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

Система нумерации строк
29
3.2.5 Система нумерации строк
Способ нумерации ТВ строк в пределах кадра или цветового кадра также является предметом стандартизации. Это помогает избегать недоразумений, хотя и не влияет на свойства ТВ изображений.
В стандарте 625/50/2:1 строка с номером "1" определена как строка, начинающаяся с первым широким импульсом в вертикальной синхрогруппе. На экране растр первого поля располагается выше растра второго поля.
В стандарте 525/59.94/2:1 строка с номером "1" определена как строка, начинающаяся с первым уравнивающим импульсом в вертикальной синхрогруппе, а строка "264" может также называться "строка 1 второго поля". На экране растр второго поля располагается выше растра первого поля.
1 2
3 4
5 6
7 622 623 624 625 23 0v = Начало первого
317 318 319 320 336 313 314 315 316 310 311 312
Начало второго поля
Полевой гасящий интервал (25 строк+ стр.гас.инт.)
Полевой гасящий интервал (25 строк+ стр.гас.инт.)
Полевая синхрогруппа
Уравн.импульсы
Шир.импульсы Врезки
Полевой синхроимпульс
0h = Начало строки
(нечетного) поля
Уравн.импульсы
Рис. 3.2.5.1 Нумерация строк в стандарте 625/50/2:1

Система нумерации строк
30
Начало первого
(нечетного) поля
0h = Начало строки
7 8 9 10 21 3 4 5 6 525 1 2
Полевой гасящий интерал (20 строк+стр.гас.инт.)
Полевая синхрогруппа
Полевой синхроимпульс
Начало второго
(четного) поля
Уравн.импульсы
Шир.импульсы
Врезки
Уравн.импульсы
266 267 268 269 270 271 272 262 263 264 265 283
Полевой гасящий интерал (20 строк+стр.гас.инт.)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
(9)
(20)
Рис. 3.2.5.2 Нумерация строк в стандарте 525/59.94/2:1
Рекомендация SMPTE RP 168 "Определение точки переключения синхронных видеосигналов в вертикальном интервале гашения" задает определенную ТВ строку и интервал времени, в течение которого следует производить переключение. Это интервал от 25-й до 35-й микросекунды в строке 10 для 525-строчных систем и от 25-й до 35-й микросекунды в строке
6 для 625-строчных систем. (Соответственно в поле 2 переключение должно происходить в строке 273 для 525-строчных систем и в строке 319 для 525-строчных систем.) Такая ширина интервала (10 мкс) означает, что временное расхождение переключаемых сигналов не должно превышать нескольких микросекунд. Однако, при переключении аналоговых композитных сигналов обычно выдерживаются гораздо более жесткие допуски, основанные на требовании соблюдения приблизительного равенства фаз цветовых поднесущих.

Система нумерации строк
31
3.2.6 Обработка сигнала яркости
В системах NTSC и PAL для ослабления перекрестных помех "яркость-цветность" иногда применяют одномерные, двумерные и даже трехмерные режекторные фильтры яркости, однако их параметры не стандартизированы.
В системе SECAM применение при кодировании нелинейного (динамического) режектора для ослабления составляющих сигнала яркости в полосе частот сигнала цветности является обязательным, хотя точная форма частотной характеристики режектора и способ его адаптации к уровню сигнала стандартом не определены. На рисунке показано рекомендуемое семейство частотных характеристик режекции в кодере SECAM. Видно, что для любой частоты и при любом уровне входного сигнала яркости результирующий размах сигнала яркости (сплошные и штрих-пунктирные линии) никогда не превышает половины размаха сигнала цветности на этой частоте (показанного пунктирной линией). Размахи сигналов яркости и цветности даны в мВ, частоты сигналов - в МГц.
Рис. 3.2.6.1 Нелинейная режекция сигнала яркости SECAM

Обработка сигнала цветности
32
3.2.7 Обработка сигнала цветности
NTSC
I = - 0.27 (B-Y) + 0.74 (R-Y)
Q = 0.41 (B-Y) + 0.48 (R-Y)
C = Q sin(2p fsc t + 33° + SCH) + I cos(2p fsc t + 33° + SCH),
где t = 0 в момент времени 0v (в начале поля).
Пурпурный
60.5°
Красный
103.5°
Желтый
167°
Зеленый
240.5°
Голубой
283.5°
Синий
347°
Вспышка 180°
R-Y 90°
B-Y 0°
Q 33°
I 123°
Рис. 3.2.7.1 Векторограмма сигнала цветности NTSC
Первое поле в четырехполевой последовательности цветового кадра определено как нечетное
ТВ поле, для которого синусоидальное колебание, совпадающее по фазе со вспышкой, имеет положительную полярность в момент времени, немедленно следующий за серединой фронта строчного синхроимпульса в строке с нечетным номером. Трудно поверить, но это действительно самое простое и краткое из возможных определений первого цветового поля
NTSC !
Сигнал вспышки присутствует во всех ТВ строках сигнала NTSC, кроме первых девяти строк каждого поля, т.е. везде, кроме вертикальной синхрогруппы.

Обработка сигнала цветности
33
PAL
U = 0.493 (B-Y), V = 0.877 (R-Y)
C = U sin(2p fsc t + SCH) ± V cos(2p fsc t + SCH),
где t = 0 в момент времени 0v (в начале поля).
Полярность составляющей V переключается по строкам в соответствии с переключением фазы вспышки.
Пурпурный
60.5°
Красный
103.5°
Желтый
167°
Зеленый
240.5°
Голубой
283.5°
Синий
347°

Обработка сигнала цветности
34
SECAM
В системе SECAM сигнал цветности формируется путем частотной модуляции цветовых поднесущих For and Fob чередующимися по строкам сигналами Dr и Db:
Dr = -1.902 (R-Y), Db = 1.505 (B-Y).
Перед модуляцией сигналы Dr и Db должны быть подвергнуты низкочастотному предыскажению в соответствии с комплексной частотной характеристикой следующего вида:
A1(f) = (1+ j(f/f1))/(1+j(f/3f1)), где f1 = 85 кГц
Максимальные девиации сигнала цветности SECAM должны быть ограничены предельными частотами 3.9 МГц и 4.750625 MГц. Для этого пики предыскаженных сигналов Dr и Db срезаются на соответствующих уровнях перед подачей их на частотный модулятор.
Номинальные частотные девиации определены следующим образом:
75 % Красное поле: Fr - For = - 280 кГц
75 % Синее поле:
Fb - Fob =
+ 230 кГц
ЧМ сигнал подвергается высокочастотному предыскажению в соответствии с комплексной частотной характеристикой следующего вида:
A2(f) = (1+ j16(f/f2 -f2/f))/(1+j1.26(f/f2 -f2/f)), где f2 = 4.286 MГц. Этот параметр иногда называют "частотой фильтра клош" от французского слова cloche - колокол.
Вследствие ВЧ предыскажения уровни сигнала цветности SECAM зависят от частоты, т.е. от содержания изображения. Минимальный уровень цветности составляет 23 % от номинального
уровня белого, что дает следующие уровни сигналов немодулированного сигнала цветности
(на задних площадках строчных гасящих интервалов):
В строке Dr: 215 мВ на частоте 4.40625
MГц
В строке Db: 167 мВ на частоте 4.25
MГц.
Максимальные уровни сигнала цветности достигаются на границах разрешенного диапазона девиаций. Они равны соответственно:
537 мВ на частоте 4.750625 MГц
499 мВ на частоте 3.900000 MГц.
Первое поле в четырехполевой последовательности цветового кадра SECAM определено как нечетное поле, для которого строка 1 является строкой Dr.
Сигнал цветности SECAM представляет собой непрерывное частотно-модулированное колебание, начинающееся с определенной фазы в начале каждой строки. Он должен быть погашен на передних площадках строчных гасящих интервалов и во всех 25 строках вертикального гасящего интервала (кроме строк 7-15 и 320-328, содержащих сигнал вертикальной цветовой синхронизации, если он присутствует). Однако, в некоторых усовершенствованных кодерах SECAM немодулированный сигнал цветности сохраняется (не гасится) в строках 22 и 335 с тем, чтобы предотвратить появление неприятных паразитных сигналов типа "цветовой бахромы" на самом верху декодированного ТВ изображения.
0
- 0.3 В
Строка Db
Строка Dr
4.75 МГц
3.9 МГц
499 мВ
537 мВ
Рис. 3.2.7.3 Сигнал вертикальной цветовой синхронизации SECAM

Аналоговый компонентный стык Y/C
35
3.2.8 Аналоговый компонентный стык Y/C
В этом формате стыка отдельный сигнал цветности C имеет точно такие же уровни и фазы, как составляющая цветности в составе композитного сигнала. Размах вспышки равен 300 мВ на нагрузке 75 Ом. Отдельно передаваемый сигнал яркости Y - это фактически сигнал Ys с синхроимпульсами: 700+300 мВ на нагрузке 75 Ом.
Основное достоинство данного формата состоит в устранении перекрестных помех типа "яркость-цветность", которые возникают в обычном декодере вследствие неполного разделения этих двух составляющих. Кроме того, такой сигнал легко превратить в обычный композитный сигнал путем простого суммирования составляющих.
Для перезаписи (dub) сигналов Y/C с одного кассетного видеомагнитофона на другой без дополнительных искажений, вызываемых частотным гетеродинированием (chroma-down recording) некоторые фирмы снабжают свою аппаратуру стыком перезаписи (Y/C Dub).
Единственное отличие от обычного стыка Y/C - это существенно более низкая частота поднесущей, например для стыка перезаписи Y/C PAL она составляет 627 кГц вместо обычной частоты 4.433 MГц.
Для передачи сигналов Y/C применяется какой-либо один из трех следующих типов соединителей: а) 2 раздельных разъема BNC для сигналов Y (Ys) и C. б) 4-контактный разъем типа mini-DIN (входы и выходы - розетки) в) 7-контактные "профессиональные" разъемы (штеккерные для выходов, розетки для входов).
4 3
2 1
Контакт
Сигнал
1
Y корпус
2
C корпус
3
Y
4
C
Рис. 3.2.8.1 Соединитель Y/C с разъемом типа Mini-DIN
Контакт
Сигнал
Стандартный стык Y/C
Контакт
Сигнал
1
Y
2
Y корпус
3
- - -
4
- - -
5
C
6
C корпус
7
- - -
1
Y
2
Y корпус
3
Имп. пер.головок
4
Корпус
5
Dubbing C
6
C корпус
7
Команда перезаписи
Стык перезаписи (dubbing)
1 6
2 7 5
3 4
Рис. 3.2.8.2 "Профессиональные" 7-контактные соединители Y/C

Система PALplus
36
3.2.9 Система PALplus
PALplus - это усовершенствованная широкоэкранная система вещательного ТВ, совместимая с обычной системой PAL и использующая метод "Motion Adaptive Colour Plus" (MACP) для снижения уровня перекрестных искажений. Специальный вспомогательный сигнал (helper) позволяет восстанавливать полную вертикальную четкость при передаче методом Letterbox совместимого (заниженного) изображения. Совместимость в данном случае означает, что все основные параметры композитного сигнала PALplus (уровни, частоты, и т.п.) точно совпадают с параметрами обычного сигнала PAL. Сигналы PALplus не предназначены для компоновки ТВ программ; их применение ограничено распределением программ и вещательными службами.
На входе и выходе кодека PALplus присутствуют сигналы стандарта 625/50/2:1 с форматом кадра 16:9. Широкоэкранное изображение передается в формате Letterbox для обеспечения совместимости с обычными телеприемниками формата 4:3. Телевизор PALplus использует вспомогательный сигнал (helper), передаваемый в черных полосах сверху и снизу широкоэкранного изображения.
В системе PALplus предусмотрено два режима работы. Они называются "film mode" (передача киноматериалов) и "camera mode" (передача обычных видеопрограмм). Преобразование формата кадра (из анаморфотного в заниженный) и улучшенное разделение яркость-цветность по методу Motion Adaptive Colour Plus оптимизированы для каждого из двух режимов работы раздельно.
При передаче видеопрограмм (когда движение дискретизировано с частотой 50 Гц) вертикальное преобразование производится в пределах поля (286 входных строк преобразуются в 215 выходных). Однако, если точно известно, что движение разбито на 25 фаз в секунду (т.е. при передаче киноматериалов), то можно применить более качественное преобразование 576 входных строк в 430 выходных без каких-либо проблем, связанных с различием полей при движении объектов.
В кадре PALplus ТВ строки использованы следующим образом:
ТВ строка
Содержание
1-22
Вертикальный гасящий интервал с возможностью ввода дополнительных сигналов, как в PAL
23 (1-я половина)
Биты Wide Screen Signalling (WSS):
Последовательность импульсов высотой 500 мВ
23 (2-я половина)
Опорный сигнал:Вспышка Helper: 300 мВ, 48 периодов
24-59
Сигнал Helper для верхней половины кадра 16:9 60-274
Композитный PAL заниженного кадра 16:9 275-310
Сигнал Helper для нижней половины кадра 16:9 311-335
Вертикальный гасящий интервал с возможностью ввода дополнительных сигналов, как в PAL
336-371.
Сигнал Helper для верхней половины кадра 16:9 372-586.
Композитный PAL заниженного кадра 16:9 587-622
Сигнал Helper для нижней половины кадра 16:9 623 (1-я половина) Опорный сигнал: Белая полоса 100 % , 700 мВ, 20 мкс
623-625
Уровень гашения

Сигналы вертикального гасящего интервала
37
3.2.10 Сигналы вертикального гасящего интервала
Эти вспомогательные сигналы могут вводиться в состав композитного или компонентного видеосигнала на стадиях производства или передачи ТВ программ. Распределение всех ТВ строк в пределах вертикального гасящего интервала и закрепление их за определенными службами не регламентировано никаким международным стандартом, однако некоторые строки традиционно используют для определенных применений.
Например, в 625-строчных системах PAL и SECAM строки 17, 18, 330 и 331 обычно отведены для передачи международных испытательных строк (в отличие от национальных
испытательных строк, которые вводятся независимо и могут быть погашены при пересечении национальных границ). Строка 22 может быть использована для измерения уровня шума и должна оставляться свободной от каких-либо вводимых сигналов.
Сигналы вертикального гасящего интервала подразделяются на следующие категории.
Вертикальный временной код
Этот сигнал (по-английски обозначается VITC или VTC) представляет собой 50- микросекундную кодовую последовательность из 90 битов, кодированных по методу NRZ. Он вводится с целью идентификации моментов времени в одну или несколько ТВ строк видеосигнала и сохраняется в видеофонограммах. Преимуществом этой разновидности временного кода является возможность хранения его совместно с отдельными видеополями, в том числе стоп-полями (стоп-кадрами), и простое считывание даже при остановленном лентопротяжном механизме.
Аналоговый вертикальный временной код был первоначально определен для композитных сигналов стандартом ANSI/SMPTE 12M-1986 "Временные и управляющие коды - Видео и звукозапись на ленту сигналов 525-строчных/60-полевых систем". Применительно к компонентному оборудованию данный код должен присутствовать в канале яркости.
0
CRC
89
10 мкс min
(525)
Биты синхронизации
Битов пользователя
Двоичные группы 1..8
Биты временного кода [Кадры, Секунды, Минуты, Часы]
11.2 мкс min
(625)
82
50.286 мкс
номинально
(525)
49.655 мкс
номинально
(625)
Рис. 3.2.10.1 Структура вертикального временного кода

Сигналы вертикального гасящего интервала
38
Распределение битов в вертикальном временном коде показано в следующей таблице:
Бит
Назначение
0 - 1
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
2 - 5
Единицы кадров
6 - 9
Биты пользователя [Двоичная группа 1]
10 - 11
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
12 - 13
Десятки кадров
14
Флаг сброса кадра
15
Флаг цветового кадра
16 - 19
Биты пользователя [Двоичная группа 2]
20 - 21
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
22 - 25
Единицы секунд
26 - 29
Биты пользователя [Двоичная группа 3]
30 - 31
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
32 - 34
Десятки секунд
35
Маркер поля
36 - 39
Биты пользователя [Двоичная группа 4]
40 - 41
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
42 - 45
Единицы минут
46 - 49
Биты пользователя [Двоичная группа 5]
50 - 51
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
52 - 54
Десятки минут
55
Флаг двоичной группы
56 - 59
Биты пользователя [Двоичная группа 6]
60 - 61
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
62 - 65
Единицы часов
66 - 69
Биты пользователя [Двоичная группа 7]
70 - 71
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
72 - 73
Десятки часов
74
Свободный бит (ноль, если не указано иначе)
75
Флаг двоичной группы
76 - 79
Биты пользователя [Двоичная группа 8]
80 - 81
Биты синхронизации: фиксированное кодовое слово "10"
82 - 89
Контрольная сумма (CRC - cyclic redundancy check code)
В аналоговом варианте кода VITC тактовые частоты равны:
• 1.7898 МГц = 113.75 fh для 525-строчного разложения;
• 1.8125 МГц = 116.00 fh для 625-строчного разложения.
Применительно к цифровым компонентным стыкам параметры вертикального временного кода (D-VITC) определены документом ANSI/SMPTE 266M-1994 "Цифровые компонентные системы 4:2:2 - Цифровой вертикальный временной код". Они слегка отличаются от параметров аналогового варианта. Различие вызвано необходимостью передачи 90 бит информации за целое число периодов частоты дискретизации яркости (675 периодов частоты
13.5 МГц). Достигается это путем незначительного изменения тактовой частоты кода. Как в
525-строчном, так и в 625-строчном варианте, частота битов D-VITC равна 1.8 МГц. Таким образом, каждый бит занимает семь с половиной тактов канала яркости.
Сигнал D-VITC - это 8-битовые данные, представляющие отфильтрованный аналоговый сигнал вертикального временного кода. Восемь бит сигнала D-VITC должны быть старшими битами 10-битового кодового слова яркости. Цифровой уровень 192 (8-битовое представление
562.6 мВ) соответствует двоичному значению "1" кода D-VITC, а уровень 16 (8- битовое представление 0.0 мВ) соответствует двоичному значению "0". Форма фронтов импульсов сигнала D-VITC задается соответствующими значениями отсчетов яркости. Все неиспользованные в данной строке отсчеты яркости и значения цветоразностных сигналов должны быть нулевыми (уровни 16 и 128). В аналоговой области синусквадратичные фронты импульсов этого кода имеют длительность приблизительно 150 нс. Разработчики аппаратуры должны учитывать возможные отклонения уровней от вышеуказанных, в случае, когда цифровой временной код получен из аналогового путем аналого-цифрового преобразования.