digitalizacija video signala

Struktura digitalnog TV sistema

Blok ema

predajnika TV sistema

Blok ema

prijemnika TV sistema

Dobijanje analognog i digitalnog kompozitnog video signala

Analogni

kompozitni signal

Digitalni kompozitni signal

4fsc

A/D i D/A konverzija

paralelni

interfejs ser. interf. (k.kabl 75 i

BNC kon).

A/D konverzija

a) predfiltriranje - odvojeno b) odmeravanje, uzorkovanje, odnosno

semplovanje (Sampling), c) kvantovanje (Quantization), i d) kodovanje (Coding).

Odmeravanje Odmeravanje analognog signala x(t) vri se u ritmu taktnog

signala i na izlazu se dobija diskretni signal x(n) odnosno to je diskretizacija analognog signala po vremenu.

Analogni kontinualni signal se predstavlja nizom diskretnih odmeraka koji se uzimaju u tano odreenim trenucima vremena.

Diskretni signal x(n) je diskretan po vremenu i analogan po amplitudi

Odmerci za video signal su pikseli u slici

fodm uestanost odmeravanja fodm - treba da zadovolji Nuquistovu odnosno enon-

Koteljnikovu teoremu, fodab. 2fmax, da nebi dolo do preklapanja u spektru - 13.5MHz i CVBS 4fsc=17.73MHz

fodm - mora da zadovolji prostornu ortogonalnost - svaka linija mora da ima isti broj uzoraka i uzorci u susednim linijama moraju da ine vertikalnu strukturu. Struktura u jednoj slici treba da se poklapa sa strukturom u svim prethodnim i narednim slikama

Aliasing Ako je uestanost odmeravanja manja od max. uestanosti u signalu

dolazi do pojave izoblienja - Aliasing

Kod analognog signala - do aliasinga dolazi zbog interferencije izmeu

spektra luminentnog i spektra hromonentnog signala. Na TV prijemniku se manifestuje kao pozadinska slika, prave linije postaju talasaste u oblku lanih pokretnih pruga i kontura i do pojave duginih boja.

Kod digitalnog signala javlja se zbog preklapanja frekvencijskog spektra originalnog signala sa modulisanim delom spektra, koji se pojavljuje oko nosioca. Zbog toga je onemoguena verna restauracija korisnog signala

Kod digitalnog signala - na TV prijemniku se manifestuje kao treperenje sitnih detalja, dolazi do naizmeninog poveanja i smanjenja osvetljaja u delu slike

Kvantizacija Kvantizacija je zaokruivanje amplitude odmeraka na najbliu

dozvoljenu vrednost iz ukupnog opsega vrednosti, odnosno to je postupak odreivanja amplitude pojedinih uzoraka

Kvantizacija smanjuje broj dozvoljenih (unapred definisanih)

amplitudskih vrednosti

korak kvantovanja je nivo signala (od nivoa crnog do nivoa belog pp) podeljen sa brojem kvantizacijskih nivoa

to je vei broj kvantizacijskih nivoa to je greka kvantovanja manja, ona se izraunava kao 1/broj kvantizacijskih nivoa (1/255), za 8 bita

Za n=8bita broj nivoa je 28=256, a za n=12bita broj nivoa je 212=4096

Kvantizacija

Broj nivoa kvantizacije je ogranien i odreen ukupnim brojem bita po odmerku N=2n , n je broj bita potreban za prenos jednog uzorka (duina kodne rei)

Kvalitet digitalnog signala odreen je brojem kvantizacijskih nivoa koji zavisi od broja bita

Ako je nivo signala 0 0,7V,a duzina kodne reci n=3 (23=8), onda je

greska kvantovanja 0,1V

Kvantizacija

Subjektivna istraivanja su pokazala da je za rezoluciju najsitnijih detalja slike potrebno najmanje 28=256 amplitudskih nivoa

odnos S/Nq kvantovanja se izraunava: S/Nq = 10,8 + 6n (dB), S -nivo signala, Nq- efektivna vrednost nivoa uma kvantovanja n broj bita, za n = 8, S/Nq 58,8dB

to je vei broj kvantizacijskih nivoa, to je um kvantizacije manji, a dinamika signala vea.

Poveanje broja kvantizacijskih nivoa utie na sloenosti ureaja i poveanju brzine prenosa

Counturing

Javlja se zbog malog broja kvantizacijskih nivoa Manifestuje se u slici kao izoblienje konture odnosno javljaju

se grube linije po ivicama osobe ili predmeta i dovodi do poveanja granulacionog uma u slici

Otklanja se ili poveanjem broja kvantizacionih nivoa ili dodavanjem analognom signalu pre postupka kvantizacije mali nivo signala (periodini signal ili um sa Gausovom raspodelom), koji se naziva dither-signal.

Na ovaj nain postie se subjektivno bolja slika, sa neznatno loijim odnosom S/.

Dinamika signala

Dinamika signala se izraunava na osnovu izraza D=6n (dB), gde je n broj bita

Dinamika video signala ide do oko 50dB, a audio signala do oko 140dB.

Za video n=8, D=48dB,

Za audio signal n=16, D=96dB, n=24, D= 144dB,

Kodovanje U koderu se vri kodovanje, prema definisanom kodu, i

generisanje digitalnog signala y(n), koji je pogodan za obradu i prenos u digitalnim sistemima

To je postupak dodeljivanja binarnog koda svakom kvantizazijskom nivou (odmerku), odnosno to je dodeljivanje svakom odmerku odreenu kombinaciju 0(Low) i 1High).

Manji broj kvantizacijskih nivoa odreen je manjim brojem bita da se svaki odmerak predstavi i obrnuto.

Za 16 odmeraka potrebno je 4bita, za 256odmeraka 8bitova, za 4096odmeraka 12bitova.

Analogni, digitalni, binarni, analogni iz digitalnog, binarni sa umom

Digitalizacija video signala

Oko vie zapaa promene u nijansama sivog ili promene Y signala, nego promene u boji ili hrominentnih signala R-Y, B-Y

Ovo je iskorieno za redukciju broja bita pa se hrominentni signali odmeravaju sa dvostruko manjom uestanou.

Evropski standard EBU3246E, ameriki SMPTE 125M Po SMPTE 125M analogni signali Y, B-Y, R-Y

obeleavaju se sa Y,Pb,Pr. Digitalni signali sa gama korekcijom obelezavaju se sa

Y, Cb, Cr

Izbor signala za digitalizaciju

U studiju za povezivanje analognih i digitalnih ureaja koriste se A/D i D/A konvertori

Par konvertora (koder i dekoder) naziva se KODEK Primena vie kodeka u lancu unosi degradaciju signala Mogua je digitalizacija:

Kompozitnog Komponentnog signala

Digitalizacija kompozitnog video signala

Uestanost odmeravanja kompozitnog video signala iznosi 4fc. Za PAL sistem iznosi 4x4,43=17,73MHz, a za NTSC iznosi 4x3,58=14,31MHz.

Koristi se kada u studiju ima analognih i digitalnih ureaja, kada se eli da arhiviranje materijala bude digitalno, ili izlaz u etar da bude digitalan

Kompozitni PAL signal: - od 1-255 kvantizaciona nivoa - nivo sinhro impulsa od 1-65 - podnosilac boje od 35-95 - nivo crnog na 65, 01000001

- nivo belog 254, 11111110


Broj odmeraka u celoj PAL liniji 17.734475:15625=1135 Broj odmeraka u aktivnom delu linije 948 Broj odmeraka u horizon. potisnom intervalu 1135-948=187 Binarni protok u jednoj secundi: 52+12=64s - za celu jednu

liniju je: 1135odmeraka x 625linija x 25slika x 8bita = 141.8Mb/s ili 17.73MHz x 8bita=141.8Mb/s


U praksi za prenos digitalnog signala koriste se samo 576 aktivne linije trajanja 52s

Binarni protok u jednoj sekundi za aktivni broj odmeraka u jednoj liniji je: 948pix/line x 576linija x 25slika x 8bita= 109.21Mb/s

Digitalni kompozitni video signal zahteva najmanji binarni protok, ali daje i najslabiji kvalitet

Kvalitet signala direktno zavisi od binarnog protoka Kompozitni digitalni signal slabijeg je kvaliteta od bilo

kod komponentnog

Digitalizacija komponentnih video signala

Standardi digitalizacije 4:4:4, 4:4:4:4 4:2:2, 4:2:2:4 4:1:1 4:2:0 2:1:1 8:8:8:8 HDTV ureaji (5,5x13,5=74,5MHz)

Digitalizacija komponentnih video signala

Za PAL i NTSC sistem broj odmeraka (piksela) u aktivnom delu linije za Y signal iznosi 720, a za signale razlike po 360 (za 4:2:2, 13,5MHz:6,75MHz:6,75MHz)

Za sistem 16:9, broj odmeraka (piksela) u aktivnom delu linije za Y signal iznosi 960, a za signale razlike po 480 (za 4:2:2, 18MHz:9MHz:9MHz)

Za HDTV sistem 16:9 (1920x1080), broj odmeraka (piksela) u aktivnom delu linije za Y signal iznosi 1920,

Kod studijskih ureaja koristi se 8 i 10 bitna kvantizacija a kod kvalitetnijih 12 i 14 bitna kvantizacija

Digitalizacija komponentnih video signala Digitalizuju se R,G,B ili Y, R-Y i B-Y signali R,G,B signali se odmeravaju sa uestanou od 13.5MHz Y, R-Y i B-Y signali zavisno od standarda za 4.2:2: za Y

signal fodb=13.5MHz, a za R-Y i B-Y fodb=6.75MHz. Za odnos strana 16:9 uestanost odmeravanja za Y

signal je 18MHz, a za signale razlike 9MHz.

Formiranje digitalnih komponentnih video signala Y, CR, CB

signali EY, CR i CB dobijaju se na osnovu jednaine Ey = 0.30 ER + 0.59 EG + 0.11 EB CB' = 0.564 (EB'-EY') = 0.50ER - 0,419EG - 0.081EB CR' = 0.713 (ER'-EY') = - 0,169ER - 0,331EG + 0.5EB CB je digitalizovana verzija analogne komponente signala

EB Ey, odnosno Pb signala, Pb = 0.5/1- 0.11 (B- Y), Pb = 0,564 (EB Ey),

CR je digitalizovana verzija analogne komponente signala ER Ey,odnosno Pr signala, Pr = 0.5/1 - 0.30 ( R - Y), Pr = 0,713 (ER Ey),

Za povezivanje digitalnih ureaja koristi se serijska komunikacija na bazi kanalnog kodovanja i multipleksiranja signala. Serijski interfejs je standardizovan kao SMPTE 259M i poznat je kao SDI

( Serial Digital Interface).

Odmeravanje komponentnog signala

Odmeravanje komponentnog signala Ey, Cr i Cb

komponentni v.s. brzina protoka za 8 i 10 bitnu kvantizaciju za lin. 64s

13.5MHz :15625Hz = 864 odbiraka, za PAL sistem 13.5MHz :15750Hz = 858 odbiraka, za NTSC sistem Brzina protoka za 8 i 10 bitnu kvantizaciju za prenos

odmeraka cele linije 64s i 625 linija u slici se dobija: (13.5 + 2 x 6.75) MHz x 8 bita = 216 Mb/s, za PAL (13.5 + 2 x 6.75) MHz x 10 bita = 270 Mb/s, za PAL (18.0 + 2 x 9.00) MHz x 10 bita = 360 Mb/s, za 16:9 ili N64= (864 +432 + 432) odbiraka x 625linija x 25slika x 8

bita = 216Mb/s = 27MB - za PAL sistem

Format digitalizacije 4:2:2

Raspored odmeraka CR i CB signala u odnosu na odmerke Y signala

Uestanost odmeravanja Y signala je 13.5 MHz (u oznaci 4), ima 720 uzoraka

uestanosti odmeravanja hrominentnih signala 6.75 MHz,(u oznaci 2), ima po 360 uzoraka

na svaki drugi odmerak Y komponente, dolazi po jedan odmerak svake od hrominantnih komponenti

Vertikalna rezolucija za Y, R-Y i B-Y je 576linija za PAL i 480 za NTSC


Raspored kvantizacionih nivoa za Y signal

16nivo - crno 235nivo - belo 0 i 255 zabranjene kodne

kombinacije Od 0-16nivoa, rezerva za

premaenje Raspored kvantizacionih nivoa

za CR signal

Raspored kvantizacionih nivoa za CB signal

Binarni protok za 4:2:2 Binarni protok u jednoj sekundi (25 slika) za broj odmeraka u jednoj liniji ( 52s)

je: (720 +2x360)pix/line x 576linija x 25slika x 8bita= 165.88Mb/s (720 +2x360)pix/line x 576linija x 25slika x 10bita= 207.36Mb/s

Ako se u povratnom intervalu prenose i drugi signali (digitalni zvuk, sinhronizacioni signali, time code ), (64s) onda je potreban protok od:

(864 +432 + 432) odbiraka x 625linija x 25slika x 8 bita = 216Mb/s - PAL

Ukupan broj odmeraka u jednoj liniji je: (720 +2x360)pix/line=1440 Binarni protok za jednu sliku je (720 +2x360) x 576linija x 8bita= 828kB/s

Koristi se kod Broadcast TV ureaja: D1 (8. bit), D-1 SP (10 bit), Betacam

SX, Digital-S/D-9, Digital-S 100, Digital Betacam i DVCPRO 50 format zapisa


Raspored odmeraka CR i CB signala u odnosu na odmerke Y signala


uestanosti odmeravanja hrominentnih signala 3.375 MHz,(u oznaci 1), ima po 180 uzoraka u liniji

na svaki etvrti odmerak Y komponente, dolazi po jedan odmerak svake od hrominantnih komponenti

Binarni protok za 4:1:1 Binarni protok u jednoj sekundi za broj odmeraka u jednoj

liniji ( 52s) je: (720 +2x180)pix/line x 576linija x 25slika x 8bita= 124.41 Mb/s (720 +2x180)pix/line x 576linija x 25slika x 10bita= 155.520 Mb/s

ljudsko oko manje osetljivo na boju, nego na promenu luminance

Vertikalna rezolucija za Y, R-Y i B-Y je 576linija za PAL i 480linija za NTSC

Horizontalna rezolucija za Y signal je 720 odmeraka, a za R-Y i B-Y je 180 odmeraka. Ista je i za PAL i NTSC sistem

Koristi se kod Broadcast TV ureaja: Dvcpro25, Profesional



uestanosti odmeravanja hrominentnih signala 6.75 MHz, (u oznaci 2)

Luminentni signal odmerava se u svakoj, a hrominantni u svakoj drugoj liniji.

U jednoj televizijskoj liniji prenose se odmerci Y signala i CR signala, a u sledeoj televizijskoj liniji odmerci Y signala i CB signala, radi se ovako da bi se smanjila potrebna memorija.

CR odmerci prenose se u neparnim linijama, a CB odmerci u parnim linijama

CR

CB

Binarni protok za 4:2:0

kada se uzimaju odmerci CR signala, ne uzimaju se odmerci CB signala.

rezolucija slike iznosi 576 linija sa po 720 uzoraka za Y signal, 360 uzoraka za jedan hrominentni kanal, a za drugi je jednaka nuli. Ovo je ekvivalentno rezoluciji slike od 576 aktivnih linija sa po 720

uzoraka za Y signal, i po 360 uzoraka za po jedan hrominentni signal (Cr i Cb) sa 288 linija.

Binarni protok za 8 bitnu kvantizaciju (720 +360 + 0)pix/line x 576linija x 25slika x 8bita= 124.416Mb/s Omoguuje visok stepen kompresije, tako da se podaci koji dolaze

sa bitskom brzinom od 124.416Mb/s redukuju na bitsku brzinu od 25 Mb/s

Koristi se kod: D2-MAC, MPEG- 2, DVD-a, DVCAM-u (PAL verzija), DVCPRO-50


Uestanost odmeravanja luminentnog signala je 6,75MHz.

Uestanost odmeravanja signala razlike R-Y i B-Y je dva puta manja i iznosi 3,375MHz

Koristi se kod ureaja u elektronskom novinarstvu. To su jeftini ureaji, rezolucija slike je neto smanjena, s obzirom da je smanjena uestanost odmeravanja


Odmeravaju se R, G, B signali koji nisu spektralno ogranieni Uestanost odmeravanja za sva tri signala je 13,5MHz. Uz svaki luminantni uzorak dolazi po jedan uzorak za svaku

hrominantnu komponentu. Koristi se kod: hroma key, HDTV i virtuelnih studija Binarni protok za 8 bitnu kvantizaciju (720 +720 + 720)pix/line x 576linija x 25slika x 8bita = 248.832Mb/s

Audio signal Uestanost odmeravanja:32kHz, 44,1kHz, 48kHz, 96kHz. Uestanost odmeravanja: 2fl =2X15625Hz=31250Hz 32kHz. Da bi izmeu zvunog i kompozitnog video signala postojao

sinhronizam usvojena je da je da uestanost odmeravanja tonskog signala bude dvostruka uestanost linije (15625Hz) 32kHz.

44,1kHz primenjuje se na audio CD ovima 48/96kHz su vieg kvaliteta i koristi se u studijima Frekvencija odabiranja od 48kHz, pri 16 bitnoj rezoluciji zahteva

protok(bit rate) od 768kHz (48x16=768) po kanalu, odnosno 1,5Mb/s za stereo kanal.

MP3 kompresija svodi audio signal na oko 32kb/s Odnos S/Nq kvantizacije: S/Nq (dB() =1,8+D, S-efektivna vrednost

signala, Nq- efektivna vrednost nivoa uma kvantovanja, D=6b, b-broj kvantizacionih nivoa,

Za 16bita: S/Nq (dB() =1,8+D=97,8dB

Struktura digitalnog TV sistemaDobijanje analognog i digitalnog kompozitnog video signalaA/D i D/A konverzijaA/D konverzijaOdmeravanjefodm uestanost odmeravanjaAliasingKvantizacijaKvantizacijaKvantizacijaCounturingDinamika signalaKodovanjeSlide Number 14Analogni, digitalni, binarni, analogni iz digitalnog, binarni sa umomDigitalizacija video signalaIzbor signala za digitalizacijuDigitalizacija kompozitnog video signalaDigitalizacija kompozitnog video signalaDigitalizacija kompozitnog video signalaDigitalizacija komponentnih video signalaDigitalizacija komponentnih video signalaDigitalizacija komponentnih video signalaFormiranje digitalnih komponentnih video signala Y, CR, CBOdmeravanje komponentnog signalakomponentni v.s.brzina protoka za 8 i 10 bitnu kvantizaciju za lin. 64msFormat digitalizacije 4:2:2Format digitalizacije 4:2:2Binarni protok za 4:2:2Format digitalizacije 4:1:1Binarni protok za 4:1:1Format digitalizacije 4:2:0Binarni protok za 4:2:0Format digitalizacije 2:1:1Format digitalizacije 4:4:4Audio signal

digitalizacija video signala

Documents