1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт телевидения" (ФГУП "НИИТ")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 сентября 2011 г. N 407-ст

4 Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений Рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Р):ITU-R BT.1120-7 (2007), BT.1364, BT.1367, ANSI/SMPTE 274M, ANSI/SMPTE 292M, ANSI/SMPTE 295M

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Май 2020 г.

Настоящий стандарт определяет цифровые интерфейсы, основные параметры и основные требования к интерфейсам для цифрового телевидения высокой четкости.

В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения международных стандартов и документов [1] - [11] и национальные стандарты по цифровому телевидению высокой и повышенной четкости.

Настоящий стандарт распространяется на систему цифрового телевидения высокой и повышенной четкости и определяет основные параметры и технические характеристики параллельных и последовательных цифровых интерфейсов телевидения высокой и повышенной четкости.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52210 Телевидение вещательное цифровое. Термины и определения.

ГОСТ Р 53533-2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования.

ГОСТ Р 53535 Цифровое телевидение высокой четкости. Аналоговое и цифровое представление сигналов. Цифровые интерфейсы. Технические требования.

ГОСТ Р 53536 Цифровое телевидение повышенной четкости. Основные параметры цифровой системы с построчным разложением. Аналоговые и цифровые представления сигналов. Параллельный цифровой интерфейс.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 52210.

3.2 В настоящем стандарте приняты следующие сокращения:

БВН - без возврата к нулю;

КАС - конец цифровой активной строки;

МЗБ - младший значащий бит;

НАС - начало цифровой активной строки;

СЗБ - старший значащий бит;

ТВЧ - телевидение высокой четкости;

ТПЧ - телевидение повышенной четкости;

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты,

ЦТВЧ - цифровая система телевидения высокой четкости;

ЦТС - цифровой телевизионный сигнал без сжатия цифрового потока;

ЦТПЧ - цифровая система телевидения повышенной четкости.

3.3 Системой телевидения высокой четкости (ТВЧ) называется телевизионная система, параметры которой выбраны исходя из расстояния наблюдения, равного трем высотам наблюдаемого изображения.

3.4 Цифровой системой телевидения высокой четкости (ЦТВЧ) называется телевизионная система высокой четкости, которая для передачи изображений использует цифровое представление телевизионного сигнала.

3.5 Системой телевидения повышенной четкости (ТПЧ) называется телевизионная система, параметры которой выбраны исходя из расстояния наблюдения, равного четырем высотам наблюдаемого изображения.

3.6 Цифровой системой телевидения повышенной четкости (ЦТПЧ) называется телевизионная система повышенной четкости, которая для передачи изображений использует цифровое представление телевизионного сигнала.

В настоящем стандарте определяются цифровые интерфейсы для систем телевидения, перечисленных в таблице 1.

Сигналы, предназначенные для перевода в цифровую форму, должны иметь характеристики, соответствующие тем, что описаны в Рекомендации МСЭ-Р BT.709 [1], Часть 2.

Цифровое представление сигналов R, G, B, Y, C_R и C_B может быть получено с использованием следующих соотношений:

где D = 1 или 4 для 8- и 10-битового представлений соответственно;

E_G^/, E_B^/, E_R^/ и E_Y^/ - аналоговые сигналы R, G, B и сигнал яркости, которые были предварительно нормализованы и приведены к диапазону от 0,0 до 1,0;

E_CR^/ и E_CB^/ - аналоговые цветоразностные сигналы, которые были предварительно нормализованы и приведены к диапазону от - 0,5 до + 0,5.

Параметры цифрового кодирования указаны в таблице 2.

Интерфейс обеспечивает однонаправленное соединение между источником и получателем. Сигналы данных в форме бинарной информации кодируются следующим образом:

- видеосигнал (8-битовые или 10-битовые слова);

- синхросигнал и коды идентификации (8-битовые или 10-битовые слова);

- служебные данные (см. Рекомендацию МСЭ-Р BT.1364 [2]).

Сигналы Y, C_B и C_R обрабатываются как 20-битовые слова путем мультиплексирования во времени компонентов C_B и C_R. Каждое 20-битовое слово соответствует цветоразностному отсчету и отсчету сигнала яркости. Мультиплексированный сигнал формируется в такой последовательности:

где Y обозначает активный отсчет в строке, а C_B и C_R обозначают цветоразностные отсчеты компонентов C_B и C_R, размещенных совместно с отсчетом Y.

Индекс Y цветоразностных отсчетов принимает только нечетные значения, поскольку цветоразностные сигналы квантуются с половинной частотой дискретизации. Слова данных, соответствующие цифровым уровням от 0,00 до 0,75 и от 255,00 до 255,75, зарезервированы для целей идентификации данных и не должны появляться в видеосигнале. Сигналы R, G, B обрабатываются как 30-битовые слова в дополнение к вышеописанным 20-битовым словам для сигналов Y, C_B, C_R.

Цифровая строка занимает m периодов дискретизации. Она начинается за f периодов дискретизации до опорного перехода (O_н) аналогового синхросигнала на соответствующей строке. Активная цифровая строка начинается через g периодов дискретизации после опорного перехода (O_н). Значения m, f и g показаны в таблице 3. Временные параметры синхронизации на интервале строки показаны на рисунке 1 и приведены в таблице 3.

Для систем с чересстрочным разложением и с передачей сегментированных кадров начало цифрового поля/сегмента определяется отсчетом времени, соответствующим началу цифровой строки. Временные параметры синхронизации на интервале поля/сегмента показаны на рисунке 2 и приведены в таблице 3.

Для систем с построчным разложением начало цифрового кадра определяется отсчетом времени, соответствующим началу цифровой строки. Временные параметры синхронизации на интервале кадра показаны на рисунке 3 и приведены в таблице 3.

Существует два эталонных кода синхросигнала, один - в начале каждого блока видеосигнала - начало активного изображения - НАС, другой - в конце каждого блока видеосигнала - окончание активного изображения - КАС. Эти коды являются смежными с видеосигналом и не прерываются на протяжении интервала гашения поля/кадра/сегмента, как показано на рисунках 2, 3. Каждый код представляет собой последовательность из четырех слов. Распределение битов в слове показано в таблице 6. Первые три слова - это коды синхронизации, а четвертое слово содержит информацию, которая определяет идентификацию поля (F), интервал гашения поля/кадра (V) и интервал гашения строки (H). В 8-битовом варианте используются биты с номерами со 2 по 9 включительно. Биты F и V изменяют свое состояние синхронно с КАС в начале цифровой строки. Значения защитных битов с P₀ по P₃ зависят от F, V и H, как показано в таблице 7. Такое распределение битов позволяет корректировать однобитовые ошибки и обнаруживать двухбитовые ошибки на приемнике, но только в 8-битовом варианте, как показано в таблице 8.

Спецификации временных параметров для систем с чересстрочным и построчным разложением представлены в таблицах 4 и 5.

Распределение битов в эталонных кодах синхронизации видеосигнала и защитные биты для КАС и НАС представлены в таблицах 6 и 7.

Служебные данные передаются в виде пакетов и вводятся в интервал гашения цифрового интерфейса в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Р BT.1120-7 [3] и МСЭ-Р BT.1364 [2].

Скорости цифрового потока служебных данных соответствуют частотам дискретизации сигналов яркости, приведенным в таблице 1.

Пакеты служебных данных могут передаваться в каждом из Y^/; C_B^/, C_R каналов. Интервал гашения по строке между окончанием КАС и началом НАС используется для передачи служебных пакетов служебных данных. Сразу после сигнала КАС передается номер строки.

Во время интервала гашения поля при чересстрочном разложении и интервала гашения кадра при построчном разложении между окончанием НАС и началом КАС пакеты служебных данных передаются при построчном разложении: с 7-й по 41-ю строку включительно, при чересстрочном разложении с 7-й по 20-ю строку включительно, а также во время строк с 632-й по 646-ю включительно.

Они могут передаваться на строках за пределами вертикальных границ изображения, указанных выше, не используемых для передачи сигналов гашения полей или кадров, которые могут быть представлены в аналоговой области прямым цифроаналоговым преобразованием.

Слова данных в интервалах гашения, которые не используются для передачи слов КАС и НАС или служебных данных, заполняются словами, соответствующими следующим уровням гашения, различаемым внутри мультиплексированных данных <*>:

16,00 для Y (или R, G, B);

128,00 для C_B/C_R.

--------------------------------

<*> Шкала квантования при 8 разрядах квантования использует уровни, обозначаемые от 0 до 255 с шагом, равным 1, а при 10 разрядах квантования - уровни, обозначаемые от 0,00 до 255,75 с шагом 0,25. В случае представления в 10-битовой системе слова с 8 разрядами квантования к нему добавляются 2 нулевых младших бита.

Технические требования к параллельным цифровым интерфейсам определяются требованиями Рекомендации МСЭ-Р BT.1120 [3].

Для параллельной передачи сигналов яркости и мультиплексированных во времени компонентных цветоразностных сигналов C_B/C_R используется двадцать пар проводников в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Р BT.1120 [3]. Тридцать пар проводников используются для раздельной передачи потока Y, C_R, C_B (или R, G, B) со служебным каналом для передачи данных.

Сигнал синхронизации с частотой дискретизации 148,5 МГц для параметров разложения системы ЦТВЧ-1 и 74,25 МГц для параметров разложения систем ЦТВЧ-2, ЦТВЧ-3, ЦТПЧ передаются по экранированной паре.

Данные передаются кодом без возврата к нулю (БВН) в реальном масштабе времени. Форма сигнала синхронизации и соотношения параметров синхронизации и данных приведены на рисунке 4 и в таблице 9.

Общая схема соединения источника сигналов, линии передачи и приемника сигналов представлена на рисунке 5.

Основные электрические характеристики источника сигналов представлены в таблице 10. Основные электрические параметры приемника сигналов представлены в таблице 11. Допуски на электрические параметры нормируются глазковой диаграммой, приведенной на рисунке 6.

Примечание - Ширина окна глазковой диаграммы, в пределах которого данные должны быть правильно детектированы, включает в себя фазовое дрожание сигнала тактовой частоты +/- 0,4T, синхронизацию данных +/- 0,075T и скос за счет распространения в проводящих парах +/- 0,18T. T_min = 0,3T; V_min = 100 мВ.

В параллельном интерфейсе используются многоконтактные разъемы. Разъемы крепятся двумя винтами на кабельном разъеме и двумя резьбовыми болтами к оборудованию. В кабельных разъемах применены штыревые контакты, а в разъемах на оборудовании - гнездовые контакты. И разъемы, и кабели обязательно экранируются. Число контактов в разъеме равно 93. Расположение контактов показано в таблицах 12 и 13 и на рисунках 7, 8. На рисунке 9 представлен корпус разъема параллельного интерфейса.

Может использоваться многоканальный кабель двух типов - с 21 или с 31 каналами, в зависимости от набора передаваемых сигналов (см. таблицу 13). Кабель состоит из витых пар с отдельным экранированием каждой пары. Он также имеет общий экран. Номинальное характеристическое сопротивление каждой витой пары составляет 110 Ом. Кабель должен иметь такие характеристики, которые соответствовали бы условиям глазковой диаграммы, показанной на рисунке 6 при длине кабеля до 20 м для систем, использующих тактовую частоту синхронизации 74,25 МГц, и до 14 м для систем, использующих тактовую частоту синхронизации 148,5 МГц.

Примечания

1 Проекция винта за пределами вилки.

2 Внешний диаметр: от минимум 17,5 до максимум 19,3 и от минимум 21,1 до максимум 23,3.

В последовательном цифровом интерфейсе цифровой поток включает в себя видеоданные, коды синхронизации, коды обнаружения ошибки, служебные данные о номере строки. Данные представлены в виде 10-разрядных слов. Видеоданные несут информацию о сигналах Y, C_B, C_R, определенных в разделе 4.

Данные о номере строки состоят из двух слов, указывающих номер строки. Распределение битов в данных о номере строки показано в таблице 14. Данные о номере строки должны располагаться непосредственно после КАС.

Коды синхронизации передаются сигналами НАС и КАС и имеют формат, определенный в 4.3.

Два параллельных потока данных передаются по одному каналу в последовательной форме после того, как выполнены мультиплексирование слов, преобразование из параллельной в последовательную форму и скремблирование.

Два параллельных потока мультиплексируются слово за словом и объединяются в один 10-битовый поток в следующем порядке: C_B, Y, C_R, Y, C_B, Y, C_R, Y (см. рисунок 10).

Примечание - YD0 - YD1919 - цифровые данные сигнала яркости Y; CBD0 - CBD959 - цифровые данные цветоразностного сигнала яркости C_B; CRD0 - CRD959 - цифровые данные цветоразностного сигнала яркости C_R; YA0 - YA(n - 1) - служебные данные или данные гашения в потоке Y; CA0 - CA(n - 1) - служебные данные или данные гашения в потоке C_B/C_R

Младший значащий бит (МЗБ) каждого 10-битового слова в параллельном потоке мультиплексированных слов в последовательном формате должен передаваться первым.

Канальное кодирование использует инверсный код без возврата к нулю (БВН).

Последовательный поток данных должен скремблироваться с применением следующего уравнения полиномиального генератора (1)

Скремблирование производится в соответствии с генераторным полиномом (X⁹ + X⁴ + 1); генераторный полином (X + 1) применяется для преобразования кода без возврата к нулю в код без возврата к нулю с инверсией.

Входной сигнал скремблера должен быть логически позитивным. Высокое напряжение соответствует единице данных, а низкое - нулю данных.

Коды обнаружения ошибок представляют собой циклические коды проверки, которые используются для обнаружения ошибок в активной цифровой строке, КАС и данных о номере строки. Коды состоят из двух слов и имеют следующее уравнение для их генерации (2):

Начальное значение кода устанавливается равным нулю. Первое слово активной цифровой строки определяет начало цикла работы, окончание цикла осуществляется на слове данных о номере строки.

Вычисляются два кода обнаружения ошибки, один - для данных сигнала яркости (YCR) и один - для данных цветоразностных сигналов (CCR). Распределение битов в кодах обнаружения ошибки показано в таблице 15. Коды обнаружения ошибки должны располагаться непосредственно после данных о номере строки.

В таблице 6 определены тактовые частоты для последовательного сигнала, которые в двадцать раз превышают тактовую частоту для параллельного сигнала (см. таблицу 9).

Спецификация синхронизации потока данных для последовательных цифровых интерфейсов, соответствующая рисунку 10, приведена в таблице 17.

Интерфейсы коаксиальных кабелей состоят из источника и приемника соединенных последовательно. Интерфейсы коаксиальных кабелей определяют характеристики источника, приемника, линии передачи и разъемов.

В таблице 18 определены характеристики источника. Источник должен иметь несимметричную выходную цепь.

В таблице 19 определены характеристики приемника. Приемник должен иметь несимметричную выходную цепь. Он должен правильно распознавать принятые данные, если он соединен с источником, работающим на предельно допустимых значениях напряжения, приведенных в таблице 18, и если он соединен через кабель, имеющий наихудшие параметры из допустимых, приведенных в таблице 19.

Характеристики линии передачи коаксиального кабеля приведены в таблице 20.

Разъем должен иметь механические характеристики, соответствующие стандартному типу BNC в соответствии со стандартом МЭК 61169 - Часть 8 [5].

Оптические интерфейсы должны использовать только одномодовые режимы работы и соответствовать Рекомендации МСЭ-Р BT.1367 [6] - Последовательная цифровая оптоволоконная система для сигналов, соответствующих Рекомендациям МСЭ-Р BT.656 [7], МСЭ-Р BT.799 [8] и МСЭ-Р BT.1120 [3].

Для применения данной Рекомендации параметры сигнала должны быть следующие:

Входное фазовое дрожание измеряется при длине соединительного кабеля 2 м.

Примечание - Параметры фазового дрожания и методики измерения фазового дрожания должны отвечать требованиям Рекомендации МСЭ-Р BT.1363 [4].

Такой интерфейс состоит из двух однонаправленных соединений между двумя устройствами. По этим соединениям передаются данные телевизионного сигнала высокой четкости и связанные с ним данные. Эти два соединения называются линией A и линией B. Термин "линия" использован для определения последовательного потока данных, форматированного в соответствии со спецификацией, описанной в таблице 17. Суммарная скорость передачи данных двухканального интерфейса составляет 2,970 Гбит/с.

Каждая строка компоненты Y состоит из 2376 отсчетов, а строка компонент C_B и C_R состоит из 1188 отсчетов. Эти отсчеты обозначаются номерами от 0 до 2375 или от 0 до 1799 для компоненты Y и номерами от 0 до 1187 или от 0 до 899 для компонент C_B и C_R, кроме того, конкретным отсчетам присваивается индекс, например, отсчет Y135 или отсчет C_B429.

Видеосигнал делится на два потока данных, передаваемых по линиям A и B. Последовательный поток данных в одной линии содержит два канала, первый (Y канал) и второй (C_B/C_R канал). Данные направляются в эти каналы. Термин "канал" использован для определения того, как используются первый и второй каналы линии. Размещение данных, полученных в виде структуры квантования изображения 4:2:2, показано на рисунках 11 и 12. Каждая строка исходного изображения попеременно размещается в линиях A и B двухканального интерфейса.

Биты F (номер поля в кадре), V (гасящий и активная часть поля), H (КАС или НАС), P₃, P₂, P₁, P₀ (контроль четности) и номера строк интерфейса в линии A и линии B должны быть такими, как показано на рисунках 12 и 13.

Примечание - В данном процессе на каждом интерфейсе требуется буферизация минимальной продолжительностью, равной длительности строки, в результате чего минимальное время задержки передачи равно длительности двух строк.

На рисунке 11 показано, как мультиплексируются сигнал яркости и цветоразностные сигналы в передаваемом пакете.

Примечание - T_c - период одной строки исходных сигналов со строчной разверткой и частотой кадров 50 Гц, определенных в Рекомендации МСЭ-Р BT.709 - Часть 2 [1]; частота кадров - 50; общее число слов в пакете - 2376; общее число слов данных активного изображения на один передаваемый пакет - 1920; номера слов: a - 1920; b - 2372; c - 0; d - 1919.

На рисунке 12 показана структура последовательных данных формата 4:2:2.

--------------------------------

<*> 1250 номеров строк построчного разложения в соответствии с ГОСТ Р 53535.

<**> 1250 номеров цифровых строк чересстрочного разложения в соответствии с ГОСТ Р 53536. Номером строки при прохождении интерфейса должен быть номер строки чересстрочного разложения, а не номер строки исходного изображения.

Линии A и B должны определяться идентификатором нагрузки в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р BT.1614 [9], которому соответствует определение в таблице 21. В спецификации линия A должна обозначаться как канал 1, а линия B как канал 2.

Служебные данные должны быть введены в область гашения линии A и линии B и должны отвечать общим правилам Рекомендации МСЭ-Р BT.1364 [2]. Введение служебных данных в линию A должно быть выполнено до их введения в линию B.

Звуковые данные должны быть введены в область служебных данных линии A и B и должны отвечать общим правилам Рекомендации МСЭ-Р BT.1365 [10]. Введение звуковых данных в линию A должно быть выполнено до их введения в линию B.

Временной код должен быть введен в область служебных данных линии A и B и должен отвечать общим правилам Рекомендации МСЭ-Р BT.1366 [11]. Введение временного кода в линию A должно быть выполнено до его введения в линию B.

Последовательный цифровой интерфейс с номинальной скоростью передачи 2,97 Гбит/с может использоваться также для передачи исходных ТВЧ сигналов, имеющих цифровой формат 4:2:2, слово YC_BC_R, разрядность 12 битов, частоту кадров/полей 25/50 Гц.

Для того чтобы в одноканальном режиме использовать тот же вариант введения данных, необходимо, чтобы преобразование из двухканальной формы в одноканальную было обратимым.

При выполнении преобразования из двухканального режима работы в одноканальный необходимо применять следующее правило: данные линии A мультиплексируются с данными линии B, как показано на рисунке 13 в соответствии с рекомендацией МСЭ-Р BT.1120-7 [3].

Распределение данных в контрольном поле SDI показано в таблице А.1 для различных стандартов сигнала. Конкретное распределение значений отсчетов показано в таблице А.2. В каждом поле строка, в которой определен переход сигнала от тестового сигнала эквалайзера к тестовому сигналу ФАПЧ, указывается как диапазон возможных строк, а не как одна конкретная строка. Хотя технически не имеет значения, какая конкретная строка выбрана из диапазона строк, точка перехода должна оставаться неизменной от кадра к кадру и от поля к полю (в случае форматов сигнала с чересстрочным разложением).