SAYISAL TELEVİZYON

sayısal televizyon yazan : d. a . how e iî çeviren: öner ö l c e r e l

UDK: 621.397.13 : 621 .376.56

ÖZET

Bu yazıda, yakın bir gelecekte uygulama girilmeden kısa bir önbilgi verilmiştir.

olasılığı

olan

sayısal

televizyon

üzerinde,

ayrıntılarına

SUMMARY

The article discusses briefly the elements of digital television which has great potential for applications in the near fütura.

1. GELENEKSEL TELEVİZYON ÜZERİNE KISA BİLGİ

Günümüze değin kullanılagelen televizyon ömcksel televizyondur, örneksel televizyonda, bir sahne tarandığında, sahnenin her noktasından televizyon kamerası tübüne gelen ışığın büyüklüğüne göre bu tübün katodundan gelen akım değişir. Bu değişken akım, yayın imini oluşturmak üzere işlemlenen (process) imin elde edilmesinde kullanılır. Veri ci antenden gönderilen im atmosferde yayıldıktan sonra alıcı anten yoluyla alınır. Alıcının resim tübünün denetim ızgarasına uygulanan bir yükselen artı im gerilimi, televizyon ekranının belirli bir noktasındaki parlaklığın (luminance) artması na neden olur. Böylece, bir televizyon kamerasın da görüntü elektronik ime; alıcıda ise elektronik im görüntüye çevrilir. Renkli televizyon iletimin de; kırmızı, yeşil ve mavi nokta parlaklıkları kamerada elektrik akımına ve alıcıda yeniden çok küçük renkli ışık noktalarına çevrilir. Göz, bu noktalardaki üç rengi toplamsal olarak karıştıra rak gerçek renkli görüntüyü oluşturur.

Otuz yıl öncesinin küçük, çokça karlı, siyah be yaz görüntüsünden bugünün büyük, renkli görüntü süne gelinceye değin, televizyonun ilkelerinde fazlaca bir değişiklik görülmemiştir. ÖrnekGel televizyonla hesap cetveli arasında bir benzetme yapılabilir. Her ikisi de ayrışım (resolution)

Öner Ölçerel, Eskişehir İTİA, TV Enstitüsü.

ve okuma yanılgısı sorunlarıyla karşı karşıya dır ve şimdi sayısal aygıtlar kendilerine rakip olarak çıkmıştır.

2. GELENEKSEL TELEVİZYONUN EKSİKLİKLERİ

İncelenmesi gereken ilk konu, geleneksel televiz yon kamerasmca oluşturulan gerilimin dalgabiçi mindeki bozulmadır. Televizyon alıcısmdaki gö rüntünün niteliği, bu dalgabiçitninin saflığı, ke sinliği ve kararlılığı ile kısıtlıdır. Bundan ay rı olarak, im, bir linkten ötekine birçok kez ak tarıldığında bazı bozukluklar birbirine eklenerek çoğalır.

Örneğin, imin doğrusal olmaması, her bir aktarma da, karşıtlığın (contrast) ara erimlerinin gide rek yitirilmesi sonucunu doğurur. Evre bozulması da, genişbantlı iletişim dizgelerinde özellikle yüksek hızlı veri dizgeleri ile görüntü iletim dizgelerinde görülen bu tür bir sorundur. Bunun televizyondaki etkisi, karşıtlığın ansızın değiş tiği ayrıtlarda, ışığın kırınmasmdan ötürü koyu çizgilerin ortaya çıkmasına benzer olayın görül mesidir. Bu durum, imdeki değişik sıklık bileşen leri, süzgeç, yükselteç vb. çeşitli empedans öğe lerinden geçerken, bu bileşenlerde oluşan denge siz gecikme (evre ötelenmesi) nedeniyle ortaya çıkar. Bunun optik alanda görülen karşılığı, bir prizmadan geçen beyaz ışığın değişik renklere da ğılması (dir.perse), örneğin kırmızının maviden daha çok kırılmasıdir.

Binen dalga dalga

Sıkt ı k. bindirimi

Şekil 1. Sürekli dalganın bindirilmesi (ömeksel iletim). Bir sürekli dalganın (taşıyıcının) özel liklerinden biri başka bir sürekli dal gaya (binen dalga) bağlı olarak değiş mektedir. Genlik bindiriminde, bindiril miş imin genliği; sıklık bindiriminde ise bindirilmiş imin sıklığı, binen dal ganın genliğine bağlı olarak değişir.

Evre bozulmasından ve bindirme ürünlerinden dola yı ortaya çıkan sorunlar günümüzde de süregelmek tedir. Bununla birlikte, televizyon imlerinin sa yısal açıdan ele alınması, örneksel televizyon dizgeleriyle çözümü olanaksız yada çok güç olan sorunların giderilmesi yolunda olanaklar sağla maktadır. Bu olanaklar arasında, Doppler bozulma sının ortaya çıktığı uydu iletişim dizgelerinden yada görüntü kayıt aygıtlarından gelen imlerin yeniden zaman1anmasını ve iletim ortamında oluşan bozulmaların ve gürültünün etkisini en aza indir mek amacıyla iletim hattında belirli aralıklarla imlerin yeniden üretilmesini sayabiliriz.

landırılır. Bunlardan çoğunun ayrışım düzeyi t 0,39 yada daha iyidir. Bu ayrışım düzeyi ile, tepeden tepeye gerilii.i 1 V olan bir imin her ör neği 3,3 mV'un en yakın katına yuvarlanır.

Bu yöntemde, ömeksel televizyonda olduğu gibi dalgabiçininin tümü alınmayıp yalnızca belirli bölümleri alınır. Ayrıca, dalgabiçiminin belirli bii" değeri yerine bu değere en yakın adım değeri verildiğinde kaçınılmaz olarak adımlama ve yuvar lama yanılgıları ortaya çıkar. Bununla birlikte, örnekler yeterli doğrulukta ve sıklıkta alındı ğında ve daha sonra yuvarlama yanılgılarını en aza indirmek amacıyla küçük adımlarla adımlandı ğında, adımlanan örnekler, özgün dalgabiçiminden ayırdedilmeyecek bir dalga biçimini yeniden elde edecek biçimde kullanılabilir (Nyquist örnekleme teoremine göre, ardaşık örnekler arasındaki ara lık, imdeki en yüksek sıklığın döneminin yarısı na eşit yada daha az olmalıdır).

4. BİNDİRME ve KODLAMA

İletişim tekniklerinin hepsinde, bilgi bir çeşit "taşıyıcı" üzerine bindirilerek gönderilir ki bu da "bindirme" (modulation) olarak adlandırılır. Bunların arasında genlik bindirimi ve sıklık bin dirimi örneksel bindirmeye örnek olarak gösteri lebilir (Şekil 1 ) . Öte yandan süreksiz iletim de olanaklıdır. Buna örnek olarak da, vuruş genlik bindirimi, vuruş süre bindirimi ve vuruş konum bindirimi gösterilebilir (Şekil 2 ) .

Bazı koşullarda, herhangi bir biçimde vuruş bin dirimli bir imle gösterilen bilgiyi kodlamak ya rarlıdır. Örneğin, vuruş genlik bindirimli bir im kodlandığında, vuruş kod bindirimli im elde edilir. Alec H.Reeves vuruş kod bindirimini 1939'da buigulamış ve bu yöntemin görültüye kar şı yüksek ölçüde dayanıklı olduğunu gözlemiştir. Bu nedenle, vuruş kod bindirimi, sayısal televiz yon gibi iletişim biçimleri için uygun bir yön temdir. Bu yöntemde kodlama, her bir vuruşun gen liğine orantılı bir sayı tanımlayarak yapılır

3. SAYISAL TELEVİZYON ÖRNEKLEME ve ADIMLAMA

Sayısal televizyon dizgelerinde, bir görüntü öğe sinin parlaklığını belirtmek amacıyla kamera ta rafından üretilen dalgabiçimi saniyede milyonlar ca kez örneklenir (sampling). Daha sonra her ör nek adımlanır (quantizing). Burada, iki adımın tam ortasındaki bir örneğin her iki adıma da adimianabilmes inden ve ayrışın; sınırının ötesin de bulunan sayıların atılmasından dolayı ortaya çıkacak yanılgılar göz önünde bulundurulmalıdır (İkinci yanılgı türü için, altı evcikli (six di~ git) bir hesaplayıcıda 3 V3 sayısının 3,33333 olarak adımlanması ve daha sonraki tüm 3'lerin atılması örnek olarak gösterilebilir).

Elektronikte, bu tür adımlayıcılar örnekselden sayısala çeviriciler (Ö/S çeviriciler) olarak ad

(o)

(b) JlMJUUUlMJm juınnMJUUUUL (e)

Şekil 2. Vuruş bindirimi teknikleri. a) Binen im/ b) taşıyıcı dalga/ c) vuruş genlik bindirimi) d) vuruş süre bindirimi; e) vuruş konum bindirimi 323

Özgün im 127

111 95

i

63

•D <» 4 7 r*

1S

0 12 3 4 5 6

Örnek 1 = 63

Saniyede 8000 örnek Örnek 2 = 84

• Örnek 3 = 76

0 111111 Örnek 4=110

1 01 01 00 Örnek 5 = 95

1 0 01 1 00 Örnek 6 = 119

1101 1 1 0

11111

1 1 1 0111

Şekil 3.

Vuruş kod bindirimi bir ses iminin iletiminde kullanıldığında, özgün dalganın genliği saniyede 8000 kez örneklenir ve örneklenmiş değerler, l'lerden ve O'lardan (artı ve eksi vuruşlar) oluşan ikili kod kümele rine çevrilir. Yedi ikili evcikli kod kümeleri, özgün dalganın anıl genliğinin büyük bir doğrulukla öl çülmesini (hata oranı 128'de bir olarak) olanaklı kılar. Genellikle, imleme (signalling) ve diğer işlev ler için, her yedilik kümeye bir evcik daha eklenir. Böylece, bit hızı saniyede 64 000 olur (8000x8). Alıcıda, vuruş dizileri kod çözücü yoluyla çözülerek özgün im elde edilir.

(Şekil 2c). Vuruş genliğini tanımlayan bu sayı, daha sonra kesikli (discrete) vuruşlar biçiminde gösterilir ve bu yolla i l e t i l i r . Şekil 3'de bir ses iminin gürültüye karşı dayanıklı iletimi ya lın bir biçimde gösterilmiştir.

5. VURUŞ KOD BİNDİRİMİ ve İLİŞKİ TEKNİKLERİ

Bilgisayar i l i ş k i (correlation) teknikleriyle kullanıldığında, vuruş kod bindiriminin etkenli ği daha açıklık kazanır. Şekil 3'de gösterilen vuruş kod bindirim türü kullanıldığında, imin ya artı vuruş yada eksi vuruş olduğu önceden b i l i nir. Bu durumda imin artıyla yada eksiyle i l i ş k i lendiğini (correlate) saptamak için alma nokta sında bilgisayar i l i ş k i teknikleri kullanılabi lir. İlişki seziminde (correlation detection), imin, i ç s e l olarak üretilen bir dayanakla (refe rence) nokta nokta karşılaştırması yapılır. Böy le bir sezicinin ç ı k ı ş ı , giriş iminin dayanağa ne ölçüde yakın olduğunu gösterir. İmden çok da ha yüksek olabilecek olan ve rasgele bir ö z e l l i ği bulunan gürültü, ilişkilenmemiş (uncorrelated) olacak ve i l i ş k i teknikleri kullanıldığında, göz önüne alınmayacaktır.

Vuruş kod bindirimi ve bilgisayar i l i ş k i sezimi, Venüs gezegeninin radar haritalarının oluşturul ması gibi uzay uygulamalarında çok etken biçimde kullanılmıştır. Gönderilen imin gücü kilovat dü zeyinde olmasına karşın, geri dönen imin gücü 10~15 watt düzeyindedir ve gürültülüdür. Bununla b i r l i k t e , bir vuruş kod bindirimli imin bilgisa yar i l i ş k i tekniğiyle sezimi yalnızca imin var l ı ğ ı n ı saptamakla kalmaz, aynı zamanda bu imden yararlı b i l g i l e r elde eder.

6. SAYISAL TELEVİZYONDAKİ KISITLAMALAR

Sayısal televizyondaki en büyük sorun tek bir sözcükle özetlenebilir: bant g e n i ş l i ğ i . Yeterli bir ayrışım elde etmek için en az sekiz b i t l i k i k i l i sayılara olan gereksinim ve Nyquist örnek leme teoremi, şimdiki durumda b i l e televizyonun en büyük sorunu olan bant genişliği sorununu da ha da büyütmektedir. Renkli televizyon iminin bant genişliği yaklaşık 4,5 MHe olduğundan, sani yede 11 milyon kez örnekleme yapmak gerekir. Her örneği göstermek için sekiz b i t l i k i k i l i sayı kullanıldığında, açıkça görülebileceği gibi sani yede 88 milyon b i t i işlemi emek gerekecektir.

Bu büyüklükteki bir bilginin yayın yoluyla gönde rilmesinin bugün için düşünülmemesinin ve yalnız ca örneksel kamera i l e örneksel verici arasında kullanılmasının birincil nedeni yukarıda sözü edilen bant genişliği sorunudur. Bu sorunun üs tesinden gelmek için yoğun çalışmalar sürdürül mektedir.

Yine de, teknolojinin bir evrim içinde olması ve sürekli olarak daha etkin kodlama tekniklerinin geliştirilmesi, sayısal televizyonun geleceği hakkında ümit vermektedir. Lazerlerin ve ışık kı lavuzlarının kullanılması, binlerce televizyon programının tek bir l i f (fiber) üzerinden aynı anda iletimini olanaklı kılmaktadır. Ayrıca tüm leşik devre teknolojisi hızla gelişmekte ve tüm leşik devre birimlerinin maliyetleri düşmektedir.

Sayısal televizyonun geliştirilmesi yalnızca a l ı cı ekranında daha net bir görüntü elde edilmesini sağlamakla kalmayacak, bunun yanısıra, sayısal imleri işlemleme aygıtlarını kullanarak özel e t kilerin ve diğer birçok i ş l e v l e r i n çok daha kolay ve giderek özdevimsel olarak yapılması gerçekle şecektir.