 |
Мир тв
|
Типы систем цифрового телевидения (Часть 1) |
Можно представить системы цифрового телевидения двух типов. В системе первого типа, полностью цифровой, преобразование пере даваемого изображения в цифровой сигнал и обратное преобразование цифрового сигнала в изображение на приемном экране осущест вляются непосредственно в преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет. Во всех звеньях тракта передачи изображения информа ция передается в цифровой форме. В перспективе создание таких преобразователей вполне реально. Однако в настоящее время их еще не существует, а поэтому целесообразно рассматривать цифровые ТВ системы второго типа, в которых аналоговый ТВ сигнал, получаемый с датчиков, преобразуется в цифровую форму, подвергается всей не обходимой обработке, передаче или консервации, а затем снова приобретает аналоговую форму. При этом используются существующие датчики аналоговых ТВ сигналов и преобразователи свет-сигнал в телевизионных приемниках. Именно системам второго типа будет уделено основное внимание в данной статье.
В этих системах на вход тракта цифрового телевидения поступает аналоговый ТВ сигнал, затем он кодируется, т.е. преобразуется в цифровую форму. Это преобразование представляет собой комплекс операций, наиболее существенными из которых являются дискретизация, квантование и непосредственно кодирование.
Дискретизация — замена непрерывного аналогового ТВ сигнала u(t) последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала.
Наиболее распространена равномерная дискретизация, имеющая постоянный период, основанная на теореме Котельникова. Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал u(t), имеющий ограниченный спектр частот (рис.1,а), может быть представлен значениями
Рис. 1. Преображение сигнала из аналоговой формы в цифровую
этого сигнала u(tn), взятыми в дискретные моменты времени (отсчеты) tn=nТ (рис.1,б), где n= 1,2,3,... — целые числа; Т — период или интервал дискретизации, выбранный из условия теоремы Котельни-кова: Т < 0,5/fгр . Здесь fгр — максимальная частота спектра исходного сигнала u(t). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частотой дискретизации. Минимально допустимая частота дискретизации по Котельникову fд = 2fгр. Аналитическое выражение теоремы Котельникова имеет вид
 (1)
Предполагается, что отсчеты u(nТ) являются δ-импульсами (бесконечно короткими).
Для восстановления исходного аналогового сигнала u(t) из последовательности отсчетов (nТ) последние необходимо в соответствии с (1) пропустить через идеальный фильтр нижних частот (ФНЧ) со срезом на частоте fгр . Множитель представляет собой реакцию такого фильтра на единичный импульс u(nТ). Из теоремы Котельникова следует, что для точного восстанов ления исходного сигнала необходимо наличие бесконечно большого числа отсчетов. На практике же сигнал, всегда имеющий конечную длительность, описывается конечным числом отсчетов. Несмотря на несоответствие условиям теоремы, такой способ восстановления сигнала широко используется в цифровом телевидении и точность восстановления при соблюдении определенных требований оказывается достаточной.
За процессом дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму следует процесс квантования. Квантование (термин этот заимствован из атомной физики) заключается в замене полученных после дискретизации мгновенных значений отсчетов ближайшими значениями из набора отдельных фиксированных уровней (рис.1,в). Квантование также представляет собой дискретизацию ТВ сигнала, но осуществляющуюся не во времени, а по уровню сигнала u(t). Для устранения путаницы между этими понятиями и введена разная терминология.
Фиксированные уровни, к которым "привязываются" отсчеты, на зывают уровнями квантования. Разбивая динамический диапазон изменения сигнала u(t) уровнями квантования на отдельные области значений, называемые шагами квантования, образуют шкалу квантования. Последняя может быть как линейной, так и нелинейной, в зависимости от условий преобразования. Округление отсчета до одного или двух ближайших уровней (верхнего или нижнего) определяется положением порогов квантования (рис.1,в).
Возможность восстановления в зрительном аппарате человека исходного изображения по его квантованному приближению (в теореме Котельникова эта операция не предусматривается) вытекает из ограниченности контрастной (и цветовой) чувствительности зрительной системы, рассмотренной в предыдущих статьях.
Строго говоря, дискретизированный и квантованный сигнал uкв(nТ) уже является цифровым. Действительно, если амплитуда импульсов дискретизированного сигнала u(nТ) может принимать любые произвольные значения в пределах исходного динамического диапазона сигнала u(t), то операция квантования привела к замене всех возможных значений амплитуды сигнала ограниченным числом значений, равным числу уровней квантования. Таким образом, квантованная выборка сигнала выражается некоторым числом в системе счисления с основанием т, где т — число уровней квантования. Но цифровой сигнал в такой форме по помехозащищенности мало выигрывает по сравнению с аналоговым, особенно при большом т. Для увеличения помехозащищенности сигнала его лучше всего преобра зовать в двоичную форму, т.е. каждое значение уровня сигнала запи сать в двоичной системе счисления. При этом номер (значение уровня) будет преобразован в кодовую комбинацию символов 0 или 1 (рис.1,г). |
|
|
|
|
|
|
