2.3.РекомендацияItu-rвт601

РекомендацияITU-RВТ601(илипростоРекомендация601)определяетединыймеждународныйстандартцифровогокодированиятелевизионногосиг­наладлястудийнойаппаратуры.Этотстандартприменяетсяивсовременныхполностьюцифровыхтелевизионныхсистемахприцифровомпредставлениителевизионныхсигналовобычнойчеткости.Вданномстандартепредусмотре-

нораздельноецифровоекодированиеяркостногоидвухцветоразносrныхсиг­налов.Такойварианткодированияназываетсякомпонентным.

Дискретизация

Установленооднозначениечастотыдискретизациисигналаяркостиравное13,5МГцдляобоихстандартовразвертки-25Гц,625строки30Гц,525строк.Каждыйцветаразностныйсигналдискретизируетсясвдвоеменьшейчастотой6,75МГц.Данныйформатдискретизациителевизионныхсигналовобозначает­ся4:2:2.Этоозначает,чточастотадискретизациицветаразностныхсигналовв2разаменьше,чемчастотадискретизациияркостногосигнала,причемвкаж­дойстрокеприсутствуютобацветаразностныхсигнала.Взаимноерасположе­ниеотсчетовяркостногоицветаразностныхсигналовпоказанонарис.2.16,а.

Полноечислоотсчетовяркостивстрокеравно864,ачислоотсчетовкаждо­гоцветаразностногосигнала-432.Завремяактивногоучасткастрокиформи­руется720отсчетовсигналаяркостии360отсчетовкаждогоцветаразностногосигнала.Этиколичестваотсчетовявляютсяпромежуточнымимеждузначения­ми,необходимымивуказанныхстандартахразверткидляполученияквадрат­ныхпикселов.Такимобразом,приразработкеРекомендации601былдостиг­нуткомпромисс.Количествоактивныхстроквкадредлястандарта625строкравно576.Следовательно,полноеколичествопередаваемыхвкаждомкадреэлементовизображениядлясигналаяркостиравно414720.

_@•@^•@.

_о••

_о•^•

_о••

^@•@•@. •^{•••••}

_@•@•@.

_о•^•

_о•^•

_о••

^@•@•@. •^{•••••}

_@•@^•@.

_о•^•

_о••

_о•^•

^{@•@.@• •••}•••

а) б)

Рис.2.16.Положениеотсчетовяркостногоицветаразностныхсигналовприформатахдискретизации4:2:2(а)и4:2:0(б):

• -отсчетысигналовяркости;о-отсчетыцветаразностныхсигналов

ПредусмотреныидругиевариантыдискретизациителевизионныхсигналовНапример,прииспользованииформата4:2:0каждыйцветаразностныйсигналимеетчастотудискретизациив2разанижечастотыдискретизациияркостногосигнала.ичислопередаваемыхстрокдлянегоуменьшаетсявдвое.Располо­жениеотсчетовяркостногоицветаразностныхсигналоввплоскостиизображе­ниядляэтоговариантапоказанонарис.2.16,6.Матрицаотсчетовдлякаждогоизцветаразностныхсигналовсодержит360х288элементов.

Вформате4:1:1числострокдлякаждогоцветаразностногосигналатакоеже,какдлясигналаяркости,ночастотыдискретизациицветаразностныхсигна­ловв4разаменьшечастотыдискретизациисигналаяркости,т.е.равны3,375МГц.Числоэлементовкаждогоцветаразностногосигналавкадревэтомслучаетакоеже,какдляформата4:2:0.

Наконец,вформате4:4:4обацветаразностныхсигналаимеютстолькоже

строкидискретизируютсястойжечастотой,чтоисигналяркости

ПрицифровойобработкеТВ-сигналоввтелевизионныхПриемникахиви­деоаппаратуре(шумопонижающиефильтры,преобразователиразвертки)обычноиспользуютсяформаты4:1:1и4:2:2.

Квантование

ВРекомендации601длявсехсигналовпредусмотреночислоразрядовквантованияЬ=8,чтодаетчислоуровнейквантованияNкв=256.Приэтом

уровнючерногосигналаяркостисоответствует16-йуровеньквантования,аноминальномууровнюбелого-235-йуровеньквантования.16уровнейкванто­ванияснизуи20уровнейквантованиясверхуобразуютрезервныезонынаслучайвыходазначенийаналоговогосигналаяркостизапределыноминально­годиапазона.Особыеназначенияимеют0-йи255-йуровниквантования.Спомощьюсоответствующихимкодовпередаютсясигналысинхронизации.

Аналого-цифровоепреобразованиесигналаяркостиописываетсясотноше­нием

У=Round(219E'v)+16,

гдеЕ'у-аналоговыйсигналяркости,изменяющийсявдиапазонеотОдо1В(штрих,какэтопринятовтехническойлитературепотелевидению,означает,чтосигналпрошелгамма-коррекцию),У-цифровойсигналяркости,изменяю­

щийсявдиапазонеот16до235,Round(x)-операцияокруглениячислахдоцелого.

Приквантованиицветаразностныхсигналовтакжепредусматриваютсяре­

зервныезоны-по16уровнейквантованиясверхуиснизу.НаАЦПпоступают

несамицветаразностныесигналыЕ_у,Е_у,акомпрессированныецветараз­ностныесигналы,формируемыевсоответствииссоотношениями

Есв=0,564·Е-У,

причемзначениясигналовEcRиЕсвизменяютсявдиапазонеот-0,5Вдо0,5В.

Аналого-цифровыепреобразованияцветаразностныхсигналов,врезульта­текоторыхполучаютсяцифровыецветаразностныесигналыCRиС₈,выпол­няютсявсоответствиисоследующимисоотношениями

CR=Round(224E'cR)+128,

Св=Round(224E'cв)+128.

Таккакцветаразностныесигналыявляютсядвуполярными,имаксимальныеотклоненияотнулевогозначениявположительнуюиотрицательнуюстороныпримерноодинаковы,128-йуровеньквантован-иядолженсоответствоватьну­левомузначениюэтихсигналов.Старшийбитвцифровомцветаразностномсигналепоказываетполярностьаналоговогоцветаразностногосигнала.

Нарис.2.17показаносоответствиемеждууровнямианалоговыхтелевизи­онныхсигналовиуровнямиквантованиядляобычноготестовогоизображенияввидевосьмицветныхполос.

ВсоставцифровоготелевизионногосигналасогласноРекомендацииITU-RВТ601входятсинхросигналы.Передначаломактивногоучасткакаждойстрокивконцестрочногогасящегоимпульсапередаетсясинхросигналначалаактив-

нойстрокиНАС(SAV-StartActiveVideo),апослеокончанияактивногоучасткакаждойстрокивначалестрочногогасящегоимпульсапередаетсясинхросигналконцаактивнойстрокиКАС(EAV-ЕпdActiveVideo).

КаждыйизсинхросигналовНАСиКАСсодержит4байта.Первыйбайтсо­стоитизвосьмидвоичныхединиц,чтосоответствуетдесятичномучислу255(вшестнадцатеричнойзаписиFF).Прииспользовании10-разрядногоквантованиявместочисла255используетсячисло1023.СледующиедвабайтаравныО(вшестнадцатеричнойзаписи00).Назначениедвоичныхразрядовпоследнего4-гобайтапоясняетсятабл.2.1.

1.000

0,922

у

-------------255(11111111)

--------------235(11101011)

а)

0,63

о

1,000

0,941

^б) 0.502

0,063

о

16(00010000)

0(00000000)

255(11111111)

240(11110000)

128(10000000)

16(00010000)

0(00000000)

1,000

0.941

в)

0,502

Св

255(11111111)

240(11110000)

-

_- 128(10000000)

-

0,063

о

16(00010000)

0(00000000)

Рис.2.17.СоответствиемеждууровнямианалоговыхтелевизионныхсигналовиуровнямиквантованияпоРекомендацииITU-RВТ601

ЗначенияFиVизменяютсяприпередачесигналаКАСвначалекаждойциф­ровойстроки.ЗначенияпроверочныхбитовРЗ...РО,зависящиеотзначенийF,VиН,приведенывтабл.2.2.Впоследнихдвухстолбцахэтойтаблицыданыдеся­тичнаяишестнадцатеричнаязаписичисла,передаваемогов4-мбайтесинхро­сигналов,котороеможетиметьвосемьдопустимыхзначений:80,90,АВ,В6,С?,DA,ЕСиF1.Проверочныебитыпозволяюткорректироватьодиночныеиобна­руживатьдвойныеошибки(окорректирующихкодахсм.вгл.5).

Таблица.2.1

Номер-разря-да	Обозна-чение	Выполняемаяфункция
о	РО	Проверочныйбит
1	Р1	Проверочныйбит
2	Р2	Проверочныйбит
3	Р3	Проверочныйбит
4	н	Н=ОдляНАС,Н=1дляКАС
5	v	V=1вовремяполевогоинтервалагашения,V=Oвнеэтогоинтервала
6	F	F=Oвовремяпередачипервогополя,F=1вовремяпередачивторогополя
7	1	Проверочныйбит,постоянноезначение1

Таблица2.2

07	F	v	н	Р3	Р2	Р1	РО	LUестнадцатеричная запись	Десятичная запись
1	о	о	о	о	о	о	о	80	128
1	о	о	1	1	1	о	1	90	157
1	о	1	о	1	о	1	1	АВ	171
1	о	1	1	о	1	1	о	86	182
1	1	о	о	о	1	1	1	С7	199
1	1	о	1	1	о	1	о	Од	218
1	1	1	о	1	1	о	о	ЕС	236
1	1	1	1	о	о	о	1	F1	241

Большаячастьдлительностистрочногогасящегоимпульсамеждусинхро­сигналамиНАСиКАС,аименно280периодовтактовыхимпульсовиз288,ос­таетсясвободной,ивэтоминтервалеможнопередаватьразличнуюинформа­цию,например,преобразованныевцифровуюформусигналызвуковогосопро­вождения.

Формирователицифровыхтелеизионыхсигналов

РассмотримдвавариантаструктурнойсхемыформирователяцифровоготелевизионногосигналавсоответствиисРекомендациейITU-RВТ601.Вуст­ройстве,показанномнарис.2.18,а,сигналыосновныхцветовER.Еа,Евсис­точникателевизионныхсигналов(телекамеры)вначалепоступаютнагамма­корректоры(ГК).СформированныесигналыE'R,Е'а,Е'ввкодирующейматрице(КМ)поизвестнымсоотношениямпреобразуютсявсигналяркостиE'vицвето­разностныесигналыE'R-YиЕ'в-У·ДалееэтисигналыпреобразуютсяАЦПвцифровыесигналыУ,CRиСв,соответственно.НавходахАЦПимеютсядо-

полнительныеаналоговыеузлы,выполняющиемасштабированиеисдвигсиг­наловвсоответствиисприведеннымивышесоотношениями.ЧислоразрядовкаждогоАЦП,какправило,равно8.

Синхроимпульсыразверткиисточникателевизионныхсигналовпоступаютнаформировательцифровыхсинхроимпульсов(ФЦСИ),вырабатывающийсинхросигналыНАСиКАС.Крометого,синхроимпульсыиспользуютсядлясинхронизациигенераторатактовыхимпульсов(ГТИ),которыйвырабатываетимпульсысчастотами27,13,5и6,75МГц,поступающиенадругиеузлыуст­ройства.ГТИсодержитсхемуфазовойавтоподстройкичастоты(ФАПЧ),спо­мощьюкоторойобеспечивается_требуемоеколичествопериодовтактовыхим­пульсовзапериодстрочнойразверткиисточникателевизионныхсигналов.

Рис.2.18.Вариантыструктурнойсхемыформирователяцифровоготелевизионногосигнала

Мультиплексор(MS)взадан1-юйпоследовательностипередаетнавыходцифровыесигналыУ,CRиСвицифровыесинхросигналы.Врезультатенавы­ходеустройстваоказываетсясформированнымцифровойтелевизионныйсиг­нал(ЦТС).

Вдругомвариантеустройства(рис.2.18,6)сигналыосновныхцветовER,EG,

ЕвсразупреобразуютсявцифровыесигналыRd,GФBd,соответственно.ПриэтомкаждыйАЦПдолжениметьпоменьшеймере1О,алучше12двоичных

разрядов.

ДалеецифровыесигналыRd,Gd,Bdпоступаютнацифровыегамма­корректоры(ЦГК),вI(ОТорыхвыполняютсянелинейныепреобразования.Числодвоичныхразрядовпрошедшихгамма-коррекциюцифровыхсигналовR'd,G'd,B'dравно8.ЗатемсигналыR'd,G'd,B'dвцифровойкодирующейматрице(ЦКМ)преобразуютсявцифровойсигналяркостиУицифровыецветаразностныесигналыCRиСв.

Формированиесинхросигналовитактовыхимпульсовиработамультиплек­

сораосуществляютсяаналогичнопервомувариантуустройства.Выполнениегамма-коррекциицифровымисредствамиобеспечиваетболееточноезаданиетребуемойфункциипреобразования,ноприэтомнеобходимыимеющиеболь­шедвоичныхразрядови,следовательно,болеедорогиеАЦП.

Внастоящеевремявыпускаютсяформирователицифровыхтелевизионных

сигналовввидеспециализированныхБИС,которыеможноиспользовать,на­пример,вустройствахоцифровкиивводателевизионныхсигналоввперсо-

Цифровь1етелевизионныесигналы

нальныекомпьютеры.Так,фирмаPHILIPSпроизводитБИСSAA7111А,вкото­ройвыполняютсяпреобразованиевцифровуюформуПЦТСилиотдельныхсигналовяркостиицветности,цифровоедекодированиесигналацветностивсехраспространенныхстандартовцветноготелевиденияиформированиевы­ходныхцифровыхсигналоввсоответствиисРекомендацией601сформатами4:2:2и4:1:1.Тактоваячастота27МГцвырабатываетсявстроеннымгенерато­ромсФАПЧипривязываетсякчастотестрочныхсинхроимпульсоввходноготелевизионногосигнала.Гамма-коррекциянетребуется,таккаквцифровуюформуnреобразуетсяПЦТС,пришедшийстелевизионнойстудии,гдеонпро­шелгамма-корректор.

Параллельньайвидеостык

Перейдемкпередачецифровоготелевизионногосигнала.РекомендациейITU-RВТ656предусмотреныдвавариантаинтерфейсадляэтойцели:парал­лельныйвидеостыкипоследовательныйвидеостык.

Стандартнапараллельныйвидеостыкпредусматриваетпередачуцифрово­

готелевизионногосигналаввидепараллельногоцифровогокода,какбылопоказанонарис.1.2,а.Дляэтоготребуется8(или1О)линийсвязидляпарал­лельнойпередачи8(или1О)двоичныхразрядовиещеодналиниядляпереда­читактовыхимпульсов.Линиисвязиобычновыполняютсяввидевитыхпарпроводов,выходыпередающихустройствnарафазные,входыnриемныхуст­ройств-дифференциальные.Такимспособомможнопередаватьцифровойтелевизионныйсигналвнутриблоковиустройствилимеждуустройстваминанебольшиерасстояния.

Прииспользованииформатадискретизации4:2:2передачазначенийотсче­товяркостногоУицветаразностныхСя,Свсигналовпроисходитпооднимитемжелиниямвследующемпорядке:У,Ся,У,Св,У,....Частотатактовыхимпульсовприэтомравнаfт=13,5+6,75+6,75=27МГц.Сигналысинхрони­зациителевизионнойразверткиНАСиКАСпередаютсявобщемпотокедан­ныхвотведенныхдлянихинтервалахвремени

ПроизведениечастотыдискретизацииfдичисларазрядовквантованияЬна­зываетсяскоростьюпередачидвоичныхсимволовцифровогосигнала-

Q[бит/с].Дляцифровойстудийнойаппаратуры,удовлетворяющейтребовани­ямрассматриваемыхРекомендаций,получаютсяследующиезначенияэтогопараметра:

-дляяркостногосигнала:Ov=13,5·8=108Мбит/с;

-дляцветаразностногосигнала:Ос=6,75·8=54Мбит/с.

Суммарнаяскоростьпередачидвоичныхсимволовпреобразованногов

цифровуюформуПЦТСдляпараллельноговидеостыкаопределяетсяследу­щимравенством

Os=Ov+20с=216Мбит/с.

Последовательныйвидеостык

Передачациq)ровоготелевизионногосигналанабольшиерасстоянияосу­ществляетсявпоследовательнойформе.Вэтомслучаедвоичныеразрядыкаждогоотсчетацифровогосигналапередаютсяодинзадругимпооднойли-

нии,вкачествекоторойможноиспользоватькоаксиальныйиливолоконно­оптическийкабель.Импульсытактовойчастотыотдельнонепередаются.Так­товаячастотавосстанавливаетсявприемнамустройствепосамомупереда­ваемомусигналу.

Одинизпростейшихспособоввосстановлениятактовойчастотыприприемецифровогосигнала,передаваемогопопоследовательномуканалу,иллюстриру­етсяструктурнойсхемой,показаннойнарис.2.19сверху,ивременнымидиа­граммами,представленныминатомжерисункеснизу(точкиструктурнойсхемыисоответствующиеимвременныедиаграммыпомеченыодинаковымибуквами).

а д

a)JП 1 П 1 1

1 1 1 1 1 1 1

	----t-----+L-- --+'- ---+'-- -+'------	.......---+L- -
: : :	: : : 1 : :	: t

б)t

: : : t

в)1hhh hhh h h-

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

L- +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-4-+-4-

,_-r-+-; r-+-,_-r _-

д)

t

Рис.2.19.Выделениетактовыхимnульсовизпередаваемогопоследовательноцифровогосигнала

Принимаемыйцифровойсигнал(рис.2.19,а),состоящийизпоследователь­ности«единичных))исснулевых))уровней,поступаетнаформировательим­пульсов(ФИ),вырабатывающийкороткиеимпульсынакаждыйположительныйиотрицательныйперепаднапряжениявсигнале(рис.2.19,6).Расширительимпульсов(РИ)преобразуеткороткиеимпульсывимпульсы,длительностько­торыхравнаполовинепериодатактовойчастоты(рис.2.19,в).Этиимпульсыпоступаютнаузкополосныйфильтр(УПФ),настроенныйнатактовуючастоту.Навыходефильтравыделяетсясинусоидальныйсигналтактовойчастоты(рис.2.19,г),которыйзатемпреобразуетсяусилителем-ограничителем(УОгр)впрямоугольныеимпульсы(рис.2.19.д),используемыедлятактированияпри­нимаемогосигнала.

Каквидноизвременныхдиаграмм,вслучае,есливпринимаемомцифро­вомсигналеподрядидутнесколькобитовсодинаковымизначениями,тонавыходеформирователяимпульсоввтечениеэтогоотрезкавременинетсигна­лов.ивыходныетактовыеимпульсыпродолжаютформироватьсязасчетнали­чиязатухающегогармоническогоколебаниянавыходеузкополосногофильтра.Этонакладываетограничениянаnередаваемыйсигнал,таккакпередачадос­таточнодлинныхпоследовательностейнулейилиединицприведеткпрекра-

щениюформированиятактовыхимпульсов.Крометого,вначалепередачицифровогосигналаамплитудаколебанийнавыходеузкополосногофильтранарастаетпостепенно,поэтомуимеетместонекотораязадержкадопоявлениятактовыхимпульсовнавыходеустройствасинхронизации.

Дляпреодоленияуказанныхтрудностейвсистемахпередачицифровыхсигналовпопоследовательнымканаламсвязивыполняетсядополнительноепреобразованиепередаваемыхданных(канальноекодирование}.врезультатекоторогоколичествопередаваемыхподряднулейилиединицограничивается.

РекомендацияITU-RВТ656определяетпараметрыпоследовательногоин­

терфейсаSDI(SerialDigitallnterface}дляпередачицифровыхтелевизионныхсигналов.Структурнаясхемасистемыпередачивсоответствиисэтиминтер­фейсомпоказананарис.2.20.

Параллельный

Параллельный

Скремблирование

видеостык ..;..:;.:;.;----

импульсов

270МГц

27МГц

Параллельный

ПараллельныИвидеостык

Рис.2.20.Последовательныйвидеостык

Цифровойсигнал,соответствующийвышеописанномупротоколупарал­лельнагоинтерфейсаиимеющий1Обитовнаотсчет,преобразуетсявпосле­довательнуюформу.Приэтомтактоваячастотавозрастаетв1Ораздо270МГц.Затемцифровойсигналскремблируется(см.§5.2}ипреобразуетсявкодБВНсинверсией(ЕВН-БезВозвратакНулю,по-английски-NRZ-NonRe­turntoZero}.

Врезультатетакойобработкиисключаютсядлинныесериинулейиединициввыходномсигналекаждоеизменениелогическогоуровнясоответствуетлоги­ческойсе1>>висходномсигнале.Этообеспечиваетнадежноевосстановлениетактовойчастотывприемнамустройствеинезависимостьприемаотполярностипоступающегосигнала.ПринятыйсигналдекодируетсяизкодаБВНсинверсиейвобычныйпоследовательныйдвоичныйкод,дескремблируется,послечеговнемобнаруживаютсясигналыНАСиКАС.Понимсинхронизируетсяпреобразо­ваниеизпоследовательнойформывпараллельную.

Размахсигналанавыходепередатчикапоследовательногоинтерфейсапорядка0,8В.Передачаосуществляетсяпокоаксиальномукабелюсхарактери­стическимсопротивлением75Ом.Таккакскоростьпередачидвоичныхсимволовсоставляет270Мбит/с,ширинаполосычастоткабельногоканаласвязидолжнабытьнеуже135МГц.Реальнаяполосачастоткоаксиальныхкабелей,какправило.существенношире.

2--2328 ₃₃

ВпервоначальномвариантепоследовательноговидеостыкапоРекоменда­цииITU-RВТ656предусматриваласьпередачакаждогоВ-разрядногокодаот­счетаяркостногоилицветаразностногосигналаспомощью9-битовойпосылки,чтодавалоскоростьпередачидвоичныхсимволов243Мбит/с.Врезультатеперекодировкиисключалисьдлинныесериинулейиединиц.Однаковэтомва­риантевозникалисложностиприпередачецифровоготелевизионногосигналас1Обитаминаотсчет.