av technika 11

VOŠ pro praxireg. č.: CZ.1.07/2.1.00/32.0044

Základy audiotechniky a videotechniky

Ing. Josef Bartoněk

Olomouc 2012

TELEVIZE

DIGITÁLNÍ TV



Digitální televize

Digitalizace obrazových signálů

Standard procesu digitalizace obrazových signálů pro digitální televizní vysílání DVB (Digital Television Broadcasting): - DVB-S (Satellite), DVB-C (Cable) a DVB-T (Terrestrial)

Rámcové hodnocení digitálních obrazových signálů:

-velká odolnost vůči zkreslením, kolísání útlumu přenosu, šumu apod.,

-možnost mnohonásobného kvalitního digitálního záznamu

-možnost použití kompresních algoritmů pro snížení objemu dat a bitové

rychlosti přenosu a tím lepší využití přenosového kanálu

-jednodušší ochrana dat

Nevýhody digitálních signálů

-vznik nových zkreslení při digitalizaci

-výsledná kvalita obrazu nemůže být lepší než výchozí analog. signál

-výrazné zvýšení potřebné šířky kmitočtového pásma, ale díky účinným kompresním algoritmům lze přenášet podstatně větší objem než u analogových signálů, (standardní TV kanálem 8 MHz až 5 programů)



digitalizér způsoby vzorkování

Digitalizace -proces přeměny spojitého (analogového) signálu (video) do číslicové (digitální) formy. Počet úrovní signálu je omezen pro videosignál na 256 úrovní (m = 8, PÚ = 28 = 256). Digitalizér je technické zařízení pro digitalizaci (A-D převodník), zpětný převod se provede v D-A převodníku

Kmitočet fmax vzorkování musí splňovat fvz 2fmax

Kvantování – přiřazení hodnot binárních

čísel, hodnotě velikosti analogového

signálu, dochází ke vzniku kvantizační

chyby a ještě další systémová zkreslení



Prostorové rozlišení -vyjadřuje počet obrazových bodů D (pixel) v obraze.

Zvětšování rozlišení videa zvyšuje požadavky na přenosovou rychlost R.

(pro digitalizovaný nekomprimovaný záznam 2 hodin barev. filmu (824 x

625 pixelů, m = 8 b/pixel, s = 25 sn/s), potřebujeme D = 193 GB)

Jasové rozlišení je dáno počtem jasových úrovní připadajících na jeden pixel, zvětšováním se zvětšuje objem dig. dat D a přenosové rychlosti R

Analogově-digitální (A/D) převodníky pro obrazové signály

Pro digitalizaci obraz. signálů se používají rychlé paralelní převodníky. (vzorkovací kmitočet fvz ≥ 80 MHz, převodu kratší jak 20 ns a počet kvantovacích hladin až 1024 (10 bitů na vzorek)

Standardizace digitalizace obrazových signálů

-vzorkovací kmitočet pro luminanční signál 13,5 MHz

-vzorkovací kmitočet pro chrominanční složky 6,75 MHz (formát 4 : 2 : 2)

-vzorky luminančních a chrominančních signálů se kvantují na 256 úrovní (8 bitů)



Metody komprese digitálních obrazových dat

1988 vznikla skupina MPEG (Motion Picture Experts Group), 1992 vydala

MPEG 1, dnes využívaný na PC (neprokládané řádkování a bitovou

rychlost do 1,5 Mbit/s). Od 1992 standard MPEG 2 (úplný barevný signál s

prokládaným řádkováním, 2 až 12 Mbit/s, rozšířen o kompresi signálů

HDTV -aktivní rastr 1920x1080, rychlostí 15 až 30 Mbit/s. Od roku 1993

standard MPEG 4 kompresní kódování pro toky do 64 kbit/s

Princip komprese DV

Standard JPEG -komprese dat statických obrazů, kompresní pom. 8 až 15

Standard MPEG 1 -určen pro komprimaci datového toku pohyblivých

obrazů na bitovou rychlost do 1,5 Mbit/s, kompresním poměrem až 150.

Užíván pro dig. záznamy CD-video, CD-I, DCC, videotelefon…



Standard MPEG 2 -určen ke komprimaci digitálních obrazových dat televize s prokládaným řádkováním a formát vzorkování 4 : 2 : 2. Komprimace na rychlost 2 až 80 Mbit/s (až HDTV).

Standard MPEG-4 Video -multimediálním standard pro široký rozsah

aplikací s vysokým stupněm komprese, přenosy s rychlostí 4,8 – 64

kbit/s, filmové aplikace do 4 Mbit/s, převážně pro kompresi obrazových

dat v počítačích, pro digitální televizi se prakticky nevyužívá



Standard MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) - zcela odlišný od standardu MPEG-4 Video, určen pro televizní aplikace (HDTV, DVB-H…)

Standard WM 9 (Windows Media Serie 9) -nekompatibilní se předcházejícími standardy, srovnatelný s MPEG-4 AVC

Do 1 kanálu (8 MHz) lze umístit (MPEG-2) 4 -5 digitálních SDTV programů

Záznam videosignálu

Typy a standardy digitálních magnetických záznamů videosignálu

-standard DV (Digital video) –malé kazety, označovaný také mini DV

-standard HDV (firmy JVC, Sony, Canon…)

-standard D 8 (Sony 1998) - digitální obdoba analogového záznamu HI 8

-standard Micro MV (Sony 2001)

Význam těchto záznamových systémů stále klesá, jsou nahrazována

systémy optického záznamu, magnetického záznamu na pevné disky a

pamětí (HDD, flash card…), které umožňují kvalitnější záznam a mají

větší kapacitou paměti.



Standard DV, mini DV –(Panasonic, JVC, Canon, Sharp…)

-režim SP: 10mikronů, LP: 6.7mikr.

-rychlost p 18,81mm/s,

-relativní rychlost: cca 10 m/s,

max záz.doba: mini-DV 80/120min

(SP/LP), DV 3/4.6hodiny (SP/LP),

-rozlišení: 720 x 576 PAL 4:2:0

1snímek na 10 šikmých stopách

Standard HDV -(JVC, Sony, Canon, Sharp…), kamkordéry s HDTV,

standardu MPEG-2, do 25 Mbitů/s, (HDTV 720p a 1080i -16:9), rozlišení až

1280 x 720 proporcionálně (HDV1) a 1440 x 1080 prokládaně (HDV2)

Standard Digital 8 -(Sony, Hitachi), obdoba Hi 8 fy. Sony. Používá stejnou

kazetu s páskem šířky 8, 1snímek na 10 šikmých stopách.

šířka stopy: 16.34mikronů, relativní zázn. rychlost: cca 10 m/s

maximální záznamová doba: 60 min. (až 120 min.)

-standard Mikro MV -kazetový záznamu Sony (2001)

šířka pásu: 3,8 mm, velikost kazety: 46 x 30,8 x 8,5 mm,

video: -MPEG2, audio -MPEG Audio Layer2

snímek se ukládá pouze do 4 stop,



Digitální optický záznam videosignálu

Při záznamu se používá kompresní algoritmus MPEG-2 s proměnným

činitelem komprese dle žádané kvality obrazu. Pro ochranu dat se

používá systém Macrovision nebo kód CSS. Každý přehrávač má svůj klíč

(rozdělení světa na 6 regionů).

Významným zlepšením záznamu DVD byl nový standard HD DVD, který

užívá modrý laserový paprsek ( = 405 nm) a kompresi MPEG-2, byl

překonán Blu Ray.

Záznam BLU RAY (BD) -optický záznam videa ve vysokém rozlišení

komprimovaného pomocí standardu MPEG-2, příp. MPEG-4 AVC, VC-1 na

disku o průměru 120 mm. Kapacita jednovrstvého záznamu je asi 27 GB

(dvouvrstvého 54 GB) s rychlostí bitového toku až 36 Mbitů/s. Dosažení

vysoké kapacity je zajištěno především použitím modro - fialového laseru

- λ = cca 405nm. Nové standardy zabezpečení proti nežádoucímu

kopírování - AACS (Advanced Access Content System) generují 128

bitový AES (Advanced Encrypt Standard) šifrovací klíč, při jehož

špatném vyhodnocení může dojít k degradaci dat nebo dokonce

k zablokování zařízení.



Nejznámější digitálních obrazové formáty

AVI (Audio Video Interleaved) – nejstarší, pro počítačové zpracování a

záznam obrazových signálů bezeztrátovou kompresí (komprese dat cca

3:1), značná velikost obrazových souborů

WMV (Windows Media Video) – ztrátová psychovizuální komprese

standardu MPEG – 4 -1,5 Mbitů/s, značné zmenšení velikosti souborů při

nepodstatném snížení kvality obrazu

VCD (Video CD) – komprese ztrátovým algoritmem MPEG - 1 s rychlostí

až 1,5 Mbit/s. (až 75 minut na standardním CD)

SVCD (Super Video CD) – komprese ztrátovým algoritmem MPEG-2

s rychlostí do 2,5 Mbit/s, srovnatelný s formátem DVD, určen pro CD

Real Video, Quick Time – formáty vyžadují odpovídající SW přehrávače,

využívají algoritmus MPEG - 4 Video, výrazná komprese, od 64 kbit/s

Div X, XviD -kompresní algoritmus MPEG - 4 Video, výrazné

snížení velikosti souborů při zachování velmi dobré kvality

av technika 11

Education