ВидеостандартыСигналы, форматы, стыкиВ. Л. Штейнберг Содержание 2Видеостандарты
 Скачать 1.79 Mb.
|
|
Строка 330 Строка 331 7 60 % 20 % Длительность фронта полосы яркости = 2T Длительность фронтов ступенек яркости = 225 нс Рис. 3.2.10.3 Испытательные строки ЕСВ/МККР Частоты пакетов в испытательной строке МККР-18 составляют: 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 4,8 и 5.8 МГц, что позволяет применять один и тот же сигнал для систем, различающихся по ширине полосы пропускания: (система M - полоса 4.2 МГц, системы B,G - полоса 5 МГц, системы D,K - полоса 6 МГц). Рис. 3.2.10.4 Испытательный сигнал "NTC-7 Composite" Опорные строки Эти сигналы (по-английски называемые VIRS или VIR) вводятся в определенные строки вертикального гасящего интервала, определяемые ТВ стандартом. Они используются в ТВ приемниках для автоматической коррекции искажений тракта передачи. Во многих странах принято, что опорные строки должны содержать только Сигналы вертикального гасящего интервала 41 определенные составляющие испытательных строк, например компоненты сигналов МККР-17 или МККР-330. Рис. 3.2.10.5 Сигнал "ITS 2", применяемый в Великобритании Однако в некоторых странах предпочитают использовать в качестве опорных другие (упрощенные) типы сигналов. В США сигнал опорной строки излучается в эфир всеми ведущими сетями ТВ вещания. Этот сигнал в виде пакета цветовой поднесущей на пьедестале высотой 70 IRE вводится в строку 19 обоих ТВ полей. GCR - Ghost Cancellation (Echo Cancellation) Reference Signal - опорный сигнал компенсации отражений, стандартизированный Международным Союзом Электросвязи (ITU) для 625- строчных систем. Сигнал компенсации отражений представляет собой пакет качающейся частоты длительностью 24 мкс, покрывающий всю полосу видеочастот до 5 МГц. Опорный сигнал GCR передается в строке 318. Строки данных Эти термином обозначают все виды кодированных импульсных последовательностей, вводимых в определенные строки полевых гасящих интервалов для передачи данных. При этом передаваемые данные, например данные Телетекста, не обязательно прямо связаны с содержанием ТВ изображения. Телетекст - это вещательная служба, обеспечивающая доставку алфавитно-цифровой и графической информации путем передачи строк данных в ТВ сигнале. Имеются различные системы телетекста: TOP, FLOF, Antiope, и т.д. Они описаны в Рекомендации ITU-R BT.653-2. Наибольшее распространение получила система "Teletext-B", созданная в Великобритании. В сигналах PAL/SECAM для передачи телетекста обычно используются строки 13-14, 20-21, 326-327, 333-334. При вещании по системе SECAM-V (при наличии СЦС) свободны только строки 20-21 и 333-334. В некоторых странах сигналы телетекста занимают большее число ТВ строк, например в Германии это строки 10-15, 19-21 и соответствующие строки второго поля. Тактовые частоты телетекста (частоты синхронизации) равны: NTSC PAL SECAM 5.727272 МГц (364 Fh) 6.937500 МГц (444 Fh) 6.203125 МГц (397 Fh) Уровни сигналов также различны. Например, уровень логической "1" составляет 66 % для системы PAL, но 100 % для системы SECAM. Следует отметить, что спектр сигнала телетекста лежит внутри полосы частот обычного композитного сигнала, но намного превышает ширину полосы частот бытовых кассетных видеомагнитофонов, поэтому этот сигнал обычно не может использоваться при воспроизведении записанных ТВ программ. Строка программных данных (Broadcast Data Line) - это строка служебного телетекста, предназначенного для внутреннего пользования вещательных организаций. Например, сигнал Сигналы вертикального гасящего интервала 42 IDS (Insertion Data Signal), вводимый в строку 16 сигналов PAL/SECAM, применяется сетью Евровидения для опознавания источников и типов ТВ программ. Данные управления программой (Programme Delivery Control) передаются в ТВ строках 13-14, 20-21, 326-327, 333-334 и содержат информацию, которая может использоваться некоторыми типами бытовых видеомагнитофонов для выбора записываемых программ. Параметры этих строк определены документом ЕСВ "EBU specification SPB 459". Двоичные данные NRZ передаются с той же тактовой частотой 6.9375 МГц и теми же уровнями, что и сигналы телетекста. Данные программирования видеозаписи (Video Programming System) служат для программирования бытовых видеомагнитофонов и применяются немецкими вещательными организациями ARD, ZDF и ZVEI. В системе VPS данные передаются в строке 16, тактовая частота составляет 5 МГц, а длительность одного бита равна 400 нс. Используется бифазная модуляция, уровень черного означает "0", а уровень 71.4 % означает "1". Подобные системы имеются во многих странах; например в Великобритании действует система "VideoPlus". Скрытые субтитры (Closed Caption) - системапередачи записываемых субтитров, применяемая в США. Двоичные данные NRZ передаются с низкой тактовой частотой 503.4965 кГц (32 Fh), уровень гашения означает "0", а уровень 50 IRE - "1". Данные передаются в строке 21 первого поля композитного сигнала NTSC-M. Строка CC начинается со вспышки синхронизации (7 периодов синусоиды тактовой частоты), затем идет начальный бит и 16 битов данных. Предусмотрены различные режимы отображения субтитров: Pop On, Roll Up, Paint On и Text Mode. Имеется также двуязычный режим. Импульсы данных сглажены, длительность фронтов составляет 2T. Строка управления широкоэкранными системами (WSS - Wide Screen Signalling) Аналоговый вариант сигнала WSS определен Европейским Стандартом Электросвязи 300 294 и документом ITU-R BT-1119-1. Он содержит необходимую ТВ приемнику информацию о формате кадра, его положении на экране, наличии сигнала типа helper, наличии, положении и типе субтитров, а также о переключении режимов работы: camera/film. Импульсы сигнала WSS длительностью 200 нс имеют синусквадратичную форму с номинальной амплитудой 500 мВ. Пакет импульсов WSS начинается на 11-й микросекунде от начала 23-й строки каждого ТВ кадра, длительность пакета составляет 27.4 мкс. При вещании по системе PALplus строка данных WSS автоматически вводится самим кодером PALplus. Рис. 3.2.10.6 Данные WSS (штриховая линия) в кадре PALplus Однако область применения сигнала WSS гораздо шире. Любое производство ТВ программ со смешанным форматом кадра нуждается в информации такого типа. В частности, при каждом Сигналы вертикального гасящего интервала 43 преобразовании формата кадра необходимо соответственно перезаписать биты данных строки WSS. Структура кодирования сигнала WSS тесно связана со структурой строки программных данных, описанной выше. Однако, тактовая частота снижена до 1.67 МГц с целью гарантировать неискаженное декодирование даже при двукратной перезаписи ТВ программы на бытовом видеомагнитофоне, наличии шумов, отражений, помех от смежных ТВ каналов, и т.п. Двоичная последовательность подвергается бифазному кодированию. При этом один бит данных занимает 2 x 3 = 6 периодов тактовой частоты. Каждый бит длительностью 600 нс представлен парой бифазных элементов частоты 5 МГц. Логическая "1" кодируется нарастающим переходом, а логический "0" - спадающим переходом. В любом случае переход происходит в середине длительности бита. Последовательность начинается с синхронизирующей "постоянной преамбулы" из 29 элементов, за которой следуют 24 элемента постоянного "начального кода", и только затем следуют 84 элемента, соответствующие 14 информационным битам WSS. Сигналы вертикального гасящего интервала 44 Эти 14 битов сгруппированы в 4 группы, как показано в следующих таблицах. Группа 1. Формат кадра (4 бита: b0 - b3) b3 b2 b1 b0 Режим отображения 1 0 0 0 Полный кадр 4:3 0 0 0 1 Кадр 14:9 в центре экрана 0 0 1 0 Кадр 14:9 наверху экрана 1 0 1 1 Кадр 16:9 в центре экрана 0 1 0 0 Кадр 16:9 наверху экрана 1 1 0 1 Кадр > 16:9 в центре экрана 1 1 1 0 Кадр 4:3/14:9 с подрезкой по бокам 0 1 1 1 Полный кадр 16:9 (анаморфотный) Примечание: Бит b3 предназначен для проверки на нечетность. Группа 2. Улучшенные службы (4 бита: b4 - b7) Bit Режим декодирования b4 0 Camera mode 1 Film mode b5 0 Обычный PAL 1 Motion Adaptive Colour Plus b6 0 Сигнал helper отсутствует 1 Сигнал PALplus helper присутствует Примечание: Бит b7 зарезервирован для будущего использования. Группа 3. Субтитры (3 бита: b8 - b10) b8 Субтитры в составе телетекста 0 Телетекст не содержит субтитров 1 Субтитры передаются в составе телетекста b10 b9 Субтитры в изображении 0 0 Изображение не содержит субтитров 0 1 Субтитры в активной части изображения 1 0 Субтитры вне активной части изображения 1 1 Зарезервированное значение Группа 4 (3 бита: b11 - b13) зарезервирована для будущего использования. Все зарезервированные биты должны быть установлены в значение "0". При отсутствии битов сигнала WSS приемник должен переходить в режим по умолчанию. Цифровые компонентные видеосигналы 45 3.3 Цифровые компонентные видеосигналы (Формат 4:2:2) 3.3.1 Дискретизация и квантование 525/59.94/2:1 625/50/2:1 Кодируемые сигналы Сигнал яркости:Y (без синхроимпульсов), Цветоразностные сигналы:Cr и Cb Структура дискретизации Ортогональная, периодическая по строкам и полям, отсчеты Cr и Cb в каждой строке совмещены с нечетными (1, 3, 5, и т.д.) отсчетами Y Частоты дискретизации: - сигнала яркости (Y) - каждого из сигналов Cr, Cb 13.5 MГц 6.75 MГц Частоты дискретизации формируются из строчной частоты соответствующего стандарта разложения Число цифровых активных строк 507 576 Цифровой вертикальный интервал гашения: Поле 1 Поле 2 Строки 1-10 264-273 Строки 624-23 311-336 Число отсчетов в цифровой активной части строки - сигнала яркости (Y) - каждого из сигналов Cr, Cb 720 360 Число отсчетов в аналоговой активной части строки - сигнала яркости (Y) - каждого из сигналов Cr, Cb 714 355 702 350 Полное число отсчетов в строке - сигнала яркости (Y) - каждого из сигналов Cr, Cb 858 429 864 432 Расположение цифровой и аналоговой частей: Число периодов частоты 13.5 MГц от конца цифровой активной части до фронта строчного синхроимпульса (0h) 16 12 Число бит на отсчет: 8, (9) или 10 Использование кодовых слов (в 8-битовых уровнях) Уровни с 1 по 254 отведены для видеосигнала, уровни 0 и 255 - зарезервированыдля синхронизации Квантование: - Y (считая, что аналоговый диапазон Ya = 0 .. 1) - Cr (считая, что аналоговый диапазон Pr = - 0.5 .. + 0.5) - Cb (считая, что аналоговый диапазон Pb = - 0.5 .. +0.5) Y = 16 + round(219 Ya) Cr = 128 + round(224 Pr) Cb = 128 + round(224 Pb) Примечание 1: Строго говоря, в стандарте 525/59.94 частота дискретизации не равна 13.5 MГц. Она вычисляется по простой формуле: 858 Fh = 13.4999865 MГц; для практических применений эта ничтожная погрешность не имеет значения, поскольку она лежит в пределах допусков на температурную нестабильность частоты строк и частоты цветовой поднесущей. Примечание 2: Нумерация цифровых строк изменяется синхронно с окончанием кода цифровой синхронизации, т.е. ранее момента 0h, используемого для аналоговой нумерации. Цифровые компонентные видеосигналы 46 864 периода дискретизации Y 132 периода Y 12 периодов Y отсчет Y No. 732 отсчет Y No. 0 отсчет Y No. 719 отсчет Cb No. 366 отсчет Cb No. 0 отсчет Cr No. 366 отсчет Cr No. 0 360 отсчетов Cb 360 отсчетов Cr 720 отсчетов Y Цифровая активная часть 702 отсчета Y Аналоговая активная часть Полная цифровая строка (4:2:2) отсчет Y No. 9 0h 0h Рис. 3.3.1.1 Соотношение аналоговой и цифровой частей для стандарта 625/50 4:2:2 Строка 1 Строка 2 Строка 3 Решетка дискретизации 13.5 Мгц Местоположение отсчета Y Местоположение отсчета Cb Местоположение отсчета Cr Рис. 3.3.1.2 Структура дискретизации 4:2:2 + 394 мВ 254 0 мВ 128 8-битовые значения отсчетов + 350 мВ 240 - 350 мВ 16 - 397 мВ 1 Младший из 8 бит = 3.13 мВ Cr Cb Уровни в мВ 761 мВ 254 0 мВ 16 8-битовые значения отсчетов Уровни в мВ 700 мВ 235 - 48 мВ 1 Y Младший из 8 бит = 3.2 мВ Рис. 3.3.1.3 Шкала квантования 4:2:2 В цифровом компонентном видеооборудовании применяется, как правило, структура дискретизации 4:2:2 при частоте 13.5 МГц. Увеличение частоты дискретизации до 18 МГц Цифровые компонентные видеосигналы 47 обеспечивает изображениям формата 16:9 такое же горизонтальное разрешение, какое дает частота 13.5 МГц для формата 4:3. 1152 периода дискретизации Y 176 периодов Y 16 периодов Y отсчет Y No. 976 отсчет Y No. 0 отсчет Y No. 959 отсчет Cb No. 488 отсчет Cb No. 0 отсчет Cr No. 488 отсчет Cr No. 0 480 отсчетов Cb 480 отсчетов Cr 960 отсчетов Y Цифровая активная часть 936 отсчетов Y Аналоговая активная часть Полная цифровая строка отсчет Y No. 12 0h 0h Рис. 3.3.1.4 Аналоговая и цифровая части строки для стандарта 625/50 16:9 18 МГц Цифровые компонентные видеосигналы 48 Имеются еще две структуры дискретизации, применяемые, прежде всего. в системах со сжатием цифрового потока. На рис. 3.3.1.5 показана структура 4:1:1, в которой горизонтальное разрешение канала цветности понижено в два раза, и структура 4:2:0, в которой шаг отсчетов канала цветности увеличен как по вертикали, так и по горизонтали, но местоположение этих отсчетов сдвинуто по вертикали на четверть межстрочного расстояния отсчетов яркости в поле (вниз для верхнего поля и вверх для нижнего поля). Строка 1 Строка 2 Строка 3 Решетка дискретизации 13.5 МГц Верхнее поле Местоположение отсчетов Y Местоположение отсчетов Cb Местоположение отсчетов Cr Решетка дискретизации 13.5 МГц 4:1:1 4:2:0 Нижнее поле Время Рис. 3.3.1.5 Структуры дискретизации 4:1:1 и 4:2:0 Цифровые компонентные видеосигналы 49 3.3.2 Мультиплексирование данных Y и Cr,Cb В стыке 4:2:2 видеоданные обычно передаются в мультиплексированной форме со скоростью 27 Mбайт/с ( период тактовых импульсов равен 37 нс). Цифровая активная строка образует блок из 1440 кодовых слов мультиплексированных видеоданных: Cb, Y, Cr, Y, Cb, Y.... Группа Cb, Y, Cr представляет собой значения сигнала яркости и цветоразностных сигналов для одного элемента изображения; для следующего за ним элемента передается только значение яркости (без цветоразностных сигналов). Имеются два синхросигнала (Timing Reference Signals, TRS): один в начале каждого блока видеоданных (Start of Active Video, SAV) и другой в конце каждого блока видеоданных (End of Active Video, EAV). В интервалах от EAV до SAV видеоинформация не передается. Эти интервалы заполняются либо последовательностью уровней гашения: 128, 16, 128, 16, и т.д., либо какими-то дополнительными данными произвольного типа. Мультиплексированные видеоданные Cb Y Cr Y Cb Y ... 24 такта (625) 32 такта (525) Oh S A V E A V E A V 4 такта Цифровая активная часть: 1440 тактов 4 такта Цифровая строка 1728 тактов (625) 1716 тактов (525) Данные стр.гас.инт. Рис. 3.3.2.1 Формат данных и синхросигналы Цифровые компонентные видеосигналы 50 3.3.3 Предфильтрация и постфильтрация Канал яркости: 40 дБ 12 дБ Частота (Мгц) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 10 20 30 40 50 Поле допуска характеристики вносимого затухания 5.5 МГц Частота (Мгц) 0 1 2 3 4 5 6 0 0.05 -0.05 0.1 дБ АЧХ 5.75 МГц Частота (Мгц) 0 1 2 3 4 5 6 0 5 -5 2 нс 6 нс 13.5 МГц 5.75 МГц 5.75 МГц 6.75 МГц ГВЗ 0.05 дБ Примечание: Попадание частотных характеристик в пределы поля допуска проверяется по отношению к опорному уровню на частоте 0.001 MГц. Канал цветоразностных сигналов: 40 дБ 6 дБ Частота (МГц) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 Поле допуска характеристики вносимого затухания Частота (МГц) 0 1 2 3 0 0 0.1 -0.1 -0.05 0.05 0.1 дБ Частота (МГц) 0 1 2 3 20 10 -10 -20 4 нс 24 нс 12 нс 6.75 МГц 2.75 МГц 2.75 МГц 3.375 МГц Частота затухания 3 дБ 2.75 МГц ГВЗ АЧХ Примечание: Попадание частотных характеристик в пределы поля допуска проверяется по отношению к опорному уровню на частоте 0.001 MГц. Цифровые композитные видеосигналы 51 3.4 Цифровые композитные видеосигналы Параметр NTSC PAL-M PAL Кодируемый сигнал Полный цветовой видеосигнал Структура дискретизации Ортогональная, периодическая по строкам, полям и кадрам Неортогональная, периодическая по кадрам, с двумя дополнительными элементами в каждом поле Частота дискретизации (4 fsc) 14.31818 14.30244 17.73447 Опорная фаза дискретизации Формируется по вспышке аналогового видеосигнала Полное число отсчетов в строке 910 909 1135 + 4/625 Способ нумерации отсчетов: Отсчеты, соседствующие с моментом 0h, в строке "1", первого поля 784 и 785 784 и 785 957 и 958 Отсчеты цифровой активной части 0-767 0-767 0-947 Фазы отсчетов, в градусах ЦП 57, 147, 237, 327 45, 135, 225, 315 Число бит на отсчет 8, (9) или 10 Использование кодовых слов (в 8-битовых уровнях) Уровни с 1 по 254 отведены для видеосигнала, уровни 0 и 255 - зарезервированы для синхронизации Шкала квантования: Уровень белого Уровень гашения Уровень вершин синхроимпульсов 200 60 4 211 64 771 Цифровой полевой интервал гашения: Поле 1 начало конец Поле 2 начало конец ТВ строка: 1 10 264 273 ТВ строка: 624 5 311 317 Данные в интервале гашения Цифровое представление аналогового видеосигнала Начальная фаза поднесущей (SCH) 0 градусов Запас по шкале квантования (для пикового композитного уровня) 0.5 дБ 0.7 дБ 0.23 дБ Ортогональная структура отсчетов Fs - целое кратное частоты Fh Строка 1 Строка 1+n Строка 1+... Неортогональная структура отсчетов Fs - нецелое кратное частоты Fh Строка 1 Строка 1+n Строка 1+... |