Шахматная структура дискретизации

В строчно-шахматной струк­туре используется строчное чередование точек, образованное в результате сдвига на половину интервала дискретизации отсчетов соседних строк данного поля (рис. 1.7 а). Строчно-шахматную структуру получают двумя путями: либо дискретизируют телевизионный сигнал с частотой(гдеn– целое число;– частота строчной развертки), либо частоту дискретизации выбирают равной, но ее фаза меняется в начале каждой четной строки [2].

Кадрово-шахматная структураобразуется путем сдвига отсчетов соседних полей на половину интервала дискретизации (рис. 1.7б). Кадрово-шахматная структура получается дискретизацией телевизионного сигнала с частотой, равной либо, либос изменением фазы частоты дискретизации в начале каждого четного поля.

Рис. 1.7.Шахматная структура дискретизации телевизионного изображения:

а) строчно-шахматная структура; б) кадрово-шахматная структура

Д

Рис. 1.8.К опреде­лению разрешающей способности телевизионной системы с шахматной структурой дискретизации

ля анализа шахматной структуры дискретизации зададимся числом отсчетов в телевизионном изображении, соответствующим частоте дискретизации. Если расположить эти отсчеты таким образом, чтобы в соседних строках они были бы смещены друг относительно друга на половину шага дискретизацииd/2, то образуется структура отсчетов, называемая шахматной (рис. 1.8). Нанесем на этой структуре простейшие конфигурации изображения из горизонтальных, вертикальных и наклонных линий. Оценим качество их воспроизведения и минимально возможные расстояния между ними [1].

Горизонтальные линии 5 и 6 воспроизводятся, как и при ортогональной структуре дискретизации, с той же детальностью. Таким образом, разрешающая способность телевизионной системы в вертикальном направлении сохранилась прежней.

Вертикальные линии 1 и 2 воспроизводятся теперь в виде более грубой структуры, содержащей в два раза меньшее число элементов. Однако, как показывает эксперимент, зрительно на качестве воспроизведения вертикальных контуров это почти не сказывается. Зато очень существенно увеличилась разрешающая способность системы по горизонтали. Она характеризуется при шахматной структуре дискретизации в два раза меньшим расстоянием между двумя соседними вертикальными линиями d/2. В диагональных направлениях (линии 3 и 4) интервалы между контурами примерно в 1,8 раза больше, чем в горизон­тальном направлении. Но именно в этих направлениях существенно ниже и разрешающая способность зрения. Шахматная структура дискретизации оказывается лучше сог­ла­сованной с особенностями зрительного аппарата и позволяет за счет понижения разрешающей способности в направлениях, где это не скажется заметно на восприятии, в принципе понизить общее число отсчетов в кадре, то есть уменьшить частоту дискретизации.

Рис. 1.9. Перекрытие основного и побочного спектров при шахматной структуре дискретизации

В общем случае уменьшение частоты дискретизации ниже приводит к перекрытию основного и побочного спектров дискретного сигнала (см. рис. 1.3), а также к невозможности безыскаженного восстановления исходного сигнала с помощью ФНЧ. Однако шахматная структура дискретизации при определенных условиях позволяет в значительной степени избавиться от помех, связанных с перекрытием основного и побочного спектров. Для понимания механизма устранения помех при перекрытии спектров в шахматной структуре отсчетов следует помнить, что спектр телевизионного сигнала состоит из гармоник, кратных частоте строк, около которых группируются узкие полосы боковых частот, обусловленные кадровой разверткой и перемещением деталей изображения. На участках спектра, соответствующих гармоникам строчной частоты, сосредоточены максимумы энергии сигнала, а посередине между ними – минимумы. Отношение максимума к минимуму в зависимости от содержания изображения составляет величину от 2 до 35 дБ. Аналогичную структуру имеет и спектр побочных продуктов дискретизации. Поэтому если частота дискретизации телевизионного сигнала кратна полустрочной частоте, то есть , энергия мешающих составляющих сосредоточивается в зоне минимума энергии исходного спектра. Для примера на рис. 1.9 сплошнымилиниями показано распределение максимумов энергии сигнала основного спектра, а штриховыми – побочного. С помощью фильтрации гребенчатым филь­тром удаляются мешающие составляющие в диапазоне частот отдо. При этом гребенчатый фильтр должен быть рассчитан таким образом, чтобы иметь максимальное затухание на мешающих частотах и минимальное затухание на частотах полезных составляющих.

К сожалению, значительное уменьшение частоты дискретизации относительно значения, равного 12,5 МГц, с одновременным использованием гребенчатой фильтрации не позволяет полностью избавиться от помех. Возникающие в этом случае помехи можно разделить на следующие две группы [2]:

• геометрические искажения, которые представляют собой «бахрому» на краях контуров в изображении;

• искажения в виде мерцаний и дрожаний границ областей различной яркости.

Одновременно применение гребенчатой фильтрации при кодировании телевизионных сигналов может приводить к уменьшению вертикального разрешения. В силу отмеченных недостатков шахматная структура дискретизации, несмотря на свои достоинства, в вещательном телевидении не используется.