ВидеостандартыСигналы, форматы, стыкиВ. Л. Штейнберг Содержание 2Видеостандарты
 Скачать 1.79 Mb.
|
|
Рис. 3.4.1 Структуры дискретизации композитных сигналов PAL 934 мВ 260 0 мВ 64 1 шаг 8-битовой шкалы = 4.76 мВ 1 шаг 10-битовой шкалы = 1.19 мВ - 300 мВ 1 905 мВ 254 700 мВ 211 8-битовые значения отсчетов NTSC и PAL-M 0 мВ 60 1 шаг 8-битовой шкалы = 5.10 мВ 1 шаг 10-битовой шкалы = 1.28 мВ - 286 мВ 4 714 мВ 200 Уровни в мВ 8-битовые значения отсчетов Уровни в мВ Рис. 3.4.2 Шкалы квантования композитных сигналов Цифровые композитные видеосигналы 52 1135.0064 периодов дискретизации 948 отсчетов Строка 1 поля 1 Отсчет No. 1134 Отсчет No. 0 Отсчет No. 957 Уровень 50% синхро Отсчет No. 958 Отсчет No. 947 Цифровая активная часть Рис. 3.4.3 Строка цифрового композитного сигнала PAL Передний фронт синхроимпульса в 1-й строке 1-го поля 8-полевой последовательности Отсчеты соответствуют пикам и точкам нулевого уровня сигнала вспышки Поднесущая оси U Моменты дискретизации Передний фронт синхроимпульса в 10-й строке 1-го поля 4-полевой последовательности Отсчеты соответствуют пикам и точкам нулевого уровня сигналов I и Q Поднесущая, привязанная к вспышке Моменты дискретизации NTSC PAL Рис. 3.4.4 Фазы дискретизации сигналов NTSC и PAL Цифровые композитные видеосигналы 53 525 282 283 284 Аналоговая активная часть Цифровая активная часть Цифровой Вертикальный Интервал Гашения Аналоговый Вертикальный Интервал Гашения Номера строк Аналоговый Вертикальный Интервал Гашения 262 263 264 272 273 1 20 21 9 1 Отсчет 0 Отсчет 3 Отсчет 763 Отсчет 313 Отсчет 767 Цифровой Вертикальный Интервал Гашения Рис. 3.4.5 Цифровое и аналоговое гашение для 525-строчного стандарта Цифровые композитные видеосигналы 54 Аналоговый Вертикальный Интервал Гашения Цифровая активная часть Цифровой Вертикальный Интервал Гашения Номера строк 623 624 24 23 22 6 5 310 317 318 623 336 335 622 Отсчет 0 Отсчет 7 Отсчет 381 Отсчет 947 Отсчет 929 Аналоговая активная часть Цифровой Вертикальный Интервал Гашения Аналоговый Вертикальный Интервал Гашения Рис. 3.4.6 Цифровое и аналоговое гашение для 625-строчного стандарта Цифровые видеостыки 55 3.5 Цифровые видеостыки Параметры цифровых компонентных параллельных и последовательных стыков определены в Рекомендации ITU-R BT.656. Параметры компонентных и композитных, параллельных и последовательных стыков описаны в документах SMPTE 125, 244M и 259M. Параметры параллельных цифровых компонентных стыков ТВЧ приведены в разделе 3.7. 3.5.1 Параллельный цифровой видеостык Параллельный стык используется для передачи видеоинформации как в цифровом компонентном формате (тактовая частота мультиплексированного потока = 27 MГц или 36 MГц), так и в цифровом композитном формате (тактовая частота = 4 fsc, т.е. зависит от системы цветного телевидения). Этот стык предназначен для экранированных кабелей с 12 витыми парами при номинальном импедансе линии 110 Ом. Кабель должен быть нагружен на 110+/-10 Ом. Хотя применение технологии эмиттерно-связанной логики (ECL 10000) прямо не оговорено, как линейный передатчик, так и линейный передатчик, должны быть совместимы с этой технологией. Данные передаются в коде NRZ (без возвращения к нулю). Нарастающий фронт тактового сигнала располагается посередине между моментами изменения данных. Механические параметры 25-контактного соединителя должны соответствовать субминиатюрному разъему типа D (ISO 2110-1980). Контакты используются, как показано в следующей таблице: Контакт Сигнал + Контакт Сигнал - 1 Тактовые импульсы 14 Тактовые импульсы 2 Системное заземление 15 Системное заземление 3 Бит данных 9 16 Бит данных 9 4 Бит данных 8 17 Бит данных 8 5 Бит данных 7 18 Бит данных 7 6 Бит данных 6 19 Бит данных 6 7 Бит данных 5 20 Бит данных 5 8 Бит данных 4 21 Бит данных 4 9 Бит данных 3 22 Бит данных 3 10 Бит данных 2 23 Бит данных 2 11 Бит данных 1 24 Бит данных 1 12 Бит данных 0 25 Бит данных 0 13 Общий экран кабеля В 10-битовом представлении бит данных 9 - это старший бит (MSB) а бит данных 0 - младший бит (LSB). В случае 8-битового кодирования старший бит остается тем же самым (контакты 3 и 16), но младшим становится бит данных на контактах 10 и 23, следовательно, контакты 11, 12, 24 и 25 не используются. Цифровые видеостыки 56 3.5.2 Цифровой последовательный видеостык Цифровой последовательный стык (SDI) позволяет передавать следующие сигналы: Цифровой компонентный видеосигнал Cb,Y,Cr,Y,Cb,Y .... (тактовая скорость = 270 MГц или 360 MГц) или цифровой композитный видеосигнал NTSC/PAL/PAL-M (тактовая скорость = 40 fsc, т.е. от 143 MГц до 177 MГц). Стандартный последовательный стык способен обеспечивать передачу 10-битовых кодовых слов на расстояние до 200 метров при условии применения 75-омных коаксиальных кабелей студийного качества. Кабель должен нагружаться на 75 Ом с затуханием несогласованности не менее 15 дБ в диапазоне 10..300 MГц. Механические параметры соединителя должны соответствовать стандартному разъему BNC 75 Ом (BNC - Bayonet Normalised Connector/ Bayonet Neil-Concelman) типа МЭК 169-8. Максимальная допустимая длина кабеля зависит от скорости передачи и от параметров затухания кабеля, как показано в таблице. Тип сигнала Тактовая частота Максимальная длина Композитный NTSC 143 МГц 320 м Композитный PAL 177 МГц 290 м Компонентный 4:3 270 МГц 230 м Компонентный 16:9 360 МГц 170 м Примечание: Подразумевается использование кабеля с затуханием 9 дБ на частоте 100 МГц на каждые 100 м длины Линейный приемник должен правильно распознавать любые двоичные данные, как при подключении непосредственно к линейному передатчику, так и через кабель с затуханием до 40 дБ на тактовой частоте и частотной характеристикой типа 1/f. При затухании на тактовой частоте в пределах от 0 дБ до 12 дБ не должна требоваться частотная коррекция, при большем затухании допускается подстройка путем частотной коррекции. Первым передается младший бит кодового слова в формате NRZI (со скремблированием); размах сигнала на стороне источника составляет 800 мВ+/-10 %. Скремблирование задается полиномом вида G1(x)*G2(x), где x = входной поток данных, G1(x)= x 9 + x 4 +1, полином который собственно скремблирует NRZ, и G2(x) = x +1, полином, переводящий поток в знаконезависимый формат NRZI . На приемной стороне дескремблер действует как зеркальная копия скремблера. Для правильного последовательно-параллельного преобразования требуется синхроинформация. При использовании сигналов компонентного параллельного стыка достаточно использовать имеющиеся синхрослова (Timing Reference Signal), но в композитном параллельном стыке такие слова не предусмотрены. В последнем случае в композитный сигнал последовательного стыка непосредственно после фронта строчного синхроимпульса вводится специальная последовательность TRS-ID, состоящая из пяти кодовых слов. Последовательность TRS-ID включает четыре байта фиксированного кода (собственно TRS), за которыми следует один байт идентификации (ID). Байт ID содержит 3 бита, обозначающих номер поля внутри цветового кадра, и 5 бит, обозначающих номер строки в пределах от 0 до 31. Композитный последовательно-параллельный преобразователь вычеркивает сигнал TRS из потока данных, в то время как компонентный преобразователь этого не делает. Важным преимуществом последовательного цифрового видеостыка является его способность передавать совместно с видео и несколько каналов звукоданных формата AES/EBU. Сигнал SDI с введенными в него звукоданными особенно полезен в больших системах, где важно гарантировать соответствие звукового сопровождения видеоряду при коммутации большого числа каналов. В системах меньшего размера, например в монтажных аппаратных, обычно предпочтителен вариант с отдельным звуковым трактом. Цифровые видеостыки 57 Стандарт SMPTE 272M "Форматирование звукоданных AES/EBU и вспомогательных данных для передачи в дополнительном потоке видеоданных" определяет размещение цифровых звукоданных, вспомогательных данных и связанной с ними командной информации в потоке последовательных видеоданных. Предусмотрено несколько различных режимов работы, обозначаемых буквенными суффиксами, которые прибавляются к названию стандарта, как показано в следующей таблице: A режим по умолчанию Синхронные звукоданные 48 кГц, 20 бит, с буфером на 48 отсчетов B Синхронные данные 48 кГц, только для композитного видео, с буфером на 64 отсчета для приема 20 из 24 битов звукоданных C Синхронные 48 кГц 24 битовые пакеты звукоданных и расширенных данных D Асинхронные данные (если не указана иная скорость, то подразумевается скорость 48 кГц) E Звукоданные 44.1 кГц F Звукоданные 32 кГц G Звукоданные с переменной скоростью 32-48 кГц H Последовательность звуковых кадров (режим обязателен для видеосистем с 29.97 кадров/с, кроме случая синхронного режима A 48 кГц - режима по умолчанию) I Отслеживание временной задержки J Z бит состояния канала не совпадают попарно Примечание: Режимы от "B" до "J" требуют наличия специального пакета управления звукоданными Блок ввода данных, который способен только воспринимать синхронные 20-битовые звуковые сигналы с частотой 48 кГц, должен маркироваться "SMPTE 272M-A". Блок, поддерживающий 20- и 24-битовые 48-кГц синхронные звукоданные, может называться "SMPTE 272M-ABC". Приемник, использующий только старшие 20 бит из слова звукоданных, но способный воспринимать распределение отсчетов уровня "B", может называться "SMPTE 272M-AB", поскольку он может работать с обоими типами распределений. В композитным цифровом видеосигнале место для звукоданных имеется только в последовательном стыке и только во время передачи плоских вершин синхроимпульсов. Цифровой поток NTSC может включать до 32901 10-битовых слов звукоданных в каждом видеокадре. Результирующий поток (9.87 Мбит/с) достаточен для передачи четырех каналов звука. Цифровой сигнал PAL обеспечивает несколько больший поток, но число каналов, по- прежнему не может быть более четырех. С другой стороны, цифровой последовательный компонентный видеостык 270 Мбит/с (в стандартах 525 или 625 строк) обеспечивает до восьми каналов звука. В студийных аппаратных частоты дискретизации видео- и звуковых сигналов, как правило, синхронизированы (при частоте дискретизации звука 48 кГц), однако последовательный цифровой стык SDI при необходимости способен обеспечить и асинхронную передачу звука. Эти же сигналы могут быть переданы и через Последовательный Оптический Цифровой Стык. В таком случае вместо плавающего (изолированного) соединителя типа BNC и коаксиального кабеля используется оптический соединитель и волоконно-оптический кабель. Для небольших дальностей применяют прямую модуляцию интенсивности лазерного излучателя цифровым сигналом SDI. Однако, для передачи сигналов по оптическим линиям на большие расстояния необходимо применять дополнительное канальное кодирование для снижения энергии низкочастотных составляющих сигнального спектра. Это кодирование сходно с применяемым при цифровой магнитной видеозаписи. Стандарт SMPTE 297M "Волоконно-оптическая система для последовательной передачи сигналов, соответствующих стандарту ANSI/SMPTE 259M" определяет параметры Цифровые видеостыки 58 оптического стыка для передачи видеосигналов со скоростями от 143 до 360 Мбит/с. Передатчик и приемник должны использовать оптические соединители с соответствующими кабельными частями типа SC/PC по стандарту МЭК 874-7 (1990), часть 7. Пользователь может выбирать между одномодовым (SM) и многомодовым (MM) типом оптического волокна. Параметры выходного сигнала оптического передатчика приведены в следующей таблице: Тип световолокна SM (опционно MM) MM (62.5/125 мкм) Источник света Лазер Лазер или светодиод Оптическая длина волны 1310 +/- 40 нс Максимальная ширина спектральной линии 10 нм 30 нм Максимальная выходная мощность - 7.5 дБм Минимальная выходная мощность - 12 дБм Длительность фронта и среза (по уровням 20% и 80%) < 1.5 нс, с различием не более 0.5 нс Глубина модуляции 5:1 минимум, 30:1 максимум 5:1 минимум Дрожание ("UI" = период такта) 0.135 UI максимум Максимальная отраженная мощность 4 % Электрооптическая функция передачи Логическая "1" = макс. интенсивности Логический "0" = мин. интенсивности Примечание: Допускается применение ранее проложенных волокон градиентного типа с коэффициентом 50/125 мкм, однако при этом резерв мощности снижается приблизительно на 3 дБ по сравнению с волокнами 62.5/125 мкм. Одномодовое волокно (класс IVa без дисперсионного сдвига, 9/125 мкм, ступенчатое преломление = step index [SI]) должно обеспечивать затухание не более 1.0 дБ на километр. Многомодовое волокно (62.5/125 мкм, плавное преломление = graded-index [GI]) должно обеспечивать затухание не более 1.5 дБ на километр. Передатчик, предназначенный только для работы с многомодовым волокном, должен иметь соответствующую предупреждающую маркировку. Многомодовые соединители и адаптеры маркируются бежевым цветом, а одномодовые - синим. Альтернативно, допускаются текстовые маркировки, ясно обозначающие тип волокна. Сочленение волокон разных типов в многозвенных линиях связи, хотя и возможно физически, но технически недопустимо. Параметры входного сигнала оптического приемника должны соответствовать следующей таблице: Оптическое волокно Одномодовое Многомодовое Макс. входная мощность - 7.5 дБм Мин. входная мощность - 20 дБм Порог повреждения детектора не менее + 1 дБм не менее + 4 дБм Некоторые полупрофессиональные и все новые цифровые бытовые устройства со сжатием потока видеоданных оборудованы так называемым стыком "Firewire" (P 1394). Этот стык рассчитан на применение специального многожильного кабеля с максимальной длиной 4.5 м при скорости потока около 30 Мбит/с. Для преобразования сигнала стыка "Firewire" в стандартный формат стыка SDI и обратно предусмотрены соответствующие преобразователи. Цифровые видеостыки 59 3.5.3 Обнаружение и обработка ошибок (EDH) Даже в нормально работающих цифровых стыках могут возникать ошибки. Их вероятность резко возрастает при превышении допустимых длин кабелей, повреждении коаксиальных оболочек и старении компонентов аппаратуры, в особенности схем автоподстройки частоты и частотных корректоров. Традиционные средства контроля видеотрактов практически бесполезны применительно к цифровым сигналам. Редкие битовые ошибки, которые предвещают более серьезные неприятности, обычно не видны и не слышны. Решение проблемы состоит в применении метода EDH (Error Detection and Handling). EDH - это не только механизм обнаружения различных типов цифровых ошибок, но и способ учета ошибок с целью представления информации об ошибках в полезном виде. Специальные блоки (inserters) вводят пакеты данных с контрольными суммами (CRC data packets) в цифровые потоки источников, а блоки контроля в точках получения сигналов проверяют их правильность, сверяя контрольные суммы с фактически принятыми данными. Даже одиночные битовые ошибки вызывают сообщение об изменении состояния системы. Каждое поле видеоинформации проверяется индивидуально. Подробное описание процедур EDH содержится в документе SMPTE RP 165 "Проверочные слова для обнаружения ошибок и флаги состояния в последовательных цифровых стыках для телевидения". Этот документ относится как к 525-строчным, так и к 625-строчным цифровым компонентным и композитным системам. Определены два типа проверочных слов: первый относится только к активным элементам ТВ поля, второй - ко всем отсчетам поля. Такой подход позволяет контролировать сохранность данных при прохождении сигнала через блоки обработки, изменяющие данные вне активной части изображения. При этом не требуется заново вычислять проверочное слово для ТВ поля целиком. В данном контексте активная часть изображения включает только целые строки (иначе говоря, половинки строк не учитываются). Проверочные слова для поля в целом охватывают все отсчеты всех строк, кроме строки с пакетами данных об ошибках и двух последующих за ней строк. Предусмотрены три различных способа (механизма) обнаружения ошибок, - по одному для каждого из трех типов передаваемых данных: 1. вспомогательные данные, 2. активная часть изображения, 3. поле целиком (все данные, включая вспомогательные, плюс содержание вертикальных и горизонтальных интервалов гашения). Вспомогательные данные (ancillary data) проверяются по битам четности и контрольным суммам, которые всегда передаются совместно с этими данными через стык SDI, даже если метод EDH не применяется. Данные активной части и данные поля целиком (full-field data) проверяются путем расчета и сверки 16-битовых циклических сумм (CRC). Вычисленные для каждого поля слова CRC передаются на правах вспомогательных данных в начале следующего поля. Полином для CRC имеет следующий вид: X 16 + X 12 + X 5 + 1. Для индикации ошибок предусмотрено три набора флагов. Их назначение - облегчить поиск неисправного участка тракта. Два набора связаны с парой проверочных слов, ассоциированных с видеоинформацией поля. Третий набор относится к результатам проверки вспомогательных данных ТВ поля. |