Semnale Video Complexe

Cursul 5

SEMNALUL VIDEO COMPLEX DE TELEVIZIUNE

Cuprins 1. Formarea semnalului complex de televiziune

1.1. Descompunerea imaginii si formare semnalului de televiziune 1.2. Spectrul semnalului de televiziune 1.3. Limitele spectrului de televiziune

2. Structura semnalului video complex de televiziune 3. Temporizarea video analogica si digitala

Introducere

Semnalul Video Complex de televiziune (SVC) reprezinta semnalul fundamental in transmiterea informatiilor video in sistemele TV.

Structura SVC presupune semnalul video informatie pentru imaginea TV si semnale ajutatoare cu rol de temporizare care asigura in principal refecerea imaginii la receptie si, de asemenea, permite sincronizarea transmisiilor de la mai multe sisteme producatoare de semnale video (camere video, aparate video, transmisii de la alte statii de televiziune, etc.).

Parametri SVC sunt standarzizati in cadrulnormelor TV pentru TV satandard si pentru TV de inalta definitie (HDTV).

Semnalele de stingere au corespondenta in structura fluxului digital video.

Obiective

Dupa parcurgerea acestei unitati de invatare studentii vor fi in masura: Sa explice procesul de discretizare temporala si spatiala a

imaginii TV pentru obtinerea semnalului video de televiziune.

Sa prezinte analitic si sa explice formarea spectrului de televiziune.

Sa cunoasca parametri esentiali ai semnalelor de stingere sincronizare si sai coreleeze cu semnalele tip cod din structura fluxului digital.

Timpul mediu

de studiu

Timpul mediu de studiu individual este de 2 ore


Page 2

1. Frormarea semnalului complex de televiziune

Imaginea ce urmeaz a fi transformat n semnal de televiziune este captat cu ajutorul camerei TV i la nivelul senzorului de imagine din construcia dispozitivului video captor (DVC) sub aciunea sitemului de explorare are loc un proces complex de descompunere a imaginii ntr-un numr finit de puncte (eantioane) de imagine, fiecare fiind caracterizat de parametrii ce-i definesc luminozitatea i culoarea. 1.1. Descompunerea imaginii i formarea semnalului de televiziune

Procesul de transformare a imaginii, reprezentat prin vectorul luminan (strlucire) B(x,y,t), n semnal de televiziune s(t) reprezint prima etap i deci prima problem a televiziunii care se rezolv n cadrul studioului TV. Acest proces este un proces complex de discretizare a funciei B(x,y,t) care poate fi privit ca o imagine monocrom indiferent dac fenomenul are loc n unul din cele trei dispozitivele video de captare a imaginii corespunztor culorilor primare R,G,B.

Procesul de discretizare vizeaz o discretizare temporal i o discretizare spaial a funciei de luminan B(x,y,t). a) Discretizarea temporal se bazeaz pe proprietatea sistemului vizual uman de a integra n timp o succesiune de imagini. Procesul discretizrii temporale se poate exprima analitic prin funcia:

( ) ( )

=

-=1

,),,(k

kk ttgyxftyxB (1.1)

n care: fk(x,y) funcia imagine bidimensional static de luminan

definit pe intervalul tk+ tk+1. Aceast funcie este denmit funcia cadru sau cadru de imagine. Pe scurt Cadru TV.

g(t-tk) funcia de integrare temporal specific sistemului vizual uman.

Ca urmare, n urma procesului de discretizare temporal a imaginii are loc transformarea funciei luminan B(x,y,t) ntr-o succesiune temporal de cadre statice de imagine f(x,y) care pot fi transmise secvenial. b) Discretizarea spaial se bazeaz pe proprietatea sistemului vizual uman de a realiza i o integrare spaial a elementelor de imagine ca urmare a proprietii acestuia de a separa sau nu dou puncte nvecinate din coninutul imaginii n funce de distana de observare a acesteia. Aceat proprietate se numete puterea


Page 3

de separare S0 i care depinde de unghiul minim sub care sunt percepute dinstinct dou puncte ale imaginii, numit unghiul rezolutiv . Discretizarea spaial asigur descompunerea fiecrui cadru de imagine ntr-o reea de puncte de eantionare obinndu-se astfel imagina eantionat. Punctele de eantionare definesc astfel elemntele de imagine care se pot transmite secvenial pe intervalul de timp alocat unui cadru de imagine TC. Discretizarea spaial are loc n dou etape succesive dup coordonatele Ox i Oy corespunztoare explorrii pe linii H i cadre V. n televiziunea analogic se realizeaz doar discretizarea spaial corespunztoare axei Ox, se transmite un semnal analogic care reprezint valorile luminaei pe linii i pe cadre. n televiziunea digital se parcurg ambele etape ale discretizrii spaiale dup cele dou axe Ox i Oy, obinndu-se astfel un set de valori pentru ambele dimensiuni ale cadrului de imagine H i V. Procesul discretizrii spaiale se poate exprima analitic prin funcia:

( ) ( )

-=y

yxyx

x nnnnn

nrrrfyxf d),( (1.2)

n care: ( )yxnn

rf - funcia imagine eantionat definit pe vectorul de poziie al reelei de eantionare, vector cu expresia: .......2211 ++= rnrnr yxnn ( )

yx nnrr -d - funcia de eantionare.

Funcia imagine eantionat ( )

yxnnrf poate fi reprezentat n planul frecvenelor

spaiale x

x r1

=u i y

y r1

=u (fig.1.2).

y

rx

ry x

Fig. 1.2. Spectrul imaginii eantionate


Page 4

Reprezentarea funciei imagine eantionat n planul frecvenelor spaiale reprezint spectrul imaginii eantionate, care este format prin repetarea periodic n planul frecvenelor spaiale a spectrului imaginii n original.

Ca urmare, funcia imagine este limitat n band, adic are detalii ce nu pot fi orict de mici, ea poate fi reconstituit n original dac se cunosc valorile pe care le ia luminana i respectiv crominana (dup caz) ntr-un numr de puncte distribuite pe o reea suficient de bine aleas [1]. 1.2. Spectrul semnalului de televitiune Discretizarea i obinerea spectrului imaginii eantionate este un proces care se desfoar periodic dup axele Ox i Oy cu perioadele H i V. Deci, funcia cadru de iamgine f(x,y) poate fi decompus n serie Fourier dup coordonatele H i V i va avea expresia [1]:

( ) ( )y

y

xyn

x

nyn

nxnnn

yxByxf jupjup ++=

2cos2cos),( (1.3)

Prin aplicarea simplificat la primul termen al identitii trigonometrice a produsului funciei cosinus i notnd suma defazajelor

yxyx nnnnjjj =+ expesia

funciei cadru devine

( )[ ]

++=y

yxyn

x nnnyxnn

nyxByxf juup2cos

21),( (1.4)

n care, n baza consideraiilor

tfHtTHtvx H

Hx === ; tfVtT

Vtvy CC

y ===

Hn

rx

xx ==

1u ; Vn

ry

yy ==

1u

(1.5)

(1.6)

funcia cadru f(x,y) a imaginii se transform n semnal electric s(t)

( )[ ]

++=y

yxyn

x nnnCyHxnn

nBS tfnfnBKts jp2cos2

1)( (1.7)

n care: KBS factor de proporionalitate n transformarea

luminan semnal electric

yxyn nnnnBSSBK =

21 - amplitudinea componentelor spectrale ale semnalului

obinut prin explorarea imaginii statice f(x,y) pe linii cu frecvena fH i pe cadre cu frecvena fC


Page 5

Se noteaz ( )

yxnnCyHxffnfn =+ i se obine expresia final a semnalului

de televiziune:

( )

+=y

yxyxyn

x nnnnnnn

ntfSts jp2cos)( (1.8)

n concluzie, energia semnalului, corespunztoare spectrului de frecven

al semnalului de luminan, se grupeaz n pachete energetice formate din linii spectrale concentrate n jurul unor multipli ai frecvenei de explorare pe linii (fH). Liniile spectrale sunt dispuse la intervale corespunztoare frecvenei de explorare pe vertical (fC), aa cum este reprezentat n figura 1.3, reprezentarea cu linii trasate continuu.

Ponderarea cea mai mare a energiei semnalului de televiziune este concentrat n jurul componentelor spectrale cu frecven joas, unde componentele din marginile pachetelor energetice nvecinate se ntreptrund. n zona frecvenelor superioare ale semnalului de luminan pachetele energetice au amplitudine mic, conin mai puine componente spectrale ceea ce duce la apariia unor spaii libere ntre pachete.

n cazul sistemului de televiziune color PAL, spectrul semnalului de crominan este format din pachete energetice simetrice dispuse n jurul subpurttoarei de crominan; pachetele energetice sunt astfel decalate fa de spectrul semnalului de luminan nct se asigur ntreeserea lor (fig. 1.3 - reprezentarea cu linii trasate ntrerupt).

Banda ocupat de spectrul semnalului de crominan este mult mai mic n comparaie cu banda ocupat de semnalul de luminan, comparabil cu sensibilitatea la culoare a sistemului vizual uman.

fsc

Fig. 1.3 Spectrul de frecven al semnalului de televiziune

fC

0 fH 2fH nfH

f

Energie

Spectrul semnalului de luminan

Spectrul semnalului de

crominan


Page 6

Semnalul de crominan EC este rezultat al modulrii n amplitudine cu purttoare suprimat (MA-PS) a subpurttoarei de crominan cu frecvena fsc de ctre componentele de culoare EB EY i ER EY Spectrul de frecven al semnalului de crominan este format din pachetele energetice corespunztoare benzilor laterale. Pachetele energetice sunt dispuse simetric fa de subpurttoarea de crominan i ntreesut cu pachetele energetice ale semnalului de luminan. n cazul unor imagini fixe, spectrul semnalului de luminan este discret i are forma din figura 1.3.

n cazul imaginilor n micare are loc o pendulare a liniilor spectrale fa de poziia de repaus. Deoarece deplasarea elementelor imaginii optice n faa camerei TV se face cu vitez mic (comparativ cu frecvena cadrelor de imagine fC 50 Hz), rezult o pendulare a liniilor spectrale n jurul poziiei de origine cu o frecven de aproximativ 10Hz, ceea ce permite a se considera, i n acest caz al imaginilor n micare, c spectrul semnalului de televiziune are o distribuie discret de energie. 1.3. Limitele spectrului de televiziune

Spectrul de frecven al semnalului de televiziune prezint dou limite prin intermediul frecvenei minim i a frecvenei maxime ce pot fi redate n coninutul imaginii de televiziune. a) frecvena minim fmin Imaginea TV ce are coninut minim de informaie este o imagine care pe vertical (cadrul TV) conine dou zone, una alb i una neagr. Aceat imagine poate fi obinut cu un semnal sinusoidal sau dreptunghiular cu frecvena egal cu frecvena de cadre fC = 50 Hz. Deci frecvena minim a spectrului semnalului TV este fmin = fC = 50 Hz. Valoarea se alege egala cu frecventa retelei nationale de energie asigurandu-se eliminarea fenomenul de intermodulatie. b) frecvena maxim fmax Frecvena maxim a semnalului de televiziune se determin din relaia:

Cyx

C

yx fnn

Tnn

f

=

=

22max (1.9)

n care: x

xx Hr

Hn n== - numrul de eantioane pe orizontal,

pe o linie TV ZV

rVn y

yy === n - numrul de eantioane pe vertical.


Page 7

n baza considerentului unei aceleai rezoluii pe verticala i pe orizontala ecranului, adic

VZ

yx ==nn expresia frecvenei maxime devine:

CfZVHf = 2max 2

1 (1.10)

n care: p

VH

= - raport de aspect, cu valoarea standard egal cu 4/3;

Z = 626 linii i fC = 50 Hz. Pentru aceste valori frecvena maxim a imaginii este: fmax = 13 MHz

n practic frecvena maxim a spectrului este mai mic datorit unor limitri cauzate de pierderele de redare datorate curselor inverse de cadre i de linii i datorit utilizrii n redarea imaginii a unei explorri de tip intreesut. Aceste pierderi se prezint:

pierderile pe vertical sunt determinate de numrul delinii care se utilizeaz pe durata curselor inverse de cadre (Zi = 2x25 = 50 linii TV), rezult c numrul liniilor utilizate este 625 - (2x25) = 575 linii active. Aceasta se poate generaliza prin relaia:

( )Viiy kZZZ

ZZZn -=

-=-= 11 (1.11)

n care kV factor de pierdere pe vertical

pierderile pe orizontal sunt determinate de intervalul de timp necesar ntoarcerii pe orizontal THi = 12 s, interval de timp luat din durata unei linii, ceea ce se poate scrie prin relaia:

( )HHH

HHHHdH kTT

TTTTT i

ii-=

-=== 11 (1.12)

n care kH factor de pierdere pe orizontal

pierderi datorit ntreeserii rastrului (a semicadrelor). Aceste pierderi se exprim prin factorul Kell a crui valoare uzual este K = 0,64

Ca urmare, valoarea frecevenei maxime a spectrului de frecven a

semnalului de televiziune se determin i are valoarea:

MHzkkKfZpf

H

VC 61

121 2

max @--

= (1.13)

Cunoaterea limitelor spectrului de frecven ale semnalelor TV i ndeosebi a frecvenei maxime de 6 MHz este de mare interes n trecerea la


Page 8

televiziune digital pentru procesul de eantionare a crui frecven este strict legat de fmax prin relaia lui Claude Schannon. De aesemenea, se poate stabili banda semnalului de luminan TV:

MHzHzMHzffB 6256minmax @-=-= (1.14)

Claude Schannon are ccontributii si in stabilirea relatie pentru determinarea capacitatii canalului de radiocomunicatii.

2. Structura Semnalului Video Complex de televiziune

Semnalul obinut prin nsumarea semnalelor de videofrecven corespunztor imaginii (Y, U i V) cu semnalul complex de stingere - sincronizare pentru linii i pe cadre i cu semnalele de sincronizare a culorii - constituie semnalul video complex (SVC), denumit i semnal video compozit (CVBS)

Semnalul de videofrecven, semnalul video util, este produs de ctre senzorul de imagine din traductorul optoelectronic (TOE) din structura camerei de televiziune. Semnalul de videofrecven corespunde n cadrul fiecrei linii TV, punct cu punct, cu intensitatea i crominana luminoas a radiaiei provenit de la imaginea optic captat prin sistemul optic al camerei TV.

Semnalul complex de stingere i sincronizare este un semnal de videofrecven format din impulsul de stingere peste care este suprapus impulsul de sincronizare. Acest semnal este diferit ca structur i parametri de timp pentru explorarea pe orizontal i pentru explorarea pe vertical (fig.1.4, fig.1.5, fig.1.6). La semnalul complex de stingere i de sincronizare se remarc durata mult mai mare a impulsurilor de stingere vertical i de sincronizare vertical n raport cu impulsurile corespunztoare baleiajului pe orizontal.

Fig. 1.4 Structura si parametri semnalelor complexe de stingere - sincronizare. a) pentru explorarea pe orizontala; b) pentru explorarea pe verticala


Page 9

Cu ajutorul semnalului complex de sincronizare, transmis odat cu semnalul de imagine, se asigur recepionarea unei imagini sincronizate cu cea de la emisie. Indiferent de tipul de modulaiei pozitiv sau negativ semnalul de sincronizare se transmite ncepnd de la un nivel care depete nivelul de negru, pentru ca acesta s nu se vad pe imaginea de televiziune. n figura 1.5 si 1.6 sunt prezentate caracteristicile semnalului de sincronizare pe vertical i a semnalului de sincronizare pe orizontal in structura SVC reprezentat pentru o linie TV si respectiv pentru un cadru TV, pentru standardul de televiziune CCIR. Acest standard precizeaza ca in functie de varianta B/G sau D/K nivelul de modulatie pentru Stingere si respectiv pentru Sincronizare poate avea valori de 75 si 73, respectiv ca in reprezentare 78 si 75. Spatiul de la nivel zero la nivel 10% reprezinta spatiul de garda pentru eliminarea zgomotelor si interferentelor cu informatia de sunet.

Ca urmare, pe scara de amplitudini ale SVC se pot distinge patru niveluri de amplitudine ale semnalul video complex:

nivelul impulsurilor de sincronizare (valoarea minim, pentru semnal video pozitiv figura 1.5);

nivelul de stingere; nivelul de negru, foarte apropiat de nivelul de stingere; nivelul de alb (corespunde valorii maxime a semnalului pentru semnal

video pozitiv).

Transmiterea semnalelor de sincronizare orizontal are loc i pe ntreaga durat a impulsului de stingere pe vertical, durata egala cu 1600 s care corespunde cu durata a 25 de linii TV (fiecare de 64s).


Page 10

Impulsul de sincronizare cadre este precedat de cinci impulsuri de preegalizare, este urmat de alte cinci impulsuri de postegalizare. Durata imulsului de sincronizare cadre este crestata cu cinci impulsuri de crestare (fig.1.7.b.i d). Impulsurile de preegalizare, de crestare si de postegalizare au durata egala cu TH / 2, adica de 32 s.

n figura 1.7.a i c sunt reprezentate semnale compuse din impulsuri de stingere i sincronizare de linie i de semicadru, iar n figura 1.7.b i d sunt reprezentate semnale compuse din impulsuri de sincronizare i de stingere de semicadru (1- semicadru cu linii impare , 2 - semicadru cu linii pare).

n reprezentrile din figurile 1.5, 1.6 si 1.7 se observ existen mai multor tipuri de impulsuri n structura semnalului video complex i anume: Impulsuri de stingere de linii i de stingere cadre, care sunt transmise n

timpul curselor inverse de linii respectiv de cadru / semicadru. Durata impulsurilor de stingere este cu puin mai mare dect a curselor inverse de baleiaj. Aceste impulsuri au rolul de a produce stingerea regimurilor tranzitorii naintea aplicrii impulsului de sincronizare i de a stinge traseele curselor inverse de baleiaj.

Impulsuri de sincronizare de linii si cadre. Aceste impulsuri, situate n infranegru au aceeai amplitudine, ns difer prin durat.

Cele dou tipuri de impulsuri sunt separate dup criteriul de durat, pentru

a sincroniza baleiajul de linii, respectiv cadre. n cazul normei CCIR - D/K se impune analiza impulsului de sincronizare linii i a impulsului de sincronizare semicadre reprezentate in figura 1.7.d. Pentru sincronizarea generatorului de baleiaj pe orizontal pe durata impulsului de sincronizare semicadre (d) se prevd crestturile (m) care se succed la intervale de timp egale cu durata unei jumti de linie (1/2TH).

Fig. 1.6 Semnalul complex de stingere sincronizare cadre TV

pentru standardul CCIR

t 1600ms

160ms 160ms

20TH 21/2TH 21/2TH

uS 100% 78% 10%

impuls de stingere cadre

impuls de sincronizare cadre

25TH


Page 11

De asemenea, din figura 1.7 se poate observa c poziia ultimului impuls

de sincronizare linii fa de impulsul de sincronizare semicadre difer pentru cele dou tipuri de cmpuri pare i impare, datorit specificului baleiajului ntreesut.

Ca urmare, nainte i dup fiecare impuls de sincronizare semicadru este introdus cte un grup de 5 impulsuri de egalizare pe duratele b i e din figura 1.7.b, care se succed la intervale egale cu durata unei jumti de linie TV. Polaritatea semnalului video modulator - SVC

Polaritatea semnalului modulator, SVC (Semnal Video Complex), poate fi pozitiv sau negativ, dup cum amplitudinea maxim a semnalului video complex marcheaz transmiterea prilor luminoase sau a prilor ntunecate ale imaginii. n figura 1.8 sunt prezentate cele dou polariti ale semnalului video modulator i diferitele nivele ale semnalului video complex.

n cazul modulaiei negative este necesar ca nivelul semnalului de videofrecven s nu scad sub 10%, pentru a asigura recepia semnalului de sunet n bune condiii, fr brum, prin utilizarea procedeului de transmisie intercarrier .

Fig.1.7 Forma semnalului de sincronizare ntre doua cmpuri succesive corespunztor normei CCIR - D/K

c

d)

c)

a)

k l

1 2 1/2TH

1/2TH TH

e d b

1 2 a

m

b)


Page 12

3. Temporizarea video analogica si digitala

3.1. Sincronizarea i temporizarea imaginilor video Crearea, transmiterea i recuperarea cu succes a imaginilor video depinde de fiecare dispozitiv din sistem care funcioneaz n regim de sincronizare cu toate celelalte dispozitive. Atunci cnd camera de televiziune detecteaz valoarea unui element de imagine ntr-o anumit poziie din cadru, ea trebuie s identifice ntr-un anume fel unde urmeaz s fie reprodus n final respectiva valoare pe ecranul televizorului. Elementele de sincronizare (impulsurile de sincronizare linii i cadre TV) impun camerei de televiziune modul n care s genereze o imagine n concordan cu alte camere i surse i i comunic receptorului cum i unde s plaseze imaginea pe ecran n momentul reproducerii finale. Camera TV i n final display-ul tiu cum s scaneze senzorul de imagine sau suprafaa ecranului, ele trebuie s tie numai de unde s nceap i cum s menin ritmul scanrii. Informaia de sincronizare este reactualizat o dat la fiecare linie orizontal i o dat la fiecare baleiaj vertical al ecranului (dou baleiaje pentru fiecare imagine complet n format intercalat 2:1).

t

100% nivel de alb 33% nivel de negru 30% nivel de stingere

impulsuri de sincronizare

US

a) SVC cu modulaie pozitiv

100% impulsuri de sincronizare 75% nivel de stingere 73% nivel de negru

10% nivel de alb

US

t b) SVC cu modulaie negativ

Fig.1.8. Polaritatea semnalului video complex de televiziune


Page 13

n studiourile mari, informaia de sincronizare este furnizat de un generator principal de sincronizare extern. n cadrul unui sistem de dimensiuni reduse, o camer i poate furniza ea nsi informaiile de sincronizare, la fel ca i celelalte surse video.

A) Temporizarea video analogic Exist ase forme de procesare a semnalului complex video aflate n utilizare n acest moment: PAL, PAL-M, PAL-N, NTSC fr configurare, NTSC cu configurare i SECAM [2]. n afar de aceasta, unele ri permit o lrgime de band de transmisie final mai mare, ceea ce las loc pentru o lrgime de band video mai ridicat. n rile cu sistem SECAM, producia de studio se realizeaz, adesea, n componente sau n PAL, iar apoi se formateaz n SECAM pentru transmisie. Formatele video PAL i SECAM sunt asemntoare, diferenele constnd n principal n felul n care informaia cromatic este modulat pe componenta video de luminan. Produsul video de studio const dintr-un flux continuu de informaie care se poate utiliza ca atare, ntrziat pentru a concorda cu celelalte surse, sau nregistrat spre a fi redat ulterior. Ori de cte ori se deplaseaz, o face n timp real i trebuie s poarte cu sine ntreaga informaie necesar pentru crearea unei imagini la destinaie. Produsul video conine informaie referitoare la imagine i informaie de temporizare (sincronizare), n scopul reproducerii adecvate a imaginii. Informaia referitoare la temporizare (sincronizare) include un patern al impulsurilor de sincronizare orizontale cu apariie regulat sau al cuvintelor de date rezervate care identific fiecare linie video, ntrerupt de informaia de sincronizare vertical care survine mai puin frecvent i care i indic display-ului s nceap s scrie imaginea n partea superioar a ecranului. n formatele video compozite NTSC sau PAL, informaia video i de temporizare poate fi observat cu uurin. Monitoarele de form de und video sunt prevzute cu game de viteze de baleiere presetate pentru afiarea liniilor video orizontale, a intervalului de blancare (stingere) orizontal, a unui baleiaj al tuturor liniilor imaginii (viteza vertical), sau doar a liniilor din intervalul de blancare vertical. Este important de recunoscut c toate acestea sunt vizualizri ale aceluiai semnal video, diferena constnd din momentul n care este vizualizat semnalul i din durata pe care acesta este vizualizat de fiecare dat.

n concluzie, semnalul video compozit analogic este o multiplexare cu repartiie n timp a informaiei video de luminan i de sincronizare.

Informaia referitoare la crominan este o multiplexare prin divizarea frecvenei a celor dou canale de difereniere cromatic.


Page 14

Temporizarea orizontal Diagrama de temporizare orizontal pentru sistemul PAL cu 625/50 (fig.1.9) prezint un mod de baleiaj asemntor ca concepie. Intervalul de stingere pe orizontal apare o singur dat pentru fiecare linie de informaie video i este modificat pentru a permite apariia intervalului de stingere pe vertical [2]. Nivelul negru FRONT PORCH orizontal definete un timp pentru semnalul video pe fiecare linie, sfrindu-se atunci cnd fasciculul de electroni se apropie de partea dreapt a ecranului. Punctul de 50 % de pe flancul descresctor al impulsului de sincronizare, care este punctul de referin pentru temporizarea sistemului, poate declana returul pe fasciculul tubului cinescop. SYNC TO BLANKING END (sincronizare sfrit blancare) asigur faptul c semnalul video nu va ncepe s ilumineze ecranul n timp ce fasciculul de electroni este nc n retur (curs invers).

Nivelul REFERENCE WHITE (alb de referin) i nivelul REFERENCE BLACK (negru de referin) sunt specificate pentru a se asigura apariia pe display a tuturor programelor la aceeai luminozitate maxim i minim pentru un contrast constant, fr nici un reglaj din partea privitorului. Diferena de vl (diferena dintre nivelul de blancare i nivelul de negru) de 7,5 IRE (din formatul NTSC - vezi [2] a constituit un subiect de discuie de-a lungul anilor i unele ri opereaz fr nici un vl.

Impulsul de declanare al subpurttoarei cromatice asigur o valoare de referin stabil periodic pentru sincronizarea oscilatorului de culoare al receptorului, astfel ca demodularea informaiei cromatice s fie stabil. Cu toate c impulsul de declanare al subpurttoarei este un eantion de 8 10 cicluri al unei frecvene constante, monitorul de form de und va fi blocat la valoarea de referin pentru temporizarea impulsului de sincronizare orizontal, iar impulsul de declanare NTSC va apare cu faz alternat de la o linie la alta, din cauza unei deviaii a frecvenei de 25 Hz, i impulsul de declanare PAL va apare n schimbare constant. Valoarea de referin pentru temporizarea flancului de sincronizare i impulsul de declanare al subpurttoarei cromatice sunt, n mod individual, propria lor faz constant; ele vor prea c alterneaz sau c se schimb deoarece nu se sincronizeaz ntre ele dect n mod periodic.

De retinut pentru paractica masurarilor ca, in TV analogic liniile TV ncep n punctul de 50% al flancului descresctor al impulsului de sincronizare cu dou niveluri i se termin n acelai punct de pe urmtoarea linie video orizontal.

Formatele de producie analogice de nalt definiie pot utiliza un impuls de temporizare SYNC cu trei nivele care se extinde mai nti sub, i apoi deasupra nivelului de blancare. Referina de temporizare, 0H, pentru SYNC analogic cu trei nivele o constituie tranziia spre pozitiv a formei de und SYNC prin nivelul de blancare (fig.1.10 i tab.1.1).


Page 15

Temporizarea vertical Informaia de temporizare vertical constituie o schimbare de profil a impulsurilor de sincronizare orizontal. Intervalul de blancare vertical are o durat n timp de 20 25 linii video i se afieaz n centrul ecranului monitorului de form de und cu display cu dou cmpuri. Timpul de blancare vertical mai lung permite revenirea vertical mai lent a fasciculului de electroni

Fig. 1.9 Structura semnalului complex de stingere sincronizare pe orizontal pentru sistemul de televiziune PAL

350mV

4,7s 0,2s 1,6s 0,2

Fig. 1.10 Structura unei linii active pentru HDTV analogic i digital


Page 16

al tubului cinescop n partea superioar a ecranului. Se iniiaz linia video n stnga sau n centrul prii superioare a ecranului, pentru a asigura o intercalare 2:1 a cmpurilor n formatele PAL i NTSC. Sunt selectate frecvene care s reduc vizibilitatea informaiei subpurttoarei cromatice, care prezint o frecven video vizibil. n cazul semnalelor PAL, este nevoie de opt cmpuri pentru ca totul s ajung la relaia de faz iniial (un cadru color complet), iar pentru semnalele NTSC de patru cmpuri. Deci, subpurttoarea cromatic revine la aceeai relaie cu SYNC vertical dup patru cmpuri.

Tabelul 1.1 Parametri unei linii digitale HDTV pentru diferite formate

Format Frecven [MHz] A B C D E 1920x1080 60 1:1 148,5 44T 148T 280T 1920T 2200T 1920x1080 59,94 1:1 148,5/1,001 44T 148T 280T 1920T 2200T 1920x1080 60 2:1 74,25 44T 148T 280T 1920T 2200T 1920x1080 59,94 2:1 74,25/1,001 44T 148T 280T 1920T 2200T 1920x1080 30 1:1 74,25 44T 148T 280T 1920T 2200T 1920x1080 29,97 1:1 74,25/1,001 44T 148T 280T 1920T 2200T 1920x1080 50 1:1 148,5 448T 148T 720T 1920T 2640T 1920x1080 50 2:1 74,25 448T 148T 720T 1920T 2640T 1920x1080 25 1:1 74,25 448T 148T 720T 1920T 2640T 1920x1080 24 1:1 74,25 594T 148T 720T 1920T 2640T 1920x1080 23,98 1:1 74,25/1,001 594T 148T 830T 1920T 2750T 1280x720 60 1:1 74,25 70T 212T 370T 1280T 1650T 1280x720 59,94 1:1 74,25/1,001 70T 212T 370T 1280T 1650T 1280x720 50 1:1 74,25 400T 212T 700T 1280T 1980T 1280x720 30 1:1 74,25 1720T 212T 2020T 1280T 3300 1280x720 29,97 1:1 74,25/1,001 1720T 212T 2020T 1280T 3300 1280x720 25 1:1 74,25 2380T 212T 2680 1280T 3960 1280x720 24 1:1 74,25 2545T 212T 2845 1280T 4125 1280x720 23,98 1:1 74,25/1,001 2545T 212T 2845 1280T 4125

Numerotarea liniilor pentru sistemul PAL i majoritatea formatelor de nalt definiie analogice ncepe cu primul impuls cu durat mare de dup ultima semi-linie video i continu cu ntregul cadru (pentru PAL, 625 linii).

n sistemul NTSC, numerotarea liniilor ncepe cu primul impuls de egalizare vertical de dup ultima linie video complet i continu prin fiecare cmp (263 linii pentru cmpul ,1 3 i 262 linii pentru cmpul 2 i 4). n cazul naltei definiii, exist formate de scanare progresive i intercalate. Cele 5 linii ale impulsurilor cu durat mare din intervalul vertical sunt uor diferite de cele din cazul definiiei standard din cauza impulsului SYNC cu trei nivele utilizat n nalta definiie. Sunt cunoscute formatele conform standardului SMPTE 274M: formatul progresiv 1080p, formatul 1080i si formatul 1035i.


Page 17

B) Sincronizarea i temporizarea video digital Trecerea n revist a formatelor analogice relev faptul c exist numeroi timpi nonvideo alocai exclusiv transmiterii informaiei de sincronizare i ntoarcerii spotului de electroni din tubul cinescop. n formatele de studio cu component digital, SYNC este un patern cu cuvnt rezervat scurt, restul timpului putnd fi utilizat pentru componenta audio pe mai multe canale, sumele de control al erorilor i celelalte date auxiliare. Dac se utilizeaz un monitor de form de und digital n modul PASS, aceste scurte pachete de temporizare digitale iau aspectul unor scurte impulsuri la fiecare final de linie orizontal a formei de und video decodate. Deoarece cuvintele de date au o frecven de 27MHz, ceea ce depete cu mult banda de trecere a sistemelor cu display analogic, n reprezentarea analogic apar fenomene de dedublare a imaginii. n procesul de comparare a formatelor video digitale cu cele analogice, este important s reinem mai multe definiii ale temporizrii [2]:

1) O linie video digital ncepe odat cu primul cuvnt al pachetului de date EAV (sfrit video activ), 3FF, i se sfrete cu ultimul cuvnt de date video de pe linie. Numerotarea digital ncepe cu prima linie de blancare vertical.

2) Numerele de eantion de pe linia video digital ncep (eantionul 0) cu primul cuvnt de video activ, care este primul cuvnt de dup secvena SAV de patru cuvinte. Astfel, numrul liniei nu se schimb atunci cnd numrul eantionului revine la 0.

3) Spre deosebire de temporizarea digital, linia analogic ncepe i se termin n punctul de referin de temporizare, punctul 50 % al flancului anterior la SYNC cu dou nivele, sau punctul 0 cu tranziie la pozitiv la SYNC cu trei nivele. Apoi, pe durata alocat datelor auxiliare, cnd se digitizeaz semnalul, punctul de referin de temporizare analogic se afl dup punctul de referin de temporizare digital i nainte de primul eantion al liniei digitale. Cuvntul eantionului digital cruia i corespunde punctul de referin de temporizare analogic este specificat de standardul digital. Sincronizarea video digital este asigurat de secvenele EAV i SAV, care ncep cu un unic patern de trei cuvinte: 3FFh (toi biii din cuvnt sunt setai la 1), 000h (toi biii setai la 0), dup care urmeaz un al patrulea cuvnt xyz, a crui structur este dat n tabelul 1.2.

Cuvntul xyz are 10 bii, iar cei doi bii cel mai puin semnificativi, bitul 0 i 1, sunt setai la 0, pentru a permite translaia n i din sistemele pe 8 bii. Biii cuvntului xyz au urmtoarele funcii:

Bitul 9 (bit fix) fixat ntotdeauna la 1; Bitul 8 (bit F) ntotdeauna fixat la 0, n sistemele de scanare progresive;

0 pentru cmpul 1 i 1 pentru cmpul 2, n sistemele intercalate; Bitul 7 (bit V) 1, n intervalul de blancare vertical, 0 n cursul liniilor

Video activ; Bitul 6 (bit H) 1 indic secvena EAV; 0 indic secvena SAV;


Page 18

Biii 5, 4, 3, 2 (bii de protecie) asigur o corecie limitat a erorilor datelor din biii F, V i H;

Biii 1, 0 (bii fici) setai la 0, pentru a avea valori de cuvnt identice n sistemele pe 8 sau 10 bii.

Tabel 1.2. Reprezentarea cuvntului xyz din secvena de sincronizare

EAV i SAV Nr. BIT

9 (MSB) 8 7 6 5 4 3 2 1

0 (LSB)

FUNC-IE

FIX (1) F V H P3 P2 P1 P0

FIX (0)

FIX (0)

Parametri semnalului video analogic HDTV Standardul ANSI/SMPTE 240M definete semnalul video de nalt definiie analogic n format 2:1 1125/60 (59,94). ITU-R BT.709 (Partea 1) recunoate att formatul 1125/60/2:1, ct i formatul 1250/50/2:1.

Parametrii semnalului video analogic HDTV sunt indicai n tabelul 1.3, mpreun cu unele temporizri referitoare la echivalentele lor digitale. Se pot elabora standarde de scanare video pentru o ntreag varietate de formate. n practic, standardele reflect posibilitile industriei, lund n consideraie dezideratul compatibilitii. n momentul de fa, nu exist nici un format de scanare universal care s-i confere receptorului TV compatibilitatea cu toate sistemele de scanare care pot fi disponibile ntr-o anumit regiune. Unele mrimi digitale se preteaz foarte bine standardizrii. ITU-R BT.709 (Partea 2), definete un format de imagine digital comun, cu punct rectangular (CIF) cu valori normale ale parametrilor imaginii indiferent de frecvena acesteia. Aceast recomandare specific frecvene ale imaginii de 60; 59,94; 50; 30; 29,97; 25; 24 i 23,976 Hz, toate cu 1080 linii de imagine active i fiecare cu 1920 eantioane de imagine i un raport lime/nlime de 16:9.

Standardul SMPTE RP 211 constituie o extindere a SMPTE 274M, care se refer la familia de sisteme de scanare cu rastru 1920 x 1080, i care implementeaz cadre segmentate pentru 1920 x 1080 n formate de producie de 30; 29,97; 25; 24 i 23,976 Hz.

Tabelul 1.3 Parametri semnalului video analogic pentru sistemul de televiziune HDTV

Standard Parametrii

1125/60/2:1 (1125/59,94/2:1) 1250/50/2:1

Tipul impulsului SYNC Trei niveluri de polaritate Trei niveluri de polaritate Momentul de referin orizontal

Punctul de 50% al flancului cresctor

Punctul de 50% al flancului cresctor

Numr total de linii / Cadru

1125 1250

Numr de lini active / Cadru

1035 1152


Page 19

Frecven cmp 60 (59,94) Hz 50 Hz Frecven linii 33,750 (33,71628372) kHz 31,250 kHz Perioad linii 29,62962963 (29,65925926) ms 26,00 ms Stingere linii 3,771 ms 6,00 ms Timpul de referin pentru SAV

2,586 ms 3,56 ms

Front posterior - 2,67 ms Timp de referin EAV 1,185 ms 1,78 ms Front anterior - 0,89 ms Durata SYNC negativ 0,593 ms 0,89 ms Durata SYNC pozitiv 0,593 ms 0,89 ms Amplitudinea SYNC 300 mV 300 mV Creterea / Descreterea impulsului SYNC

0,054 ms 0,050 ms

Impuls cmp - 8,00 ms Perioad cmp 20 ms 16,6833 ms ntoarcere cmp 45 ms 98 lines Amplitudinea semnalului video

700 mV 700 mV

Limea benzii semnalului

30 MHz R, G, B 30 MHz R, G, B

Rezumat

Semnalul Video Complex de televiziune prin structura si parametri sai fundamenteaza functionarea sistemelor TV standard si de inalta definitie, analogice si digitale. Mai mult, se poate spune ca SVC in evolutia de la analog la digital permite dezvoltarea si modernizarea tuturor echipamentelor care utilizeaza imaginile video.

Cunoasterea structurii si a parametrilor SVC permite intelegere proceselor de trecere de la analog la digital si a dezvoltarii sistemelor de televiziune 3 D.

Bibliografie

[1] George Nicolae, Dan Lozneanu, Televiziune. Analog si Digital. Editura Universitii Transilvania, Braov. 2009. ISBN 978-973-598-636-0, 227 pagini.

[2] Nicolae George, Oltean Ioan, Radiocomunicaii. Caracteristici i indici de calitate ai receptoarelor de radio i de televiziune. Metode de msurare. Editura Universitii Transilvania, Braov. 2003. ISBN 973-635-264-1.

[4] Vlaicu, A.: Televiziune alb-negru i color. Editura Comprex, Cluj Napoca, 1993

[5] Mitrofan, Gh., Televiziunea de la videocamer la monitor. Editura Teora, 1996


Page 20

Intrebari: Bifai csua potrivit:

Adeva rat Fals

Test de autoevaluare

1. Descompunerea imaginii pentru formarea semnalului de televiziune preupune realizarea unui rastru TV.

2 Discretizarea spaial asigur fornarea cadrelor TV.

3. Spectrul imaginii eantionate este rezultatul reprezentarii funciei imagine eantionat n planul frecvenelor spaiale, deci este format prin repetarea periodic n planul frecvenelor spaiale a spectrului imaginii n original.

4. In spectrul de frecventa al semnalului TV, ponderarea cea mai mare a energiei semnalului de televiziune este concentrat n jurul componentelor spectrale cu frecven inalta.

5. Semnalul complex de stingere i sincronizare este un semnal de videofrecven format din impulsul de stingere peste care este suprapus impulsul de sincronizare. Acest semnal este diferit ca structur i parametri de timp pentru explorarea pe orizontal i pentru explorarea pe vertical.

6. Sincronizarea video digital este asigurat de secvenele EAV i SAV, care ncep cu un unic patern de trei cuvinte, dup care urmeaz un al patrulea cuvnt xyz, a crui structur de 10 biti permite identificarea tipurilor de semnale H sau V.

7. In amplitudine, SVC are mai multe niveluri. Care din cele de mai jos sunt adevarate?

a. nivelul de stingere; b. nivelul de negru; c. nivel de gri; d. nivelul de alb; e. nivelul impulsurilor de sincronizare

Rspuns corect: 1 fals; 2 fals; 3 adevrat; 4 fals; 5 adevrat; 5 adevrat; 6 1, b, d, e; Pentru 3 cf. subcapitol 1.1. Descompunerea imaginii i formarea semnalului de televiziune. Pentru 3 a se revedea reprezentarea din figura 1.5 din subcapitolul2.

Documents

Semnale Video Complexe