Основные принципы передачи изображений в телевидении
Как мы уже сказали, телевидение – это передача и прием движущихся и неподвижных изображений некоторых физических объектов или явлений электрическими средствами связи. К сожалению, передача на расстояние самих объектов – телепортация, на сегодня еще технически неосуществима, поэтому приходится ограничиваться передачей изображений этих объектов. Иными словами, когда Вы хотите посмотреть дома какой-то концерт, то вы получите лишь изображение этого концерта на телевизионном экране, а не реальную сцену, оркестр и живых артистов.
Таким образом, первым этапом телевизионной передачи является формирование неподвижного или подвижного изображения объекта путем проецирования этого объекта на плоскость с помощью оптического устройства, называемого объективом.
Двумерным изображением объекта называется проекция на некоторую плоскость, называемую плоскостью изображения пространственного распределения световой отражающей способности этого объекта.
То есть, изображение представляет собой некоторую двумерную непрерывную функцию I (x,y) распределения яркости (или цветов) в плоскости проекции, и каждая точка этого изображения имеет определенную яркость. Если же это подвижное изображение, то яркость каждой точки изображения изменяется еще и во времени, и функция координат I (x,y) станет также зависящей от времени - I (x,y,t).
I(x,y)
Рис. 1.8 Тестовое изображение Лена
Следующими шагами является формирование электрического сигнала, соответствующего этому изображению, и его передача. Но электрический сигнал s(t) представляет собой функцию одной переменной – времени, тогда, как изображение I (x,y) – функция двух пространственных переменных x и y, то есть прежде нужно решить задачу преобразования двумерной функции I (x,y) в функцию одной переменной s(t).
Эта задача – преобразования функции I (x,y) пространственного распределения яркости в плоскости x, y в сигнал s(t), являющийся функцией одной переменной – времени, решается так называемой телевизионной разверткой.
Телевизионная развертка представляет собой процедуру последовательного сканирования изображения с преобразованием яркости каждой точки в электрический сигнал, пропорциональный яркости этой точки и передачу этого сигнала.
Чаще всего (но не всегда) в системах ТВ используется линейная развертка, при которой поочередно передаются элементы изображения, расположенные на одной прямой линии - Рис. 1.9. Линия, по которой перемещается развертывающий элемент (например – электронный луч) по оси X называется строкой. Совокупность видимых на экране строк называется растром. Полный цикл прохода развертки по всем элементам изображения называется кадром.
Рис.1.9. Линейно-строчная развертка
Для передачи всех точек изображения I (x,y) таких строк должно быть по идее бесконечное множество, а каждая строка должна быть бесконечно узкой. Только в этом случае мы сможем “развернуть” изображение абсолютно точно. Но это практически невозможно.
А нужно ли это на самом деле?
Действительно, глаз человека имеет ограниченную разрешающую способность, поэтому он просто не может различать детали (ширину строки), имеющие размер меньше некоторого порогового уровня. Поэтому ширину строки можно сделать малой, чтобы была незаметной “строчность”, но конечной, и тогда таких строк на изображении будет уже конечное множество – например 480, 625, 800 или 1024.
С учетом этого в телевидении принято говорить о двух видах развертки: горизонтальной – строчной, и вертикальной – кадровой, при этом за направление движения развертывающего элемента принято движение слева направо для строчной развертки (СР) и сверху вниз для кадровой (КР).
При работе развертки различают ее прямой и обратный ход. Во время прямого хода происходит снятие или отображение видеоинформации (активная часть), при этом луч движется слева направо для СР и сверху вниз, а при обратном ходе (пассивная часть) возвращается назад, как показано на рис.1.9.
Точно такой же должна быть процедура отображения изображения на приемной стороне. Принимаемый телевизионный сигнал, как функция времени, должен быть преобразован в изображение – функцию пространственных координат. Эта задача также решается с помощью развертки, как и на передающей стороне, только входной функцией здесь является s(t), а выходной – I (x,y).
Для синхронизации развертки на передающей и приемной частях ТВ системы передаются специальные синхронизирующие импульсы, определяющие привязку к началу координат разверток по строкам и кадрам, передающего и приемного устройств. Точность синхронизации и постоянство скоростей развертки по строке и кадру определяют точность воспроизведения геометрического соответствия деталей изображения на приеме и передаче (рис. 1.10).
Рис.1.10. Синхронизация разверток передающей и приемной стороны