Download - 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
-
Digitalizacija kompozitnog video signala
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
-
Digitalizacija kompozitnog video signala
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
-
Format digitalizacije 4:2:2
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
-
Format digitalizacije 4:1:1
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 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
-
Format digitalizacije 4:2:0
Uestanost odmeravanja Y signala je 13.5 MHz (u oznaci 4), ima 720 uzoraka
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
-
Format digitalizacije 2:1:1
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
-
Format digitalizacije 4:4:4
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