TV TEHNIKA - Mješovita srednja tehnička škola Travnik

MJEŠOVITA SREDNJA TEHNIČKA ŠKOLA TRAVNIK
TV TEHNIKA
TRAVNIK, 2007.god.
Osobine oka
Jedna od značajnijih osobina oka je osjetljivost oka i ona se odnosi na spektralnu
osjetljivost oka koja označava zavisnost relativne osjetljivosti oka od talasne dužine
svjetlosti. Ukupna spektralna osjetljivost oka je rezultat sabiranja spektralne osjetljivosti
tri vrste čepića: R, G i B, što je i prikazano na krivoj osjetljivosti oka kod standardnog
posmatrača:
Kriva-a se odnosi na osjetljivost oka za svjetlost normalne jačine, dok se kriva-b dobija
pri slaboj svjetlosti. Uočavamo da je najveća osjetljivost oka u oblasti zeleno-žute boje,
tj. pri λ=550 nm. Osjetljivost oka na promjene jačine svjetlosti veća je nego na promjene
boje, što je posljedica činjenice da retina sadrži znatno više štapića nego čepića.
Sljedeća osobina oka je opseg kontrasta, što se odnosi na poznatu osobinu da oko može
vidjeti razne osvjetljaje okoline. Kada se mijenja osvjetljaj okoline, oko se automatski
prilagođava, te se uvodi i pojam prilagođenja oka, što praktično znači da se oko
automatski prilagođava pri npr. prelasku iz jako osvjetljene prostorije u slabo osvjetljenu.
Moć razlaganja oka je osobina oka povezana sa sposobnošću uočavanja sitnih detalja.
Ona zavisi od strukture mrežnjače i optičkih karakteristika sočiva. Moć razlaganja ovisi i
od kontrasta detalja prema pozadini, od oštrine detalja, kao i od dinamike slike. Jasno je
da je moć razlaganja veća kod većeg kontrasta i većeg srednjeg osvjetljaja okoline, kao i
kod statitičkih, nego kod dinamičkih slika.
Inercija i persistencija oka su posebno zanimljive sa aspekta TV tehnike. Kada se
svjetlosni fluks na retini naglo poveća biće potrebno izvjesno vrijeme da se u mozgu
stvori osjećaj odgovarajuće sjajnosti, što znači da oko ne djeluje trenutno na promjene
osvjetljaja. Na sljedećoj slici je prikazana reakcija oka na kratkotrajni pobudni impuls:
2
Vremenski interval ove inercije će zavisiti od
veličine promjene i to što je promjena veća, osjećaj
prije dostiže maksimum. Ako veličina sjajnosti
opadne
trenutno,
osjećaj
se
smanjuje
eksponencijalno, što je i prikazano na ovoj slici.
Produženje osjećaja sjajnosti nakon prestanka
pobude naziva se persistencija i ona iznosi oko 0.1 s.
Ova osobina je od posebne važnosti za TV, jer oko
vrši integraciju dovoljno bliskih uzastopnih sekvenci,
što stvara predstavu kontinualnog kretanja u TV slici.
Na dužinu persistencije utiče više faktora, a jedan od njih je i spektralna karakteristika
svjetlosti. Ustanovljeno je da osjećaj sjajnosti duže traje, ako je pobudna svjetlost crvena
ili plava, nego ako je žuta.
Narednu osobinu oka označavamo kao treperenje. Kada se oko pobuđuje svjetlosnim
impulsima niske frekvencije, svaki pojedinačni impuls će biti uočen od strane oka, jer je
njihov period ponavljanja duži od persistencije oka. Pri povećanju frekvencije posmatrač
će imati utisak kao da izvor stalno emituje svjetlost, s tim da je ona promjenljive jačine,
što znači da će se pojaviti treperenje. Ako se frekvencija svjetlosnih impulsa i dalje
povećava utisak treperenja će potpuno išćeznuti pri frekvenciji koju zovemo kritična
frekvencija treperenja – CFF (Critical Flicker Frequency). CFF zavisi od više faktora:
 Ako se poveća amplituda impulsa, porast će i CFF,
 Relativni odnos trajanja impulsa (θ) i perioda prekidanja (T) utiče na CFF i to
tako da što je odnos θ/T bliži jedinici, to je CFF niža,
 CFF zavisi i od udaljenosti posmatrača.
3
Miješanje i predstavljanje boja
Miješanje boja. Boje možemo miješati na dva načina: subtraktivno i aditivno.
Subtraktivno miješanje se ostvaruje upotrebom obojenih pigmenata, tj. materijala u boji.
Ova tehnika miješanja se koristi u štamparstvu, slikarstvu itd.
Aditivno miješanje boja nastaje pri upotrebi obojenih svjetlosti i ono se koristi kod
televizije u boji
U oku postoje tri vrste čepića, a pretežno su osjetljivi na plavu (B), zelenu (G) i
crvenu (R) boju. Stoga su usvojene tri primarne boje ili tri osnovne svjetlosti, čije su
dominantne talasne dužine:
B:
G:
R:
λ=435.8 nm
λ=546.1 nm
λ=700 nm
Nijedna od ovih primarnih boja se ne može dobiti miješanjem druge dvije primarne boje.
Svaka nijansa određene boje može se dobiti miješanjem odgovarajućih iznosa primarnih
boja, tj. bilo koja boja F se može dobiti kao:
F=rR+gG+bB
gdje su r, g i b intenziteti odgovarajućih primarnih boja.
Aditivnim miješanjem tri primarne boje dobijamo bijelu boju, dok subtraktivnim
miješanjem nastaje tamno-smeđa boja. Zanimljiva situacija nastaje kada miješamo po
dvije primarne boje:
Ovako dobijene tri sekundarne boje nazivamo komplementarne boje. Bijela boja se može
formirati i pomoću komplementarnih boja.
4
Predstavljanje boja. Boje možemo predstavljati na više načina, a izbor zavisi od
karaktera i namjene analize.
Ako pođemo od analitičkog predstavljanja boja i ako su npr. poznate dvije boje u
skalarnom obliku:
C1=r1R+g1G+b1B
C2=r2R+g2G+b2B
Tada se miješanje ovih boja vrši sabiranjem odgovarajućih skalarnih komponenata:
C=C1+C2=(r1+r2)R+(g1+g2)G+(b1+b2)B
Za određene aplikacije je zanimljivo predstavljanje boja u prostoru, pa se u tu svrhu
koriste različiti koordinati sistemi. U sljedećem primjeru koristimo Dekartov koordinatni
sistem, pri čemu se ovaj model naziva i RGB model predstavljanja boja u prostoru.
RGB model je prikazan kao jedinična kocka, kod koje se u svakom od vrhova nalazi
određena boja. Vrh ove kocke označava bijelu boju W(1,1,1), jer su jednako zastupljene
sve tri primarne boje. Kretanje duž ovog vektora W daje podatak o jednoj od tri
komponente osjećaja boja, a to je sjajnost ili bljesak.
Nedostatak ovog modela u odnosu na vizuelni sistem čovjeka je teškoća zamišljanja
kolor nijansi u smislu tri vrijednosti. Drugi problem je što geometrijska distanca između
jedne i ostalih boja ne odgovara različitim osjećajima raznovrsnih boja.
Zbog
toga
je
koncipiran
CMY
(Cian/Magenta/Yellow),
odnosno
CMYK
(CMY-black) model koji je takođe ilustrovan
jediničnom kockom. U ovom modelu su
zamjenjene pozicije crne i bijele boje u odnosu
na njihove pozicije u RGB modelu. CMY kolor
model se koristi kad god se dokument u boji
štampa na ink-jet printeru, jer catrige sadrži ove
tri boje.
5
Obzirom na pomenutu komplementarnost RGB i CMY modela moguće je izvršiti
konverziju RGB modela u CMY model prema sljedećoj matričnoj relaciji:
C  W  R 
      
M  W  G
Y  W   B 
Nedostatak je nemogućnost kreiranja “čiste“ crne boje, pa se koristi CMYK model.
Pored pomenutih kolor prostora, u pojedinim situacijama koriste se i modeli YCrCb, koji
se sastoje od signala luminanse-Y i signala razlike boja Cb i Cr, koji zapravo predstavljaju
kompozitni signal razlike boja.
Vidimo da ova tri signala formiraju prostorni
koordinatni sistem, pri čemu cilindar u središtu kocke
označava nijanse od crne do bijele boje. Brojevi 1023
označavaju broj mogućih uzoraka po svakoj od tri ose
(ukupno ih ima 1024, uključujući i 0.)
Dijagram boja
Pod dijagramom boja najčešće podrazumjevamo dvodimenzionalnu prezentaciju boja,
tipa x-y, koja predstavlja vidljive boje u ravni. Ovaj kolor model je nazvan CIE dijagram
boja, koji je predstavljen na slici:
Sve boje su obuhvaćene krivom oblika potkovice,
a korisnik može mijenjati boje jednostavnom
promjenom koordinata x i y. Zasićene boje
zauzimaju pozicije po obodu, što znači
prezentaciju dominantne talasne dužine (DTD) ili
vrste boje, a ona se kreće od 380 nm za plavu, do
780 nm za crvenu boju.
U centru ove parabole je bijela boja, a takođe
vidimo da boje bliže centru imaju manje zasićanje,
što znači da su boje na periferiji zasićene.
Zaključujemo da kretanje od centra ka periferiji
parabole daje podatak o zasićenju boje.
Trokut boja označava mogućnost izbora određenih
komponenata kao primarnih boja, što za TV u boji
predstavljaju plava B(435,8 nm), zelena G(546,1
nm) i crvena R(700 nm).
6
Klasifikacija linearnih izobličenja kod TV signala
Glavni faktori koji uzrokuju degradaciju kvaliteta analognog kompozitnog video signala
su izobličenja (linearna i nelinearna) i šumovi.
Ako privremeno zanemarimo nelinearna izobličenja, onda možemo ponašanje studijske
opreme u smislu linearnih izobličenja tretirati u dva domena:
 Frekventni domen, što znači posmatranje amplitudnih odziva (spektri) i grupnog
kašnjenja u frekventnom domenu, tj. A(f) odnosno τg(f).
 Vremenski domen, pri čemu poredimo valne oblike na izlazu pod testom sa
odgovarajućim ulaznim valnim oblicima.
Na sljedećoj slici je prikazana uobičajena podjela linearnih izobličenja:
Za mjerenje definisanih tipova linearnih izobličenja koriste se određeni standardni test
signali. Svaki od test signala ima specifični frekventni spektar podesan za ispitivani
frekventni domen.
Mjerenje frekventnih odziva se vrši upotrebom multiburst signala, čiji je valni oblik
prikazan na slici:
7
Izobličenja u vremenu trajanja jedne poluslike se mjere pomoću pravougaonog impulsa
trajanja 20 ms:
Izobličenja u trajanju jedne linije (64μs) se mjere
pravokutnim impulsom prikazanim na slici.
Vrijeme rasta pravougaonog impulsa izabrano je tako da
njegov spektar ostaje unutar granice maksimalnog
prenešenog opsega video signala, što je 5 MHz u slučaju
PAL sistema.
Kratkoročno izobličenje se valorizira u smislu K faktora. K
faktor predstavlja subjektivno ocjenjivanje kvaliteta slike.
Test signal za ovo mjerenje ima formu sinus-kvadrat
impulsa, koji je prikazan na slici.
Značajan parametar ovakvog impulsa je HAD (Half
Amplitude Duration), tj. trajanje impulsa na 50%
vrijednosti amplitede.
Kašnjenje krominanse prema luminansi i pojačanje se
mjere uz pomoć modulisanog sinus-kvadrat impulsa,
prikazanog na slici.
Signal se dobija linearnim sabiranjem sinus-kvadratnog
impulsa i podnosioca boje, koji u slučaju PAL sistema
iznosi 4.43 MHz. U ovom slučaju se uzima da je
HAD = 2μs.
8
Nelinearna izobličenja
Prenosna karakteristika realnog video signala nije u potpunosti linearna, što znači
unošenje nelinearnih izobličenja. Nelinearna izobličenja zavise od:
 Srednjeg nivoa slike APL (Average Picture Level),
 Trenutne vrijednosti luminantnog signala,
 Amplitude krominanse
U zavisnosti od vrste uređaja i načina obrade luminanse i krominanse, nelinearnosti mogu
uticati na luminansu i/ili krominansu individualno, a mogu uzrokovati i interakciju među
njima.
Podjela nelinearnih izobličenja je data šematski na sljedećoj slici:
Za verifikaciju performansi uređaja sa aspekta nelinearnih izobličenja se koriste
standardni test signali. Ovi signali simuliraju real-time video signale u smislu amplitude
signala i njegovog spektralnog sadržaja.
Za testiranje nelinearnosti luminanse koristi
se signal luminantne stepenice, koji je
prikazan na slici. Signal se sastoji od 5 -10
jednakih porasta amplitude.
Signal modulisanih stepenica se koristi za
mjerenje
diferencijalne
faze
i
diferencijalnog pojačanja.
9
Za mjerenje faznih i amplitudnih
izobličenja krominanse kao i za
intermodulaciju krome u lumu koristi se
signal modulisanog pedastala, prikazan na
slici. Signal se sastoji od pedastala
luminanse kome su superponirana tri nivoa
krominantnog podnosioca konstantne faze.
Određivanje veličine specifičnog tipa nelinearnosti se obavlja na sljedeći način:
 Ispitivanom uređaju se dovodi test signal specifičan za tip mjerenja koji se želi
obaviti
 Mjerni instrument spojen na izlaz uređaja izoluje krominantnu ili luminantnu
komponentu izobličenog ispitnog signala i mjeri devijaciju amplitude ili faze
obzirom na referencu na specifičnim nivoima luminanse i krominanse.
10
Šumovi
Šumove definišemo kao neželjene parazitne signale koji se superponiraju korisnom
signalu. Primjer jedne kategorizacije šumova dat je na sljedećoj slici:
Zapažamo da u ovisnosti mehanizma generisanja šumova razlikujemo dvije kategorije:
slučajni šumovi (nekoherentni) i koherentni šumovi (interferencije).
Nekoherentni (slučajni) šumovi su generisani od strane elemenata sklopova i rezultat su
kombinovanog efekta termičkih šumova i šumova Šotki efekta. Test signal za mjerenje
šuma je ravna poluslika na nivou crnog (tj. luminansa je na nivou crnog). Efekat
slučajnog šuma na luminantnu komponentu slike je vidljiv kao mustra crno-bijelih mrlja.
Luminantni slučajni odnos signal/šum (SNR) se definiše relacijom:
SNR(dB)=20log (P-P napon video signala / RMS napon šuma)
Na ekranu osciloskopa se prikazuju P-P vrijednosti, pa je za mjerenje RMS vrijednosti
potrebno unijeti faktor korekcije. Ova vrijednost se uzima u granicama 14 do 18 dB, a
neki autori sugerišu vrijednost od 15 dB, pa tako imamo:
SNR(dB)=20log (P-P napon video signala / RMS napon šuma) + 15
Mjerenje krominantnog SNR nije standardizovano.
Koherentni šum se generiše izvan uređaja i on ne posjeduje statističke osobine slučajnog
šuma. Najčešće se sastoji od jednog ili više zaostalih ometajućih signala. Odnos
signal/šum (SNR) za koherentni šum se definiše relacijom:
SNR(dB)=20log (P-P napon video signala / P-P napon koherentnog šuma)
Koherentni šum može biti brum, druge periodične frekvencije ili preslušavanje video
signala. Za mjerenje bruma koristi se LPF filter 10 kHz.
11
Koncept digitalizacije video signala
Slika koja se dobija na senzoru kamere (analizatorska cijev ili CCD čip) može se
posmatrati u prostoru i vremenu. Slika posmatrana u prostoru se definira kao pravilna
matrica pixela (elemenata slike), kao u primjeru datom na sljedećoj slici, gdje je
prezentiran isječak plohe senzora.
Svaki od ovih elemenata slike ima određenu sjajnost koja je predstavljena analognim
iznosom napona. Osvjetljaji ovih pixela u jednoj liniji formiraju video signal jedne linije,
što znači generisanje signala luminanse. Sve što smo rekli odnosi se ipak na analogni
video signal. Razmotrimo sada kako će nastati digitalni signal.
Uzmimo kao primjer digitalizaciju analognog signala u domenu vremena samo za
luminantni signal, što je ilustovano primjerom sa sljedeće slike:
Digitalizacija se sastoji u diskretizaciji po vremenu – to je proces uzorkovanja i
diskretizaciji po amplitudi – to je proces kvantizacije. Očitane vrijednosti uzoraka se u
koderu pretvaraju u binarne cifre, nakon čega se formira digitalna transportna struja.
Vidimo da dobijeni digitalni video možemo prenositi serijski ili paralelno.
12
Međutim, za prenos kolor video signala potrebno je prenijeti podatke o dominantnoj
talasnoj dužini (Hue) i pobudnoj čistoći (Exitation purity). U analognom sistemu to se
postiže formiranjem ili primarnih komponentnih signala – RGB ili kombinovanjem
signala razlike boje, tj. pomoću signala Y, U'B-Y i U'R-Y. To znači da ćemo formirati još
dvije superponirane ravni digitalnih vrijednosti videa istih pixela, ali sada za signale
razlike boja. U tom slučaju potrebna je trodimenzionalna memorijska matrica da bi se
predstavio digitalni signal, što je ilustrovano na sljedećoj slici.
Evidentno je da u ovom slučaju nastaju pored struje
digitalnih podataka o luminansi i struje podataka o
krominantnim digitalnim signalima.
Pretpostavili smo da se numeričke vrijednosti
luminanse i krominanse svakog pixela pohranjuju u
trodimanzionalnu memorijsku matricu. Na taj način je
pohranjena jedna slika. Sada se postavlja pitanje kako
reproducirati pokretnu sliku u digitalnom domenu. To
ćemo postići tako što ćemo omogućiti periodično ažuriranje nameričkih vrijednosti RGB
ili Y, U'B-Y i U'R-Y svakog pixela. Na ovaj način se formira trodimenzionalna matrica, gdje
dvije prostorne ose prikazuju raspored pixela u slici, dok treća prezentira tok promjene
vrijednosti veličine lume i krome svakog pixela u vremenu. Ovaj princip je ilustrovan na
sljedećoj slici:
Vidimo da se reprodukcija digitalnog signala svodi na cikličko očitavanje ažuriranih
stanja iz trodimenzionalne matrice. Ovim je prezentiran princip digitalne reprodukcije,
sa napomenom da se sve ove digitalne vrijednosti prethodno pretvaraju u analogne
veličine postupkom D/A konverzije, jer samo prezentiranje digitalnih vrijednosti signala
ne bi imalo smisla za gledaoca.
13
Formati digitalnih video signala
Razlikujemo dvije kategorije video signala: kompozitni i komponentni.
Kompozitni signal – CCVS kombinuje luminansu Y i kominansu C u jedinsvenu struju
koja se pohranjuje i prenosi. Primjeri analognog kompozitnog signala su emitiranje TV
signala i snimanje na VHS kasetu.
Razmotrimo koncept digitalizacije PAL kompozitnog video signala. Polazno pitanje u
digitalizaciji studijskog kompozitnog video signala je izbor frekvencije uzorkovanja.
Usvojeno je da ona iznosi multipl od frekvencije podnosioca boje fSC, tj.
FS = 4fSC = 4*4,43 MHz = 17,73 MHz
Drugo značajno pitanje je izbor broja bita – n po uzorku, obzirom da ovaj izbor utiče na
kvalitet signala. Na raspolaganju su uglavnom rezolucije kvantizacije sa 8 bita i sa 10
bita. Sada ćemo prikazati numeraciju uzoraka u domenu vremena, za jednu kompletnu
liniju, pomoću primjera sa naredne slike.
Vidimo da se numeracija uzoraka posebno vrši za interval video signala i posebno za
interval horizontalnog blanking intervala.
Sada ćemo razmotriti i strukturu digitalnog rastera za jednu PAL liniju, uz pretpostavku
da se posmatra color bar test signal tipa 100/0/100/0. Amplitudni raster, odnosno PAL
nivoi kompozitnog signala prikazani su na sljedećoj slici, za slučaj rezolucije kvantizacije
od 10 bita po uzorku.
14
Trajanje digitalne aktivne linije premašuje trajanje aktivne analogne linije. Vidimo da je
najviši nivo kvantizacije nešto niži od 100% nivoa krome za slučaj kolor bar testa tipa
100/0/100/0, tako da se pojavljuje negativni headroom. To znači da ne postoji rezerva u
preopterećenju A/D konvertora. Digitalni nivoi od 000 do 003 su zaštićeni i nisu
dozvoljeni u struji podataka.
Komponentni signal – sadrži struje luminanse Y i krominanse Cr i Cb. Pri tome postoje
dvije varijacije komponentnih signala: Y/C komponentni i RGB komponentni. Y/C
koristi separatne kanale za transport informacija o luminansi i krominansi, dok RGB
signal zahtjeva separatne kanale za svaki signal primarne boje. Komponentni signali
imaju bolji kvalitet slike od kompozitnog videa.
Digitalizacija komponentnog videa znači digitalizaciju tri signala, što implicira sljedeće
karakteristike:
 Utrošak sklopova je znatno veći za tri lanca komponentnog signala, nego za jedan
lanac kompozitnog video signala.
 Postupak digitalizacije je jednostavniji, jer nema podnosioca boje.
Ključno pitanje i u slučaju digitalizacije komponentnog signala je izbor frekvencije
uzorkovanja. Kod kompozitnog signala je uzeta samo jedna frekvencije fS = 4 fSC.
Međutim za digitalizaciju tri komponentna signala moramo odabrati tri frekvencije
uzorkovanja. U vezi frekvencije uzorkovanja, dogovorena je jedinstvena referentna
frekvencija od:
fr = 216*fl = 216*15 625 Hz = 3,375 MHz
Frekvencije uzorkovanja luminanse i krominanse su stoga multipli ove referentne
frekvencije.
15
Razlikujemo više sistema uzorkovanja, koji nose nazive prema faktorima multiplikacije
referentne frekvencije:




Sistem uzorkovanja 4:1:1 znači da frekvencija uzorkovanja lume iznosi
13,5 MHz (4 x 3.375MHz), dok su frekvencije uzorkovanja krome po 3,375 MHz.
Ovaj sitem ima reduciranu horizontalnu kroma rezoluciju i koristi se u uređajima
nižeg kvaliteta. Podesan je za situacije gdje propusni opseg krominantnih signala
ne premašuje 1.5 MHz.
Sistem 4:2:0 ima reduciranu vertikalnu rezoluciju krome. U ovom slučaju kroma
uzorci susjednih linija u poluslici su interpolirani u cilju produkcije jedinstvenog
kroma uzorka, koji je prostorno lociran na pola razmaka jednog od originalnih
uzoraka i lokacije iste linije, ali suprotne poluslike.
Sistem 4:2:2 označava frekvencije uzorkovanja od 13.5 MHz (4 x 3.375 MHz) za
luminantni signal Y i 6.75 MHz (2 x 3.375 MHz) za krominantne signale U'B-Y i
U'R-Y. Ovaj sitem ima najširu primjenu, te je usvojen za digitalnu studijsku
tehniku.
Sistem 4:4:4 znači da su frekvencije uzorkovanja svih komponentnih signala
13.5 MHz. Sistem se koristi za opremu visokog nivoa studijskog kvaliteta.
Primjena ovog sitema je ograničena obzirom da zahtjeva velike bitske brzine
prenosa, odnosno enormno širok frekventni opseg.
Sistem 4:2:2
Našu pažnju ćemo usmjeriti na sistem uzorkovanja 4:2:2. Kako je već rečeno, ovaj sistem
označava frekvencije uzorkovanja od 13.5 MHz (4 x 3.375 MHz) za luminantni signal Y i
MHz (2 x 3.375 MHz) za krominantne signale U'B-Y i U'R-Y.
Prikazaćemo uporedo spektre uzorkovanih komponentnih video signala u sistemu
kodiranja 4:2:2, pomoću sljedeće slike:
16
Vidimo da izbor frekvencija uzorkovanja lume od 13.5 MHz i krominantnih
komponenata od 6.75 MHz eliminira mogućnost nastanka sprezanja (aliasing) i
intermodulacije spektara baseband luminantnog i krominantnih signala sa moduliranim
uzorcima lume i krome.
Neki od osnovnih parametara sistema 4:2:2 su:
 Broj uzoraka po totalnoj liniji: Y=864, CB=432 i CR=432
 Broj uzoraka po digitalnoj aktivnoj liniji: Y=720, CB=360 i CR=360
 Frekvencija uzorkovanja: Y: 864 x fl = 13.5 MHz; CB i CR: 432 x fl = 6.75 MHz
 Rezolucija kvantizacije: 8 ili 10 bita po uzorku za svaki komponentni signal: Y,
CB i CR.
Na osnovu pomenutih parametara vidimo da rezolucija kvantizacije može biti 8 bita po
uzorku, što znači raspon od 256 nivoa, dok kvantizacija od 10 bita po uzorku omogućava
raspon od 1024 nivoa. Izračunaćemo sada potrebnu brzinu digitalnog protoka za
slučajeve rezolucije od 8 bita po uzorku i 10 bita po uzorku:
Rezolucija 8 bita:
Rezolucija 10 bita:
BR = (13.5 + 2 x 6.75) MHz x 8 = 216 Mbit/s
BR = (13.5 + 2 x 6.75) MHz x 10 = 270 Mbit/s
U oba slučaja se radi o velikim brzinama prenosa, ali se one mogu koristiti za studijsku
distribuciju pod uslovom da se radi o malim distancama prenosa. Za distribuciju na druge
sisteme, tj. za veće distance koriste se sistemi kompresije video signala, koji omogućuju
znatno niže brzine BR.
17
Kompresija video signala
Kompresija digitalnog video signala započinje već pri formiranju komponentnog video
signala, jer su luminantna i dvije krominantne komponente predstavljene jednom
transportnom strujom, unutar jedinstvenog propusnog opega od 5 MHz. Pomoću ovog
signala se formiraju digitalni komponentni signali, čije transportne struje imaju veoma
visok digitalni protok, tj. visok BR (Mbps). Za signal tipa 4:2:2, pri rezoluciji od 8 bita po
uzorku nastaje digitalni protok od BR=216 Mbps, a pri rezoluciji od 10 bita po uzorku
nastaje transportna struje od 270 Mbps, što zahtjeva velike propusne opsege, odnosno
ograničava daljinu prenosa na primarnu distribuciju unutar prostora studija i režije.
Za potrebe sekundarne distribucije i zapisa neophodno je izvršiti kompresiju video i
audio signala, što praktično znači smanjivanje digitalnog protoka.
Razmotrimo stoga najprije teorijsku podlogu na osnovu koje se koncipira postupak
kompresije. Osnovu čini utvrđivanje neophodne količine informacija iz izvora koju treba
prenijeti kako bi se ista mogla reproducirati na strani prijema, kao i onog dijela
informacije koja predstavlja višak informacije. To znači da u cilju kompresije video
signala utvrđenu suvišnu informaciju ne treba prenositi.
Srednja količina informacija skupa događaja predstavlja entropiju, a ona uzima
maksimalnu vrijednost, ako svi događaji imaju jednaku vjerovatnoću. Odstupanje
entropije od njene maksimalne vrijednosti predstavlja redundancu. Redundanca je dakle
onaj višak informacije, koji generira izvor, koji nije neophodno prenijeti da bi se
identifikovala izvorna informacija.
Redundanca u slici
Za postizanje ekonomičnosti prenosa informacija potrebno je smanjiti redundanciju i
svesti prenijetu informaciju na entropiju izvorne informacije. Prema Šenonovoj teoremi
prosječna dužina kodne riječi izvora ne može biti kraća od entropije izvora.
Možemo prihvatiti interpretaciju po kojoj se kompresija zasniva na procesu redukcije
informacija koje sadrži slika ili grupa slika za iznos redundancije koje one sadrže.
Postupak utvrđivanja i redukcije redunadancije se može definisati analizom statističke
prediktabilnosti, tj. predvidivosti video signala.
Većina signala ima neki stepen prediktabilnosti. Navedimo dva ekstremna primjera
prediktabilnosti:
 Sinusni signal je potpuno predvidiv, jer ima samo jednu frekvenciju, odnosno ne
traži poseban propusni opseg.
 Na drugoj krajnosti se nalazi šum, koji je potpuno neprediktabilan.
Signali u stvarnosti padaju negdje između ove dvije ekstremne kategorije.
Razlikuje dvije kategorije redunadancije: psihofizička redundancija i statistička
redundancija podataka.
18
Psihofizička redundancija
Psihofizička redundancija označava činjenicu da vrijednosti digitaliziranih uzoraka u slici
nisu jednako percipirane od strane vizuelnog sistema čovjeka – HVS (Human Visual
System). To znači da neke greške HVS ne registrira, a ne registrira ni ako se neke
vrijednosti uzoraka promjene ili čak i odstrane. Razlikuju se optička iluzija,
prepoznavanje uzoraka i efekat nagnutosti.
Oko čovjeka ima određenu osjetljivost na promjene u prostoru, pri čemu možemo
konstatirati da veliki objekti imaju nisku prostornu frekvenciju, a mali objekti visoku. To
praktično znači da zbog smanjenja osjetljivosti oka na visoke prostorne frekvencije
možemo takve sadržaje slike podvrgnuti grubljem stepenu kvantizacije, a greške
kodiranja u blizini granične frekvencije prostorne rezolucije oko neće ni zamjetiti.
Mozak takođe ima uticaja na viđenje slike. To znači da neke nekompletne strukture
registrira i automatski kompenzira stvarajući impresiju kompletne slike.
Oko čovjeka se adaptira na okolinu, pri čemu se fokusira na horizontalne i vertikalne
oblike, dok slabije reagira na druge. To označava efekat nagnutosti prikazan u gornjem
primjeru: paralelnost, razmještaj i širinu pravougaonika oko jasno razaznaje, dok je kosa
rezolucija slabija. To praktično znači da dijagonalne prostorne frekvencije mogu biti
grublje kvantizirane, što će značiti dodjelu manjeg broja bita po uzorku, a time i
smanjenje bitske brzine, što je krajnji efekat kompresije.
Statistička redundacija
Statistička redundancija podataka znači da sve slike sadrže veliki iznos identičnih
podataka, kao posljedica npr. identičnih vrijednosti nekih oblasti pixela u slici.
U pokretnom video signalu se razlikuju prostorna i vremenska redundancija.
Prostorna redundancija postoji unutar pojedine slike, odnosno unutar jednog frame-a, a to
može biti velika oblast uzajamno sličnih pixela, kao što je npr. vedro nebo ili slika sa
jednom dominantnom prostornom frekvencijom, npr. zid od cigle.
Prvi korak u većini sistema kompresije ovog tipa je identifikacija prostorne redundancije,
koja je prisutna u svakoj poluslici (field) ili slici (frame).
Kompresija koja se ostvaruje na osnovu eliminacije prostorne redundance u frame-u se
naziva Intra-frame kompresija.
Vremenska redundancija se pojavljuje između slika u kojima postoji velika sličnost
susjednih slika. Kompresija koja se ostvaruje putem uklanjanja redundance između
frame-ova naziva se Inter-frame kompresija.
19
Standardi video kompresije
MPEG
Razlikujemo više stepena kompresije u MPEG formatu, koji će biti prezentirani
pojedinačno, pri čemu će posebna pažnja biti posvećena MPEG-2 formatu, kao za sada
najraširenijem formatu kompresije video signala.
MPEG-1
MPEG-1 dozvoljava dvosmjerno predviđanje sa nadomještanjem pokreta, pri kojem se
trenutno procesirana slika ne upoređuje samo s prethodno projeciranim slikama, nego i sa
slikama koje se u izvornoj video sekvenci nalaze iza nje.
Izvorni format slike za MPEG-1 standard je SIF (Source Input Format) koji ima
rezoluciju luminantne komponente 360x240 elemenata slike za NTSC ili 360x288
elemenata slike za PAL, dok je rezolucija krominantne komponente jednaka polovici
rezolucije luminantne komponente u horizontalnom i vertikalnom smjeru.
Model kodiranja video signala u MPEG postupku je organizovan u šest slojeva
prikazanih u tabeli:
BLOK je najmanja jedinica kodiranja sastavljena od 64 elementa slike. To je osnovna
jedinica za primjenu diskretne kosinusne transformacije – DCT. Svaki luminantni
element slike odgovara jednom elementu slike. Kromatska informacija se poduzorkuje u
omjeru 2:1 u horizontalnom i vertikalnom smjeru, tako da se jedna kromatska informacija
sastavljena od dvije krominantne komponente izvodi za četiri elementa slike.
MAKROBLOK je osnovna jedinica za kodiranje sa nadomještanjem pokreta koja se
sastoji od područja 16 elemenata slike u 16 linija za luminantnu komponentu (4 bloka od
8x8 elemenata slike) i prostorno jednakog područja sa 8 elemenata slike u 8 linija za
svaku od krominantnih komponenata. To znači da makroblok sadrži 4 luminantna bloka i
2 krominantna bloka, pri čemu je područje slike pokriveno sa 4 luminantna bloka jednako
području slike koje je pokriveno pojedinim krominantnim blokom.
20
ISJEČAK SLIKE (Slice) je horizontalni niz makroblokova koji je osnovna jedinica za
uspostavljanje sinhronizacije između postupaka kodiranja koji se provode na razini bloka
i makrobloka. Prilikom pojave greške unutar slike zbog gubitka u prenosu, nije potrebno
odbaciti cijelu sliku, već je iz postupka dekodiranja moguće izostaviti samo isječak slike i
nastaviti dekodiranje sa sljedećim ispravno primljenim isječkom slike.
SLIKA je osnavna jedinica u MPEG postupku kodiranja. Slike se dijele na:
I-slike (Intra Coded Pictures) koje su samostalno kodirane unutarnjim prostornim (ancore
picture) kodiranjem,
P-slike (Predictive Coded Pictures) koje su direktno kodirane sa predviđanjem, uz
nadomještanje pokreta, pri čemu se kao polazna slika u postupku predviđanja koriste
prethodne I-slike.
B-slike (Bidirectionall Coded Pictures) koje se dvosmjerno kodirane sa predviđanjem, uz
nadomještenje pokreta, a mogu se genirirati iz prethodne, ali i iz naredne I ili P-slike.
Odnosi između ovih slika su grafički predstavljeni na sljedećoj slici.
Pri tome se kao polazne slike u postupku predviđanja koriste i prethodne i buduće I-slike
ili P-slike i D-slike (DC Coded Pictures) kod kojih se kodira samo istosmjerni (DC)
koeficijent diskretne kosinusne transformacije.
GRUPA SLIKA (GOP, Group of Pictures) se sastoji od jedne ili više slika, a predstavlja
najmanju jedinicu koja može biti neovisno dekodirana unutar video sekvence.
SEKVENCA je najviši sloj u hijerarhijskoj strukturi kodiranja koja se sastoji od zaglavlja
i određenog broja grupa slika. Zaglavlje sekvence uspostavlja početno stanje dekodera
kako prethodno dekodirane sekvence ne bi imale uticaja na trenutni proces dekodiranja.
21
MPEG-2
Potreba da se ogromna količina podataka unutar digitalnog video signala smjesti u znatno
manji prostor, stvorila je novu oblast kompresije u proizvodnji i emitovanju televizijskog
signala: MPEG-2. MPEG-2 predstavlja grupu standarda sa različitim profilima i nivoima.
Profil može biti razmatran kao podskup skupa parametara koji potpuno definiraju video
sintaksu, dok je nivo skup ograničenja koja vrijede za parametre video sintakse. Video
sintaksa može biti podjeljena u dvije glavne kategorije: slojevitu i cjelovitu sintaksu.
Cjelovita sintaksa definira neophodne postupke za kompresiju izvornih formata video
signala, uključujući i analiziranje s proredom. Slojevita sintaksa pruža mogućnosti
rekonstrukcije slike iz dijelova ukupnog toka podataka, što je postignuto podjelom
ukupnog toka podataka na dva ili više slojeva počevši od osnovnog sloja koji može biti
nadopunjen dodatnim slojevima.
Osnovni algoritam kodiranja predviđen MPEG-1 standardom je zadržan i u MPEG-2
standardu, a manje izmjene su nastale zbog potrebe za prilagođavanjem MPEG-2
standarda ulaznom formatu slike koji koristi analiziranje s proredom, gdje se jedna slika
dijeli na dvije poluslike sastavljene od parnih i neparnih linija. MPEG-1 standard dopušta
samo progresivno analiziranje, dok MPEG-2 standard, kao opći standard, mora sadržavati
rješenja i za progresivne formate izvorne slike i za formate izvorne slike s proredom, koji
zahtjevaju složenije načine predviđanja. Glavne osobine MPEG-2 standarda su:







MPEG-2 = MPEG-1 + alati inerlace + prifili i nivoi
Nova field/frame predikcija i DCT modovi za analizu s proredom (interlace)
Kvantizacija u većem području i adaptivnost
Novi VLS (Variable Length Codes)
Proširena skalabilnost (prostorna, SNR, vremenska)
Sistemski sloj za višestruke transportne struje
Audio proširen na multi-kanalni zvuk
Slojevitost je ključni koncept, čijom primjenom je moguće postići kompatibilnost
MPEG-2 postupka kodiranja sa postojećim algoritmima kao što su JPEG, MPEG-1, ali je
to i vrlo djelotvorna tehnika za rješavanje opštih problema vezanih za višerezolucijske
ulazne formate, kodiranje sa promjenljivom brzinom prenosa i sučeljavanje sa mrežama
zasnovanim na asinhronom načinu prenosa. MPEG-2 standard predviđa nekoliko
različitih oblika slojevitosti, kao što su odjeljivanje podataka, slojevitost u odnosu na
omjer signal/šum, prostorna slojevitost i vremenska slojevitost. Podržane su i
kombinacije ovih osnovnih oblika slojevitosti, koje daju hibridnu slojevitost. Osnovna
slojevitost dozvoljava podjelu video signala u dva sloja, dok hibridna slojevitost podržava
podjelu u tri sloja.
MPEG-2, kao opšti standard za kodiranje video signala, mora biti prilagođen različitim
primjenama i formatima izvornih slika, što je postignuto primjenom strukture profila i
nivoa. Profil je difiniran kao skup od jednog ili više osnovnih standarda, dok je nivo
definiran područjem parametara kao što se veličina slike, frekvencija izmjene slika,
brzina prenosa i dr.
22
MPEG-2 standard predviđa pet različitih profila:
 Osnovni profil, s najnižom kvalitetom i bez mogućnosti slojevitog kodiranja.
 Glavni profil, istih svojstava kao i osnovni, ali bez mogućnosti interpolacije slika.
 Profil sa slojevitošću u odnosu na omjer signal/šum, u kome su podržane različite
kvalitete slike iskazane preko omjera signal/šum.
 Profil sa prostornom slojevitošću, u kome su podržane različite prostorne
rezolucije slike.
 Vršni profil, koji podržava potpunu slojevitost.
MPEG-2 standardom su utvrđena četiri nivoa:
 Niski nivo, koji odgovara CIF formatu slike iz H.261 standarda ili SIF formatu
slike iz MPEG-1 standarda.
 Glavni nivo, koji odgovara standardnim formatima TV slike (NTSC, PAL,
SECAM).
 Visoki 1440 nivo, koji odgovara TV signalu visoke kvalitete sa 1440 uzoraka po
liniji.
 Visoki nivo, koji odgovara TV signalu visoke kvalitete sa 1920 uzoraka po liniji.
Nivoi su pridruženi svakom profilu, ali nisu moguće sve kombinacije profila i nivoa.
Zbog ovakve strukture MPEG-2 standard podržava veliki raspon horizontalnih i
vertikalnih rezolucija, formata slike i brzina prenosa.
MPEG-4
MPEG-4 ima za cilj osigurati opšti i djelotvoran postupak kodiranja audiovizuelnih
podataka u različitim oblicima, koji se nazivaju audiovizuelni objekti. Cilj MPEG-4
standarda je prikaz “svijeta koji nas okružuje“ kao kompozicije audiovizuelnih objekata,
koja je popračena tekstom koji opisuje njihove prostorne i vremenske odnose.
MPEG-4 standard će omogućiti ineraktivnu mobilnu multimedijsku komunikaciju, video
telefoniju, mobilnu audiovizuelnu komunikaciju, elektronsko novinarstvo, videotekst itd.
MPEG-4 standardni postupak se sastoji od četiri osnovna dijela: MSDL (MPEG-4
Syntactic Description Language), alati, algoritmi i profili. MSDL treba omogućiti odabir,
opis i prenos alata, algoritama i profila, te opisivati na koji se način analizira i procesira
elementarni tok podataka.
Osnovna svojstva MPEG-4 standarda video kompresije možemo svrstati na sljedeći
način:
 Poboljšana kodna efikasnost na niskim brzinama digitalnog protoka (BR)
- poboljšana kompenzacija kretanja
- separatno kodiranje objekata
- pozadina se rjeđe kodira u odnosu na pokretne objekte
- moguća primjena na nižim MPEG-2 bitskim brzinama

Nove funkcije zasnovane na interaktivnosti sadržaja
23
-
separatno kodirani objekti se mogu koristiti za proizvodnju raznovrsnih
rezultujućih programa zasnovanih na interakciji sa korisnikom
Karakteristike analizatorskih cijevi
Elektronske cijevi za analizu TV slike su elektronski analizatori koji se ugrađuju u TV
kamere. Rad analizatorske cijevi se može razložiti u dvije operacije: prva se sastoji u
razlaganju slike na elemente slike, a druga u analizi tih elemenata slike određenim
redosljedom i dinamikom (analiza sa proredom ili progresivna analiza). Kao izlaz iz
analizatorske cijevi se koristi proizvedeni električni signal čija amplituda odgovara
osvjetljajima pripadajićih elemenata slike, za slučaj C/B TV signala.
Pretvorba svjetlosne informacije u električnu (luminantno-električna transformacija)
zbiva se u analizirajućim cijevima, kojih ima više izvedaba. Za ovu opto/elektronsku
transformaciju se mogu koristiti dvije vrste materijala: fotoemisioni i fotoprovodni. U
starijim tipovima analizatorskih cijevi su se koristili fotoemisioni , a u novijim tipovima
fotoprovodni materijali. Osobina fotoprovodnog materijala je da se pod djelovanjem
svjetlosti mijenja njihova provodnost, što pruža mogućnost korelacije između osvjetljaja
elemenata slike i dobijenog električnog signala, koji se naziva i video signal.
Navedimo sada neke od opštih karakteristika analizatorskih cijevi:
Šum: budući da je analizatorska cijev prvi element sistema značajno je postići što
niže nivoe šuma na ulazu u sistem, jer je pojačanje za taj ulaz najveće. Šumovi su
posljedica raznih faktora, a mogu imati nekoherentni (slučajni) i koherentni (smetnje)
karakter.
Kontrast: posmatra se preko opsega kontrasta koji se pak definira kao odnos
maksimalnog i minimalnog osvjetljaja koji se može postići dotičnim analizatorom:
Bmax/Bmin. Reprodukovani kontrast zavisi i od sadržaja slike, a kreće se od 15:1, kod
tamnog detalja na svijetloj površini do n 100:1, kod svijetlog detalja na crnoj površini.
Moć razlaganja: definiše sposobnost TV sistema za prenos sitnih detalja kao i
oštrih granica odnosno rubova dva osvjetljaja. Moć razlaganja praktično je ograničena
veličinom poprečnog presjeka mlaza elektrona u analizatoru. Moć razlaganja se mjeri kao
broj vertikalnih alternirajućih crnih i bijelih linija koji se mogu razlikovati po jedinici
dužine.
Osjetljivost: definisana je najmanjim osvjetljajem na analizatoru sa kojim se na
ekranu monitora – tragača slike dobija kvalitetna slika. Analizatori sa velikom
osjetljivošću mogu generisati sliku i pri lošim uvjetima osvjetljaja, npr. reda 1 lux.
Prenosna karakteristika analizatorske cijevi: predstavlja zavisnost dobijenog
električnog signala od osvjetljaja fotoprovodnog sloja (slučaj C/B TV signala).
Gama-korekcija: pretvorba svjetlosnog signala u električni u analizirajućim
cijevima nije linearna (slučaj-a na slici lijevo), pa se krominantne komponante izobličuju
u području koljena karakteristike. To se događa i na prijemnoj strani u kineskopima
(slučaj-b na slici lijevo). Kao posljedica pojavljuje se izobličenje gradacije sivila u
akromatskoj televiziji (C/B TV), što je ilustrovano primjerom sa desne slike, a isti
problem se reflektuje kao izobličenje boja u kromatskoj televiziji.
24
Da bi se te nelinearnosti kompenzirale iza analiziralućih cijevi dodaju se sklopovi za
korekciju, tzv. gama-korektori (γ – korektori). To su elektronički sklopovi, pojačala sa
obrnutom karakteristikom pojačanja (slučaj-a). Pri konstrukciji gama-korektora za odnos
između ulaznog signala Eu i izlaznog Ei vrijedi relacija: Ei = kEuγ, gdje su k i γ
bezdimenzionalne konstante, pri čemu je za linearni sistem γ=1. Veličina γ zavisi od tipa
analizirajuće cijevi, pri čemu je tipična vrijednost γ>2, a korekcione vrijednosti se kreću
u granicama 0.4 do 0.5.
Vidicon
Vidicon označava analizatorsku cijev sa fotoprovodnom analizatorskom pločom. Prednji
dio sistema služi za projekciju slike koja se analizira na fotoprovodni sloj. Ovaj sloj služi
za akumulaciju, tj. pohranjivanje slike, a prema ekvivalentnoj šemi vidimo da predstavlja
mrežu elementarnih kapaciteta i otpornosti. Otpornosti su fotoosjetljive, a njihova
otpornost varira sa intenzitetom padajuće svjetlosti na dotični element slike. Ovakvo
stanje uzrokuje akumulaciju različitih naboja u elementarnim kapacitetima. Na ovaj način
se stvara mozaik naboja elementarnih kondenzatora, što znači da dotična optička slika
odgovara “reljefu“ naboja u ploči.
25
Mlaz elektrona se proizvodi, fokusira i skreće tako da obavlja analizu elemenata slike, tj.
vrši neutralizaciju naboja elementarnih kondenzatora, pa se ovi kondenzatori prazne
preko otpora Ra strujama srazmjernim njihovom naboju, koji su pak srazmjerni
intenzitetu svjetlosti sa dotičnog elementa optičke slike. Na ovaj način se preko serijskog
kondenzatora dobija sirovi video signal, kao pad napona na otporu Ra.
Osnovni problem vidicona je velika struja tame (curenje struje), a metalna rešetka ispred
analizatorske ploče spriječava sekundarnu emisiju. Vidicon ima veću inerciju zbog spore
promjene provodnosti fotoprovodnog sloja, te je manje korišten u produkcijskim
resursima, a više u industrijske svrhe.
Plumbicon
Plumbicom je analizirajuća cijav visokog razlučivanja, sa dinamičkim upravljanjem
struje elektronskog snopa, malenog izlaznog električnog kapaciteta, sa elektrostatičkim
fokusiranjem smanjenja efekta povlačenja slike, te sa linearnom svjetlosnom prenosnom
funkcijom i spektralnom osjetljivošću u području 400...750 nm. Zbog ovoga je
plumbicon upotrebljiv za stvaranje svih triju krominantnih signala, UR, UG i UB, te
luminantnog signala Uy. Zbog osobitih kvaliteta upotrebljava se za snimanje scena u
kretanju. Elektronski top plumbicona se sastoji od posredno žarene katode i četiri
elektrode, kao što je i predstavljeno na slici.
Napon na prvoj elektrodi (rešetka) upravlja strujom elektronskog snopa, a druga,
fokusirajuća elektroda ubrzava elektrone koji prolaze kroz kolektorsku, tj. treću valjkastu
elektrodu. Četvrta, mrežasta elektroda svojim naponom usporava elektrone kako bi se
dobilo ravnomjerno usporeno polje prije udara elektronskog snopa u signalnu elektrodu.
26
Fotoelektroda se nalazi na prednjoj strani plumbicona, a sastoji se od ravne staklene ploče
i prozirnog elektrovodljivog filma nanešenog sa unutrašnje strane staklene ploče. Taj
vodljivi film na koji je naparen tanak sloj fotovodljivog materijala predstavlja signalnu
elektrodu. Električna vodljivost tog materijala ovisi o osvjetljenju. Na neosvjetljenim
mjestima fotovodljivi sloj djeluje kao izolator, a otpor mu se smanjuje sa povećanjem
osvjetljenja. Pomoću optičkog sistema snimana slika se projecira kroz prozirnu staklenu
ploču na fotovodljivi sloj. Vanjski kontakt signal je spojen na elektrode preko opteretnog
otpora na pozitivni napon od 45 V. Smatra se da se fotovodljivi sloj sastoji od mnogo
malih elemenata koji djeluju kao kondenzatori kapaciteta Ci, a spojeni su sa jednom
stranom signalne elektrode pomoću prozirnog vodljivog sloja filma. Paralelno sa
kondenzatorom spojen je svjetlosno ovisan otpor Ri od fotovodljivog materijala. Prilikom
razlaganja elektronski snop dolazi do fotovodljivog sloja, predaje mu elektrone i nabija
sićušne kondenzatore sve dok potencijal analizirane površine ne bude jednak potencijalu
katode. To se naziva stabilizacijom katodnog potencijala. Tako nastaje razlika napona na
drugoj strani fotovodljivog sloja. Svaki se elementarni kondenzator nabija na potencijal
približno jednak onome na signalnoj elektrodi. Na neosvjetljenim mjestima fotovodljivi
materijal djeluje kao izolator i na njemu se zadržava naboj. Slika, koja se fokusira na
fotovodljivom sloju, svojim svijetlim i tamnim mjestima mijenja promjenljive otpore Ri
kroz koje se izbijaju kondenzatori Ci.
Zbog toga se pozitivni potencijali raspodjeljuju sa unutrašnje strane fotovodljivog sloja i
tako uskladištuju snimanu sliku između dva analiziranja. Prilikom analiziranja
elektronski snop predaje elektrone pozitivnim elementima, tj. osvjetljenim mjestima
fotovodljivog materijala, gdje se elektroni uskladištuju, dok se ponovo ne uspostavi
katodni potencijal koji uzrokuje kapacitivnu struju kroz opteretni otpor. To je video signal
koji se dovodi pretpojačalu.
Analizirajuća cijev je stabilizirana kada je vrijednost struje elektronskog snopa dovoljna
da ponovo uspostavi potencijal katode na analiziranoj površini.
Elektronski top je tako konstruisan da
smanjuje efekat povlačenja pomoću struje
elektronskog snopa koja se znatno povećava
za vrijeme povratnog traga linije na rasteru.
To se izvodi pomoću sklopova. Fotokatoda
plumbicona je od olovnog oksida (PbO) vrlo
velike fotovodljivosti. Spektralna osjetljivost
triju plumbicona je prikazana na slici.
Zapažamo da je spektralna karakteristika
pomjerena prema području kraćih talasnih
dužina u usporedbi sa spektralnom
karakeristikom osjetljivosti oka čovjeka na
boje.
27
Satikon
Satikon je analizirajuća cijev poboljšanih karakteristika prema vidikonu. Malih je
dimenzija i treba malu energiju napajanja, pa je prikladna za ugradnju u prenosne
televizijske kamere. Ime joj potiče od početnih slova materijala od kojeg je napravljen
fotoosjetljivi sloj: selen, arsen i telur. Oni tvore amorfnu, a ne kristalnu strukturu
poluvodičkog aloja. Karakteristike satikona su elektrostatičko fokusiranje, magnetski
otklon, te novi tip fotovodljivog sloja i filtera u obliku isprepletenih traka. Zbog boljih
parametara elektronskog topa, valjkaste konstrukcije elektroda za fokusiranje , ubrzanja i
linearizacije, te povećanog nivoa izlaznog kromatskog signala, dobija se i bolji odnos
signal/šum. Posebnom konstrukcijom zavojnice smanjuje se izlazni kapacitet između
analizirajuće cijevi i pretpojačala, pa je manji i šum komponenata viših frekvancija video
signala.
Fotoosjetljiva elektroda na slici je novije konstrukcije i odlikuje se zanemarivim
odsjajem, malom strujom tame, niskim povlačenjem i većim statičkim i dinamičkim
razlučivanjem. Sastoji se od kremenog filtra, prednjeg stakla, trakastih filtera, prozirne
vodljive elektrode na koju je naparen Se-As-Te fotovodljivi sloj. Dodatak telura
poboljšava osjetljivost prema crvenom svjetlu. Sloj na koji dolazi elektronski snop za
analiziranje napravljen je od antimon-sulfida (Sb2S), koji spriječava pojavu sekundarne
emisije elektrona.
Poboljšanje prednjeg dijela satikona postiglo se pomoću trakastih dikroidnih filtera, žutog
i modrozelenog, za dva krominantna nosioca video signala. Upotrebom trakastog filtra
dobija se jednolika osjetljivost u čitavom vidnom spektru. Zato se satikon često
upotrebljava u profesionalnim televizijskim kamerama.
HARP satikon predstavlja novi tip analizirajuće cijevi konstruisan 1987. godine u
Japanu. Cijev ima poboljšanu fotoelektrodu po kojoj je i nazvana (Gigh gain Avalanche
Rushing Amorphous Photoconductor).
Fotoelektroda se sastoji od četiri sloja. Izlazna signalna struja HARP satikona, uz isto
osvjetljenje je 1.3...1.6 puta veća nego kod standardnog satikona. Dovoljno velik odnos
signal/šum omogućuje upotrebu ove cijevi u kamerama namijenjenim za televiziju visoke
kvalitete (HDTV).
28
Analizatori slike sa poluvodičkim senzorima
Televizijske kamere sa poluvodičkim slikovnim senzorima u praksi se nazivaju CCD
kamere. Razvoj poluvodičke tehnologije omogućio je primjenu poluvodičkih nabojno
vezanih slikovnih senzora (Charge Coupled Devices, CCD) u televizijskim kamerama
umjesto analizirajućih cijevi. Kamere sa slikovnim senzorima su male mase, sa malom
potrošnjom energije, uz visoko razlučivanje, pri čemu daju geometrijski vjernu sliku po
cijeloj površini bez efekta povlačenja i bez otklonskih su zavojnica.
Nabojno vezan slikovni senzor napravljen je u poluvodičkoj tehnologiji MOS. Na Si
pločicu se nanese sloj oksida kao dialektrik i na to se napare metalne elektrode. Pod
uticajem upadnog svjetla naboj se raspoređuje srazmjerno svjetlosnom toku. Paketi
manjinskih nosilaca se skupljaju i uskladištuju u potencijalne jame. Dovođenjem
pozitivnog napona na metalne elektrode pomiću se potencijalne jame i tako u diskretnim
vremenskim razmacima imamo pomicanje paketa naboja, zbog čega za slikovni senzor
kažemo da radi kao pomični registar.
a) Princip rada poluvodičkog slikovnog senzora
Optička slika se u poluvodičkom slikovnom senzoru pretvara u televizijsku sliku tako što
se slika prvo projecira na fotoosjetljivi sloj, pri čemu se u siliciju generira broj elektrona
srazmjeran broju fotona optičke slike. U tom se predjelu slike raspored fotona optičke
slike preslikava u raspored naboja. Ti se naboji akumuliraju u slikovnom CCD senzoru, a
nakon toga tok naboja pomiče sliku u predio memorije, kao što je predstavljeno na slici.
Predio memorije kraći je od predjela
slike, pa se nabojna slika zbija od vrha
prema dnu. Na kraju predjela memorije
nalaze se tri izlazna registra koji
sjeckaju, odnosno razlažu sliku u
televizijske linije i tako tvore video
signal. Zbijanje ne utiče na konačnu
televizijsku sliku. Nakon toga se u
predjelu slike ponovo stvara nabojna
slika, koja se opet prenosi u predio
memorije i predio stvaranja naboja.
29
b) Struktura slikovnih senzora
Slikovni senzori se razlikuju po strukturi, pa postoje MOS-kondenzator sa tranzistorom,
MOS-dioda, HAD senzor i dr.
MOS kondenzatori
U slikovnim senzorima važni elementi su poluvodički kondenzatori, koji se proizvode u
MOS tehnologiji, zajedno sa MOS tranzistorom. MOS kondenzator radi tako da se kao
dielektrik na Si podlogu nanosi silicij-dioksid (SiO2) na koji dolazi metalna elektroda.
Struktura MOS kondenzatora je data na slici.
Kada se na metalnu elektrodu dovede
pozitivni naboj, on potiskuje većinske
nosioce (šupljine) u dubinu podloge, pa se
prostor ispod elektrode osiromašuje
pozitivnim nosiocima naboja. Uz dovoljno
velik pozitivni napon, počet će se u
prostoru ispod elektrode skupljati elektroni.
Na granici između Si i SiO2 stvara se
površinski potencijal φs, zbog kojeg u podlozi nastaju potencijalne jame. U predjelu sa
osiromašenim većinskim nosiocima, pod termičkim djelovanjem se stvaraju parovi
elektron-šupljina, koji se zbijaju prema podlozi, a elektroni se privlače prema
silicijumskoj graničnoj plohi. Ta nakupnina naboja ispod graničnog sloja se naziva
inverznim slojem.
Ravnotežno stanje, tj. inverzni sloj nastaje za nekoliko stotinki sekunde, pa zbog toga
vrijeme potrebno za obradu signala mora biti maleno, prema vremenu potrebnom za
stvaranje inverznog sloja. Kondenzator se može nabijati i vanjskom pobudom
poluvodiča, tj. fotoelektrički, pa je tada stvoreni napon mjera za upadni svjetlosni tok. Na
toj se pojavi zasniva rad poluvodičkih slikovnih senzora.
Prenos naboja se ostvaruje putem trofaznog
takta. U trenutku t1 djeluje takt 1, te se stvara
naboj elektrona u jamama inverznog sloja u
poluvodiču p-tipa. U trenutku t2 se
uspostavlja takt 2, pri čemu takt 1 linearno
opada, što uzrokuje proširenje potencijalne
jame na zonu susjednog kontakta. Trenutak
t3 označava presipanje naboja, tj. elektrona u
susjednu jamu, dok se u trenutku t4 naboj
zadržava samo u oblasti susjednog
kontakta.
30
MOS dioda
Fotodiode izrađene u tehnologiji MOS takođe se upotrebljavaju za izradu slikovnih
senzora. Senzorska elektroda je tanak sloj polikristalnog silicija. Naboji nastali
fotoelektričnim efektom prenose se djelovanjem električnog polja do vertikalnog CCD
senzora.
HAD senzor
HAD dioda (Hole Accumulation Diode) predstavlja diodu sa nakupljanjem šupljina i
dosad je jedan od najkvalitetnijih slikovnih senzora. Površinu senzora čini sloj od
nakupnina šupljina P-tipa, dok je podloga N-tipa na dnu senzora, što omogućuje
vertikalni kanal za odvod naboja. Površina kanala za odvod smještena sa strane može se
iskoristiti kao dodatna senzorska jedinica, te se tako povećava broj elemenata slike. Time
se povećava razlučivanje. Povećani broj elemenata slike utiče na smanjenje izobličenja
slike, tzv. moire efekta. Osnovna svojstva su: povećana spektralna osjetljivost i smanjeno
razmazivanje.
Hiper HAD senzor je najnoviji tip slikovnog senzora čije se tehnološko rješenje sastoji u
nanošenju mikroleće fotolitografskom tehnologijom. Mikroleća sakuplja dvostruko više
dolazećeg svjetla nego što izravno pada na senzorsku površinu, čime se postiže bolja
osjetljivost za 6 dB i manji efekat razmazivanja za 20 dB u poređenju sa HAD senzorom.
Zbog ovoga se hiper HAD senzori primjenjuju u kamerama visoko kvalitetne televizije.
c) Varijante transfera sadržaja slikovnih senzora u registre
Razlikujemo tri načina transfera sadržaja slikovnih senzora u pomične registre:
poluslikovni senzor, međulinijski i poluslikovni međulinijski.
Poluslikovni senzor (Frame Transfer CCD)
Poluslikovni senzori za linijsko razlaganje sastoje se od fotoosjetljivih elemenata
poredanih u nizu, memorije, te analognog prenosnog registra iza kojeg slijedi izlazno
pojačalo, kao što je i prikazano na slici.
Naboji proizvedeni u fotovodljivom
sloju slikovnog dijela za vrijeme
vertikalnog
potisnog
intervala
pomiču se u predio memorije, gdje
se preslikava nabojna slika. Na
početku
sljedeće
poluslike
fotosenzori su prazni i mogu primiti
novu polusliku. Iz prenosnog
analognog registra se frekvencijom
od 9.55 MHz preko pojačala dobija
video signal. Ovi senzori imaju
široku primjenu, od senzora za
optičko prepoznavanje slike, do
senzora za osjetljive faksimil aparate
velikih brzina.
31
Međulinijski senzori (Inerline Transfer CCD)
Predstavljaju strukture u kojima su fotosenzori i elementi za uskladištenje međusobno
isprepleteni, kao što je prikazano na slici..
Vertikalni i horizontalni pomični
registri prekriveni su optički
nepropusnim filmom. Prilikom
vertikalnog
potisnog
perioda
slikovna informacija se prenosi u
vertikalni pomični registar kojim
upravljaju impulsi horizontalne
frekvencije. Informacija slike dolazi
u horizontalni pomični registar
nakon čega se očitava video signal
sa frekvencijom 9.55 MHz.
Poluslikovni međulinijski senzori (Frame Inerline Transfer )
Nastali su združivanjem poluslikovnog i međulinijskog senzora. Kanal za odvod naboja
nalazi se na gornjem dijelu slikovnog dijela. Naboji iz senzora prenose se u vertikalni
pomični registar, a iz njega prema dole u predio memorije. Pri velikom osvjetljenju
aktivira se aluminijski zaslon, te se svi dodatni naboji prenose prema gore u kanal za
odvod, gdje se resorbiraju.
Sve karakteristike FIT senzora su poboljšane, pa je smanjeno povlačenje i razmazivanje
slike, a povećano razlučivanje i odnos signal/šum.
d) Karakteristični parametri slikovnih senzora slike
Slikovni senzori slike omogućavaju i specijalne modove, kao što su:
 Frame/field integration
 ClearScan
 FT – pruža prednost manjeg vertikalnog razmazivanja
Ključni parametri za komparaciju senzora slike su:
 Rezolucija:
- ukupan broj pixela
- broj linija u rezoluciji
 Površina senzora, iznosi 2/3 inch, odnosno 1/3 inch.
 Aspect Ratio
 TV Standard
32
Konfiguracija TV kamere sa slikovnim senzorima slike
Na sljedećoj slici je prikazan dihroidni blok sa tri čipa CCD senzora slike:
Kamerni lanac
Osim sistema leća, dihroidnih ogledala (prizma za razvrstavanje boja) i analizatorskih
cijevi, u kameri se nalazi izvor signala za horizontalno i vertikalno otklanjanje
elektronskog snopa, mrežni ispravljač napona potrebnog za elektronski top i napajanje
električnih sklopova, te predpojačala, pojačala video signala i elektroničkog tražila slike.
Elektroničko tražilo slike je mala katodna cijev na kojoj se motri reprodukcija slike koju
kamera snima.
U kameri se nalaze još sinhronizacijski generator koji proizvodi sinhronizacijske impulse,
te horizontalne i vertikalne pogonske imulse i dva stupnja za mješanje.
33
Profesionalna studijska kamera visoke kvalitete odlikuje se visokim statičkim
razlučivanjem i geometrijski neiskrivljenom slikom. Njome se snima šum pri
standardnom osvjetljenju, uz povoljan odnos signal/šum.
Osnovni segmenti kamernog lanca su: glava kamere, kamerni kabl i kontrola kamere
(CCU – Camera Controll Unit), koja može biti lokalna i/ili daljinska. Glava kamere se
sastoji od optičkog sistema-objektiva, senzora slike (cijevni ili slikovni), predpojačavača,
procesora primarnih video signala (R,G i B), tragača slike, te raznih blokova za
procesiranje impulsa, podataka, interne komunikacije kamermana i sklopova za
napajanje.
Kamerni kabl omogućava prenos različitih signala od glave do kontrole kamere. U
kontroli kamere se formiaraju video signali, komponentni i kompozitni, vrši se
podešavanje određenih parametara i obavlja akvizicija (prenos sa obradom) signala
neophodnih za funkcionisanje glave kamere.
Osnovni elementi u primjeru praktične konfiguracije kamernog lanca sa slike su: glava
kamere, kamerni kabl, jedinica kontrole kamere (CCU), panel operativne kontrole (OCP)
i panel glavne kontrole (MCP).
U studijima se često obavlja snimanje sa više TV kamera, tako da se formiraju
odgovarajući kamerni lanci.
Reporterske kamere ili kamere za
elektroničko novinarstvo sastoje se
iz dva dijela. To su dio za snimanje
i dio za zapis, koji konstrukcijski
mogu biti u jednom ili dva posebna
komada. Reporterske kamere su
visokoprofesionalne i sadrže sve
elemente studijskih kamera, a
namjenjene
su
zavanjska
snimanja. Osobito je važno da
imaju
visoko
dinamičko
razlučivanje, da rade u širokom
rasponu osvjetljaja i temperature
okoliša, te da budu što pokretljivije
i jednostavnije za rukovanje.
34
Sinhronizacioni generator
Sinhronizacioni generator predstavlja “srce“ TV sistema. On proizvodi signale tačno
određenih frekvencija i oblika i upravlja radom predajnog i prijemnog dijela TV sistema.
Praktično sinhro generator omogućuje generisanje horizontalnih i vertikalnih sync i blank
impulsa. Za postizanje tražene stabilnosti frekvencije i međusobnog faznog odnosa
impulsa u složenom video signalu poželjno je da se cjelokupni signal generiše u jednom
sklopu. Da bi eventualna greška bila u dozvoljenim granicama potrebno je zadovoljiti
sljedeće relacije:
Tps  n Tl
2
i / ili
fl
n

f ps 2
n – broj linija
Tl – period ponavljanja linija
Tps – period ponavljanja poluslika
fl / fs – odnos frekvencija linija i poluslika
Prema konceptu generisanja prikazanom na slici, vidimo da se navedeni odnosi poluslika
i slika tih frekvencija ostvaruju djeljenjem
frekvencija, a ne množenjem. Na ovaj način
se postiže bolja stabilnost frekvencija.
Pri izboru osnovne frekvencije sinhro
generatora treba imati u vidu da je broj linija
u sistemu sa proredom neparan – n/2. Zbog
toga je u datom primjeru kao osnovna
frekvencija uzeta dvostruka vrijednost
linijske frekvencije: f0=2fl.
Detaljnija blok šema sinhro generatora je
data na sljedećoj slici, gdje je prikazano i
generisanje horizontalnih i vertikalnih sync i blank impulsa, te signala podnosioca boje:
gdje je:
Sinhronizacioni generator ima
glavnu ulogu u sinhronizaciji
rada vremenskih baza TV kamera
i TV prijemnika.
35
Snimanje video signala
U danima razvoja TV tehnike ukazala se potreba za snimanjem i reproduciranjem video
signala. Najpoznatiji i najviše korišten medij za zapis video signala je magnetna traka, a
uređaj pomoću kojeg se vrši zapis AV signala na ovaj medij je VTR – Video Tape
Recorder. Sada ćemo ukratko prezentirati vrste i forme medija za zapisivanje.
Medij za zapisivanje AV signala
Postoje različiti mediji za zapisivanje AV signala. Njihov razvoj se podsticao u skladu sa
zahtjevima pojedinih aplikacija. U pogledu forme zapisa razlikujemo dvije osnovne
forme:
 Trake – mogu biti u obliku koturova i kaseta
 Diskovi – mini diskovi i HD
Načini zapisivanja su sljedeći:
a) Filmski zapis – optički zapis na traku širine 35 mm, 16 mm i 8 mm, koji se koristi
za telekina
b) Magnetni zapis – koristi se za razne forme medija
- magnetne trake – predstavljaju dominantnu formu, pri čemu mogu imati
različite dužine (od n 10 m do n 100 m) i različito trajanje (od 5 min do
240 min), a zapis može biti analogan ili digitalan. Kod digitalnog zapisa se
razlikuju sljedeći tipovi traka:
 DAT – Digital Audio Tape
 DCC – Digital Compact Cassette
 DVTR – Digital Video Tape Recorder
- te razne forme mini diskova i HD - hard diskova koji se inače koriste u
računarima.
c) Magnetooptički zapis MOD – podaci se zapisuju na magnetni disk, pri čemu je
zapis digitalan.
d) Optički diskovi u kojima se koristi digitalno zapisivanje, optičko skeniranje i
korekcija greške. Razlikujemo dvije glavne aplikacije:
- CD (Compact Disc) – upis i čitanje se vrše pomoću lasera talasne dužine
780 nm (crvena svjetlost). Kapacitet je reda 600 MB. Osnovna namjena
im je za PC CD rom i audio zapis.
- DVD (Digital Video Disc) – koristi laser na kraćoj talasnoj dužini 470 nm
(plava svjetlost), pa je i gustoća zapisa veća. Standardni kapacitet je
4.7 GB, a pojavili su se i DVD kapaciteta reda 18 GB.
e) DVD RAM označava implementaciju video zapisa pomoću SS memorijskih
čipova na PCB.
36
Zapisivanje video signala na magnetnu traku (VCR & VTR)
Pred postupak zapisivanja video signala na magnetnu traku javljaju se određeni zahtjevi
koje treba formulisati.
a) Zahtjevi za zapisivanje video signala
Općenito uređaji za zapisivanje videa se nazivaju VR–Video Recorder. Prve verzije
zapisa na traku dobile su naziv VTR–Video Tape Recorder, a kasnije su se pojavile i
verzije sa kasetom VCR – Video Cassette Recorder, a negdje se koristi i naziv TTR –
Television Tape Recorder.
Ako se uređaj koristi samo za čitanje, tj. reprodukciju, tada se ona naziva PLAYER.
Nakon uvođenja digitalnog zapisa koristi se i naziv DVTR – Digital Video Tape
Recorder. Velika širina video signala (5 MHz) uzrokuje veliku potrošnju magnetne trake.
Za široko tržište koristi se VCR.
Glavni zahtjevi za produkcioni VTR su:
- mora postojati mogućnost replay-a za vrijeme recordinga,
- TC (Time Code) mora biti upisan i mora se reproducirati pri svim
brzinama,
- zahtjeva se puna daljinska kontrola (Remote Control),
- zahtjeva se video signal visokog kvaliteta,
- asembliranje i insert editiranja treba biti podržano nezavisno za audio i
video
- mora postojati mogućnost promjene brzine replay-a, pri čemu se ovaj mod
rada naziva TSO (Tape Speed Override),
- u digitalnim mašinama u svrhu editiranja treba postojati mogućnost
playback-a sa glavama umetnutim prije glave zapisa
b) Koncept magnetnog zapisivanja video signala na magnetnu traku
Kod prvih pokusa magnetnog zapisa glavni problem je bila velika širina video signala
(10Hz – 5 MHz). Godine 1953. ostvaren je prvi magnetoskop sa direktnim snimanjem
pomoću stacionarnih magnetnih glava, kod kojeg je osnovni problem bila velika brzina
trake. 1956. godine je stvoren praktično prvi upotrebljiv magnetoskop, čije su osnovne
osobine bile:
 za smanjenje brzine trake umjesto stacionarnih magnetnih glava koristio se obrtni
disk video glave,
 da bi se obuhvatio cijeli video opseg frekvencija oko 20 oktava koristi se FM sa
niskim nosiocem i malom devijacijom.
Magnetni zapis videa se zasniva na istom principu kao i zapis tona, gdje se za snimanje
koristi magnetna glava. Reprodukcija predstavlja obrnut proces od snimanja.
37
c) Snimanje i reprodukcija video signala
U početku se koristio uzdužni zapis – LVR (Longitudinal Video Recording), ali je ovaj
sistem napušten zbog velike brzine trake. Danas se praktično koristi transverzalni
(poprečni) zapis kod profesionalnih magnetoskopa. Ovdje postoji obrtni disk sa četiri
video glave, kao što je prikazano na slici.
Definisana brzina je 1500 obr/min, pri
čemu valjak sa četiri glave u jednom
obrtaju zapisuje četiri transferzalna traga
na magnetnoj traci.
Prikažimo sada položaj tragova na traci, prilikom snimanja:
Prikažimo sada tragove na traci za VCR, gdje se koristi kosi-helikoidalni zapis:
38
Prikažimo sada raspored glava za brisanje, video glava i tonske glave i mehanizam za
transport trake:
Frekventna modulacija primjenjena u magnetoskopu razlikuje se od konvencionalne u
sljedećem:
 zbog ograničenog opsega video glave i ograničene magnetne rezolucije trake
noseća frekvencija je bliska maksimalnoj modulišućoj frekvenciji. Praktično se
spektri FM signala i modulišućeg signala preklapaju,
 index modulacije: δ=ΔF/fmax je znatno manji nego kod frekventne modulacije u
radio difuziji, gdje je ΔF devijacija, a fmax maksimalna modulišuća frekvencija.
Zbog ovoga se spektar baseband video signala i spektar FM video signala djelimično
preklapaju. Indeks FM je mali, tako da je energija viših spektralnih komponenata niska.
Primjenom ovako definisane FM se smanjuje broj oktava sa 20 na 4.
Pri reprodukciji se nakon pojačavanja signala sa video glave koriguju amplitudna
izobličenja i mijenja relativno kašnjenje signala za korekciju kvadrature video glave.
Pomoću elektronskog preklopnika slažu se signali sa pojedinih video glava u jedan
signal, nakon čega se vrši FM demodulacija, kao i dalja obrada video signala. Zbog
preklapanja informacija na dvije susjedne glave vrši se neprimjetno prelaženje sa signala
jedne video glave na signal druge.
39
d)Forme video signala u magnetnom zapisu
Kod magnetnog zapisivanja koriste se različite forme video signala, što je uslovljeno
zahtjevima dotične aplikacije. Razlikuju se:
 širokopojasni kompozitni zapis
 zapis sa kromom ispod lume
 komponentni kroma/luma zapis
 analogni komponentni zapis
Širokopojasni kompozitni zapis
Ovdje postoji jedinstven sistem zapisa koji nosi informaciju krome utisnutu u podnosilac
boje. U širokopojasnim recorderima, kao što su B i C formati, kompozitni signal se vodi
direktno na FM modulator.
Direktni zapis kompozitnog
signala
se
koristi
u
aplikacijama produkcije, gdje
je značajan puni frekventni
opseg.
Zapis videa sa kromom ispod lume
U slučajevima kada je prihvatljiva niža rezolucija sa bandom od 3 MHz, kao što su
komercijalne industrijske aplikacije, primjenjuje se postupak sa spuštenom lumom.
Princip se zasniva na primjeni filtera
za dolazni kompozitni signal. Ova
forma zapisa se koristi u U-matric
sistemu.
Nakon transpozicije lume, kroma se
down-konvertira.
40
Komponentni luma/kroma zapis
Zapis videa u formi luma/kroma koristi se u S-VHS recorderima. Na ulaz S-VHS
recordera se dovode komponentni signali iz kamere, pa se formiraju posebno kanali lume
i krome. Inače razdvajanje lume i krome u kompozitnom modu veoma je zahtjevno, pa ih
S-VHS stoga drži razdvojeno.
Ovo nije striktni kompozitni zapis, jer se signali Y i C drže odvojeno. Takođe, nije ni čisti
komponentni zapis, jer su signali razlike boja kvadraturno modulisani.
Analogni komponentni zapis
Prvi analogni komponentni recorderi su Betacam i M-1. Oni su bili namjenjeni za ENG
(Electronic News Gathering), gdje se puni frekventni opseg žrtvovao zbog portabilnosti
(prenosivosti). Prednost komponentnog signala je da nema podnosioca boje. Pri redukciji
frekventnog opsega komponentnog videa, slika postaje mekša, dok se u slučaju
kompozitnog signala gubi boja. U analognim komponentnim recorderima zapisuju se tri
signala: luma u punom opsegu i dva signala razlike boja sa reduciranim frekventnim
opsezima. Uvođenjem postupka kompresije se multipleksiraju signali razlike boja u jedan
kanal iste širine kao i lume. To znači postojanje dva kanala.
41
e) Korekcija vremenske baze (TBC - Time Base Correction)
Karakteristika zapisivanja na traku je da vremenska osa nije naročito stabilna zbog
fleksibilnosti trake. U VCR problem se rješava tako što se dopušta da proces skeniranja
displeja prati nestabilnosti ose. U profesionalnom VTR rješenje se sastoji u umetanju
varijabilnog kašnjenja u riplay signal koji se suprotstavlja greški vremenske baze.
Kašnjenje se postiže u digitalnom domenu korištenjem RAM (Random Access Memory),
pa se stoga digitalni TBC koristi kako u DVTR tako i u analognom VTR.
Analogni VTR vrši digitalizaciju u reprodukciji za olakšanje TBC-a, kao što je prikazano
na slici (a), dok digitalni VTR obavlja digitalizaciju prije zapisa – slika (b).
f) Vremenski kod (TC - Time Code)
TC predstavlja signal koji se snima duž video trake. On omogućuje da se pojedinačne
slike (frame) numerišu prema vremenu u kome su bili snimljeni. Postoje dva koncepta:
 LTC – Linear Time Code, koji označava linearni trag na magnetnoj video traci, pri
čemu jedan broj odgovara svakom frame-u traku.
 VITC – Vertical Interval Time Code, ovdje se informacija zapisuje u svakoj
poluslici, tj. u vertikalnom impulsu zamračenja. VITC se koristi i za DVTR i za
VTR.
42
Kućni magnetoskop
Danas se u kućnim magnetoskopima – VCR uglavnom koristi VHS (Video Home
System) sistem. Sada ćemo prikazti blok šemu kućnog magnetoskopa.
U slučaju reprodukcije postupak se odvija u
suprotnom smjeru. Kućni magnetoskop sadrži
više sklopova:
 Servo sistem – transport magnetne trake
koji je sinhroniziran sa pogonom bubnja
sa magnetnim glavama,
 Sklop za kompenzaciju ispada signala
 Sklopovi za napajanje,
43
 Komandni panel
Digitalno zapisivanje video signala (DVTR)
Poznato je iz tehnike analognog zapisa da je magnetna traka nesavršen medij. Zbog toga
se pojavljuju i ispadi koji su vidljivi u analognom signalu.
a) Korekcija grešaka – prikrivanjem
U slučaju digitalnog zapisa pri reprodukciji binarnog podatka za dotični bit postoje samo
dvije mogućnosti: ispravan i pogrešan. Mali nivoi šuma se otklanjaju, ali povremeni
impulsni šumovi uzrokuju pogreške u bitima. Ispadi uzrokuju veći broj pogrešnih bita,
odnosno nastaju paketi grešaka. Vidljivost bita zavisi od toga koji je to bit u uzorku. Ako
je LSB – Least Significant Bit uzorak pogrešan, u detaljnoj kontrastnoj slici efekat će biti
maskiran. Ako je MSB – Most Significant Bit uzorak pogrešan, u glatkom polju niko
neće uočiti rezultujuću tačku. To znači da je potrebno sredstvo za korekciju grešaka.
Korekcija grešaka u binarnom sistemu je jednostavna, jer ako je bit pogrešan treba uzeti
suprotno stanje i on je ispravan. Problem predstavlja identifikacija pogrešnih bita. Ovo se
postiže kodiranjem podataka, tako da se dodaju redundantni biti. Iznos redundance
proporcionalan je iznosu grešaka koje mogu biti korigovane. Ako iznos grešaka
prekoračuje ugrađenu redundancu, korekcija grešaka neće biti moguća. U cilju
spriječavanja degradacije koristi se prikrivanje grešaka. U ovom postupku se vrijednosti
izgubljenih pixela procjenjuju ili interpoliraju prema okolnim pixelima. Prikrivanje se
vrši preuređivanjem sekvenci uzorka prije zapisa.
Primjer! Originalna sekvenca uzoraka: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16.
Pretpostavka ispravnog rada je korektan redosljed uzoraka u zapisu. Praktično se parni i
neparni uzorci zapisuju u različite tragove. Pogrešan uzorak 8 se može odrediti
interpolacijom uzoraka 7 i 9 i slično.
44
b) Produktni kodovi
Dodavanje redundance je ograničeno sa povećanjem gustoće zapisa. Umjesto toga može
se koristiti preplitanje (interliving). Sekvencijalni uzorci iz ADC se asembliraju u kodere
duž vrsta u memoriji.
Na svaku vrstu memorije dodaju se redundantni biti, tzv. parity biti, a memorija se zatim
očitava po kolonama i podaci se šalju na medij zapisa. Pri čitanju se nesekvencijalni
uzorci sa medija raspliću i vraćaju u njihovu normalnu sekvencu. Pojava paketa grešaka
se pretvara u jedan pogrešan simbol u vrsti memorije. Ova se greška koriguje vrlo
jednostavno pomoću redundantnog simbola bita pariteta.
c) Razmještanje uzoraka (shuffling)
Kada se u zapisu pomoću produktivnog koda pojavi katostrofalna greška rezultat je
pravougli blok neispravnih uzoraka koji zahtjevaju prikrivanje. Takva neregularna
struktura bi bila vidljiva i nakon
prikrivanja, pa se stoga zahtjeva
dodatni proces koji reducira vidljivost
greške. Proces razmještanja uzoraka
(shuffling) se izvodi prije produktnog
kodiranja, odnosno prije samog zapisa
na traku, u kome se uzorci razmještaju
po slici na pseudoslučajan način.
45
Obrnuti proces se koristi pri reprodukciji. Vidljivo je da se pri pojavi nepopravljive
greške blokovi pogrešnih podataka razmještaju na slučajne pozicije. Greške se prostiru
preko slike u nepravilnoj strukturi, te je efekat reduciran.
d) Kanalno kodiranje
U većini recordera za digitalni zapis medij sadrži trag koji reprodukuje talasni oblik. U
DVTR se snima više tragova istovremeno na magnetnu traku (2 ili 4) sa velikom
gustoćom zapisa. Stoga fizikalne tolerancije uzrokuju fazne pomake ili greške u vremenu
između tragova, tako da ih nije moguće čitati u paraleli. Zbog toga se upis podataka vrši
serijski (bit po bit). Svaki trag mora biti samoodrživ sve dok reprodukovani signal nije
korigovan u TBC-u. To znači da se na serijsku struju podataka primjenjuje linijsko
kodiranje, koje će omogućiti prolaz signala u jednom kanalu.
Prikažimo liniju serijskog kodiranja.
Sada ćemo prikazati uproštenu blok šemu DVTR-a sa serijskim prenosom:
Zapisivanje se ne vrši direktno nego nakon modulacije. Ovim načinom se postiže da
serijski podaci budu samotaktni (self-clocking) što se i naziva kanalnim kodiranjem.
Kodiranje uz to uobličava spektar serializovane struje, tako da se izvršava prilagođenje
na transfer karakteristiku medija, tj. magnetne trake.
Primjeri linijskih kodova su: NRZ, Sinhronizovani NRZ, Milerov kod, itd.
e) Video kompresija
Digitalni video radi sa velikim brzinama, te se javlja potreba redukcije brzine prenosa bez
degradacije kvaliteta slike. Oko čovjeka nije jednako osjetljivo na prostorne frekvencije,
tako da se može ostvariti dobitak u kodiranju putem dubljeg kvantiziranja prostornih
frekvencija koje su manje vidljive. Omogućavanje kompresije daje i činjenica da i slika
sadrži veliki iznos redundanse (nepotrebnih detalja). Redukcija podataka i odgovarajuće
kodiranje su kompleksni postupci koji unose dodatna kašnjenja u putanju signala.
46
f) Blok šema DVTR
Blok šema snimanja (recording) signala u sistemu 4:2:2:
Blok šema reprodukcije (playback) signala u sistemu 4:2:2:
Digitalni video formati magnetnih traka:






DV – koristi koncept Intraframe DCT kompresije i sisteme PAL: 4:2:0 i NTSC:
4:1:1 sa brzinom od 25 Mbps.
DVCam – firma Sony, sa istim konceptom kao i format DV.
DVCPro – firma Panasonic, sa istim konceptom kao i DV, uz format PAL: 4:1:1
Digital-S – firma JVC, sa formatima PAL, NTSC: 4:2:2, uz brzinu od 50 Mbps
Betacam SX – firma Sony, sa formatima PAL, NTSC: 4:2:2 i brzinom 18 Mbps
Digital Betacam – firma Sony, sa formatima PAL, NTSC: 4:2:2 i brzinom od
100 Mbps.
47
Mikseri video signala
Program koji se emituje iz TV studija je najčešće kombinacija video signala iz različitih
izvora, pa zbog toga u TV centru (studio i režija) postoje tačke ukrštanja na koje se mogu
dovesti različiti izvori signala. Ovu funkciju kombinovanja AV signala obavljaju mikseri
video signala koji se nazivaju i video svičevi.
Prikaz ćemo jednu konfiguraciju video miksera:
Osnovu miksera predstavlja prekidačka matrica na čije ulaze dovodimo razne izvore
signala. Razlikujemo produkcioni mikser i režijski mikser. Glavna operacija u procesu
elektronskog miješanja je prelazak sa jednog izvora na drugi izvor. Ovu operaciju obično
obavlja brzi elektronski preklopnik uz dejstvo generatora specijalnih efekata. Operacija
preklapanja se vrši u vremenu vertikalnog blank intervala.
Pored direktnog preklapanja postoji i ručno ili postepeno preklapanje pomoću ručnog
miksera na bazi tandem potenciometara.
Miješanje se može izvoditi kao površinsko na taj način da dio površine potiče iz jednog
izvora, a drugi dio površine iz drugog izvora.
Kvalitet emisija TV studija zavisi od kvaliteta produkcione i postprodukcione opreme.
On takođe zavisi i od sposobnosti dotične TV stanice da dovede adekvatan izvor video
signala do TV odašiljača kao i da se može ostvariti gladak prelaz sa jednog izvora na
drugi izvor. Za ove svrhe se koristi master switcher, koji predstavlja glavni kontroler
emitovanog programa.
48
Router
U TV instalaciji signal prolazi brojne i raznovrsne komponente na svom putu od TV
kamere do finalnog gledaoca. Primjer jednog takvog koncepta je predstavljen na slici:
Kod ovakve konfiguracije uočavamo dva problema:
 Ako otkaže jedna komponenta i sve ostale će biti u prekidu
 Promjena konfiguracije zahtjeva izmjenu prespojnog ožičenja
Umjesto ovakve konfiguracije mogu se sve komponente procesiranja signala spojiti na
jedan blok koji nazivamo router (usmjerivač). On odgovara komutacionom čvoru video,
audio i kontrolnih signala.
Router sadrži unakrsne prekidače koji omogućavaju spajanje vertikalne šine na bilo koju
horizontalnu. Pored komutacije, prekidačka matrica rutera omogućava i zaobilaženje
komponenata u kvaru. Zbog toga sam router treba biti ekstremno pouzdan. U tu svrhu se
elektronska prekidačka kola napajaju iz dualnog izvora napajanja. Uređaji namjenjeni
49
radu na direktnom programu ON-AIR su takođe izgrađeni sa povećanom pouzdanošću,
tako što koriste i dodatne bypass releje, koji omogućavaju zaobilaženje komponente koja
je otkazala.
Konfiguracija sa ruterom u sistem uvodi fleksibilnost i pouzdanost.
Televizijski odašiljač
Televizijski odašiljač se sastoji od odašiljača slike u boji i odašiljača tona, koji se mogu
načiniti u zajedničkom bloku ili svaki posebno.
Frekvencijsko područje odašiljača pokriva I, III, IV i V frekventni pojas, a snaga
zračenog signala je reda 10 W – 100 kW.
TV odašiljač se sastoji od visokofrekventnog lanca za prenos slike u boji,
niskofrekventnog lanca za prenos tona, energetskog dijela za napajanje , sistema za
hlađenje i logičkih sklopova za upravljanje i kontrolu rada odašiljača.
Prije ulaska u TV odašiljač kromatki signal se obrađuje u procesnim pojačalima, gdje se
regenerišu sinhronizacijski impulsi, namješta amplituda referentnog nosioca,
krominantnog signala i složenog video signala (luminantni i krominantni signal). Ako se
složeni video signal pojavi sa vršnom amplitudom većom od 1V, signal se limitira da bi
se spriječila premodulacija odašiljača. Kromatski signal dalje ulazi u predkorektor na
ulaznom dijelu odašiljača, gdje se obavlja fazna korekcija signala prema frekvenciji, a
amplitudna karakteristika ostaje ista. Iz MF oscilatora dolazi signal frekvencije 38.9 MHz
te zajedno sa video signalom horizontalne frekvencije 15.623 kHz ulazi u modulator, gdje
se obavlja amplitudna modulacija. U sljedećem sklopu se kompenzira vrijeme grupnog
kašnjenja, a zatim dolazi filter VSB (Vestigal Side Band – ostatak bočnog pojasa) za
potiskivanje gornjeg bočnog pojasa, čime se smanjuje širina pojasa modulisanog signala.
Tako nastaju fazna i amplitudna izobličenja, koja se koriguju u narednim stepenima.
Nakon toga MF signal dolazi u balansno mješalo, gdje se pomoću VF signala na izlazu
dobija zbir i razlika frekvencija uz potisnuti nosilac. Pomoću pojasnog propusnog filtra
izdvaja se donji bočni opseg i dalje se signal dovodi i izlazno pojačalo, gdje se pojačava
do vršne snage od 1W.
U tonskom dijelu odašiljača dolazi ton amplitude 1.55 V na predpojačalo koje poboljšava
omjer signal/šum. Takav signal dolazi do modulatora, gdje se obavlja FM modulacija. Za
stabilan rad modulatora centralna frekvencija se stabilizira pomoću referentnog kristalnog
oscilatora frekvencije 33.4 MHz i faznog komparatora. Drugi dio međufrekvencijskog
tonskog signala odlazi u mješalo, gdje se miješa sa VF signalom i pojačava, što
predstavlja izlazni signal koji se pojačava u izlaznom pojačalu. Signali iz odašiljača slike
i tona se vode preko dipleksera do zajedničke antene.
50

Download Report