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

Цифровые компонентные видеосигналы
45
3.3 Цифровые компонентные видеосигналы (Формат 4:2:2)
3.3.1 Дискретизация и квантование
525/59.94/2:1 625/50/2:1
Кодируемые сигналы
Сигнал яркости:Y (без синхроимпульсов),
Цветоразностные сигналы:Cr и Cb
Структура дискретизации
Ортогональная, периодическая по строкам и полям, отсчеты Cr и Cb в каждой строке совмещены с нечетными (1, 3, 5, и т.д.) отсчетами Y
Частоты дискретизации:
- сигнала яркости (Y)
- каждого из сигналов Cr, Cb
13.5 MГц
6.75 MГц
Частоты дискретизации формируются из строчной частоты соответствующего стандарта разложения
Число цифровых активных строк 507 576
Цифровой вертикальный интервал гашения:
Поле 1
Поле 2
Строки
1-10 264-273
Строки
624-23 311-336
Число отсчетов в цифровой активной части строки
- сигнала яркости (Y)
- каждого из сигналов Cr, Cb
720 360
Число отсчетов в аналоговой активной части строки
- сигнала яркости (Y)
- каждого из сигналов Cr, Cb
714 355 702 350
Полное число отсчетов в строке
- сигнала яркости (Y)
- каждого из сигналов Cr, Cb
858 429 864 432
Расположение цифровой и аналоговой частей:
Число периодов частоты 13.5 MГц от конца цифровой активной части до фронта строчного синхроимпульса (0h)
16 12
Число бит на отсчет:
8, (9) или 10
Использование кодовых слов (в 8-битовых уровнях)
Уровни с 1 по 254 отведены для видеосигнала, уровни
0 и 255 - зарезервированыдля синхронизации
Квантование:
- Y (считая, что аналоговый диапазон Ya = 0 .. 1)
- Cr (считая, что аналоговый диапазон Pr = - 0.5 .. + 0.5)
- Cb (считая, что аналоговый диапазон Pb = - 0.5 .. +0.5)
Y = 16 + round(219 Ya)
Cr = 128 + round(224 Pr)
Cb = 128 + round(224 Pb)
Примечание 1: Строго говоря, в стандарте 525/59.94 частота дискретизации не равна 13.5
MГц. Она вычисляется по простой формуле: 858 Fh = 13.4999865 MГц; для практических применений эта ничтожная погрешность не имеет значения, поскольку она лежит в пределах допусков на температурную нестабильность частоты строк и частоты цветовой поднесущей.
Примечание 2:
Нумерация цифровых строк изменяется синхронно с окончанием кода цифровой синхронизации, т.е. ранее момента 0h, используемого для аналоговой нумерации.

Цифровые компонентные видеосигналы
46
864 периода дискретизации Y
132 периода Y
12 периодов Y отсчет Y No. 732 отсчет Y No. 0 отсчет Y No. 719 отсчет Cb No. 366 отсчет Cb No. 0 отсчет Cr No. 366 отсчет Cr No. 0 360 отсчетов Cb
360 отсчетов Cr
720 отсчетов Y
Цифровая активная часть
702 отсчета Y
Аналоговая активная часть
Полная цифровая строка (4:2:2)
отсчет Y No. 9 0h
0h
Рис. 3.3.1.1 Соотношение аналоговой и цифровой частей для стандарта 625/50 4:2:2
Строка 1
Строка 2
Строка 3
Решетка дискретизации 13.5 Мгц
Местоположение отсчета Y
Местоположение отсчета Cb
Местоположение отсчета Cr
Рис. 3.3.1.2 Структура дискретизации 4:2:2
+ 394 мВ 254
0 мВ 128
8-битовые значения отсчетов
+ 350 мВ 240
- 350 мВ 16
- 397 мВ 1
Младший из 8 бит = 3.13 мВ
Cr
Cb
Уровни в мВ
761 мВ 254
0 мВ 16
8-битовые значения отсчетов
Уровни в мВ
700 мВ 235
- 48 мВ 1
Y
Младший из 8 бит = 3.2 мВ
Рис. 3.3.1.3 Шкала квантования 4:2:2
В цифровом компонентном видеооборудовании применяется, как правило, структура дискретизации 4:2:2 при частоте 13.5 МГц. Увеличение частоты дискретизации до 18 МГц

Цифровые компонентные видеосигналы
47
обеспечивает изображениям формата 16:9 такое же горизонтальное разрешение, какое дает частота 13.5 МГц для формата 4:3.
1152 периода дискретизации Y
176 периодов Y
16 периодов Y отсчет Y No. 976 отсчет Y No. 0 отсчет Y No. 959 отсчет Cb No. 488 отсчет Cb No. 0 отсчет Cr No. 488 отсчет Cr No. 0 480 отсчетов Cb
480 отсчетов Cr
960 отсчетов Y
Цифровая активная часть
936 отсчетов Y
Аналоговая активная часть
Полная цифровая строка
отсчет Y No. 12 0h
0h
Рис. 3.3.1.4 Аналоговая и цифровая части строки для стандарта 625/50 16:9 18 МГц

Цифровые компонентные видеосигналы
48
Имеются еще две структуры дискретизации, применяемые, прежде всего. в системах со сжатием цифрового потока. На рис. 3.3.1.5 показана структура 4:1:1, в которой горизонтальное разрешение канала цветности понижено в два раза, и структура 4:2:0, в которой шаг отсчетов канала цветности увеличен как по вертикали, так и по горизонтали, но местоположение этих отсчетов сдвинуто по вертикали на четверть межстрочного расстояния отсчетов яркости в поле (вниз для верхнего поля и вверх для нижнего поля).
Строка 1
Строка 2
Строка 3
Решетка дискретизации 13.5 МГц
Верхнее поле
Местоположение отсчетов Y
Местоположение отсчетов Cb
Местоположение отсчетов Cr
Решетка дискретизации 13.5 МГц
4:1:1
4:2:0
Нижнее поле
Время
Рис. 3.3.1.5 Структуры дискретизации 4:1:1 и 4:2:0

Цифровые компонентные видеосигналы
49
3.3.2 Мультиплексирование данных Y и Cr,Cb
В стыке 4:2:2 видеоданные обычно передаются в мультиплексированной форме со скоростью
27 Mбайт/с ( период тактовых импульсов равен 37 нс).
Цифровая активная строка образует блок из 1440 кодовых слов мультиплексированных видеоданных: Cb, Y, Cr, Y, Cb, Y.... Группа Cb, Y, Cr представляет собой значения сигнала яркости и цветоразностных сигналов для одного элемента изображения; для следующего за ним элемента передается только значение яркости (без цветоразностных сигналов).
Имеются два синхросигнала (Timing Reference Signals, TRS): один в начале каждого блока видеоданных (Start of Active Video, SAV) и другой в конце каждого блока видеоданных (End of
Active Video, EAV). В интервалах от EAV до SAV видеоинформация не передается. Эти интервалы заполняются либо последовательностью уровней гашения: 128, 16, 128, 16, и т.д., либо какими-то дополнительными данными произвольного типа.
Мультиплексированные видеоданные
Cb Y Cr Y Cb Y ...
24 такта (625)
32 такта (525)
Oh
S
A
V
E
A
V
E
A
V
4 такта
Цифровая активная часть:
1440 тактов
4 такта
Цифровая строка
1728 тактов (625)
1716 тактов (525)
Данные
стр.гас.инт.
Рис. 3.3.2.1 Формат данных и синхросигналы

Цифровые компонентные видеосигналы
50
3.3.3 Предфильтрация и постфильтрация
Канал яркости:
40 дБ
12 дБ
Частота (Мгц)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0
10 20 30 40 50
Поле допуска
характеристики
вносимого затухания
5.5 МГц
Частота (Мгц)
0 1 2 3 4 5 6
0 0.05
-0.05
0.1 дБ
АЧХ
5.75 МГц
Частота (Мгц)
0 1 2 3 4 5 6 0
5
-5
2 нс
6 нс
13.5 МГц
5.75 МГц
5.75 МГц
6.75 МГц
ГВЗ
0.05 дБ
Примечание: Попадание частотных характеристик в пределы поля допуска проверяется по отношению к опорному уровню на частоте 0.001 MГц.
Канал цветоразностных сигналов:
40 дБ
6 дБ
Частота (МГц)
0 1 2 3 4 5 6 7 0
10 20 30 40 50
Поле допуска
характеристики
вносимого затухания
Частота (МГц)
0 1 2 3 0
0 0.1
-0.1
-0.05 0.05
0.1 дБ
Частота (МГц)
0 1 2 3 20 10
-10
-20
4 нс
24 нс
12 нс
6.75 МГц
2.75 МГц
2.75 МГц
3.375 МГц
Частота
затухания 3 дБ
2.75 МГц
ГВЗ
АЧХ
Примечание: Попадание частотных характеристик в пределы поля допуска проверяется по отношению к опорному уровню на частоте 0.001 MГц.

Цифровые композитные видеосигналы
51
3.4 Цифровые композитные видеосигналы
Параметр
NTSC
PAL-M
PAL
Кодируемый сигнал
Полный цветовой видеосигнал
Структура дискретизации
Ортогональная, периодическая по строкам, полям и кадрам
Неортогональная, периодическая по кадрам, с двумя дополнительными элементами в каждом поле
Частота дискретизации (4 fsc)
14.31818 14.30244 17.73447
Опорная фаза дискретизации
Формируется по вспышке аналогового видеосигнала
Полное число отсчетов в строке
910 909 1135 + 4/625
Способ нумерации отсчетов:
Отсчеты, соседствующие с моментом 0h, в строке "1", первого поля
784 и 785 784 и 785 957 и 958
Отсчеты цифровой активной части
0-767 0-767 0-947
Фазы отсчетов, в градусах ЦП
57, 147, 237, 327 45, 135, 225, 315
Число бит на отсчет
8, (9) или 10
Использование кодовых слов
(в 8-битовых уровнях)
Уровни с 1 по 254 отведены для видеосигнала, уровни 0 и 255 - зарезервированы для синхронизации
Шкала квантования:
Уровень белого
Уровень гашения
Уровень вершин синхроимпульсов
200 60 4
211 64 771
Цифровой полевой интервал гашения:
Поле 1 начало конец
Поле 2 начало конец
ТВ строка:
1 10 264 273
ТВ строка:
624 5
311 317
Данные в интервале гашения
Цифровое представление аналогового видеосигнала
Начальная фаза поднесущей (SCH)
0 градусов
Запас по шкале квантования (для пикового композитного уровня) 0.5 дБ 0.7 дБ
0.23 дБ
Ортогональная структура отсчетов
Fs - целое кратное частоты Fh
Строка 1
Строка 1+n
Строка 1+...
Неортогональная структура отсчетов
Fs - нецелое кратное частоты Fh
Строка 1
Строка 1+n
Строка 1+...

Цифровые композитные видеосигналы
52
1135.0064 периодов дискретизации
948 отсчетов
Строка 1 поля 1
Отсчет No. 1134 Отсчет No. 0
Отсчет
No. 957
Уровень
50% синхро
Отсчет
No. 958
Отсчет No. 947
Цифровая активная часть
Рис. 3.4.3 Строка цифрового композитного сигнала PAL
Передний фронт синхроимпульса в 1-й строке 1-го поля
8-полевой последовательности
Отсчеты соответствуют пикам и точкам нулевого уровня сигнала вспышки
Поднесущая оси U
Моменты дискретизации
Передний фронт синхроимпульса в 10-й строке 1-го поля
4-полевой последовательности
Отсчеты соответствуют пикам и точкам нулевого уровня сигналов I и Q
Поднесущая, привязанная к вспышке
Моменты дискретизации
NTSC
PAL
Рис. 3.4.4 Фазы дискретизации сигналов NTSC и PAL

Цифровые композитные видеосигналы
53
525 282 283 284
Аналоговая активная часть
Цифровая активная часть
Цифровой
Вертикальный
Интервал
Гашения
Аналоговый
Вертикальный
Интервал
Гашения
Номера строк
Аналоговый
Вертикальный
Интервал
Гашения
262 263 264 272 273 1
20 21 9
1
Отсчет 0
Отсчет 3
Отсчет
763
Отсчет 313
Отсчет 767
Цифровой
Вертикальный
Интервал
Гашения
Рис. 3.4.5 Цифровое и аналоговое гашение для 525-строчного стандарта

Цифровые композитные видеосигналы
54
Аналоговый
Вертикальный
Интервал
Гашения
Цифровая активная часть
Цифровой
Вертикальный
Интервал
Гашения
Номера строк
623 624 24 23 22 6
5 310 317 318 623 336 335 622
Отсчет 0
Отсчет 7
Отсчет 381
Отсчет 947
Отсчет 929
Аналоговая активная часть
Цифровой
Вертикальный
Интервал
Гашения
Аналоговый
Вертикальный
Интервал
Гашения
Рис. 3.4.6 Цифровое и аналоговое гашение для 625-строчного стандарта

Цифровые видеостыки
55
3.5 Цифровые видеостыки
Параметры цифровых компонентных параллельных и последовательных стыков определены в
Рекомендации ITU-R BT.656.
Параметры компонентных и композитных, параллельных и последовательных стыков описаны в документах SMPTE 125, 244M и 259M.
Параметры параллельных цифровых компонентных стыков ТВЧ приведены в разделе 3.7.
3.5.1 Параллельный цифровой видеостык
Параллельный стык используется для передачи видеоинформации как в цифровом компонентном формате (тактовая частота мультиплексированного потока = 27 MГц или 36
MГц), так и в цифровом композитном формате (тактовая частота = 4 fsc, т.е. зависит от системы цветного телевидения).
Этот стык предназначен для экранированных кабелей с 12 витыми парами при номинальном импедансе линии 110 Ом. Кабель должен быть нагружен на 110+/-10 Ом. Хотя применение технологии эмиттерно-связанной логики (ECL 10000) прямо не оговорено, как линейный передатчик, так и линейный передатчик, должны быть совместимы с этой технологией.
Данные передаются в коде NRZ (без возвращения к нулю). Нарастающий фронт тактового сигнала располагается посередине между моментами изменения данных.
Механические параметры 25-контактного соединителя должны соответствовать субминиатюрному разъему типа D (ISO 2110-1980). Контакты используются, как показано в следующей таблице:
Контакт
Сигнал +
Контакт Сигнал -
1
Тактовые импульсы 14
Тактовые импульсы
2
Системное заземление 15
Системное заземление
3
Бит данных 9 16
Бит данных 9 4
Бит данных 8 17
Бит данных 8 5
Бит данных 7 18
Бит данных 7 6
Бит данных 6 19
Бит данных 6 7
Бит данных 5 20
Бит данных 5 8
Бит данных 4 21
Бит данных 4 9
Бит данных 3 22
Бит данных 3 10
Бит данных 2 23
Бит данных 2 11
Бит данных 1 24
Бит данных 1 12
Бит данных 0 25
Бит данных 0 13
Общий экран кабеля
В 10-битовом представлении бит данных 9 - это старший бит (MSB) а бит данных 0 - младший бит (LSB). В случае 8-битового кодирования старший бит остается тем же самым (контакты 3 и 16), но младшим становится бит данных на контактах 10 и 23, следовательно, контакты 11,
12, 24 и 25 не используются.

Цифровые видеостыки
56
3.5.2 Цифровой последовательный видеостык
Цифровой последовательный стык (SDI) позволяет передавать следующие сигналы:
Цифровой компонентный видеосигнал Cb,Y,Cr,Y,Cb,Y .... (тактовая скорость = 270 MГц или
360 MГц)
или цифровой композитный видеосигнал NTSC/PAL/PAL-M (тактовая скорость = 40 fsc, т.е. от
143 MГц до 177 MГц).
Стандартный последовательный стык способен обеспечивать передачу 10-битовых кодовых слов на расстояние до 200 метров при условии применения 75-омных коаксиальных кабелей студийного качества. Кабель должен нагружаться на 75 Ом с затуханием несогласованности не менее 15 дБ в диапазоне 10..300 MГц. Механические параметры соединителя должны соответствовать стандартному разъему BNC 75 Ом (BNC - Bayonet Normalised Connector/
Bayonet Neil-Concelman) типа МЭК 169-8. Максимальная допустимая длина кабеля зависит от скорости передачи и от параметров затухания кабеля, как показано в таблице.
Тип сигнала
Тактовая частота
Максимальная длина
Композитный NTSC
143 МГц 320 м
Композитный PAL
177 МГц 290 м
Компонентный 4:3 270 МГц 230 м
Компонентный 16:9 360 МГц 170 м
Примечание: Подразумевается использование кабеля с затуханием 9 дБ на частоте 100 МГц
на каждые 100 м длины
Линейный приемник должен правильно распознавать любые двоичные данные, как при подключении непосредственно к линейному передатчику, так и через кабель с затуханием до
40 дБ на тактовой частоте и частотной характеристикой типа 1/f. При затухании на тактовой частоте в пределах от 0 дБ до 12 дБ не должна требоваться частотная коррекция, при большем затухании допускается подстройка путем частотной коррекции.
Первым передается младший бит кодового слова в формате NRZI (со скремблированием); размах сигнала на стороне источника составляет 800 мВ+/-10 %. Скремблирование задается полиномом вида G1(x)*G2(x), где
x = входной поток данных,
G1(x)= x
9
+ x
4
+1, полином который собственно скремблирует NRZ, и
G2(x) = x +1, полином, переводящий поток в знаконезависимый формат NRZI .
На приемной стороне дескремблер действует как зеркальная копия скремблера.
Для правильного последовательно-параллельного преобразования требуется синхроинформация. При использовании сигналов компонентного параллельного стыка достаточно использовать имеющиеся синхрослова (Timing Reference Signal), но в композитном параллельном стыке такие слова не предусмотрены. В последнем случае в композитный сигнал последовательного стыка непосредственно после фронта строчного синхроимпульса вводится специальная последовательность TRS-ID, состоящая из пяти кодовых слов. Последовательность TRS-ID включает четыре байта фиксированного кода
(собственно TRS), за которыми следует один байт идентификации (ID). Байт ID содержит 3 бита, обозначающих номер поля внутри цветового кадра, и 5 бит, обозначающих номер строки в пределах от 0 до 31. Композитный последовательно-параллельный преобразователь вычеркивает сигнал TRS из потока данных, в то время как компонентный преобразователь этого не делает.
Важным преимуществом последовательного цифрового видеостыка является его способность передавать совместно с видео и несколько каналов звукоданных формата AES/EBU. Сигнал
SDI с введенными в него звукоданными особенно полезен в больших системах, где важно гарантировать соответствие звукового сопровождения видеоряду при коммутации большого числа каналов. В системах меньшего размера, например в монтажных аппаратных, обычно предпочтителен вариант с отдельным звуковым трактом.