Основные телевизионные стандарты и системы

Глава 12

Стандарты и системы вещательного телевидения

Основные телевизионные стандарты и системы

Телевизионная система (ТВС) характеризуется совокупностью характеристик и параметров, определяющих способы формирования, передачи и приёма информации об изображении и звуке ТВ программ. Она реализуется соответствующими комплексами ТВ аппаратуры. Часто ТВС характеризуется одним определяющим признаком – чёрно-белая (ЧБ), цветная, стереоскопическая, малокадровая – либо областью применения – вещательная, прикладная, и т.п. Совокупность нормированных параметров, определяющих данную вещательную ТВС, а также нормативно-технический документ, их устанавливающий, составляет ТВ стандарт. Понятие ТВ стандарта сложилось до появления цветного ТВ, поэтому в документах МККР стандарты определяют параметры развёртки, синхронизации, радиоканала, общие для ЧБ и цветного ТВ. К настоящему времени в мире действует 10 стандартов (их обозначают B, D, G, H, I, K, K1, L, M, N) и три системы цветного ТВ – NTSC, SECAM и PAL. (Ранее действовали также стандарты A (405 строк, Англия) и E (819 строк, Франция).

В отчёте 624 МККР телевизионное вещание было зафиксировано в 126 странах мира. В этих странах проживало 96% населения Земли. Как видно из табл. 12.1, ЧБ телевидение принято в 24 странах (население 218,6 млн. человек, или 4,7% общего числа населения 126 стран), NTSC в 18 странах (598, 1 млн. чел., или 12,9%), SECAM в 25 странах (678,8 млн. чел., или 14,6%), PAL в 62 странах (3154,5 млн. чел., или 67,8%). Стандарт M, который предусматривает развёртку на 525 строк, 60 полей (полукадров), принят в 20 странах (630,7 млн. чел., или 13,6%), все остальные страны используют развёртку на 625 строк, 50 полей (полукадров). Сочетание ТВС и стандартов поясняется табл. 12.2, где примечаниями отмечены варианты, используемые лишь в одной-двух странах.

Таблица 12.1. Телевизионные системы, принятые в странах мира (МККР, Отч. 624, 1986- 1987 гг.)

Страна	ТВ стандарт в диапазонах	Страна	ТВ стандарт в диапазонах
I и II	IV и V	I и II	IV и V
Чёрно-белое ТВ		Монтсеррат		-
Антильские острова	M		Панама	M
Бенин	I	I	Перу	M	M
Бурунди	I	I	Сент-Кристофер	M	M
Венесуэла	M	-	Сальвадор	M	-
Габон	I	I	Суринам	M	-
Гвинея	I	I	США	M	M
Заир	I	I	Чили	M	M
Иордания	B	G	Южная Корея		M
Колумбия	M	M	Япония	M	M
Конго	I	I	Система SECAM
Кот-д’Ивуар	I	I	Афганистан	D	-
Мадагаскар	I	I	Болгария	D	K
Нигер	I	I	Буркина Фасо	I	I
Руанда	I	I	Венгрия	D	K
Сенегал	I	I	Вьетнам	D	K
Сомали	B	G	ГДР	B	G
Сьерра-Леоне	B	G	Греция	B	G
Танзания	I	I	Джибути	B	-
Того	I	I	Египет	B	G
Уганда	B	G	Иран	B	G
Центрально-африканская республика	I	I	Кипр	B	G
Чад	I		Ливия	B	B4Б
Шри-Ланка	B	-	Люксембург*	-	L
Ямайка	N	-	Маврикий	B	-
Система NTSC	Мавритания	B	-
Бермудские острова	M		Мали	B
Бирма	M	-	Марокко	B	G
Боливия	M	M	Монако*	L	G
Виргинские острова (Брит.)	M	-	Монголия	D	-
Канада	M	M	Польша	D	K
Коста-Рика	M	M	Саудовская Аравия	B	G
Куба	M	M	СНГ	D	K
Мексика	M	M	Тунис*	B	G
Франция	L	L	Либерия	N	-
Чехословакия	D	K	Люксембург*	B	G
Система PAL	Малави	B	G
Австралия	B	B	Малайзия	B	G
Австрия	B	G	Мальдивская республика	B	-
Алжир	B	G	Мальта	B	-
Ангола	I	-	Монако*	-	G
Аргентина	N	N	Нигерия	B	I
Бангладеш	B	-	Нидерланды	B	G
Бахрейн	B	G	Новая Зеландия	B	G
Бельгия	B	H	Норвегия	B	G
Бразилия	M	M	Объединённые Арабские Эмираты	B	G
Бруней	N	-	Оман	B	G
Великобритания	-	I	Пакистан	B	G
Гана	B	G	Папауа-Новая Гвинея	B	G
Гибралтар	B	G	Португалия	B	G
Гонконг	-	I	Румыния	D	K
Дания	B	G	Сингапур	B	G
Замбия	B	G	Сирия	B	G
Зимбабве	B	G	Таиланд	B	G
Израиль	B	G	Тунис*	B	G
Индия	B	-	Турция	B	G
Индонезия	B	-	Уругвай	N	-
Ирландия	I	I	Финляндия	B	G
Исландия	B	B4Б	ФРГ	B	G
Испания	B	G	Швейцария	B	G
Италия	B	G	Швеция	B	G
Камерун	B	G	Экваториальная Гвинея	B	-
Катар	B	G	Эфиопия	B	G
Кения	B	G	ЮАР	I	I
КНДР	D	K	Югославия	B	G
Китай	D	D	Примечание: * эти страны приняли системы SECAM и PAL
Кувейт	B	G
Лесото	I	I

Таблица 12.2. Сочетание ТВС и стандартов

Стандарт	ТВ сигнал
ЧБ	NTSC	SECAM	PAL
B	+		+	+
D			+	+
G	+		+	+
H				+1
I	+2			+
K			+	+3
K1	+		+4
L			+
M	+	+		+5
N	+6			+7

ПРИМЕЧАНИЕ: 1- Бельгия; 2- Танзания; 3- КНДР и Монголия; 4- Буркина Фасо; 5- Бразилия; 6-Ямайка; 7-Аргентина и Уругвай.

По регионам земного шара стандарты ТВ вещания распределены следующим образом:

B, G и H – западно-европейские (CCIR);

D, K и K1 – восточно-европейские (OIRT);

I – английский;

L – французский;

M и N – американский (FCC).

Наиболее употребимые стандарты: в системе SECAM – B, D, M; в системе PAL – G, H, K, L; в системе NTSC – M, N.

Табл. 12.3. Использование стандартов и систем в ряде стран мира

Телевизионные стандарты и системы цветного телевидения
МВ	ДМВ	Страна
SECAM
B	G	Германия
B	H	Греция
D	K	Польша
D	K	СНГ
D	K	Венгрия
D	K	Румыния
D	K	Чехословакия
L	L	Франция
PAL
I	I	Англия
B	G	Югославия
B	G	Австрия
B	G	Италия
B	G	Финляндия
B	G	Швейцария
B	G	Швеция
B	H	Бельгия
NTSC
M	M	Южная Корея
M	M	Япония
M	M	США
M	M	Канада
M	M	Мексика

Стандарты B и G различаются лишь шириной полосы частот радиоканала. Стандарт B применяется в I-III диапазонах, а G - в IV и V.

Стандарты D и K идентичны, D применяется в I и III диапазонах, K – только в IV и V.

Стандарт K1, используемый в странах Южной Африки, отличается от K значением параметров радиоканала.

Таблица 12.4. Основные параметры стандартов

Обозначение стандартов и основные параметры
Стандарт	B/G CCIR	D/K OIRT	H	K’	M/FCC
Число каналов МВ	11/12
Число каналов ДМВ					83(62)
Частотный диапазон	МВ/ДМВ	МВ/ДМВ	МВ	МВ/ДМВ	МВ/ДМВ
Число строк
Частота полей, Гц
Частота строк, Гц
Четкость изображения по горизонтали
Чёткость изображения по вертикали
Длительность строки, мкс					63,5
Длительность синхроимпульса, мкс	4,7±0,2	4,7±0,2	4,7±0,2	4,7±0,2	4,19-5,71±0,2
Длительность гасящего строчного импульса, мкс					10,2-11,4 (10,9±0,2)
Длительность кадра, мс					33,3
Интервал между фронтом строчного и гасящего импульса, мкс	1,5	1,5	1,5	1,5	1,9(1,75)
Длительность кадрового гасящего импульса (длит. строки)					29…21
Ширина полосы видеосигнала, МГц					4,2
Разнос частот видео-звук, МГц	5,5	6,5		6,5	4,2
Ширина полосы канала, МГц	7(B), 8(G)
Ширина нижней боковой полосы, МГц	0,75	0,75	1,25	1,25	0,75
Соотношение мощности несущих звука и изображения	10:1, 20:1	10:1, 5:1	5:1, 10:1	10:1	10:1, 5:1

Стандарт M предусматривает развёртку на 525 строк и 60 полей, а все остальные используют развёртку 625 строк и 50 полей.

Стандарт N появился в результате принятия системы PAL в Аргентине. Он сочетает параметры развёртки европейского стандарта и радиоканала американского стандарта. По своим параметрам он похож на стандарты B и G, но отличается полосой видеочастот (4,2 МГц).

Параметры его видеосигнала совпадают с параметрами стандарта M.

Стандарт H близок к G, но отличается шириной частично подавленной боковой полосы (1,25 МГц), уровнем пьедестала в излучаемом сигнале (0…7%) и отношением мощностей радиосигналов изображения и звука (5/1…10/1).

Общими для всех телевизионных стандартов являются следующие параметры:

- чересстрочное разложение;

- формат кадра 4:3;

- направление развёртки изображения.

Для нормирования уровней видеосигналов применяют шкалы (А, Б, В) с относительными и абсолютными единицами [4].

В ряде стандартов предусмотрена дополнительная несущая частота звукового сопровождения.

В ФРГ, Италии и Нидерландах – на дополнительной звуковой несущей передаётся стерео или двухканальное звуковое сопровождение.

В Великобритании, Швеции, Норвегии, Финляндии, Дании, Исландии – дополнительная несущая модулируется посредством фазовой манипуляции.

Стандарт M отличается от остальных стандартов следующим:

- началом поля считается начало первого строчного синхроимпульса в интервале гашения полей;

- С середины строки второго поля начинается интервал гашения.

Выбор основных параметров телевизионного стандарта обусловлен параметрами развёрток и шириной полосы канала.

Более подробно параметры и характеристики сигналов читатель найдёт в работах [50. 51].

12.2. Проблемы преобразования телевизионных стандартов [5]

Обмен телевизионными программами имеет важное значение в развитии современного общества. Благодаря этому обмену открываются широкие перспектива показа важных политических и культурных событий, происходящих в различных местах земного шара. Это способствует лучшему познанию людьми друг друга и культурному их обогащению. Этим широко и ежедневно пользуются при передаче программ новостей, общественно-политических переда, всякого рода «телевизионных мостов» и др. Поэтому трудно переоценить значение международного обмена телевизионной информацией.

Одним из необходимых условий воспроизведения переданного ТВ изображения является идентичность параметров разложения (число строк и частота полей) передающей и приёмной сторон. При несоответствии этих параметров необходимо на приёмной стороне сформировать ТВ сигнал с новыми параметрами разложения в соответствии с действующим на данной территории стандартом.

Стандарт разложения – это процесс дискретизации телевизионного сигнала в пространстве и во времени, это число строк в кадре, структура расположения строк и число кадров в секунду. Преобразование видеосигналов с различными стандартами разложения будем называть преобразованием стандартов. Задача преобразования состоит в вычислении промежуточных значений отсчётов выходного стандарта, исходя из имеющихся отсчётов входного стандарта (интерполяция).

В настоящее время в центрах преобразования стандартов используют электронные устройства, в которых все основные операции осуществляются на основе цифровых методов обработки телевизионных сигналов.

Цифровые преобразователи стандартов (ЦПС) аналогичны аналоговым преобразователям, однако цифровые имеют ряд существенных преимуществ. Аналоговые преобразователи неизбежно вносят в телевизионный сигнал искажения, связанные с дополнительными операциями в канале передачи, и ухудшают соотношение сигнал/помеха, тогда как в ЦСП искажения и шумы могут быть сделаны малыми, так как они определяются параметрами цифровой системы и могут быть нормированы. Кроме того, при использовании ЦПС резко повышается стабильность работы и обеспечивается бесподстроечный режим, тогда как аналоговые преобразователи требуют тщательных регулировок и настроек в процессе эксплуатации.

Цифровые преобразователи должны выполнять три основные функции: 1) преобразование числа строк и полей с помощью цифровой обработки (для этого имеются АЦП, ЦАП и устройство памяти, интерполяторы строк и кадров); 2) декодирование принимаемого полного ТВ сигнала на составляющие яркостную и цветоразностные (для этого используются три декодера – PAL, SECAM и NTSC); 3) кодирование яркостного и цветоразностного сигналов в требуемую систему цветного телевидения - PAL, SECAM, NTSC.

Преобразователь параметров сигнала в общем случае состоит из: АЦП, преобразующего ТВ сигнал входного стандарта (стандарт I) в цифровую форму; ЦПС, состоящего из цифровой памяти, интерполяторов строк и полей (движения) и устройств управления ими; ЦАП, преобразующего цифровой сигнал в аналоговый выходного стандарта (стандарт II). В табл. 12.5 приведены параметры систем цветного телевидения, которые подвергаются изменению при преобразованиях. Для уменьшения объёма цифровой памяти ЦПС строятся с учётом обработки не полной телевизионной строки длительностью 64 мкс, а только активной её части.

Таблица 12.5. Преобразования стандартов

Параметр	Стандарт	Режим преобразования
525/60	625/50	625/50→525/60	525/60→625/50
Частота полей, Гц			Преобразование полей 5→6	Преобразование полей 6→5
Частота строк в кадре
Активное число строк в поле	241,5	287,5	Преобразование строк 287→244; 7→6	Преобразование строк 240→290; 5→6
Период строки, мкс	63,55
Длительность активной части строки, мкс	52,6		54 (648 элементов)	54 (648 элементов)
Система цветного ТВ	NTSC	PAL, SECAM	PAL, SECAM, NTSC	NTSC, PAL, SECAM

Все основные операции по преобразованию стандартов, по интерполяции строк и кадров, по коррекции сигналов осуществляется с помощью устройств с большой ёмкостью цифровой памяти, являющейся основным элементом ЦПС. Обычно в АЦП цветовой сигнал дискретизируется на утроенной частоте поднесущей при 256 уровнях квантования (8 бит на отсчёт). В этом случае цифровой поток получается равным 106 Мбит/с, а период следования импульсов в потоке 9,4 нс. Отсюда подсчитать, что временной интервал длительностью в одну ТВ строку содержит 6,8 кбит. Следовательно, устройство памяти для хранения кадра изображения должно обладать информационной ёмкостью до 4,26 Мбит.

Сопряжение частот строк и кадров при преобразовании стандартов разложения сводится к изъятию лишних или добавлению недостающих строк и кадров. Однако простое изъятие или обычное повторное воспроизведение некоторых строк через равные интервалы времени при формировании ТВ кадра приводит к специфическим искажениям, характеризуемым нарушением непрерывности сплошных наклонных линий (разрыв) в передаваемом изображении (рис 12.1).

Рис. 12.1. Искажения, возникающие при преобразовании стандартов

Обычно цифровые преобразователи стандартов формируют также и ввод испытательных сигналов, коррекцию временных искажений и синхронизацию.

Процесс транскодирования сигналов цифрового телевидения при одинаковых стандартах развёртки сводится к следующим основным операциям: а) разделение полного ТВ сигнала преобразуемой системы цветного телевидения на составляющие сигналы – яркостный и цветности; б) изменение частоты поднесущей сигналов цветности; в) изменение метода модуляции сигналов цветности; г) сложение яркостного сигнала и сигналов цветности для получения полного сигнала преобразованной системы цветного телевидения.

С появлением ТВЧ возникли новые задачи у преобразователей стандартов. Это прежде всего понижение стандарта ТВЧ до уровня действующего, а также повышение уровня действующих – до ТВЧ. Таким образом, появились три разные группы преобразователей: понижающий (down-converter), повышающий (up-converter) и перекрёстные кросс-преобразователи (coss-converter). Последний изменяет частоту строк, полей или то и другое одновременно.

Кроме этого, появились преобразователи формата кадра. Эта функция стала настолько важной, что выпускается аппаратура, преобразующая только формат кадра без преобразования строк и кадров. Такие устройства называются преобразователями формата кадров.

Рассмотрим подобные преобразователи стандартов.

12.3. Преобразователи частоты кадров и строк в современных телевизионных приёмниках

В телевизионном вещании стандартом определена чересстрочная развертка, позволяющая снизить полосу частот канала связи в 2 раза по сравнению с построчной разверткой. Сохранение частоты мельканий экрана кинескопа, равной 50 Гц, не избавляет зрителя от этого неприятного явления, сильно утомляющего глаза при длительном наблюдении.

Критическая частота мельканий яркости источника зависит от средней яркости изображения, размеров мелькающего участка и других факторов

,

где - средняя яркость, ; =9,6; =26,8 – коэффициенты, установленные опытным путем. Если для телевизоров ранних выпусков, яркость экрана была сравнительно небольшой, то современные кинескопы имеют значительно большую яркость и мелькания становятся более заметными и неприятными. В компьютерных системах эта проблема решается простым увеличение частоты кадров до 100 Гц. Здесь проблема увеличения полосы частот не беспокоит конструкторов. В телевизионном вещании определяющим фактором является полоса частот, занимаемая сигналом в канале связи. Поэтому оптимальным вариантом решения названной проблемы является установка преобразователя стандартов в каждый телевизор. Это стало возможно благодаря большим достижениям в микросхемотехнике. Главным элементом в преобразователе частоты кадров является память на время одного и более кадров.

Рассмотрим несколько вариантов преобразования кадровой частоты (рис.12.2 – 12.4). Наиболее простым вариантом повышения кадровой частоты 50 Гц является её удвоение до 100 Гц.

Рассмотрим первый вариант преобразования частоты (рис. 12.2).

Варианты 100Гц развертки

1 тип

Пример:

А - "нечетный " полукадр, В - "четный " полукадр

Рис. 12.2. Первый вариант преобразования

Первый тип 100 Гц развертки - самый простой. Здесь используется повторение полукадров. Сначала «рисуется» нечетный полукадр, затем он повторяется. Потом «рисуется» четный полукадр, и он так же дублируется.

Особенности 1 типа 100 Гц развертки: за быстро движущимися объектами на изображении остается «шлейф». Дрожание горизонтальных линий остается так же как и при 50Гц развертке, так как это обусловлено чересстрочной разверткой.

Данный тип 100Гц развертки используется в простых моделях ТВ.

2 тип Пример:

Варианты 100Гц развертки

Дата добавления: 2015-08-13