analogni video sistemi

Question 1

FORMATI SIGNALOV ZA BARVE

Answer 1

Obstajata dva osnovna formata: komponentni in kompozitni.

Question 2

FORMATI SIGNALOV ZA BARVE - KOMPOZITNI

Answer 2

Kompozitni format ima poleg monokromatske informacije kodirano tudi informacijo za barve.
Izhodišča za barvni signal:
* Monokromatska in barvne informacije se nahajajo v enem signalu (zato se imenuje
kompozitni).
* Mora biti popolnoma združljiv z monokromatskim sistemom.
* Pasovna širina signala mora biti enaka kot je monokromatskega.

Question 3

KOMPONENTNI FORMAT

Answer 3

V splošnem vsebuje tri komponente:Y’, R’-Y’, B’-Y’. Ker vsebuje manj motenj, se uporablja v
profesionalnih sistemih za montažo, prenosu točka-točka in pri snemanju.

Question 4

PRENAŠANJE PODATKOV - TELETEKST

Answer 4

Vertikalni zatemnitveni interval (VBI) je bil prvotno namenjen sinhronizacijskemu vezju v TV
sprejemniku. Na sodobne TV sprejemnike dodatni signali nameščeni v VBI področje ne vplivajo. Tako je
omenjeno področje izkoriščeno za prenos testnih, kontrolnih in podatkovnih signalov.

Question 5

TELETEKST

Answer 5

Je bil razvit pred približno tridesetimi leti v sodelovanju BBC in IBA. Opisali bi ga lahko kot “podatkovni
vrtiljak” za tekstovne in grafične informacije.
Matrika prikaza je 40x24 znakov.
Za prikaz grafike je vsak znak razdeljen na 2x3 elemente (v celoti 80x72).
Črke (grafika) so barvni.
Črke so lahko dvojne velikosti.
Teletekst se uporablja tudi za podnaslavljanje.
Nekaj tehničnih podatkov:
* Podatki se pošiljajo v digitalni obliki v obliki paketov.
* Kodiranje znakov je 7-bitno in temelji na ASCII znakovnem naboru (nista popolnoma
enaka!) z dodatnim bitom za pariteto.
* Pomembni podatki (npr. strani) so zaščiteni z Hamming-ovo kodo.

Question 6

PREHOD V DIGITALNO TELEVIZIJO

Answer 6

Prvi preklop so naredili v Luxemburgu (2006)
Večina EU držav do leta 2010
Japonci do leta 2012
Kitajci do leta 2018 (zaradi velikosti držav )

Question 7

DIGITALNI SIGNAL

Answer 7

Digitalni video je tip digitalnega snemalnega sistema, ki uporablja digitalni namesto analogni video signal.
Začetki segajo v obdobje med 1970 in 1980
Prvi komercialni digitalni video je ponudil Sony v letu 1986 (format D1 – uncompressed SD
component video)

Question 8

STISKANJE DIGITALNIH VIDEO SLIK

Answer 8

HDTV:
1.050 aktivnih vrstic
1.920 točk na vrstico
Skupaj: 2 MIO točk
Video frame: 2 MIO točk * 10 bitov = 20 Mb
Ena sekunda videa: 20 Mb * 30 frames = 600 Mb
Potrebujemo: digitalno stiskanje (angl. digital compression)
Brezizgubno (angl. lossless)
Izgubno (angl. lossy)
Kodek (angl. codec) izvede kompresiranje in dekompresiranje

Question 9

DIGITALIZACIJSKI FORMATI ZA KOMPONENTNI VIDEO

Answer 9

Mednarodno telo za TV standarde International Telecommunications Union – Radiocommunications
Branch (ITU-R) takrat še poznano pod imenom Consultative Committee for International
Radiocommunications (CCIR) je definiralo standard za digitalizacijo video slik poznan pod imenom
Recommendation CCIR-601.
Za uporabo v različnih aplikacijah so definirane različne izpeljanke, ki so poznane pod imenom
digitalizacijski formati (angl. video compression formats)

Question 10

VZORČENJE SLIKE

Answer 10

Kodiranje svetlosti (intenzitete) in krominance (dveh barvno-diferenčnih signalov Cb in Cr ) v digitalno
obliko
Sprejemljiva kvaliteta slike se doseže z vzorčenjem z manj barvne informacije (Lume) 4:2:2
Prva cifra („4“) pomeni, da je frekvenca vzorčenja signala Y 4 kratnik signala barvnega
podnosilca. Vrednosti se zajemajo na signalu intenzitete (Y) in predstavljajo svojo enoto
vzorčenja
Druga cifra („2“) – pomeni, da se v trajanju iste vzorčne periode zajameta le vsak drug vzorec
obeh barvnih diferenčnih signalov (za vsak posamezni signal Cb in Cr po 1 vzorec)
Tretja cifra („2“) – opisuje vzorčenje v vertikalni smeri, vendar vključuje dodatno izračunavanje
za zmanjševanje količine zajete informacije

Question 11

VZORČENJE - VZORČNE SHEME (Y, B-Y; R-Y)

Answer 11

4:4:4 – popolni način vzorčenja; za vsako slikovno točko vzorčimo tako vrednost signala Y in vrednosti
barvnih kanalov informacije B-Y (U = Cb) in R-Y (V = Cr),
4:2:2 – način vzorčenja na račun zmanjšanja informacije o barvi. Ta se vzorči za vsako drugo
slikovno točko, vendar pa zato v vsaki vrtici),
4:1:1 – količina informacije za barve reduciramo na četrtino v primerjavi z signalom za
intenziteto Y (informacijo o vrednosti Cb in Cr vzorčimo le na vsako četrto slikovno točko –
enako za vse vrstice.
4:2:0 –količine barvne informacije reduciramo na četrtino z izračunom povprečja v navpični in
vodoravni smeri. Vrednosti Cb in Cr vzorčimo za vsako drugo slikovno točko v eni vrstici, nato v
drugi vrstici vzorčimo samo signal Y.

Question 12

DIGITALIZACIJSKI FORMAT 4:2:2

Answer 12

Format 4:2:2 je originalni format definiran v Recommendation CCIR-601 in se uporablja v studiih.
Tri komponente analognega video signala imajo pasovno širino 6MHZ za luminančni signal in
manj kot polovico za signala barvne razlike Cr in Cb
Vsak vzorec je 8 biten za vse tri signale.
Število vzorcev v vrstici je 720, kar doprinese nekaj temnih vzorcev na začetku in koncu vrstice
NTSC: čas preleta žarka - 63,56 μs, čas vračanja – 11,56 μs in je aktivni čas vrstice 52 μs. (720
luminančnih vzorcev)
PAL: čas preleta žarka - 64 μs, čas vračanja – 12 μs in je
aktivni čas vrstice 52 μs. (702 luminančnih vzorcev)
Pripadajoče število vzorcev krominančnih signalov Cr in
Cb v eni liniji je 360.
Slikovna resolucije je 720×480 za NTSC in 720×576 za
PAL.
Vzorci so ortogonalni in tudi metoda se imenuje
ortogonalno vzorčenje.

Question 13

DIGITALIZACIJSKI FORMAT 4:2:0

Answer 13

Je izpeljan iz formata 4:2:2 in se uporablja za prenos
digitalnega videa.
Slikovna resolucije je 720×480 za NTSC in
720×576 za PAL.
Bitna hitrost je 162 Mbps
V resnici je manjša, ker pri povratku ni signala.

Question 14

DIGITALIZACIJSKI FORMAT SIF (4:1:1)

Answer 14

Format SIF ( source intermediate format ) zagotavlja slikovno
kakovost, ki je primerljiva s kasetnim videorekorderjem (VCR).
Slikovna resolucije je 720×480 za NTSC in 720×576 za
PAL.
Bitna hitrost je 81 Mbps
V resnici je manjša, ker pri povratku ni signala.
Na sprejemni strani se manjkajoči vzorci izračunajo s
pomočjo interpolacije med sosednjimi točkami.

Question 15

STANDARD MPEG – 1

Answer 15

Bazira na SIF digitalizacijskem formatu in ima resolucijo 352×288
Namenjen je shranjevanju zvoka in videa VHS kakovosti na CD-ROM pri bitnih hitrostih do 1,5
Mbps.
Podpira mono (en kanal), dvojni mono (dva neodvisna kanala) in stereo zvok.
Struktura MPEG je podana na sliki
Sekvenca združuje večje število GOP in je opremljena z glavo, ki vsebuje startno kodo skvence,
video parametre, parametre za strujanje in kvantizacijske parametre.
Glava GOP vsebuje startno kodo, časovno kodo in GOP parametre.
Glava okvirja vsebuje slikovno startno kodo, tip in dekodirne parametre.

Question 16

STANDARD MPEG – 2

Answer 16

MPEG-2 je namenjen snemanju in prenosu studijske kakovosti zvoka in slike. Standard pokriva štiri nivoje
video resolucije:
* Nizek: temelji na SIF digitalizacijskem formatu (resolucija 352x288). Je združljiv z
MPEG-1 standardom in zagotavlja VHS kakovost videa. Zvok je CD kakovosti. Bitna
hitrost je do 4Mbps.
* Glavni: temelji na 4:2:0 digitalizacijskem formatu (resolucija 720×576 točk). Zagotavlja
studijsko kakovost digitalnega videa in večkanalni zvok CD kakovosti. Bitna hitrost je do
15Mbps ali 20Mbps za format 4:2:2.
* Visok 1440: temelji na formatu 4:2:0 z resolucijo 1440×1152 točk. Namenjen je HDTV
za bitne hitrosti do 60Mbps ali 80Mbps za 4:2:2.

• Visok: temelji na formatu 4:2:0 z resolucijo 1920×1080 točk. Namenjen je veliko-
  slikovnemu HDTV pri bitnih hitrostih 80Mbps ali 100Mbps za 4:2:2

Strujanje; v splošnem se strujanje za prenos kreira iz več izvorov s pomočjo časovno porazdeljenega
multipleksiranja.

Question 17

KODIRANJE MED OKVIRJI

Answer 17

Postopek kodiranja med okvirji se prične z generiranjem I, P in B okvirjev.
I okvir je nespremenjen originalni okvir (Intra frame).
P okvir je razlika med trenutnim okvirjem OK2 in predhodnim okvirjem OK1
B okvir je dobljen po formuli B2 = OK2 – (OK1+OK3)/2
Kodiranje je proces izračunavanja P ali B okvirjev – odvisno kateri je učinkovitejši za stiskanje.
Kodiranje med okvirji je tem uspešnejše, čim manj različnih informacij vsebuje izračunani okvir
P ali B
Za učinkovitejšo kodiranje gibanja se uporablja ocena gibanja. Proces ocene gibanja poteka v
naslednjih korakih
Okvir je razdeljen na makrobloke velikosti 16×16 točk, ki se uporabijo za izračun ujemanja s
predhodnim okvirjem. Rezultat je vektor gibanja, ki je na polovico točke izračunana informacija o
pomiku okvirja glede na predhodni.
Določitev predvidenega okvirja na osnovi pomika blokov iz predhodnega okvirja na osnovi
vektorja gibanja.
Predviden okvir se odšteje od trenutnega okvirja in razlika se kodira za prenos kot P okvir.
I, P in B okvirji se lahko izmenjujejo v različnih kombinacijah in dobimo različne strukture GOP
(Group Of Pictures). Več P in B okvirjev imamo boljša je redukcija podatkov.

Question 18

DEKODIRANJE

Answer 18

Pri dekodiranju se iz prejetih P in B okvirjev izračunavajo originalni okvirji. Pri dekodiranju se okvirji ne
izračunavajo v zaporednem vrstnem redu.

Question 19

KODIRANJE ZNOTRAJ OKVIRJA

Answer 19

Dejansko se redukcija podatkov izvede s stiskanjem znotraj slikovnega okvirja; proces kodiranja med
okvirji samo preoblikuje okvirje, tako da je stiskanje znotraj okvirja učinkovitejše.
Stiskanje znotraj slikovnega okvirja pa temelji na konceptih za stiskanje mirujočih slik, ki jih je
razvila delovna skupina z imenom Joint Photographic Expert Group (JPEG).

Question 20

MPEG-4

Answer 20

Poimenovan kot ISO/IEC 14496
Sestavljen je iz 21 delov
MPEG-4 podpira nasledje formate in bitne hitrosti:
Bitna hitrost (Bit rates): 5kbit/s – 10 Mbit/s
Formati zajemanja (Scan formats): i in p
Ločljivost slike (Resolution) – QCIF do HDTV
uporablja se objektno kodiranje: kodiranje obrisa, teksture, gibanja

Question 21

HDTV

Answer 21

Diskusija o HDTV (High Definition Television) se je pojavila v 1980-tih letih, z željo po izboljšavi
resolucije slike glede na SDTV (Standard Definition Television), medtem ko o spremembi tehnologije ni
bilo razmišljanja.
Nedaven razvoj z uporabo digitalne tehnologije pa je pokazal, da je možno HDTV signal distribuirati v
istem 6MHz kanalu kot SDTV signal.

Question 22

Glavne karakteristike: hdtv

Answer 22

• Resolucija
   1280x720 točk
   1920x1080 točk
• Število slik:
   25 slik na sekundo
   30 slik na sekundo
• Skeniranje:
   Progresivno skeniranje (p)
   Skeniranje z vrstičnim preskokom – interlaced scanning (i)

Question 23

SDTV

Answer 23

Tehnologija SDTV je kljub izjemni uspešnosti zastarela.
Večina pomembnih izboljšav se je nanašala na povečanje resolucije (HDTV).
Izboljšave so temeljile na analogni tehnologiji, zato je bila posledica povečanje pasovne širine za
TV kanal.
Novejši razvoj digitalne tehnologije je pokazal, da je možno HDTV signal distribuirati v istem
6MHz pasu kot SDTV.
V ZDA je ATSC (Advanced Television System Committe) sprejel leta 1996 standard za digitalno
televizijo.
V Evropi se je istočasno razvijal standard DVB (Digital Video Broadcasting), katerega prve
direktive so izšle leta 1995. DVB je v uporabi za satelitske komunikacije in v mnogih državah za
brezžični prenos signala.

Question 24

DVB

Answer 24

Izhodišča za DVB
Razvoj specifikacij za vse načine distribucije digitalnega televizijskega programa
Digitalen prenos izkorišča obstoječe telekomunikacijske kanale in vezja.
Primarna zahteva po koriščenju kompresijskih možnosti digitalne TV za ohranjanje SDTV
kanalov, namesto velikega izboljšanja kakovosti (kot HDTV).
Izboljšanje kakovosti ni zapostavljeno, temveč specifikacije podpirajo maksimalno možno
resolucijo, ki jo določa standard z razmerjem ar=16:9 in večkanalni visoko kakovostni zvok.
Uporabljena je tudi možnost korekcije napak, ki jo omogoča prenašanje digitalnega signala.

Question 25

DVB PRENOS

Answer 25

DVB podpira SDTV in HDTV formate
SDTV: 720×576; ar – 4:3 352×288; ar – 4:3
HDTV: 1280×720; ar – 16:9 1920×1080; ar – 16:9
Glede na način distribucije signala imamo
digitalno satelitsko televizijo: DVB-S,
digitalno kabelsko televizijo: DVB-C,
digitalno zemeljsko televizijo: DVB-T
digitalno mobilno televizijo: DVB-H

Question 26

DVB-S

Answer 26

Prva uporaba omenjenega sistema je bil direkten prenos signala od satelita do doma
Prenos se izvaja z enim nosilcem
Modulacijska tehnika 4-PSK
Satelitski kanal lahko prenaša hkrati do 18 SDTV programov

Question 27

DVB-C

Answer 27

Prenos digitalnega signala v kabelskih sistemih se od satelitskih razlikuje po načinu modulacije
Prenos se izvaja z enim nosilcem
Modulacijska tehnika je 4-QAM, 16-, 32-, 64-, 128-, ali 256-QAM
Bitne hitrosti do 38,5 Mbit/s.

Question 28

DVB-T

Answer 28

Za zemeljski prenos se uporabljajo modulacijske tehnike 4-PSK, 16-QAM in 64-QAM z več nosilci. Signal
se razširja s pomočjo SFN (Single frequency network).
2k način se uporablja za odddajanje z enim oddajnikom ali majhnim številom oddajnikov.
8k način se lahko uporablja tako za velika velika omrežja kot za oddajanje z eni oddajnikom.

Question 29

SLIKOVNI SENZOR

Answer 29

Slikovni sensor je enota, ki pretvvori sliko v električne signale in nato v digitalno obliko. Sestavljen iz polja
na svetlobo občutljivih elementov, ki merijo intenzirvnost svetlobe, ki pada na te elemente.
Ko je zaklop kamere odprt, objektiv izostri sliko na senzorju. Vsaka celica senzorja pretvori prejeto
svetlobo v el. naboj. Ko je osvetlitev končana se zapis o prejeti svetlobi na senzorju ohrani.
Reagira na vse barve in beleži količino prejete svetlobe.
Posledica je monokromatski zapis slike.