (п+1)Т (и+2)Т (и+3)Т (и+4)Т 1 (п — 3)Т (и — 2)Т (п — 1)Т гТ (и+1)Т (и-1-2)Т (и-1-3)Т (и-1-4)Т т ! ! ! ! ! ! (п-3)Т (и — 2)Т (п-1)Т пТ (и-1-1)Т (и+2)Т (!!+3)Т (и+4)Т Рис.

5.1. Преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую нб "-1АСТЫ. Физические основы телевидения обходпмо наличие бесконечно болыпого числа отсчетов. На практике жс сигнал, всегда имеющий конечную длительность, описывается конечным числом отсчетов.

Несмотря па несоответствие условиям теоремы, такой способ восстановления сигнала широко используется и цифровом телевидении, и точность восстановления прн соблюдении определенных требований оказывается достаточной. За процессом дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму следует процесс квантования. Квантование (этот термин заимствован из атомноИ физика) заключается в замене полученных после дискретизации мгновенных значений отсчетов ближайшими значениями из набора отдельных фиксированных уровпеИ (рис. 5.1,в).

квантование также представляет собой дискрстизацню ТВ снгнала, но осуществляемую не во времени, а по уровню сигнала и(1). Для устранения путаницы мекду этими понятиями н введена разная терминология. Фиксированные уровни, к которым «привязываются» отсчеты, называют уровнлми квантованил. Разбивая динамический диапазон изменения сигнала и(1) уровнями квантования на отдельные области значений, называемые шагами квантованпл, образуют шкалу квантованил. 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 квантования (рис. 5.1,в), Возмоясность восстановления в зрительном аппарате человека исходного взобраисення по его квантованному приближению (в теореме эта операция не предусматривается) вытекает из ограниченности контрастной (и цветовой) чувствительности зрительной системы. Строго говоря, дискретизированный и квантованный сигнал ия„(иТ) уже 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 возмо кных значений амплитуды сигнала ограниченным числом значений, равным числу уровней квантования.

Таким образом, квантовапная выборка сигнала выраокается некоторым числом в системе < пиления с основанием т, где т — число уровнеИ квантования. ! !и цпфровоИ сигнал в такой форме по помехозащищенности мало пыпгрывает по сравнению с аналоговым, особенно прп большом т. ,!!,пп уаеличения помехозащищенностн сигнала его лучше всего пре- ~6)ш ишать в двоичную форму, т.е. каждое значение уровня сигнала шп|п шгь в двоичноИ системе счисления.

Прп этом номер (значение г !нанни) будет преобразован в кодовую комбинацию символов 0 илп (рпг. 5.1,г). В этом и состоит третья. заключительная операция по и!и обр;шовапию аначогового сигнала п(!) в цифровой, называемая ~ пгунпрпспу ходи!гованил. 87 ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения Кодирование представляет собой преобразование квантованного значения отсчета ие,(пТ) в соответств1чощую ему кодовую комбинацию символов и„(пТ).

Характеристики

Список файлов книги