Flere sub -Nyquist sampling kodning - Multiple sub-Nyquist sampling encoding

MUSE ( Multiple sub-Nyquist sampling kodning ) var en analog højopløsnings-tv-system , ved hjælp af dot-interlacing og digital video kompression til at levere 1125-linie (1920x1035) high definition video- signaler til hjemmet. Japan havde det tidligste fungerende HDTV- system, MUSE, som fik navnet Hi-Vision (en sammentrækning af HI gh-definition tele VISION ) med designindsats tilbage til 1979. Landet begyndte at udsende analoge HDTV-signaler i bredbånd i 1989 ved hjælp af 1035 aktive linjer sammenflettet i standardforholdet 2: 1 ( 1035i ) med 1125 linjer i alt. På tidspunktet for dets kommercielle lancering i 1991 var digital HDTV allerede under udvikling i USA. Hi-Vision fortsatte med at sende analogt indtil 2007.

Systemet blev standardiseret som ITU-R anbefaling BO.786.

MUSE -video blev ofte produceret ved hjælp af Sony HDVS -udstyr. MUSE-video blev sammenflettet, 60 felter i sekundet (1125i60) video.

Historie

MUSE, et kompressionssystem til Hi-Vision-signaler, blev udviklet af NHK Science & Technology Research Laboratories i 1980'erne, anvendte 2-dimensionel filtrering, dot-interlacing, bevægelsesvektorkompensation og linjesekventiel farvekodning med tidskomprimering til at 'foldes 'et originalt 20 MHz kilde Hi-Vision-signal til en båndbredde på 8,1 MHz.

  • Japanske radioteknikere afviste straks konventionel vestigial sidebandsudsendelse .
  • Det blev tidligt besluttet, at MUSE ville være et satellitudsendelsesformat, da Japan økonomisk understøtter satellitudsendelser.
Modulation forskning
  • Japanske broadcast ingeniører havde studeret de forskellige HDTV broadcast typer i et stykke tid. Det blev oprindeligt antaget, at SHF , EHF eller optisk fiber skulle bruges til at transmittere HDTV på grund af signalets høje båndbredde, og HLO-PAL ville blive brugt til terrestrisk udsendelse. HLO-PAL er et konventionelt konstrueret sammensat signal (Y+C, ligesom NTSC og PAL) og anvender en fase, der skifter med linje med halvlinjes offset-bærerkodning af bredbånds-/smalbåndskroma-komponenter. Kun den aller laveste del af bredbånds chroma-komponenten overlappede højfrekvente chroma. Smalbånds chroma blev fuldstændig adskilt fra luminans. PAF eller fase skiftevis efter felt (som det første NTSC -farvesystemforsøg) blev også eksperimenteret med, og det gav meget bedre afkodningsresultater, men NHK opgav alle sammensatte kodningssystemer. På grund af brugen af ​​satellittransmission bør frekvensmodulation (FM) bruges med problem med begrænsning af strøm. FM udsender trekantet støj, så hvis et subbærert sammensat signal bruges med FM, har demoduleret chromasignal mere støj end luminans. På grund af dette kiggede de på andre muligheder og besluttede at bruge Y/C -komponentemission til satellit. På et tidspunkt så det ud til, at FCFE (rammekonverteringsfinhed forbedret), I/P -konverteringskomprimeringssystem, ville blive valgt, men MUSE blev i sidste ende valgt.
  • Separat transmission af Y- og C -komponenter blev undersøgt. MUSE -formatet, der transmitteres i dag, bruger adskilt komponentsignalering. Forbedringen i billedkvaliteten var så stor, at de originale testsystemer blev genkaldt.
  • Der blev foretaget endnu en strømbesparende tweak: mangel på visuel reaktion på lavfrekvent støj tillader en betydelig reduktion i transpondereffekten, hvis de højere videofrekvenser understreges forud for modulering ved senderen og de-understreges ved modtageren.

Hi-Vision blev hovedsageligt sendt af NHK gennem deres BShi-satellit-tv-kanal.

Tekniske specifikationer

  • Billedformat: 16: 9
  • Scanlines (komprimeret/aktiv/total): 1.032/1.035/1.125
  • Pixels pr. Linje (fuldt interpoleret): 1122 (stillbillede)/748 (i bevægelse)
  • Interlaced ratio: 2: 1
  • Opdateringshastighed: 60,00 (for at forbedre kompatibiliteten med 50 felter/sek. Systemer).
  • Samplingsfrekvens for udsendelse: 16,2 MHz
  • Vektorbevægelseskompensation: vandrette ± 16 prøver (32,4 MHz ur) / ramme, en lodret linje ± 3 / felt
  • Lyd: 48 kHz 16bit （2ch） ／ 32 kHz 12bit （4ch understøtter F3-R1 surround）
  • Påkrævet båndbredde: 27Mhz.

DPCM-lydkomprimeringsformat: DPCM kvasi-øjeblikkelig kompandering

MUSE er et 1125 -liniesystem (1035 synligt), og er ikke puls- og synkronkompatibelt med det digitale 1080 -liniesystem, der bruges af moderne HDTV. Oprindeligt var det et 1125 line, interlaced, 60 Hz system med et 5/3 (1,66: 1) billedformat og en optimal synsafstand på cirka 3,3H.

Til terrestrisk MUSE -transmission blev der udtænkt et båndbreddebegrænset FM -system. Et satellittransmissionssystem anvender ukomprimeret FM.

Forkomprimeringsbåndbredden for Y er 20 MHz, og forkomprimeringsbåndbredden for krominans er en 7.425 MHz bærer.

Japanerne undersøgte oprindeligt ideen om frekvensmodulation af et konventionelt konstrueret sammensat signal. Dette ville skabe et signal, der ligner strukturen til Y/C NTSC -signalet - med Y ved de lavere frekvenser og C ovenfor. Ca. 3 kW effekt ville være påkrævet for at få 40 dB signal / støj -forhold for et sammensat FM -signal i 22 GHz -båndet. Dette var uforeneligt med satellitudsendelsesteknikker og båndbredde.

At overvinde denne begrænsning, blev det besluttet at anvende en separat transmission af Y og C . Dette reducerer det effektive frekvensområde og sænker den nødvendige effekt. Ca. 570 W (360 for Y og 210 for C) ville være nødvendig for at få et 40 dB signal/støjforhold for et separat Y/C FM -signal i 22 GHz satellitbåndet. Dette var muligt.

Der er endnu en strømbesparelse, der fremgår af det menneskelige øjes karakter. Manglen på visuel reaktion på lavfrekvent støj muliggør en signifikant reduktion i transpondereffekten, hvis de højere videofrekvenser understreges forud for modulering ved senderen og derefter af-understreges ved modtageren. Denne metode blev vedtaget, med delefrekvenser for fremhævning/nedtoning ved 5,2 MHz for Y og 1,6 MHz for C. Med dette på plads falder effektbehovet til 260 W effekt (190 for Y og 69 for C).

Prøvetagningssystemer og forhold

Hovedartikel: Chroma undersampling

Delsamplingen i et videosystem udtrykkes normalt som et tredelt forhold. De tre termer i forholdet er: antallet af prøver af lysstyrke ("luminans" "luma" eller Y ) efterfulgt af antallet af prøver af de to farvekomponenter ("chroma"): U/Cb derefter V/Cr , for hvert komplet prøveområde. Til kvalitetssammenligning er kun forholdet mellem disse værdier vigtigt, så 4: 4: 4 kan let kaldes 1: 1: 1; traditionelt er værdien for lysstyrke dog altid 4, mens resten af ​​værdierne skaleres i overensstemmelse hermed.

Chroma subsampling ratio.png

Nogle gange skrives fire delrelationer, som 4: 2: 2: 4. I disse tilfælde det fjerde tal betyder samplingfrekvensen mellem en nøgle kanal. I stort set alle tilfælde vil dette tal være 4, da høj kvalitet er meget ønskeligt i tastaturapplikationer.

Prøveudtagningsprincipperne ovenfor gælder for både digitalt og analogt fjernsyn.

MUSE implementerer et variabelt samplingssystem på ~ 4: 2: 1 ... ~ 4: 0,5: 0,25 afhængigt af mængden af ​​bevægelse på skærmen. Den rødgrønne komponent (V eller Cr) har således mellem halvdelen og en ottendedel samplingsopløsningen for lysstyrkekomponenten (Y), og den blå-gule (U eller Cb) har halvdelen af ​​opløsningen for rød- grøn, et forhold, der er for komplekst til let at skildre ved hjælp af diagrammet ovenfor.

Lydundersystem

MUSE havde en diskret 2- eller 4-kanals digital audio system kaldet "DANCE", som stod for D igital A udio N ear-øjeblikkelig C ompression og E Xpansion.

Den brugte differential lydtransmission (differentialpuls-kodemodulation), der ikke var psykoakustisk-baseret som MPEG-1 Layer II . Den brugte en fast overførselshastighed på 1350 kbp/s. Ligesom PAL NICAM- stereoanlægget brugte det næsten øjeblikkelig companding (i modsætning til Syllabic-companding som dbx- systemet bruger) og ikke-lineær 13-bit digital kodning med en 32 kHz samplingshastighed.

Det kunne også fungere i en 48 kHz 16-bit-tilstand. DANCE-systemet var veldokumenteret i talrige NHK-tekniske papirer og i en NHK-udgivet bog udgivet i USA kaldet Hi-Vision Technology .

DANCE audio codec blev erstattet af Dolby AC-3 (aka Dolby Digital), DTS Coherent Acoustics (alias DTS Zeta 6x20 eller ARTEC), MPEG-1 Layer III (aka MP3), MPEG-2 Layer I, MPEG-4 AAC og mange andre lydkodere. Metoderne for denne codec er beskrevet i IEEE -papiret:

Virkelige præstationsproblemer

MUSE havde en fire-felts dot-interlacing-cyklus, hvilket betyder, at det tog fire felter at fuldføre en enkelt MUSE-ramme. Således blev stationære billeder transmitteret i fuld opløsning. Da MUSE imidlertid sænker den vandrette og lodrette opløsning af materiale, der varierer meget fra ramme til ramme, blev bevægelige billeder sløret. Fordi MUSE brugte bevægelseskompensation, beholdt hele kamerapander fuld opløsning, men individuelle bevægelige elementer kunne reduceres til kun en fjerdedel af fuldbilledopløsningen. Fordi blandingen mellem bevægelse og ikke-bevægelse blev kodet på pixel-for-pixel-basis, var den ikke så synlig, som de fleste ville tro. Senere kom NHK med bagudkompatible metoder til MUSE -kodning/dekodning, der i høj grad øgede opløsningen i bevægelige områder af billedet samt forøgede chromaopløsningen under bevægelse. Dette såkaldte MUSE-III-system blev brugt til udsendelser fra 1995, og meget få af de sidste Hi-Vision MUSE LaserDiscs brugte det (" A River Runs Through It " er en Hi-Vision LD, der brugte det). Under tidlige demonstrationer af MUSE -systemet var der almindelig klager over dekoderens store størrelse, hvilket førte til oprettelsen af ​​en miniaturiseret dekoder.

MUSEs "1125 linjer" er en analog måling, der inkluderer "scanningslinjer" uden video, hvorunder en CRTs elektronstråle vender tilbage til toppen af ​​skærmen for at begynde at scanne det næste felt. Kun 1035 linjer har billedinformation. Digitale signaler tæller kun de linjer (rækker af pixels), der har faktiske detaljer, så NTSCs 525 linjer bliver 486i (afrundet til 480 for at være MPEG -kompatible), PALs 625 linjer bliver til 576i, og MUSE ville være 1035i. For at konvertere båndbredden for Hi-Vision MUSE til 'konventionelle' linjer med vandret opløsning (som det bruges i NTSC-verdenen), multipliceres 29,9 linjer pr. MHz båndbredde. (NTSC og PAL/SECAM er 79,9 linjer pr. MHz)-denne beregning af 29,9 linjer fungerer for alle nuværende HD-systemer, herunder Blu-ray og HD-DVD. Så for MUSE, under et stillbillede, ville opløsningslinjerne være: 598 linjer med luminansopløsning pr. Billedhøjde. Chroma-opløsningen er: 209 linjer. Den vandrette luminansmåling svarer omtrent til den lodrette opløsning på et 1080 sammenflettet billede, når der tages højde for Kell -faktor og interlace -faktor.

Skygger og flervej plager stadig denne analoge frekvensmodulerede transmissionstilstand.

Japan har siden skiftet til et digitalt HDTV-system baseret på ISDB , men den originale MUSE-baserede BS Satellitkanal 9 (NHK BS Hi-vision) blev sendt indtil den 30. september 2007.

Kulturelle og geopolitiske virkninger

Interne årsager inde i Japan, der førte til oprettelsen af ​​Hi-Vision
  • (1940'erne): NTSC -standarden (som et monokromt system med 525 linjer) blev pålagt af de amerikanske besættelsesstyrker.
  • (1950'erne-1960'erne): I modsætning til Canada (der kunne have skiftet til PAL), sad Japan fast med den amerikanske tv-transmissionsstandard uanset omstændigheder.
  • (1960'erne-1970'erne): I slutningen af ​​1960'erne havde mange dele af den moderne japanske elektronikindustri fået deres start ved at løse de transmissions- og opbevaringsproblemer, der er forbundet med NTSC's design.
  • (1970'erne-1980'erne): I 1980'erne var der ingeniørtalent til rådighed i Japan, der kunne designe et bedre fjernsynssystem.

MUSE, da den amerikanske offentlighed fik at vide, blev det oprindeligt dækket af magasinet Popular Science i midten af ​​1980'erne. De amerikanske tv -netværk gav ikke megen dækning af MUSE før i slutningen af ​​1980'erne, da der var meget få offentlige demonstrationer af systemet uden for Japan.

Fordi Japan havde sine egne indenlandske frekvensallokeringstabeller (der var mere åbne for implementering af MUSE), blev det muligt for dette fjernsynssystem at blive transmitteret af Ku Band -satellitteknologi i slutningen af ​​1980'erne.

Den amerikanske FCC begyndte i slutningen af ​​1980'erne at udstede direktiver, der tillod MUSE at blive testet i USA, forudsat at den kunne passe ind i en 6 MHz System-M- kanal.

Europæerne (i form af European Broadcasting Union (EBU)) var imponeret over MUSE, men kunne aldrig vedtage det, fordi det er et 60 Hz tv -system, ikke et 50 Hz -system, der er standard i Europa og resten af ​​verden (uden for Amerika og Japan).

EBU-udviklingen og implementeringen af B-MAC , D-MAC og meget senere på HD-MAC blev muliggjort af Hi-Visions tekniske succes. På mange måder er MAC -transmissionssystemer bedre end MUSE på grund af den totale adskillelse af farve fra lysstyrke i tidsdomænet i MAC -signalstrukturen.

Ligesom Hi-Vision kunne HD-MAC ikke transmitteres i 8 MHz kanaler uden væsentlig ændring-og et alvorligt tab af kvalitet og billedhastighed. En 6 MHz version Hi-Vision blev eksperimenteret med i USA, men den havde også alvorlige kvalitetsproblemer, så FCC aldrig fuldt ud sanktionerede dens anvendelse som en indenlandsk landbaseret fjernsynsstandard.

Den amerikanske ATSC- arbejdsgruppe, der havde ført til oprettelsen af ​​NTSC i 1950'erne, blev genaktiveret i begyndelsen af ​​1990'erne på grund af Hi-Visions succes. Mange aspekter af DVB -standarden er baseret på arbejde udført af ATSC -arbejdsgruppen, men størstedelen af ​​virkningen er støtte til 60 Hz (samt 24 Hz til filmoverførsel) og ensartede samplingshastigheder og interoperable skærmstørrelser.

Enhedsunderstøttelse til Hi-Vision

Hi-Vision LaserDiscs

Den 20. maj 1994 udgav Panasonic den første MUSE LaserDisc -afspiller. Der var en række MUSE LaserDisc- spillere tilgængelige i Japan: Pioneer HLD-XØ, HLD-X9, HLD-1000, HLD-V500, HLD-V700; Sony HIL-1000, HIL-C1 og HIL-C2EX; hvoraf de to sidste har OEM-versioner fremstillet af Panasonic, LX-HD10 og LX-HD20. Spillere understøttede også standard NTSC LaserDiscs. Hi-Vision LaserDiscs er ekstremt sjældne og dyre.

HDL-5800 Video Disc Recorder optog både stillbilleder i høj opløsning og kontinuerlig video på en optisk disk og var en del af det tidlige analoge bredbånds Sony HDVS HD-videosystem , der understøttede MUSE-systemet. Kan optage HD-stillbilleder og video på enten den optiske disk WHD-3AL0 eller WHD-33A0; WHD-3Al0 til CLV-tilstand (op til 10 minutters video eller 18.000 stillbilleder pr. Side); WHD-33A0 til CAV-tilstand (op til 3 minutters video eller 5400 stillbilleder pr. Side).

HDL-2000 var en fuldbånds high definition video diskafspiller.

Videokassetter

W-VHS tillod hjemmeoptagelse af Hi-Vision-programmer.

Se også

De analoge tv -systemer, disse systemer var beregnet til at erstatte:

Relaterede standarder:

Referencer

eksterne links