1. Перетворення телевізійного зображення в цифрову форму

Перетворення в цифрову форму містить|утримує| як елемент сканування зображення, або кадру, рядок за рядком і вибірку значень вмістимого| рядка. Для збереження|зберігання| якості зображення число вибраних значе­нь| в рядку повинне дорівнювати числу пікселів; кожне вибране значення (відлік) представляє|уявляє| один піксель. Число пікселів в телевізійному зображенні| визначається числом рядків в зображенні і форматом зображе­ння|. Система британського телебачення ПАЛ|пас| застосовує 625 рядків, 576 з |із|яких| є|з'являються| «активними» в тому розумінні, що їх можна використовувати для передачі відеоінформації. Формат зображення вибирається рівним 5:4; це співвідношення найприйнятніше|допустимий| для операцій декодування відео­сигналу|, яке включає організацію елементів зображення в блоки і мікроблоки.

Роздільні здатності по вертикалі і по горизонталі мають бути однаковими; число пікселів в рядку можна обчислити|обчисляти| таким чином:

576 • 5/4 = 720.

Таким чином, кожен рядок буде представлений|уявляти| 720 відліками, причому кожен відлік представлятиме|уявлятиме| один піксель: відлік 1 — піксель 1, відлік 2 — піксель 2 і т. д. (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Дискретизація зображення

Процес повторюється для другої, третьої і т. д. рядку до кінця кадру, а потім знову для наступного|такого| кадру і т. д. Щоб|аби| відліки здійснювалися точ­но| в одних і тих же точках рядка в межах кожного кадру, частота вибір­ки| має бути синхронна|синхрон| з|із| частотою рядків. Тому частота вибірки повинна| бути в точності кратна частоті рядків.

Якщо кожен відлік або група відліків ідентифікується як піксель або група пікселів, то відліки можна реструктурувати, перегруповувати або маніпулювати ними на свій розсуд, а потім обробляти і знов збирати в початковому порядку.

Повний період одного рядка повного відеосигналу складає 64 мкс. З них 12 мкс використовуються для імпульсу синхронізації, його переднього і заднього майданчиків; для передачі відеоінформації залишаються 52 мкс. Для 720 пікселів в рядку частота вибірки складає

Проте|однак|, оскільки частота вибірки має бути цілою кратною часто­ти| рядків, Міжнародний консультативний комітет з радіозв'язку (МККР) рекомендує частоту вибірки 13,5 МГц (864 × рядкова частота).

Для того, щоб уникнути накладення спектрів і інших спотворень, частота вибірки має бути не менше ніж удвічі більше максимальної частоти в спектрі аналогового вхідного сигналу. Для відеосигналу, що має в своєму спектрі максимальну частоту 6 МГц, необхідна частота вибірки не менше 2 ∙ 6=12МГц. Отже, вибрана частота 13,5 МГц достатня.

Кольорове телебачення пов'язане з передачею трьох сигналів: сигналу яскравості Y і два колірнорізницевих сигналиY-R (позначається С_R) і Y-В (С_B). У системі аналогового телебачення ці сигнали передаються безпосередньо з використанням амплітудної модуляції (наземне віщання) або частотної модуляції (супутникове віщання). У цифровому телевізійному віщанні ці три сигнали спочатку перетворяться в потоки цифрових даних, а потім модулюються і передаються (рис. 1.2).

Рис 1.2. Цифрове телебачення: одна програма.

Для сигналу яскравості, який містить найбільші відеочастоти, використовується максимальна частота вибірки 13,5 МГц. Для сигналів кольоровості С_R і С_В, які містять менші частоти, можна використовувати і меншу частоту вибірки. МККР рекомендує застосовувати половину частоти, використовуваної для сигналу яскравості, тобто 0,5 ∙ 13,5 = 6,75 МГц. Таким чином, для складових кольоровості вибірці піддається тільки половина пікселів (кожен другий піксель). Загальне число відліків в секунду складає 13,5 млн. + 6,75 млн. + 6,75 млн. = 27 млн. За вузлом вибірки слідує вузол квантування, в якомукожен відлік перетвориться в багатобітовий код.За код мінімального розміру для адекватного представлення зображення вважається 8-бітовий код, який дає 2⁸ = 256 дискретних рівнів сигналу. Швидкість передачі бітів при такому кодуванні складе

27 млн. ∙ 8 = 216 млн. бітів в секунду (216 Мбіт/с).

Для такої|настільки| високої бітової швидкості потрібна дуже широка смуга. Точ­на ширина смуги залежить від типу|типа| модуляції, використовуваної в передатчи­ку|. Наприклад, у випадку|в разі| імпульсно-кодової модуляції (ІКМ) потрібна смуга| 0,5 ∙ 216 = 108 Мгц. Ширину смуги можна зменшити, застосовуючи складні| способи модуляції, зокрема, квадратурну фазову маніпуляцію (КФМн) і квадратурну амплітудну модуляцію (КАМ|). Проте |тим не менше|смуга| залишається обмежуючим чинником|фактором| для всіх типів віщання: наземно­го|, супутникового і кабельного. Тому необхідно застосовувати засоби|кошти| стискування|стиснення| даних і зменшення числа бітів. Ці засоби|кошти| дозволяють зменшити| число бітів, необхідних для кодування зображення при збереженні| його якості.

Якість зображення при цифровому телебаченніобмежують| два чинники|фактори|: смуга відеосигналу (або число пікселів на один кадр) і бітова швидкість. При 720 пікселях на рядок і 576 активних рядках на кадр загальне|спільне| число пікселів на кадр складе

720 ∙ 576 = 414 720.

Для кожної пари пікселів потрібний один період повного|цілковитого| відеосигналу; тому максимальна частота аналогового відеосигналу складає

414 720 ∙ 25/2 = 5,18 МГц;

при такій частоті зберігається та ж якість зображення, що і в традиційному| аналоговому мовленні.

Другим обмеженням на якість зображення є|з'являється| бітова швидкість|. При стискуванні|стисненні| даних відповідно до стандарту МРЕG-2 для цифро­вого| телевізійного мовлення хорошої|доброї| якості потрібна бітова швидкість на вході модулятора 15 Мбіт/с. Менша бітова швидкість приведе до погіршення| якості зображення. Для телевізійного мовлення високої чітко­сті|, що використовує 1152 рядки, потрібна бітова швидкість 60 Мбіт/с для 1440 пікселів на рядок і 80 Мбіт/с для 1920 пікселів на рядок.

Рис. 1.3. Цифрове телебачення : мультиплексування потоків.

На рис. 1.3 представлені основні компоненти системи цифрового телебачення, що здійснює віщання чотирьох програм поодинці ВЧ -каналу. Програми, що містять стислу відеоінформацію і звук, разом з пакетами службових даних мультиплексуються (ущільнюються) в один бітовий потік, званий елементарний програмний потік (РЕS рrogramme elementary stream). Елементарний потік кожної програми мультиплексується ще раз в загальний бітовий потік, який називається транспортним потоком. Елементарний програмний потік містить ідентифікаційні дані, тимчасову мітку і специфічну програмну інформацію; ці складові потоку дозволяють розпаковувати пакети даних на стороні приймача по програмах і кадрах для відновлення початкового зображення. Транспортний потік поступає в модулятор і потім передається поодинці ВЧ-каналу 8 МГц.