Konvertering (Conversion chapter 3, Watkinson) Sebastian Olsson Anders Stenberg Mattias Stridsman Antonios Vakaloudis Henrik Wrangel
Introduktion Input: videovågform med kontinuerlig tid och en kontinuerlig spänning. Konverteras till ett format med diskret tid och diskret spänning. Kombination av sampling och kvantisering.
Sampling och aliasing Samplingsprocessen börjar med ett pulståg med konstant amplitud och period. Signalen som man ska sampla amplitudmodulerar pulståget ungefär på samma sätt som man gör i AM radio. Det är viktigt att undvika övermodulering av pulståget. Detta undviker man genom att förskjuta signalen som man vill sampla.
Sampling och aliasing Sampling med avseende på tid, signalen mäts i Hz. Sampling av stillbilder, spatial sampling. (Cycles-per-mm) Om 1024 pixlar längs med en linje i en SVGAskärm scannas av på 1/10 ms, blir samplingsfrekvensen 10.24 MHz Om insignalen har för stor bandbredd kommer sidobanden att gå in i varandra, och resultatet är aliasing.
Sampling och aliasing Exempel på där samplingsfrekvensen inte är tillräcklig, fel vågform produceras. Samplingsystem brukar innehålla ett par av filter.
2D - sampling analog video samplas vertikal/temporal stillbilder samplas vertikal /horisontal spatial sampling - ett vist antal sampels på en given yta varje samplingspunkt ger upphov till ett spektrum (fourier) baseband i mitten av spektrumet, sideband sträcker sig ut horisontellt o vertikalt återgång till baseband bilden sidebands filtreras med 2d spatialt filter. 2d frekvenssvar - Brillouin zone
2D - sampling alternativ samplings matris quincunx sampling bättre kompromiss mellan diagonal och horisontal/vertikal upplösning, svårare att implementera
Önskvärt att undvika spatial aliasing Tube cameras endast vertikal aliasing kontinuerlig horisontell skanning CCD alias både horisontellt och vertikalt Anti-alias filter mellan lins och CCD Lågpassfilter- tar bort höga frekvenser som skulle gett upphov till aliasing, pga. spatial sampling - förbestämd max frekvens Systemets kapacitet kan ej utnyttjat till fullo. Lågpassfiltret kan inte klippa 100% rakt
Val av samplingsfrekvens Användningsområde ger samplingsfrekvens. Samplingsfrekvens måste vara en heltals multipel av linjefrekvensen. NTSC (525/59,94)kan använda lägre bandbredd än PAL (625/50) CCIR (ITU-BR) en samling frekvenser som baserar sig på 13.5 MHz 858 samples NTSC 864 samples PAL om lägre bandbredd krävs kan samplefrekvensen delas med ¾, ½, ¼ - 10.125, 6.75 och3.375 MHz
Val av samplingsfrekvens bandb Y : bandb C udda : bandb C jämn ex) 4:2:2 för PAL & NTSC är 4:1:1 ok i nödfall funkar 3.1.1 för NTSC men ej för PAL ej kolumn samplingsstruktur vilket inte är positivt. Kolumnstrukturen är önskvärd för processytem Digital TV - 16.9 formatet 16:9 är 4/3 ggr bredare än 4:3 2 lösningar behålla standard samplingen (13.5 MHz) vilket ger en försämrad horisontel upplösning, (75% av tidigare värde) öka sampelfrekvensen till ¾ * 13.5 MHZ = 18.0 MHz
Jitter När man tar sampels med ADC och när man återgår med DAC måste intervallet mellan sampelsen vara lika stora, annars kan oönskade signaler uppstå. Högre frekvens ger större jitter känslighet. En dubbling av frekvensen ger 6 db ökad jitterkänslighet. Ökning av kvantiserings bitantalet ger ökad jitterkänslighet. Lönlöst att uppgradera till en mer högupplöst konverterare om inte systemets klockstabilitet är tillräckligt hög.
Kvantisering Insignalen till ACD är kontinuerlig, ett digitalt system kan endast hantera ett begänsat antal nivåer. Insignalen måste alltså göras om. Insignalen kvantiseras, dvs avrundas till nämast förbestämda nivå. Alla värden inom ett visst kvantiseringsintervall avrundas till dess tillhörande kvantiseringsnivå. I videosammanhang är det en spänning som kvantiseras I digital video sammanhang är kvantisering intervallen lika stora binära representationen proportionell mot den analoga spänningen. Digital mixning och förstärkning kan nu utföras genom att addera och multiplicera sampels. När en kvantiserad signal omvandlas tillbaka till analog ges den en spänning som är i mitten av intervallet -Minimerar felet mellan in och utsignal för digitalvideo är de yttersta nivåerna reserverade för synkronisering
Kvantisering Mid-tread Varje steg motsvarar mitten av ett kvantiseringsintervall --- den metod som används inom video och audio Mid-riser Finns inget värde för analog 0 volt ----- kan ej användas före signalbehandling --- inte längre proportionell mot spänningen Max fel = +- ½ Q Större signal mindre fel
Kvantiseringsfel Digital video utrustning använder non-ideal kvatiserare eftersom överföringsfunktionen inte är linjär. På detta sätt kan man skapa linjäritet. Insignal som täcker hela kvantiseringsspektrumet skapar ett kvantiseringsfel, bredbandsbrus ---- kvantiseringsbrus (Bild) SNR (signal-to-noise) ration mellan största signalens amplitud och största felets amplitud. Stämmer för en stor komplex insignal Om kvantiseringsfelet alltid behandlas som brus kommer det inte att överensstämma med verkligheten Felet måste antagas vara uniformt Vid låg modellerings nivå är kvantiseringsfelet ej längre slumpartat utan blir en funktion av insignalens vågform och kvantiseringsstrukturen. ej längre brus utan distorsion
Dither innebär att man adderar en slumpmässig signal antingen till den analoga insignalen eller till kvantiserarens referensspänningar. Introduktion till dither
Digital till analog konvertering går ut på att ta numeriska värden och med hjälp av dem reproducera den kontinuerlig vågform som de representerar. Digital till analog konvertering
Konverterarens resistorer
Översampling Nyquists teorem: Högsta representerbara frekvensen = F s /2 F s väljs därmed vanligtvis till 2x önskad maxfrekvens Frekvenser över F s /2 speglas, varför man vill lågpassfiltrera För att inte slösa på önskade området krävs skarpa filter, vilka är svårare att göra och skapar fasförskjutningar Översampling ger extra utrymme, vilket tillåter mindre branta filter
Översampling DAC för fler bitar är svårare att konstruera än för få bitar Samma information med 2-bitars sampling vid 4F som en 4-bitars sampling vid F
Översampling Översampling med liten ordstorlek resulterar i mer data, varför man konverterar till större ordstorlek innan lagring Interpolering skapar virtuella samples för att få översampling vid avspelning för anti-imaging
Gamma Ögat är mer känsligt för brus i områden med låg luminans Gamma används för att expandera mörkare regioner (perceptiv kompression) Innan visning komprimeras det igen, och därmed eventuellt brus Olika varianter på tillvägagångssätt: Analog gammaramp till en vanlig kvantisering (ADC) Linjär analog till ickelinjär kvantisering Linjär analog till linjär kvantisering med gammaramp i digitala domänen
Färgåtergivning De tre primärfärgerna begränsar vilka färger som kan återges Vilka primärfärgerna är bestäms av de fosforblandningar som bygger upp bilden
Färgåtergivning När färgsystemet infördes ville man ha kompabilitet med den monokrona tekniken bilden delas upp i färg och luminans komponenter Y = 0.299R + 0.587G + 0.11B
Färgåtergivning Färginformationen skickas som en differens i förhållande till luminansen.
Färgåtergivning Färgskillnads rymd RGB färgrymd
Färgåtergivning Luminansen bidrar mest till bildens detaljer Luminans Krominans