Файл: ВидеостандартыСигналы, форматы, стыкиВ. Л. Штейнберг Содержание 2Видеостандарты.pdf

Системы производства программ Телевидения Высокой Четкости
81
50 %, по стандарту должна равняться 1920 периодам тактовой частоты. Для сохранения максимальной длительности активной видеоинформации рекомендуется, чтобы длительность аналогового гашения совпадала с длительностью цифровых гасящих интервалов. Однако, допускается расширение аналогового гашения до 6 тактов с каждой стороны цифрового интервала гашения.

Системы производства программ Телевидения Высокой Четкости
82
3.7.1. Сигналы и уровни сигналов
Документы, описывающие системы ТВЧ 1125/60 и 1250/50 используют одни и те же символы для обозначения сигналов яркости и цветоразностных сигналов, но колориметрические координаты первичных цветов весьма различны.
В системе 1250/50 используются стандартные (совпадающие с ТВ обычной четкости) люминофоры и координаты первичных цветов, поэтому не отличаются и формулы для сигналов Pr и Pb (см. раздел 3.2.3).
Напротив, в системе 1125/60 применены другие люминофоры и, как следствие, изменены колориметрические коэффициенты в следующих уравнениях:
Y = 0.212 R + 0.701 G + 0.087 B
Pr = 0.6345 (R-Y)
Pb = 0.5476 (B-Y).
Обратное матрицирование для получения сигналов RGB в системе 1125/60 производится по следующим уравнениям:
R = Y + 1.576 Pr
G = Y - 0.477 Pr - 0.227 Pb
B = Y + 1.826 Pb
Рекомендация ITU-R BT.709 дает несколько иное уравнение яркости:
Y = 0.2125 R + 0.7154 G + 0.0721 B.
Примечание: В документе SMPTE 274M вычисленные значения различаются в четвертом десятичном знаке от величин, приведенных в документе ITU-R BT.709. SMPTE 274M дает следующее уравнение:
Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B
В студиях ТВЧ применяются, прежде всего, два формата сигналов RGsB и YsPrPb.
Некоторые виды оборудования требуют подачи синхроимпульсов по отдельным линиям, а иногда даже раздельных горизонтальных и вертикальных ведущих импульсов (H и V).
В аналоговой области система 1250/50 использует двуполярный трехуровневый синхросигнал, который добавляется к сигналу Y, образуя полный сигнал Ys. Допускается также ввод синхросигнала в сигналы Pr и Pb. Стандарт SMPTE 274M (1125/60) требует, чтобы трехуровневый синхросигнал добавлялся ко всем трем аналоговым компонентным сигналам.
Характеристики вносимого затухания пред- и постфильтров ТВЧ получены масштабированием характеристик, приведенных в Рекомендации МККР 601, однако характеристики группового времени запаздывания определены иначе. О них сказано только, что они должны быть "достаточно жесткими для достижения хорошего качества, но приемлемыми с точки зрения практической реализации фильтров".
"Плоская" частотная характеристика канала яркости ТВЧ обычно регламентируется до частоты 30 MГц (и соответственно до 15 MГц в каналах Pr и Pb). Однако на практике, типичные параметры аппаратуры ТВЧ не соответствуют этим требованиям. Весьма часто
АЧХ канала яркости плавно спадает до уровня - 3 дБ или даже - 6 дБ на частоте 30 MГц.

Системы производства программ Телевидения Высокой Четкости
83
Параметр 1125/60
и 1250/50
Сигналы:
Аналоговые
Цифровые
Ys, Pr, Pb или R, Gs, B
Y, Cr, Cb или R, G, B
Уровень гашения сигналов Y, R, G, B
Аналоговый
Цифровой
0 мВ
16
Опорный уровень белого
Аналоговый
Цифровой
700 мВ
235
Опорный (нулевой) уровень Pr, Pb
Аналоговый
Цифровой
0 мВ
128
Опорные (пиковые) уровни Pr, Pb
Аналоговые
Цифровые
± 350 мВ
16 и 240
Синхросигнал
Аналоговый, трехуровневый (S)
± 300 мВ
Примечание: Уровни аналоговых сигналов даны на нагрузке 75 Ом. Цифровые уровни даны в
8-битовом представлении.

Системы производства программ Телевидения Высокой Четкости
84
3.7.2. Параметры развертки и синхронизации
Параметр
Единицы измерения
1125/59.94/2:1 1250/50/2:1
Частота кадров
Гц 29.97
(30)
25
Частота полей
Гц 59.94
(60)
50
Число строк в кадре 1125 1250
Активные строки:
Всего
Поле 1
Поле 2 1080 21-560 584-1123 1152 45-620 670-1245
Строки полевого интервала гашения 1124-20 561-583 1246-44 621-629
Частота строк
Гц 33,750 31,250
Частота дискретизации
МГц
Яркости Y
Цветоразностных Cr, Cb
74.17575 (74.25)
37.087875 (37.125)
72.00 36.00
Номинальный период строк (H) мкс/отсчет
29.66 (29.63) / 2200 32 / 2304
Длина активной строки
Цифровая мкс/отсчет
Аналоговая мкс/отсчет
25.884 (25.859) / 1920 25.884 (25.859) / 1920 26.67 / 1920 26.00 / 1872
Строчный интервал гашения
Цифровой мкс/отсчет
Аналоговый мкс/отсчет
3.77 / 280 3.77 / 280 5.33 / 384 6.00 / 432
Передняя площадка мкс/отсчет
0.593 / 44 0.89 / 64
Полуширина строчного импульса мкс/отсчет
0.593 / 44 0.89 / 64
Задняя площадка мкс/отсчет
1.99 / 148 2.67 / 192
Полуширина уравн. импульса мкс/отсчет
0.593 / 44 0.89 / 64
Длительность вертикальной синхрогруппы
H
5 0.5
Число уравнивающих импульсов в синхрогруппе 5 0
-
Поле 1 1 - Поле 2
Число широких импульсов 10 1
Ширина широкого импульса мкс/отсчет
13.05 (13.04) / 968 8.00 / 576
Сдвиг широкого импульса мкс/отсчет
1.78 / 132 3.56 / 256
Строки с широкими импульсами
1-5, 563-568 625, 1250
Время фронта всех импульсов нс 54 50
Примечание: В формате 1920 x 1035 1125-строчной системы активными являются строки 41-557 и 603-1120, а вертикальный интервал гашения занимает строки 1121-40 и 558-602. В скобках показаны значения параметров для варианта 1125-строчной системы с частотой полей 60 Гц.
1 2
3 4
5 6
7 1123 1125 21
Полевой гасящий интервал (45 строк + стр.гас.инт.)
Начало первого (нечетного) поля
0h = начало строки
Начало второго (четного) поля
0v = начало поля
Уравнивающие импульсы
Широкие импульсы
563 564 565 566 567 568 569 560 562 584
Полевой гасящий интервал (45 строк + стр.гас.инт.)
0h = начало строки
Рис. 3.7.2.1 Нумерация строк в стандарте 1125/1080

Системы производства программ Телевидения Высокой Четкости
85
В старом формате 1920 x 1035 первое поле содержит 517 активных строк, а второе - 518 активных строк; верхняя видимая строка - это строка 603, а самая нижняя из видимых строк - строка 1120. Однако в новом формате 1920 x 1080 первое поле содержит 540 активных строк и начинается с самой верхней из видимых строк. Второе поле также содержит 540 активных строк и заканчивается самой нижней из видимых строк кадра. Структура вертикального гасящего интервала формата 1280 x 720 (с прогрессивной разверткой) схожа с показанной на рис. 7.2.1. Основное отличие состоит в том, что длительность вертикального гашения составляет 30 строк, а передняя площадка занимает 5 строк.
При прогрессивной развертке в соответствии со стандартом SMPTE 274M все 1080 активных строк разворачиваются по очереди сверху вниз. Частота дискретизации яркости при этом составляет 148.5 МГц, а строки распределены следующим образом:
• Вертикальный интервал гашения: строки с 1 по 41 включительно (вертикальная синхрогруппа занимает строки с 1 по 6 включительно) и строки с 1122 по 1125 включительно;
• Активная часть кадра: строки с 42 по 1121 включительно.
1 2
3 4
5 6
7 1245 1249 45
Полевой гасящий интервал (49 строк + стр.гас.инт.)
Начало первого (нечетного) поля
0h = начало строки
Начало второго (четного) поля
0v = начало поля
Уравнивающий импульс
Широкий импульс
625 626 627 628 629 630 631 620 624 670
Полевой гасящий интервал (49 строк + стр.гас.инт.)
0h = начало строки
Рис. 3.7.2.2 Нумерация строк в стандарте 1250/50/2:1
Строчный гасящий интервал
Двуполярный синхроимпульс
1125/60
1250/50
0h = начало строки
Строчный гасящий интервал
Двуполярный синхроимпульс
0h = начало строки
Рис. 3.7.2.3 Строчные синхроимпульсы в сигнале ТВЧ

Системы производства программ Телевидения Высокой Четкости
86
3.7.3. Стыки ТВЧ
Наиболее распространенным стыком ТВЧ является параллельный аналоговый компонентный стык с тремя раздельными разъемами BNC для сигналов Ys, Pr, Pb или R, Gs, B.
Изредка применяются параллельные цифровые стыки. Документ SMPTE 260M регламентирует параметры 21-проводного 10-битового параллельного стыка с тактовыми частотами 74.25 Mбайт/с в каналах яркости Y и мультиплексированного сигнала Cr/Cb. Этот же документ описывает параллельный 10-битовый стык с 31 парой линий для передачи сигналов R, G и B с тактовыми частотами 74.25 Mбайт/с. При этом должен использоваться специальный многопарный кабель с раздельными экранами для каждой пары. По одной из пар передается тактовый сигнал на частоте дискретизации.
Документ SMPTE 274M описывает параметры 93-контактного параллельного стыка.
Максимальная длина 31-парного кабеля этого стыка ограничена 20 метрами для чересстрочной системы и 14 метрами для системы с прогрессивной разверткой.
Для системы 1250/50/2:1 регламентирован 10-битовый параллельный стык со скоростью 144
Mбайт/с и 50-контактным субминиатюрным разъемом типа D. Для передачи видеоданных Y и Cr/Cb применен формат NRZ (20 пар), а максимальная длина кабеля составляет 30 метров.
Тактовый сигнал передается по 21-й паре на скорости вчетверо ниже скорости передачи кодовых слов (т.е. на скорости 36 MГц).
Стандарт SMPTE 292M описывает последовательный цифровой стык с коаксиальными и оптическими кабелями для скоростей от 1.3 до 1.5 Гбит/с. Общий формат канального кодирования модифицируется в зависимости от конкретного подварианта системы ТВЧ.
Длина коаксиального кабеля ограничена величиной затухания на половине тактовой частоты.
Обычно она не должна превышать 20 дБ. Оптический стык при использовании одномодового волокна позволяет передавать сигналы на расстояние до 2 км.
Сведения о некоторых других стыках ТВЧ можно найти в документах SMPTE 295M и 297M.

Форматы файлов стоп-кадров
87
3.8. Форматы файлов стоп-кадров
Форматы файлов стоп-кадров являются переходными между видеоформатами и компьютерными форматами. Они применяются для обмена статическими видеокадрами, например в видеографических рабочих станциях, или для захвата стоп-кадров от "живых" видеоисточников.
Существует множество компьютерных форматов графических файлов, таких как *.BMP,
*.PCX, *.GIF, и т.п. Однако здесь приведены только форматы, используемые при производстве ТВ программ со структурой дискретизации и уровнями квантования в соответствии с подмножеством 4:2:2 Рекомендации МККР 601. Это следующие форматы:
• *.YUV - формат, впервые введенный в обращение фирмой Abekas Ltd, в котором файл содержит последовательность значений Cb,Y,Cr,Y... для активной части кадра с прогрессивной разверткой и квантованием на 8 бит. Размер файла составляет 2*720*576 =
829440 байт в 625-строчном варианте или 2*720*486 = 699840 байт в 525-строчном варианте. Здесь Cb и Cr - это цифровые значения цветоразностных сигналов, а Y - значения сигнала яркости. В хранении какой-либо синхроинформации нет необходимости, поскольку адрес любого байта в пределах файла прямо указывает на геометрическое положение элемента изображения.
• Формат *.IMG используется в некоторых блоках захвата стоп-кадров (full-frame grabbers), например модели "Percy", выпускаемых фирмой Viewtronics. Файл содержит последовательность элементов Cb,Y,Cr,Y... для цифровых активных частей строк всех строк ТВ кадра, расположенных в соответствии с чересстрочной нумерацией строк. В 625- строчном варианте файл начинается со строки 1 в полевом гасящем интервале, затем идут значения для 21 строки внутри гасящего интервала, 288 активных строк первого поля, 23 строки следующего гасящего интервала, 288 активных строк второго поля, и в конце следуют еще две строки полевого гасящего интервала. Таким образом, полный размер файла составляет 2*720*625=900000 байт. В 525-строчном варианте файл начинается со строки 1, затем идут 16 строк полевого гасящего интервала, 243 активные строки первого поля, 19 строк гасящего интервала, 243 активные строки второго поля и 3 строки гасящего интервала. Размер файла составляет 2*720*525=756000 байт.
Следует отметить, что система нумерации строк в формате *.IMG совпадает с принятой
МККР для 625-строчного стандарта, но не совпадает с принятой для 525-строчного
стандарта. В странах, применяющих 525-строчный стандарт, счет строк начинается с
началом полевого гашения, а в 625-строчных странах он начинается с полевым
синхроимпульсом. В файле *.IMG счет строк всегда начинается с полевым
синхроимпульсом.
• Формат *.DAT используется в блоках захвата стоп-кадров, которые упаковывают 10- битовые отсчеты видеосигнала в 2 байта. Первый байт пары содержит восемь старших битов, а следующий байт - два младших бита. Такие блоки выпускаются фирмой Pixel
Power Ltd. Файл содержит все элементы всех строк чересстрочного кадра, плюс 6-байтовый заголовок, что дает размер файла 4*864*625+6=2160006 байт в 625-строчном варианте, или
4*858*525+6=1801806 байт в 525-строчном.

Сигналы цветных полос
88
3.9. Сигналы цветных полос
Цветные полосы - наиболее часто применяемый тест для проверки и настройки кодеров, декодеров и другого видеооборудования. Обычно этот тест содержит несколько полос первичных и дополнительных цветов. Существует множество вариантов, различающихся последовательностью цветов, ориентацией полос, насыщенностью и интенсивностью.
СТАНДАРТНЫЕ ПОЛОСЫ
ПОЛОСЫ С КРАСНЫМ ПОЛЕМ
РАСЩЕПЛЕННЫЕ ПОЛОСЫ
ОБРАТНЫЕ ПОЛОСЫ
Рис. 3.9.1 Разновидности цветных полос
Последовательность Белый, Желтый, Голубой, Зеленый, Пурпурный,
Красный, Синий, Черный является стандартной. В формате RGB сигналы в этой последовательности можно получать просто на выводах 3-разрядного двоичного счетчика.
Принято характеризовать уровни сигналов цветных полос (см. Рекомендацию ITU-R BT.471-
1 "Номенклатура и описание сигналов цветных полос") с помощью четырех чисел, разделенных точками или косой чертой и указывающих максимальные и минимальные уровни сигналов RGB в процентах от уровня опорного белого для различных полос в следующей последовательности:
Белая_Полоса / Черная_Полоса / Maксимум_ДляОкрашенныхПолос / Mинимум_ДляОкрашенныхПолос.
Например, 100/0/100/25 означает уровни R, G и B для белой полосы равные 100 % , для черной полосы равные 0 %, уровень максимального из трех сигналов на окрашенных полосах равен 100 %, а уровень минимального из трех сигналов на окрашенных полосах равен 25 % .

Сигналы цветных полос
89
Композитный
PAL
КРАСНЫЙ
+ 0.943
В
0
- 0.3
В
0 0.7
В
0 0
0.7
В
СИНИЙ
0
- 0.3
В
ЗЕЛЕНЫЙ
0.7
В
0 0.7
В
0 0.7
В
0 0
- 0.3
В
0.7
В
0 0.7
В
0 0.7
В
0 0.7
В
Б
Ж
Г
З
П
К
С
Ч
Б
Ж
Г
З
П
К
С
Ч
Б
Ж
Г
З
П
К
С
Ч
0.7
В
ГЦП 100/0/100/0
ГЦП 100/0/100/25
ГЦП 100/0/75/0
Рис. 3.9.2 Примеры номенклатуры цветных полос
Некоторые тесты цветных полос имеют специальные названия. Например, полосы номенклатуры 100/0/75/0 часто называют "Полосы EBU" или "ГЦП 75%", а полосы
100/0/100/25 известны под названием "Полосы Би-Би-Си" или "ГЦП 95%". Тем не менее, номенклатура МККР из четырех чисел остается единственной надежной и недвусмысленной системой обозначения уровней сигналов цветных полос.
В приведенных ниже таблицах все аналоговые уровни даются в мВ по отношению к уровню гашения. Предполагается, что коаксиальный кабель нагружен на 75 Ом. Цифровые уровни даны в дробно-десятичной системе записи 8/10, где дробная часть после десятичной точки представляет 9-й и 10-й биты. Частоты и частотные девиации даны в MГц.