Основные параметры цифрового кодирования

В 1982 г. XV Пленарная Ассамблея МККР приняла рекомендацию, определяющую параметры кодирования для цифровых телевизионных студий. При этом исходили из необходимости облегчения не только консервации и обработки телевизионных изображений, но и перехода с одного стандарта на другой.

Структура телевизионного растра. Дискретизация телевизионного сигнала приводит к дискретизации изображения на экране телевизора. Обычно применяется дискретизация с постоянной частотой. Если частота дискретизации жестко связана с частотой строк, то на экране возникает неподвижная (фиксированная) структура телевизионного растра, в противном случае образуется подвижная структура. Последняя накладывает дополнительные требования на фильтрацию, особенно при передаче движущихся изображений, поэтому предпочтение оказывают фиксированным структурам.

На рис. 9.1 приведены примеры фиксированных структур растра.

Ортогональная структура (рис. 9.1, а) получается при условии

— целое число;

строчно-шахматная (рис. 9.1, б), если

кадрово-шахматная (рис. 9.1, в) при условии

где п — число кадров, передаваемых в секунду.

Результаты экспертных оценок ЭО (рис. 9.1, г) показали, что при достаточно высокой частоте дискретизации качество изображения в случае ортогональной структуры растра несколько выше, кроме того, при такой структуре облегчается согласование телевизионных стандартов, поэтому ей оказывается предпочтение.

Частота дискретизации. Выбор частоты дискретизации на первый взгляд представляется простым — она должна быть равна номинальному числу элементов, передаваемых в секунду:

легко рассчитать, полагая время обратного хода по строкам и кадрам, равным длительности соответствующих гасящих импульсов (см , табл. 3). Расчет показывает, что

:

МГц.

Активная часть строки в обоих стандартах унифицирована и составляет для сигнала яркости 720 отсчетов, а для сигналов цветности по 360 отсчетов, что соответствует частоте дискретизации цветоразностных сигналов, равной 6,75 МГц. Отсчеты сигналов цветности в каждой строке пространственно совмещены с нечетными отсчетами яркостного сигнала. Предусматривается, что в аппаратно студийных блоках для обеспечения более качественного изображения сигналы яркости и цветности будут кодироваться до их объединения в общий сигнал, т. е. будет производиться раздельное кодирование яркостного сигнала и сигналов цветности. Этим однако, не исключается в отдельных звеньях телевизионного тракта непосредственное кодирование полного цветного телевизионного сигнала, так называемое совместное кодирование.

Рассмотренный стандарт является базовым и обозначается 4: 2 : 2 Наряду с ним возможны и другие варианты: 4 : 4 : 4 когда и яркостный сигнал и сигналы цветности для получения более качественного изображения формируются в полной полосе частот, например для фондовых записей: 4 : 1 : 1 и 2 : 1 : 1 в которых сигналы формируются в сокращенных спектрах для репортерских целей или бытовой видеозаписи.

Квантование по уровню

от —0,89 до +0,89. Диапазоны цвето-разностных сигналов при цифровом кодировании необходимо привести к единице (от —0,5 до +0,5), поэтому их подвергают компрессии. Коэффициенты компрессии для красного и синего сигналов соответственно равны

определяются уравнениями

Уровни квантования используются следующим образом: 0 и 255 зарезервированы для сигналов синхронизации, 1—254 выделены для сигналов изображения. Однако при цифровом кодировании весь диапазон обычно не используется из-за опасности его превышения в процессе эксплуатации.

Ограничение диапазона цифровых значений сигнала эквивалентно амплитудному ограничению входного аналогового сигнала. Это приводит к нелинейным искажениям и образованию помех, борьба с которыми в цифровом телевидении практически невозможна. В связи с этим для передачи яркостного сигнала выделяется 220 уровней, при этом уровню черного соответствует уровень 16, а белого — 235. Этим создается рабочий запас 16 уровней снизу и 20 — сверху (на белом искажения заметны сильнее, поэтому там запас больше).

в значениях шкалы квантования

связаны с компрессированными сигналами цветности выражениями

при этом