System NTSC - przypomnienie Telewizja – część 3 Y I Q · w systemie PAL • Telewizja cyfrowa...

1

Jacek Jarnicki Politechnika WrocJacek Jarnicki Politechnika Wrocłławskaawska 11

Telewizja Telewizja –– czczęśćęść 33

•• Kodowanie barwnego obrazu telewizyjnego Kodowanie barwnego obrazu telewizyjnego w systemie PALw systemie PAL

•• Telewizja cyfrowa Telewizja cyfrowa –– ogogóólna charakterystykalna charakterystyka


System NTSC System NTSC -- przypomnienieprzypomnienie

1.1. Kodowanie koloru przez przeplatanie siKodowanie koloru przez przeplatanie sięę widm widm sygnasygnałłóów luminancji (w luminancji (YY) i ) i chrominanacjichrominanacji ((II i i QQ). ).

2.2. Transmisja sygnaTransmisja sygnałłóów chrominancji odbywa siw chrominancji odbywa sięę za za popośśrednictwem modulacji kwadraturowej (dwie fale rednictwem modulacji kwadraturowej (dwie fale nonośśne przesunine przesunięęte wzglte wzglęędem siebie o 90dem siebie o 90oo).).

3.3. Odtwarzanie fazy fal noOdtwarzanie fazy fal nośśnych w odbiorniku przy nych w odbiorniku przy pomocy sygnapomocy sygnałłu synchronizacji koloru (u synchronizacji koloru (burstburst).).

Wady systemu NSC Wady systemu NSC

1.1. ZnieksztaZniekształłcenia koloru powodowane tzw. odbiciami.cenia koloru powodowane tzw. odbiciami.

2.2. PodatnoPodatnośćść na znieksztana zniekształłcenia nieliniowe w torze wizji.cenia nieliniowe w torze wizji.

3.3. Niezbyt dobra rejestracja magnetyczna Niezbyt dobra rejestracja magnetyczna


ϕ∆ ′−′C sygnasygnałł prawidprawidłłowyowy

−′1C sygnasygnałł znieksztazniekształłconycony

Q

I

W wyniku czynnikW wyniku czynnikóów zakw zakłłóócajcająących sygnacych sygnałł odebrany odebrany przez odbiornik rprzez odbiornik róóżżni sini sięę od sygnaod sygnałłu wysu wysłłanego anego z nadajnika. z nadajnika.


1.1. Kodowanie barwnego obrazu telewizyjnego Kodowanie barwnego obrazu telewizyjnego w systemie PALw systemie PAL

PALPAL -- PhasePhase AlternatingAlternating LineLine, , Walter Bruch, Walter Bruch, TelefunkenTelefunken

ZaZałłoożżenie: Sygnaenie: Sygnałły w dwy w dwóóch sch sąąsiednich liniach ssiednich liniach sąą dodosiebie podobne.siebie podobne.

PomysPomysłł::

•• SygnaSygnałł NTSC trzeba zmodyfikowaNTSC trzeba zmodyfikowaćć w taki sposw taki sposóób, abyb, abyznieksztazniekształłcenia fazowe w dwcenia fazowe w dwóóch sch sąąsiednich liniachsiednich liniachmiamiałły znak przeciwny.y znak przeciwny.

•• UUśśrednirednićć sygnasygnałły dla dwy dla dwóóch sch sąąsiednich linii obrazu,siednich linii obrazu,eliminujeliminująąc w ten sposc w ten sposóób znieksztab zniekształłcenia fazy. cenia fazy.

2


Krok 1Krok 1 –– Modyfikacja sygnaModyfikacja sygnałłu NTSCu NTSC

sygnasygnałł prawidprawidłłowyowyϕ∆ ′

−′C

−′1C sygnasygnałł znieksztazniekształłconycony

QQ′∆

Q′1Q′

I ′∆

I ′

1I ′

I

Odebrany zostanie sygnaOdebrany zostanie sygnałł

IIIQQQ

1

1

′+′=′′−′=′

∆∆

linia n linia n --11

„„normalnynormalny””sygnasygnałł NTSCNTSC


o270

−′′C sygnasygnałł prawidprawidłłowyowy

−′′1C sygnasygnałł znieksztazniekształłconyconyI ′′∆

I ′′

1I ′′

I

Q

Q ′′∆

Q ′′ 1Q ′′linia n linia n

oośś modulacji modulacji dla sygnadla sygnałłu u I I obrobróócona cona o 270o 270oo

Odebrany zostanie sygnaOdebrany zostanie sygnałł

IIIQQQ

1

1

′′−′′=′′′′+′′=′′

∆∆


Krok 2Krok 2 –– UUśśrednienie sygnarednienie sygnałłóów chrominancji z dww chrominancji z dwóóch ch ssąąsiednich liniisiednich linii

QQ2

QQ2

QQQQ2

QQ 11 ′′≈′≈′′+′

≈′′+′′+′−′

=′′+′ ∆∆

II2

II2

IIII2

II 111 ′′≈′≈′′+′

≈′′−′′+′+′

=′′+′ ∆∆

Skompensowane zostaSkompensowane zostałły w ten sposy w ten sposóób znieksztab zniekształłcenia cenia fazowe powodujfazowe powodująące zmiany koloru.ce zmiany koloru.

W systemie PAL sygnaW systemie PAL sygnałły chrominancji zostay chrominancji zostałły zdefiniowane y zdefiniowane trochtrochęę inaczej niinaczej niżż w NTSC. w NTSC.

UU == (( BB--YY )) ** 0,493 0,493 VV == (( RR--YY )) ** 0,8770,877


Koder PALKoder PAL

Matryca Matryca konwersjikonwersji

z RGB do YUVz RGB do YUV

RRGGBB

YYUUVV

FiltrFiltrdolnoprzepustowydolnoprzepustowy

FiltrFiltrdolnoprzepustowydolnoprzepustowy

++

++

Formowanie Formowanie impulsu impulsu

synchron. kolorusynchron. koloru

Generator Generator synchronizacjisynchronizacji

Linia Linia opopóóźźniajniająącaca

ModulatorModulator

UU

ModulatorModulator

VV

PrzePrzełąłącznikcznik

9900oo / 270/ 270oo

Przesuwnik Przesuwnik fazy fazy

Generator Generator podnopodnośśnejnej

00oo

++SygnaSygnałł

PALPAL

ffhh/2/2

++++

3


6.6. Telewizja cyfrowaTelewizja cyfrowa

Technologia kodowania, transmisji i odbioru sygnaTechnologia kodowania, transmisji i odbioru sygnałłu u telewizyjnego w postaci cyfrowej. telewizyjnego w postaci cyfrowej.

Telewizja cyfrowa dziTelewizja cyfrowa dzięęki zastosowaniu algorytmki zastosowaniu algorytmóów w kompresji obrazu i dkompresji obrazu i dźźwiwięęku (ku (MPEGMPEG--22) pozwala przes) pozwala przesłłaaćć od od 44 do do 1010 razy wirazy więęcej programcej programóów telewizyjnych niw telewizyjnych niżżw przypadku telewizji analogowej dla pasma (kanaw przypadku telewizji analogowej dla pasma (kanałłu) u) o podobnej szerokoo podobnej szerokośści.ci.

Telewizja cyfrowa udostTelewizja cyfrowa udostęępnia upnia użżytkownikowi szereg ytkownikowi szereg dodatkowych funkcji:dodatkowych funkcji:

§§ informacjinformacjęę opisowopisowąą o dostarczanych programach (EPG), o dostarczanych programach (EPG), §§ automatyczne wyszukiwanie programautomatyczne wyszukiwanie programóów, w,


§ możliwość wyboru wersji językowej (kilka kanałówdźwiękowych)

§ wyświetlanie napisów, § kodowanie programów (telewizja płatna), § inne (interakcja, blokada kanałów).

Sygnałvideo

Kompresjavideo

Kompresjaaudio

Sygnałaudio

Dane Dane

Skompresowany sygnał video

Skompresowany sygnał audio

Telewizja cyfrowa mogła powstać dzięki opracowaniu efektywnych algorytmów kompresji danych.


Telewizja analogowa a telewizja cyfrowa - porównanie

Znaczna, sygnał w dużym stopniu zabezpieczony przed zakłóceniami powstającymi w torze transmisyjnym

Niezbyt duża, sygnałbardzo podatny na różnego rodzaju zakłócenia

Odpornośćna zakłócenia

Wysoka (HDTV, dźwiękprzestrzenny itd.)ZadowalającaJakość

Do 10 programów na kanał1 program na kanałLiczba

programów

DVB, ATSC, ISDBNTSC, PAL, SECAMStandardy

Telewizja cyfrowa

Telewizja analogowa


Jak próbkować sygnały analogowe aby uzyskaćodpowiedni sygnał cyfrowy ?

ITU-R 601 Recommandation

Częstotliwość próbkowania: 13,5 MHz dla luminanacji6,75 MHz dla chrominancji

fsamp > 5,5 MHz→Tw. Shannona→Szerokość pasma chrominancji: 2,75 MHzfsamp > 12 MHz→Tw. Shannona→Szerokość pasma luminancji: 6 MHz

Aby zapewnić kompatybilność pomiędzy systemami z 525 i 625 liniami częstotliwośćpróbkowania musi spełniać warunki:

6,67 MHz = 432 x (625 x 25) Hz = 429 x (525 x 29,97)HzChrominancja:13,5 MHz = 864 x (625 x 25) Hz = 858 x (525 x 29,97)HzLuminancja:

Przyjęto:

360 próbek w liniiChrominancja:720 próbek w liniiLuminancja:Rozdzielczość pozioma:

Rozdzielczość pionowa: 576 linii

4


Struktura obrazu (625 linii 50 Hz)

24 linie

25 linii

288 linii

288 linii

VANC Field 1

VANC Field 2

Field 2

Field 1

HANC

2 x 720 próbek (720 Y + 2*360 U,V )

2 x 144 próbki

VANC (Vertical ANCiliary field)

- Teletext- Test lines- VITC (Vertical Information Time Code)- WSS (Wide Screen Signalling)

HANC (Horizontal ANCiliary field)

- Temporal references- AES (Audio Embbeded Sound)


HDTV

Telewizja wysokiej rozdzielczości

1920

1152TV 16/9

960 x 576TV 4/3 720

576

Telewizja klasyczna

Formaty obrazu i rozdzielczości stosowane w telewizji cyfrowej


DVB - Digital Video Broadcasting

DVB jest europejskim konsorcjum złożonym z producentów sprzętu, nadawców i przedstawicieli władz zainteresowanych rozwojem telewizji cyfrowej (DVB project).

CommercialConstraints

RecommandationsStandarisationorganisations

Standards (DVB-S, DVB-T …)

project

Lokalizacja projektu DVB


Główne Standardy DVB

Operator Siećdystrybucji

Satelitay

Sieci kablowe

Nadajniki naziemne

Odbiorcy

DVB-CA

DVB-SI

DVB-S

DVB-C

DVB-T

DVB-RC

Return Channels-DVB-RCCommon interface for conditional access-DVB-CAService information” specifications-DVB-SIDigital transmission systems via terrestrial channels-DVB-TDigital transmission systems via cable-DVB-CDigital transmission systems via satelite-DVB-S

5


Przekształcenia sygnału w części nadawczej systemu telewizji cyfrowej (transmisja radiowa)

Kompresja Kompresja i kodowanie i kodowanie

MultiplekserMultiplekser

SygnaSygnałłvideovideo

Kompresja Kompresja i kodowanie i kodowanie

SygnaSygnałłaudioaudio

Dane sterujDane sterująącece

Dane dodatkoweDane dodatkowe

TransportTransportKodowanieKodowaniekanakanałłoweowe ModulacjaModulacja

MPEGMPEG--22

DVBDVB--SS

DVBDVB--TT


DVB-S – standard nadawania sygnału satelitarnego telewizji cyfrowej, (European Telecommunication Standard Organization, ETS Document ETS 300 421 )

Ogólny schemat procesu kodowania sygnału w nadajniku

Dane Dane MPEGMPEG--22

Randomizacja Randomizacja danych danych

Kodowanie Kodowanie zewnzewnęętrzne trzne Przeplot Przeplot

Kodowanie Kodowanie wewnwewnęętrzne trzne

KsztaKształłtowanietowaniesygnasygnałłu u

ModulacjaModulacjaQPSK QPSK

KanaKanałłtransmisyjnytransmisyjny


Blok 1: Randomizacja danych (scrambling)

Strumień danych z kodera MPEG-2 składa się z pakietów o długości 188 bajtów. Pakiety poddaje się tzw. randomizacji aby rozproszyć energię sygnału i zabezpieczyć przed wysyłaniem pozornie niemodulowanej fali nośnej.

Algorytm randomizacji polega na sumowaniu modulo 2 kolejnych bitów strumienia wejściowego z bitami sekwencji pseudolosowej o długości 1503 bajtów. Sekwencja losowa tworzona jest przy pomocy zdefiniowanego w normie DVB wielomianu.


Zasada działania układu randomizacji

01 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1

A V D T V D T V A

Pakiety MPEG-2 – ciąg zer i jedynek

exor

exor

Generator pseudolosowy

188 B

6


Blok 2: Kodowanie zewnętrzne (outer coding)

Dane uzyskane w wyniku procesu randomizacji koduje sięprzy pomocy skróconego kodu Reeda-Solomona(RS 204,188, 8). W efekcie z pakietu o długości 188 bajtów powstaje pakiet składający się ze 204 bajtów.

Dodatkowa informacja dołączona w wyniku kodowania zewnętrznego pozwala na poprawienia do 8 błędów w pakiecie o długości 188 bajtów.

Zasada działania kodera Reeda-Solomona (przykład)

Przesyłane są trzy bajty: 02 11 13

Algorytm R-S uzupełnia ciąg o dwa bajty: 02 11 13 26 63

S1= 02+11+13 = 26

S2= 02*1+11*2+13*3 = 63


Podczas transmisji nastPodczas transmisji nastąąpipiłł bbłąłąd:d: 02 11 13 02 11 13 2626 63631313

Oblicza siOblicza sięę sumy:sumy: SS11= 02+13+13 = = 02+13+13 = 2828

SS22= 02*1+13*2+13*3 = = 02*1+13*2+13*3 = 6767

NastNastęępnie wyznaczane spnie wyznaczane sąą::

WartoWartośćść bbłęłędu = du = 2828 –– 2626 = +2= +2

Pozycja bPozycja błęłędu = du = ((6767 –– 6363)/2 = 2)/2 = 2

Rezultat:Rezultat:LiczbLiczbęę na pozycjina pozycji 22 ((1313)) nalenależży skorygoway skorygowaćć odejmujodejmująąc wartoc wartośćść bbłęłędudu

((22), ), czyli po korekcji i usuniczyli po korekcji i usunięęciu dodanych bajtciu dodanych bajtóów odbiornik zarejestruje w odbiornik zarejestruje ciciąągg

02 11 1302 11 13

Jest to dokJest to dokłładnie ten sam ciadnie ten sam ciąąg, jaki zostag, jaki zostałł wyswysłłany z nadajnika.any z nadajnika.


Blok 3:Blok 3: Przeplot (Przeplot (interleavinginterleaving))

Splotowy przeplot bajtSplotowy przeplot bajtóów strumienia o gw strumienia o głęłębokobokośści I =12. ci I =12. Realizacja algorytmu nastRealizacja algorytmu nastęępuje w 12 gapuje w 12 gałęłęziach ziach stanowistanowiąących rejestry przesuwne FIFO o dcych rejestry przesuwne FIFO o dłługougośści 17 bajtci 17 bajtóów w kakażżdy. Razem ddy. Razem dłługougośćść rejestrrejestróów wynosi 17*12 = 204. w wynosi 17*12 = 204. Kolejne rejestry rKolejne rejestry róóżżniniąą sisięę opopóóźźnieniem od 0 do 11*17. Dane nieniem od 0 do 11*17. Dane ze strumienia wejze strumienia wejśściowego podawane sciowego podawane sąą za pomocza pomocąąprzeprzełąłącznika na kolejne gacznika na kolejne gałęłęzie ukzie ukłładu. Pierwszy bajt pakietu adu. Pierwszy bajt pakietu jest zawsze podawany na gajest zawsze podawany na gałąźłąź o zerowym opo zerowym opóóźźnieniu. nieniu. Przeplot zwiPrzeplot zwięększa podatnoksza podatnośćść na korekcjna korekcjęę bbłęłęddóów grupowych.w grupowych.


Po co wykonywaPo co wykonywaćć przeplot ?przeplot ?

AADD NN EE -- PP RR ZZ EE SS YY ŁŁ AA NN EE

CiCiąąg danych przewidziany do transmisjig danych przewidziany do transmisji

Bez przeplotu:Bez przeplotu:

Nadane:Nadane: AADD NN EE -- PP RR ZZ EE SS YY ŁŁ AA NN EE

BBłęłędydy

AADD NN EE -- PP RR ZZ EE SS YY ŁŁ AA NN EE

BBłęłędydy

Odebrane:Odebrane: AADD NN EE -- PP RR ZZ EE SS YY ŁŁ AA NN EE

7


Z przeplotem:Z przeplotem:

BBłęłędydy

Nadane:Nadane: NNDD PP SS NN AA ZZ ŁŁ AA EE -- EE YY RR EE

BBłęłędydy

Dane po wykonaniu przeplotuDane po wykonaniu przeplotu

BBłęłędne dane zostadne dane zostałły rozy rozłłoożżone w czasie bardziej one w czasie bardziej rróównomiernie. Uwnomiernie. Ułłatwia to korekcjatwia to korekcjęę bbłęłęddóów. w.

AADD NN EE -- PP RR ZZ EE SS YY ŁŁ AA NN EEOdebrane:Odebrane:

Dane odtworzone (odwrDane odtworzone (odwróócona operacja przeplotu) cona operacja przeplotu)


Blok 4:Blok 4: Kodowanie wewnKodowanie wewnęętrzne (trzne (innerinner codingcoding))

Kodowanie splotowe. W zaleKodowanie splotowe. W zależżnonośści od wymagaci od wymagańńtransmisyjnych istnieje motransmisyjnych istnieje możżliwoliwośćść uużżycia kodu o rycia kodu o róóżżnych nych tzw. sprawnotzw. sprawnośściach. ciach. →→ LiteraturaLiteratura

Blok 5:Blok 5: KsztaKształłtowanie sygnatowanie sygnałłu w pau w paśśmie podstawowymmie podstawowym((basebandbaseband pulsepulse shapingshaping))

Zakodowanie wejZakodowanie wejśściowego strumienia danych kodem ciowego strumienia danych kodem Gray`aGray`a (poszczeg(poszczegóólne slne słłowa kodu rowa kodu róóżżniniąą sisięę tylko na tylko na jednym miejscu) i filtracja impulsjednym miejscu) i filtracja impulsóów tak utworzonego w tak utworzonego sygnasygnałłu przy pomocy filtru o odpowiedniej charakterystyce. u przy pomocy filtru o odpowiedniej charakterystyce. W ten sposW ten sposóób sb sąą ksztakształłtowane zbocza impulstowane zbocza impulsóów sygnaw sygnałłu u przed modulacjprzed modulacjąą..


( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

=+=+=+=+

=

1,1x,xdla47tcosU1,0x,xdla45tcosU0,0x,xdla43tcosU0,1x,xdla4tcosU

210

210

210

210

QPSK

πΩπΩπΩ

πΩ

ϕ

Blok 6:Blok 6: Modulacja QPSK (Modulacja QPSK (QuadratureQuadrature PhasePhase Shift Shift KeyingKeying))

Dla poszczegDla poszczegóólnych par bitlnych par bitóów reprezentowanych przez w reprezentowanych przez sygnasygnałły wytworzone w poprzednim bloku, nasty wytworzone w poprzednim bloku, nastęępuje puje modulacja fali nomodulacja fali nośśnej. Sygnanej. Sygnałł na wyjna wyjśściu modulatora ciu modulatora formowany jest wedformowany jest wedłług zaleug zależżnonośści:ci:


0 1 2 3 4 5 6-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

(1,0)(1,0) (0,0)(0,0) (0,1)(0,1) (1,1)(1,1)I

Q

(0,0)(0,0) (1,0)(1,0)

(0,1)(0,1) (1,1)(1,1)

Q(1,0)(1,0)

zakzakłłóóceniecenie

8


Konstelacja Konstelacja –– obraz sygnaobraz sygnałłu rzeczywistego zmodulowanego u rzeczywistego zmodulowanego QPSKQPSK

(1,0)(0,0)

(0,1) (1,1)

System NTSC - przypomnienie Telewizja – część 3 Y I Q · w systemie PAL • Telewizja cyfrowa...

Documents

Transcript of System NTSC - przypomnienie Telewizja – część 3 Y I Q · w systemie PAL • Telewizja cyfrowa...