ВВЕДЕНИЕ

Телевидение продолжает непрерывно развиваться, и это затрагивает все части тракта телевизионного вещания, включая и телевизионные приемники. Кратко остановимся на некоторых перспективных направления этого развития.

Телевидение высокой четкости (ТВЧ) на цифровой основе уже сейчас получает все более широкое распространение в США и Японии. Нет сомнений, что ТВЧ скоро придет во все развитые страны мира. Возможности для этого заложены в стандарте MPEG-2. Достоинства новых форматов телевизионной развертки не только в повышении качества воспроизведения традиционных телевизионных программ (фильмов, репортажей и т.д.), но и в возможности отображения на телевизионном экране значительно больших объемов текстовой и графической информации.

Для реализации в полном объеме преимуществ ТВЧ телевизионные приемники должны сильно измениться. При этом цифровые блоки становятся еще более важной частью телевизора. Плазменные экраны и матричные оптические модуляторы в проекционных установках управляются цифровыми схемами, которые заменяют блоки разверток телевизоров с кинескопами. Большие размеры экрана требуют применения в приемнике более совершенных методов преобразования развертки для повышения частоты полей и устранения искажений, связанных с чересстрочностью. Следующим после ТВЧ шагом развития телевидения может стать стереотелевидение. Для получения объемного восприятия необходимо передавать и воспроизводить как минимум два изображения и обеспечивать раздельное наблюдение этих изображений обоими глазами зрителя. Передача в одном канале двух движущихся изображений, образующих стереопару, вполне возможна с использованием средств MPEG-2, а в MPEG-4 предусмотрены специальные варианты кодирования, учитывающие значительное сходство левого и правого изображений. Наибольшие проблемы необходимо решить именно при воспроизведении изображений. Для индивидуальных зрителей возможно применение очков, шлемов и т.п. Но для получения возможности просмотра стереопро-грамм группой людей, расположенных относительно произвольно перед телевизором, потребуется значительное усложнение воспроизводящих устройств.

Стереотелевидение - это не предел. В принципе, возможно создание многоракурсного телевидения, в котором наблюдаемое зрителем изображение зависит от его положения перед экраном. В такой системе требуется передавать уже не два, а существенно больше различных изображений. Приемник должен иметь средства контроля положения зрителя перед экраном и соответствующего формирования изображения из полученной по вещательному каналу информации. Первые шаги в этом направлении сделаны в MPEG-4, где изображение получается из отдельных видеообъектов, каждым из которых можно манипулировать.

Еще одно направления развития телевидения и телевизионных приемников -расширение информационных функций. Телевизор подключен к широкополосным каналам связи и может стать для семьи главным средством интерактивного обмена информацией с окружающим миром, в первую очередь, через Интернет. Для этого телевизор должен быть снабжен средствами управления, похожими на те, которые имеет персональный компьютер: клавиатурой, указателем типа «мышки» и т.п., а также мощным процессором и программным обеспечением. Помимо упоминавшихся ранее интерактивных телевизионных систем, компьютеризированные телевизоры станут основой двусторонней видеосвязи: видеотелефона и видеоконференций, которые уже сейчас реализуются в Интернет и локальных сетях. С другой стороны, персональные компьютеры оснащаются средствами приема телевизионных программ и воспроизведения видеозаписей. Произойдет ли полное слияние телевизионных приемников и персональных компьютеров? Ответ на этот вопрос скорее должен быть отрицательным. Все-таки между двумя этими классами устройств сохраняется ряд принципиальных отличий. Телевизор - это устройство с большим экраном, приспособленным для одновременного наблюдения группой людей, находящихся на относительно больших расстояниях от него. В то же время, персональный компьютер предназначен преимущественно для использования одновременно одним человеком, находящимся в непосредственной близости от него. Такие выполняемые на рабочем столе с помощью компьютера работы, как создание текстов, чертежей, таблиц данных вряд ли будет удобнее выполнять сидя в кресле перед телевизором.

Тем не менее, телевизоры новых поколений по производительности имеющихся в них процессоров и объемам встроенной памяти будут вполне сопоставимы с персональными компьютерами. Это позволит им во многих случаях становиться центральным элементом домашних сетей, объединяющих различные бытовые устройства.

Настоящие методические указания посвящены изучению курса «Цифровое телевидение».

Для решения задач, как правило, недостаточно формальных знаний математического аппарата, описывающего те или иные про­цессы в технике телевидения, так как в различных источниках даются различные подходы к их решению. Различные подходы могут приводить к появлению значительных расхождений, что в результате может привес­ти к существенным ошибкам. В ряде случаев необходимо знание специ­альных методов, приемов, общих для решения определенных групп задач, умение работать со справочными материалами и ориентироваться в раз­нообразных справочниках, как отечественных, так и зарубежных.

Для успешного выполнения практических заданий необходимо изучить по рекомендуемой литературе разделы, касающиеся проек­тирования систем цифрового телевидения, в особенности методические указания к самостоятельной работе магистранта под руководством преподавателя.

1. Развертка растра

1.1 Чересстрочный растр

При построении чересстрочного растра общее число строк в кадре z должно быть нечетным, т.е. z = 2m + 1, где m–целое число. Одно поле растра содержит число строк z_n = 0,5z. За время прямого хода развертки по кадрам (по вертикали в одном поле) развертывается активное число строк z_an. За время обратного хода по кадрам (по вертикали) развертывается целое число строк z_охв. Таким образом z_n = 0,5z = z_an + z_охв. При построении растра во время обратного хода по вертикали сканирующий элемент (СЭ) движется снизу вверх, длительности прямого и обратного ходов по строкам Т_пхс и Т_охс сохраняются такими же, как во время прямого хода СЭ по вертикали.

1.2 Задачи и их решения

Задача 1.1 Построение чересстрочного растра. Построить че­ресстрочный растр, если:

а) число строк в кадре z = 7; за время прямого хода по кадру (по вертикали) развертывается активное число строк в одном поле z_aп = = 3,5; за время обратного хода по кадру (по вертикали) развертывается число строк z_охв = 0;

б) z = 7, z_n = 3,5, z_an = 2,5, z_oxв = 1, Т_охс = 0.

Решение: На рисунках 1.1 и 1.2 показано построение растра в этой задаче.

а) На рисунке 1 показаны растры в полях 1 и 2 при z = 7, z_an = 3,5 и z_охв = 0. Сканирующий элемент (СЭ) из точки а развертывает строку 1 поля 1 и приходит в точку б (совершая прямой ход по строке); затем происходит строчный обратный ход и СЭ приходит в точку в в начале строки 3, развертывает строку 3, затем строку 5 (т.е. нечетные строки) и половину строки 7. Из точки г СЭ переходит в точку д, совершая мгновенно обратный ход по вертикали и на этом заканчивается проход поля 1. Далее СЭ начинает развертку поля 2 из точки д в точку е (четные строки размещаются между нечетными): затем СЭ совершает обратный ход по строке и приходит в начало строки 2, развертывает ее, а также строки 4 и 6, совершая прямой ход по кадру (по вертикали). Развертывая четные строки СЭ приходит в точку ж, завершая развертку поля 2 в точке а (закончена развертка одного кадра), после чего процесс развертки повторяется.

Рисунок 1. Чересстрочная развертка растра при мгновенном обратном ходе по вертикали

Рисунок 2. Чересстрочная развертка растра при конечной длительности обратного хода по вертикали (здесь z=7, z_n=3,5, z_an=2,5,z_охв=1)

б) На рисунке 2 показаны растры в полях 1 и 2 при z=7, z_n = 3,5, z_aп = 2,5 и z_охв = 1. Здесь СЭ в поле 1 из точки а переходит в точку б, совершая прямой ход по строке. Из точки б СЭ переходит в то­чку в, совершая строчный обратный ход. Затем СЭ развертыва­ет строку 3, приходит в точку л, переходит в начало строки 5 и по ней в точку г, далее в точку к (это прямой ход по строке) и одно­временно движется из точки г вверх, совершая кадровый обрат­ный ход. Из точки к СЭ совершает строчный обратный ход в точку н и затем прямой ход в точку д. Участок пути н-д является поло­виной строки, который СЭ проходит за время, равное половине строчного прямого хода. На этом развертка поля 1 заканчивает­ся. Из точки д СЭ совершает в поле 2 прямой ход в точку е за вре­мя половины строчного прямого хода. Затем развертываются строки 2 и 4 и СЭ приходит в точку р, закончив прямой ход по вер­тикали. Из точки р СЭ совершает строчный обратный ход в точку ш и из нее – строчный прямой ход в точку м, далее – строчный прямой ход в точку м, затем строчный обратный ход в точку а (на­чало строки 1 поля 3). На этом развертка поля 2 (т е. кадра) за­канчивается.

Задача 1.2 Параметры чересстрочной развертки. Число строк развертки z = 525. частота полей f_n = 60 Гц. Определить частоту кад­ров f_к, длительности поля Т_п и кадра Т_к, частоту строк f_z, длительность строки Н.

Решение: Частота кадров f_K = f_п/2 = 60/2 = 30 Гц; длитель­ность поля Т_п = 1/f_п= 1/60 = 0,017 с = 17 мс. Длительность кадра Т_к = 2Т_п = 2·0,017 = 0,034 с = 34 мс. Частота строк f_z = zf_k= 525·30 = 15750 Гц. Длительность строки H=1/f_z = 1/15750 = 63,4·10^-6с = 63,4 мкс.

Задача 1.3 Параметры чересстрочной развертки. Число строк в кадре z_k= 1251. частота полей f_n = 80 Гц. Определить частоту кадров f_k, длительность поля Т_п, длительность кадра Т_к, частоту строк f_z, длительность строки Н.

Решение: Величина f_k = f_n/2 = 80/2 = 40 Гц;

Т_п = 1/f_п= 1/80 = 0,0125 с = 12,5 мс;

Т_к = 2Т_п = 2·12,5 = 25 мс:

f_z = zf_k = 1251·40 = 50040 Гц;

Н= 1/f_z = 1/50040 = 19,9·10^-6 = 19,9 мкс.