Стандарты видео в цифровом телевидении

Анатолий Белов

  

Международные стандарты цифрового ТВ

Стандарты видео в цифровом ТВ

Иллюстрация © SNEG5.com

Содержание

Международные стандарты цифрового преобразования телевизионных сигналов

• Цифровое кодирование ТВ изображений стандартной четкости

• Широкоформатное вещательное телевидение стандартной четкости

• Стандарты компонентных видеосигналов

• Стандарт 4:2:2
• Стандарт 4:4:4
• Стандарты 4:1:1 и 4:2:0
• Стандарт 3:1:1 и формат CIF

Цифровое телевидение высокой четкости

• Стандарты ТВЧ в России

• Цифровое кодирование ТВ изображений повышенной (EDTV) и высокой (HDTV) четкости

Источники

Продолжение серии статей о цифровом телевидении в России. Предыдущие статьи:

«Изобретение телевидения. История и современность»

«Аналоговое телевидение как базовая основа цифрового ТВ»

«Практическое использование видеокомпрессии в телевидении»

«Цифровое телевидение стандартов DVB-T и DVB-T2»

«Кодирование и передача сигналов цифрового ТВ»

«Как формируется цифровой телевизионный сигнал»

«Стандарты звука в цифровом телевидении»

Международные стандарты цифрового преобразования телевизионных сигналов

Перейдем к рассмотрению дискретизации и квантования телевизионных сигналов.

В телевидении передаются движущиеся изображения. Аналоговое телевизионное изображение уже является дискретным по времени, так как состоит из последовательности кадров, и по вертикальной координате вследствие разложения кадра на строки.

Для дискретизации по горизонтальной координате выполняется одномерная дискретизация телевизионного сигнала по времени. В таблице 2 приведен ряд нормативных документов, определяющих частоты дискретизации и параметры квантования телевизионных сигналов различной четкости.

Таблица 2 Нормативные документы по дискретизации и квантованию

Таблица 2 Нормативные документы по дискретизации и квантованию [2]

Цифровое кодирование ТВ изображений стандартной четкости

В таблице 3 приведены различные форматы дискретизации телевизионных сигналов. Рекомендация 601 (единый международный стандарт цифрового кодирования ТВ ‒ сигнала обычной четкости (соотношение сторон 4:3/16:9) для студийной аппаратуры) определяет стандарт полного цифрового видеосигнала с соотношением частот дискретизации яркостного и цветоразностных сигналов как 4:2:2. В каждой строке передается полный сигнал яркости, а для цветоразностных сигналов производится выборка каждого второго отсчета.

Таблица 3 Форматы дискретизации ТВ сигналов

Таблица 3 Форматы дискретизации ТВ сигналов

Структура дискретизации сигнала обозначается как соотношение между тремя частями X:a:b (например, 4:2:2), описывающими число выборок яркостных и цветоразностных сигналов:

X ‒ частота дискретизации яркостного канала, выраженная коэффициентом базовой частоты. Первое число всегда равно «4» и соответствует исторически сложившемуся соотношению между частотой дискретизации сигнала яркости и частотой поднесущей сигнала цветности стандарта NTSC (3,58 МГц);

a ‒ число выборок цветоразностных сигналов (Cr , Cb) в горизонтальном направлении в первой строке;
b ‒ число (дополнительных) выборок цветоразностных сигналов (Cr , Cb) во второй строке.

Форматы 4:2:2 и 4:2:0 различаются тем, что во втором из них число передаваемых строк цветоразностных сигналов уменьшается вдвое. Сведём в таблицу 4 параметры разложения и дискретизации ТВ сигнала стандартной четкости с форматом дискретизации 4:2:2.

Таблица 4 Параметры дискретизации и разложения ТВ сигнала стандартной четкости

Таблица 4 Параметры дискретизации и разложения ТВ сигнала стандартной четкости

Для преобразования аналоговых видеосигналов в цифровую форму применяется 8 и 10 разрядный код. При этом применяется неравномерное квантование. Выбор данного метода квантования обусловлен тем, что шаг квантования должен быть меньше для значений ТВ ‒ сигнала, близких к уровню черного, по сравнению со значениями близкими к уровню белого. Это обусловлено в первую очередь свойствами зрительного аппарата человека. [2]

Таблица 5 Параметры квантования

Таблица 5 Параметры квантования [2]

Рассмотренный выше метод цифрового представления ТВ ‒ сигнала получил название компонентного, так как яркостный и цветоразностные сигналы преобразуются в цифровую форму раздельно и затем объединяются в единый поток. Существует также композитный метод преобразования ТВ ‒ сигнала, в котором в цифровую форму преобразуется телевизионный сигнал одной из систем цветного телевидения SECAM, PAL, NTSC. [2]

Для системы SECAM частота дискретизации выбирается кратной частоте строк, так как в данной системе частота цветовой поднесущей меняется вследствие частотной модуляции. [2]

С учетом необходимости образования общего цифрового потока и фиксированной структуры отсчетов, выбранная частота дискретизации цветоразностных сигналов равна половине частоты дискретизации сигнала яркости, то есть 6,75 МГц. Следовательно, частоты дискретизации сигналов ЕY, ЕR-Y, ЕB-Y могут непосредственно формироваться из строчной частоты соответствующего стандарта разложения.

По аналогии с преобразованием композитных телевизионных сигналов систем PAL и NTSC в цифровую форму, где частота дискретизации выбиралась равной учетверенной частоте цветовой поднесущей fsc, равной 3,375 МГц, частоту 13,5 МГц называют «четверкой», а частоту 6,75 МГц – «двойкой».

Таким образом, совокупность цифровых компонентных видеосигналов в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.601-5 описывается формулой «4:2:2», что отражает соотношение частот дискретизации сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов, а также одновременность их передачи. При этом цифровые компонентные видеосигналы YD, СR, СB связаны с исходными цветоделёнными аналоговыми телевизионными сигналами ЕR, ЕG, ЕB следующими соотношениями:

масштабирование и сдвиг

На практике внедрение стандарта цифрового кодирования 4:2:2 уменьшает отличие между основными стандартами разложения 625/50 и 525/60 и обеспечивает более высокий уровень их совместимости. Это достигнуто унификацией длительности активной части строки в двух системах развертки и выбором одинакового числа отсчетов на активной части телевизионной строки: для сигнала яркости 720 отсчетов, а для каждого из цветоразностных сигналов — по 360 отсчетов. [1]

В системах ЦТ, как правило, применяется равномерное квантование прошедших гамма-коррекцию сигналов с числом двоичных разрядов АЦП n = 8, что дает число уровней квантования Nкв = 256. При этих условиях шум квантования практически незаметен. С таким числом уровней квантования работали цифровые ТВ-устройства первого поколения. Современная аппаратура проектируется на работу с кодами длиной k = 10 и числом уровней квантования Nкв = 1024. На рис. 1.7 показано распределение уровней квантования сигнала яркости, диапазон изменения которого лежит в пределах 0…1. [7, с. 11]

Ниже показаны две шкалы квантования, соответствующие длинам слов k=8 и k=10. Обратим внимание, что синхроимпульс выходит за пределы щкалы квантования. Это связано с тем, что в ЦТВ нет необходимости выделять синхроимпульсы с помощью амплитудного детектора, их передают на уровнях 0 и 255. Небольшой запас уровней внизу и вверху шкалы необходим в случае, если диапазон аналогового сигнала превысит номинальное значение.

Распределение уровней квантования для цветоразностных сигналов [7, с. 13]

Сигналы ER-Y и EB-Y изменяются в диапазоне от -0,7 до 0,7 и от -0,89 до 0,89 соответственно. Эти диапазоны перед кодированием необходимо привести к единице (от -0,5 до 0,5). Поэтому цветоразностные сигналы ER-Y и EB-Y умножают на коэффициенты компрессии kR=0,5/0,7=0,71 и kB=0,5/0,89=0,56 соответственно.

Скорость передачи двоичных символов (битрейта) равна VВ = ƒДn

скорость передачи

Коэффициент ½ появился, так как цветоразностные сигналы (в SECAM) присутствуют только в каждой второй строке. [7, с. 13]

Широкоформатное вещательное телевидение стандартной четкости

Переходим к цифровому представлению широкоформатного вещательного телевидения стандартной четкости (ГОСТ Р 53540 – 2009), которое определено как телевидение с форматом изображения 16:9 и параметрами разложения активной части кадра на 960х540 элементов изображения. Параметры разложения и дискретизации для данного типа вещательного телевидения приведены в таблице 6.

Таблица 6 Параметры разложения и дискретизации широкоформатного вещательного телевидения

Таблица 6 Параметры разложения и дискретизации широкоформатного вещательного телевидения

Уровни сигналов широкоформатного ТВ в аналоговом представлении при сопротивлении нагрузки R = 75 Ом приведены в таблице 7.

Таблица 7 Уровни сигналов в аналоговом представлении

Таблица 7 Уровни сигналов в аналоговом представлении

Параметры 8-ми и 10-ти разрядного квантования приведены в таблице 8

Таблица 8 Параметры квантования с γ = 0,45

Таблица 8 Параметры квантования с γ = 0,45

Стандарты компонентных видеосигналов

Рассмотрим требования Рекомендации ITU-R BT 601, определяющие единый международный стандарт цифрового кодирования телевизионного сигнала для студийной аппаратуры. В данном стандарте предусмотрено раздельное цифровое кодирование яркостного и двух цветоразностных сигналов.

Установлено одно значение частоты дискретизации сигнала яркости, равное 13,5 МГц, для обоих стандартов развертки 25 Гц, 625 строк и 30 Гц, 525 строк. Каждый цветоразностный сигнал дискретизируется с вдвое меньшей частотой 6,75 МГц. В соответствии с принятыми обозначениями данный стандарт цифрового кодирования телевизионных сигналов обозначается 4:2:2.

рис. 1.4В результате этого частота дискретизации цветоразностных сигналов в два раза меньше, чем частота дискретизации сигнала яркости, определенная на основании теоремы Котельникова, причем в каждой строке присутствуют оба цветоразностных сигнала. Взаимное расположение отсчетов яркостного и цветоразностных сигналов показано на рис. 1.4, в.

Полное число отсчетов яркости в строке равно 864, а число отсчетов каждого цветоразностного сигнала – 432. За время активного участка строки формируется 720 отсчетов сигнала яркости и 360 отсчетов каждого цветоразностного сигнала. Эти количества отсчетов являются промежуточными между значениями, необходимыми для получения квадратных пикселов в указанных 10 стандартах развертки.

Таким образом, при разработке Рекомендации ITU-R BT 601 был достигнут компромисс. Число активных строк в кадре для стандарта 625 строк равно 576. Полное число передаваемых в каждом кадре элементов изображения равно 414720.

Предусмотрены и другие форматы преобразования телевизионных сигналов в цифровую форму. Например, при использовании формата 4:2:0 каждый цветоразностный сигнал имеет частоту дискретизации в два раза ниже частоты дискретизации яркостного сигнала и передаётся в каждой второй строке. Расположение отсчетов яркостного и цветоразностных сигналов в плоскости изображения показано на рис. 1.4, г.

Отсчеты цветоразностных сигналов показаны между строками отсчетов яркостных сигналов и для каждого из этих сигналов образуют матрицу 360×288 элементов. При формате 4:4:4 оба цветоразностных сигнала передаются в каждой строке и дискретизируются с той же частотой, что и яркостной сигнал. [7]

Современный прогресс технологии интегральных микросхем позволил промышленно выпускать 10-разрядные АЦП и ЦАП для кодирования и декодирования телевизионных сигналов, что дает возможность разработчикам студийной телевизионной аппаратуры особо высокого класса качества перейти от 8-разрядного к 10-разрядому кодированию. В данном случае одним из ключевых моментов является уровень шума квантования.

Видеосигнал с 8-битовым квантованием может иметь отношение сигнал/шум, равное 58,8 дБ, c 10-битовым квантованием — до 70,8 дБ. При этом следует учесть, что в некоторых аналоговых устройствах отношение сигнал/шум уже достигает 65 дБ. Это и определяет соответствующие требования к цифровому оборудованию. Кроме того, по ряду ответственных операций, например, микшированию, рир-проекции, монтажу 8-битовое квантование не обеспечивает требуемого качества, а в некоторых случаях, например, в цифровых телевизионных камерах, необходимо даже 14-битовое квантование. [1]

Стандарт 4:2:2

Основные параметры цифрового кодирования телевизионного сигнала в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.601-5 приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3 Параметры цифрового кодирования компонентных видеосигналов стандарта 4:2:2

Таблица 1.3 Параметры цифрового кодирования компонентных видеосигналов стандарта 4:2:2 [1, с. 38]

Стандарт 4:2:2 определяет также скорость передачи цифровых компонентных видеосигналов, на которую должны ориентироваться разработчики цифровой аппаратуры и цифровых интерфейсов.

При использовании стандарта цифрового кодирования 4:2:2 путем объединения цифровых потоков яркостного и цветоразностных сигналов в случае S = 8 суммарная скорость передачи цифровой информации равна 216 Мбит/с. В случае 10-битового кодирования С = 270 Мбит/с.

Если в цифровой телевизионной системе предполагается воспроизведение изображений с форматом кадра 16:9, то значения частот дискретизации следует увеличить в 1,33 раз, например, частоту дискретизации сигнала ЕY ( fДY) до 18 МГц. В зависимости от разрядности квантования (длины кодового слова) скорость передачи цифровой информации в этом случае будет равна 288 или 360 Мбит/с.

Для некоторых случаев стандарт 4:2:2 оказывается неоптимальным, и поэтому применяются другие стандарты для записи, обработки и передачи цифровых компонентных сигналов. [1, с. 39]

Стандарт 4:4:4

Стандарт 4:4:4 предполагает для всех трех компонентов YD, CR, Св использовать дискретизацию частотой 13,5 МГц, то есть все компоненты передаются в полной полосе частот и каждый из них содержит 720 отсчетов в активной цифровой части строки. В этом случае скорость цифрового потока при 10-битовом представлении отсчетов, составляет 405 Мбит/с. Стандарт 4:4:4 используется при создании телевизионной продукции, к качеству которой предъявляются повышенные требования, например телевизионных фильмов.

Стандарт 4:4:4:4 аналогичен стандарту 4:4:4, но использует помимо вышерассмотренных дополнительный четвертый сигнал альфа-канала, несущий информацию об обработке сигнала, например о прозрачности изображения переднего плана при наложении нескольких изображений. Дополнительным сигналом может также быть сигнал яркости ЕY в дополнение к сигналам основных цветов ER, EG, ЕB. Скорость передачи данных в этом случае для 10-битового кодирования — 540 Мбит/с.

Следующие стандарты предполагают уменьшение частоты дискретизации цветоразностных сигналов в сравнении со стандартом 4:2:2 и создавались, прежде всего, не для внутристудийного использования, а для тех случаев, когда нужно в цифровой форме передать сигнал вещательного качества и устранить избыточность цветовой информации. Для уменьшения скорости цифрового потока в таком случае признано целесообразным также уменьшить число разрядов квантования с 10 до 8. [1, с. 39]

Стандарты 4:1:1 и 4:2:0

В стандарте 4:1:1 частоты дискретизации цветоразностных сигналов составляют 3,375 МГц, что соответствует 180 отсчетам сигналов CR и Св при 720 отсчетах яркостного сигнала YD и цифровой скорости 202,5 Мбит/с для 10-битовых слов и 162 Мбит/с для 8-битовых слов. Стандарт 4:1:1, как и все вышерассмотренные, передает информацию о цвете в каждой строке и поэтому более предпочтителен для системы телевидения NTSC, так как в ней информация о цвете передается для каждой строки без усреднения и общее число строк меньше, чем в других системах.

Для системы SECAM характерна меньшая цветовая четкость по вертикали и большая по горизонтали, что и обеспечивает стандарт 4:2:0, в котором информация о цвете передастся через одну строку. Скорость цифрового потока при этом аналогична стандарту 4:1:1, а в случае передачи только активной части строки составляет 124 Мбит/с для 8-битовых слов.

Рис. 1.11. Графическое представление стандартов цифрового кодирования

Рис. 1.11. Графическое представление стандартов цифрового кодирования телевизионного сигнала: – отсчетYD, ▬ – отсчетСR; I – отсчет СR

Таким образом, создаётся иерархия (семейство) совместимых стандартов цифрового кодирования. Требование совместимости семейства стандартов цифрового кодирования заключается в сравнительно простом переходе от одного стандарта к другому.

Если учесть, что вес стандарты базируются на ортогональной структуре дискретизации, то, например, переход от стандарта 4:4:4 к 4:2:2 получается отбрасыванием каждого второго отсчета цветоразностных сигналов, а переход от стандарта 4:2:2 к 4:1:1 осуществляется отбрасыванием каждых трех отсчетов (рис. 1.11). Аналогично переход от стандарта 4:1:1 к стандартам 4:2:2 и 4:4:4 будет заключаться в восстановлении недостающих отсчетов цветоразностных сигналов.

Предусмотрена возможность применения стандарта более низкого уровня (например, для комплексов видеожурналистики) с условным обозначением 2:1:1 (частоты дискретизации соответственно равны 6,75 МГц и 3,375 МГц). [1, с. 40]

Стандарт 3:1:1 и формат CIF

Также находят применение стандарт 3:1:1 — скорость передачи данных 135 Мбит/с при 8-битовом кодировании и формат CIF (Common Interchange Format), содержащий 288 строк по 352 отсчета для яркостной компоненты и 144 строк по 176 отсчетов для цветоразностных компонентов. Последний стандарт используется в низкоскоростных системах, таких как CD-ROM приложения, при передаче только активной части изображения скорость цифрового потока составляет 30 Мбит/с при 8-битовых отсчетах.

Помимо цифрового представления компонентных видеосигналов, было разработано кодирование композитного сигнала. Для точного преобразования всех составляющих сложного сигнала систем PAL и NTSC было предложено дискретизировать его с частотой 4fsc, то есть равной четвертой гармонике цветовой поднесущей. В результате, в системе NTSC скорость передачи цифрового сигнала составляет 143 Мбит/с, а в системе PAL-177 Мбит/с. [1, с. 41]

Цифровое телевидение высокой четкости

Важнейшим параметром любого телевизионного устройства воспроизведения изображений является четкость, которая оценивается количеством зрительно воспринимаемых мелких деталей. В свою очередь, четкость в основном зависит от числа воспроизводимых строк в каждом кадре телевизионного изображения.

К достижению высокой четкости изображения на телевизионном экране всегда стремились инженеры-разработчики, как телевизионных систем, так и телевизионного оборудования.

К середине прошлого века были разработаны и внедрены форматы телевидения так называемой стандартной четкости с числом строк разложения 525 или 625. Эти форматы успешно функционируют и по сегодняшний день, так как представляют собой разумный баланс большого количества факторов. Основные из них — возможность передачи телевизионного сигнала большому количеству телезрителей через наземные радиоканалы, возможность записи и хранения аудиовизуального контента относительно простыми с технической точки зрения устройствами.

Тем не менее, для разработчиков телевизионного оборудования всегда основной целью было достижение гораздо большей четкости телевизионного изображения. Первые упоминания о телевидении высокой четкости относятся к 1969 г. Тогда специалистами японской телекомпании NHK (Nippon Hoso Kyokai) была разработана концепция высокого разрешения HD (High Definition), которая позволяла приблизить качество изображений на экранах телевизионных приемников к качеству современного киноизображения, полученного с помощью 35-мм кинопленки.

В конце 70-х годов прошлого столетия в результате совместной работы сотрудников компаний Sony и NHK идея HD была представлена широкому кругу специалистов в области телевидения в развернутом виде.

На основании проведенных исследований экспериментально было установлено, что удвоение размеров телевизионного изображения практически эквивалентно улучшению его качества на один балл по семибалльной шкале оценок. При этом телевизионное изображение психологически воспринимается как более высокого качества, если оно рассматривается с более близкого расстояния. [1, с. 41]

Читать или скачать эту статью в формате PDF, 20 стр.

Стандарты видео в цифровом ТВ

Фактически было доказано, что оптимальное расстояние рассматривания телевизионного изображения соответствует трем высотам экрана воспроизводящего устройства. Однако в этом случае на телевизионных экранах с достаточно большими размерами и с повышенной яркостью изображения становятся отчетливо заметными структура растра, межстрочные мелькания. Поэтому приближение телезрителей к экрану требует увеличения как минимум вдвое четкости телевизионного изображения по вертикали и горизонтали в сравнении с действующими телевизионными системами стандартной четкости, то сеть необходимо вдвое увеличить число строк разложения.

Разрабатываемые телевизионные системы с увеличенной вдвое четкостью воспроизводимых изображений, как по вертикали, так и по горизонтали по сравнению е вещательными телевизионными системами стандартной четкости получили названия систем телевидения высокой четкости (ТВЧ).

К настоящему времени для целей студийного производства (в АСК) и телевизионном вещании предложено два стандарта: 1125/60/2:1 и 1250/50/2:1. Непосредственно для производства и международного обмена программами ТВЧ предлагаются стандарты: 1080/25/1:1, 1080/30/1:1, 1080/50/1:1, 1080/60/1:1, 1080/50/2:1, 1080/60/2:1. Кроме того, в последнее время предложен стандарт 1080/24/1:1, который использует частоту кадров 24 Гц при прогрессивной развертке.

Следует заметить, что подобная частота смены кадров применяется в кинематографе. Поэтому благодаря этому стандарту электронная и киноверсия кинофильма совпадают, что облегчает международный обмен кинопрограммами, которые редактируются в электронном виде и могут передаваться по цифровым каналам связи. Таким образом, на основе цифровых технологий впервые удалось эффективно объединить интересы ТВЧ вещания и массового электронного кинематографа.

Использование цифровых методов в ТВЧ позволило во многом унифицировать множество предложенных стандартов за счет применения единого формата (16:9) изображения ТВЧ, предусматривающего 1080 активных строк в кадре с чересстрочным или прогрессивным разложением при 1920 отсчетах в активной части строки для яркостного сигнала (для цветоразностных сигналов число отсчетов в активной части строки установлено равным 960).

Предполагается переключаемая частота кадров (24, 25, 30 кадров в секунду) и полей (50/60 полей в секунду) (Рекомендация МСЭ-Р ВТ.709- 3, принятая в июне 1999 г.).

Формат 16:9 означает формирование квадратной структуры отсчетов, что соответствует квадратным элементам изображения на экране, обычно используемым в компьютерной технике.

Разработка Рекомендации МСЭ-Р ВТ.709-3 впервые в мировой практике позволяет создать единую линейку студийного цифрового оборудования, удовлетворяющего требованиям видео и кинопроизводства, а также международного обмена передачами ТВЧ. [1, с. 42]

Основные параметры цифрового кодирования вещательных стандартов ТВЧ, согласованные в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.709-3, приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4 Параметры цифрового кодирования вещательных стандартов ТВЧ

Таблица 1.4 Параметры цифрового кодирования вещательных стандартов ТВЧ

Таким образом, при реализации цифровых способов кодирования телевизионных изображений, основанных на классической ИКМ, необходимо оперировать с высокой скоростью цифрового потока, достигающей нескольких сотен или даже полутора тысяч (в случае ТВЧ) Мбит/с. И это порождает много проблем как при передаче видеоданных по каналам связи, так и при их обработке, например, консервации, то есть записи.

Снизить указанные скорости цифрового потока позволяют методы эффективного сокращения объемов психофизиологической и статистической избыточности составляющих видеоинформации, например, разработанные на их основе способы видеокомпрессии, являющиеся ключевыми процессами цифровых технологий. [1, с. 43]

Стандарты ТВЧ в России

Согласно определению, приведенному в национальных стандартах, ТВЧ — это телевизионная система, параметры которой (какие?) выбраны исходя из расстояния (минимального или максимального?) наблюдения, равного трем высотам наблюдаемого изображения (какого именно изображения?). Это вводит в ступор специалистов.

Ещё раз перечислим ГОСТы на ТВЧ:

  • ГОСТ Р 52210—2004 Телевидение вещательное цифровое. Термины и определения [3]
  • ГОСТ Р 52592—2006 Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения. Звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования
  • ГОСТ Р 53533—2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования
  • ГОСТ Р 53534— 2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования
  • ГОСТ Р 53535-2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Аналоговое и цифровое представление сигналов. Цифровые интерфейсы. Технические требования. [5]
  • ГОСТ Р 53536— 2009 Цифровое телевидение повышенной четкости. Основные параметры цифровой системы с построчным разложением. Аналоговые и цифровые представления сигналов. Параллельный цифровой интерфейс.
  • ГОСТ Р 54996—2012 Цифровое телевидение высокой четкости. Цифровые интерфейсы для сигналов цифрового потока со сжатием. Основные параметры. [4]

В некоторых российских ГОСТах встречается не только понятие «Цифровое телевидение высокой четкости», но и «Цифровое телевидение повышенной (?!) четкости».

Откроем, к примеру, действующий ГОСТ Р 54996—2012:

3.3 Системой телевидения высокой четкости (ТВЧ) называется телевизионная система, параметры которой выбраны исходя из расстояния наблюдения, равного трем высотам наблюдаемого изображения.
3.4 Цифровой системой телевидения высокой четкости (ЦТВЧ) называется телевизионная система высокой четкости, которая для передачи изображений использует цифровое представление телевизионного сигнала.
3.5 Системой телевидения повышенной четкости (ТПЧ) называется телевизионная система, параметры которой выбраны исходя из расстояния наблюдения, равного четырем высотам наблюдаемого изображения.
3.6 Цифровой системой телевидения повышенной четкости (ЦТПЧ) называется телевизионная система повышенной четкости, которая для передачи изображений использует цифровое представление телевизионного сигнала.

Разберёмся с истоками этой неразберихи. Ещё много лет назад в США был разработан формат «Повышенной четкости». Он представлял собой формат стандартной четкости по горизонтали, но с прогрессивной разверткой, то есть с удвоенным числом строк в кадре. Для стандартов ТВЧ также было выбрано удвоенное число строк в кадре, что, в свою очередь, и определило все остальные параметры. Простейшие арифметические расчеты убедительно это доказывают.

Рассмотрим стандартный кадр аналогового сигнала 625 строк, при частоте кадровой развертки 50 Гц. Умножаем на два и получаем, что в кадре должно быть 1250 строк.

Если из полученного числа строк отбросить 125 строк, (как бы) приходящихся на кадровый синхроимпульс (КСИ в цифровых сигналах не используется), то получим число активных строк в кадре — 1125.

Если далее исключим «остатки» кадрового гасящего импульса (170-125=45 строк), то получим: 1250-125-45=1080 строк в видимом изображении.

При соотношении сторон одного пикселя изображения 1:1 и формате кадра 16:9, для сохранения геометрии растра, легко получаем число элементов на одной строке изображения — 1080:9х16=1920.

Заглянем в SMPTE-295 — в таблице 1 указаны форматы ТВЧ в аналоговом (!) представлении. [6]

таблица 1

А наш национальный ГОСТ Р 53535-2009 [4] (разработанный ФГУП НИИТ) на 80% копирует SMPTE-295М. То есть, попросту коряво перевели на русский «ихний забугорный» стандарт. И не удивительно — некогда ведущие НИИ отрасли потеряли 90% (если не больше) своих специалистов, а те, кто остался, не имеют возможности «пощупать» своими руками современные телевизионные технологии. Остался только былой авторитет НИИ.

И невдомёк разработчикам национальных ГОСТов, что в 2012 году редакция отраслевого информационно-технического журнала «625» с удивлением констатировала: ВСЕ телевизионные стандарты SMPTE (по-нашему – ГОСТы), в которых присутствует хоть малейшее упоминание об «аналоговом представлении цифрового сигнала» СДАНЫ В АРХИВ ещё в 2004 году. То есть, давно уже не действуют во всём мире!

Полным анахронизмом (применительно к цифровому ТВ) можно считать и предложение ВНИИТР классифицировать телевизионные центры пр такому параметру как разрешающая способность по вертикали (в телевизионных линиях). Лет 20-30 назад этот параметр использовался для характеристик аналогового оборудования (VHS – 240 твл, UMATIC, SVHS – 400 твл и т.д.). Но в наше время как-то привычнее говорить о полосе пропускаемых частот (для телевизионного тракта) или о «пикселях», если речь идет о ТВ-камере, ну уж, в крайнем случае, о разрешающей способности мониторов, на которых мы можем смотреть программу.

Зато в мире уже устоялось определение телевидения высокой четкости — телевизионные форматы с параметром разложения более чем 1280х720 элементов изображения для прогрессивной развертки и свыше 1920х1080 — для чересстрочной. [6]

Цифровое кодирование ТВ изображений повышенной (EDTV) и высокой (HDTV) четкости

Параметры разложения и дискретизации цифровой телевизионной системы повышенной четкости (ГОСТ Р 53536-2009 [5]) приведены в таблице 9.

Таблица 9 Параметры разложения и дискретизации цифровой ТВ системы повышенной четкости

Таблица 9 Параметры разложения и дискретизации цифровой ТВ системы повышенной четкости

Уровни сигналов для телевидения повышенной четкости в аналоговом представлении при сопротивлении нагрузки R = 75 Ом приведены в таблице 7. В таблице 10 приведены параметры квантования с показателем γ=0,45.

Таблица 10 Параметры квантования

Таблица 10 Параметры квантования

Параметры разложения и дискретизации цифровой телевизионной системы высокой четкости (ГОСТ Р 53535-2009 [5]) приведены в таблице 11.

Таблица 11 Параметры разложения и дискретизации цифровой ТВ системы высокой четкости

Таблица 11 Параметры разложения и дискретизации цифровой ТВ системы высокой четкости

Параметры квантования компонентов телевизионного сигнала высокой четкости приведены в таблице 8. Уровни сигналов для телевидения высокой четкости в аналоговом представлении при сопротивлении нагрузки R = 75 Ом приведены в таблице 7. [2]

В настоящее время в подавляющем большинстве российских телестудий, передвижных телевизионных станций и аппаратно-студийных комплексов используется последовательный цифровой интерфейс SMPTE-259M (скорость передачи компонентного сигнала 525/625 строк – 270 Мб/с) для телевидения стандартной четкости и SMPTE-292М для ТВЧ. [6]

Источники публикации — открыть спойлер

1. Мамчев, Г. В. Цифровое телевизионное вещание. Учебное пособие для ВУЗов / Г. В. Мамчев. — Москва : Горячая линия — Телеком, 2014. — 448 c. — Текст : непосредственный. 

2. Цифровое представление телевизионных сигналов : лабор. практикум / сост.: Д. В. Пьянзин, В. И. Королев – Саранск, 2014. – 29 с. Режим доступа: http://phys-chem.mrsu.ru/wp-content/uploads/2017/11/TSifrovoe-predstavlenie-TV-signalov.pdf

3. ГОСТ Р 52210-2004. Телевидение вещательное цифровое. Термины и определения (Национальный стандарт Российской Федерации, дата введения 01.01.2005). Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-52210-2004

4. ГОСТ Р 54996—2012 Цифровое телевидение высокой четкости. Цифровые интерфейсы для сигналов цифрового потока со сжатием. Основные параметры (Национальный стандарт Российской Федерации, дата введения 01.04.2013). Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200095493/

5. ГОСТ Р 53535-2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Аналоговое и цифровое представление сигналов. Цифровые интерфейсы. Технические требования. (Национальный стандарт Российской Федерации, дата введения 12.01.2010). Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200083326/

6. Юрий, Киринов Технические проблемы современного телевидения / Киринов Юрий. — Текст : непосредственный // «625» — информационно-технический журнал. — 2012. — № 1. — С. 60-63.

7. Одинец, А. И. Основы цифрового телевидения стандарта DVB-T / А. И. Одинец, А. Н. Бурдин. — Омск : ОмГТУ, 2012. — 76 c. — Текст : непосредственный. Режим доступа: https://www.omgtu.ru/general_information/faculties/radio_engineering_department/department_quot_radio_devices_and_diagnostic_systems_quot/educational-materials/Basics_of_television_and_video/Basics_of_digital_television_DVB-T_(textbook).pdf

Общая оценка материала: 4.9
Оценка незарегистрированных пользователей:
[Total: 30 Average: 5]