Влияние ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ на свойства и восприятие визуальных программ

На протяжении нескольких де­сятилетий телевидение было аналоговым, но в конце 70-х годов разработчики телевизионных систем столкнулись с огра­ничениями аналоговых методов, серьезно сужающими возможности дальнейшего развития телевидения.

Одним из главных недостатков аналогового телевидения считается сла­бая помехозащищенность сигнала, который подвергает­ся воздействию шумов и других помех. Современная вещательная ТВ система предста­вляет собой длинную цепь устройств преобразования и пе­редачи сигналов.

. При аналоговых методах усиления и обработки ТВ сигнала помехи накапливаются от звена к звену. В таких сложных си­стемах проблема обеспечения необходимой помехоустойчивости ста­новится главной. Существенно уменьшить искажения от по­мех позволяют цифровые методы. Поэтому в последние годы основное внимание уделяется развитию цифрового телевидения.

Лучшая помехозащищенность цифрового сигнала позволяет снизить требования к его мощности в процессе доставки к приемным устройствам. Повторные изображения, характерные для аналогового телевидения при многолучевом приеме, цифровыми ме­тодами могут быть исключены.

Преобразование аналогового ТЛВ сигнала в цифровую форму производится с помощью операций дискретизации, квантования и ко­дирования. Наиболее распространена равномерная дискретизация, имеющая постоянный период и основанная на теореме Котельникова- Найквиста. Минимально допустимая частота дискретизации f_д = 2f_гр. Здесь f_гр — максимальная частота спектра исходного сигнала.

Аналитическое выражение теоремы Котельникова-Найквиста име­ет вид

Для восстановления исходного аналогового сигнала u(t) из последовательности отсчетов и(пТ) их необ­ходимо пропустить через идеальный фильтр нижних частот (ФНЧ) со срезом на частоте fгр.

За процессом дискретизации следует процесс квантования, которое заключается в замене полученных после дискретизации мгновенных значений отсче­тов ближайшими значениями из набора фиксированных уровней (рис. 5.1,в). Квантование – это та же дискре­тизация ТВ сигнала, но осуществляемая не во времени, а по уровню сигнала u(t).

Фиксированные уровни, к которым «привязываются» отсчеты, называют уровнями квантования. Динамический диапазон сигнала u(t) разбивается на отдельные области, называемые шагами квантования, которые образуют шкалу кван­тования. Эта шкала может быть как линейной, так и нелинейной. Округление отсчета до одного из двух ближайших уровней (верхнего или нижнего) опреде­ляется положением порогов квантования (рис. 5.1,в).

Возможность восстановления в зрительном аппарате человека исходного изображения по его квантованному связана с ограниченностью контрастной и цветовой чувствительности зрительной системы.

Операция квантования заменила все возможные значения амплитуды видеосигнала ограниченным числом значений, равным числу уровней квантования.

Дли увеличения помехозащищенности сигнала его необходимо пре­образовать в двоичную форму. При этом значение уровня будет преобразован в кодовую комбинацию из символов 0 или I (рис. 5.1,г). В этом состоит операция кодирования по преобразованию аналогового сигнала u(t) в цифровой.

Все эти три операции выполняются од­ним устройством — аналого-цифровым преобразовате­лем (АЦП). Обратное преобразование цифрового сигнала в аналого­вый производится в цифро-аналоговом пре образователе (ЦАП).

Скорость передачи ТВ сигнала в цифровой форме равна произведению частоты дискретизации f_д и числа двоичных символов к в одном дискретном отсчете: