6.2.2. Цифро-аналоговый преобразователь

Для восстановления исходного аналогового сигнала U(t) из последовательности отсчетов U(nT) последние необходимо в соответствии с (3) пропустить через идеальный фильтр нижних частот со срезом на частоте f_гр. Множитель представляет собой реакцию такого фильтра на единичный импульс U(nT). Для точного восстановления исходного сигнала по теореме Котельникова предполагается наличие бесконечно большого чис­ла отсчётов. На практике же сигнал, всегда имеющий конечную длительность, описывается конечным количеством отсчетов. Несмотря на это несоответствие условиям теоремы, такой спо­соб восстановления сигнала широко используется в цифровом телевидении, и точность восстановления при соблюдении опре­деленных требований оказывается достаточной [5].

 

 

6.2.3. Структура дискретизации видеосигналов

Теоретический анализ и эксперименты  показали,  что наи­лучшей  является  ортогональная структура  дискретизации, пояс­няемая рисунком 2.7.

Рис. 2.7. Структура дискретизации видеосигналов.

 - место снятия отсчёта CB и CR;

Y – отсчёты, соответствующие сигналу яркости;

CB и CR – отсчёты, соответствующие красному и

синему цветоразностным сигналам.

 

Отсчеты в этом случае берутся на пересечении горизонтальных и вертикальных линий ТВ растра. Положение этой сетки жестко связано с растром и не изменяет­ся от поля к полю и от кадра к кадру. Поэтому, к примеру, аппаратурные помехи или искажения будут менее заметны на ТВ изображении, чем при подвижкой сетке отсчетов, поскольку способны создавать лишь неподвижные контура. Например, сни­жается заметность муаровых помех, возникающих при наложении спектров аналогового и дискретизированного ТВ сигналов, ес­ли фильтрация высокочастотных составляющих недостаточно глубокая. Кроме того, периодичность структуры дискретизации заметно упрощает процедуру цифровой обработки ТВ сигналов при информационном сжатии видеоданных, фильтрации, необходимой при формировании спектра кодируемого сигнала,  при преобразо­вании стандартов разверток и т.п. Во всех упомянутых слу­чаях при ортогональной дискретизации отсчеты ТВ сигналов в последовательных кадрах и строках пространственно совмещены, поэтому нет необходимости в промежуточной интерполяции (передискретизации) отсчетов, что характерно для структур дискретизации, не имеющих пространственной совместимости отсчетов.

Современная техника вносит свои коррективы в проблему дискретизации. Так, в настоящее время практически все теле­визионные камеры работают с твердотельными преобразователями "свет-сигнал" (ПЗС матрицами), имеющими собственную, жестко заданную, ортогональную структуру дискретизации. Две раз­личные структуры дискретизации в ПЗС и электрическая в кодере могут мешать друг другу, что в итоге ведет к появлению муаровых помех, если эти структуры будут выбираться произ­вольно [4.7]

Разработчики международных стандартов на параметры дискретизации и цифрового кодирования учитывали, помимо прочего, и потребности современной технологии производства телеви­зионных программ. Дело в том, что одни: электронная рир-проекция, микширование, спецэффекты и т.п., предъявляют наи­высшие требования к качеству сигнала, другие могут удовлет­воряться средним уровнем качества. Видеожурналистика – один из возможных примеров.

Поэтому принята стандартизованная иерархия частот дис­кретизации сигналов яркости и цветности, определяемая соот­ветствующими коэффициентами 1,2,4,8. Коэффициенту 4 соот­ветствует частота дискретизации 13,5 МГц = 4 х 3,375 МГц, соответственно 1 – 3,375 МГц.

Для наиболее ответственных технологических операций в студиях рекомендуется стандарт 4:4:4 - это означает, что яркостный и оба цветоразностных сигнала дискретизируются с одинаковой частотой 13,5 МГц. Более часто используется иерархи­ческий уровень 4:2:2, что означает частоту дискретизации для яркостного сигнала 13,5 МГц, для цветоразностных - 6,75 МГц. В четвертьдюймовом формате цифровой видеозаписи DVC Pro, например, используется уровень 4:1:1 (в системе NTSC), а значит при дискретизации сигнала яркости 13,5 МГц, цветоразностные дискретизируются вчетверо реже с частотой 3,375 МГц. Напротив, в преобразователях стандартов высшего уровня уже используется стандарт 8:8:8, что соответствует частоте дис­кретизации 27 МГц для всех компонент и по качеству – системам  телевидения высокой четкости. В телевизионной журналис­тике используется иерархический уровень 2:1:1 [7].