MJEŠOVITA SREDNJA TEHNIČKA ŠKOLA TRAVNIK

TV TEHNIKA

TRAVNIK, 2007.god.

2

Osobine oka

Jedna od značajnijih osobina oka je osjetljivost oka i ona se odnosi na spektralnu

osjetljivost oka koja označava zavisnost relativne osjetljivosti oka od talasne dužine

svjetlosti. Ukupna spektralna osjetljivost oka je rezultat sabiranja spektralne osjetljivosti

tri vrste čepića: R, G i B, što je i prikazano na krivoj osjetljivosti oka kod standardnog

posmatrača:

Kriva-a se odnosi na osjetljivost oka za svjetlost normalne jačine, dok se kriva-b dobija

pri slaboj svjetlosti. Uočavamo da je najveća osjetljivost oka u oblasti zeleno-žute boje,

tj. pri λ=550 nm. Osjetljivost oka na promjene jačine svjetlosti veća je nego na promjene

boje, što je posljedica činjenice da retina sadrži znatno više štapića nego čepića.

Sljedeća osobina oka je opseg kontrasta, što se odnosi na poznatu osobinu da oko može

vidjeti razne osvjetljaje okoline. Kada se mijenja osvjetljaj okoline, oko se automatski

prilagođava, te se uvodi i pojam prilagođenja oka, što praktično znači da se oko

automatski prilagođava pri npr. prelasku iz jako osvjetljene prostorije u slabo osvjetljenu.

Moć razlaganja oka je osobina oka povezana sa sposobnošću uočavanja sitnih detalja.

Ona zavisi od strukture mrežnjače i optičkih karakteristika sočiva. Moć razlaganja ovisi i

od kontrasta detalja prema pozadini, od oštrine detalja, kao i od dinamike slike. Jasno je

da je moć razlaganja veća kod većeg kontrasta i većeg srednjeg osvjetljaja okoline, kao i

kod statitičkih, nego kod dinamičkih slika.

Inercija i persistencija oka su posebno zanimljive sa aspekta TV tehnike. Kada se

svjetlosni fluks na retini naglo poveća biće potrebno izvjesno vrijeme da se u mozgu

stvori osjećaj odgovarajuće sjajnosti, što znači da oko ne djeluje trenutno na promjene

osvjetljaja. Na sljedećoj slici je prikazana reakcija oka na kratkotrajni pobudni impuls:

3

Vremenski interval ove inercije će zavisiti od

veličine promjene i to što je promjena veća, osjećaj prije dostiže maksimum. Ako veličina sjajnosti

opadne trenutno, osjećaj se smanjuje

eksponencijalno, što je i prikazano na ovoj slici.

Produženje osjećaja sjajnosti nakon prestanka

pobude naziva se persistencija i ona iznosi oko 0.1 s.

Ova osobina je od posebne važnosti za TV, jer oko

vrši integraciju dovoljno bliskih uzastopnih sekvenci,

što stvara predstavu kontinualnog kretanja u TV slici.

Na dužinu persistencije utiče više faktora, a jedan od njih je i spektralna karakteristika

svjetlosti. Ustanovljeno je da osjećaj sjajnosti duže traje, ako je pobudna svjetlost crvena

ili plava, nego ako je žuta.

Narednu osobinu oka označavamo kao treperenje. Kada se oko pobuđuje svjetlosnim

impulsima niske frekvencije, svaki pojedinačni impuls će biti uočen od strane oka, jer je

njihov period ponavljanja duži od persistencije oka. Pri povećanju frekvencije posmatrač

će imati utisak kao da izvor stalno emituje svjetlost, s tim da je ona promjenljive jačine, što znači da će se pojaviti treperenje. Ako se frekvencija svjetlosnih impulsa i dalje

povećava utisak treperenja će potpuno išćeznuti pri frekvenciji koju zovemo kritična

frekvencija treperenja – CFF (Critical Flicker Frequency). CFF zavisi od više faktora: Ako se poveća amplituda impulsa, porast će i CFF,

Relativni odnos trajanja impulsa (θ) i perioda prekidanja (T) utiče na CFF i to

tako da što je odnos θ/T bliži jedinici, to je CFF niža, CFF zavisi i od udaljenosti posmatrača.

4

Miješanje i predstavljanje boja

Miješanje boja. Boje možemo miješati na dva načina: subtraktivno i aditivno.

Subtraktivno miješanje se ostvaruje upotrebom obojenih pigmenata, tj. materijala u boji.

Ova tehnika miješanja se koristi u štamparstvu, slikarstvu itd.

Aditivno miješanje boja nastaje pri upotrebi obojenih svjetlosti i ono se koristi kod

televizije u boji

U oku postoje tri vrste čepića, a pretežno su osjetljivi na plavu (B), zelenu (G) i

crvenu (R) boju. Stoga su usvojene tri primarne boje ili tri osnovne svjetlosti, čije su

dominantne talasne dužine:

B: λ=435.8 nm

G: λ=546.1 nm

R: λ=700 nm

Nijedna od ovih primarnih boja se ne može dobiti miješanjem druge dvije primarne boje.

Svaka nijansa određene boje može se dobiti miješanjem odgovarajućih iznosa primarnih

boja, tj. bilo koja boja F se može dobiti kao:

F=rR+gG+bB

gdje su r, g i b intenziteti odgovarajućih primarnih boja.

Aditivnim miješanjem tri primarne boje dobijamo bijelu boju, dok subtraktivnim

miješanjem nastaje tamno-smeđa boja. Zanimljiva situacija nastaje kada miješamo po

dvije primarne boje:

Ovako dobijene tri sekundarne boje nazivamo komplementarne boje. Bijela boja se može

formirati i pomoću komplementarnih boja.

5

Predstavljanje boja. Boje možemo predstavljati na više načina, a izbor zavisi od

karaktera i namjene analize.

Ako pođemo od analitičkog predstavljanja boja i ako su npr. poznate dvije boje u

skalarnom obliku:

C1=r1R+g1G+b1B

C2=r2R+g2G+b2B

Tada se miješanje ovih boja vrši sabiranjem odgovarajućih skalarnih komponenata:

C=C1+C2=(r1+r2)R+(g1+g2)G+(b1+b2)B

Za određene aplikacije je zanimljivo predstavljanje boja u prostoru, pa se u tu svrhu

koriste različiti koordinati sistemi. U sljedećem primjeru koristimo Dekartov koordinatni

sistem, pri čemu se ovaj model naziva i RGB model predstavljanja boja u prostoru.

RGB model je prikazan kao jedinična kocka, kod koje se u svakom od vrhova nalazi

određena boja. Vrh ove kocke označava bijelu boju W(1,1,1), jer su jednako zastupljene

sve tri primarne boje. Kretanje duž ovog vektora W daje podatak o jednoj od tri

komponente osjećaja boja, a to je sjajnost ili bljesak.

Nedostatak ovog modela u odnosu na vizuelni sistem čovjeka je teškoća zamišljanja

kolor nijansi u smislu tri vrijednosti. Drugi problem je što geometrijska distanca između

jedne i ostalih boja ne odgovara različitim osjećajima raznovrsnih boja.

Zbog toga je koncipiran CMY

(Cian/Magenta/Yellow), odnosno CMYK

(CMY-black) model koji je takođe ilustrovan

jediničnom kockom. U ovom modelu su

zamjenjene pozicije crne i bijele boje u odnosu

na njihove pozicije u RGB modelu. CMY kolor

model se koristi kad god se dokument u boji

štampa na ink-jet printeru, jer catrige sadrži ove

tri boje.

6

Obzirom na pomenutu komplementarnost RGB i CMY modela moguće je izvršiti konverziju RGB modela u CMY model prema sljedećoj matričnoj relaciji:

C W R M W GY W B

Nedostatak je nemogućnost kreiranja “čiste“ crne boje, pa se koristi CMYK model.

Pored pomenutih kolor prostora, u pojedinim situacijama koriste se i modeli YCrCb, koji

se sastoje od signala luminanse-Y i signala razlike boja Cb i Cr, koji zapravo predstavljaju

kompozitni signal razlike boja.

Vidimo da ova tri signala formiraju prostorni

koordinatni sistem, pri čemu cilindar u središtu kocke

označava nijanse od crne do bijele boje. Brojevi 1023

označavaju broj mogućih uzoraka po svakoj od tri ose

(ukupno ih ima 1024, uključujući i 0.)

Dijagram boja

Pod dijagramom boja najčešće podrazumjevamo dvodimenzionalnu prezentaciju boja,

tipa x-y, koja predstavlja vidljive boje u ravni. Ovaj kolor model je nazvan CIE dijagram

boja, koji je predstavljen na slici:

Sve boje su obuhvaćene krivom oblika potkovice,

a korisnik može mijenjati boje jednostavnom

promjenom koordinata x i y. Zasićene boje

zauzimaju pozicije po obodu, što znači prezentaciju dominantne talasne dužine (DTD) ili

vrste boje, a ona se kreće od 380 nm za plavu, do

780 nm za crvenu boju.

U centru ove parabole je bijela boja, a takođe

vidimo da boje bliže centru imaju manje zasićanje, što znači da su boje na periferiji zasićene. Zaključujemo da kretanje od centra ka periferiji

parabole daje podatak o zasićenju boje.

Trokut boja označava mogućnost izbora određenih

komponenata kao primarnih boja, što za TV u boji

predstavljaju plava B(435,8 nm), zelena G(546,1

nm) i crvena R(700 nm).

7

Klasifikacija linearnih izobličenja kod TV signala

Glavni faktori koji uzrokuju degradaciju kvaliteta analognog kompozitnog video signala

su izobličenja (linearna i nelinearna) i šumovi. Ako privremeno zanemarimo nelinearna izobličenja, onda možemo ponašanje studijske

opreme u smislu linearnih izobličenja tretirati u dva domena: Frekventni domen, što znači posmatranje amplitudnih odziva (spektri) i grupnog

kašnjenja u frekventnom domenu, tj. A(f) odnosno τg(f). Vremenski domen, pri čemu poredimo valne oblike na izlazu pod testom sa

odgovarajućim ulaznim valnim oblicima.

Na sljedećoj slici je prikazana uobičajena podjela linearnih izobličenja:

Za mjerenje definisanih tipova linearnih izobličenja koriste se određeni standardni test

signali. Svaki od test signala ima specifični frekventni spektar podesan za ispitivani

frekventni domen.

Mjerenje frekventnih odziva se vrši upotrebom multiburst signala, čiji je valni oblik

prikazan na slici:

8

Izobličenja u vremenu trajanja jedne poluslike se mjere pomoću pravougaonog impulsa

trajanja 20 ms:

Izobličenja u trajanju jedne linije (64μs) se mjere

pravokutnim impulsom prikazanim na slici.

Vrijeme rasta pravougaonog impulsa izabrano je tako da

njegov spektar ostaje unutar granice maksimalnog

prenešenog opsega video signala, što je 5 MHz u slučaju

PAL sistema.

Kratkoročno izobličenje se valorizira u smislu K faktora. K

faktor predstavlja subjektivno ocjenjivanje kvaliteta slike.

Test signal za ovo mjerenje ima formu sinus-kvadrat

impulsa, koji je prikazan na slici.

Značajan parametar ovakvog impulsa je HAD (Half

Amplitude Duration), tj. trajanje impulsa na 50%

vrijednosti amplitede.

Kašnjenje krominanse prema luminansi i pojačanje se

mjere uz pomoć modulisanog sinus-kvadrat impulsa,

prikazanog na slici.

Signal se dobija linearnim sabiranjem sinus-kvadratnog

impulsa i podnosioca boje, koji u slučaju PAL sistema

iznosi 4.43 MHz. U ovom slučaju se uzima da je

HAD = 2μs.

9

Nelinearna izobličenja

Prenosna karakteristika realnog video signala nije u potpunosti linearna, što znači unošenje nelinearnih izobličenja. Nelinearna izobličenja zavise od: Srednjeg nivoa slike APL (Average Picture Level),

Trenutne vrijednosti luminantnog signala,

Amplitude krominanse

U zavisnosti od vrste uređaja i načina obrade luminanse i krominanse, nelinearnosti mogu

uticati na luminansu i/ili krominansu individualno, a mogu uzrokovati i interakciju među

njima.

Podjela nelinearnih izobličenja je data šematski na sljedećoj slici:

Za verifikaciju performansi uređaja sa aspekta nelinearnih izobličenja se koriste

standardni test signali. Ovi signali simuliraju real-time video signale u smislu amplitude

signala i njegovog spektralnog sadržaja.

Za testiranje nelinearnosti luminanse koristi

se signal luminantne stepenice, koji je

prikazan na slici. Signal se sastoji od 5 -10

jednakih porasta amplitude.

Signal modulisanih stepenica se koristi za

mjerenje diferencijalne faze i

diferencijalnog pojačanja.

10

Za mjerenje faznih i amplitudnih

izobličenja krominanse kao i za

intermodulaciju krome u lumu koristi se

signal modulisanog pedastala, prikazan na

slici. Signal se sastoji od pedastala

luminanse kome su superponirana tri nivoa

krominantnog podnosioca konstantne faze.

Određivanje veličine specifičnog tipa nelinearnosti se obavlja na sljedeći način: Ispitivanom uređaju se dovodi test signal specifičan za tip mjerenja koji se želi obaviti Mjerni instrument spojen na izlaz uređaja izoluje krominantnu ili luminantnu

komponentu izobličenog ispitnog signala i mjeri devijaciju amplitude ili faze

obzirom na referencu na specifičnim nivoima luminanse i krominanse.

11

Šumovi

Šumove definišemo kao neželjene parazitne signale koji se superponiraju korisnom

signalu. Primjer jedne kategorizacije šumova dat je na sljedećoj slici:

Zapažamo da u ovisnosti mehanizma generisanja šumova razlikujemo dvije kategorije:

slučajni šumovi (nekoherentni) i koherentni šumovi (interferencije).

Nekoherentni (slučajni) šumovi su generisani od strane elemenata sklopova i rezultat su

kombinovanog efekta termičkih šumova i šumova Šotki efekta. Test signal za mjerenje

šuma je ravna poluslika na nivou crnog (tj. luminansa je na nivou crnog). Efekat

slučajnog šuma na luminantnu komponentu slike je vidljiv kao mustra crno-bijelih mrlja.

Luminantni slučajni odnos signal/šum (SNR) se definiše relacijom:

SNR(dB)=20log (P-P napon video signala / RMS napon šuma) Na ekranu osciloskopa se prikazuju P-P vrijednosti, pa je za mjerenje RMS vrijednosti

potrebno unijeti faktor korekcije. Ova vrijednost se uzima u granicama 14 do 18 dB, a

neki autori sugerišu vrijednost od 15 dB, pa tako imamo:

SNR(dB)=20log (P-P napon video signala / RMS napon šuma) + 15

Mjerenje krominantnog SNR nije standardizovano.

Koherentni šum se generiše izvan uređaja i on ne posjeduje statističke osobine slučajnog

šuma. Najčešće se sastoji od jednog ili više zaostalih ometajućih signala. Odnos

signal/šum (SNR) za koherentni šum se definiše relacijom:

SNR(dB)=20log (P-P napon video signala / P-P napon koherentnog šuma) Koherentni šum može biti brum, druge periodične frekvencije ili preslušavanje video

signala. Za mjerenje bruma koristi se LPF filter 10 kHz.

12

Koncept digitalizacije video signala

Slika koja se dobija na senzoru kamere (analizatorska cijev ili CCD čip) može se

posmatrati u prostoru i vremenu. Slika posmatrana u prostoru se definira kao pravilna

matrica pixela (elemenata slike), kao u primjeru datom na sljedećoj slici, gdje je

prezentiran isječak plohe senzora.

Svaki od ovih elemenata slike ima određenu sjajnost koja je predstavljena analognim

iznosom napona. Osvjetljaji ovih pixela u jednoj liniji formiraju video signal jedne linije,

što znači generisanje signala luminanse. Sve što smo rekli odnosi se ipak na analogni

video signal. Razmotrimo sada kako će nastati digitalni signal.

Uzmimo kao primjer digitalizaciju analognog signala u domenu vremena samo za

luminantni signal, što je ilustovano primjerom sa sljedeće slike:

Digitalizacija se sastoji u diskretizaciji po vremenu – to je proces uzorkovanja i

diskretizaciji po amplitudi – to je proces kvantizacije. Očitane vrijednosti uzoraka se u

koderu pretvaraju u binarne cifre, nakon čega se formira digitalna transportna struja.

Vidimo da dobijeni digitalni video možemo prenositi serijski ili paralelno.

13

Međutim, za prenos kolor video signala potrebno je prenijeti podatke o dominantnoj

talasnoj dužini (Hue) i pobudnoj čistoći (Exitation purity). U analognom sistemu to se

postiže formiranjem ili primarnih komponentnih signala – RGB ili kombinovanjem

signala razlike boje, tj. pomoću signala Y, U'B-Y i U'R-Y. To znači da ćemo formirati još

dvije superponirane ravni digitalnih vrijednosti videa istih pixela, ali sada za signale

razlike boja. U tom slučaju potrebna je trodimenzionalna memorijska matrica da bi se

predstavio digitalni signal, što je ilustrovano na sljedećoj slici.

Evidentno je da u ovom slučaju nastaju pored struje

digitalnih podataka o luminansi i struje podataka o

krominantnim digitalnim signalima.

Pretpostavili smo da se numeričke vrijednosti

luminanse i krominanse svakog pixela pohranjuju u

trodimanzionalnu memorijsku matricu. Na taj način je

pohranjena jedna slika. Sada se postavlja pitanje kako

reproducirati pokretnu sliku u digitalnom domenu. To

ćemo postići tako što ćemo omogućiti periodično ažuriranje nameričkih vrijednosti RGB

ili Y, U'B-Y i U'R-Y svakog pixela. Na ovaj način se formira trodimenzionalna matrica, gdje

dvije prostorne ose prikazuju raspored pixela u slici, dok treća prezentira tok promjene

vrijednosti veličine lume i krome svakog pixela u vremenu. Ovaj princip je ilustrovan na

sljedećoj slici:

Vidimo da se reprodukcija digitalnog signala svodi na cikličko očitavanje ažuriranih

stanja iz trodimenzionalne matrice. Ovim je prezentiran princip digitalne reprodukcije,

sa napomenom da se sve ove digitalne vrijednosti prethodno pretvaraju u analogne

veličine postupkom D/A konverzije, jer samo prezentiranje digitalnih vrijednosti signala

ne bi imalo smisla za gledaoca.

14

Formati digitalnih video signala

Razlikujemo dvije kategorije video signala: kompozitni i komponentni.

Kompozitni signal – CCVS kombinuje luminansu Y i kominansu C u jedinsvenu struju

koja se pohranjuje i prenosi. Primjeri analognog kompozitnog signala su emitiranje TV

signala i snimanje na VHS kasetu.

Razmotrimo koncept digitalizacije PAL kompozitnog video signala. Polazno pitanje u

digitalizaciji studijskog kompozitnog video signala je izbor frekvencije uzorkovanja.

Usvojeno je da ona iznosi multipl od frekvencije podnosioca boje fSC, tj.

FS = 4fSC = 4*4,43 MHz = 17,73 MHz

Drugo značajno pitanje je izbor broja bita – n po uzorku, obzirom da ovaj izbor utiče na

kvalitet signala. Na raspolaganju su uglavnom rezolucije kvantizacije sa 8 bita i sa 10

bita. Sada ćemo prikazati numeraciju uzoraka u domenu vremena, za jednu kompletnu

liniju, pomoću primjera sa naredne slike.

Vidimo da se numeracija uzoraka posebno vrši za interval video signala i posebno za

interval horizontalnog blanking intervala.

Sada ćemo razmotriti i strukturu digitalnog rastera za jednu PAL liniju, uz pretpostavku

da se posmatra color bar test signal tipa 100/0/100/0. Amplitudni raster, odnosno PAL

nivoi kompozitnog signala prikazani su na sljedećoj slici, za slučaj rezolucije kvantizacije

od 10 bita po uzorku.

15

Trajanje digitalne aktivne linije premašuje trajanje aktivne analogne linije. Vidimo da je

najviši nivo kvantizacije nešto niži od 100% nivoa krome za slučaj kolor bar testa tipa

100/0/100/0, tako da se pojavljuje negativni headroom. To znači da ne postoji rezerva u

preopterećenju A/D konvertora. Digitalni nivoi od 000 do 003 su zaštićeni i nisu

dozvoljeni u struji podataka.

Komponentni signal – sadrži struje luminanse Y i krominanse Cr i Cb. Pri tome postoje

dvije varijacije komponentnih signala: Y/C komponentni i RGB komponentni. Y/C

koristi separatne kanale za transport informacija o luminansi i krominansi, dok RGB

signal zahtjeva separatne kanale za svaki signal primarne boje. Komponentni signali

imaju bolji kvalitet slike od kompozitnog videa.

Digitalizacija komponentnog videa znači digitalizaciju tri signala, što implicira sljedeće

karakteristike: Utrošak sklopova je znatno veći za tri lanca komponentnog signala, nego za jedan

lanac kompozitnog video signala. Postupak digitalizacije je jednostavniji, jer nema podnosioca boje.

Ključno pitanje i u slučaju digitalizacije komponentnog signala je izbor frekvencije

uzorkovanja. Kod kompozitnog signala je uzeta samo jedna frekvencije fS = 4 fSC.

Međutim za digitalizaciju tri komponentna signala moramo odabrati tri frekvencije

uzorkovanja. U vezi frekvencije uzorkovanja, dogovorena je jedinstvena referentna

frekvencija od:

fr = 216*fl = 216*15 625 Hz = 3,375 MHz

Frekvencije uzorkovanja luminanse i krominanse su stoga multipli ove referentne

frekvencije.

16

Razlikujemo više sistema uzorkovanja, koji nose nazive prema faktorima multiplikacije

referentne frekvencije:

Sistem uzorkovanja 4:1:1 znači da frekvencija uzorkovanja lume iznosi

13,5 MHz (4 x 3.375MHz), dok su frekvencije uzorkovanja krome po 3,375 MHz.

Ovaj sitem ima reduciranu horizontalnu kroma rezoluciju i koristi se u uređajima

nižeg kvaliteta. Podesan je za situacije gdje propusni opseg krominantnih signala

ne premašuje 1.5 MHz. Sistem 4:2:0 ima reduciranu vertikalnu rezoluciju krome. U ovom slučaju kroma

uzorci susjednih linija u poluslici su interpolirani u cilju produkcije jedinstvenog

kroma uzorka, koji je prostorno lociran na pola razmaka jednog od originalnih

uzoraka i lokacije iste linije, ali suprotne poluslike. Sistem 4:2:2 označava frekvencije uzorkovanja od 13.5 MHz (4 x 3.375 MHz) za

luminantni signal Y i 6.75 MHz (2 x 3.375 MHz) za krominantne signale U'B-Y i

U'R-Y. Ovaj sitem ima najširu primjenu, te je usvojen za digitalnu studijsku

tehniku. Sistem 4:4:4 znači da su frekvencije uzorkovanja svih komponentnih signala

13.5 MHz. Sistem se koristi za opremu visokog nivoa studijskog kvaliteta.

Primjena ovog sitema je ograničena obzirom da zahtjeva velike bitske brzine

prenosa, odnosno enormno širok frekventni opseg.

Sistem 4:2:2

Našu pažnju ćemo usmjeriti na sistem uzorkovanja 4:2:2. Kako je već rečeno, ovaj sistem

označava frekvencije uzorkovanja od 13.5 MHz (4 x 3.375 MHz) za luminantni signal Y i

MHz (2 x 3.375 MHz) za krominantne signale U'B-Y i U'R-Y.

Prikazaćemo uporedo spektre uzorkovanih komponentnih video signala u sistemu

kodiranja 4:2:2, pomoću sljedeće slike:

17

Vidimo da izbor frekvencija uzorkovanja lume od 13.5 MHz i krominantnih

komponenata od 6.75 MHz eliminira mogućnost nastanka sprezanja (aliasing) i

intermodulacije spektara baseband luminantnog i krominantnih signala sa moduliranim

uzorcima lume i krome.

Neki od osnovnih parametara sistema 4:2:2 su: Broj uzoraka po totalnoj liniji: Y=864, CB=432 i CR=432

Broj uzoraka po digitalnoj aktivnoj liniji: Y=720, CB=360 i CR=360

Frekvencija uzorkovanja: Y: 864 x fl = 13.5 MHz; CB i CR: 432 x fl = 6.75 MHz

Rezolucija kvantizacije: 8 ili 10 bita po uzorku za svaki komponentni signal: Y,

CB i CR.

Na osnovu pomenutih parametara vidimo da rezolucija kvantizacije može biti 8 bita po

uzorku, što znači raspon od 256 nivoa, dok kvantizacija od 10 bita po uzorku omogućava

raspon od 1024 nivoa. Izračunaćemo sada potrebnu brzinu digitalnog protoka za

slučajeve rezolucije od 8 bita po uzorku i 10 bita po uzorku:

Rezolucija 8 bita: BR = (13.5 + 2 x 6.75) MHz x 8 = 216 Mbit/s

Rezolucija 10 bita: BR = (13.5 + 2 x 6.75) MHz x 10 = 270 Mbit/s

U oba slučaja se radi o velikim brzinama prenosa, ali se one mogu koristiti za studijsku

distribuciju pod uslovom da se radi o malim distancama prenosa. Za distribuciju na druge

sisteme, tj. za veće distance koriste se sistemi kompresije video signala, koji omogućuju

znatno niže brzine BR.

18

Kompresija video signala

Kompresija digitalnog video signala započinje već pri formiranju komponentnog video

signala, jer su luminantna i dvije krominantne komponente predstavljene jednom

transportnom strujom, unutar jedinstvenog propusnog opega od 5 MHz. Pomoću ovog

signala se formiraju digitalni komponentni signali, čije transportne struje imaju veoma

visok digitalni protok, tj. visok BR (Mbps). Za signal tipa 4:2:2, pri rezoluciji od 8 bita po

uzorku nastaje digitalni protok od BR=216 Mbps, a pri rezoluciji od 10 bita po uzorku

nastaje transportna struje od 270 Mbps, što zahtjeva velike propusne opsege, odnosno

ograničava daljinu prenosa na primarnu distribuciju unutar prostora studija i režije. Za potrebe sekundarne distribucije i zapisa neophodno je izvršiti kompresiju video i

audio signala, što praktično znači smanjivanje digitalnog protoka.

Razmotrimo stoga najprije teorijsku podlogu na osnovu koje se koncipira postupak

kompresije. Osnovu čini utvrđivanje neophodne količine informacija iz izvora koju treba

prenijeti kako bi se ista mogla reproducirati na strani prijema, kao i onog dijela

informacije koja predstavlja višak informacije. To znači da u cilju kompresije video

signala utvrđenu suvišnu informaciju ne treba prenositi.

Srednja količina informacija skupa događaja predstavlja entropiju, a ona uzima

maksimalnu vrijednost, ako svi događaji imaju jednaku vjerovatnoću. Odstupanje

entropije od njene maksimalne vrijednosti predstavlja redundancu. Redundanca je dakle

onaj višak informacije, koji generira izvor, koji nije neophodno prenijeti da bi se

identifikovala izvorna informacija.

Redundanca u slici

Za postizanje ekonomičnosti prenosa informacija potrebno je smanjiti redundanciju i

svesti prenijetu informaciju na entropiju izvorne informacije. Prema Šenonovoj teoremi

prosječna dužina kodne riječi izvora ne može biti kraća od entropije izvora.

Možemo prihvatiti interpretaciju po kojoj se kompresija zasniva na procesu redukcije

informacija koje sadrži slika ili grupa slika za iznos redundancije koje one sadrže. Postupak utvrđivanja i redukcije redunadancije se može definisati analizom statističke

prediktabilnosti, tj. predvidivosti video signala.

Većina signala ima neki stepen prediktabilnosti. Navedimo dva ekstremna primjera

prediktabilnosti: Sinusni signal je potpuno predvidiv, jer ima samo jednu frekvenciju, odnosno ne

traži poseban propusni opseg. Na drugoj krajnosti se nalazi šum, koji je potpuno neprediktabilan.

Signali u stvarnosti padaju negdje između ove dvije ekstremne kategorije.

Razlikuje dvije kategorije redunadancije: psihofizička redundancija i statistička

redundancija podataka.

19

Psihofizička redundancija

Psihofizička redundancija označava činjenicu da vrijednosti digitaliziranih uzoraka u slici

nisu jednako percipirane od strane vizuelnog sistema čovjeka – HVS (Human Visual

System). To znači da neke greške HVS ne registrira, a ne registrira ni ako se neke

vrijednosti uzoraka promjene ili čak i odstrane. Razlikuju se optička iluzija,

prepoznavanje uzoraka i efekat nagnutosti.

Oko čovjeka ima određenu osjetljivost na promjene u prostoru, pri čemu možemo

konstatirati da veliki objekti imaju nisku prostornu frekvenciju, a mali objekti visoku. To

praktično znači da zbog smanjenja osjetljivosti oka na visoke prostorne frekvencije

možemo takve sadržaje slike podvrgnuti grubljem stepenu kvantizacije, a greške

kodiranja u blizini granične frekvencije prostorne rezolucije oko neće ni zamjetiti.

Mozak takođe ima uticaja na viđenje slike. To znači da neke nekompletne strukture

registrira i automatski kompenzira stvarajući impresiju kompletne slike.

Oko čovjeka se adaptira na okolinu, pri čemu se fokusira na horizontalne i vertikalne

oblike, dok slabije reagira na druge. To označava efekat nagnutosti prikazan u gornjem

primjeru: paralelnost, razmještaj i širinu pravougaonika oko jasno razaznaje, dok je kosa

rezolucija slabija. To praktično znači da dijagonalne prostorne frekvencije mogu biti

grublje kvantizirane, što će značiti dodjelu manjeg broja bita po uzorku, a time i

smanjenje bitske brzine, što je krajnji efekat kompresije.

Statistička redundacija

Statistička redundancija podataka znači da sve slike sadrže veliki iznos identičnih

podataka, kao posljedica npr. identičnih vrijednosti nekih oblasti pixela u slici.

U pokretnom video signalu se razlikuju prostorna i vremenska redundancija.

Prostorna redundancija postoji unutar pojedine slike, odnosno unutar jednog frame-a, a to

može biti velika oblast uzajamno sličnih pixela, kao što je npr. vedro nebo ili slika sa

jednom dominantnom prostornom frekvencijom, npr. zid od cigle.

Prvi korak u većini sistema kompresije ovog tipa je identifikacija prostorne redundancije,

koja je prisutna u svakoj poluslici (field) ili slici (frame).

Kompresija koja se ostvaruje na osnovu eliminacije prostorne redundance u frame-u se

naziva Intra-frame kompresija.

Vremenska redundancija se pojavljuje između slika u kojima postoji velika sličnost susjednih slika. Kompresija koja se ostvaruje putem uklanjanja redundance između

frame-ova naziva se Inter-frame kompresija.

20

Standardi video kompresije

MPEG

Razlikujemo više stepena kompresije u MPEG formatu, koji će biti prezentirani

pojedinačno, pri čemu će posebna pažnja biti posvećena MPEG-2 formatu, kao za sada

najraširenijem formatu kompresije video signala.

MPEG-1

MPEG-1 dozvoljava dvosmjerno predviđanje sa nadomještanjem pokreta, pri kojem se

trenutno procesirana slika ne upoređuje samo s prethodno projeciranim slikama, nego i sa

slikama koje se u izvornoj video sekvenci nalaze iza nje.

Izvorni format slike za MPEG-1 standard je SIF (Source Input Format) koji ima

rezoluciju luminantne komponente 360x240 elemenata slike za NTSC ili 360x288

elemenata slike za PAL, dok je rezolucija krominantne komponente jednaka polovici

rezolucije luminantne komponente u horizontalnom i vertikalnom smjeru.

Model kodiranja video signala u MPEG postupku je organizovan u šest slojeva

prikazanih u tabeli:

BLOK je najmanja jedinica kodiranja sastavljena od 64 elementa slike. To je osnovna

jedinica za primjenu diskretne kosinusne transformacije – DCT. Svaki luminantni

element slike odgovara jednom elementu slike. Kromatska informacija se poduzorkuje u

omjeru 2:1 u horizontalnom i vertikalnom smjeru, tako da se jedna kromatska informacija

sastavljena od dvije krominantne komponente izvodi za četiri elementa slike.

MAKROBLOK je osnovna jedinica za kodiranje sa nadomještanjem pokreta koja se

sastoji od područja 16 elemenata slike u 16 linija za luminantnu komponentu (4 bloka od

8x8 elemenata slike) i prostorno jednakog područja sa 8 elemenata slike u 8 linija za

svaku od krominantnih komponenata. To znači da makroblok sadrži 4 luminantna bloka i

2 krominantna bloka, pri čemu je područje slike pokriveno sa 4 luminantna bloka jednako

području slike koje je pokriveno pojedinim krominantnim blokom.

21

ISJEČAK SLIKE (Slice) je horizontalni niz makroblokova koji je osnovna jedinica za

uspostavljanje sinhronizacije između postupaka kodiranja koji se provode na razini bloka

i makrobloka. Prilikom pojave greške unutar slike zbog gubitka u prenosu, nije potrebno

odbaciti cijelu sliku, već je iz postupka dekodiranja moguće izostaviti samo isječak slike i

nastaviti dekodiranje sa sljedećim ispravno primljenim isječkom slike.

SLIKA je osnavna jedinica u MPEG postupku kodiranja. Slike se dijele na:

I-slike (Intra Coded Pictures) koje su samostalno kodirane unutarnjim prostornim (ancore

picture) kodiranjem,

P-slike (Predictive Coded Pictures) koje su direktno kodirane sa predviđanjem, uz

nadomještanje pokreta, pri čemu se kao polazna slika u postupku predviđanja koriste

prethodne I-slike.

B- slike (Bidirectionall Coded Pictures) koje se dvosmjerno kodirane sa predviđanjem, uz

nadomještenje pokreta, a mogu se genirirati iz prethodne, ali i iz naredne I ili P-slike.

Odnosi između ovih slika su grafički predstavljeni na sljedećoj slici.

Pri tome se kao polazne slike u postupku predviđanja koriste i prethodne i buduće I-slike

ili P-slike i D-slike (DC Coded Pictures) kod kojih se kodira samo istosmjerni (DC)

koeficijent diskretne kosinusne transformacije.

GRUPA SLIKA (GOP, Group of Pictures) se sastoji od jedne ili više slika, a predstavlja

najmanju jedinicu koja može biti neovisno dekodirana unutar video sekvence.

SEKVENCA je najviši sloj u hijerarhijskoj strukturi kodiranja koja se sastoji od zaglavlja

i određenog broja grupa slika. Zaglavlje sekvence uspostavlja početno stanje dekodera

kako prethodno dekodirane sekvence ne bi imale uticaja na trenutni proces dekodiranja.

22

MPEG-2

Potreba da se ogromna količina podataka unutar digitalnog video signala smjesti u znatno

manji prostor, stvorila je novu oblast kompresije u proizvodnji i emitovanju televizijskog

signala: MPEG-2. MPEG-2 predstavlja grupu standarda sa različitim profilima i nivoima.

Profil može biti razmatran kao podskup skupa parametara koji potpuno definiraju video

sintaksu, dok je nivo skup ograničenja koja vrijede za parametre video sintakse. Video

sintaksa može biti podjeljena u dvije glavne kategorije: slojevitu i cjelovitu sintaksu.

Cjelovita sintaksa definira neophodne postupke za kompresiju izvornih formata video

signala, uključujući i analiziranje s proredom. Slojevita sintaksa pruža mogućnosti rekonstrukcije slike iz dijelova ukupnog toka podataka, što je postignuto podjelom

ukupnog toka podataka na dva ili više slojeva počevši od osnovnog sloja koji može biti

nadopunjen dodatnim slojevima.

Osnovni algoritam kodiranja predviđen MPEG-1 standardom je zadržan i u MPEG-2

standardu, a manje izmjene su nastale zbog potrebe za prilagođavanjem MPEG-2

standarda ulaznom formatu slike koji koristi analiziranje s proredom, gdje se jedna slika

dijeli na dvije poluslike sastavljene od parnih i neparnih linija. MPEG-1 standard dopušta

samo progresivno analiziranje, dok MPEG-2 standard, kao opći standard, mora sadržavati rješenja i za progresivne formate izvorne slike i za formate izvorne slike s proredom, koji

zahtjevaju složenije načine predviđanja. Glavne osobine MPEG-2 standarda su:

MPEG-2 = MPEG-1 + alati inerlace + prifili i nivoi

Nova field/frame predikcija i DCT modovi za analizu s proredom (interlace)

Kvantizacija u većem području i adaptivnost

Novi VLS (Variable Length Codes)

Proširena skalabilnost (prostorna, SNR, vremenska)

Sistemski sloj za višestruke transportne struje

Audio proširen na multi-kanalni zvuk

Slojevitost je ključni koncept, čijom primjenom je moguće postići kompatibilnost

MPEG-2 postupka kodiranja sa postojećim algoritmima kao što su JPEG, MPEG-1, ali je

to i vrlo djelotvorna tehnika za rješavanje opštih problema vezanih za višerezolucijske

ulazne formate, kodiranje sa promjenljivom brzinom prenosa i sučeljavanje sa mrežama

zasnovanim na asinhronom načinu prenosa. MPEG-2 standard predviđa nekoliko

različitih oblika slojevitosti, kao što su odjeljivanje podataka, slojevitost u odnosu na

omjer signal/šum, prostorna slojevitost i vremenska slojevitost. Podržane su i

kombinacije ovih osnovnih oblika slojevitosti, koje daju hibridnu slojevitost. Osnovna

slojevitost dozvoljava podjelu video signala u dva sloja, dok hibridna slojevitost podržava

podjelu u tri sloja.

MPEG-2, kao opšti standard za kodiranje video signala, mora biti prilagođen različitim

primjenama i formatima izvornih slika, što je postignuto primjenom strukture profila i

nivoa. Profil je difiniran kao skup od jednog ili više osnovnih standarda, dok je nivo

definiran područjem parametara kao što se veličina slike, frekvencija izmjene slika,

brzina prenosa i dr.

23

MPEG-2 standard predviđa pet različitih profila: Osnovni profil, s najnižom kvalitetom i bez mogućnosti slojevitog kodiranja.

Glavni profil, istih svojstava kao i osnovni, ali bez mogućnosti interpolacije slika.

Profil sa slojevitošću u odnosu na omjer signal/šum, u kome su podržane različite

kvalitete slike iskazane preko omjera signal/šum. Profil sa prostornom slojevitošću, u kome su podržane različite prostorne

rezolucije slike. Vršni profil, koji podržava potpunu slojevitost.

MPEG-2 standardom su utvrđena četiri nivoa: Niski nivo, koji odgovara CIF formatu slike iz H.261 standarda ili SIF formatu

slike iz MPEG-1 standarda.

Glavni nivo, koji odgovara standardnim formatima TV slike (NTSC, PAL,

SECAM). Visoki 1440 nivo, koji odgovara TV signalu visoke kvalitete sa 1440 uzoraka po

liniji. Visoki nivo, koji odgovara TV signalu visoke kvalitete sa 1920 uzoraka po liniji.

Nivoi su pridruženi svakom profilu, ali nisu moguće sve kombinacije profila i nivoa.

Zbog ovakve strukture MPEG-2 standard podržava veliki raspon horizontalnih i

vertikalnih rezolucija, formata slike i brzina prenosa.

MPEG-4

MPEG-4 ima za cilj osigurati opšti i djelotvoran postupak kodiranja audiovizuelnih

podataka u različitim oblicima, koji se nazivaju audiovizuelni objekti. Cilj MPEG-4

standarda je prikaz “svijeta koji nas okružuje“ kao kompozicije audiovizuelnih objekata,

koja je popračena tekstom koji opisuje njihove prostorne i vremenske odnose.

MPEG-4 standard će omogućiti ineraktivnu mobilnu multimedijsku komunikaciju, video

telefoniju, mobilnu audiovizuelnu komunikaciju, elektronsko novinarstvo, videotekst itd.

MPEG-4 standardni postupak se sastoji od četiri osnovna dijela: MSDL (MPEG-4

Syntactic Description Language), alati, algoritmi i profili. MSDL treba omogućiti odabir,

opis i prenos alata, algoritama i profila, te opisivati na koji se način analizira i procesira

elementarni tok podataka.

Osnovna svojstva MPEG-4 standarda video kompresije možemo svrstati na sljedeći način: Poboljšana kodna efikasnost na niskim brzinama digitalnog protoka (BR)

- poboljšana kompenzacija kretanja

- separatno kodiranje objekata

- pozadina se rjeđe kodira u odnosu na pokretne objekte

- moguća primjena na nižim MPEG-2 bitskim brzinama

Nove funkcije zasnovane na interaktivnosti sadržaja

24

- separatno kodirani objekti se mogu koristiti za proizvodnju raznovrsnih

rezultujućih programa zasnovanih na interakciji sa korisnikom

Karakteristike analizatorskih cijevi

Elektronske cijevi za analizu TV slike su elektronski analizatori koji se ugrađuju u TV

kamere. Rad analizatorske cijevi se može razložiti u dvije operacije: prva se sastoji u

razlaganju slike na elemente slike, a druga u analizi tih elemenata slike određenim

redosljedom i dinamikom (analiza sa proredom ili progresivna analiza). Kao izlaz iz

analizatorske cijevi se koristi proizvedeni električni signal čija amplituda odgovara

osvjetljajima pripadajićih elemenata slike, za slučaj C/B TV signala.

Pretvorba svjetlosne informacije u električnu (luminantno-električna transformacija)

zbiva se u analizirajućim cijevima, kojih ima više izvedaba. Za ovu opto/elektronsku

transformaciju se mogu koristiti dvije vrste materijala: fotoemisioni i fotoprovodni. U

starijim tipovima analizatorskih cijevi su se koristili fotoemisioni , a u novijim tipovima

fotoprovodni materijali. Osobina fotoprovodnog materijala je da se pod djelovanjem

svjetlosti mijenja njihova provodnost, što pruža mogućnost korelacije između osvjetljaja

elemenata slike i dobijenog električnog signala, koji se naziva i video signal.

Navedimo sada neke od opštih karakteristika analizatorskih cijevi:

Šum: budući da je analizatorska cijev prvi element sistema značajno je postići što

niže nivoe šuma na ulazu u sistem, jer je pojačanje za taj ulaz najveće. Šumovi su

posljedica raznih faktora, a mogu imati nekoherentni (slučajni) i koherentni (smetnje)

karakter.

Kontrast: posmatra se preko opsega kontrasta koji se pak definira kao odnos

maksimalnog i minimalnog osvjetljaja koji se može postići dotičnim analizatorom:

Bmax/Bmin. Reprodukovani kontrast zavisi i od sadržaja slike, a kreće se od 15:1, kod

tamnog detalja na svijetloj površini do n 100:1, kod svijetlog detalja na crnoj površini. Moć razlaganja: definiše sposobnost TV sistema za prenos sitnih detalja kao i

oštrih granica odnosno rubova dva osvjetljaja. Moć razlaganja praktično je ograničena

veličinom poprečnog presjeka mlaza elektrona u analizatoru. Moć razlaganja se mjeri kao

broj vertikalnih alternirajućih crnih i bijelih linija koji se mogu razlikovati po jedinici

dužine. Osjetljivost: definisana je najmanjim osvjetljajem na analizatoru sa kojim se na

ekranu monitora – tragača slike dobija kvalitetna slika. Analizatori sa velikom

osjetljivošću mogu generisati sliku i pri lošim uvjetima osvjetljaja, npr. reda 1 lux.

Prenosna karakteristika analizatorske cijevi: predstavlja zavisnost dobijenog

električnog signala od osvjetljaja fotoprovodnog sloja (slučaj C/B TV signala).

Gama-korekcija: pretvorba svjetlosnog signala u električni u analizirajućim

cijevima nije linearna (slučaj-a na slici lijevo), pa se krominantne komponante izobličuju

u području koljena karakteristike. To se događa i na prijemnoj strani u kineskopima

(slučaj-b na slici lijevo). Kao posljedica pojavljuje se izobličenje gradacije sivila u

akromatskoj televiziji (C/B TV), što je ilustrovano primjerom sa desne slike, a isti

problem se reflektuje kao izobličenje boja u kromatskoj televiziji.

25

Da bi se te nelinearnosti kompenzirale iza analiziralućih cijevi dodaju se sklopovi za

korekciju, tzv. gama-korektori (γ – korektori). To su elektronički sklopovi, pojačala sa

obrnutom karakteristikom pojačanja (slučaj-a). Pri konstrukciji gama-korektora za odnos

između ulaznog signala Eu i izlaznog Ei vrijedi relacija: Ei = kEuγ, gdje su k i γ

bezdimenzionalne konstante, pri čemu je za linearni sistem γ=1. Veličina γ zavisi od tipa

analizirajuće cijevi, pri čemu je tipična vrijednost γ>2, a korekcione vrijednosti se kreću

u granicama 0.4 do 0.5.

Vidicon

Vidicon označava analizatorsku cijev sa fotoprovodnom analizatorskom pločom. Prednji

dio sistema služi za projekciju slike koja se analizira na fotoprovodni sloj. Ovaj sloj služi za akumulaciju, tj. pohranjivanje slike, a prema ekvivalentnoj šemi vidimo da predstavlja

mrežu elementarnih kapaciteta i otpornosti. Otpornosti su fotoosjetljive, a njihova

otpornost varira sa intenzitetom padajuće svjetlosti na dotični element slike. Ovakvo

stanje uzrokuje akumulaciju različitih naboja u elementarnim kapacitetima. Na ovaj način

se stvara mozaik naboja elementarnih kondenzatora, što znači da dotična optička slika

odgovara “reljefu“ naboja u ploči.

26

Mlaz elektrona se proizvodi, fokusira i skreće tako da obavlja analizu elemenata slike, tj.

vrši neutralizaciju naboja elementarnih kondenzatora, pa se ovi kondenzatori prazne

preko otpora Ra strujama srazmjernim njihovom naboju, koji su pak srazmjerni

intenzitetu svjetlosti sa dotičnog elementa optičke slike. Na ovaj način se preko serijskog

kondenzatora dobija sirovi video signal, kao pad napona na otporu Ra.

Osnovni problem vidicona je velika struja tame (curenje struje), a metalna rešetka ispred

analizatorske ploče spriječava sekundarnu emisiju. Vidicon ima veću inerciju zbog spore

promjene provodnosti fotoprovodnog sloja, te je manje korišten u produkcijskim

resursima, a više u industrijske svrhe.

Plumbicon

Plumbicom je analizirajuća cijav visokog razlučivanja, sa dinamičkim upravljanjem

struje elektronskog snopa, malenog izlaznog električnog kapaciteta, sa elektrostatičkim

fokusiranjem smanjenja efekta povlačenja slike, te sa linearnom svjetlosnom prenosnom

funkcijom i spektralnom osjetljivošću u području 400...750 nm. Zbog ovoga je

plumbicon upotrebljiv za stvaranje svih triju krominantnih signala, UR, UG i UB, te

luminantnog signala Uy. Zbog osobitih kvaliteta upotrebljava se za snimanje scena u

kretanju. Elektronski top plumbicona se sastoji od posredno žarene katode i četiri elektrode, kao što je i predstavljeno na slici.

Napon na prvoj elektrodi (rešetka) upravlja strujom elektronskog snopa, a druga,

fokusirajuća elektroda ubrzava elektrone koji prolaze kroz kolektorsku, tj. treću valjkastu

elektrodu. Četvrta, mrežasta elektroda svojim naponom usporava elektrone kako bi se

dobilo ravnomjerno usporeno polje prije udara elektronskog snopa u signalnu elektrodu.

27

Fotoelektroda se nalazi na prednjoj strani plumbicona, a sastoji se od ravne staklene ploče

i prozirnog elektrovodljivog filma nanešenog sa unutrašnje strane staklene ploče. Taj

vodljivi film na koji je naparen tanak sloj fotovodljivog materijala predstavlja signalnu

elektrodu. Električna vodljivost tog materijala ovisi o osvjetljenju. Na neosvjetljenim

mjestima fotovodljivi sloj djeluje kao izolator, a otpor mu se smanjuje sa povećanjem

osvjetljenja. Pomoću optičkog sistema snimana slika se projecira kroz prozirnu staklenu

ploču na fotovodljivi sloj. Vanjski kontakt signal je spojen na elektrode preko opteretnog

otpora na pozitivni napon od 45 V. Smatra se da se fotovodljivi sloj sastoji od mnogo

malih elemenata koji djeluju kao kondenzatori kapaciteta Ci, a spojeni su sa jednom

stranom signalne elektrode pomoću prozirnog vodljivog sloja filma. Paralelno sa

kondenzatorom spojen je svjetlosno ovisan otpor Ri od fotovodljivog materijala. Prilikom

razlaganja elektronski snop dolazi do fotovodljivog sloja, predaje mu elektrone i nabija

sićušne kondenzatore sve dok potencijal analizirane površine ne bude jednak potencijalu

katode. To se naziva stabilizacijom katodnog potencijala. Tako nastaje razlika napona na

drugoj strani fotovodljivog sloja. Svaki se elementarni kondenzator nabija na potencijal

približno jednak onome na signalnoj elektrodi. Na neosvjetljenim mjestima fotovodljivi

materijal djeluje kao izolator i na njemu se zadržava naboj. Slika, koja se fokusira na

fotovodljivom sloju, svojim svijetlim i tamnim mjestima mijenja promjenljive otpore Ri

kroz koje se izbijaju kondenzatori Ci.

Zbog toga se pozitivni potencijali raspodjeljuju sa unutrašnje strane fotovodljivog sloja i

tako uskladištuju snimanu sliku između dva analiziranja. Prilikom analiziranja

elektronski snop predaje elektrone pozitivnim elementima, tj. osvjetljenim mjestima

fotovodljivog materijala, gdje se elektroni uskladištuju, dok se ponovo ne uspostavi

katodni potencijal koji uzrokuje kapacitivnu struju kroz opteretni otpor. To je video signal

koji se dovodi pretpojačalu. Analizirajuća cijev je stabilizirana kada je vrijednost struje elektronskog snopa dovoljna

da ponovo uspostavi potencijal katode na analiziranoj površini.

Elektronski top je tako konstruisan da

smanjuje efekat povlačenja pomoću struje

elektronskog snopa koja se znatno povećava

za vrijeme povratnog traga linije na rasteru.

To se izvodi pomoću sklopova. Fotokatoda

plumbicona je od olovnog oksida (PbO) vrlo

velike fotovodljivosti. Spektralna osjetljivost

triju plumbicona je prikazana na slici.

Zapažamo da je spektralna karakteristika

pomjerena prema području kraćih talasnih

dužina u usporedbi sa spektralnom

karakeristikom osjetljivosti oka čovjeka na

boje.

28

Satikon

Satikon je analizirajuća cijev poboljšanih karakteristika prema vidikonu. Malih je

dimenzija i treba malu energiju napajanja, pa je prikladna za ugradnju u prenosne

televizijske kamere. Ime joj potiče od početnih slova materijala od kojeg je napravljen

fotoosjetljivi sloj: selen, arsen i telur. Oni tvore amorfnu, a ne kristalnu strukturu

poluvodičkog aloja. Karakteristike satikona su elektrostatičko fokusiranje, magnetski

otklon, te novi tip fotovodljivog sloja i filtera u obliku isprepletenih traka. Zbog boljih

parametara elektronskog topa, valjkaste konstrukcije elektroda za fokusiranje , ubrzanja i

linearizacije, te povećanog nivoa izlaznog kromatskog signala, dobija se i bolji odnos

signal/šum. Posebnom konstrukcijom zavojnice smanjuje se izlazni kapacitet između

analizirajuće cijevi i pretpojačala, pa je manji i šum komponenata viših frekvancija video

signala.

Fotoosjetljiva elektroda na slici je novije konstrukcije i odlikuje se zanemarivim

odsjajem, malom strujom tame, niskim povlačenjem i većim statičkim i dinamičkim

razlučivanjem. Sastoji se od kremenog filtra, prednjeg stakla, trakastih filtera, prozirne

vodljive elektrode na koju je naparen Se-As-Te fotovodljivi sloj. Dodatak telura

poboljšava osjetljivost prema crvenom svjetlu. Sloj na koji dolazi elektronski snop za

analiziranje napravljen je od antimon-sulfida (Sb2S), koji spriječava pojavu sekundarne

emisije elektrona.

Poboljšanje prednjeg dijela satikona postiglo se pomoću trakastih dikroidnih filtera, žutog

i modrozelenog, za dva krominantna nosioca video signala. Upotrebom trakastog filtra

dobija se jednolika osjetljivost u čitavom vidnom spektru. Zato se satikon često

upotrebljava u profesionalnim televizijskim kamerama.

HARP satikon predstavlja novi tip analizirajuće cijevi konstruisan 1987. godine u

Japanu. Cijev ima poboljšanu fotoelektrodu po kojoj je i nazvana (Gigh gain Avalanche

Rushing Amorphous Photoconductor).

Fotoelektroda se sastoji od četiri sloja. Izlazna signalna struja HARP satikona, uz isto

osvjetljenje je 1.3...1.6 puta veća nego kod standardnog satikona. Dovoljno velik odnos

signal/šum omogućuje upotrebu ove cijevi u kamerama namijenjenim za televiziju visoke

kvalitete (HDTV).

29

Analizatori slike sa poluvodičkim senzorima

Televizijske kamere sa poluvodičkim slikovnim senzorima u praksi se nazivaju CCD

kamere. Razvoj poluvodičke tehnologije omogućio je primjenu poluvodičkih nabojno

vezanih slikovnih senzora (Charge Coupled Devices, CCD) u televizijskim kamerama

umjesto analizirajućih cijevi. Kamere sa slikovnim senzorima su male mase, sa malom

potrošnjom energije, uz visoko razlučivanje, pri čemu daju geometrijski vjernu sliku po

cijeloj površini bez efekta povlačenja i bez otklonskih su zavojnica.

Nabojno vezan slikovni senzor napravljen je u poluvodičkoj tehnologiji MOS. Na Si

pločicu se nanese sloj oksida kao dialektrik i na to se napare metalne elektrode. Pod

uticajem upadnog svjetla naboj se raspoređuje srazmjerno svjetlosnom toku. Paketi

manjinskih nosilaca se skupljaju i uskladištuju u potencijalne jame. Dovođenjem

pozitivnog napona na metalne elektrode pomiću se potencijalne jame i tako u diskretnim

vremenskim razmacima imamo pomicanje paketa naboja, zbog čega za slikovni senzor

kažemo da radi kao pomični registar.

a) Princip rada poluvodičkog slikovnog senzora

Optička slika se u poluvodičkom slikovnom senzoru pretvara u televizijsku sliku tako što

se slika prvo projecira na fotoosjetljivi sloj, pri čemu se u siliciju generira broj elektrona

srazmjeran broju fotona optičke slike. U tom se predjelu slike raspored fotona optičke

slike preslikava u raspored naboja. Ti se naboji akumuliraju u slikovnom CCD senzoru, a

nakon toga tok naboja pomiče sliku u predio memorije, kao što je predstavljeno na slici.

Predio memorije kraći je od predjela

slike, pa se nabojna slika zbija od vrha

prema dnu. Na kraju predjela memorije

nalaze se tri izlazna registra koji

sjeckaju, odnosno razlažu sliku u

televizijske linije i tako tvore video

signal. Zbijanje ne utiče na konačnu

televizijsku sliku. Nakon toga se u

predjelu slike ponovo stvara nabojna

slika, koja se opet prenosi u predio

memorije i predio stvaranja naboja.

30

b) Struktura slikovnih senzora

Slikovni senzori se razlikuju po strukturi, pa postoje MOS-kondenzator sa tranzistorom,

MOS-dioda, HAD senzor i dr.

MOS kondenzatori

U slikovnim senzorima važni elementi su poluvodički kondenzatori, koji se proizvode u

MOS tehnologiji, zajedno sa MOS tranzistorom. MOS kondenzator radi tako da se kao

dielektrik na Si podlogu nanosi silicij-dioksid (SiO2) na koji dolazi metalna elektroda.

Struktura MOS kondenzatora je data na slici.

Kada se na metalnu elektrodu dovede

pozitivni naboj, on potiskuje većinske

nosioce (šupljine) u dubinu podloge, pa se

prostor ispod elektrode osiromašuje

pozitivnim nosiocima naboja. Uz dovoljno

velik pozitivni napon, počet će se u

prostoru ispod elektrode skupljati elektroni.

Na granici između Si i SiO2 stvara se

površinski potencijal φs, zbog kojeg u podlozi nastaju potencijalne jame. U predjelu sa

osiromašenim većinskim nosiocima, pod termičkim djelovanjem se stvaraju parovi

elektron-šupljina, koji se zbijaju prema podlozi, a elektroni se privlače prema

silicijumskoj graničnoj plohi. Ta nakupnina naboja ispod graničnog sloja se naziva

inverznim slojem.

Ravnotežno stanje, tj. inverzni sloj nastaje za nekoliko stotinki sekunde, pa zbog toga

vrijeme potrebno za obradu signala mora biti maleno, prema vremenu potrebnom za

stvaranje inverznog sloja. Kondenzator se može nabijati i vanjskom pobudom

poluvodiča, tj. fotoelektrički, pa je tada stvoreni napon mjera za upadni svjetlosni tok. Na

toj se pojavi zasniva rad poluvodičkih slikovnih senzora.

Prenos naboja se ostvaruje putem trofaznog

takta. U trenutku t1 djeluje takt 1, te se stvara

naboj elektrona u jamama inverznog sloja u

poluvodiču p-tipa. U trenutku t2 se

uspostavlja takt 2, pri čemu takt 1 linearno

opada, što uzrokuje proširenje potencijalne

jame na zonu susjednog kontakta. Trenutak

t3 označava presipanje naboja, tj. elektrona u

susjednu jamu, dok se u trenutku t4 naboj

zadržava samo u oblasti susjednog

kontakta.

31

MOS dioda Fotodiode izrađene u tehnologiji MOS takođe se upotrebljavaju za izradu slikovnih

senzora. Senzorska elektroda je tanak sloj polikristalnog silicija. Naboji nastali

fotoelektričnim efektom prenose se djelovanjem električnog polja do vertikalnog CCD

senzora.

HAD senzor HAD dioda (Hole Accumulation Diode) predstavlja diodu sa nakupljanjem šupljina i

dosad je jedan od najkvalitetnijih slikovnih senzora. Površinu senzora čini sloj od

nakupnina šupljina P-tipa, dok je podloga N-tipa na dnu senzora, što omogućuje

vertikalni kanal za odvod naboja. Površina kanala za odvod smještena sa strane može se

iskoristiti kao dodatna senzorska jedinica, te se tako povećava broj elemenata slike. Time

se povećava razlučivanje. Povećani broj elemenata slike utiče na smanjenje izobličenja

slike, tzv. moire efekta. Osnovna svojstva su: povećana spektralna osjetljivost i smanjeno

razmazivanje.

Hiper HAD senzor je najnoviji tip slikovnog senzora čije se tehnološko rješenje sastoji u

nanošenju mikroleće fotolitografskom tehnologijom. Mikroleća sakuplja dvostruko više

dolazećeg svjetla nego što izravno pada na senzorsku površinu, čime se postiže bolja

osjetljivost za 6 dB i manji efekat razmazivanja za 20 dB u poređenju sa HAD senzorom.

Zbog ovoga se hiper HAD senzori primjenjuju u kamerama visoko kvalitetne televizije.

c) Varijante transfera sadržaja slikovnih senzora u registre

Razlikujemo tri načina transfera sadržaja slikovnih senzora u pomične registre:

poluslikovni senzor, međulinijski i poluslikovni međulinijski.

Poluslikovni senzor (Frame Transfer CCD)

Poluslikovni senzori za linijsko razlaganje sastoje se od fotoosjetljivih elemenata

poredanih u nizu, memorije, te analognog prenosnog registra iza kojeg slijedi izlazno

pojačalo, kao što je i prikazano na slici.

Naboji proizvedeni u fotovodljivom

sloju slikovnog dijela za vrijeme

vertikalnog potisnog intervala

pomiču se u predio memorije, gdje

se preslikava nabojna slika. Na

početku sljedeće poluslike

fotosenzori su prazni i mogu primiti

novu polusliku. Iz prenosnog

analognog registra se frekvencijom

od 9.55 MHz preko pojačala dobija

video signal. Ovi senzori imaju

široku primjenu, od senzora za

optičko prepoznavanje slike, do

senzora za osjetljive faksimil aparate

velikih brzina.

32

Međulinijski senzori (Inerline Transfer CCD)

Predstavljaju strukture u kojima su fotosenzori i elementi za uskladištenje međusobno

isprepleteni, kao što je prikazano na slici..

Vertikalni i horizontalni pomični

registri prekriveni su optički nepropusnim filmom. Prilikom

vertikalnog potisnog perioda

slikovna informacija se prenosi u

vertikalni pomični registar kojim

upravljaju impulsi horizontalne

frekvencije. Informacija slike dolazi

u horizontalni pomični registar

nakon čega se očitava video signal

sa frekvencijom 9.55 MHz.

Poluslikovni međulinijski senzori (Frame Inerline Transfer )

Nastali su združivanjem poluslikovnog i međulinijskog senzora. Kanal za odvod naboja

nalazi se na gornjem dijelu slikovnog dijela. Naboji iz senzora prenose se u vertikalni

pomični registar, a iz njega prema dole u predio memorije. Pri velikom osvjetljenju

aktivira se aluminijski zaslon, te se svi dodatni naboji prenose prema gore u kanal za

odvod, gdje se resorbiraju.

Sve karakteristike FIT senzora su poboljšane, pa je smanjeno povlačenje i razmazivanje

slike, a povećano razlučivanje i odnos signal/šum.

d) Karakteristični parametri slikovnih senzora slike

Slikovni senzori slike omogućavaju i specijalne modove, kao što su: Frame/field integration

ClearScan

FT – pruža prednost manjeg vertikalnog razmazivanja

Ključni parametri za komparaciju senzora slike su: Rezolucija:

- ukupan broj pixela

- broj linija u rezoluciji Površina senzora, iznosi 2/3 inch, odnosno 1/3 inch.

Aspect Ratio

TV Standard

33

Konfiguracija TV kamere sa slikovnim senzorima slike

Na sljedećoj slici je prikazan dihroidni blok sa tri čipa CCD senzora slike:

Kamerni lanac

Osim sistema leća, dihroidnih ogledala (prizma za razvrstavanje boja) i analizatorskih

cijevi, u kameri se nalazi izvor signala za horizontalno i vertikalno otklanjanje

elektronskog snopa, mrežni ispravljač napona potrebnog za elektronski top i napajanje

električnih sklopova, te predpojačala, pojačala video signala i elektroničkog tražila slike.

Elektroničko tražilo slike je mala katodna cijev na kojoj se motri reprodukcija slike koju

kamera snima.

U kameri se nalaze još sinhronizacijski generator koji proizvodi sinhronizacijske impulse,

te horizontalne i vertikalne pogonske imulse i dva stupnja za mješanje.

34

Profesionalna studijska kamera visoke kvalitete odlikuje se visokim statičkim

razlučivanjem i geometrijski neiskrivljenom slikom. Njome se snima šum pri

standardnom osvjetljenju, uz povoljan odnos signal/šum.

Osnovni segmenti kamernog lanca su: glava kamere, kamerni kabl i kontrola kamere

(CCU – Camera Controll Unit), koja može biti lokalna i/ili daljinska. Glava kamere se

sastoji od optičkog sistema-objektiva, senzora slike (cijevni ili slikovni), predpojačavača, procesora primarnih video signala (R,G i B), tragača slike, te raznih blokova za

procesiranje impulsa, podataka, interne komunikacije kamermana i sklopova za

napajanje.

Kamerni kabl omogućava prenos različitih signala od glave do kontrole kamere. U

kontroli kamere se formiaraju video signali, komponentni i kompozitni, vrši se

podešavanje određenih parametara i obavlja akvizicija (prenos sa obradom) signala

neophodnih za funkcionisanje glave kamere.

Osnovni elementi u primjeru praktične konfiguracije kamernog lanca sa slike su: glava

kamere, kamerni kabl, jedinica kontrole kamere (CCU), panel operativne kontrole (OCP)

i panel glavne kontrole (MCP).

U studijima se često obavlja snimanje sa više TV kamera, tako da se formiraju

odgovarajući kamerni lanci.

Reporterske kamere ili kamere za

elektroničko novinarstvo sastoje se

iz dva dijela. To su dio za snimanje

i dio za zapis, koji konstrukcijski

mogu biti u jednom ili dva posebna

komada. Reporterske kamere su

visokoprofesionalne i sadrže sve

elemente studijskih kamera, a

namjenjene su za vanjska

snimanja. Osobito je važno da

imaju visoko dinamičko

razlučivanje, da rade u širokom

rasponu osvjetljaja i temperature

okoliša, te da budu što pokretljivije

i jednostavnije za rukovanje.

35

Sinhronizacioni generator

Sinhronizacioni generator predstavlja “srce“ TV sistema. On proizvodi signale tačno

određenih frekvencija i oblika i upravlja radom predajnog i prijemnog dijela TV sistema.

Praktično sinhro generator omogućuje generisanje horizontalnih i vertikalnih sync i blank

impulsa. Za postizanje tražene stabilnosti frekvencije i međusobnog faznog odnosa

impulsa u složenom video signalu poželjno je da se cjelokupni signal generiše u jednom

sklopu. Da bi eventualna greška bila u dozvoljenim granicama potrebno je zadovoljiti

sljedeće relacije:

gdje je: n – broj linija

Tps n Tl

2 i / ili fl n

f ps 2

Tl – period ponavljanja linija

Tps – period ponavljanja poluslika

fl / fs – odnos frekvencija linija i poluslika

Prema konceptu generisanja prikazanom na slici, vidimo da se navedeni odnosi poluslika

i slika tih frekvencija ostvaruju djeljenjem

frekvencija, a ne množenjem. Na ovaj način

se postiže bolja stabilnost frekvencija.

Pri izboru osnovne frekvencije sinhro

generatora treba imati u vidu da je broj linija

u sistemu sa proredom neparan – n/2. Zbog

toga je u datom primjeru kao osnovna

frekvencija uzeta dvostruka vrijednost

linijske frekvencije: f0=2fl.

Detaljnija blok šema sinhro generatora je

data na sljedećoj slici, gdje je prikazano i

generisanje horizontalnih i vertikalnih sync i blank impulsa, te signala podnosioca boje:

Sinhronizacioni generator ima

glavnu ulogu u sinhronizaciji

rada vremenskih baza TV kamera

i TV prijemnika.

36

Snimanje video signala

U danima razvoja TV tehnike ukazala se potreba za snimanjem i reproduciranjem video

signala. Najpoznatiji i najviše korišten medij za zapis video signala je magnetna traka, a

uređaj pomoću kojeg se vrši zapis AV signala na ovaj medij je VTR – Video Tape

Recorder. Sada ćemo ukratko prezentirati vrste i forme medija za zapisivanje.

Medij za zapisivanje AV signala

Postoje različiti mediji za zapisivanje AV signala. Njihov razvoj se podsticao u skladu sa

zahtjevima pojedinih aplikacija. U pogledu forme zapisa razlikujemo dvije osnovne

forme: Trake – mogu biti u obliku koturova i kaseta

Diskovi – mini diskovi i HD

Načini zapisivanja su sljedeći:

a) Filmski zapis – optički zapis na traku širine 35 mm, 16 mm i 8 mm, koji se koristi

za telekina

b) Magnetni zapis – koristi se za razne forme medija

- magnetne trake – predstavljaju dominantnu formu, pri čemu mogu imati

različite dužine (od n 10 m do n 100 m) i različito trajanje (od 5 min do

240 min), a zapis može biti analogan ili digitalan. Kod digitalnog zapisa se

razlikuju sljedeći tipovi traka:

DAT – Digital Audio Tape

DCC – Digital Compact Cassette

DVTR – Digital Video Tape Recorder

- te razne forme mini diskova i HD - hard diskova koji se inače koriste u

računarima. c) Magnetooptički zapis MOD – podaci se zapisuju na magnetni disk, pri čemu je

zapis digitalan.

d) Optički diskovi u kojima se koristi digitalno zapisivanje, optičko skeniranje i

korekcija greške. Razlikujemo dvije glavne aplikacije:

- CD (Compact Disc) – upis i čitanje se vrše pomoću lasera talasne dužine

780 nm (crvena svjetlost). Kapacitet je reda 600 MB. Osnovna namjena

im je za PC CD rom i audio zapis.

- DVD (Digital Video Disc) – koristi laser na kraćoj talasnoj dužini 470 nm

(plava svjetlost), pa je i gustoća zapisa veća. Standardni kapacitet je

4.7 GB, a pojavili su se i DVD kapaciteta reda 18 GB.

e) DVD RAM označava implementaciju video zapisa pomoću SS memorijskih

čipova na PCB.

37

Zapisivanje video signala na magnetnu traku (VCR & VTR)

Pred postupak zapisivanja video signala na magnetnu traku javljaju se određeni zahtjevi

koje treba formulisati.

a) Zahtjevi za zapisivanje video signala Općenito uređaji za zapisivanje videa se nazivaju VR–Video Recorder. Prve verzije

zapisa na traku dobile su naziv VTR–Video Tape Recorder, a kasnije su se pojavile i

verzije sa kasetom VCR – Video Cassette Recorder, a negdje se koristi i naziv TTR –

Television Tape Recorder.

Ako se uređaj koristi samo za čitanje, tj. reprodukciju, tada se ona naziva PLAYER.

Nakon uvođenja digitalnog zapisa koristi se i naziv DVTR – Digital Video Tape

Recorder. Velika širina video signala (5 MHz) uzrokuje veliku potrošnju magnetne trake.

Za široko tržište koristi se VCR.

Glavni zahtjevi za produkcioni VTR su:

- mora postojati mogućnost replay-a za vrijeme recordinga,

- TC (Time Code) mora biti upisan i mora se reproducirati pri svim

brzinama,

- zahtjeva se puna daljinska kontrola (Remote Control),

- zahtjeva se video signal visokog kvaliteta,

- asembliranje i insert editiranja treba biti podržano nezavisno za audio i

video

- mora postojati mogućnost promjene brzine replay-a, pri čemu se ovaj mod

rada naziva TSO (Tape Speed Override),

- u digitalnim mašinama u svrhu editiranja treba postojati mogućnost playback-a sa glavama umetnutim prije glave zapisa

b) Koncept magnetnog zapisivanja video signala na magnetnu traku Kod prvih pokusa magnetnog zapisa glavni problem je bila velika širina video signala

(10Hz – 5 MHz). Godine 1953. ostvaren je prvi magnetoskop sa direktnim snimanjem

pomoću stacionarnih magnetnih glava, kod kojeg je osnovni problem bila velika brzina

trake. 1956. godine je stvoren praktično prvi upotrebljiv magnetoskop, čije su osnovne

osobine bile: za smanjenje brzine trake umjesto stacionarnih magnetnih glava koristio se obrtni

disk video glave, da bi se obuhvatio cijeli video opseg frekvencija oko 20 oktava koristi se FM sa

niskim nosiocem i malom devijacijom.

Magnetni zapis videa se zasniva na istom principu kao i zapis tona, gdje se za snimanje

koristi magnetna glava. Reprodukcija predstavlja obrnut proces od snimanja.

38

c) Snimanje i reprodukcija video signala

U početku se koristio uzdužni zapis – LVR (Longitudinal Video Recording), ali je ovaj

sistem napušten zbog velike brzine trake. Danas se praktično koristi transverzalni

(poprečni) zapis kod profesionalnih magnetoskopa. Ovdje postoji obrtni disk sa četiri video glave, kao što je prikazano na slici.

Definisana brzina je 1500 obr/min, pri

čemu valjak sa četiri glave u jednom

obrtaju zapisuje četiri transferzalna traga

na magnetnoj traci.

Prikažimo sada položaj tragova na traci, prilikom snimanja:

Prikažimo sada tragove na traci za VCR, gdje se koristi kosi-helikoidalni zapis:

39

Prikažimo sada raspored glava za brisanje, video glava i tonske glave i mehanizam za

transport trake:

Frekventna modulacija primjenjena u magnetoskopu razlikuje se od konvencionalne u

sljedećem: zbog ograničenog opsega video glave i ograničene magnetne rezolucije trake

noseća frekvencija je bliska maksimalnoj modulišućoj frekvenciji. Praktično se

spektri FM signala i modulišućeg signala preklapaju, index modulacije: δ=ΔF/fmax je znatno manji nego kod frekventne modulacije u

radio difuziji, gdje je ΔF devijacija, a fmax maksimalna modulišuća frekvencija.

Zbog ovoga se spektar baseband video signala i spektar FM video signala djelimično preklapaju. Indeks FM je mali, tako da je energija viših spektralnih komponenata niska.

Primjenom ovako definisane FM se smanjuje broj oktava sa 20 na 4.

Pri reprodukciji se nakon pojačavanja signala sa video glave koriguju amplitudna

izobličenja i mijenja relativno kašnjenje signala za korekciju kvadrature video glave.

Pomoću elektronskog preklopnika slažu se signali sa pojedinih video glava u jedan

signal, nakon čega se vrši FM demodulacija, kao i dalja obrada video signala. Zbog

preklapanja informacija na dvije susjedne glave vrši se neprimjetno prelaženje sa signala

jedne video glave na signal druge.

40

d)Forme video signala u magnetnom zapisu

Kod magnetnog zapisivanja koriste se različite forme video signala, što je uslovljeno

zahtjevima dotične aplikacije. Razlikuju se:

širokopojasni kompozitni zapis

zapis sa kromom ispod lume

komponentni kroma/luma zapis

analogni komponentni zapis

Širokopojasni kompozitni zapis

Ovdje postoji jedinstven sistem zapisa koji nosi informaciju krome utisnutu u podnosilac

boje. U širokopojasnim recorderima, kao što su B i C formati, kompozitni signal se vodi

direktno na FM modulator.

Zapis videa sa kromom ispod lume

Direktni zapis kompozitnog

signala se koristi u

aplikacijama produkcije, gdje

je značajan puni frekventni

opseg.

U slučajevima kada je prihvatljiva niža rezolucija sa bandom od 3 MHz, kao što su

komercijalne industrijske aplikacije, primjenjuje se postupak sa spuštenom lumom.

Princip se zasniva na primjeni filtera

za dolazni kompozitni signal. Ova

forma zapisa se koristi u U-matric

sistemu.

Nakon transpozicije lume, kroma se

down-konvertira.

41

Komponentni luma/kroma zapis

Zapis videa u formi luma/kroma koristi se u S-VHS recorderima. Na ulaz S-VHS

recordera se dovode komponentni signali iz kamere, pa se formiraju posebno kanali lume

i krome. Inače razdvajanje lume i krome u kompozitnom modu veoma je zahtjevno, pa ih

S-VHS stoga drži razdvojeno.

Ovo nije striktni kompozitni zapis, jer se signali Y i C drže odvojeno. Takođe, nije ni čisti komponentni zapis, jer su signali razlike boja kvadraturno modulisani.

Analogni komponentni zapis

Prvi analogni komponentni recorderi su Betacam i M-1. Oni su bili namjenjeni za ENG

(Electronic News Gathering), gdje se puni frekventni opseg žrtvovao zbog portabilnosti

(prenosivosti). Prednost komponentnog signala je da nema podnosioca boje. Pri redukciji

frekventnog opsega komponentnog videa, slika postaje mekša, dok se u slučaju

kompozitnog signala gubi boja. U analognim komponentnim recorderima zapisuju se tri

signala: luma u punom opsegu i dva signala razlike boja sa reduciranim frekventnim

opsezima. Uvođenjem postupka kompresije se multipleksiraju signali razlike boja u jedan

kanal iste širine kao i lume. To znači postojanje dva kanala.

42

e) Korekcija vremenske baze (TBC - Time Base Correction)

Karakteristika zapisivanja na traku je da vremenska osa nije naročito stabilna zbog

fleksibilnosti trake. U VCR problem se rješava tako što se dopušta da proces skeniranja

displeja prati nestabilnosti ose. U profesionalnom VTR rješenje se sastoji u umetanju

varijabilnog kašnjenja u riplay signal koji se suprotstavlja greški vremenske baze.

Kašnjenje se postiže u digitalnom domenu korištenjem RAM (Random Access Memory),

pa se stoga digitalni TBC koristi kako u DVTR tako i u analognom VTR.

Analogni VTR vrši digitalizaciju u reprodukciji za olakšanje TBC-a, kao što je prikazano

na slici (a), dok digitalni VTR obavlja digitalizaciju prije zapisa – slika (b).

f) Vremenski kod (TC - Time Code)

TC predstavlja signal koji se snima duž video trake. On omogućuje da se pojedinačne

slike (frame) numerišu prema vremenu u kome su bili snimljeni. Postoje dva koncepta: LTC – Linear Time Code, koji označava linearni trag na magnetnoj video traci, pri

čemu jedan broj odgovara svakom frame-u traku. VITC – Vertical Interval Time Code, ovdje se informacija zapisuje u svakoj

poluslici, tj. u vertikalnom impulsu zamračenja. VITC se koristi i za DVTR i za

VTR.

43

Kućni magnetoskop

Danas se u kućnim magnetoskopima – VCR uglavnom koristi VHS (Video Home

System) sistem. Sada ćemo prikazti blok šemu kućnog magnetoskopa.

U slučaju reprodukcije postupak se odvija u

suprotnom smjeru. Kućni magnetoskop sadrži više sklopova: Servo sistem – transport magnetne trake

koji je sinhroniziran sa pogonom bubnja

sa magnetnim glavama, Sklop za kompenzaciju ispada signala

Sklopovi za napajanje,

44

Komandni panel

Digitalno zapisivanje video signala (DVTR)

Poznato je iz tehnike analognog zapisa da je magnetna traka nesavršen medij. Zbog toga

se pojavljuju i ispadi koji su vidljivi u analognom signalu.

a) Korekcija grešaka – prikrivanjem

U slučaju digitalnog zapisa pri reprodukciji binarnog podatka za dotični bit postoje samo

dvije mogućnosti: ispravan i pogrešan. Mali nivoi šuma se otklanjaju, ali povremeni

impulsni šumovi uzrokuju pogreške u bitima. Ispadi uzrokuju veći broj pogrešnih bita,

odnosno nastaju paketi grešaka. Vidljivost bita zavisi od toga koji je to bit u uzorku. Ako

je LSB – Least Significant Bit uzorak pogrešan, u detaljnoj kontrastnoj slici efekat će biti maskiran. Ako je MSB – Most Significant Bit uzorak pogrešan, u glatkom polju niko

neće uočiti rezultujuću tačku. To znači da je potrebno sredstvo za korekciju grešaka. Korekcija grešaka u binarnom sistemu je jednostavna, jer ako je bit pogrešan treba uzeti

suprotno stanje i on je ispravan. Problem predstavlja identifikacija pogrešnih bita. Ovo se

postiže kodiranjem podataka, tako da se dodaju redundantni biti. Iznos redundance

proporcionalan je iznosu grešaka koje mogu biti korigovane. Ako iznos grešaka

prekoračuje ugrađenu redundancu, korekcija grešaka neće biti moguća. U cilju

spriječavanja degradacije koristi se prikrivanje grešaka. U ovom postupku se vrijednosti

izgubljenih pixela procjenjuju ili interpoliraju prema okolnim pixelima. Prikrivanje se

vrši preuređivanjem sekvenci uzorka prije zapisa.

Primjer! Originalna sekvenca uzoraka: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16.

Pretpostavka ispravnog rada je korektan redosljed uzoraka u zapisu. Praktično se parni i

neparni uzorci zapisuju u različite tragove. Pogrešan uzorak 8 se može odrediti

interpolacijom uzoraka 7 i 9 i slično.

45

b) Produktni kodovi

Dodavanje redundance je ograničeno sa povećanjem gustoće zapisa. Umjesto toga može

se koristiti preplitanje (interliving). Sekvencijalni uzorci iz ADC se asembliraju u kodere

duž vrsta u memoriji.

Na svaku vrstu memorije dodaju se redundantni biti, tzv. parity biti, a memorija se zatim

očitava po kolonama i podaci se šalju na medij zapisa. Pri čitanju se nesekvencijalni

uzorci sa medija raspliću i vraćaju u njihovu normalnu sekvencu. Pojava paketa grešaka

se pretvara u jedan pogrešan simbol u vrsti memorije. Ova se greška koriguje vrlo

jednostavno pomoću redundantnog simbola bita pariteta.

c) Razmještanje uzoraka (shuffling)

Kada se u zapisu pomoću produktivnog koda pojavi katostrofalna greška rezultat je

pravougli blok neispravnih uzoraka koji zahtjevaju prikrivanje. Takva neregularna

struktura bi bila vidljiva i nakon

prikrivanja, pa se stoga zahtjeva

dodatni proces koji reducira vidljivost

greške. Proces razmještanja uzoraka

(shuffling) se izvodi prije produktnog

kodiranja, odnosno prije samog zapisa

na traku, u kome se uzorci razmještaju

po slici na pseudoslučajan način.

46

Obrnuti proces se koristi pri reprodukciji. Vidljivo je da se pri pojavi nepopravljive

greške blokovi pogrešnih podataka razmještaju na slučajne pozicije. Greške se prostiru

preko slike u nepravilnoj strukturi, te je efekat reduciran.

d) Kanalno kodiranje

U većini recordera za digitalni zapis medij sadrži trag koji reprodukuje talasni oblik. U

DVTR se snima više tragova istovremeno na magnetnu traku (2 ili 4) sa velikom

gustoćom zapisa. Stoga fizikalne tolerancije uzrokuju fazne pomake ili greške u vremenu

između tragova, tako da ih nije moguće čitati u paraleli. Zbog toga se upis podataka vrši serijski (bit po bit). Svaki trag mora biti samoodrživ sve dok reprodukovani signal nije

korigovan u TBC-u. To znači da se na serijsku struju podataka primjenjuje linijsko

kodiranje, koje će omogućiti prolaz signala u jednom kanalu.

Prikažimo liniju serijskog kodiranja.

Sada ćemo prikazati uproštenu blok šemu DVTR-a sa serijskim prenosom:

Zapisivanje se ne vrši direktno nego nakon modulacije. Ovim načinom se postiže da

serijski podaci budu samotaktni (self-clocking) što se i naziva kanalnim kodiranjem.

Kodiranje uz to uobličava spektar serializovane struje, tako da se izvršava prilagođenje

na transfer karakteristiku medija, tj. magnetne trake.

Primjeri linijskih kodova su: NRZ, Sinhronizovani NRZ, Milerov kod, itd.

e) Video kompresija

Digitalni video radi sa velikim brzinama, te se javlja potreba redukcije brzine prenosa bez

degradacije kvaliteta slike. Oko čovjeka nije jednako osjetljivo na prostorne frekvencije,

tako da se može ostvariti dobitak u kodiranju putem dubljeg kvantiziranja prostornih

frekvencija koje su manje vidljive. Omogućavanje kompresije daje i činjenica da i slika

sadrži veliki iznos redundanse (nepotrebnih detalja). Redukcija podataka i odgovarajuće

kodiranje su kompleksni postupci koji unose dodatna kašnjenja u putanju signala.

47

f) Blok šema DVTR

Blok šema snimanja (recording) signala u sistemu 4:2:2:

Blok šema reprodukcije (playback) signala u sistemu 4:2:2:

Digitalni video formati magnetnih traka:

DV – koristi koncept Intraframe DCT kompresije i sisteme PAL: 4:2:0 i NTSC:

4:1:1 sa brzinom od 25 Mbps.

DVCam – firma Sony, sa istim konceptom kao i format DV.

DVCPro – firma Panasonic, sa istim konceptom kao i DV, uz format PAL: 4:1:1

Digital-S – firma JVC, sa formatima PAL, NTSC: 4:2:2, uz brzinu od 50 Mbps

Betacam SX – firma Sony, sa formatima PAL, NTSC: 4:2:2 i brzinom 18 Mbps

Digital Betacam – firma Sony, sa formatima PAL, NTSC: 4:2:2 i brzinom od

100 Mbps.

48

Mikseri video signala

Program koji se emituje iz TV studija je najčešće kombinacija video signala iz različitih

izvora, pa zbog toga u TV centru (studio i režija) postoje tačke ukrštanja na koje se mogu

dovesti različiti izvori signala. Ovu funkciju kombinovanja AV signala obavljaju mikseri

video signala koji se nazivaju i video svičevi. Prikaz ćemo jednu konfiguraciju video miksera:

Osnovu miksera predstavlja prekidačka matrica na čije ulaze dovodimo razne izvore

signala. Razlikujemo produkcioni mikser i režijski mikser. Glavna operacija u procesu

elektronskog miješanja je prelazak sa jednog izvora na drugi izvor. Ovu operaciju obično

obavlja brzi elektronski preklopnik uz dejstvo generatora specijalnih efekata. Operacija

preklapanja se vrši u vremenu vertikalnog blank intervala.

Pored direktnog preklapanja postoji i ručno ili postepeno preklapanje pomoću ručnog

miksera na bazi tandem potenciometara.

Miješanje se može izvoditi kao površinsko na taj način da dio površine potiče iz jednog

izvora, a drugi dio površine iz drugog izvora.

Kvalitet emisija TV studija zavisi od kvaliteta produkcione i postprodukcione opreme.

On takođe zavisi i od sposobnosti dotične TV stanice da dovede adekvatan izvor video

signala do TV odašiljača kao i da se može ostvariti gladak prelaz sa jednog izvora na

drugi izvor. Za ove svrhe se koristi master switcher, koji predstavlja glavni kontroler

emitovanog programa.

49

Router

U TV instalaciji signal prolazi brojne i raznovrsne komponente na svom putu od TV

kamere do finalnog gledaoca. Primjer jednog takvog koncepta je predstavljen na slici:

Kod ovakve konfiguracije uočavamo dva problema: Ako otkaže jedna komponenta i sve ostale će biti u prekidu

Promjena konfiguracije zahtjeva izmjenu prespojnog ožičenja

Umjesto ovakve konfiguracije mogu se sve komponente procesiranja signala spojiti na

jedan blok koji nazivamo router (usmjerivač). On odgovara komutacionom čvoru video,

audio i kontrolnih signala.

Router sadrži unakrsne prekidače koji omogućavaju spajanje vertikalne šine na bilo koju

horizontalnu. Pored komutacije, prekidačka matrica rutera omogućava i zaobilaženje

komponenata u kvaru. Zbog toga sam router treba biti ekstremno pouzdan. U tu svrhu se

elektronska prekidačka kola napajaju iz dualnog izvora napajanja. Uređaji namjenjeni

50

radu na direktnom programu ON-AIR su takođe izgrađeni sa povećanom pouzdanošću, tako što koriste i dodatne bypass releje, koji omogućavaju zaobilaženje komponente koja

je otkazala.

Konfiguracija sa ruterom u sistem uvodi fleksibilnost i pouzdanost.

Televizijski odašiljač

Televizijski odašiljač se sastoji od odašiljača slike u boji i odašiljača tona, koji se mogu

načiniti u zajedničkom bloku ili svaki posebno.

Frekvencijsko područje odašiljača pokriva I, III, IV i V frekventni pojas, a snaga

zračenog signala je reda 10 W – 100 kW.

TV odašiljač se sastoji od visokofrekventnog lanca za prenos slike u boji,

niskofrekventnog lanca za prenos tona, energetskog dijela za napajanje , sistema za

hlađenje i logičkih sklopova za upravljanje i kontrolu rada odašiljača. Prije ulaska u TV odašiljač kromatki signal se obrađuje u procesnim pojačalima, gdje se

regenerišu sinhronizacijski impulsi, namješta amplituda referentnog nosioca,

krominantnog signala i složenog video signala (luminantni i krominantni signal). Ako se

složeni video signal pojavi sa vršnom amplitudom većom od 1V, signal se limitira da bi

se spriječila premodulacija odašiljača. Kromatski signal dalje ulazi u predkorektor na

ulaznom dijelu odašiljača, gdje se obavlja fazna korekcija signala prema frekvenciji, a

amplitudna karakteristika ostaje ista. Iz MF oscilatora dolazi signal frekvencije 38.9 MHz

te zajedno sa video signalom horizontalne frekvencije 15.623 kHz ulazi u modulator, gdje

se obavlja amplitudna modulacija. U sljedećem sklopu se kompenzira vrijeme grupnog

kašnjenja, a zatim dolazi filter VSB (Vestigal Side Band – ostatak bočnog pojasa) za

potiskivanje gornjeg bočnog pojasa, čime se smanjuje širina pojasa modulisanog signala.

Tako nastaju fazna i amplitudna izobličenja, koja se koriguju u narednim stepenima.

Nakon toga MF signal dolazi u balansno mješalo, gdje se pomoću VF signala na izlazu

dobija zbir i razlika frekvencija uz potisnuti nosilac. Pomoću pojasnog propusnog filtra

izdvaja se donji bočni opseg i dalje se signal dovodi i izlazno pojačalo, gdje se pojačava

do vršne snage od 1W.

U tonskom dijelu odašiljača dolazi ton amplitude 1.55 V na predpojačalo koje poboljšava

omjer signal/šum. Takav signal dolazi do modulatora, gdje se obavlja FM modulacija. Za

stabilan rad modulatora centralna frekvencija se stabilizira pomoću referentnog kristalnog

oscilatora frekvencije 33.4 MHz i faznog komparatora. Drugi dio međufrekvencijskog

tonskog signala odlazi u mješalo, gdje se miješa sa VF signalom i pojačava, što

predstavlja izlazni signal koji se pojačava u izlaznom pojačalu. Signali iz odašiljača slike

i tona se vode preko dipleksera do zajedničke antene.