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

Цифровые видеостыки
57
Стандарт SMPTE 272M "Форматирование звукоданных AES/EBU и вспомогательных данных для передачи в дополнительном потоке видеоданных" определяет размещение цифровых звукоданных, вспомогательных данных и связанной с ними командной информации в потоке последовательных видеоданных. Предусмотрено несколько различных режимов работы, обозначаемых буквенными суффиксами, которые прибавляются к названию стандарта, как показано в следующей таблице:
A
режим по
умолчанию
Синхронные звукоданные 48 кГц, 20 бит, с буфером на
48 отсчетов
B
Синхронные данные 48 кГц, только для композитного видео, с буфером на 64 отсчета для приема 20 из 24 битов звукоданных
C
Синхронные 48 кГц 24 битовые пакеты звукоданных и расширенных данных
D
Асинхронные данные (если не указана иная скорость, то подразумевается скорость 48 кГц)
E
Звукоданные 44.1 кГц
F
Звукоданные 32 кГц
G
Звукоданные с переменной скоростью 32-48 кГц
H
Последовательность звуковых кадров (режим обязателен для видеосистем с 29.97 кадров/с, кроме случая синхронного режима A 48 кГц - режима по умолчанию)
I
Отслеживание временной задержки
J
Z бит состояния канала не совпадают попарно
Примечание: Режимы от "B" до "J" требуют наличия специального пакета управления звукоданными
Блок ввода данных, который способен только воспринимать синхронные 20-битовые звуковые сигналы с частотой 48 кГц, должен маркироваться "SMPTE 272M-A". Блок, поддерживающий 20- и 24-битовые 48-кГц синхронные звукоданные, может называться "SMPTE 272M-ABC". Приемник, использующий только старшие 20 бит из слова звукоданных, но способный воспринимать распределение отсчетов уровня "B", может называться "SMPTE 272M-AB", поскольку он может работать с обоими типами распределений.
В композитным цифровом видеосигнале место для звукоданных имеется только в последовательном стыке и только во время передачи плоских вершин синхроимпульсов.
Цифровой поток NTSC может включать до 32901 10-битовых слов звукоданных в каждом видеокадре. Результирующий поток (9.87 Мбит/с) достаточен для передачи четырех каналов звука. Цифровой сигнал PAL обеспечивает несколько больший поток, но число каналов, по- прежнему не может быть более четырех. С другой стороны, цифровой последовательный компонентный видеостык 270 Мбит/с (в стандартах 525 или 625 строк) обеспечивает до восьми каналов звука. В студийных аппаратных частоты дискретизации видео- и звуковых сигналов, как правило, синхронизированы (при частоте дискретизации звука 48 кГц), однако последовательный цифровой стык SDI при необходимости способен обеспечить и асинхронную передачу звука.
Эти же сигналы могут быть переданы и через Последовательный Оптический Цифровой
Стык. В таком случае вместо плавающего (изолированного) соединителя типа BNC и коаксиального кабеля используется оптический соединитель и волоконно-оптический кабель.
Для небольших дальностей применяют прямую модуляцию интенсивности лазерного излучателя цифровым сигналом SDI. Однако, для передачи сигналов по оптическим линиям на большие расстояния необходимо применять дополнительное канальное кодирование для снижения энергии низкочастотных составляющих сигнального спектра. Это кодирование сходно с применяемым при цифровой магнитной видеозаписи.
Стандарт SMPTE 297M "Волоконно-оптическая система для последовательной передачи сигналов, соответствующих стандарту ANSI/SMPTE 259M" определяет параметры

Цифровые видеостыки
58
оптического стыка для передачи видеосигналов со скоростями от 143 до 360 Мбит/с.
Передатчик и приемник должны использовать оптические соединители с соответствующими кабельными частями типа SC/PC по стандарту МЭК 874-7 (1990), часть 7. Пользователь может выбирать между одномодовым (SM) и многомодовым (MM) типом оптического волокна.
Параметры выходного сигнала оптического передатчика приведены в следующей таблице:
Тип световолокна SM
(опционно MM)
MM
(62.5/125 мкм)
Источник света
Лазер
Лазер или светодиод
Оптическая длина волны
1310 +/- 40 нс
Максимальная ширина спектральной линии
10 нм 30 нм
Максимальная выходная мощность -
7.5 дБм
Минимальная выходная мощность -
12 дБм
Длительность фронта и среза
(по уровням 20% и 80%)
< 1.5 нс, с различием не более 0.5 нс
Глубина модуляции 5:1 минимум,
30:1 максимум
5:1 минимум
Дрожание ("UI" = период такта) 0.135
UI максимум
Максимальная отраженная мощность
4 %
Электрооптическая функция передачи
Логическая "1" = макс. интенсивности
Логический "0" = мин. интенсивности
Примечание: Допускается применение ранее проложенных волокон градиентного типа с коэффициентом 50/125 мкм, однако при этом резерв мощности снижается приблизительно на
3 дБ по сравнению с волокнами 62.5/125 мкм.
Одномодовое волокно (класс IVa без дисперсионного сдвига, 9/125 мкм, ступенчатое преломление = step index [SI]) должно обеспечивать затухание не более 1.0 дБ на километр.
Многомодовое волокно (62.5/125 мкм, плавное преломление = graded-index [GI]) должно обеспечивать затухание не более 1.5 дБ на километр. Передатчик, предназначенный только для работы с многомодовым волокном, должен иметь соответствующую предупреждающую маркировку. Многомодовые соединители и адаптеры маркируются бежевым цветом, а одномодовые - синим. Альтернативно, допускаются текстовые маркировки, ясно обозначающие тип волокна. Сочленение волокон разных типов в многозвенных линиях связи, хотя и возможно физически, но технически недопустимо.
Параметры входного сигнала оптического приемника должны соответствовать следующей таблице:
Оптическое волокно
Одномодовое
Многомодовое
Макс. входная мощность
- 7.5 дБм
Мин. входная мощность
- 20 дБм
Порог повреждения детектора
не менее + 1 дБм не менее + 4 дБм
Некоторые полупрофессиональные и все новые цифровые бытовые устройства со сжатием потока видеоданных оборудованы так называемым стыком "Firewire" (P 1394). Этот стык рассчитан на применение специального многожильного кабеля с максимальной длиной 4.5 м при скорости потока около 30 Мбит/с. Для преобразования сигнала стыка "Firewire" в стандартный формат стыка SDI и обратно предусмотрены соответствующие преобразователи.

Цифровые видеостыки
59
3.5.3 Обнаружение и обработка ошибок (EDH)
Даже в нормально работающих цифровых стыках могут возникать ошибки. Их вероятность резко возрастает при превышении допустимых длин кабелей, повреждении коаксиальных оболочек и старении компонентов аппаратуры, в особенности схем автоподстройки частоты и частотных корректоров.
Традиционные средства контроля видеотрактов практически бесполезны применительно к цифровым сигналам. Редкие битовые ошибки, которые предвещают более серьезные неприятности, обычно не видны и не слышны. Решение проблемы состоит в применении метода EDH (Error Detection and Handling). EDH - это не только механизм обнаружения различных типов цифровых ошибок, но и способ учета ошибок с целью представления информации об ошибках в полезном виде.
Специальные блоки (inserters) вводят пакеты данных с контрольными суммами (CRC data packets) в цифровые потоки источников, а блоки контроля в точках получения сигналов проверяют их правильность, сверяя контрольные суммы с фактически принятыми данными.
Даже одиночные битовые ошибки вызывают сообщение об изменении состояния системы.
Каждое поле видеоинформации проверяется индивидуально.
Подробное описание процедур EDH содержится в документе SMPTE RP 165 "Проверочные слова для обнаружения ошибок и флаги состояния в последовательных цифровых стыках для телевидения". Этот документ относится как к 525-строчным, так и к 625-строчным цифровым компонентным и композитным системам.
Определены два типа проверочных слов: первый относится только к активным элементам ТВ поля, второй - ко всем отсчетам поля. Такой подход позволяет контролировать сохранность данных при прохождении сигнала через блоки обработки, изменяющие данные вне активной части изображения. При этом не требуется заново вычислять проверочное слово для ТВ поля целиком.
В данном контексте активная часть изображения включает только целые строки (иначе говоря, половинки строк не учитываются). Проверочные слова для поля в целом охватывают все отсчеты всех строк, кроме строки с пакетами данных об ошибках и двух последующих за ней строк.
Предусмотрены три различных способа (механизма) обнаружения ошибок, - по одному для каждого из трех типов передаваемых данных:
1. вспомогательные данные,
2. активная часть изображения,
3. поле целиком (все данные, включая вспомогательные, плюс содержание вертикальных и горизонтальных интервалов гашения).
Вспомогательные данные (ancillary data) проверяются по битам четности и контрольным суммам, которые всегда передаются совместно с этими данными через стык SDI, даже если метод EDH не применяется. Данные активной части и данные поля целиком (full-field data) проверяются путем расчета и сверки 16-битовых циклических сумм (CRC).
Вычисленные для каждого поля слова CRC передаются на правах вспомогательных данных в начале следующего поля. Полином для CRC имеет следующий вид:
X
16
+ X
12
+ X
5
+ 1.
Для индикации ошибок предусмотрено три набора флагов. Их назначение - облегчить поиск неисправного участка тракта. Два набора связаны с парой проверочных слов, ассоциированных с видеоинформацией поля. Третий набор относится к результатам проверки вспомогательных данных ТВ поля.

Цифровые видеостыки

Сжатие цифровых потоков
61
3.6 Сжатие цифровых потоков
Большое распространение при производстве и распределении ТВ программ находят системы со сжатием цифрового потока.
Применительно к статическим цветным полутоновым изображениям алгоритмы сжатия были впервые разработаны в рамках МОС/МЭК совместной рабочей группой экспертов по фотографии (JPEG = Joint Photographic Experts Group). Группа экспертов по движущимся изображениям (MPEG = Motion Picture Experts’ Group) была создана в 1988 году с целью разработки стандартов кодирования движущихся изображений со звуковым сопровождением для записи, передачи и распределения этого вида цифровых данных. Практически все современные системы сжатия видеоданных так или иначе связаны с MPEG.
Сигналы, кодированные по раннему варианту этого алгоритма (MPEG-1), постепенно выходят из употребления, и, естественно, новым чемпионом становится MPEG-2. В рамках семейства форматов MPEG имеется множество подвариантов и традиционные различия в стандартах разложения все еще имеют значение. Например, система MPEG-2/50 не совместима с системой MPEG-2/59.94.
DigiCipher
(General Instruments)
Сходен с ETSI, но предназначен для бытовой техники
MPEG-2
Скорость 2.5-15 Мбит/с
Высокая четкость
Чересстрочность
ETSI
Скорость 34 Мбит/с
Вещательное качество
Сбор и распределение ТВ программ
MPEG-1
Скорость 1.5 Мбит/с
Низкая четкость
Без чересстрочности
Для компьютеров
JPEG
Неподвижные изображения
Рис. 3.6.1 Генеалогия системы MPEG
Что такое MPEG?
• Метод сжатия видео- и звукоданных и средство их пакетирования
• Описание цифрового потока
• Свобода (и неопределенность) выбора конкретных приемов формирования этого потока
• Свобода (и неопределенность) выбора метода передачи потока
• MPEG - всего лишь набор правил и инструментов для сжатия данных