디지털 영상신호의 개요와 색차신호, 휘도신호 샘플링

기술의 발달로 아날로그 TV영상 신호에서 디지털 영상 신호로 변화하게 됩니다. 디지털 영상 신호는 아날로그 TV영상 신호 대비 비교적 간단한 원리를 갖고 있는 것이 특징입니다. 디지털 영상신호의 기본 원리와 색차신호, 휘도신호의 개념을 이해하는 시간을 가져보겠습니다. 

 

디지털 영상신호

디지털 신호의 장점은 고품질화, 고신뢰성으로 신호의 다양한 처리․가공이 가능한 것입니다. 고속․대용량 메모리의 출현과 함께 80년대부터 FS, TBC, DVE 등 디지털 처리에 의한 각종 방송 장비가 등장하였는데 아날로그 신호는 녹화․편집 과정에서 열화가 되는 취약점을 가지고 있는 반면 디지털 장비는 이런 단점이 보완되면서 방송장비는 아날로그 컴포지트 녹화 → 아날로그 컴포넌트 녹화 → 디지털 컴포지트 → 디지털 컴포넌트 녹화 단계로 발전하였습니다. 현재 방송사에서 사용하는 270 Mbps SDI 영상신호는 아날로그 신호가 composite신호인데 반해 SMPTE-259M(SDTV) 규격을 따르는 component신호입니다.(SMPTE-292M는 HDTV 규격)

 

휘도신호와 색차신호 샘플링

휘도신호와 색차신호를 Y: Cr: Cb =4: 2: 2 비율로 샘플링 합니다.

휘도신호는 13.5MHz(HD=>74.25MHz)로 색차신호 Cr, Cb는 6.75 MHz(HD=>37.125 MHz)로 10bit 샘플링합니다. 전송률은 13.5 MHz + 6.75 MHz + 6.75 MHz) ×10bit = 270 Mbps입니다.

아날로그 R/G/B → 아날로그 Y/CB/CR 변환하면

• Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B (신호범위 : 0~1)
• R-Y = 0.701R - 0.587G - 0.114B (신호범위 : ±0.701)
• B-Y = -0.299R - 0.587G + 0.886B (신호범위 : ±0.886)

 

색차신호의 범위를 휘도신호의 범위와 같게 하기 위해(normalize) KR = 0.5/0.701 =0.713 ; KB = 0.5/0.886 = 0.564를 각 색차신호에 고려합니다.

 

• CR = 0.713 (R-Y) = 0.500R - 0.419G - 0.081B (신호범위 : ±0.50)
• CB = 0.564 (B-Y) = 0.500B - 0.169R - 0.331G (신호범위 : ±0.50)

 

R G B를 Y Cr Cb로 변환하는 식은

• Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
• CR = 0.713 (R-Y) = 0.500R - 0.419G - 0.081B
• CB = 0.564 (B-Y) = 0.500B - 0.169R - 0.331G

 

라인당 휘도와 색차 샘플을 합치면 1716샘플(0~1715)이 됩니다. 디지털 유효라인은 휘도 샘플 720과 두 개의 색차신호 360 샘플을 합쳐 1440 샘플이 되며, 디지털 블랭킹 기간은 276 샘플(1440~1715)이 됩니다. 

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디지털 영상신호의 개념과 색차신호, 휘도신호의 샘플링을 통한 원할한 데이터 전송에 대해 정리해 보았습니다. 앞으로 포스팅될 디지털 방송 기술은 현재 우리가 사용하는 장비의 대부분이기 때문에 정확히 이해하시면 좋을 것 같습니다.