Особенности применения протокола цифровой передачи видео данных ITU-R BT.656 при разработке запоминающего устройства записи видеоинформации

Протокол ITU-R BT.656 [1], описывает алгоритм передачи видео для потокового несжатого PAL или NTSC ТВ стандартной четкости (625 или 525 строк) сигналов.

Стандарт NTSC [2] определяет метод кодирования информации в композитный видеосигнал. Согласно стандарту NTSC, каждый видеокадр состоит из 525 горизонтальных строк экрана, по которым каждую 1/30 секунды проходит электронный луч. При отрисовке кадра электронный луч делает два прохода по всему экрану: сначала по нечетным строкам, а потом по четным (чересстрочная развертка — interlacing).

Стандарт PAL [3] использует метод добавления черного и белого цвета к телевизионному сигналу. Создает на экране 625 строк с частотой 25 кадров в секунду. Аналогично системе NTSC использует чересстрочную развертку.

В дальнейшем будет рассматриваться стандарт цифровой передачи видеоданных для системы аналогового цветного телевидения PAL.

Протокол BT.656 опирается на цифровые параметры кодирования видео 4:2:2, определенных в Рекомендации ITU-R BT.601 [4], которая использует цветовое пространство Y-Cb-Cr и частоту дискретизации 13,5 МГц для пикселей.

Структура дискретизации сигнала обозначается как соотношение между тремя частями X:a:b (например, 4:2:2)(рис.1), описывающими число выборок яркостных и цветоразностных сигналов. Этими частями являются:

X — частота дискретизации яркостного канала, выраженная коэффициентом базовой частоты (ширина макропикселя);

a — число выборок цветоразностных сигналов (Cb) в горизонтальном направлении в первой строке;

b — число (дополнительных) выборок цветоразностных сигналов (Cr) во второй строке.

Рис. 1. Структура дискретизации сигнала

Стандарт может быть реализован для передачи либо 8-битных значений (стандарт в области потребительской электроники) или 10-битных значений (иногда используется в студийных условиях).

Y-Cb-Cr поток видео

В 4:2:2 Y-Cb-Cr данные мультиплексируют в 8-битный или 10-битныйпоток: Cb0Y0Cr0Y1Cb2Y2Cr2 и т. д. На рис. 2 приведен формат 625/50 видео систем, который использует 8-разрядный поток данных Y-Cb-Cr [5].

Рис. 2. BT.656 8-битный формат для параллельного интерфейса передачи данных для 625/50 видеосистем

После каждого кода SAV, формат каждой пары пикселей имеет вид Cb-Y1-Cr-Y2, где коды яркости (Y) соответствуют каждому пикселю, а коды цветности (Pb-Pr) — группе пикселей. Таким образом, в среднем за два такта передается информация об одном пикселе.

Каждая строка видео оцифровывается с частотой 13.5 МГц, генерируя 720 выборок, как показано на рис. 3 [1]. Это преобразуется в 16-битный 4:2:2 поток данных Y-Cb-Cr, в результате в 720 выборок Y в одной строке, и 360 выборок каждого из Cb и Cr на линию. Данные Y и данные Cb-Cr мультиплексируются, и тактовая частота в 13.5 МГц увеличивается в два раза до 27 МГц.

Рис. 3. BT.656 временные соотношения строки для 625/50 видеосистем

SAV (начало активного видео) и EAV (конец активного видео) коды встроены в видеопоток Y-Cb-Cr. Они устраняют необходимость в HSYNC, VSYNC и FIELD тактовых сигналов, обычно использующихся в видеосистемах. EAV и SAV последовательности показаны в таблице 1 [1].

Таблица 1

BT.656 EAV иSAV последовательность

Слово состояния XY, которое также указывает на то, является ли это SAV или последовательность EAV, определяется следующим образом:

F = 0 для поля 1; F = 1 для поля 2;

V = 1 во время вертикального бланкирования;

Н = 0 при SAV, Н = 1 при EAV;

P3-P0 = биты защиты:

P3 = V ⊕ H,

P1 = F ⊕ V,

P0 = F ⊕ V ⊕ H,

где ⊕ представляет собой функцию сложения по модулю 2.

Состояние битов P0, P1, P2, P3 зависят от состояний битов F, V и H, как показано в таблице 2 [1].

Таблица 2

Состояние битов

Эта защита битов позволяет обнаружить одноразрядные ошибки и исправить (и обнаружить некоторые битные ошибки) на приемнике. BT.656 использует стандарт BT.601 — определенные вертикальные интервалы гашения, как показано на рис. 4. Тем не менее, активные разрешения кроме 720 х 486 и 720 х 576 могут поддерживаться, регулируя, где в EAV и SAV кодах и вертикальных интервалах гашения происходят [1].

Рис. 4. Типовые BT.656 интервалы вертикального гашения в кадре для 625/50 видеосистем

Структурная схема, в которой реализованы рассмотренные принципы, приведена на рис.5.

Рис. 5. Структурная схема запоминающего устройства записи видеоинформации

Данный рисунок представляет собой схему запоминающего устройства видеоинформации. Рассмотренные особенности применения протокола цифровой передачи видео данных ITU-R BT.656используются для передачи видео между процессором и внешним устройством.

Вывод

В статье рассмотрены протокол ITU-R BT.656 и стандарты PAL и NTSC, а так же один из примеров их реализации.

Литература:

1. https://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an97/an9728.pdf -Протокол цифровой передачи видео данных ITU-R BT.656.
2. http://video-sam.ru/standart.html — Статья о системе аналогового цветного телевидения NTSC.
3. http://www.proximasp.ru/phase_alternate_line.html — Статья о системе аналогового цветного телевидения PAL.
4. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.601–5-199510-S!!PDF-E.pdf - Рекомендация ITU-R BT.601.
5. http://kit-e.ru/articles/interface/2006_2_10.php — Статья по форматам передаваемых Y-Cb-Cr видеоданных.