12.2. Проблемы преобразования телевизионных стандартов [5]

Обмен телевизионными программами имеет важное значение в развитии современного общества. Благодаря этому обмену открываются широкие перспектива показа важных политических и культурных событий, происходящих в различных местах земного шара. Это способствует лучшему познанию людьми друг друга и культурному их обогащению. Этим широко и ежедневно пользуются при передаче программ новостей, общественно-политических переда, всякого рода «телевизионных мостов» и др. Поэтому трудно переоценить значение международного обмена телевизионной информацией.

Одним из необходимых условий воспроизведения переданного ТВ изображения является идентичность параметров разложения (число строк и частота полей) передающей и приёмной сторон. При несоответствии этих параметров необходимо на приёмной стороне сформировать ТВ сигнал с новыми параметрами разложения в соответствии с действующим на данной территории стандартом.

Стандарт разложения – это процесс дискретизации телевизионного сигнала в пространстве и во времени, это число строк в кадре, структура расположения строк и число кадров в секунду. Преобразование видеосигналов с различными стандартами разложения будем называть преобразованием стандартов. Задача преобразования состоит в вычислении промежуточных значений отсчётов выходного стандарта, исходя из имеющихся отсчётов входного стандарта (интерполяция).

В настоящее время в центрах преобразования стандартов используют электронные устройства, в которых все основные операции осуществляются на основе цифровых методов обработки телевизионных сигналов.

Цифровые преобразователи стандартов (ЦПС) аналогичны аналоговым преобразователям, однако цифровые имеют ряд существенных преимуществ. Аналоговые преобразователи неизбежно вносят в телевизионный сигнал искажения, связанные с дополнительными операциями в канале передачи, и ухудшают соотношение сигнал/помеха, тогда как в ЦСП искажения и шумы могут быть сделаны малыми, так как они определяются параметрами цифровой системы и могут быть нормированы. Кроме того, при использовании ЦПС резко повышается стабильность работы и обеспечивается бесподстроечный режим, тогда как аналоговые преобразователи требуют тщательных регулировок и настроек в процессе эксплуатации.

Цифровые преобразователи должны выполнять три основные функции: 1) преобразование числа строк и полей с помощью цифровой обработки (для этого имеются АЦП, ЦАП и устройство памяти, интерполяторы строк и кадров); 2) декодирование принимаемого полного ТВ сигнала на составляющие яркостную и цветоразностные (для этого используются три декодера – PAL, SECAM и NTSC); 3) кодирование яркостного и цветоразностного сигналов в требуемую систему цветного телевидения - PAL, SECAM, NTSC.

Преобразователь параметров сигнала в общем случае состоит из: АЦП, преобразующего ТВ сигнал входного стандарта (стандарт I) в цифровую форму; ЦПС, состоящего из цифровой памяти, интерполяторов строк и полей (движения) и устройств управления ими; ЦАП, преобразующего цифровой сигнал в аналоговый выходного стандарта (стандарт II). В табл. 12.5 приведены параметры систем цветного телевидения, которые подвергаются изменению при преобразованиях. Для уменьшения объёма цифровой памяти ЦПС строятся с учётом обработки не полной телевизионной строки длительностью 64 мкс, а только активной её части.

Таблица 12.5. Преобразования стандартов

Параметр	Стандарт		Режим преобразования
	525/60	625/50	625/50→525/60	525/60→625/50
Частота полей, Гц	60	50	Преобразование полей 5→6	Преобразование полей 6→5
Частота строк в кадре	525	625
Активное число строк в поле	241,5	287,5	Преобразование строк 287→244; 7→6	Преобразование строк 240→290; 5→6
Период строки, мкс	63,55	64
Длительность активной части строки, мкс	52,6	52	54 (648 элементов)	54 (648 элементов)
Система цветного ТВ	NTSC	PAL, SECAM	PAL, SECAM, NTSC	NTSC, PAL, SECAM

Все основные операции по преобразованию стандартов, по интерполяции строк и кадров, по коррекции сигналов осуществляется с помощью устройств с большой ёмкостью цифровой памяти, являющейся основным элементом ЦПС. Обычно в АЦП цветовой сигнал дискретизируется на утроенной частоте поднесущей при 256 уровнях квантования (8 бит на отсчёт). В этом случае цифровой поток получается равным 106 Мбит/с, а период следования импульсов в потоке 9,4 нс. Отсюда подсчитать, что временной интервал длительностью в одну ТВ строку содержит 6,8 кбит. Следовательно, устройство памяти для хранения кадра изображения должно обладать информационной ёмкостью до 4,26 Мбит.

Сопряжение частот строк и кадров при преобразовании стандартов разложения сводится к изъятию лишних или добавлению недостающих строк и кадров. Однако простое изъятие или обычное повторное воспроизведение некоторых строк через равные интервалы времени при формировании ТВ кадра приводит к специфическим искажениям, характеризуемым нарушением непрерывности сплошных наклонных линий (разрыв) в передаваемом изображении (рис 12.1).

Рис. 12.1. Искажения, возникающие при преобразовании стандартов

Обычно цифровые преобразователи стандартов формируют также и ввод испытательных сигналов, коррекцию временных искажений и синхронизацию.

Процесс транскодирования сигналов цифрового телевидения при одинаковых стандартах развёртки сводится к следующим основным операциям: а) разделение полного ТВ сигнала преобразуемой системы цветного телевидения на составляющие сигналы – яркостный и цветности; б) изменение частоты поднесущей сигналов цветности; в) изменение метода модуляции сигналов цветности; г) сложение яркостного сигнала и сигналов цветности для получения полного сигнала преобразованной системы цветного телевидения.

С появлением ТВЧ возникли новые задачи у преобразователей стандартов. Это прежде всего понижение стандарта ТВЧ до уровня действующего, а также повышение уровня действующих – до ТВЧ. Таким образом, появились три разные группы преобразователей: понижающий (down-converter), повышающий (up-converter) и перекрёстные кросс-преобразователи (coss-converter). Последний изменяет частоту строк, полей или то и другое одновременно.

Кроме этого, появились преобразователи формата кадра. Эта функция стала настолько важной, что выпускается аппаратура, преобразующая только формат кадра без преобразования строк и кадров. Такие устройства называются преобразователями формата кадров.

Рассмотрим подобные преобразователи стандартов.