Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1325 вузов, 5437 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Московский технический университет связи и информатики
Предмет:
Основы радиоприёма вещательных сигналов
Файл:

Учебники / Цифровое телевизионное вещание под редакцией Г. В. Мамчев, 2014

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
29.05.2026
Размер:
20.33 Mб
Скачать
☆

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО

ИЗВУКОВОГО СИГНАЛОВ

1.1.Принципы цифрового кодирования

телевизионного сигнала

Общие принципы построения системы цифрового телевидения

Системы цифрового телевидения могут быть двух типов. В системах первого типа, полностью цифровых, преобразование передаваемого изо­ бражения в цифровой сигнал и обратное преобразование цифрового сигна­

ла в изображение на телевизионном экране осуществляются непосредст­ венно в преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет. Во всех звеньях трак­

та передачи изображения информация передается в цифровой форме. В цифровых телевизионных системах второго типа аналоговый телевизи­ онный сигнал, получаемый с датчиков, преобразуется в цифровую форму,

подвергается всей необходимой обработке, передаче или консервации, а

затем снова приобретает аналоговую форму. При этом используются су­

ществующие датчики аналоговых телевизионных сигналов и преобразова­ тели свет-сигнал в телевизионных приемниках. В этих системах на вход

тракта цифрового телевидения поступает аналоговый телевизионный сиг­ нал, затем он кодируется, то есть преобразуется в цифровую форму. Это

преобразование представляет собой комплекс операций, наиболее сущест­

венными из которых являются дискретизация, квантование и непосредст­

венно кодирование.

Строго говоря, дискретизированный и квантованный телевизионный

сигнал уже является цифровым. Однако цифровой сигнал в такой форме по

помехозащищенности мало выигрывает по сравнению с аналоговым, осо­

бенно при большом числе уровней квантования. Для увеличения помехо­

защищенности сигнала его лучше всего преобразовать в двоичную форму,

то есть каждое значение уровня сигнала записать в двоичной системе

счисления. При этом номер (значение уровня квантования) будет преобра­ зован в кодовую комбинацию символов «О» или «1». В этом и состоит тре­ тья, заключительная операция по преобразованию аналогового телевизи­ онного сигнала в цифровой, называемая операцией кодирования. Данный

способ nреобразования получил название имnульсно-кодовой модуляции

(ИКМ). ДЛЯ примера на рис. 1.1 г показан результат преобразования фраг-

1.1. Принципы цифрового кодирования телевизионного сигнала

21

мента исходного аналогового телевизионного сигнала [1(t) в последова­

тельность комбинаций двоичного трехразрядного кода.

Дискретизация

Первой операцией процесса цифрового кодирования аналогового те­

левизионного сигнала является его дискретизация, которая представляет

собой замену непрерывного аналогового сигнала [1 ( t) последовательно­

стью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Наиболее распростра­ ненной формой дискретизации является равномерная дискретизация с по­ стоянным периодом, в основе которой лежит теорема Найквиста-Котель­

никова. Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал [1 (t ), имею­

щий ограниченный спектр частот (рис. 1.1 а), может быть представлен зна­

чениями этого сигнала [1 ( tn ), взятыми в дискретные моменты времени (от­

счеты) t n =nТ (рис. 1.1

б), где n = 1, 2, 3,

... -

целые числа; Т -

период или

а)

U(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогов:ый сигнал:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

I

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

(П-2)Т

(П-Il)Т

 

__пТ

 

(П+l)Т

(П+2)Т

 

(п+з)Т

t

б)

U(пТ)

 

I

 

 

I /

/

 

 

 

 

I

 

I

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

"",

 

: ДискреТН~lе отсчеты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

'1

 

Т

I

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

--

 

 

I

. /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

./

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'"

--

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'"

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(п-2)Т

(П-l)Т

 

пТ

 

(П+l)Т

(П+2)Т

 

(п+з)Т

t

В) Uкв(пТ)

i

 

 

i

 

 

 

I

 

 

i

 

i

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

г--

L------

 

~------

 

 

~~-----

=L-------

 

L-----

 

 

~

 

 

 

 

 

5 г

I

 

 

I

 

/ -- -

........ ,

Квантованные отсчетыl

 

 

 

 

r-------

 

 

 

т~~

---4--

~----

 

 

г-------

 

r---

 

~~

 

 

 

 

 

 

 

:

 

~~

1/ ....

 

 

~

':

 

:

 

ф Шаг

 

 

 

 

4г-~----

 

 

 

 

~~------

 

 

~--

~---

 

 

 

 

 

 

 

3

 

I

/./

 

 

 

 

 

 

" I

 

I

квантования

 

 

 

 

Г ТI-/~./~--

-- -------

+

 

 

1-------

 

 

~_~~QQP~!_~~~~О~Е~~~_I

~

 

 

 

2

 

~./

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"'

 

 

 

 

..... /

Ошибка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

....

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

........

 

,

 

/

_1кванто-

 

1 ./

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"тf

 

 

 

 

вания

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(П+l)Т

(П+2)Т

 

(п+з)Т

t

 

 

(п-2)Т

(П-l)Т

 

пТ

 

 

(П-2)Т

(П-l)Т

пТ

(П+l)Т

(П+2)Т

(п+з)Т

t

Рис. 1.1. Преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую

22

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ

интервал дискретизации, выбранный из условия теоремы Найквиста­

Котельникова: Т::;; 0,5!frp . Здесь frp - верхняя граничная частота спектра исходного сигнала И(t ). (Для отечественного вещательного телевизион­

ного стандарта верхняя граничная частота спектра телевизионного сигнала

frp =6,25 МГц). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частотой дискретизации. Частота дискретизации fд, выбранная в соответ­ ствии с теоремой Найквиста-Котельникова, равна: fд = 2frp, то есть часто­

те НаЙквиста.

Аналитическое выражение теоремы Найквиста-Котельникова, утвер­

ждающей возможность

замены

непрерывного сигнала И(t) последова­

тельностью дискретных значений И(nТ ) , имеет следующий вид:

()

~

(

)siп2nfгр(t-nТ)

.

И t

= L.J И nТ

2n frp (t - nТ)

 

n=-оо

 

 

Предполагается, что отсчеты И(nТ) являются Б-импульсами (беско­ нечно короткими). Следовательно, исходный сигнал И(t) после дискрети­

зации можно представить в виде суммы:

00

 

И(nТ)= L И(t)ь(t-nт),

(1.1)

n=-оо

где Б( t) - дельта-функция; Т-период дискретизации.

Если выражение (1.1) подвергнуть преобразованию Фурье, то полу-

чим

00

 

Sд(f)= L S(f -nfд ),

(1.2)

n=-оо

где S (f) и Sд (f) - спектры исходной и дискретизированной функций

соответственно.

Из соотношения (1.2) следует, что спектр дискретизированного сигна­ ла представляет собой сумму исходного спектра (n = О) и «побочных» или

дополнительных спектров того же вида, но сдвинутых один относительно

другого на fд, 2fд и т.д. (рис. 1.2). По форме они повторяют спектраль­

ную плотность исходного сигнала и группируются вокруг гармоник часто­

ты дискретизации. Из рис. 1.2 видно, что с помощью идеального фильтра

нижних частот (ФНЧ) с частотой среза fФНЧ можно выделить спектр ис­

ходного сигнала при выполнении двух условий:

fд ?:.2fгр; fгр::;;fФнч::;;fд - fгp.

Чтобы восстановить сигнал с помощью реального ФНЧ, частота дискрети­

зации должна удовлетворять условию: fд=k2fгр' где k> 1, k = 1,1 ... 1,5.

Если же частота отсчетов fд выбрана меньше 2frp, то после дискре­ тизации побочные спектры будут перекрывать основной, и в общем виде

1.1. Принципы цифрового кодирования телевизионного сигнала

23

а)

5

-frp о frp

б)

-fА

-frp

о

frp

fA

2fA

 

 

 

 

 

Рис. 1.2. Спектральное представление дискретного

телевизионного сигнала:

f

f

а) спектр аналогового телевизионного сигнала; б) спектр сигнала после дискретизации

невозможно восстановление без помех исходного сигнала (рис. 1.3). Следо­

вательно, условием отсутствия перекрытия побочных спектров в дискрети­ зированном телевизионном сигнале, обеспечивающего гарантированное ис-

ходное качество при его обратном преоб-

SA(f)

КФНЧ

 

разовании в аналоговую форму с помощью

 

 

 

низкочастотной фильтрации, является вы­

 

 

 

полнение условия: fд ~12,5 МГц, что со­

 

 

 

ответствует критерию НаЙквиста.

 

frp f

f

Процесс дискретизации изображе-

о

ния, как и в случае одномерного сигнала

 

A

 

 

 

 

можно рассмотреть со спектральной точ­

Рис. 1.3. Перекрытие

 

ки зрения. Для этого введем понятие про-

спектров дискретизирован­

странственных частот и пространственно­

ного сигнала при !д < 2!гр

 

го спектра непрерывного изображения.

 

 

 

Для получения комплексного пространственного спектра изображения применяется двумерное преобразование Фурье

-00 -00

где Ь( х,у) - значения двумерного сигнала изображения; fx,fy - про­

странственные частоты.

Обратное двумерное преобразование Фурье позволяет по спектру вос­

становить исходное изображение

24

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ

где х и у - соответственно горизонтальная и вертикальная координаты в

плоскости изображения.

При этом низкие пространственные частоты соответствуют медленным

изменениям яркости изображения по пространственным координатам, а высо­ кие пространственные частоты - быстрым изменениям яркости, то есть мел­ ким деталям изображения и резким перепадам яркости на границах объектов.

Преобразование пространственного спектра изображения при двумер­ ной дискретизации показано на рис. 1.4. Пространственный спектр исход­ ного изображения предполагается ограниченным в плоскости пространст­

венных частот, то есть вне некоторой замкнутой кривой все частотные со­

ставляющие можно считать равными нулю. Как и в случае дискретизации

одномерных сигналов, при двумерной дискретизации появляются побоч­ ные спектры, сдвинутые относительно исходного спектра по горизонта­

ли и по вертикали на величины пространственных частот дискретизации

f д,у и f ДХ , соответственно.

На рис. 1.4 а показан случай, когда в результате дискретизации по­

бочные спектры не пересекаются с основным. Такой случай достигается при достаточно больших пространственных частотах дискретизации по обеим координатам. В таком случае возможно восстановление исходного изображения по дискретизированному с применением пространственного

фильтра, выделяющего спектр исходного изображения из спектра дискре­

тизированного изображения. Это является обобщением теоремы Котель­

никова на двумерные сигналы.

На рис. 1.4 б показан случай, когда побочные спектры перекрываются со спектром исходного изображения, что является следствием недостаточ­ но больших значений частот дискретизации по пространственным коорди­ натам. В этом случае восстановление исходного изображения по дискрети­ зированному без искажений невозможно.

а)

б)

f~+-+-+-~~-+-+-+

f~+-~--*--+--&--r--+

 

fx

 

fx

-f~+-+-+-~~-+-+-+

-f~+--+--&--r~r-~-+

-fдx

fдx

-fдx

fдx

 

 

Рис. 1.4. Пространственные спектры дискретизированных

изображений в случаях выполнения (а) и нарушения (6) условий аналога

теоремы Найквиста-Котельникова для двумерных сигналов

1.1. Принципы цифрового кодирования телевизионного сигнала

25

Конкретный вид искажений в изображении зависит от форм состав­ ляющих его объектов и особенностей его пространственного спектра. При наличии в исходном изображении хорошо выраженных периодических со­

ставляющих искажения могут проявляться в виде появления новых перио­

дических составляющих, часто имеющих вид муара. Если исходное изо­

бражение содержит наклонные линии, то в результате дискретизации края этих линий становятся зубчатыми.

Искажения, возникающие при дискретизации, часто зависят от поло­

жения объекта относительно сетки частот дискретизации (сетки отсчетов),

то есть являются случайными.

Чтобы дополнительных искажений дискретизации не возникало, не­ обходимо выбирать достаточно большие по величине пространственные частоты дискретизации по обеим координатам. Однако в телевидении эти пространственные частоты фактически предопределены параметрами, за­

даваемыми в используемом стандарте разложения, то есть количеством

строк и числом элементов (пикселей) в каждой строке.

Для согласования пространственного спектра изображения с парамет­

рами телевизионной системы (количество строк и число пикселей в каж­ дой строке) во многих случаях приходится ограничивать верхние гранич­

Hыe пространственные частоты изображения перед дискретизацией. Эта

операция выполняется с помощью специальных оптических рассеивающих

элементов, располагаемых перед ПЗС-матрицей или просто путем дискре­

тизации видеосигнала во времени.

Выбор частоты дискретизации телевизионного сигнала !д во многом

зависит от вида структуры отсчетов, то есть от относительного их положе­

ния на телевизионном экране, которая может быть фиксированной (отсче­ ты располагаются на одних и тех же позициях в соседних кадрах) или под­ BижHoй (отсчеты меняют свое положение). Искажения, возникающие в процессе дискретизации, менее заметны в фиксированных структурах дис­ кретизации. Различают следующие виды фиксированных структур дискре­

тизации: ортогональную, строчно-шахматную u кадрово-шахматную.

Ортогональная структура дискретизации

Если частоту дискретизации выбрать кратной частоте строк, то на изображении будет образована ортогональная структура дискретизации, в

которой отсчеты располагаются в узлах прямоугольной решетки (рис. 1.5). Примем, что !д =2!гр, тогда при этом условии число отсчетов в изображе­

нии будет равно числу его условных телевизионных элементов. Поэтому

сокращение числа отсчетов приведет к пропорциональному уменьшению

разрешающей способности телевизионной системы, то есть к ухудшению качества изображения.

Для оценки возможностей ортогональной структуры отсчетов при фор­ мировании изображений рассмотрим более детально процесс зрительного

26

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ

 

 

восприятия. Установлено, что зрительный

 

 

анализатор содерлеит совокупность рецеп­

 

 

торов (рецептивные поля), кодирующие

 

 

одновременно большие группы элементов

 

 

изобралеения, реагируя при этом не столько

 

 

на их яркость, сколько на форму, выделяя

 

 

из фона изобралеения наиболее его инфор­

 

 

мативную часть: контуры, перепады ярко­

 

 

сти. Такие свойства зрительного аппарата

Рис. 1.5. К определению раз­

позволяют ему восстанавливать целостные

 

решающей способности теле­

контуры далее при их распаде на отдельные

 

визионной системы с ортого-

элементы вследствие дискретизации или

 

нальной структурой дискрети­

из-за воздействия случайных помех. В изо­

 

зации

бралеениях существуют значительные ста-

 

 

тистические связи, к которым в результате

эволюционного развития приспособился наш зрительный аппарат.

Эти свойства зрительного анализатора позволяют допустить, что в те­ левизионной системе не обязательно обеспечивать условия для передачи каледого из элементов изобралеения. Молено удовлетвориться возмолено­

стью передачи телевизионной системой определенного ансамбля конфигу­ раций, при этом с понилеенным (по отношению к стандарту) числом эле­

ментов.

Определим с таких позиций разрешающую способность телевизион­ ной системы с ортогональной структурой дискретизации [1]. Для этого

нанесем в пределах ортогональной структуры самые элементарные конфи­

гурации: вертикальные, горизонтальные и наклонные линии, представ­

ляющие собой детали некоего телевизионного изобралеения (см. рис. 1.5).

Условимся, что минимальное расстояние меледу соседними контурами,

распололеенными по вертикали или горизонтали (линии 1 и 2 или 5 и 6 на рис. 1.5), равно шагу дискретизации d - расстоянию меледу соседними от­

счетами. Из рис. 1.5 видно, что наклонные контуры, ориентированные по

диагонали (линии 3, 4), содерлеат меньшее число элементов на одном и том

лее участке по сравнению с вертикальными и горизонтальными линиями.

Тем не менее глаз благодаря развитой системе нейронов объединяет их в общие диагональные линии. Эти линии не распадаются на отдельные эле­ менты, а воспринимаются слитно. Причем при ортогональной структуре

отсчетов расстояние меледу наклонными линиями меньше, чем меледу вер­

тикальными и горизонтальными в J2, то есть ортогональная структура от­

счетов обеспечивает в диагональных направлениях б6льшую разрешаю­

щую способность по сравнению с вертикальным и горизонтальным на­ правлениями. В этом обнарулеивается несовершенство ортогональной

структуры дискретизации. В то лее время известно, что разрешающая спо­

собность зрения анизотропна, то есть разрешение глаза неодинаково в

1.1. Принципы цифрового кодирования телевизионного сигнала

27

различных направлениях. Например,

частотная характеристика пространст­

венного фильтра, эквивалентного зри­

тельной системе, имеет разную шири­

ну полосы пропускания в разных на­

правлениях (рис. 1.6) [2]. Максималь­

ная ширина полосы соответствует на­

правлениям осей пространственных

частот, минимальная -

направлениям,

 

совпадающим с биссектрисами углов,

 

образованных осями

пространствен­

 

ных частот. Следовательно, разреше-

Рис. 1.6.

ние глаза

максимально вдоль верти­

Частотная характеристика

кальной и

горизонтальной осей, при­

пространственного фильтра,

 

мерно в 1,5 раза превышая разрешаю­

эквивалентного зрительной

 

щую способность в диагональных на­

системе

 

правлениях. В этом проявляется адап-

 

тация зрения к статистике изображений, в которых преобладают перепады

яркости в вертикальных и горизонтальных направлениях.

Таким образом, ортогональная структура дискретизации изображения с шагом дискретизации, удовлетворяющим условиям теоремы Найквиста­ Котельникова, характеризуется заметной избыточностью в разрешающей способности системы по диагональным направлениям. Устранить эту из­

быточность путем уменьшения числа отсчетов (то есть уменьшая частоту дискретизации) нельзя, так как при этом ухудшится четкость изображения

в самых важных направлениях: по горизонтали и вертикали.

Рассмотрим другую, более совершенную с этих позиций структуру

дискретизации.

Шахматная структура дискретизации

В строчно-шахматной структуре используется строчное чередова­ ние точек, образованное в результате сдвига на половину интервала дис­

кретизации отсчетов соседних строк данного поля (рис. 1.7 а). Строчно­

шахматную структуру получают двумя путями: либо дискретизируют

телевизионный сигнал с частотой (2n +1) fz /2 (где n - целое число; fz -

частота строчной развертки), либо частоту дискретизации выбирают рав­ ной nfz, но ее фаза меняется в начале каждой четной строки [2].

Кадрово-шахматная структура образуется путем сдвига отсчетов со­

седних полей на половину интервала дискретизации (рис. 1.7 6). Кадрово­

шахматная структура получается дискретизацией телевизионного сигнала

с частотой, равной либо (nfz + 25 Гц), либо nfz с изменением фазы часто­

ты дискретизации в начале каждого четного поля.

28

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ

а)

Отсчеты

 

б)

 

 

 

 

•

~ I '--...

 

 

 

 

 

 

•

•

•

•

•

•

•

 

 

•

•

•

- - -* - ~

- -*

- - ""

 

 

•

•

•

• / Строки

- 7(- - ~ - 7(- - ~ -

- - -* - ~- -* --

 

•

•

•

•

•

•

•

•

Рис. 1.7. Шахматная структура дискретизации телевизионного изображения:

а) строчно-шахматная структура; б) кадрово-шахматная структура

d/2

--о- -е

-:tщ2 3 4 & -

1 2

Рис. 1.8. К определению

разрешающей способно­

сти телевизионной системы с шахматной структу­ рой дискретизации

Для анализа шахматной структуры дис­

кретизации зададимся числом отсчетов в теле­

визионном изображении, соответствующим

частоте дискретизации fд = 2frp. Если распо­

ложить эти отсчеты таким образом, чтобы в соседних строках они были бы смещены друг

относительно друга на половину шага дискре­

тизации d/2, то образуется структура отсчетов, называемая шахматной (рис. 1.8). Нанесем на этой структуре простейшие конфигурации

изображения из горизонтальных, вертикаль­ ных и наклонных линий. Оценим качество их

воспроизведения и минимально возможные

расстояния между ними [1].

Горизонтальные линии 5 и 6 воспроизво-

дятся, как и при ортогональной структуре дис­

кретизации, с той же детальностью. Таким образом, разрешающая способ­

ность телевизионной системы в вертикальном направлении сохранилась прежнеЙ.

Вертикальные линии 1 и 2 воспроизводятся теперь в виде более гру­ бой структуры, содержащей в два раза меньшее число элементов. Однако,

как показывает эксперимент, зрительно на качестве воспроизведения вер­

тикальных контуров это почти не сказывается. Зато очень существенно увеличилась разрешающая способность системы по горизонтали. Она ха­

рактеризуется при шахматной структуре дискретизации в два раза мень­

шим расстоянием между двумя соседними вертикальными линиями d/2. В диагональных направлениях (линии 3 и 4) интервалы между контурами

примерно в 1,8 раза больше, чем в горизонтальном направлении. Но имен­ но в этих направлениях существенно ниже и разрешающая способность зрения. Шахматная структура дискретизации оказывается лучше согла­

сованной с особенностями зрительного аппарата и позволяет за счет пони­ жения разрешающей способности в направлениях, где это не скажется за­ метно на восприятии, в принципе понизить общее число отсчетов в кадре,

то есть уменьшить частоту дискретизации.

1.1. Принципы цифрового кодирования телевизионного сигнала

29

--- ОСНОВНОЙ спектр

- - - - - Побочный спектр

О

f A - frp

frp

f

Рис. 1.9. Перекрытие основного и побочного спектров

при шахматной структуре дискретизации

в общем случае уменьшение частоты дискретизации ниже 2frp при­ водит к перекрытию основного и побочного спектров дискретного сигнала (см. рис. 1.3), а также к невозможности безыскаженного восстановления исходного сигнала с помощью ФНЧ. Однако шахматная структура дискре­

тизации при определенных условиях позволяет в значительной степени из­

бавиться от помех, связанных с перекрытием основного и побочного спек­

тров. Для понимания механизма устранения помех при перекрытии спек­

тров в шахматной структуре отсчетов следует помнить, что спектр телеви­

зионного сигнала состоит из гармоник, кратных частоте строк, около кото­

рых группируются узкие полосы боковых частот, обусловленные кадровой разверткой и перемещением деталей изображения. На участках спектра,

соответствующих гармоникам строчной частоты, сосредоточены максиму­

мы энергии сигнала, а посередине между ними - минимумы. Отношение максимума к минимуму в зависимости от содержания изображения состав­ ляет величину от 2 до 35 дБ. Аналогичную структуру имеет и спектр побоч­

ных продуктов дискретизации. Поэтому если частота дискретизации телеви­

зионного сигнала кратна полустрочной частоте, то есть fд =( 2n +1) fz /2,

энергия мешающих составляющих сосредоточивается в зоне минимума

энергии исходного спектра. Для примера на рис. 1.9 сплошными линиями

показано распределение максимумов энергии сигнала основного спектра, а

штриховыми - побочного. С помощью фильтрации гребенчатым фильтром

удаляются мешающие составляющие в диапазоне частот от (fд - frp) до frp . При этом гребенчатый фильтр должен быть рассчитан таким образом,

чтобы иметь максимальное затухание на мешающих частотах и минималь­

ное затухание на частотах полезных составляющих.

К сожалению, значительное уменьшение частоты дискретизации от­ носительно значения, равного 12,5 МГц, с одновременным использованием

гребенчатой фильтрации не позволяет полностью избавиться от помех.

Возникающие в этом случае помехи можно разделить на следующие две группы [2]:

геометрические искажения, которые представляют собой «бахрому» на краях контуров в изображении; искажения в виде мерцаний и дрожаний границ областей различной яр­

кости.

Соседние файлы в папке Учебники
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности