Conversia digitala de standarde - Necesitatea conversiei standardelor TV

Conversia digitala de standarde

1. Necesitatea conversiei standardelor TV

Conversia de standarde este impusa de necesitatea schimbului international de /cu programe de TV in conditiile existentei a doua standarde (cu 525 linii / 60 semicadre si 625 linii / 50 semicadre). Cele mai mari diferente sunt:

Conversia de standarde include deci urmatoarele operatii principale:

schimbarea fq semicadrelor, folosind interpolare pe semicadre pentru redare corecta a miscarii (operatia ce mai complexa intr-un convertor)

schimbarea numarului de linii dintr-un cadru TV, folosind interpolarea pe linii pentru asigurarea geometriei imaginilor pe verticala.

transcodarea semnalului de culoare intre sistemele NTSC, PAL si SECAM.

Conversia de standarde presupune digitizarea semnalului TV, corespunzator standardului de intrare, prelucrarea digitala a acestuia conform algoritmului de conversie a standardului si conversia D-A a semnalului convertit.

Diferenta intre convertoarele elaborate de diversi producatori consta in numarul de semicadre memorate, fq de esantionare, numarul de biti ai unui cuvant de cod si metoda de interpolare. Acesti factori determina rezolutia imaginii, raportul S/N si redarea miscarii. Exista convertoare ce memoreaza mai mult de 6 semicadre.   

2. Modificarea frecventei semicadrelor. Interpolarea miscarii

Simpla schimbare fq    a semicadrelor conduce la modificarea vitezei de deplasare a obiectelor din imagine si a duratei programului TV. De exemplu conversia de la 525/60 la 625 /50 viteza unui obiect la iesire va fi mai mica decat viteza aceluiasi obiect de intrare, iar durata programului la iesire va fi cu 20% mai lung decat durata aceluiasi program neconvertit.

O metoda mai simpla de a obtine acelasi ritm mediu al miscarii obiectelor la intrare si la iesire este de a omite fiecare al 6-lea semicadru de la intrare pentru conversia 525/60 la 625 /50 sau de a repeta fiecare al 6-lea semicadru de la intrare pentru conversia 625 /50 la 525/60. Simplitatea acestei metode este pusa in inferioritate de efectul vizual suparator de miscare apare de exemplu si in momentul omiterii semicadrelor de intrare.

Figura 1. Compensarea miscarii la interpolarea pe semicadre

Problema poate fi ameliorata prin combinarea a doua semicadre succesive in proportii variate, care pentru a fi disponibile trebuiesc memorate. Combinarea se face conform relatiei:

C= (1-k) A+kB = A+kB = A+ k (B-A)

in care A si B sunt semicadre succesive iar C este rezultatul operatiei.

Figura 2. Interpolarea miscarii in conversia 525/60-625/50,respectiv 625/50-525/60

Figura     Interpolarea miscarii in conversia 525/60-625/50,respectiv 625/50-525/60

Schema bloc de interpolare a miscarii este:                       

Rezultatele bune se vor obtine cand se foloseste interpolarea pe 6 cadre cu algoritmi mult mai complicati.

 Modificarea numarului de linii

Intrucat 625:525=25:21, un ciclu complet se realizeaza in 25 de linii de intrare. In figura este aratata relatia spatiala intre cele doua structuri de linii. Pentru o conversie de calitate este necesar ca informatia spatiala a unei linii sa se obtina folosind informatia de la 5 linii. Liniile 4, 10, 17, 23 se folosesc in procesul de interpolare. Secventa 25:21 se repete ciclic si in 25 de cicluri complete se obtine imagine unui cadru TV. In practica se foloseste interpolare delta, a carei scheme este data in figura 2.19. Se folosesc 5 unitati de intarziere a cate o linie fiecare, multiplicatori si sumatori. Semnalul la iesire interpolarii este egal cu:

L = R + x(Q-R) + y(S-R) + z(T-R) + w(P-R) = R[1 - (x+y+z+w) + xQ + yS + zT + wP]

Coeficienti x, y, z de interpolare pot fi stocati intr-o memorie ROM.

Conversia de la 525 la 625 este mai complexa pentru ca procedeul de interpolare foloseste informatiile din cele doua semicadre de la intrare .

Ciclul de reglare este 21:25. 21 linii din cadrul par si 25 linii din cadrul impar sunt aduse la intrarea filtrelor spatiale ce realizeaza o deplasare spatiala de un sfert de linie in sus sau in jos pentru a se suprapune spatial cele doua semicadre.

Schema bloc pentru conversia 525/60 Z 625/50:

Figura 4. Schema bloc a conversiei 525/60 - 625/50

Semnalul analog NTSC este transformat in semnal digital de 8 biti la o variatie de esantionare egala cu 3 ori frecventa subpurtatoare NTSC (10,7 MHz). Semnalul de la iesire convertorului CAN se inscrie in memoria A (semicadrul par) sau in memoria B (semicadrul par). Semnalul este citit cu o frecventa de 10,8 MHz din memorie pentru a aduce linia TV la durata de 52ms comparativ standardului PAL si SECAM. Urmeaza o prelucrare spatiala a celor doua semicadre. Filtrele spatiale mai au si functia de separare a semnalului de luminanta Y (la o rata de 10,8 Mbit/s) si a semnalelor de crominanta I si Q (fiecare la o rata de    3,6 Mbit/s).

Aceste semnale sunt multiplexate in timp pentru a obtine doua cai de semnal fiecare cu o rata de 18 Mbit/s. Semnalele celor doua cai se aplica interpolatorului de miscare in care se realizeaza trecerea de la frecventa semicadrelor de 60Hz la frecventa de 50Hz iar apoi interpolatorul de linii realizeaza trecerea de la 525 linii la 625 linii. Semnalul este demultiplexat in timp si se obtine componentele Y, I, Q. Prin matricierea acestor semnalele se obtin semnale RGB ce pot fi prelucrate de un codor PAL sau SECAM.

Semnalul de intrare PAL sau SECAM este transmis printr-un FTJ pentru a obtine semnalul de luminanta Y si decodat pentru a obtine componentele RGB din care prin matriciere se obtine semnalele I si Q. Semnalele analogice I si Q sunt convertite in semnale digitale prin intermediul a trei convertoare CAN. Urmeaza multiplexarea in timp a celor 3 semnale de cote de 18Mbit/s, dupa care se realizeaza interpolarea pe linii (reducerea numarului de linii cu 100). Semnalele de la iesirea interpolatorului de linii este demultiplexat in timp pentru a obtine componentele digitale Y, I, Q. In codorul care urmeaza obtinem semnalul codat NTSC de 525 linii si cu    fq semicadrului de 50Hz.

a)    b)

Figura 5. Modificarea numarului de linii in cazul conversiei:

a) 625/50 - 525/60; b) 525/60- 625/50

Schema ce urmeaza este ca cea din conversia 525/60 Z 625/50, formata din doua memorii de semicadru, doua filtre spatiale, doua multiplexoare in timp, interpolarea miscarii si un demultiplexor. Dupa prelucrare semnalele Y, I, Q se aplica unui codor digital NTSC.

Figura 6. Schema bloc a conversiei 625/50 -525/60