Razbor_2_proverochnoy_raboty_Com

1.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
Световой поток воздействует на элементы
фотокатода (мишени), выбивая из них электроны.
Фотоэлектроны выходят внутрь колбы прибора,
образуя зарядовый рельеф, в которой плотность
зарядов в каждой точке пропорционально
интенсивности падающего света.
Под действием ускоряющего электрического
поля, создаваемого положительно заряженным
ускоряющим электродом, фотоэлектроны
переносятся на диафрагму.

2.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
Необходимо, чтобы все электроны одномоментно
вылетевшие из одной точки фотокатода,
были собраны на диафрагме в точку
с теми же координатами, что и координаты точки
на фотокатоде, из которой они вылетели,
и в одно и то же время.
Электроны выходят из фотокатода с различными
величинами и направлениями скоростей.
В процессе переноса электроны как одноименно
заряженные частицы, расталкиваются.
Таким образом, задача переноса распределения электронов на диафрагму распадается
на две подзадачи:
1. Придание всем электронам одинаковой продольной скорости.
2. Сбор всех электронов, вышедших из определенной точки фотокатода, в точку
на диафрагме.

3.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
1. Первая подзадача решается ускорением
фотоэлектронов в продольном электрическом поле
ускоряющего электрода, в результате чего они
получают существенно бо́льшую (по сравнению с
собственной) и одинаковую продольную скорость.
2. Вторая подзадача решается фокусировкой
фотоэлектронов продольным магнитным полем
фокусирующей катушки. В результате
пересечения электронами магнитных силовых линий этого поля под действием
тангенциальной составляющей собственной скорости они закручиваются вокруг силовых
линий. При этом радиус окружности определяется напряженностью магнитного поля и
величиной тангенциальной составляющей скорости, а время одного оборота – только
напряженностью магнитного поля.
Поэтому все фотоэлектроны, вылетевшие из точки фотокатода в определенный момент
времени, через время одного оборота вновь соберутся в точку.

4.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
Поэтому все фотоэлектроны, вылетевшие
из точки фотокатода в определенный момент
времени, через время одного оборота вновь
соберутся в точку.
Напряженность магнитного поля устанавливается такой величины, чтобы за это время
электроны были перенесены с фотокатода на диафрагму.

5.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
По центру диафрагмы имеется вырезывающее
отверстие. Прошедшие сквозь него электроны,
попадают на вторичный электронный умножитель
(ВЭУ), где их число увеличивается
при прохождении ряда динодов, обладающих
коэффициентом вторичной электронной эмиссии,
превосходящем единицу.
На выходе ВЭУ они адсорбируются коллектором, давая ток сигнала и выходное
напряжение на нагрузочном резисторе.

6.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
Для последовательного получения сигнала
от отдельных элементов необходимо доставить
к вырезывающему отверстию диафрагмы
последовательно электроны испущенные
различными элементами фотокатода. Для этого
весь потенциальный рельеф на мишени
сдвигается по строкам и по кадрам с помощью
отклоняющих катушек. Они порождают
поперечные магнитные поля.
Электроны закручиваются вокруг магнитных силовых линий этих полей, но совершают
лишь часть оборота. Тем самым и происходит смещение всей совокупности электронов
вдоль поверхности диафрагмы так, что электроны с отдельных участков фотокатода
доставляются в центр диафрагмы последовательно, порождая сигналы пикселов.

7.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 1.
Принцип работы диссектора.
Те электроны, которые не попадают в отверстие
диафрагмы, адсорбируются ей и не участвуют
в формировании выходного сигнала.
Этим и определяется низкая фоточувствительность диссектора как трубки мгновенного
действия: генерация фотоэлектронов происходит все время, а их использование для
формирования сигнала – только во время элемента.

8.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
В ПЗС имеется две составляющих, определяющих неэффективность переноса,
т. е. потерю части зарядового пакета: структурная (ловушечная) и динамическая.
Структурная определяется тем, что для осаждения окисного слоя поверхность
полупроводника должна быть отполирована. При этом часть кристаллической структуры
на поверхности нарушается и здесь появляются положительно заряженные ионы. Они
захватывают электроны из фотогенерированных пакетов, препятствуя их переносу.
Поэтому они называются ловушками.
Из-за нарушения кристаллической структуры ловушки не могут удержать захваченные
электроны и отдают их. Но при этом электроны добавляются в пакеты, которые проходят
зону ловушки позже, т. е. соответствуют другим пространственным координатам.

9.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
Существуют два метода борьбы с ловушечной неэффективностью.
1. Введение "жирного нуля".
Непосредственно перед началом очередного акта накопления через узел ввода заряда во
все элементы ПЗС вводится один и тот же заряд, заполняющий ловушки. После этого
проводится накопление и вывод зарядовых пакетов. Заполненные ловушки не захватывают
фотогенерированные носители.
После основного вывода заряда необходим холостой вывод "отпущенных" ловушками
зарядов.
"Жирный нуль" занимает часть емкости потенциальных ям, снижая динамический
диапазон прибора.

10.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
Существуют два метода борьбы с ловушечной неэффективностью.
2. Организация переноса не на поверхности, а в объеме полупроводника.
Для этого приповерхностный слой полупроводника легируется в n-проводимость.
Тогда потенциальная яма для фотогенерированных носителей формируется
не на поверхности, а под легированным слоем, где концентрация ловушек
существенно меньше, что снижает вероятность захвата электронов.
Такие приборы называются ПЗС с объемным переносом.
В таких ПЗС расстояние между электродами МОП-конденсатора увеличивается,
следовательно, емкость и глубина потенциальной ямы снижается, сокращая динамический
диапазон устройства.

11.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
В ПЗС имеется две составляющих, определяющих неэффективность переноса, т. е. потерю
части зарядового пакета: структурная (ловушечная) и динамическая.
Динамическая неэффективность определяется необходимостью физического перемещения
электронов пакета при переносе. При открытии соседней потенциальной ямы
те электроны, которые находятся рядом с ней, перейдут в нее быстро.
Электронам, расположенным около противоположного края ямы, для перехода в новую
потребуется переместиться вдоль пакета, в котором они расположены.
Это перемещение носителей, имеющих массу, потому оно происходит с конечной
скоростью.
Если за время существования переносящего поля электроны не успеют переместиться, они
будут потеряны для зарядового пакета, образуя динамическую неэффективность переноса.
Отставшие электроны присоединяются к последующим пакетам, образуя смаз после ярких
элементов изображения.

12.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
Для снижения динамической неэффективности нужно сосредоточить большинство
электронов в потенциальной яме вблизи границы будущего переноса.
Для этого дно потенциальной ямы должно быть наклонено в направлении ожидаемого
переноса.
Это обеспечивается переменной толщиной диэлектрика
над элементом накопления.

13.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
Потеря части зарядовых пакетов из-за неэффективности переноса происходит при каждом
переносе, порождая когерентную помеху.
Поэтому снижения влияния этой помехи можно добиться, уменьшив количество переносов.
Такой подход возможен при организации нескольких зон переноса, в каждом из которых
количество переносов сокращено. Это можно сделать в однокоординатных ПЗС

14.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 2.
Опишите процессы, вызывающие неэффективность переноса в фотоэлектрических
преобразователях на ПЗС, и методы борьбы с этим явлением.
и в матричных ПЗС

15.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 3.
Каково время выполнения одной операции аналогово-цифрового преобразования АЦП
во всех известных схемах КМОП-преобразователей с цифровым выходом? Почему он
именно такое?
Известны три структуры КМОП-фотопреобразователей с цифровым выходом.
При наличии единственного АЦП
на выходе датчика он
последовательно оцифровывает
сигналы элементов изображения.
Операционное время равно
длительности элемента,
что ограничивает возможную
схему АЦП прямого
преобразования.

16.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 3.
Каково время выполнения одной операции аналогово-цифрового преобразования АЦП
во всех известных схемах КМОП-преобразователей с цифровым выходом? Почему он
именно такое?
При расположении АЦП в каждом столбце
они отвечают за преобразовании одного
пиксела в каждой строке.
Операционное время равно длительности
строки, что позволяет применить схемы
АЦП последовательного приближения.

17.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 3.
Каково время выполнения одной операции аналогово-цифрового преобразования АЦП
во всех известных схемах КМОП-преобразователей с цифровым выходом? Почему он
именно такое?
При расположении АЦП в каждом
элементе они преобразуют сигналы
этих элементов, одного за кадр.
Операционное время равно длительности
кадра, что позволяет применить схему
Σ – Δ АЦП, наиболее простую.

18.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 4.
В какой последовательности выполняются операции ликвидации избыточности в кодере
MPEG-2? Почему порядок именно такой?
Последовательность следующая:
1. определение векторов движения;
2. формирование P- и B-кадров по опорным с учетом сдвигов согласно векторам движения;
3. ликвидация пространственной избыточности.
Причины такой последовательности действий:
1. Формирование блока предсказанного кадра по сдвинутому положению блока опорного
кадра позволяет уменьшить остаточную информацию в предсказываемом блоке.

19.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 4.
В какой последовательности выполняются операции ликвидации избыточности в кодере
MPEG-2? Почему порядок именно такой?
Последовательность следующая:
1. определение векторов движения;
2. формирование P- и B-кадров по опорным с учетом сдвигов согласно векторам движения;
3. ликвидация пространственной избыточности.
Причины такой последовательности действий:
2. В основе определения векторов движения лежит корреляционная процедура
поиска наилучшего совпадения блоков опорного и кодируемого кадров.
Для определения векторов важно, чтобы при взаимном сдвиге блоков
фиксировалась существенная разница, причем различная при разных смещениях.
В предсказанном кадре сохраняется в основном высокочастотная информация,
поэтому определение вектора по нему чревато многоэкстремальным характером
изменения межблоковой разницы, что не позволяет определить вектор движения.

20.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 1.
Вопрос 4.
В какой последовательности выполняются операции ликвидации избыточности в кодере
MPEG-2? Почему порядок именно такой?
Последовательность следующая:
1. определение векторов движения;
2. формирование P- и B-кадров по опорным с учетом сдвигов согласно векторам движения;
3. ликвидация пространственной избыточности.
Причины такой последовательности действий:
3. ДКП, лежащее в основе ликвидации пространственной избыточности,
разрушает связь позиций отсчетов с пространственными координатами,
которая лежит в основе корреляционной процедуры определения разницы
между блоками кадров.
Поэтому она должна быть заключительной.

21.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 1.
Принцип накопления заряда в видиконе
При приходе считывающего луча на элемент мишени элементарный конденсатор
заряжается до напряжения сигнальной пластины.
Левая обкладка конденсатора постоянно находится под потенциалом сигнальной
пластины, правая в результате заряда лучом получает нулевой потенциал.
После ухода луча конденсатор разряжается через сопротивление этого же участка мишени,
значение которого обратно пропорционально падающему световому потоку.
По мере разряда потенциал элемента правой поверхности мишени повышается,
приближаясь к значению напряжения сигнальной пластины.
При новом приходе луча его электроны дозаряжают
элементарный конденсатор. Ток заряда замыкается через
элемент мишени и сопротивление нагрузки, формируя
на последнем выходной сигнал.
Таким образом, накопление световой энергии в видиконе
заключается в разряде элементарной емкости, а формирование
сигнала связано с его зарядом.

22.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 2.
Опишите механизмы возникновения смаза в фотоэлектрических преобразователях на ПЗС
и методы борьбы с ним
Смаз (продолжающийся след за ярким элементом) состоит в дополнении зарядового
пакета, сформированного по координатам, не совпадающим с позицией яркой точки,
при прохождении им позиции этой точки в процессе вывода.
Существует два метода уменьшения смаза на изображении:
– клиппирование (перекрытие) светового потока на время перемещения зарядовых
пакетов при выводе;
– уменьшение времени пребывания зарядовых пакетов в несвойственных позициях
при выводе.

23.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 2.
Опишите механизмы возникновения смаза в фотоэлектрических преобразователях на ПЗС
и методы борьбы с ним
Смаз (продолжающийся след за ярким элементом) состоит в дополнении зарядового
пакета, сформированного по координатам, не совпадающим с позицией яркой точки,
при прохождении им позиции этой точки в процессе вывода.
Смаз в ПЗС-датчиках с кадровым переносом.
Зарядовые пакеты в процессе переноса по вертикали некоторое время
пребывают во всех позициях по столбцу. Продолжающаяся генерация
носителей добавляет их к основным зарядовым пакетам, которые
сформируют сигнал, ассоциированный с их основным положением.
Если такая добавка будет существенной, в выходном сигнале
сформируется светлый след во всех пикселах, расположенных выше
яркого элемента.

24.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 2.
Опишите механизмы возникновения смаза в фотоэлектрических преобразователях на ПЗС
и методы борьбы с ним
Смаз (продолжающийся след за ярким элементом) состоит в дополнении зарядового
пакета, сформированного по координатам, не совпадающим с позицией яркой точки,
при прохождении им позиции этой точки в процессе вывода.
Смаз в ПЗС-датчиках с кадровым переносом.
Для ликвидации указанного добавления зарядов можно клиппировать
(закрыть) световой поток на время вывода (переноса) зарядовых
пакетов.
Второй способ – сократить время пребывания зарядовых пакетов
в несвойственных им позициях. Для этого в датчик введена секция
памяти. Перенос пакетов в секцию памяти производится с максимально
возможной скоростью, сокращая указанное время.

25.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 2.
Опишите механизмы возникновения смаза в фотоэлектрических преобразователях на ПЗС
и методы борьбы с ним
Смаз (продолжающийся след за ярким элементом) состоит в дополнении зарядового
пакета, сформированного по координатам, не совпадающим с позицией яркой точки,
при прохождении им позиции этой точки в процессе вывода.
Смаз в ПЗС-датчиках со строчно-кадровым переносом.
Здесь зарядовые пакеты переносятся в секцию переноса (закрытые от света
вертикальные регистры, расположенные рядом с элементами накопления)
одномоментно по всей матрице. Их вывод происходит по регистрам, защищенным
от света, что снижает смаз.
Однако пребывание пакетов в несвойственных им позициях
по вертикали остается. Смаз возникает из-за туннелирования зарядов
из сильно освещенных фотодиодов через закрытый затвор выборки
между ним и регистром переноса и за счет генерации фотоэлектронов
в глубине полупроводника длинноволновыми квантами света,
которые вытягиваются в зарядовый пакет полем формирования
потенциальной ямы.

26.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 2.
Опишите механизмы возникновения смаза в фотоэлектрических преобразователях на ПЗС
и методы борьбы с ним
Смаз (продолжающийся след за ярким элементом) состоит в дополнении зарядового
пакета, сформированного по координатам, не совпадающим с позицией яркой точки, при
прохождении им позиции этой точки в процессе вывода.
Смаз в ПЗС-датчиках со строчно-кадровым переносом.
Эти механизмы формирования смаза порождают существенно
меньшее количество дополнительных электронов, поэтому сигнал
смаза в ПЗС со строчно-кадровым переносом существенно меньше,
чем в ПЗС с кадровым переносом.
Для дальнейшего его сокращения вводится секция памяти, перенос
зарядовых пакетов производится с максимально возможной скоростью.
Тогда время пребывания зарядовых пакетов в несвойственных
позициях по вертикали сокращается и вероятность добавления
электронов снижается.

27.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 3.
Определите количество переносов (запишите формулу) зарядовых пакетов для левого
верхнего и правого нижнего пикселов во всех известных Вам структурах ПЗС-матриц
при прогрессивном разложении и кадре, содержащем m строк по n элементов в строке.
Матричный ПЗС с кадровым переносом.
n
Правый нижний пиксел:
1 – один перенос из вертикального регистра в регистр
переноса заряда (РПЗ);
1 – один перенос из РПЗ в выходное устройство;
Итого 2 переноса
Левый верхний пиксел:
m – переносы по вертикальному столбцу до РПЗ;
n – переносы по РПЗ до выходного устройства.
Итого m + n переносов
m

28.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 3.
Определите количество переносов (запишите формулу) зарядовых пакетов для левого
верхнего и правого нижнего пикселов во всех известных Вам структурах ПЗС-матриц
при прогрессивном разложении и кадре, содержащем m строк по n элементов в строке.
Матричный ПЗС с кадровым переносом и секцией памяти.
n
Правый нижний пиксел:
1 – один перенос из вертикального регистра в секцию памяти (СП);
m – переносы по СП до РПЗ;
1 – один перенос из РПЗ в выходное устройство.
Итого m + 2 переноса
Левый верхний пиксел:
m – переносы по вертикальному столбцу до СП;
m – переносы по СП до РПЗ;
n – переносы по РПЗ до выходного устройства.
Итого 2m + n переносов
m
m

29.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 3.
Определите количество переносов (запишите формулу) зарядовых пакетов для левого
верхнего и правого нижнего пикселов во всех известных Вам структурах ПЗС-матриц
при прогрессивном разложении и кадре, содержащем m строк по n элементов в строке.
Матричный ПЗС с строчным переносом.
Правый нижний пиксел:
1 – один перенос из фотодиода в вертикальный регистр (ВР);
n
1 – один перенос из ВР в РПЗ;
1 – один перенос из РПЗ в выходное устройство;
Итого 3 переноса
Левый верхний пиксел:
1 – один перенос из фотодиода в вертикальный регистр (ВР);
m
m – переносы по ВР до РПЗ;
n – переносы по РПЗ до выходного устройства.
Итого m + n + 1 переносов

30.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 3.
Определите количество переносов (запишите формулу) зарядовых пакетов для левого
верхнего и правого нижнего пикселов во всех известных Вам структурах ПЗС-матриц
при прогрессивном разложении и кадре, содержащем m строк по n элементов в строке.
n
Матричный ПЗС с строчно-кадровым переносом.
Правый нижний пиксел:
1 – один перенос из фотодиода в ВР;
1 – один перенос из ВР в СП;
m
m – переносы по СП до РПЗ;
1 – один перенос из РПЗ в выходное устройство;
Итого 3 + m переноса
Левый верхний пиксел:
1 – один перенос из фотодиода в ВР;
m – переносы по ВР до СП;
m
m – переносы по СП до РПЗ;
n – переносы по РПЗ до выходного устройства.
Итого 2m + n + 1 переносов

31.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 4.
Ликвидация временно́й избыточности в кодере MPEG-2.
Временна́я избыточность обусловлена малым различием изображений последовательных
кадров.
Для ликвидации временно́й избыточности предусмотрено два механизма:
– определение векторов движения;
– формирование предсказанных кадров типа P и B.

32.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 4.
Ликвидация временно́й избыточности в кодере MPEG-2.
Для ликвидации временно́й избыточности предусмотрено два механизма:
Определение векторов движения.
Для определения векторов движения ищется положение блока кодируемого кадра с
размерами 8×8 пикселов в макроблоке опорного кадра с размерами 16×16 пикселов.
Положение определяется по минимуму суммы абсолютных попиксельных разностей
блока кодируемого кадра и совпадающих с ними пикселов макроблока опорного кадра.
Нахождение глобального минимума гарантирует только полный перебор всех возможных
позиций блока в макроблоке. Однако это требует больших объемов вычислений.
Поэтому обычно ограничиваются итерационной процедурой оценки позиций
с постепенно уменьшающимся шагом.
Вначале оцениваются возможные позиции с шагом 4 пиксела.
Затем блок перемещается в позицию, дающую локальный минимум попиксельной
разности и из этой позиции производится смещение с шагом 2 пиксела. На третьей
итерации из выбранной позиции производится сдвиг с шагом 1 пиксел.
Для большинства реальных изображений эта процедура дает результат, близкий
к абсолютному минимуму попиксельной разности.

33.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 4.
Ликвидация временно́й избыточности в кодере MPEG-2.
Для ликвидации временно́й избыточности предусмотрено два механизма:
Формирование предсказанных кадров типа P и B.
При кодировании формируются группа кадров.
Группа открывается кадром типа I, при кодировании которых применяется
только ликвидация пространственной избыточности.
В кадрах типа P кодируется отличия блоков кадра от блоков опорного кадра. В качестве
опорного кадра используется ближайший ранее закодированный кадр типа I или P.
При кодировании учитываются сдвиг сравниваемых блоков опорного кадра
с учетом ранее определенных векторов движения.
В кадрах типа B кодируется отличие от ближайших опорных блоков: одного из
предшествующего кадра и одного из последующего. Опорными кадрами являются кадры
типа I или P.
При кодировании для каждого пиксела формируется предсказание первого порядка на
основе значений в пикселах опорных блоков и временного сдвига кодируемого кадра
относительно опорных кадров. Позиции опорных пикселов устанавливаются с учетом
ранее определенных векторов движения.

34.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 2.
Вопрос 4.
Ликвидация временно́й избыточности в кодере MPEG-2.
Для ликвидации временно́й избыточности предусмотрено два механизма:
Формирование предсказанных кадров типа P и B.
Ошибки кодирования/декодирования опорных кадров распространяются на кодируемой
кадр. Этот эффект, называемый распространением ошибки, приводит к снижению уровня
компрессии по мере удаления от I-кадра. Поэтому делать группу кадров бесконечно
длинной нельзя.
Типовой группой кадров является структура вида IBBPBBPBBPBP. После кодирования
группы вводится новый опорный блок типа I.
Группа кадров может быть завешена принудительно при смене сюжета.

35.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
При формировании сигналов цветности по системе NTSC возникают их специфические
искажения, зависящие от уровня сигнала яркости, в сумме с которым передаются эти
сигналы:
– дифференциально-амплитудные;
– дифференциально-фазовые.

36.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
Дифференциально-амплитудные искажения.
Переходная характеристика усилительных каскадов нелинейна: коэффициент передачи
на малых сигналах (искажения типа отсечки) и на больших сигналах (искажения типа
насыщения) меньше, чем в средней части динамического диапазона.
U вых
U вх
Поэтому сигнал цветности одного размаха может получить
разный размах после прохождения усилительного каскада
в зависимости от того, в какой части переходной
характеристики (задаваемой значением сигнала яркости) он
будет усилен.
Паразитная модуляция сигнала цветности приводит
к зависимости его размаха от уровня сигнала яркости.
Размах сигнала цветности передает насыщенность. Таким
образом, дифференциально-амплитудные искажения
вызывают зависимость насыщенности от уровня яркости.

37.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
Дифференциально-фазовые искажения.
Возникают из-за зависимости фазового сдвига сигнала при прохождении усилительного
каскада от уровня выходного сигнала.

38.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Отдельно взятый усилительный каскад обладает фазовым сдвигом, зависящем
от среднего значения усиливаемого сигнала.
Усилительный каскад можно представить как делитель из двух сопротивлений:
сопротивления нагрузки и сопротивления усилительного элемента.
Изменение параметра (тока, напряжения), обеспечивающего передачу
информации, обеспечивается:
в нагрузке
усилительном
– полевым
элементе
взаимодействием
– перемещением
зарядов.
носителей, имеющих массу.
Поэтому происходит со скоростью,
скоростью света,
существенно
не вносяменьшей
задержки
скорости
(фазового
света,
сдвига).
внося задержку (фазовый сдвиг).
В результате величина фазового сдвига выходного сигнала относительно входного
определяется: фазовым сдвигом в усилительном элементе
и соотношением активного сопротивления нагрузки и комплексного сопротивления
активного элемента.

39.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
Дифференциально-фазовые искажения.
Возникают из-за зависимости фазового сдвига сигнала при прохождении усилительного
каскада от уровня выходного сигнала.
В результате в зависимости от уровня яркости сигнал цветности получает паразитный
фазовый сдвиг.
Поскольку фаза сигнала цветности передает цветовой тон (окраску объектов) получается,
что он меняется в зависимости от яркости.

40.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
В сигнале цветности не содержится несущей, на основании которой было бы возможно
восстановить размах и фазу сигнала цветности (применяется балансная модуляция).
Образец несущей (сигнал цветовой синхронизации) передается на нулевом уровне яркости,
поэтому дифференциальные искажения не могут быть ликвидированы на основе
параметров этого принятого сигнала.
Таким образом, в системе NTSC нет защиты от дифференциально-амплитудных
и дифференциально-фазовых искажений.
К искажениям насыщенности зрительный анализатор не очень чувствителен.
Стандартом NTSC допускаются искажения до ±12 %.
К искажениям цветового тона (окраски) зрительный анализатор чувствителен
в большей степени. Допускаются искажения не более ±5º.

41.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
В системе PAL имеется защита от дифференциально-фазовых искажений.
Она заключается в смене фазы одной из составляющих сигнала цветности – красного
цветоразностного сигнала – через строку, и суммировании на приемной стороне
сигналов цветности двух последовательных строк.
Передача с фазовыми
искажениями
Eцв

42.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
В системе PAL имеется защита от дифференциально-фазовых искажений.
При передаче происходят фазовые сдвиги векторов сигнала цветности,
практически одинаковые в двух последовательных строках.
Передача с фазовыми
искажениями
Eцв

43.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
В системе PAL имеется защита от дифференциально-фазовых искажений.
На приемной стороне в первую очередь восстанавливается фаза красного цветоразностного
сигнала. При этом паразитный фазовый сдвиг в последовательных строках имеет
противоположный знак.
Передача с фазовыми
искажениями
Eцв

44.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 1.
Артефакты системы NTSC борьба с ними в системе PAL.
В системе PAL имеется защита от дифференциально-фазовых искажений.
После суммирования сигналов этих двух строк получаем вектор без фазовых искажений.
Однако его длина меньше, чем была бы, если бы не было фазовых искажений.
Таким образом, дифференциально-фазовые искажения перешли
в дифференциально-амплитудные.
Поскольку чувствительность зрительного анализатора к искажениям
насыщенности не столь велика, как к искажениям цвета, такой
подход позволяет снизить требования к телевизионной системе.
Eцв

45.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 2.
Активный пиксел в КМОП-датчиках. С чем связана необходимость его введения?
Принцип работы активного пиксела.
Недостаток простейшего коммутатора
Закрытый фотодиод представляет собой емкость.
Шина столбца также имеет нагрузку в виде емкостей закрытых ключей остальных
элементов столбца.
При подключении шины напряжение делится обратно пропорционально емкостям
фотодиода и нагрузки шины.
В результате уровень напряжения на шине столбца будет
незначительным и сильно будут сказываться шумы коммутатора
столбцов

46.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 2.
Активный пиксел в КМОП-датчиках С чем связана необходимость его введения?
Принцип работы активного пиксела.
Решение: добавить в каждый пиксел повторитель, обеспечивающий быструю
перезарядку емкости столбца до напряжения, генерируемого фотодиодом.
Накопленный фотодиодом заряд надо удалять после
считывания, для возможности накопления следующего
пиксела. Для этого в пиксел вводится транзистор сброса.

47.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 3.
Опишите сигналы цветовой синхронизации в системах NTSC и PAL.
В чем состоит различие в них и почему оно необходимо?
В системах NTSC и PAL сигналы цветовой синхронизации (СЦС) – цветовые вспышки
на задней площадке строчного гасящего импульса.
У них есть общая функция – передача образца цветовой поднесущей с заранее
известной фазой.
Сигнал цветовой синхронизации представляет собой импульс частоты цветовой
поднесущей, передаваемый на задней площадке строчного гасящего импульса,
содержащий 8…10 периодов.
В системе NTSC этот сигнал имеет фазу 180°.
Выбор фазы поднесущей сигнала цветовой синхронизации
является компромиссом из двух условий:
равного смещения по фазе от обоих сигналов цветности
и простоты его формирования и восстановления.

48.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 3.
Опишите сигналы цветовой синхронизации в системах NTSC и PAL.
В чем состоит различие в них и почему оно необходимо?
Кроме этой функции, у СЦС системы PAL есть вторая – указание, с какой фазой – 90°
или 270° – передается сигнал Ev в строке, следующей за этим СЦС.
Поэтому фаза СЦС в системе PAL переменная:
перед строкой, в которой сигнал Ev передается с фазой 90°, фаза СЦС равна 180‒45=135°;
перед строкой, в которой сигнал Ev передается с фазой 270°, фаза СЦС равна 180+45=225°.
135
225

49.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 4.
Ликвидация пространственной избыточности в кодере MPEG-2.
Пространственная избыточность состоит в близких значениях яркости и цветности
соседних пикселов, принадлежащих к крупным объектам.
Непосредственное использование передачи разницы значений невозможно, поскольку
априори неизвестны пикселы, попадающие на границы объектов или на мелкие объекты,
где эта разница значительна.
Ликвидация пространственной избыточности происходит с использованием дискретных
пространственно-частотных преобразований: ДКП в MPEG2, Адамара в MPEG4.
Пространственно-частотное преобразование происходит в блоках с размерами 8×8
(MPEG2). В MPEG4 преобразование может производиться на блоках с размерами от 4×4
до 64×64 в зависимости от детальности информации.
В результате преобразования порождается блок отсчетов того же размера, в котором
энергия низкочастотных составляющих сосредоточена в левом верхнем углу матрицы,
а высокочастотных – в правом нижнем углу.

50.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 4.
Ликвидация пространственной избыточности в кодере MPEG-2.
Учитывая, что
– зрительный анализатор анализирует изображения мелких объектов в последнюю очередь;
– на границах зрительный анализатор анализирует их геометрию, а информация
о точных значениях яркости и цветности в пикселах, находящихся на границах, не важна
можно передавать частотные отсчеты матрицы с разной точностью: наибольшей
для постоянной составляющей и низкочастотных компонентов и уменьшающейся
по мере повышения пространственной частоты.
Такая передача обеспечивается масштабируемым квантованием: поэлементным делением
матрицы пространственно-частотного преобразования на кодировочную таблицу.
В результате высокочастотные и большинство среднечастотных коэффициентов,
и так имеющие небольшие значения, делятся на бо́льшие значения коэффициентов
и обращаются в ноль.
Значащие коэффициенты сохраняются только в левом верхнем углу
пространственно-частотной матрицы.

51.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 3.
Вопрос 4.
Ликвидация пространственной избыточности в кодере MPEG-2.
Масштабируемое квантование приводит к необратимым потерям высокочастотной
информации.
В результате мелкие объекты не будут воспроизведены, однако эта потеря
не является существенной потерей информации.
В результате границы будут растянуты. Границы восстанавливаются в приемнике
на основании априори принятой гипотезы.
На заключительном этапе порядок передачи значащих коэффициентов определяется
сканированием матрицы частотных коэффициентов начиная с левого верхнего угла
по зигзагообразной траектории.
После передачи всех значащих коэффициентов она прекращается и в информационный
поток добавляется символ конца блока EOB.

52.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 1.
Инерционность мишени видикона. Как она проявляется? Борьба с инерционностью.
Инерционность состоит в том, что за время считывания элемента луч не успевает
полностью дозарядить наиболее сильно освещенные элементы мишени. Остаточный заряд
досчитывается при следующем приходе луча на элемент (в следующем кадре), создавая
фоновое изображение, заметное на участках изменения яркости от кадра к кадру
(движущихся границах).
Причина инерционности
Постоянная времени элемента мишени э RэCэ .
Емкость определяется толщиной мишени (как расстояние между обкладками конденсатора).
Материал мишени однороден, т. е. его сопротивление поперек мишени
и вдоль ее поверхности одинаково. Поэтому темновое сопротивление мишени
должно быть достаточно большим, чтобы не происходило перетекание зарядов
между различно заряженными участками.
Из-за этого также не удается увеличить толщину мишени для уменьшения емкости.
В результате постоянная времени имеет большое значение, и за время элемента
электронный луч не успевает полностью перезарядить элемент, что и порождает фоновое
изображение.

53.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 1.
Борьба с инерционностью.
Для ликвидации инерционности мишень должна обладать противоположными свойствами:
– сопротивление вдоль поверхности должно быть велико;
– сопротивление поперек материала мишени должно быть достаточно велико
на неосвещенных участках и существенно зависеть от величины освещенности;
– в интервале перезаряда емкости лучом сопротивление поперек мишени (вдоль
направления тока) должно существенно уменьшаться для обеспечения быстрого перезаряда;
– емкость мишени должна быть уменьшена, однако без увеличения сопротивления
току перезаряда.

54.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 1.
Борьба с инерционностью.
Все эти условия выполняются при создании мишени с использованием диодной структуры
на основе свинца.
Поэтому видикон с такой мишенью называется плюмбиконом. Название "плюмбикон
(Plumbikon)" запатентовано фирмой Philips. Отечественный аналог такой трубки называется
"Глетикон".
Мишень образуют слои 4–6. Они образуют p–i–n-диод. Слой 4 легируется в n проводимость,
слой 6 – в p проводимость. Слой 5 является слоем собственной проводимости i.
Использование этого слоя позволяет увеличить толщину мишени, уменьшив емкость.
В интервале накопления диод находится в запертом состоянии,
сопротивление участка определяется сопротивлением i–слоя.
В интервале считывания диод
открывается, сопротивление
участка падает, что обеспечивает
быстрый перезаряд.

55.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 1.
Борьба с инерционностью.
Из-за толстого слоя i при прохождении тока возможно растекание электронов между
соседними участками. Чтобы снизить растекание, слой выполнен по специальной
технологии. Он состоит из кристаллов игольчатой формы, ориентированных
по направлению протекания токов разряда конденсатора и перезаряда при коммутации.
Сопротивление участка вдоль этих участков существенно меньше, чем поперек,
что снижает постоянную времени перезаряда элементарной емкости при сохранении
высокого сопротивления в направлении межэлементного растекания.

56.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 2.
Чем определяется максимальная емкость (в количестве элементарных носителей заряда)
потенциальной ямы элементарного МОП-конденсатора?
Размер электрона мал. Поэтому, очевидно, объем электронов, накопленных в потенциальной
яме, явно меньше ее физического объема и определять количество электронов не может.
С другой стороны, у электрона имеется заряд. Попадание электрона в потенциальную яму
компенсирует часть напряжения, поданного на затвор для формирования этой ямы.
Таким образом, теоретически пределом количества накопленных электронов является их
суммарный заряд, равный напряжению формирования потенциальной ямы.
На практике до этого состояния не доходят.

57.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 3.
Опишите причину возникновения и вид специфических для SECAM искажений
на границах цветовых переходов.

58.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 3.
После прохода через каскад низкочастотных предыскажений на перепадах
цветоразностных сигналов возникают выбросы, величина которых зависит
от крутизны перепада и от размаха сигнала (т. е. от насыщенности и от цветов,
между которыми происходит переход).
Aн f

59.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 3.
Длянекоторых
После
На
устранения
обработки
перепадах
выбросов
корректором
эти
в канал
выбросы
низкочастотных
цветности
имеют вводится
столь
предыскажений
большой
амплитудный
размах,
в местах
что
с уровнями
ограничения,
соответствующими
границам
ограничений
вызывают выход
ограничитель
выбросов
частоты
возникают
сигнала существенные
цветности
за пределы
увеличения
отведенного
длительностей
диапазона.
частотного
диапазона
сигнала
цветности.
фронтов
Это повышает
цветовых
заметность
перепадов.
цветовой
помехи в яркостном сигнале.
Aн f
АО
1 Aн f

60.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 4.
Управление объемом цифрового потока в кодере MPEG-2.
Для чего она производится, как выполняется?
Цифровой поток на выход кодера MPEG неравномерен. Он определяется детальностью
и динамикой изображения.
Поэтому на выходе кодера устанавливается буфер, нормализующий цифровой поток.
При выходном потоке кодера, превышающий пропускную способность канала связи,
буфер накапливает часть информации.
При выходном потоке кодера менее пропускной способности канала буфер разгружается,
передавая получаемый и ранее запомненный цифровой поток.

61.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 4.
Управление объемом цифрового потока в кодере MPEG-2.
Для чего она производится, как выполняется?
Буфер обладает конечным объемом памяти. Одинаково опасна как перегрузка буфера
(часть информации теряется), так и его полная разгрузка (отсутствие информации
приводит к потере побайтовой синхронизации в канале).
Поэтому устройство управления прогнозирует состояние буфера.
При тенденции его переполнения устройство подключает в схему ликвидации
пространственной избыточности кодировочную таблицу с большими коэффициентами
в высокочастотной области. Тем самым уменьшается количество ненулевых значений
в блоке и снижается информационный поток.
Ценой такого снижения является уменьшение детальности выходного изображения.
Однако это происходит на изображениях, характеризующихся высокой динамичностью
и/или детальностью, на которых зрительный анализатор не критичен к этим параметрам.

62.

Основы телевидения и видеотехники
Разбор вопросов второй проверочной работы
Вариант 4.
Вопрос 4.
Управление объемом цифрового потока в кодере MPEG-2.
Для чего она производится, как выполняется?
При тенденции полного освобождения буфера устройство управления подключает
в схему ликвидации пространственной избыточности кодировочную таблицу
с меньшими коэффициентами в высокочастотной области. Тем самым количество
ненулевых значений в блоке увеличивается и информационный поток возрастает.
Тогда детальность изображения возрастает до максимально возможной. Это соответствует
повышенным требованиям зрительного анализатора к детальности малодинамичного
изображения.