1. TELEVIZE
digitální TV
Základy audiotechniky a videotechniky
Ing. Josef Bartoněk
Olomouc 2012

2. Digitální televize
Digitalizace obrazových signálů
Standard procesu digitalizace obrazových signálů pro digitální televizní
vysílání DVB (Digital Television Broadcasting): - DVB-S (Satellite), DVB-C
(Cable) a DVB-T (Terrestrial)
Rámcové hodnocení digitálních obrazových signálů:
-velká odolnost vůči zkreslením, kolísání útlumu přenosu, šumu apod.,
-možnost mnohonásobného kvalitního digitálního záznamu
-možnost použití kompresních algoritmů pro snížení objemu dat a bitové
rychlosti přenosu a tím lepší využití přenosového kanálu
-jednodušší ochrana dat
Nevýhody digitálních signálů
-vznik nových zkreslení při digitalizaci
-výsledná kvalita obrazu nemůže být lepší než výchozí analog. signál
-výrazné zvýšení potřebné šířky kmitočtového pásma, ale díky účinným
kompresním algoritmům lze přenášet podstatně větší objem než u
analogových signálů, (standardní TV kanálem 8 MHz až 5 programů)

3. Digitalizace -proces přeměny spojitého (analogového) signálu (video) do
číslicové (digitální) formy. Počet úrovní signálu je omezen pro videosignál
na 256 úrovní (m = 8, PÚ = 28 = 256). Digitalizér je technické zařízení pro
digitalizaci (A-D převodník), zpětný převod se provede v D-A převodníku
digitalizér způsoby vzorkování
Kmitočet fmax vzorkování musí splňovat fvz 2fmax
Kvantování – přiřazení hodnot binárních
čísel, hodnotě velikosti analogového
signálu, dochází ke vzniku kvantizační
chyby a ještě další systémová zkreslení

4. Prostorové rozlišení -vyjadřuje počet obrazových bodů D (pixel) v obraze.
Zvětšování rozlišení videa zvyšuje požadavky na přenosovou rychlost R.
(pro digitalizovaný nekomprimovaný záznam 2 hodin barev. filmu (824 x
625 pixelů, m = 8 b/pixel, s = 25 sn/s), potřebujeme D = 193 GB)
Jasové rozlišení je dáno počtem jasových úrovní připadajících na jeden
pixel, zvětšováním se zvětšuje objem dig. dat D a přenosové rychlosti R
Analogově-digitální (A/D) převodníky pro obrazové signály
Pro digitalizaci obraz. signálů se používají rychlé paralelní převodníky.
(vzorkovací kmitočet fvz ≥ 80 MHz, převodu kratší jak 20 ns a počet
kvantovacích hladin až 1024 (10 bitů na vzorek)
Standardizace digitalizace obrazových signálů
-vzorkovací kmitočet pro luminanční signál 13,5 MHz
-vzorkovací kmitočet pro chrominanční složky 6,75 MHz (formát 4 : 2 : 2)
-vzorky luminančních a chrominančních signálů se kvantují na 256 úrovní
(8 bitů)

5. Metody komprese digitálních obrazových dat
1988 vznikla skupina MPEG (Motion Picture Experts Group), 1992 vydala
MPEG 1, dnes využívaný na PC (neprokládané řádkování a bitovou
rychlost do 1,5 Mbit/s). Od 1992 standard MPEG 2 (úplný barevný signál s
prokládaným řádkováním, 2 až 12 Mbit/s, rozšířen o kompresi signálů
HDTV -aktivní rastr 1920x1080, rychlostí 15 až 30 Mbit/s. Od roku 1993
standard MPEG 4 kompresní kódování pro toky do 64 kbit/s
Princip komprese DV
Standard JPEG -komprese dat statických obrazů, kompresní pom. 8 až 15
Standard MPEG 1 -určen pro komprimaci datového toku pohyblivých
obrazů na bitovou rychlost do 1,5 Mbit/s, kompresním poměrem až 150.
Užíván pro dig. záznamy CD-video, CD-I, DCC, videotelefon…

6. Standard MPEG 2 -určen ke komprimaci digitálních obrazových dat
televize s prokládaným řádkováním a formát vzorkování 4 : 2 : 2.
Komprimace na rychlost 2 až 80 Mbit/s (až HDTV).
Standard MPEG-4 Video -multimediálním standard pro široký rozsah
aplikací s vysokým stupněm komprese, přenosy s rychlostí 4,8 – 64
kbit/s, filmové aplikace do 4 Mbit/s, převážně pro kompresi obrazových
dat v počítačích, pro digitální televizi se prakticky nevyužívá

7. Standard MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) - zcela odlišný od
standardu MPEG-4 Video, určen pro televizní aplikace (HDTV, DVB-H…)
Standard WM 9 (Windows Media Serie 9) -nekompatibilní se
předcházejícími standardy, srovnatelný s MPEG-4 AVC
Do 1 kanálu (8 MHz) lze umístit (MPEG-2) 4 -5 digitálních SDTV programů
Záznam videosignálu
Typy a standardy digitálních magnetických záznamů videosignálu
-standard DV (Digital video) –malé kazety, označovaný také mini DV
-standard HDV (firmy JVC, Sony, Canon…)
-standard D 8 (Sony 1998) - digitální obdoba analogového záznamu HI 8
-standard Micro MV (Sony 2001)
Význam těchto záznamových systémů stále klesá, jsou nahrazována
systémy optického záznamu, magnetického záznamu na pevné disky a
pamětí (HDD, flash card…), které umožňují kvalitnější záznam a mají
větší kapacitou paměti.

8. Standard DV, mini DV –(Panasonic, JVC, Canon, Sharp…)
-režim SP: 10mikronů, LP: 6.7mikr.
-rychlost p 18,81mm/s,
-relativní rychlost: cca 10 m/s,
max záz.doba: mini-DV 80/120min
(SP/LP), DV 3/4.6hodiny (SP/LP),
-rozlišení: 720 x 576 PAL 4:2:0
1snímek na 10 šikmých stopách
Standard HDV -(JVC, Sony, Canon, Sharp…), kamkordéry s HDTV,
standardu MPEG-2, do 25 Mbitů/s, (HDTV 720p a 1080i -16:9), rozlišení až
1280 x 720 proporcionálně (HDV1) a 1440 x 1080 prokládaně (HDV2)
Standard Digital 8 -(Sony, Hitachi), obdoba Hi 8 fy. Sony. Používá stejnou
kazetu s páskem šířky 8, 1snímek na 10 šikmých stopách.
šířka stopy: 16.34mikronů, relativní zázn. rychlost: cca 10 m/s
maximální záznamová doba: 60 min. (až 120 min.)
-standard Mikro MV -kazetový záznamu Sony (2001)
šířka pásu: 3,8 mm, velikost kazety: 46 x 30,8 x 8,5 mm,
video: -MPEG2, audio -MPEG Audio Layer2
snímek se ukládá pouze do 4 stop,

9. Digitální optický záznam videosignálu
Při záznamu se používá kompresní algoritmus MPEG-2 s proměnným
činitelem komprese dle žádané kvality obrazu. Pro ochranu dat se
používá systém Macrovision nebo kód CSS. Každý přehrávač má svůj klíč
(rozdělení světa na 6 regionů).
Významným zlepšením záznamu DVD byl nový standard HD DVD, který
užívá modrý laserový paprsek ( = 405 nm) a kompresi MPEG-2, byl
překonán Blu Ray.
Záznam BLU RAY (BD) -optický záznam videa ve vysokém rozlišení
komprimovaného pomocí standardu MPEG-2, příp. MPEG-4 AVC, VC-1 na
disku o průměru 120 mm. Kapacita jednovrstvého záznamu je asi 27 GB
(dvouvrstvého 54 GB) s rychlostí bitového toku až 36 Mbitů/s. Dosažení
vysoké kapacity je zajištěno především použitím modro - fialového laseru
- λ = cca 405nm. Nové standardy zabezpečení proti nežádoucímu
kopírování - AACS (Advanced Access Content System) generují 128
bitový AES (Advanced Encrypt Standard) šifrovací klíč, při jehož
špatném vyhodnocení může dojít k degradaci dat nebo dokonce
k zablokování zařízení.

10. Nejznámější digitálních obrazové formáty
AVI (Audio Video Interleaved) – nejstarší, pro počítačové zpracování a
záznam obrazových signálů bezeztrátovou kompresí (komprese dat cca
3:1), značná velikost obrazových souborů
WMV (Windows Media Video) – ztrátová psychovizuální komprese
standardu MPEG – 4 -1,5 Mbitů/s, značné zmenšení velikosti souborů při
nepodstatném snížení kvality obrazu
VCD (Video CD) – komprese ztrátovým algoritmem MPEG - 1 s rychlostí
až 1,5 Mbit/s. (až 75 minut na standardním CD)
SVCD (Super Video CD) – komprese ztrátovým algoritmem MPEG-2
s rychlostí do 2,5 Mbit/s, srovnatelný s formátem DVD, určen pro CD
Real Video, Quick Time – formáty vyžadují odpovídající SW přehrávače,
využívají algoritmus MPEG - 4 Video, výrazná komprese, od 64 kbit/s
Div X, XviD -kompresní algoritmus MPEG - 4 Video, výrazné
snížení velikosti souborů při zachování velmi dobré kvality