Раздел: Документация
0 ... 49 50 51 52 53 54 55 56 Таблица 15. Ухудшение телевизионного сигнала в результате многократных перезаписей. (Измерения проводились на промышленных четырехголовочных видеомагнитофонах (НВ) [124])
Таким образом, от цифровых систем в первую очередь ожидается не улучшение нормируемых параметров, а изменение закона накопления искажений, исключение или замедление накопления ухудшения качества. Наряду с этим выдвигается требование, чтобы расход ленты (затраты на которую для одного четырехголовочного видеомагнитофона составили в начале 1970 года 10 000 фунтов стерлингов) ни в коей мере не увеличивался и, естественно, чтобы цифровые аппараты обладали всеми теми же функциональными возможностями (специальными режимами), которыми обладают несегменти-рованные наклонно-строчные аппараты. Далее, чтобы цифровая техника видеозаписи обеспечивала цифровое кодирование телевизионного сигнала различных стандартов цветного телевидения и по возможности решение задач преобразования телевизионных стандартов, необходима запись любых сигналов, причем она должна воспроизводиться в любом стандарте. С учетом вышеприведенных требований для оптимальной цифровой записи аналоговых сигналов необходимо выбрать: метод кодирования аналоговых сигналов (первичный код) ; метод записи; оптимальное с точки зрения записи канальное кодирование (канальный код) ; способ коррекции и маскирования ошибок. 3.1. КОДИРОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА Тема цифрового кодирования телевизионного сигнала настолько широка, что даже краткий обзор ее намного превысил бы объем данной книги. Поэтому здесь будут обобщены только некоторые наиболее важные моменты. Кодирование включает в себя два вопроса: дискретизацию и квантование. Если исходить из спектра полного цветового телевизионного сигнала "-гп, • то в Рис. 102. Ортогональная (а) и шахматная (б) структуры: --строки первого попя; — — — строки второго поля; X — точки дискретизации соответствии с теоремой отсчетов* частота дискретизации должна не меньше чем в два раза превышать верхнюю граничную частоту сигнала, т. е. должна быть больше 10. . . ... 12 МГц. Точное значение частоты дискретизации в системе SECAM некритично, поскольку поднесущан промодулирована по частоте, а в системах PAL и NTSC частота дискретизации должна быть кратна /цп. Не вдаваясь в подробности, скажем, что в системе PAL частота дискретизации должна быть равна 4/цП. Данная частота дискретизации удобна для цифровой демодуляции цветовой поднесущей и благоприятствует разработке различных решений, направленных на снижение скорости передачи (сокращение избыточности телевизионного сигнала [116, 117]. Для системы PAL 4/цл PAL = 1135/cTp+/non (/Пол = 25 Гц — частота кадров) незначительно отличается от частоты, кратной частоте строк. Поскольку в разных странах применяются различные телевизионные стандарты, то вместо кодирования полного цветового телевизионного сигнала видится целесообразным кодировать отдельные его составляющие, из которых после декодирования может быть сформирован любой полный цветовой телевизионный сигнал. При разработке системы кодирования компонент сигнала цветного телевидения (сигнала яркости и цветоразностных сигналов) необходимо принять во внимание, что телевизионный сигнал — это не "одномерная" функция Ujg(t), а трехмерная — две пространственные координаты и одна временная. Поэтому частоту дискретизации и моменты взятия отсчетов следует выбирать исходя из особенностей трехмерного сигнала или, другими словами, заданный порядок взятия отсчетов должен рассматриваться как трехмерная структура. Субъективные экспертизы показали, что целесообразнее всего использовать фиксированные структуры дискретизации. 8 фиксированной структуре отсчеты всегда находятся в одних и тех же точках кадра. Структура точек взятия отсчетов сигнала "привязана" к телевизионному экрану. Это целесообразно хотя бы потому, что здесь цифровой телевизионный сигнал имеет кадровую периодичность, в то время как в существующих системах цветного телевидения периодичность составляет 2 или 4 кадра, что, как было показано выше, является источником многочисленных искажений. Точно так же на основании субъективных экспертиз для кодирования сигнала яркости рекомендуется шахматная структура дискретизации, а для цветоразностных сигналов — ортогональная структура (рис. 102). Из расположения точек дискретизации совершенно ясно вытекает, что здесь число отсчетов на строке постоянно, т. е. частота дискретизации кратна частоте строк. Следует отметить и то, что частоты дискретизации, равные стр + "Люл с пеРи°Д°м кадра), также допустимы, так как и в этом случае искажения едва заметны. Выбранная таким образом частота дискретизации пригодна как для раздельного кодирования составляющих, так и для кодирования полного цветового телевизионного сигнала. * В отечественной литературе теорему отсчетов называют теоремой Котепьникова. — Прим. ред. а) б) Вместе с тем при дискретизации сигнала яркости с частотой 4/цп рд£ число отсчетов на строке достаточно большое (1135). В передаче гасящих интервалов нет необходимости, так как цифровой телевизионный сигнал несет в себе специальные сигналы цикловой синхронизации (кодовые комбинации) и, следовательно, гасящий импульс и синхроимпульс могут быть восстановлены при декодировании. Сигнал яркости несет в себе намного большую информацию, чем сигнал цветности, следовательно, при цветоразност-ных сигналов число отсчетов на строке может быть уменьшено в два раза, а то и в четыре раза. Определение минимального количества отсчетов на строке основывается также на субъективных экспертизах. В результате этого возникла так называемая система раздельного кодирования компонент 2:1 :1, при которой в каждой строке (52 мкс) содержится 462отсчета Y, 231 + 231 отсчетов Uи V. Это соответствует дискратизации 2/цп рд£, что меньше частоты дискретизации, получаемой из теорамы отсчетов (так называемая субнайквистовая дискретизация). Число отсчетов на строке цветоразностного сигнала можно еще уменьшить. Здесь оказываются достаточными частота 1/2/цп pal и передача только одного поля [49]. Предлагались и многие другие варианты дискретизации, обладающие теми или иными преимуществами. Сради них отметим предложение Лукаша [86], который ракомендует 908 отсчетов на строке, что по сравнению с вышеприведенными случаями предполагает достаточно большую избыточность, но вместе с тем позволяет решить проблему системы записи для многих стандартов. Если квантование аналоговых телевизионных сигналов линейно, то число бит на отсчет определяет отношение си гнал-шум — =22"-1,(87) Ли где Р — мощность сигнала и шума, an— число бит на отсчет [ 38]. Пренебрегая 1 (по сравнению с 2" это слишком малая величина), а также полагая, что сигнал синусоидальный и шкала квантования соответствует размаху сигнала, получаем "с- Разм = гТГч/Рп" = 2"+3/2,(88) ыш. эф т. е. это означает, что отношение сигнал-шум при 7-битовом квантовании равно 51, а при 8-битовом 57 дБ (предполагается, что шум возникает исключительно за счет квантования) *. Для кодирования полного цветового телевизионного сигнала обычно применяется 8-битовое квантование. При частоте дискретизации 3/цп необходимая скорость записи составляет 106,3, а при 4/цп 141,8 Мбит/с. Для указанной выше частоты 2/цп при 482 или 231 отсчетах на строке, если для кодирования сигнала яркости и цветоразностных сигналов используется всего 10 бит, получается скорость записи 70 Мбит/с. Скорость цифрового потока (записи) может быть снижена различными методами [20]. Наиболее перспективной оказалась система кодирования с использованием диф- * Формулы (87) и (88) носят приближенный характер и применяются для оценок отношения сигнал-шум в телефонных системах. В цифровом телевидении отношение сигнал-шум квантования в дБ определяется по формуле \Ь = 6п+ 10,79 + 20 Igv, где v — отношение числа уровней квантования, приходящихся на размах сигнала яркости, к общему числу уровней квантования аналого-цифрового преобразователя. При раздельном кодировании без запаса на перегрузку отношение сигнал-шум при 7-битовом квантовании равно 52, 79 дБ, при 8-битовом 58,79 дБ. — Прим. ред. 0 ... 49 50 51 52 53 54 55 56
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
