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ああすかなり
5 years ago
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1 第 10 回画像通信画像通信の概要構成画素走査送受信原理ファクシミリ画像の走査と同期光電変換と記録変換伝送方式符号化復号化テレビジョンテレビジョンの仕組み撮像装置走査映像信号カラーテレビジョン信号周波数インターリービングテレビジョン受像機受像機の構成ディスプレイ ( ブラウン管液晶プラズマ有機 EL) 信号系回路偏向系回路画像通信の概要 (P.192) 画像通信の構成画像入力符号化処理伝送復号化処理画像出力静止画像通信 Fax 紙出力動画像通信テレビジョンディスプレイ出力画像通信 : 写真図面文章 ( 文字 ) などの視覚情報を電気信号に変換して伝送し受信側で再現する通信形態符号化処理アナログ通信においては変調や多重化などディジタル通信においては圧縮や誤り訂正なども行います画像通信の原理画像を有限の数の点で表したものを画素 ( ピクセル ) に分解し画素を読取り組立てる動作 ( 走査 ) を行うことで画像を伝える

2 M の画素M N 画素の画像 N 個の画素個画像通信の画素画素画素は通常 8 ビットの明るさで表現カラーの場合は RGB で表現 Fax の場合白黒の情報を 0 or 1 の画素として表現カラー画像の場合各画素は赤色緑色青色の光 ( 明るさ ) の合成で表されます (RGB:Red Green Blue) ディジタルの場合は R G B それぞれ 8 ビットの明るさで構成されます画像通信の走査 1 画面は複数の走査線で構成されています画素の明るさは電圧の大きさで表されます画素の左から右上から下の順に順次電圧を取り出し送り出します ( 走査 ) = 左から右に取り出す流れを走査線と呼びます走査によって 2 次元信号 ( 画像 ) を1 次元の電気信号に変換して送り出します電気信号

194) 原画に光をあて反射光を光センサなどで読み取り受信側で左右上下に走査して復元します主走査 : 水平方向 (

3 画像通信の送受信走査と同期送信側と受信側で走査線のタイミングを合わせることを同期と呼びます問 1 問 2 へファクシミリの構成 = ラテン語の写しとるファクシミリ (P.194) 原画に光をあて反射光を光センサなどで読み取り受信側で左右上下に走査して復元します主走査 : 水平方向 ( 左右 ) 副走査 : 垂直方向 ( 上下 ) 主走査方向の 1mm 当たりの画素数を画素密度 ( 画素 /mm) といい副走査方向の 1mm 当たりの走査線数を線密度 ( 本 /mm) といいます問 3 へ

光電変換記録変換送信側において画素の明るさや色を電気信号に変換することを光電変換といいます受信側において信号から画素を復元し

矩形領域読取りリニアセンサ : 線で読取り黒色部分低い電圧白色部分高い電圧ファクシミリにおいて

197) G3 スーパー G3 はモデムを利用してアナログ回線で利用できるディジタル伝送方式普通の Fax は G3 スーパー G3

4 光電変換記録変換送信側において画素の明るさや色を電気信号に変換することを光電変換といいます受信側において信号から画素を復元し紙に出力することを記録変換といいます光電変換には CCD( 電荷結合素子 ) など半導体イメージセンサが用いられるエリアセンサ : 矩形領域読取りリニアセンサ : 線で読取り黒色部分低い電圧白色部分高い電圧ファクシミリにおいてリニアセンサが一般的に用いられる理由を調べましょう問 4 へ伝送方式 (P.197) G3 スーパー G3 はモデムを利用してアナログ回線で利用できるディジタル伝送方式普通の Fax は G3 スーパー G3 は送受信で対応している必要あり Fax の解像度普通文字 : 密度本 /mm( dpi) 小さな文字 : 密度本 /mm( dpi) 微細文字 : 密度本 /mm( dpi) 解像度 (dpi) 符号化伝送速度 G MH or MR 14.4kbps スーパー G MMR or JBIG 33.6kbps G4(ISDN) MR,MMR 64kbps

白黒黒黒白黒白白白黒白白ラン黒ラン白ラン黒ランランa) ランレングス符号化 RunLengthEncording Fax の圧縮技術 (1) 左上から順に読み取る黒ラン同じデータが並んだ状態をランと呼びますランの長さで記述すると白 1 黒 3 白 1 黒 1 白 3 黒 1 同じデータがたくさん並ぶほどデータは削減できます Faxデータに有効例えば白 ( 文字なし ) が 16

5 白黒黒黒白黒白白白黒白白ラン黒ラン白ラン黒ランランa) ランレングス符号化 RunLengthEncording Fax の圧縮技術 (1) 左上から順に読み取る黒ラン同じデータが並んだ状態をランと呼びますランの長さで記述すると白 1 黒 3 白 1 黒 1 白 3 黒 1 同じデータがたくさん並ぶほどデータは削減できます Faxデータに有効例えば白 ( 文字なし ) が 16 個続いた場所があるととなり 16bit 必要だが 16 を 2 進数で表せばビットとなり 1/3 に削減となります b) エントロピー符号化 1MH 方式 ( モディファイドハフマン符号方式 ) 良く出てくるものには短い記号を割り当てます白黒 3 10 余り出てこないものは長い記号でも影響は少ないです白黒 Fax の圧縮技術 (2) 2 MR 方式 ( モディファイドリード符号方式 ) ある行とすぐ下の行の差を符号化します差が少なければ送信量は小さくなります例 ) 教科書 P199 の例下記の行は変化しないので MR 方式では削減となる

6 ランレングス符号化データ内に同じ記号が連続して並んでいる場合その記号の連続回数を記録していく方法元データ b b b a a c c c c a a a c c c c 1 文字 8bit とすると 128bit b が 3 個 a が 2 個 c が 4 個 a が 3 個 c が 4 個圧縮データ b 3 a 2 c 4 a 3 c 4 80bit 連続的に並ぶ個数が多くないと圧縮できません例 ) abcdefgh 1a1b1c1d1e1f1g1h データは倍になってしまいますエントロピー符号化ハフマン符号データの出現頻度に応じてビット長の違う符号を割り当てる普通の符号化出現度に基づく符号化データ値符号データ値出現確率符号 A B C D A B C D つのデータに必要なビットは 2.0bit となている 1つのデータに必要なビットは = 1.3bit に削減できるハフマン符号は現在のファイル圧縮にも利用されています興味のある人は作り方を調べてみましょう問 5 へ

7 ハフマン符号化 ( 参考 ) ハフマン符号作成の手順 1 生起確率順に並べる 2 生起確率の低い 2 つを選び枝を 1 つにまとめ生起確率をたし合わせる ( 元の 2 つの生起確率は削除 )2 つの枝には 0 1 のラベル付けをする 3 生起確率 1.0 の枝ができたところで符号化終了そうでなければ 4 へ 42 へ戻り手順を繰り返す 1 確率順に並べる c) 0 2-b) の0.2と残った0.8をまとめ 1.0となるので終了 b) 1 2-a) の0.1と残ったものの中で更に生起確率の低い2つをまとめる 0.1と0.1をまとめて a) 生起確率の低いをまとめて 0.1 カラー Fax(P.200) カラーファックス : カラー画像を伝送可能な Fax で JPEG と呼ばれるカラー画像の圧縮を利用しています (JPEG については後日学びます P.261) 光電変換記録変換は白黒 Fax と同じです事前に送受信側ともカラー Fax であることが分かっていることが必要で情報が多くなるため伝送に時間がかかりますそもそも Fax の解像度は高くないためカラーの必要性があまりなく普及していないのが現状です JPEGを利用した機器ディジタルカメラスマートフォンイメージスキャナディジタル複合機プリンタ etc

8 送信の仕組みマイクロホン撮像管水平垂直偏向回路テレビジョン (P.201) 音声増幅回路色回路映像増幅回路同期回路 FM 変調音声送信機変調回路映像送信機 AM 変調混合器送信アンテナ受信の仕組み受信アンテナ音声検波回路音声出力回路スピーカ色回路チューナー回路中間周波数増幅回路復調回路映像増幅回路受像管同期回路水平垂直偏向回路問 6 へ映像音声データ地上ディジタル放送の概略映像符号化 ( 圧縮 ) 音声符号化 ( 圧縮 ) データ符号化 ( 圧縮 ) 伝送路符号化変調(OFDM) 多重化アンテナ映像音声データは圧縮後右図の様に多重化され誤り訂正符号やインターリーブなどの処理が行われます変調は OFDM を利用して周波数利用効率を上げています多重化することで多様なビットレート ( ワンセグ文字放送など ) に対応でき連続的な誤りを訂正可能な符号化ができます

9 テレビジョン放送の周波数 (P.202) アナログテレビで利用されていた 90~770MHz のうちディジタル放送では利用しない周波数帯を違うサービスに使えるようになりました VHF 周波数 90 ~ 108MHz マルチメディア放送 108 ~ 170MHz CATV 170 ~ 202.5MHz 災害対策用の無線通信 ~ 222MHz マルチメディア放送 UHF 周波数 470 ~ 710MHz 地上ディジタル放送 715 ~ 725MHz 高速道路交通システムの無線通信 730 ~ 770MHz 携帯電話アナログテレビ放送では上記周波数帯をすべてテレビ用としていましたが現地上ディジタル放送では 470~710MHz 帯しか利用しませんテレビジョン放送の周波数帯域ディジタル放送の電波利用周波数アナログ放送の1/2 5.6MHz 6MHz 12MHz テレビ映像と音声に必要な周波数帯域ディジタル放送の電波の周波数帯域アナログ放送の電波の周波数帯域アナログ放送では周波数帯域を狭くすると隣接チャンネルが混信してしまうため広くする必要がありました 470MHz 710MHz 12MHz 12MHz 12MHz アナログ放送の周波数間隔ディジタル放送の周波数間隔 1ch 分 1ch 分 6MHz 6MHz 6MHz 6MHz 1ch 分 1ch 分 1ch 分 1ch 分アナログ放送だと 20ch 分ディジタル放送だと 40ch 分 1ch 分 6MHz 6MHz 1ch 分 1ch 分問 7 へ

10 走査線走査線有効走査線 SDTV:Standard Definition TV HDTV:HighDefinitionTV インターレースとプログレッシブ発光点が左から右に高速に移動 ( 走査 ) し右端に到達したら下に下がって再び左から右に移動する走査線 = 走査の軌跡標準テレビ (SDTV) では525 本ハイビジョン (HDTV) は1125 本画面に表示されるのは480 本 ( 有効走査線数 ) と1080 本とです ( プログレッシブ ) 飛び越し走査 ( インターレース ) 順次走査 SDTVでは走査線を間引いて送り ( インターレース ) TV 受像機のコスト軽減と動画の滑らかさを両立させています

11 奇数フィールド ( 奇数番目走査線の集まり ) 偶数フィールド ( 偶数番目走査線の集まり ) フィールドとフレーム各フィールドを 1/60 秒とすることで残像による滑らかさが保てます (1 秒 30 フレームの粗さを補う上手いやり方です ) フレーム各フィールドは 1/60 秒で構成 1/30 秒で 1 フレームを構成します 1 秒間に 30 フレーム (30fps) 問 8 問 9 へ SDTV と HDTV * i: インターレース p: プログレッシブ横縦比 ( アスペクト比 ) 走査線 [ 本 ] 有効走査線 [ 本 ] 走査方法解像度 SDTV ( アナログ TV) 4 : i 720 x 480 HDTV ( ハイビジョ TV) 16 : 9/4 : 3 16 : 9 16 : i/p p i/p 720x x x 1080 ただし地デジは 1440x1080 インターレース (30fps) が主に送信されており受信側で 1920x1080 に変換して表示しています SDTV:Standard Definition TV HDTV:HighDefinitionTV 問 10 へ

1/15750 350 = 1/5512500 となりますつまり周波数としては約 5.

12 最高映像周波数映像信号最も細かい画像の周期が最高映像周波数となります最も細かい画像白黒の画素が交互となる ( 右図のような格子模様 ) アナログテレビでは走査線数は 525 本 1 秒間のフレーム数 30 なので水平走査線 1 本を表示する時間は 1/525/30=1/15750 秒となりますアスペクト比は 4:3 なので縦じまの数は 4/3 525=700 本となります白黒の繰り返しは350 回なので 1 回の繰り返し時間は 1/ = 1/ となりますつまり周波数としては約 5.5MHz が必要となるわけです縦じま模様の2つの画素で 1 周期を表すことに注意しましょう映像信号水平帰線 : 画面右端まで走査したら画面左端に戻す走査垂直帰線 : 画面の最初の場所 ( つまり左上 ) に戻す走査水平帰線垂直帰線は画面に表示させないようにするため同期信号が必要となります水平同期は走査線毎に垂直同期はフィールド毎に必要となります

13 カラー信号 ( 色信号 ) 光の 3 原色赤 (R) 緑 (G) 青 (B) の光ですべての色を作り出せる撮影装置から出力される R G B に応じた電気信号を色信号という色信号を放送したのでは白黒テレビとの両立ができなかった輝度信号 ( 映像信号の明るさ ) と色差信号 ( 輝度信号と色信号の差 ) を利用して白黒テレビとカラーテレビの両立を可能としたカラー信号人の目の感度 : ( 高 ) 緑赤青 ( 低 ) 緑の明るさの変化は気づき易い青の明るさの変化は気づき難い輝度信号 (Y) と色差信号を工夫視覚特性を利用した I 信号 Q 信号で表現 I 信号変化に敏感な色成分 Q 信号変化に鈍感な色成分 I 信号を送信する周波数帯は広く (1.5MHz) Q 信号を送信する周波数帯は狭くする (0.5MHz) 問 11 へ

直角変調搬送色信号 I 信号 Q 信号 LPF I 信号搬送色信号 I 信号搬送色信号

I 信号 Q 信号輝度信号の 3 つの信号 + 音声信号を合成して送信 1.5MHz 0.

14 直角変調搬送色信号 I 信号 Q 信号 LPF I 信号搬送色信号 I 信号搬送色信号 sin 波 cos 波 LPF Q 信号 Q 信号 3.58MHz の色副搬送波により I 信号と Q 信号の位相を 90 ずらして AM 変調します 90 位相をずらすので直角変調といいますカラーテレビジョン信号 (NTSC) I 信号 Q 信号輝度信号の 3 つの信号 + 音声信号を合成して送信 1.5MHz 0.5MHz アナログテレビ放送の周波数帯域は約 6MHz ですが隣チャンネルとの干渉をなくすために各チャンネル 12MHz の帯域としていました

輝度信号と搬送色信号 (I 信号と Q 信号の合成 ) を同時に送ると画面 ( フィールド間 ) の明暗差が目立ってしまうため

15 水平同期信号カラーテレビジョン信号水平同期信号により B から C の間水平帰線消去しますカラーバースト信号 ( カラー同期信号 ) により変調に使用した色副搬送波と同期した復調を行います ( 同期しないと正しい色が再現できません ) 周波数インターリービング輝度信号と搬送色信号 (I 信号と Q 信号の合成 ) を同時に送ると画面 ( フィールド間 ) の明暗差が目立ってしまうため色副搬送波の周波数を水平走査周波数の半分の奇数倍 3.58MHz としています周波数インターリービング偶数フィールドと奇数フィールドの位相が反転するように周波数をずらして明暗の変化を消去する

16 本日の講義はここまで

No89 地上デジタル放送受信機（その1・概説）

No89 地上デジタル放送受信機（その1・概説） Shu-chan の放送ネットワーク道しるべ東海道 ( 御油宿 ) テレビ放送 No89 < 地上デジタル放送受信機 ( その 1 概説 )> 今回から地上デジタル放送の受信機について8 回に亘り解説します各回の受信機の内容は No44~No53 のテレビ放送電波はどんな形? にて掲載した送信電波と表裏一体の関係になりますこれらと照らし合わせながらお読み下さい 1 地上デジタル放送の規格