Решение.
Определим разрядность квантования mИЗ для яркостного и цветоразностных сигналов и mЗВ – для сигнала звукового сопровождения. Рассчитаем отношение сигнал/шум (ОСШ) на выходе сквозного тракта для сигналов яркости и звуковой частоты (возможными потерями в цифровом тракте пренебречь).
, (7)
.
,
следовательно, mИЗ=8.
ОСШВХ.ИЗ=6,02*m+10,8=6,02*8+10,8=58,96 дБ
,
(8)
дБ.
ОСШВЫХ.ИЗ< ОСШВХ на 1,67 дБ
Для сигнала звукового сопровождения mЗВ=16.
ОСШВХ.ЗВ=6,02*m-4=6,02*16-4=92,32 дБ
,
(9)
дБ.
ОСШВЫХ.ЗВ< ОСШВХ.ЗВ на 0,01 дБ.
Выберем частоту дискретизации fД.ЗВ для сигнала звукового сопровождения.
Fд≥2 FВ≥30 кГц, следовательно, выбираем Fд=32 кГц.
Рассчитаем скорость передачи данных для сигнала яркости BY, цветоразностных сигналов ВЦРС, суммарную скорость передачи видеоданных ВИЗ, суммарную скорость передачи звуковых данных ВЗВ, общую суммарную скорость передачи данных (без учета компрессии) ВS.
BY= NГ*NВ* FК*m, (10)
BY =1920*1080*25*8=414,72 Мб/с.
Так как формат 4:1:1, то количество ЦРС равно двум, число отсчетов в строке одного цветоразностного сигнала будет меньше в четыре раза по отношению к числу отсчетов яркостного сигнала [6]:
ВЦРС=1* BY/4, (11)
ВЦРС =414,72 /4=103,68 Мб/с.
ВИЗ= BY+2 ВЦРС, (12)
ВИЗ =414,72 +2*103,68 =622,08 Мб/с.
ВЗВ= Fд* NКАН* mЗВ, (13)
ВЗВ =32000*4*16=1,024 Мб/с.
ВS= ВИЗ+ ВЗВ, (14)
ВS= 622,08 +1,024 =623,104 Мб/с.
Рассчитаем объем запоминающего устройства, необходимый для записи (хранения) одного кадра некомпрессированных видеоданных VЗУ.ИЗ.
VЗУ.ИЗ = (NГ+2NГ/4)∙NВ∙mИЗ = 1,5*NГ*NВ* mИЗ , (15)
VЗУ.ИЗ =1920*1080*1,5*8=24,88 Мбит.
Определим необходимые коэффициенты компрессии сигналов изображения kИЗ. И звукового сопровождения kЗВ., при которых возможна передача потока данных через цифровой канал связи с заданными в таблице 8 параметрами, вычислить соответствующие битовую ВКОД (на выходе помехоустойчивого кодера U5) и символьную ВСИМВ. (на выходе модулятора UR1) скорости.
ВСИМВ.= ΔFРК=8 Мсимв/с
ВКОД= ВСИМВ.* log2M (16)
M − число уровней квантования.
Вид модуляции
64-QAM,
следовательно
,
1 символ – 6 бит.
ВКОД= ВСИМВ.*6, (17)
ВКОД=8*6=48 Мбит/с.
Так как применяется помехоустойчивое кодирование, то кодовая скорость помехоустойчивого кодера R=3/4, значит, на его входе максимальная скорость передачи информации будет равна [7, с. 96]:
В∑ком=. ВКОД*R, (18)
В∑ком=. 48*3/4=36 Мбит/с.
Удельный вес видеоданных гораздо больше веса аудиопотока. Поэтому воспользуемся эмпирической формулой для определения коэффициента сжатия kИЗ:
kИЗ = ВИЗ / В∑ком , (19)
kИЗ = 622,08 /36 =17,28.
Учитывая наличие аудиоданных, округлим до целого числа коэффициент сжатия видеоданных в большую сторону.
Примем kИЗ=18, kЗВ=1.
В∑ком=ВИЗ/kИЗ+ВЗВ/kЗВ, (20)
В∑ком= 622,08 /18 +1,024/1=35,58 Мбит/с.
Определим максимальную длительность фрагмента программы t, которая может быть записана в ЗУ заданной емкости VЗУ с учетом выбранных коэффициентов компрессии kИЗ и kЗВ.
t=VЗУ*8/ В∑ком, (21)
t= 40000*106*8/(35,58*106)=8994 с=150 мин.