Videotechnikai alapismeretek Csiszr Jnos Cs J 2009 03

Videotechnikai alapismeretek Csiszár János Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 1

A fekete-fehér és a színes videojel n Miről fogunk beszélgetni? 1) Állókép felbontása sorokra 2) Sorok száma, képpontok száma – sávszélesség 3) Váltott soros képfelbontás 4) Képfelvétel és –visszaadás 5) Összetett videojel - szinkron és képtartalom 6) Videojel időképe és spektruma 7) TV-jelek közvetítése, modulációs eljárások 8) NTSC, PAL, SECAM színes televízió rendszer 9) HDTV 10) A videojelek digitalizálása 11) A digitális videojel adatsebessége, sávszélessége, QAM 12) A transport stream felépítése 13) OFDM moduláció Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 2

Állókép felbontása sorokra n n Egy álló képet sorokra bontva, a sorok világosság tartalmát feszültséggé alakítva, a sorokat időben egymás után közvetítve tudunk elektromos hálózaton képi információt közvetíteni A vevő oldalon ugyanolyan időzítés szerint kell a sorokat „összerakni”, ahogy a kép elektromos jelekre való felbontását végeztük A feszültség információknak világosság információk felelnek meg a vételi oldalon Sor és képszinkronizáló jelek szükségesek, a helyes időzítéshez Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 3

A közvetítendő sorok száma § 20 fok látószög függőleges irányban, 2 szögperc felbontással 600 sor § 4: 3 oldalarány (mozi) 800 oszlop § Nem érzékelhető villogás, ha a képek száma másodpercenként legalább § § 50 -60, fúziós frekvencia (mozi 48 Hz = 2 x 24 kocka) Kb. száz fényesség árnyalatnál többet nem tudunk megkülönböztetni (a képet ennyi szürkeárnyalatnál már jónak mondjuk) A színekre nézve mind látószögben, mind árnyalatban átlagosan ötször kisebb az érzékenységünk (10’ és 20 árnyalat) Állókép: Képpontok száma: 600 x 800=480. 000 db Egy sorban 400 fekete fehér átmenet (legjobb kép) Mozgókép, 25 F/s: Max frekvencia: 400átm. x 600 sorx 25 kép/s=6 MHz Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 4

Váltott soros képfelbontás-rajzolás n n n A mozgókép már jó minőségű 25 kép/s esetén, de villog! 50 kép/sec kellene, de ekkor dupla sávszélesség! (Fúziós frekvencia) Megoldás: másodpercenként 50 félkép, vagyis fele sorfelbontású kép, de kétszer olyan sebességgel, ezzel becsapjuk a látásunkat! Páratlan sorszám: annakidején így tudták jól szinkronizálni a félkép váltást! A világon bármilyen sorszámú szabvány, mind páratlan soros! Váltott soros: interlaced Progresszív: non interlaced Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 5

Képfelvétel (optikai-elektromos átalakítás) n n n Korábban: vákuumcsöves megoldások: Ikonoszkóp, Ortikon, Vidikon…. . Ma: félvezetős: CCD, CMOS („p” típusú félvezető átmenet, fény hatására töltés alakul ki, annyi pixel, ahány képpont világosság értékét kell átalakítani elektromos feszültséggé, „töltéskép” a félvezető eszköz pixelein) CCD: (Charge Coupled Device) a félvezetőben a potenciálgát csökkentésével-növelésével az egyes pixeleken felhalmozódott töltést „kiléptetjük” a félvezetőről. A léptető feszültség egy háromfázisú jel, mely az egymás mellett elhelyezkedő töltéstárolók potenciálgátját vezérli úgy, hogy a töltések egy irányba „gördülnek”. A töltések kiléptetése szerint két típus létezik: Line transzfer CCD: minden aktív fényérzékelő félvezető mellett található egy azonos felépítésű, de fényre nem érzékeny „tárolóelem”. A vezérlő órajel hatására minden aktív oszlop töltése eggyel oldalra lép, a töltéskép az átmeneti tárolóba kerül, ahonnan függőlegesen léptetve, egy sor töltése a vízszintes átmeneti tárolóba lép. Innen oldalra kiléptetve kapjuk meg egymás után egy sor pixeljeinek töltését. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 6

Line transfer CCD Előnye: gyors működés Hátránya: a félvezető felület fele nem aktív, a felület egységre eső Pixel szám kisebb! Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 7

Frame transfer CCD n Frame transfer CCD: a kialakult töltésképet egy, az optikailag érzékeny terület melletti tárolóba léptetik, innen az ismert módszerint léptetik ki a megvilágítással arányos töltéseket. Előnye: a teljes felület fényérzékelő Hátránya: kisebb sebességű, mint a line transfer CCD Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 8

Színes kép létrehozása CCD-vel n n A CCD csak világosságjelet érzékel, színes kép létrehozásához R, G, B színszűrőkön keresztül jut a CCD-re a fény. Több megoldás létezik: „Foveon”: a CCD Prizmával előSzínszűrő, a CCD előtt: rétegek egymás alatt állított RGB, külön – az emberi szem érzékenysége helyezkednek el, színszűrőt külön CCD, profi miatt két zöld szűrő egy pixelen képezve megoldás Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 9

A CCD a valóságban n Az alapelv, és ahogy kinéz… Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 10

CMOS képátalakító n n Az átalakító a fényenergiát töltéssé hasonlóan alakítja át, mint a CCD képbontó, a töltések kinyerésének módjában van különbség a kettő között. A CMOS átalakítónál minden pixelhez integráltak egy erősítőt és egy kapcsoló áramkört, amelynek oszlop-sor vezérlő impulzusával minden pixel töltése külön-külön kinyerhető Az erősítőhöz gyakran integrálnak A/D konvertert, így a jel digitális formában jelenik meg a buszon Előnye: kis fogyasztás, olcsó gyártás Hátránya: zajos, lassabb mint a CCD Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 11

Képmegjelenítés (elektromos-optikai átal. ) CRT (Cathode Ray Tube): szabad elektronok „gyártása”, fókuszálás, n n gyorsítás, eltérítés, a becsapódó elektron az elektro lumineszcens anyag típusától függően generál fehér, piros, zöld, kék fényt. Fekete-fehér CRT: ezüsttel aktivált cinkoxid a luminofor anyag, „fehér” fény Színes CRT: minden képpontot három különböző (R, G, B) színű fénypont hoz létre, a három elektronágyúból kiinduló elektronsugár intenzitását külön vezérelve jön létre a színes kép. Fekete-fehér CRT Delta és in-line színes CRT Elektronágyú Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 12

Képmegjelenítés (elektromos-optikai LCD: Liquid Crystal Display Háttérvilágítás, polárszűrő 1, LC, polárszűrő 2 átal. ) n (fehér fény) A LC-ra adott feszültséggel arányosan változtatja a polarizáció szögét, a feszültség növelésével egyre több fény jut át a kimeneti (2) polárszűrőn. Színes LCD: minden képpontot három (RGB) LCD egység alkot, az egyes LCD-k előtt színszűrő van Display Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 13

Képmegjelenítés (elektromos-optikai PDP (Plasma Display Panel): A PDP alapelve megegyezik a CRT alapelvével, átal. ) ugyanúgy egy speciális luminofor anyagot gerjesztünk, amelynek hatására az n fényt bocsát ki. A CRT esetében a gerjesztő energiát egy elektronsugár adja, míg a PDP-nél egy gázkisülésből származó elektromágneses energia. A PDP-t ugyanúgy RGB szubpixelek alkotják, mint a CRT vagy az LCD esetében, e három alapszínből keveri ki szemünk az illető képpont színét. A PDP elemi celláiban a gázkeverék vagy be van gyújtva, vagy nem, emiatt a különböző fényességű pontokat csak a begyújtás időtartamával lehet szabályozni. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 14

Képmegjelenítés (elektromos-optikai átal. ) Az OLED kijelző (Organic Light Emitting Diodes) n n n Ezen kijelzők alapanyaga egy szerves anyag, mely elektromos potenciál különbség hatására fényt bocsájt ki, ugyanis a negatív és pozitív töltéshordozók találkozásakor a felszabaduló energia fénnyé alakul. Az OLED kijelzőnél is RGB szubpixelek adják a színes képinformációt, mint az LCD vagy PDP esetében, ezek egyedi elektromos vezérlésével hozható létre a színes kép. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 15

FF TV jel az idő és frekvencia tart. -ban n n Mozgókép továbbítás: a kép sorokra bontása, egy kép kb. 600 sor, 25 kép/s, a sorok és képek végén szinkronjel a vevőben való visszaállításhoz! Hang: frekvencia modulációval Egy sor az időtartományban TV adók elhelyezkedése a frekvenciasávban Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 16

HDTV A HDTV (High Definition TV) rendszerének kialakulása két okra vezethető vissza: n Az SDTV (Standard Definition TV) gyártók félelme a piac telítődésétől, ez a tény új utakra vezérelte őket n A TV szeretett volna konkurenciája lenni a filmnek, a régi versenytársnak E két motivációból indult ki a HDTV műszaki tartalmának megfogalmazása: § a függőleges felbontás legyen kb. kétszer nagyobb, mint az SDTV-nél § a képfrekvencia legyen minimum 50 Hz (progresszív) § a kép oldalaránya legyen 16: 9, igazodva az emberi látás térszögéhez § a világosság és színinformációkat egymástól elválasztva kell közvetíteni, (komponens átvitel) § a hangrendszer legyen a legkorszerűbb. , 5. 1 Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 17

HDTV „történelem” n Mihez képest HDTV? n n 1925. Nipkow-tárcsás átvitel, 30 sor, 12, 5 kép/mp Később 180 , 240 sor HD-nek nevezték! 1936. EMI (Isaac, Schoneberg) 405 sor, 50 félkép (Brit szabvány lett) „HD”!!!!! 1938. Német szabvány, 441 sor „HD” 1941. USA 525 sor, 30 félkép, „HD” -ez lett később az SDTV!!!!! n 1950. Megjelent a „szélesvásznú „ film (2, 35: 1) Kihívás a TV-nek! n Az első Japán volt (MUSE rendszer), 1981 -ben bemutatták az USA-ban! Az amerikaiak „el voltak ájulva” a rendszertől !!! (1125/60 Hz) 1986, Dubrovnik: Japán megpróbálja világszabvánnyá tenni a rendszert n n n ERŐS ELLENÁLLÁS! Mindenki ( USA, Európa) a saját rendszerét fejleszti n USA : vajúdás analóg rendszer, majd digitális, ATSC Európa: , PAL Plus próbálkozás, végül digitális alapokon! 1250/50, később 1125/50 Japán: új próbálkozások, pl. 4000 soros HDTV n n Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 18

A HDTV rendszer jellemzői Azonos képmagasság mellett a HDTV-hez kétszer közelebb ülhetünk, a sorokat így sem látjuk, de a vízszintes látószög megnövekszik! A HDTV műsor (1080 x 1920 képpont) digitalizált jele 4 : 2 mintavételezés mellett, 10 bites felbontással 1244, 16 Mbit/s sebességű, MPEG-2 komprimálással (ITU-601) 209, 74 Mbit/s. Az SDTV sávszélesség kb. ötszöröse! A HDTV sorszámaira vonatkozó ajánlás a következő: 720 p/50; 720 sor progresszív (nem váltott soros letapogatás, képrajzolás, 50 Hz) 1080 i/50 ; 1080 sor interlaced (váltott soros letapogatás, képrajzolás, 50 Hz) 1080 p/50 ; 1080 sor progresszív ( nem váltott soros letapogatás, képrajzolás) A fenti formátumok minden képváltási frekvenciára vonatkoznak, úgymint 24 ; 25 ; 29, 97 ; 30 kép / sec, illetőleg ezek kétszeresére is. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 19

Az analóg színes TV „filozófiája” Milyen frekvenciasávban közvetítsük a színinformációt? n Látva a FF TV adók elhelyezkedését, az adók „mellett” nincs szabad frekvencia! Alaposabb vizsgálat után kiderül, a használt sávon belül bizonyos frekvenciasávok „üresek”! Ide kell beültetni a színinformációt! n Milyen legyen a modulációs módszer a színek átvitelénél? n RGB-t kellene átvinni, egyetlen vivőfrekvencián, ez analóg modulációs eljárással, egyszerűen, nem oldható meg. DE! A QAM alkalmas ugyanazon a vivőfrekvencián két, egymástól független információ átvitelére! n R, G, B-ből csak kettőt tudunk átvinni, de hogyan? ? n Transzformáció, transzformáció!!!!! n RGB színtér r, g színsík X, Y, x, y CIE színsík u, v FCC színsík n Az egyes rendszerek közötti átszámítások mátrix szorzással végezhetők el. n A színek relatív értékei megadják a képpont világosság értékét is! Y= 0, 3 R+0, 59 G+0, 11 B Ha a színeket és a világosságot külön modulációs eljárással szeretnénk átvinni, a színek nem tartalmazhatnak világosság értéket, ezért lesz „színkülönbségi jel” n Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 20

A színrendszerek közötti transzformációk n n n A színkülönbségi jeleket megkapjuk, ha a színek relatív értékeiből kivonjuk a világosság információt, így a három színkülönbségi jel: (R-Y), (G-Y), (B-Y), ezekből elég kettőt átvinni az egyenlet szerint: 0, 3(R-Y)+0, 59(G-Y)+0, 11(B-Y)=0 (R-Y), (B-Y) értéktartománya a legnagyobb, ezeket visszük át, (G-Y)-t a vevőkészülékben állítjuk elő a másik kettőből! R G B X Y Z 1, 91 -0, 53 -0, 29 = -0, 98 2, 00 -0, 03 FCC 0, 06 0, 12 0, 90 X Y Z 0, 61 0, 17 0, 20 R = 0, 30 0, 59 0, 11 G CIE 0, 00 0, 07 1, 12 B Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek CIE FCC 21

A kompozit színes videojel kialakítása n n Tény: a FF TV sorok világosságtartalma (általában) nem változik jelentősen a képernyő kezdete-vége között, vagyis első közelítésben azonos a fénysűrűség egy sorban! Közelítés: a szinkronjelek elő-és hátsóvállát elhanyagolhatjuk, így a videojel egy négyszögjel időtartomány frekvencia tartomány Fourier tr. Nemcsak sorszinkron jelek, hanem képszinkron Jelek is vannak! A spektrum emiatt így alakul. f. H Valóságos videojel nem periodikus, a spektrum nem vonalas spektrum! DE az energia csomósodás megmarad! 2 f. H Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek f. H 22

Az NTSC színes TV rendszer (1953) n n n Amit át kell vinni: világosságjel, a két színkülönbségi jel, és a hangjel (R-Y), (B-Y), transzformáció a jobb színhűség és a kivezérlés miatt (I), (Q) Az f. H, 2 f. H, 3 f. H…. frekvenciákon csomósodó jelek közé ültethető a színjel, kvadratúra amplitúdó modulációval. A színsegédvivő („QAM” modulált) frekvenciája: f. C = (2 n+1) f. H/2, az ilyen frekvenciájú vivőt kell kvadratúra amplitúdó modulálni az I, Q jelekkel, majd hozzá kell adni a világosság jelhez! Az NTSC rendszer hibája: vételnél a többutas terjedés miatt a QAM vektor fázisa változik, emiatt változik a színezet is! Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 23

Az NTSC színsegédvivő elhelyezése Ezért: NTSC = („Never Twice Same Colour” : -) Az „I”, a „Q” és az „Y” komponens elhelyezése a frekvencia tartományban n Y I, Q Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 24

A PAL színes TV rendszer (1961) „Phase Alternation Line” Az NTSC rendszer fázisérzékenységét küszöböli ki úgy, hogy az (R-Y) V összetevőt soronként fázisfordítja adás oldalon, vételi oldalon a két sor átlagát képzi, ezáltal a fázishiba okozta színtorzulás teljesen megszűnik. Hiba lehetőség: a két sort kb. azonosnak tekinti, ami az esetek nagy részében igaz is, de pl. vízszintes csíkozású kép esetén torzítást okoz! n Azonos sávszélességű színkülönbségi jelek n Kvadratúra amplitúdó moduláció n Színkülönbségi jelek transzformálása a túlvezérlés elkerülésére : (R-Y) V (B-Y) U A „V” jel soronkénti fázisváltása miatt spektruma pontosan „rácsúszik” Y jel spektrumára! Más színsegédvivő frekvenciát kell választani, mint NTSC esetében! Megoldás: nem félsoros, hanem negyedsoros offset, f. C=(2 n+1)f. H/4+f. V Ilyen színsegédvivő választás esetén minden negyedik sor azonos fázisú, csíkozódás látszana. Ezt elkerülendő, f. V-vel „szétszórjuk” a hibát n Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 25

A PAL színsegédvivő elhelyezése A PAL rendszer kiküszöbölte az NTSC hibáit PAL = („Peace At Last” : -) Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 26

A SECAM színes TV rendszer (1957) n n n A SECAM rendszerette volna a QAM –et elkerülni, hogy ne legyen a visszaverődések miatti színtorzulás. Akkor hogyan visszük át egy időben a két színkülönbségi jelet? ? SEHOGYAN!!! Egyik sorban az egyiket, másik sorban a másikat, kell egy késleltető művonal, (egy soridejű) amelyik segítségével mindkét jel egy időben rendelkezésre áll!! A két színkülönbségi jel (DR, DB) frekvenciamodulációval kerül átvitelre, a vivőfrekvenciák a sorfrekvencia egészszámú többszörösei!!! (4, 25 - 4, 406 MHz, 272 -282 x f. H) Ez nagy zavart okoz a képen, ezért minden 3. sorban és minden félkép váltásnál megfordítja a színsegédvivő fázist, hogy a hiba „elkenődjön” Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 27

A színes videojel digitalizálása n n n n Miért szükséges a digitalizálás? A digitális jel az átvitel során keletkező zavarokra érzéketlenebb, mint az analóg jel Ellátható hibafelismerő, hibajavító információkkal A digitális jelen könnyebben végezhetünk bizonyos trükköket, manipulációkat A digitalizálásnak „ára van”, adatsebesség, sávszélesség Milyen lehetőségeink vannak? A kompozit videojelet (NTSC, PAL, SECAM) digitalizálni A komponens jeleket [Y, (R-Y), (B-Y), vagyis Y, Cr, Cb] digitalizálni A hangot is digitalizálni kell, be kell ültetni a stream-be NTSC: Megvalósította a kompozit jel digitalizálását, f. S=3 x f. C, , 8 bit a szinkronjel aljától a fehér szintig (255 érték) 80 -as évek eleje: legyen a mintavételi frekvencia 13, 5 MHz, ez teljesíti a Shannon tételt is, és egészszámú többszöröse a 625/50 és az 525/60 rendszer sorfrekvenciájának is. Felbontás=8 bit (ma már 10 -12 bit) Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 28

A digitális videojel adatsebessége n n n n 100 f-f árnyalatú képet jónak látunk, legalább 7 bit kell 8 bit Legyen a színkülönbségi jelekre is 8 bit, bár tudjuk, nem szükséges! Vadat=fsx. N=13, 5 x(3 x 8)=324 Mbit/s 4: 4: 4 mintavételezés Színkülönbségi jeleket elég fele, vagy negyede akkora frekvenciával mintavételezni, mint a világosságjelet (szem felbontóképessége színekre) Vadat=13, 5 x 8+6, 75 x(8+8)=216 Mbit/s 4: 2: 2 mintavételezés Vadat=13, 5 x 8+3, 375(8+8)=108 Mbit/s 4: 1: 1 mintavételezés Vadat=13, 5 x 8+6, 75 x(8)=108 Mbit/s 4: 2: 0 mintavételezés n Ezek „elméleti” értékek, nézzük a PAL valós SDTV képméretet PAL teljes kép: 864 x 625, ebből hasznos 720 x 576 (nem négyzetes pixel) 768 x 576 (négyzetes pixel) Vadat=[(576 x 720)x 8+ (576 x 720)x 2 x 8]x 25= 249 Mbit/s 4: 4: 4 mv. Vadat=[(576 x 720)x 8+ (576 x 720/2)x 2 x 8]x 25= 166 Mbit/s 4: 2: 2 mv. Vadat=[(576 x 720)x 8+ (576 x 720/4)x 2 x 8]x 25= 124 Mbit/s 4: 1: 1 mv. Vadat=[(576 x 720)x 8+ (576 x 720/2)x 1 x 8]x 25= 124 Mbit/s 4: 2: 0 mv. n A „tömörítetlen” értéknek a 4: 2: 2 felel meg (D 1 formátum) n n n Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 29

A videojel összetevőinek mintavételezése n Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 30

A digitális videojel sávszélességének becslése Az egy szolgáltató rendelkezésére álló sávszélesség továbbra is 8 MHz!!! Mekkora (adó) sávszélesség szükséges pl. a 166 Mbit/s adatsebességnek? ? Ha a digitális videojelet NRZ vagy BIPHASE kóddal kódolnánk, a következők szerint adódna a sávszélesség: Ezek szerint vagy 83, vagy 166 MHz lenne szükséges, a kódolási eljárástól függően!!! De csak 8 MHz áll rendelkezésre! Megoldás: digitális QAM!!! DVB-S: 4 QAM (QPSK) 2 bit/szimbólum DVB-T: 32 -64 QAM, 5 -6 bit/szimbólum DVB-C: 64 -256 QAM, 6 -8 bit/szimbólum Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 31

Példák digitális QAM módokra n BPSK QPSK 16 QAM Vizsgáljuk csak a földfelszíni digitális TV adást, legyen 64 QAM! Ezek szerint 6 bit/szimbólum , vagyis az eredő nettó adatsebesség 166 Mbit/s esetén VADAT=166 Mbit/s: 6 bit/szimbólum= 27, 66 Mszimbólum/s Ez az adatsebesség sem „fér bele” a 8 MHz-es frekvenciasávba, de nem számoltunk még az adatsebességet növelő hibafelismerő-javító kódokkal sem! Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 32

A digitális videojel eredő A DVB-S és DVB-T adásmódnál, a fokozottan jelentkező zavarok miatt adatsebessége 1 is alkalmaznak, a viszonylag zavarmentes belső és külső hibajavító kódokat n n DVB-C adásmódnál csak külső hibajavító kódot. Külső hibajavító kód a DBV szabvány szerint Reed-Solomon 204/188 kód Belső hibajavító kód: Y bites formába konvertáljuk az X bitet, jelölése Y/X. Ez egy konvolúciós kód, megmutatja, hogy a dekódolt bit milyen valószínűséggel vette fel azt az értéket! DVB-T esetében általában a 3/2 kódot alkalmazzák! (vagy egy másikat) Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 33

A digitális videojel eredő Ezek figyelembe vételével 2 az eredő szimbólumsebesség: adatsebességen A szimbólumsebességet SR-el jelölve, SR=45, 47 MS/s n n n A moduláló négyszögjel a nagy sebességű digitális áramkörök miatt kis felfutási idejű, vagyis nagy sávszélességet foglal el, ezáltal a modulált jel is nagy sávszélességű lesz, az ilyen jellel végzett diszkrét állapotú modulációt nevezik „kemény billentyűzésnek”. Az ilyen, nagy sávszélességet igénylő moduláló jel a QAM moduláció után is nagy sávszélességű, ez pedig azt jelentheti, hogy az analóg műsorterjesztés számára kijelölt frekvenciasávot meghaladja. Ennek elkerülésére a moduláló jelet aluláteresztő szűrőn át kapcsoljuk a modulátorra. A valóságos aluláteresztő karakterisztikáját cos függvénnyel közelítjük, a szűrő eltérését az ideális karakterisztikától a „lekerekítési tényező”-vel, „r”-el jelöljük. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 34

A digitális videojel eredő sávszélessége A szűrő karakterisztikájának figyelembe vételével adódó sávszélesség: f. B=SR (1+r), r=0, 5 esetén, f. B= 45, 47 x 1, 5 = 68, 2 MHz Ez a sávszélesség a rendelkezésre álló 8 MHz-nek több, mint nyolcszorosa, ezért az alapsávi digitális videojelet a szabványos MPEG-2 eljárással adatredukáljuk! Egy 8 MHz-es sávban általában 4 -6 adót terveznek működtetni (multiplex), így a szükséges adatredukciós tényező kb. 50! Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 35

A „transport stream” felépítése n n n A digitális videojelet (és a hozzá tartozó hangot) az adatredukció után egy szabványos jelfolyamba (TS) illesztjük, a multiplex-hez tartozó többi műsorral együtt. A transport stream olyan információt (kép, hang, adat) hordozó bitfolyam, amelyet úgy terveztek, hogy egy vagy több, egymástól független program adatait tartalmazhatja, amelyek külön- külön lehetnek változó vagy állandó bitsebességűek. A transport stream szabványos adatcsomagokból épül fel. Minden adatcsomag 188 bájtból áll. Minden csomag első bájtja egy hexadecimális számmal jelzett „ 47” (01000111) értékű szinkron bájt, míg minden nyolcadik szinkronbájt negált, hexadecimális 38 (00111000) értékű. Nyolc adatcsomag alkot egy keretet Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 36

A transport stream szerkezete PID (packet identification): Minden transport stream adatcsomag tartalmaz egy fejlécet, ami a csomagra jellemző infomációkat hordozza. Egy PID-del csak egy elemi komponens (videó, audió, adat) továbbítható, és egy elemi komponenst mindig ugyanazzal a PID-del kell továbbítani. n PSI (program specific information): Ezek a táblázatok tartalmazzák azon információkat, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a vevő képes legyen az adatfolyamban megtalálni és dekódolni a venni kívánt programot. § PAT (program assotiation table): Ez a táblázat csak arról ad információt, hogy hány program található az adatfolyamban, illetve milyen PID azonosítóval jönnek az egyes programok PMT-i (Program Map Table). § PMT: Minden programnak van egy saját PMT-je, amely az adott programra jellemző információkat tartalmazza. Ez a PMT adja meg, hogy milyen PID azonosítóval kell keresnünk az adott program audió illetve videó adatcsomagjait. A transport stream szabványos adatsebességű, ezért ha a műsorok adatsebességeinek összege nem éri el a szabványos értéket, üres, „dummy”kereteket kell elhelyezni a stream-ben. n Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 37

Földfelszíni digitális TV adás n n n A transport stream összeállítása után kerül sor a belső és külső hibajavító eljárások elvégzésére, ezután a stream sugárzásra alkalmas. A földfelszíni TV adás a tereptárgyak által okozott reflexiók hatásának csökkentésére az ún. OFDM (orthogonal frequency division multiplex) adásmódot alkalmazza. A Transport Stream egy meghatározott számú szimbólumával modulálnak QAM módon egy vivőfrekvenciát, a következő, ugyanilyen számú szimbólumokal egy másik frekvenciát, és így tovább. Az egyes, modulált vivőket összegzik, így alakul ki az OFDM jel teljes spektruma. Az egyes vivők spektruma a diszkrét fázismoduláció miatt sinx/x jellegű. A vivőfrekvenciák helyes megválasztásával elérhető, hogy egymás információtartalmát nem zavarják, mivel a különböző vivőfrekvenciák a spektrum burkológörbe nulla helyein helyezkednek el. A digitális információ átviteléhez több ezer, keskenysávú vivőfrekvenciát alkalmaznak. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 38

OFDM moduláció n n Az OFDM eljárás lényege, hogy az egyes vivők adásidejének csak egy részét teszi ki a Transport Stream szimbólumainak átvitele, a többi időben nincsen adatsugárzás, ez az ún. védelmi intervallum (GI. Guard Interval). A GI beiktatásával elérhető, hogy a GI időn belül érkezett információt , amely a visszaverődésekből ered, figyelmen kívül hagyja a vevőkészülék. Cs. J. 2009. 03. 16. Videotechnikai alapismeretek 39