Раздел: Документация
0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 62  оВремя —§Время — Аналоговый сигнал>Дискретизация Рис. 1.5. Дискретизация аналогового сигнала во времени Величинам 13.5 и 6.75 МГц кратна как частота строчной развертки стандарта PAL - 625, так и частота развертки стандарта NTSC - 525. Собственно, выбор в качестве именно базовой частоты 3.375 МГц во многом связан с соображениями кратности частотам строчной развертки двух основных телевизионных стандартов. Это важно потому, что позволило ввести единый мировой стандарт цифрового кодирования компонентного видеосигнала, при котором в активной части строки содержится 720 отсчетов яркостного сигнала и 360 отсчетов каждого цве-торазностного. В системе NTSC компонентный сигнал дискретизируется несколько иначе: ярко-стный сигнал - с частотой 13.5 МГц, а цветоразностпые сигналы - с частотой 3.375 МГц, т.е в 4 раза меньшей. Такое соотношение частот дискретизации обозначается 4:1:1. Это означает и двукратное уменьшение горизонтального разрешения в цвете. В активной части кадра 576 строк, каждая из которых содержит 720 элементов сигнала яркости и по 180 элементов цветоразностных сигналов. При оцифровке видео для DVD используется формат 4:2:0, в котором яркостная компонента Y содержит в активной части кадра 576 строк по 720 отсчетов, а цветоразностные компоненты Сг и СЬ - 288 строк по 360 отсчетов. Формат 4:1:1 оказывается более удобным для стандарта NTSC (525 строк), а формат 4:2:0 - для стандарта PAL (625 строк). Это связано с тем. что потеря вертикальной четкости более заметна в системе с меньшим числом строк (NTSC -525/60), а потеря горизонтальной четкости более заметна в системе PAL (625/50). Квантование представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин - уровней квантования. Другими словами, квантование - это округление величины отсчета. Уровни квантования делят весь диапазон возможного изменения значений сигнала на конечное число интервалов — шагов квантования. Расположение уровней квантования обусловлено шкалой квантования. Используются как равномерные, так и неравномерные шкалы. В процессе квантования каждому элементу дискретизированного сигнала присваивается числовое значение, соответствующее его амплитуде (Рис. 1.6). Причем число, характеризующее амплитуду, может изменяться в определенных пределах, например, от 0 до 255. При таком квантовании возможно 256 уровней сигнала. Это считается достаточным для правильного восприятия яркости и цвета глазом человека. Такое квантование называется 8-разрядным, так как 256=2 в  Время Аналоговый сигнал j5 i в) I-J о
бремя —I Квантованный сигнал 500000101 700000111 1000001010 1200001100 1300001101 1100001011 700000111 400000100 700000111 000001001 1000001010 900001001 700000111 500000101 300000011 Рис. 1.6. Квантование сигнала по амплитуде После процесса квантования видеосигнал представлен тремя сериями чисел: одна - для компоненты яркости Y, другая - для цветоразностной компоненты R-Y и третья - для цветоразностной компоненты B-Y. Компонент Y цифрового сигнала стандарта PAL в одной секунде содержит 13.5 миллионов чисел, а компоненты R-Y и B-Y - по 6.675 миллионов чисел в каждой секунде. Каждое число при 8-разрядном квантовании может иметь значение между 0 и 255. Более предпочтительным является 10-разрядное квантование, позволяющее использовать 20=1024 уровня сигнала. Оцифрованное изображение в этом случае имеет более высокое качество. Числа, получившиеся в результате квантования, являются десятичными. Но, как известно, цифровая аппаратура может обрабатывать только двоичные числа -«0» и «1» или «выключено» и «включено» на языке электроники. Поэтому любой введенный сигнал должен быть преобразован в двоичную форму. На этапе двоичной записи числа квантования превращаются в цифровые сигналы — серию нулей и единиц или электрические импульсы «выключено» и «включено». Каждое десятичное число имеет двоичный эквивалент. Например, число «1» — 00000001, «2» - 00000010, «3» - 00000011, «9» - 00001001, «17» - 00010001, «255»-11111 111. Разумеется, что при оцифровке сигнала теряется некоторая часть видеоинформации, но при высокой частоте дискретизации и большой разрядности квантования эти потери не заметны для глаза человека. Варианты кодирования 4:1:1 и 4:2:0 характеризуются одинаковой скоростью передачи данных - 202.5 Мбит/с для 10-разрядного квантования. Однако и такой поток слишком велик для записи на диск. С помощью специальных способов обработки сигнала и компрессии высокую скорость потока удается уменьшить примерно до 3-10 Мбит/с. При воспроизведении цифрового видео весь процесс совершается в обратном порядке, что, в конце концов, приводит к преобразованию его в аналоговое, которое можно просмотреть на телевизионном экране. Это возможно только потому, что процесс цифровой записи придерживается строгих правил, следуя которым, можно точно преобразовать данные обратно в аналоговый сигнал. Выполняется такое преобразование цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). В настоящее время существуют технические возможности для реализации всех обработок сигналов звука и изображения, включая запись и излучение в эфир, в цифровой форме. Однако в качестве датчиков сигнала (микрофон, передающая телевизионная трубка или прибор с зарядовой связью) и средств воспроизведения звука и изображения (громкоговоритель, кинескоп) пока используются, преимущественно, аналоговые устройства. Поэтому аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи являются неотъемлемой частью цифровых систем. Одна секунда оцифрованной видеозаписи без звука занимает свыше 30 Мбайт дискового пространства. Это означает, что на диске типа DVD-5 емкостью 4.7 Гбайт может поместиться всего 156 секунд видео, а двухчасовой фильм займет свыше 100 Гбайт дискового пространства. Кроме того, для его воспроизведения необходима обеспечить скорость передачи данных свыше 200 Мбит/с, что является весьма сложной задачей для современной аппаратуры. Поэтому для уменьшения объема цифровых данных видеосигнал перед записью подвергается сжатию (компрессии). При создании видеодисков используется компрессия по алгоритмам MPEG. 10x13.5+10x6.75+10x6.75 = 270 Мбит/с.  Важным показателем, характеризующим поток цифровой информации, является скорость передачи данных (bit rate - битрейт) - это величина потока или объем данных, передаваемых за единицу времени или, другими словами, количество мегабит информации в 1 секунде видео. Скорость передачи данных вычисляется как сумма произведений частоты дискретизации и разрядности квантования для каждой компоненты Y, R-Y (Сг) и B-Y (СЬ). Таким образом, при 10-разрядном квантовании для формата 4:2:2 полная скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала составляет: 0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 62
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
