Лекция 4. Обработка видеоизображений

Вопросы:

1. Принципы передачи цветных телевизионных изображений.

2. Объединение компьютерной графики и телевизионного изображения.

3. Стандарты кодеков изображений MPEG.

Литература: 1. Гук. М. Аппаратные средства IBM PC. Питер, 2005, с. 487-498.

1. Принципы передачи цветных телевизионных изображений.

Растровая система изображений основана на представлении изображения в телевидении. Изображение в телевидении получается с помощью широкополосной обработки КЗС – сигналов. Однако передавать эти сигналы по радиоканалам в таком виде технически невозможно. Кроме того, телевизионный сигнал должен быть совместим и с черно-белыми телеприемниками. Поэтому в телевидении сигналы трех первичных цветов К, З, С проходят через преобразователь координат, на выходе которого получают сигнал Y, несущий информацию о яркости точек (luminance), и два цветоразностных сигнала U и V, несущих информацию о цвете (chrominance) — о соотношениях яркостей красного и синего цвета относительно зеленого. Зеленый выбран основным, поскольку зрение людей к нему наиболее чувствительно. Далее, эти сигналы пердаются по телевизионному тракту до телеприемника разными путями в зависимости от используемого вещательного стандарта. Сигнал Y всегда передается на основной (несущей) частоте телевизионного канала, цветоразностные сигналы, специальным образом закодированные, передаются на поднесущей частоте канала. Потеря цветоразностного сигнала приведет к тому, что принятое изображение оказывается черно-белым. Поскольку проблема полосы пропускания видеотракта стоит остро, во всех вещательных системах принята чересстрочная развертка.

В первой системе цветного телевещания — NTSC принята частота кадров 30 Гц (частота полей — 60 Гц), а количество строк — 525, из которых видимых — 480. При полосе канала яркости в 4,5 МГц в строке может быть различимо до 640 пикселов (вот откуда формат 640 х 480). Однако для передачи цветоразностных сигналов используется поднесущая частота 3,58 МГц, и горизонтальное разрешение снижается до 400-450 пикселов. Реально же домашний телеприемник обеспечивает примерно половину этого разрешения. Это разрешение лишь по яркостному каналу. Цветоразностная информация (два сигнала) втискивается в подканал с поднесущей 3,58 МГц, да еще для экономии полосы, оставляемой яркостному каналу, после модуляции подавляют саму поднесущую и нижнюю часть спектра сигнала. Так что цветовые сигналы после таких преобразований, передачи по радиоканалу и обратного восстановления в телеприемнике поступят на входы видеоусилителей К, З, С с существенно урезанной, по сравнению даже с яркостным каналом, полосой частот. Видеосигнал, состоящий из яркостной составляющей и поднесущей, модулированной цветоразностными сигналами, называется композитным (Composite Video). Поскольку наибольшие потери информации цветоразностного сигнала происходят при модуляции и демодуляции его поднесущей, лучшее качество передачи изображения даст сигнал, взятый сразу после цветоразностного преобразователя на приемной стороне. Интерфейс S-Video (Separate Video) использует раздельные сигнальные линии для яркостного канала (Y) и модулированного сигнала цветности (С). Стандартный 4-контактный разъем S-Video типа mini-DIN используется как интерфейс высококачественных видеосистем, его синонимами являются и названия S-VHS и Y/C. Наивысшее качество передачи обеспечивает профессиональный (студийный) интерфейс YUV (professional video) на трех сигнальных линиях: здесь цветоразностные сигналы U и V передаются в немодулированном виде.

Кроме стандарта NTSC существуют еще два популярных в мире стандарта: PAL и SECAM.

В стандарте PAL фаза одного из цветоразностных сигналов (К-Y) меняется от строки к строке, что и дало название этому методу (Phase Alternating Line). Такое решение позволило повысить стабильность декодирования. Для увеличения горизонтального разрешения поднесущая частота цветоразностного сигнала повышена до 4,43 МГц. Частота кадров — 25 Гц (при частоте полей 50 Гц), количество строк — 625. Стандарт PAL обеспечивает разрешение 800 х 600. В варианте PAL-M принят формат кадра NTSC (60 Гц и 525 строк), а в PAL-N при 625 строках (50 Гц) вернулись к поднесущей 3,58 МГц.

SECAM - система французского происхождения. В этой системе вместо квадратурной модуляции поднесущей применены две поднесущие цветоразностных сигналов с частотной модуляцией. Частота кадров — 25 Гц (при частоте полей 50 Гц), количество строк — 625.

Говоря о телевизионных стандартах, не следует забывать и о канале звукового сопровождения. Во всех этих системах для звука используется частотная модуляция дополнительной поднесущей частоты

6,5 МГц для SECAM;

5,5 МГц для PAL (но иногда и 6,5 МГц);

4,5 МГц для NTSC и PAL-M;

может встречаться и 6 МГц..

Все перечисленные системы в цветном режиме между собой несовместимы, хотя для них и существуют устройства-конверторы. Устройства обработки видеосигналов в ПК могут поддерживать все системы или только некоторые из них.