Вопрос 4. Развертка изображения

Развертка изображения — это процесс последовательного считывания и передачи элементов изображения (пикселей) для формирования на экране целого кадра. Развертка позволяет передавать двумерное изображение через одномерный временной сигнал.

1. Построчная (прогрессивная) развертка

Построчная развертка (progressive scan) — это способ развертки, при котором строки изображения передаются и воспроизводятся последовательно, одна за другой.

Особенности:

• Сначала передается первая строка, затем вторая, третья и так далее без пропусков.

• Каждый кадр состоит из полного набора строк.

• Высокая четкость и отсутствие "рваных" краёв на движущихся объектах.

Применение:

• Современные телевизоры, мониторы, цифровое телевидение, компьютерные системы.

Пример: Форматы 720p, 1080p — "p" означает progressive (построчная развертка).

2. Основные геометрические и временные соотношения

Основные параметры развертки:

• Число строк разложения — сколько горизонтальных строк образуют изображение (например, 625 строк для PAL).

• Частота строк — сколько строк проходит в секунду.

• Частота кадров — сколько полных изображений сменяется в секунду.

• Продолжительность строки — время передачи одной строки.

Формулы:

Частота строк (fстр) = число строк × частота кадров.

Продолжительность одной строки (Tстр) = 1 / частота строк.

Пример расчета для PAL:

• 625 строк × 25 кадров/с = 15625 строк в секунду.

• Продолжительность строки = 1 / 15625 ≈ 64 микросекунды.

3. Максимальная и минимальная частоты спектра видеосигнала

Максимальная частота спектра видеосигнала зависит от мелких деталей изображения (разрешение по горизонтали).

Формула оценки: Максимальная частота ≈ (горизонтальное разрешение в элементах) / (2 × продолжительность активной части строки).

Минимальная частота — это постоянная составляющая (нулевая частота), соответствующая равномерно серому изображению.

Пример: Если требуется передать горизонтальное разрешение в 800 элементов, максимальная частота будет около 5–6 МГц в аналоговых системах.

4. Чересстрочная развертка как средство сокращения полосы частот

Чересстрочная развертка (interlaced scan) — способ развертки, при котором изображение делится на две группы строк:

• Сначала передаются все четные строки,

• Затем — все нечетные строки.

Преимущества чересстрочной развертки:

• Снижение требуемой полосы частот на 30–40% по сравнению с построчной разверткой при сохранении визуальной плавности движения.

• Меньшая нагрузка на каналы передачи и приемное оборудование.

Почему это работает: Благодаря инерционности зрения человек воспринимает два полукадра как один целый кадр.

5. Основные соотношения

Ключевые соотношения для чересстрочной развертки:

• Частота полукадров = 2 × частота кадров.

• Для системы с 25 кадрами/с развертывается 50 полукадров/с.

Формула: Частота строк = число строк / 2 × частота полукадров.

Пример расчета: Для PAL (625 строк):

• 625 / 2 = 312,5 строки на полукадр.

• 312,5 × 50 = 15625 строк/сек (то же, что и в построчной развертке).

6. Выбор числа строк при чересстрочной развертке

Выбор числа строк связан с:

• Минимизацией мерцания изображения.

• Обеспечением необходимого горизонтального и вертикального разрешения.

• Согласованием с частотой электросети (50 Гц в Европе, 60 Гц в США).

Классические значения:

• 625 строк для систем PAL и SECAM (50 Гц).

• 525 строк для системы NTSC (60 Гц).

Почему именно так:

• Чтобы кадры синхронизировались с частотой электросети, уменьшая мерцание.

• Чтобы обеспечить требуемое качество изображения без чрезмерной нагрузки на канал передачи.