Цифровой видеосигнал получается из аналогового видеосигнала путем преобразования его в цифровую форму [3 ]. Это преобразование включает в себя три операции:
1. Дискретизацию во времени, то есть преобразование непрерывного во времени видеосигнала в последовательность отсчетов, обновляющихся через определенные промежутки времени.
2. Квантование по уровню – замена непрерывной шкалы амплитуды видеосигнала на выбранный набор уровней квантования с округлением значения каждого отсчета до ближайшего уровня квантования.
3. Кодирование отсчетов, в результате которого значение отсчета представляется в виде числа, соответствующего номеру полученного уровня квантования.
Дискретизация обычно производится в соответствии с теоремой Котельникова, согласно которой должно выполняться условие fд > 2fв, где fд – частота дискретизации, а fв – верхняя граничная частота спектра видеосигнала. Для стандартного видеосигнала fв = 6,5 МГц, следовательно, частота дискретизации для видеосигнала стандартного разрешения должна составлять не менее 13 МГц.
Результатом дискретизации могут быть характерные искажения, которые появляются после обратного преобразования цифрового сигнала в аналоговый и его выводе на монитор. Среди таких искажений следует выделить следующие:
- появление муара в области регулярного высокочастотного сигнала (например, на вертикальном клине телевизионной таблицы);
- появление зубчатой структуры изображения на границах наклонных линий.
Верхняя граничная частота спектра видеосигнала определяется по формуле
где k – формат изображения на экране (отношение ширины к высоте); z – полное число строк в кадре; n – частота кадров; α и β – коэффициенты, показывающие доли обратных ходов строчной и кадровой разверток; p – экспериментально определяемый коэффициент, равный 0,75 – 0,85.
Важным является условие, в соответствии с которым разрешающая способность по горизонтали и по вертикали в телевизионной системе одинакова и отдельные элементы изображения представляют собой квадрат. В соответствии с этой формулой для видеосигнала стандартного разрешения верхняя граница спектра составляет 6,5 МГц, а для видеосигнала высокой четкости – 30 МГц.
В соответствии с теоремой Котельникова определяется значение fв. Исходя из этого значения выбирается АЦП.
Квантование
Квантование определяется еще одним параметром АЦП – числом уровней квантования Nкв. Этот параметр имеет прямую связь с числом разрядов АЦП n, определяемым по формуле
Число уровней квантования и, соответственно, разрядность АЦП определяют величину ошибки квантования, которая может влиять на качество изображения. На рис. Показан исходный сигнал до квантования а), после квантования б) и ошибка квантования. На рис. Показан результат влияния ошибки квантования видеосигнала. Одно и то же изображение показано с различными уровнями квантования: а – 16, б – 8, в – 4, г – 2. Слишком малое число уровней квантования создает ложные контуры и приводит к частичному и полному исчезновению признаков с низкой контрастностью [4].
В системах цифрового телевидения, как правило, применяется равномерное квантование видеосигналов, прошедших гамма-коррекцию. Чаще всего используется АЦП с числом разрядов n = 8, который дает число уровней квантования 256. В этом случае шум квантования малозаметен. Кроме того, значение шума квантования в этом случае соизмеримо с шумами источника видеосигнала. Еще одним фактором является способность человеческого зрения различать количество оттенков серой шкалы обычно не более 200 – 250. Но в некоторых случаях число разрядов АЦП повышается до 10 и даже 12. Делается это с учетом возможной последующей цифровой обработки при редактировании цифрового видеосигнала.
Под кодированием понимается процесс формирования последовательности цифровых отсчетов, формируемых АЦП. Этот поток может формироваться как в параллельном, так и в последовательном виде. Процесс кодирования обычно регламентируется стандартами.
