BZTV_výpisky_2011

ybové kompenzace.
• Bloky chrominančních signálů mají poloviční rozlišení v obou
směrech než jasové bloky.
• Pokud má jasový blok strukturu 8 x 16 vzorků, budou mít oba
chrominanční bloky strukturu 4 x 8 vzorků. Při jasovém bloku 8 x 4 vzorky, budou mít oba chrominanční
bloky strukturu 4 x 2. vzorky.







30.Zdrojové kódování obrazových signálů(MPEG-4 AVC – interpredikce, intrapredikce,
celočíselná transformace, filtr pro potlačení blokové struktury)

Interpredikce
• vytvoření předpovědi z několika snímků, může využívat podpory více snímků (až 16) na rozdíl od MPEG-2
(pouze 2), což výrazně ovlivňuje komprimační výkon.
• Čtvrtpixelová predikce. Podobně i vektory pohybu mohou být stanoveny s větší přesností. Při snímání
pohybu je rozdíl v obsahu sousedních snímků nepatrný. Aby se přenášely i tyto minimální změny, používá se
subpixelová interpolace, která umožňuje popis vektorů pohybu až s přesností jedné čtvrtiny pixelu (Quarter
Pixel Prediction).
Intrapredikce
• prostorová predikce – vytváření předpovědi kódovaného bloku ze vzorků sousedních, již kódovaných bloků.
Využívá poměrně vysoké korelace mezi vzorky kódovaného makrobloku a vzorky, které s tímto
makroblokem bezprostředně sousedí.
• Hodnoty vzorků predikovaného (referenčního) bloku se odečtou od hodnot vzorků kódovaného bloku a
rozdílový blok je následně zakódován a přenesen do dekodéru.
• Standard MPEG-4 AVC provádí intrapredikci pouze ze vzorků již kódovaných bloků, které bezprostředně
sousedí s právě kódovaným blokem.
•Pro jasovou část makrobloku se využívá bloků se strukturou 4 x 4, 8 x 8, 16 x 16 vzorků.
•Jasové bloky 4 x 4 a 8 x 8 vzorků používají referenční vzorky podle obr. a).
•Jasové bloky 16 x 16 vzorků a chrominanční bloky používají referenční vzorky podle obr. b).
• Pro jasový blok 4 x 4 vzorky se používá celkem 9 predikčních módů (označení 0 až 8).
• módy 0 a 1 – pouze kopírování vzorků, módy 3 až 8 používají vážený průměr ze vzorků A až M.
Celočíselná transformace
• Dominantně se používá na bloky 4 x 4 vzorků (někdy i na 8 x 8 vzorků), odvozená z DCT. Při použití
intrapredikce a jasového bloku 16 x 16 vzorků se po celočíselné transformaci ještě dále používá Hadamardova
transformace na stejnosměrné koeficienty DC. Ty mají vysokou korelaci, a proto touto transformací dochází
ke zvýšení komprimačního poměru.
• Zpracování chrominančních bloků se provádí obdobným způsobem, avšak Hadamardova transformace se
používá na bloky 2 x 2 koeficienty.
• Přenos jednotlivých bloků celého makrobloku k dalšímu zpracování se provádí v pořadí podle obrázku.
Filtr pro potlačení blokové struktury
• Filtr pro potlačení blokové struktury je aplikovaný po inverzní transformaci v kodéru (před rekonstrukcí a
uložením makrobloku pro budoucí predikci) i v dekodéru (před rekonstrukcí a uložením makrobloku).
Vyhlazením okrajů bloku se snímek stává více podobný originálu a zvyšuje se komprimační výkon. Při
standardní filtraci je možné měnit stupeň filtrování (Bs = 0 bez filtrování, Bs = 4 největší účinek filtrace) v
závislosti na rozdílu velikosti sousedních vzorků na hranici mezi bloky.
• Filtr viditelnost blokové struktury sice snižuje, avšak obraz se jeví poněkud neostrý (ztratí se detaily obrazu
na přechodech mezi bloky), což ale ve srovnání s blokovou strukturou působí méně rušivě,

















31.Zdrojové kódování zvukových signálů(MPEG-1, úroveň1)
MPEG-1, úroveň1
• Zvukový, např. monofonní signál z mikrofonu se převede do digitální formy (PCM). Pro fvz = 48 kHz a
počet bitů b = 16 (tj. 65 536 kvantizačních úrovní) vzniká digitální signál s přenosovou rychlostí 768 kbit/s,
který přichází do kodéru. Zde je signál komprimován na cca 200 kbit/s. Poté je multiplexován s obrazovým
signálem a zabezpečen proti chybám.
• Po průchodu přenosovým kanálem se nejdříve opraví chyby vzniklé při přenosu, poté se signál oddělí od
signálu obrazového a přichází do dekodéru a dále do převodníku D/A. Výsledný analogový signál po zesílení
v koncovém nf zesilovači budí reproduktor.
• Vstupní digitální signál PCM přichází do banky
číslicových filtrů, kde se vytvářítzv. rámce dat. Každý
rámec obsahuje 384 vzorků (tj. 384.16 = 6 144 bitů). Doba
trvání rámce je 8 ms (384 : 48 kHz).
• Signál každého rámec se převede z časové oblasti do
kmitočtové a výsledné spektrum (odpovídající signálu
jednoho rámce) se rozdělí do 32 stejně širokých dílčích
kmitočtových pásem. Šířka každého dílčího pásma je 750
Hz.

• Po dobu 8 ms je tedy k dispozici pro každé dílčíkmitočtové pásmo 12 kmitočtových vzorků signálu
(384 : 32 = 12). Ve 32 pásmech je to celkem 384 (32.12) kmitočtových vzorků jednoho rámce.

• Z 12 kmitočtových vzorků se v každém dílčím pásmu vybere vzorek s maximální velikostí a podle něj se
stanoví činitel měřítka (Scale Factor). Pro jeden rámec trvající 8 ms se získá 32 činitelů měřítka, které mají
rozhodující význam pro stanovení maskovacích prahů v každém dílčím pásmu jednoho rámce.
• Součástí kodéru je blok nazývaný psychoakustický model, pomocí kterého jsou modelovány lidské
psychoakustické vlastnosti. V něm se srovnávají činitelé měřítka s hodnotami stanovenými statisticky (na
základě měření sluchových vlastností velkého počtu posluchačů). Pro každé dílčí pásmo je potom vypočítán
amplitudově závislý práh kvantizačního šumu.

• Podle vypočítaného prahu kvantizačního šumu se v daném pásmu přidělí určitý počet bitů pro všech 12
kmitočtových vzorků. Pro různá dílčípásma může být počet bitů různý a pohybuje se v rozmezí od 2 do 15
(původní počet byl 16). Tím se výrazně sníží přenosová rychlost signálu.
• Ve výstupním obvodu se vytváří komprimovaný sériový digitální signál s proměnnou přenosovou rychlostí
od 448 kbit/s do 32 kbit/s.

Struktura rámce pro monofonní signál podle standardu MPEG-1 úrovně 1.













32.Zdrojové kódování zvukových signálů(MPEG-1, úroveň2, MPEG-2)
MPEG-1, úroveň2
• Komprimace signálu (snížení jeho bitové rychlosti) je větší než v úrovni 1, přitom kvalita zvukového signálu
je při nižších bitových rychlostech lepší.
• Zpracování signálu zůstává stejné jako v úrovni 1, mění se pouze některé parametry a přidávají se určité
doplňky.
• V bance filtrů se vytvářejí skupiny po 36 kmitočtových vzorcích v každém z 32 dílčích pásem. Obsah
jednoho rámce je 36 x 32 = 1152 vzorků a při vzorkovacím kmitočtu 48 kHz trvá rámec 24 ms. Poněvadž
maskovací účinek nesoučasných (časově posunutých) signálů trvá maximálně 20 ms, jsou zavedeny tři
činitele měřítka. Z 36 vzorků vybírá kodér 3 největší vzorky. Všechny tři se využívají však pouze tehdy,
jestliže signál vykazuje rychlé časové změny. Při pomalých časových změnách se používají pouze dva nebo
dokonce jen jeden činitel měřítka. Jejich počet stanoví příslušný obvod na základě informací o signálu z
banky filtrů. Počet zvolených činitelů měřítka vyjádřený dvěma bity je multiplexován do rámce dat. Činitelé
měřítka jsou opět vyjádřeny 6 bity.
• Počet kvantovacích úrovní daný počtem bitů od 2 do 15 se používá jen u nízkých kmitočtových pásem a je
určen čtyřmi bity. Pro střední pásma je počet kvantizačních úrovní dán maximálně 8 bity (3 bitový údaj ve
složení rámce).
• Snížení výsledného bitového toku má za následek nutnost použít větší zabezpečení přenášených dat.
Největší ochranu vyžaduje MSB (Most Significant Bit) měřítka, především nižších dílčích pásem. Další
ochranu vyžaduje informace o počtu využívaných vzorků. K ochraně měřítka se používá paritní bit, k ochraně
informace o počtu vzorků se používá Golayův kód. Pro zjednodušení dekódovací části přijímače jsou
informace o počtu bitů, měřítku a počtu vzorků vloženy do multiplexního signálu pro každé dílčípásmo.

Struktura rámce pro monofonní signál podle standardu MPEG-1 úrovně 2

MPEG-2
• Určen pro DVB. Umožňuje přenos vícekanálové stereofonie a snížit bitovou rychlost signálu tak, aby i při
nízkých rychlostech byla kvalita zvuku lepší než u MPEG-1. Při nízkých bitových rychlostech je u MPEG-1
slyšitelný kvantizační šum, jehož vliv na kvalitu zvukového vjemu je větší než omezení kmitočtového pásma.
• Proto se u MPEG-2 používají poloviční vzorkovací kmitočet, tj. 24 kHz, 22,05 kHz a 16 kHz. Při stejném
počtu pásem se šířka jednotlivých pásem zmenší. V důsledku toho se práh kvantizačního šumu zvýší (v užším
pásmu je lépe maskován), počet kvantizačních úrovní se zmenší a tím se zmenší i bitová rychlost signálu.
•Změně vzorkovacího kmitočtu musí být přizpůsoben i psychoakustický model.Úroveň 1 : 12 vzorků trvá 16
ms, stačí jeden činitel měřítka.Úroveň 2 : 36 vzorků trvá 48 ms, počet činitelů měřítka je vyšší než jeden.
• Na rozdíl od klasické stereofonie (L, R), používá Dolby Surround soznačením 3/2 stereo tři reproduktory
před divákem-posluchačem (levý L, střední C, pravý R) a dva reproduktory za ním (pravý RS, levý LS). Může
být použit i šestý reproduktor pro zvláštní efekty (do 150 Hz).
• Standard MPEG-2 musí zajistit přenos všech 5 (6) zvukových kanálů aniž by zvýšil pětinásobně
(šestinásobně) bitovou rychlost signálu. Přitom musí být kromě zpětné a dopředné slučitelnosti zajištěna i
slučitelnost odstupňovaná, tj. schopnost dekodéru MPEG-2 reprodukovat zvuk při různých konfiguracích
kanálů (3/1, 3/0, 2/2, 2/1, 2/0 a 1/0).
• Při zpětné slučitelnosti musí dekodér MPEG-1 zpracovat signál vícekanálové stereofonie MPEG 2 a
reprodukovat jej jako běžné dvoukanálové stereofonní vysílání.
• Při dopředné slučitelnosti musí dekodér MPEG-2 zpracovat signál MPEG-1 a reprodukovat jej jako
dvoukanálové stereofonní vysílání.



33.Multiplexování a kanálové kódování
Multiplexování

Kanálové kódování
• Zdrojově kódovaný (komprimovaný) digitální signál je zbaven redundance a irelevance a sestaven do
transportního toku. Zavedení ochran tohoto signálu představuje novou přídavnou redundanci. Způsob ochrany
signálu je přizpůsoben přenosovému prostředí.
• Na přenosové cestě se mohou vyskytnout poruchy, které způsobí v signálu chyby ojedinělé (mění hodnoty
jen u jednotlivých bitů) nebo shlukové (burstové). Chyby symbolové mění celý byte i několik bytů.
• Transportní tok sestavený z transportních paketů po 188 bytech může být zabezpečen až dvěma druhy
ochranného kódování FEC (Forward Error Correction).
• Vnější (hlavní) ochranný kód FEC1 je blokový kód pro opravu symbolů. Používá se samoopravný Reedův -
Solomonův kód RS(204,188). Blok se skládá z 204 bytů a je vytvořen ze 188 bytů transportního paketu k
nimž je přidáno 16 bytů opravných. Takový kód opraví 8 chybných bytů.
• Vnitřní ochranný kód FEC2 bývá binární a zabezpečuje jednotlivé bity. Používá se konvoluční (skládaný)
kód. Při tomto zabezpečení se k informačním bitům žádné zvláštní opravné bity nepřidávají. Vstupní bity se
navzájem ovlivňují vytvářením součtů na různých odbočkách registru. Bity se tedy předepsaným způsobem
konvolují, tj. skládají či „svinují“, takže jejich pravá hodnota a posloupnost je „rozmazána“.
• Za oba kodéry FEC na vysílací straně jsou zařazeny prokládací stupně (interleaver) na úrovni bytů a bitů.
Podobně za dekodéry FEC na přijímací straně se zařazují inverzní prokládací stupně (deinterleaver). Úkolem
těchto bloků je zabezpečení signálu proti shlukům chyb.
•Řazení bloků pro zabezpečení transportního toku.


Reedův – Salomonův kód
• Reedův - Solomonův kód se označuje RS (n,m). Pokud může symbol (byte)
nabývat hodnot q = 2b, kde b je počet bitů symbolu (bytu), platí n = q – 1.
• Obecně pro zabezpečení m informačních symbolů (bytů) se k nim přidává k
opravných symbolů (bytů), takže celkový počet přenášených symbolů (bytů) je
n = m + k. RS kód umožní na přijímací straně opravu až t symbolů (bytů),
přičemž platí k = 2t. Při opravě se najde místo chybného symbolu (bytu) a určí
se jeho správná hodnota.
• Například při osmibitových bytech je n = 255 a při požadavku na opravu až t =
8 bytů je m = n – k = n – 2t = 255 – 2.8 = 239. V uvedeném případě se kód
označuje RS(255,239).
• Poněvadž transportní tok je složen z transportních paketů o 188 bytech, používá se kód RS (204,188)
umožňující opravu až 8 bytů.
• Blok vysílaných bytů (n) prochází přenosovým kanálem, kde v důsledku rušení
dochází k poškození bytů.
• Na přijímací straně je blok dat převeden z časové do kmitočtové oblasti pomocí
přímé diskrétní Fourierové transformace FDFT.
• Pokud na konci bloku není 2t bytů nulových, došlo na přenosové cestě k
poškození bloku.
• Následuje oprava chyb prováděná na principu aritmetiky Galoisova pole.
Řešením soustavy klíčových rovnic se zjistí místa chybných bytů a provede se
jejich oprava.
• Pokud počet chybných bytů nepřekročí hodnotu t, budou všechny byty opraveny
a na posledních místech bloku bude 2t bytů nulových.

Prokládání
• Prokládání se v DVB používá na úrovni bytů i bitů.
• Ochrana signálu proti skupinovým chybám (shluky chyb, bursty).
• Hloubka prokládání (max. délka burstové chyby, při které se chyba rozloží na jednotlivé byty resp. bity).
• Rámec vnějšího kódu (udává počet bytů resp. bitů, po kterých se budou opakovat rozprostřené chybné byty
resp. bity).
• K prokládání se může použít také konvoluční prokládání, diagonální prokládání nebo interblokové
prokládání.


34. Používané digitální modulace (DVB-S, DVB-C, DVB-T)

• Podle toho, který parametr nosné je ovlivňován, rozeznáváme tři základní typy digitálních modulací:
a) modulace ASK (Amplitude Shift Keying) - modulace s klíčováním amplitudy (klíčování amplitudovým
posuvem, zdvihem),
b) modulace FSK (Frequency Shift Keying) - modulace s klíčováním kmitočtu (klíčování kmitočtovým
posuvem, zdvihem),
c) modulace PSK (Phase Shift Keying) - modulace s klíčováním fáze (klíčování fázovým posuvem, zdvihem)

Modulace QPSK
• neboli čtyřstavové fázové klíčování 4PSK se
používá pro DVB-S. Vstupní signál se rozdělí v
demultiplexeru (Splitter) na liché a sudé bity (větve
Inphase, Quadrature). V modulátorech AM typu
DSBSC jsou signály modulovány na nosné cos ωnt,
sin ωnt a potom sčteny
• Všechny možné stavy nosné, případně přechody
mezi jednotlivými stavy, se znázorňují pomocí
stavového (konstelačního) diagramu. Každý stav
nosné, tj. každý vektor, popisuje jeden dibit, což je
dvojice bitů.
• Při změnách stavů, kdy se v dibitu mění současně
oba bity (11 ↔00 nebo 10 ↔01), se amplituda
nosné postupně zmenšuje až k nule a potom se opět
zvětšuje na původní hodnotu, avšak nyní již s fází
posunutou o 180°. Doba přechodu z jednoho do
druhého stavu je sice velice krátká, přesto vzniká v modulovaném signálu parazitní amplitudová modulace s
hloubkou modulace 100%.
• Při změnách stavů, kdy se v dibitu mění pouze jediný bit, neklesne amplituda nosné až na nulu, ale pokles je
menší. Avšak i v tomto případě, kdy dochází ke změně fáze nosné pouze o 90°, vzniká v modulovaném
signálu parazitní amplitudová modulace. Průchodem signálu QPSK přes nelineární obvod, např. koncový
stupeň vysílače pracující ve třídě C, dochází k obohacení spektra a zvýšení nežádoucích spektrálních složek
signálu, což je velkou nevýhodou modulace QPSK.
Modulace QAM
• Používá se pro DVB-C. Lepšího využití konstelačního diagramu
(tj. přibližně rovnoměrného rozložení jednotlivých bodů vrovině
IQ) lze dosáhnout tím, že se modulačním signálem klíčuje nejen
fáze, ale i amplituda nosné. Tímto způsobem se vytvářejí diskrétní
kvadraturní modulace QAM (Quadrature Amplitude Modulation),
které umožňují dosáhnout vyšší přenosové rychlosti signálu

• Například u modulace 16QAM vyjadřuje každý stav nosné
čtyřbitovou kombinaci 1 a 0, zatímco u modulace 64QAM
vyjadřuje každý stav nosné nějakou šestibitovou kombinaci 1
a 0. Při konstantní symbolové rychlosti umožňují vícestavové
modulace přenést více bitů a tedy signály s větší přenosovou
rychlostí. Uvažujeme-li naopak konstantní přenosovou
rychlost signálu, potom vícestavové modulace umožní přenos
daného signálu s menší symbolovou rychlostí, která určuje
šířku kmitočtového pásma přenosového kanálu.
• Se zvyšováním počtu stavů modulací QAM však vzrůstají požadavky na přijímač, který musí rozlišit
mnohem menší změny amplitudy a fáze ve srovnání s modulacemi dvojstavovými. Navíc působí v
komunikačním kanálu na modulovaný signál především šum a různá rušení, které zvyšují jeho chybovost.
Tyto rušivé vlivy se projeví na přijímací straně na tvaru konstelačního diagramu.
• Proto jsou tyto vícestavové modulace vhodné pro signály procházející prostředím s minimálním rušením a
šumem. Z tohoto důvodu byla také modulace QAM zvolena pro kabelový přenos DVB-C.

Modulace OFDM
• Modulace OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplex) je určena pro terestriální
(pozemní, zemské) televizní vysílání DVB-T.
• Při terestriálním vysílání mají na přijímaný
signál největší vliv především odrazy vmístě
příjmu a signály jiných vysílačů se stejným
kmitočtem nosné. Při analogovém TV vysílání
se tyto jevy projeví nejen vymizením zvuku
nebo barvy v obraze, ale především
několikanásobnými obrysy obrazu ve vodorovném směru (duchy).
• Při přenosu digitálního signálu jsou uvedené rušivé vlivy ještě zřetelnější neboť přenášené bity mění své
hodnoty vlivem ISI (Inter Symbol Interference) a obraz může být silně porušen.

• Pro zachování vysoké přenosové rychlosti signálu, při současném splnění požadavku prodloužení bitové
periody, je nutné využít přenos s více nosnými.
• Jednotlivé nosné (subnosné, tóny) jsou od sebe vzdáleny o celočíselný násobek převrácené hodnoty délky
symbolu TS (symbolový kmitočet) - podmínka ortogonality. Je-li skupina nosných ortogonální, jednotlivé
kanály se neovlivňují, i když se jejich spektra částečně překrývají.













35. Televizní přijímač pro příjem digitálních signálů, STB (blokové schéma, popis činnosti)

Charakteristika přijímačů DVB
• Digitální televizní signály jsou přenášeny v dosud používaných TV pásmech - pro terestriální vysílání se
využívají III. TV pásmo VHF (174 až 230 MHz), IV. a V. TV pásmo UHF (470 až 862 MHz), pro kabelové
vysílání (tzv. S pásma) a pro družicové vysílání pásma Ku a další (viz poslední přednáška BZTV).
• Možnost přenosu datových signálů různých služeb (zábava, obchod, apod.). S využitím multimediální
platformy MHP (Multimedia Home Platform) mohou být tyto služby i interaktivní (DVB- MHP). Pro
multimediální platformu byl zvolen programovací jazyk Java, který je nezávislý na použitém hardwaru a
softwaru.
• V každém přenosovém kanálu (s šířkou pásma 8 nebo 7 MHz, resp. 27 MHz) může být přenášen multiplex
signálů několika TV programů se zvukovým doprovodem (monofonním nebo prostorovým) a několika
rozhlasových stereofonních programů.
• V závislosti na požadované kvalitě obrazu a způsobu řízení přenosové rychlosti to může být např. 3 až 5 TV
programů v kvalitě SDTV, což odpovídá kvalitě analogového TV přenosu v soustavě PAL při rozlišení
obrazu 720 x 576 bodů.
• Při tzv. lokální interaktivitě není třeba zpětný kanál neboť všechna data se uloží do paměti odkud je divák
podle potřeby vyvolá dálkovým ovládáním. Při plné interaktivitě může být pro zpětný kanál využita pevná
telefonní síť, Inte