§ 7.3. Временные преобразования цифровых сигналов

Временным называют преобразование сигнала, при котором его дискретные отсчеты, сохраняя свои значения, изменяют положение на оси времени. Временные преобразования цифровых сигналов широко используются в устройствах синхронизации, коррекции временных искажений, телекинопроекции, устройствах видеоэффектов, системах компонентной записи.

Рис. 7.11. Нерекурсивный (а) и рекурсивный (б) фильтры

Различают два вида временных преобразований: не влияющие или мало влияющие на спектр сигнала и изменяющие спектр сигнала. Чтобы выполнить временные преобразования, исходный сигнал вводится в ЗУ так, что его отсчеты оказываются однозначно связанными с координатами элементов изображения. В моменты времени, определяемые выбранным алгоритмом преобразования, информация считывается на ЗУ и сигнал, таким образом, переносится в заданную временную область При преобразованиях первого вида время записи и время считывания строк изображения мало отличаются друг от друга Во втором случае эти интервалы времени могут значительно отличаться. В основном сложность временных преобразовании проявляется при несинхронных процессах записи и считывания, когда возникает необходимость обращения к одной и тон же секции памяти для одновременного выполнения операций ввода и считывании информации В синхронизаторе и корректоре временных искажений задача разделении процессов записи и считывания часто решается путем значительного увеличения емкости памяти.

Рассмотрим способ преобразования, не приводящий к увеличению емкости памяти. Предположим, что тактовая частота в параллельных каналах памяти настолько низка, что за время одного такта можно произвести как запись, так и считывание элемента кода. Чтобы использовать такую возможность, в тракт внешнего сигнала следует ввести схему переменной задержки для смещения записываемого элемента кода в отведенный для него интервал времени в пределах периода местных низкочастотных тактовых импульсов. Низкой тактовой частотой в данном случае называется частота следования элементов кода до мультиплексора. При реальных значениях нестабильности внешнего сигнала задержку достаточно изменять один раз за строку.

Рис. 7.12. Функциональная схема временного преобразователя телевизионного сигнала

В схеме рис. 7.12 селектор выделяет синхронизирующие импульсы из входного аналогового сигнала схема ФАПЧ и делитель частоты формируют тактовые колебания высокой частоты (частоты дискретизации) и низкой частоты (частоты элементов кода в канале памяти). Цифровой фазовый детектор измеряет разность фаз местных и внешних строчных синхронизирующих импульсов, вычитает из результата измерения целое число периодов тактовой частоты и формирует разностный сигнал в виде кодированного числа периодов тактовой частоты . Таким образом, выходной сигнал является разностью фаз низкочастотных тактовых колебаний внешнего и местного сигнала, измеренной в начале строки местного опорного сигнала. Этот сигнал подается на регистры сдвига выполняющие функции задержки как внешнего цифрового сигнала поступающего с демультиплексора в канал ЗУ, так и связанных с этим сигналом низкочастотных тактовых импульсов частоты Задержанный тактовый сигнал с регистра подается во все каналы Благодаря переменной задержке в начале каждой местной строки импульсы частоты устанавливаются в середину периода местных импульсов частоты Также смещается, сохраняя необходимые фазовые соотношения с тактовыми импульсами, цифровой внешний сигнал. Формирователи вырабатывают адресные сигналы для схемы памяти.

Благодаря неременной задержке внешнего сигнала и связанных с ним тактовых импульсов в каждом периоде местных тактовых импульсов можно выделить четыре зоны (рис. 7.13). В зоне производится считывание, в зоне запись сигнала. Зоны

исключают перекрытие зон записи и считывания из-за расхождения фаз местного и внешнего сигналов в течение строки. Зоны могут быть достаточно малыми. Действительно, нетрудно подсчитать, что при частоте дискретизации телевизионного сигнала 13,5 МГц фазы низкочастотных тактовых импульсов к концу строки будут отличаться всего на один интервал дискретизации, равный при разности частот строк 19 Гц, т. е. при нереально большой нестабильности внешнего сигнала.

Может возникнуть вопрос: почему столь эффективный способ не всегда используется при построении синхронизаторов? Причина заключается в том, что емкость памяти синхронизатора в большинстве случаев выбирают равной двум полям изображения для того, чтобы при потере внешнего сигнала, поступающего от периферийного источника, синхрогенератор можно было перевести в режим считывания последнего неповрежденного поля. При запоминании двух полей задача разделения областей записи и считывания в ЗУ сравнительно просто решается с помощью коммутирующей схемы, сравнимой по сложности со схемой управляемой задержки. Если отказаться от возможности перехода на режим стоп-кадра с изображением, неповрежденным при неожиданном нарушении связи, то, используя вариант с переменной задержкой внешнего цифрового сигнала, можно уменьшить емкость памяти синхронизатора вдвое, т. е. до одного поля. Потери информации, обусловленные изменением вида полей (четные, нечетные) и цветовой синхронизацией, такие же. как и в случае двухполевого варианта.

Рис. 7.13. Задержка низкочастотных тактовых импульсов

Временное преобразование с изменением спектра сигнала широко используется в системах с временным уплотнением сигналов яркости и цветности и заключаются в сокращении времени передачи сигналов яркости и цветности с целью размещения их в пределах одной строки на входе канала связи либо видеомагнитофона к в последующем восстановлении исходного временного масштаба сигналов. Спектр сигналов расширяется во столько раз, во сколько сокращается время их передачи. Если уплотнение производится в пределах строки, то схема преобразования содержит два динамических регистра или два узла статической памяти, в которых поочередно производятся запись сигнала в исходном временном масштабе и считывание с повышенной тактовой частотой Для

восстановления исходного сигнала используются аналогичные схемы, однако при скорости записи сигнала, превышающей скорость считывания.

Рассмотрим еще одну операцию временного преобразования с изменением спектра сигнала, выполняемую при изменении масштаба изображения на экране просмотровых устройств.

Предположим, что изображение, создаваемое пилообразным сигналом (рис. 7.14, а), должно быть уменьшено в 1,6 раза. Рассмотрим процедуру преобразования на конкретном примере при длительности сигнала, равной восьми интервалам дискретизации. Чтобы при постоянной частоте дискретизации размер изображения уменьшился в 1,6 раза, длительность сигнала должна стать равной пяти интервалам дискретизации. Разделив йремя передачи сигнала на пять частей, получают на оси времени точки с координатами Поскольку отсчеты сигнала, соответствующие этим точкам, отсутствуют, их заменяют ближайшими отсчетами с координатами Считывая эти известные отсчеты подряд с тактовой частотой изменяют масштаб сигнала в 1,6 раза (рис. 7.14, б). При достаточно малом А искажения сигнала, вызванные подменой отсчетов, практически незаметны.

Рис. 7.14. Изменение временного масштаба. а и в исходный и преобоазованный сигналы, - систтема отсчетов