шпоры телики

2. Прогрессивная развертка.

Разверткой изображения называется перемещение развертыва­ющего элемента в процессе анализа или синтеза изображения по определенному периодическому закону. Оптическое изображение сначала фотоэлектрическим преобразователем в виде электронно­лучевой трубки или твердотельной передающей матрицы превраща­ется в электрический сигнал, мгновенные значения которого пропор­циональны яркости передаваемых участков изображения, — видео­сигнал. В ТВ приемнике электрический сигнал снова превращается в оптическое изображение с помощью электронно-оптического пре­образователя в виде кинескопа или с помощью плоской матрицы светоизлучающих элементов.

Телевизионное изображение, получаемое за период кадра (ТВ кадр), состоит из совокупности (до сотен тысяч) элементов — мини­мальных площадок, различаемых и воспроизводимых ТВ системой. Используются процессы последовательного во времени преобразова­ния цвета или яркости элементов изображения объектов в электри­ческие сигналы (ТВ анализ изображения) и электрических сигналов в цвет или яркость элементов ТВ изображения (синтез ТВ изображе­ния). Перемещение развертывающего элемента в процессе анализа и синтеза изображения по определенному периодическому закону на­зывается разверткой изображения. Развертывающий элемент может быть реализован в виде электронного луча (электронная развертка), светового (лазерного) луча, светочувствительного элемента в твер­дотельном датчике видеосигнала и т.д.

Рассмотрим некоторые требования, предъявляемые к развертке. Развертка может осуществляться по различным законам. В различ­ных областях техники используют радиальную, спиральную, сину­соидальную, линейно-строчную и другие виды разверток. Однако во всех случаях закон развертки на передающей и приемной сторо­нах должен быть одинаков, иначе появятся координатные искаже­ния воспроизводимого изображения. Кроме того, развертки долж­ны быть синхронными (равенство частот) и синфазными (совпадение фаз). Невыполнение первого требования, т.е. отличие частот строч­ной или (и) кадровой развертки воспроизводящего устройства от та­ковых на передающей стороне ТВ тракта влечет за собой невозмож­ность получения и просмотра устойчивого изображения на экране телевизора или монитора. Если же частоты разверток равны, но

Строчная развертка

Сигнал синхронизации

Генератор разверток

Рис. 3.1. Линейно-строчная развертка: а — принцип линейно-строчной развертки; 6— синхронизация разверток

есть фазовые различия, т.е. моменты начала разверток не совпада­ют, то изображение будет сдвинутым по горизонтали или вертикали, может быть «разорвано» на две части, начинают просматриваться интервалы гасящих импульсов.

В ТВ вещании используется наиболее простой для реализации закон развертки — линейно-строчная периодическая развертка, ко­гда разложение изображения осуществляется с постоянной скоро­стью слева направо, прочерчивая строку изображения (прямой ход строчной развертки), и одновременно сверху вниз (прямой ход ка­дровой развертки) (рис. 3.1,а). Быстрый возврат развертывающего элемента справа налево и снизу вверх происходит во время обрат­ных ходов разверток; сумма времени прямого и обратного ходов со­ставляет период развертки, причем период строчной развертки на­много меньше периода кадровой.

б)

Рисунок, образуемый обегающим электронным или световым лу­чом на поверхности экрана или мишени электронно-лучевого прибо­ра., называют ТВ растром. Элементы на передаче и приеме будут

иметь одинаковые координаты в пределах растров (рис. 3.1 ,б), если по ТВ каналу будет передаваться не только видеосигнал, но и допол­нительный (служебный) сигнал — сигнал синхронизации приемника, содержащий импульсы строчной и кадровой частот. Обычно оба эти сигнала совмещаются, а в приемнике разделяются по уровню. Со­вмещенный сигнал называют полным сигналом яркости.

Развертка, при которой все строки растра развертываются за один период вертикальной развертки в непрерывной последователь­ности (1-я, 2-я, 3-я и т.д.), как изображено на рис. 3.1, называется построчной (прогрессивной).

6. Чересстрочная развертка

Чтобы свечение экрана приемной трубки воспринималось зрите­лем без мельканий, необходимо повторять возбуждение всего поля экрана 48-50 раз в секунду. Однако для воспроизведения изображе­ний движущихся объектов вполне достаточно передавать 13-16 фаз движения, т.е. статических изображений в секунду — кадров. Так как полоса частот, занимаемая спектром видеосигнала, прямо про­порциональна числу передаваемых в секунду кадров, из­быточное их число необходимо ограничивать.

Избыточность числа кадров в ТВ передаче изображений устра­няется применением чересстрочной развертки, сущность которой за­ключается в том, что полный кадр изображения развертывается, т.е.передается и воспроизводится за два поля. В первом поле разверты­ваются нечетные строки растра, а во втором — четные. Каждое из полей представляет собой растр с уменьшенным вдвое числом строк и содержит половину зрительной информации о передаваемом изо­бражении. Так как критическая частота мельканий практически не зависит от числа строк в растре, то частота передачи полей, равная или большая /_кр, обеспечивает восприятие изображения без мелька­ний, при этом скорость передачи информации снижается вдвое. В ТВ вещании принято: номинальная частота полей 50 Гц и номи­нальная частота кадров 25 Гц.

Снова проследим процесс образования построчного растра (рис. 3.9,а). Если развертывающий элемент движется по горизонтали с постоянной скоростью, прочерчивая строку растра, и одновремен­но смещается по вертикали, то к концу строки он сместится вниз относительно ее начала на величину h/z, т.е. на ширину одной стро­ки. Быстро возвращаясь к началу строки (длительностью обратного хода пренебрегаем), развертывающий элемент займет положение, со­ответствующее началу второй строки и т.д.

Если в качестве исходного принять растр с нечетным числом строк (рис. 3.9,а) и уменьшить вдвое скорость развертки по гори­зонтали, то в каждом поле получится нецелое, вдвое меньшее число строк (рис. 3.9,6), но из-за разности в полстроки строки растров пер­вого и второго полей окажутся взаимно сдвинутыми по вертикали на ширину одной строки полного растра, т.е. строки второго поля будут ложиться между строками первого. За два периода верти­кальной развертки образуется полный растр, аналогичный по чи­слу строк исходному.

Таким образом, с помощью чересстрочной развертки удается при неизменных числе строк и частоте мельканий в два раза снизить ско­рость строчной развертки, т.е. скорость передачи ТВ информации, и тем самым уменьшить вдвое верхнюю граничную частоту спек­тра. сигнала изображения. В результате спектр сигнала для оте­чественного стандарта занимает полосу частот от f_m-_m = 50 Гц до /_тлч « G МГц (см. (3.7)):

При чересстрочном разложении каждая строка повторяется че­рез поле [f_z = zf_n = (г/2)/2n], ^т-^е- каждый кадр один раз. Поэто­му расстояние между двумя соседними спектральными линиями гар­моник строчной частоты кратно целому числу /_п, а поскольку при чересстрочном разложении z является нечетным, то соответственно нечетному числу /_п. Учитывая, что боковые полосы вокруг строч­ных линий находятся на расстояниях, кратных частоте вертикаль­ной развертки /2_П, при перекрытии спектров боковые линии соседних гармоник строк не будут совпадать (см. рис. 3.8,г). Соответственно расстояние между гармониками строчной частоты через одну равно четному числу /_п, т.е. целому числу /2_П, так как fin — 2f_n, и боко­вые линии спектров этих гармоник будут совпадать.

Для формирования чересстрочной развертки должны быть обес­печены следующие условия:

а)нечетное число строк в кадре, т.е. z = 2т + 1, где т — целое число;

б)жесткая связь частот развертки по строке и по кадру, т.е. 2f_z = zf2n — (2т + 1)/2п, обеспечивающая в каждом поле целое число строк с половиной строки.

Обычно оба эти условия выполняются при формировании частот горизонтальной и вертикальной разверток от общего задающего ге­нератора с частотой 2f_z делением на 2 и на z соответственно.

Чересстрочная развертка кратностью 2:1 применяется во всех системах вещательного ТВ для сокращения полосы частот, занима­емой ТВ сигналом. В принципе возможно дальнейшее сокращение полосы частот применением чересстрочного разложения с кратно¹ стью 3:1 или 4:1. В этом случае кадр будет состоять из трех или четырех отдельных полей, строки которых последовательно воспро­изводятся друг под другом. По ряду причин такие развертки не при­меняют. Становятся заметными мелькания строк, так как четные (или нечетные) поля повторяются с частотой 12,5 Гц (при кратно­сти 4:1), а угловое расстояние между строчками одного поля стано­вится больше минимального угла разрешения глаза. Уменьшается четкость изображения объектов, движущихся в вертикальном напра­влении с относительно большой скоростью. Ухудшается воспроиз­ведение вертикальных границ объектов, движущихся с относительно большой скоростью в горизонтальном направлении (границы стано­вятся зигзагообразными и наклонными). Наконец, появляется эф­фект скольжения строк, которые как бы перемещаются сверху вниз в пределах одного кадра. Объясняется это тем, что, когда луч чертит какую-либо строку четвертого поля, яркость ее максимальна. В то же время расположенные выше строки, прочерченные соответствен­но в третьем, втором и первом полях, имеют спадающий по ярко­сти во времени характер. Создается эффект последовательного во времени разнояркостного свечения и, как следствие, — перемещение строк. Эти недостатки присущи любой чересстрочной развертке, но при кратности 2:1 они менее заметны.

7 Яркость размер. Зрительное восприятие дискретно во времени. Оди­ночный световой импульс длительностью to может быть обнаружен только при условии, что время действия его на глаз конечно, т.е. to >= t_Kp (рис. 2.5). Причем время t_Kp зависит от освещенности сет­чатки Е₀, т.е. от мощности сигнала. Иными словами, установлено, что E₀t_Kp = const. При переменном значении E₀(t) суммарное воз­действие светового сигнала должно достигнуть вполне определенного

Рис. 2.5. Визуальное ощуще­ние яркости £_ВИз(t)/Lвиз mах периодически излучающего ис­точника с яркостью L₀/L_{0 max}

значения для его обнаружения:

t кр

∫ E₀(t)dt = const.

o

Минимальное время накопления имеет граничное значение t_кр, - критической длительностью. Различные исследования дают большие расхождения в значениях t_кр, что объясняется раз­личными условиями проведения опытов: t_Kp меняется в пределах от сотых (при больших яркостях) до десятых (при малых яркостях) долей секунды.

После прекращения действия светового потока, возбуждающего сетчатку (см. рис. 2.5), глаз как бы продолжает «видеть» источник с яркостью, спадающей во времени по экспоненциальному закону

L_виз(t)/L_визmax=(L₀/L_0max)exp(-t/)

где L_виз(t)/L_визmax— значение визуальной яркости во время прошедшее после прекращения возбуждения; Lo/Lomax — яркость воз­буждения; ~ 0,05...0,1 с — постоянная времени, характеризующая инерцию зрения и отсчитываемая как х = t при котором кажуща­яся яркость уменьшается в е раз. Постоянная времени  является функцией яркости и уменьшается при ее увеличении.

Параметр х определяет критическую частоту мельканий f_кр, представляющую собой наименьшую частоту повторения импульс­ных возбуждений сетчатки, при которой наблюдатель перестает за­мечать изменение светового потока и воспринимает его как непре­рывное излучение.

Критическая* частота мельканий яркости источника зависит от средней яркости поля наблюдения (яркости адаптации), размеров мелькающего участка и т.д. Зависимость критической частоты мель­каний от яркости подчиняется общему психофизическому — лога­рифмическому закону зрительных восприятий:

f_кр=a₀lgL_cp+b₀

где Lcp средняя яркость, кд/м²; ао = 9,6; Ьо = 26,8 — коэффи­циенты, установленные опытным путем.

При частоте повторения, равной или большей критической, визу­альная яркость L_cр прерывисто излучающего источника может быть определена как средняя за период повторения Т — закон Тальбота:

(2.4)

Дискретное во времени воспроизведение изображений отдельных мгновенных положений (фаз) движущихся предметов воспринимает­ся как слитное движение, если число фаз (кадров) в единицу времени больше или равно некоторому числу Пф и если смещение предмета в соседних фазах незначительно, т.е. если относительная скорость движения предмета в кадре невелика.

1+. Особенности передачи изображений.

2+. Прогрессивная развертка.

3+. Видеосигнал и его характеристики.

4+. Спектр частот видеосигнала.

5-. Влияние апертуры луча на контрастность изображения.

6+. Чересстрочная развертка.

7+. Качественные показатели ТВ изображения: Размер. Яркость.

8+. Качественные показатели ТВ изображения: Четкость. Контрастность.

9+. Качественные показатели ТВ изображения: Геометрическое подобие.

10+. Блок-схема системы черно-белого ТВ вещания.

11+. Восприятие цвета.

12+. Основное калориметрическое уравнение.

13-+. Спектральный локус.

14. Передача информации о цвете. Требования совместимости.

15+. Основные принципы построения системы NTSC. Передающая часть.

16+. Основные принципы построения системы NTSC. Приемная часть.

17+. Недостатки системы NTSC. Система PAL.

18+. Основные принципы построения системы SECAM.

19+. Передающая часть системы SECAM.

20+. Приемная часть системы SECAM.

21+. Этапы развития и особенности цифрового телевидения. Структурная схема цифровой телевизионной системы.

22+. Цифровой телевизионный сигнал.

23+. Параллельный и последовательный видеостык.

24+. Сжатие неподвижных изображений по стандарту JPEG.

25+. Стандарты сжатия движущихся изображений MPEG-1 и MPEG-2.Кодер видеоинформации.

8 Четкость изображения оценивается относительным размером минимальной детали, воспроизводимой ТВ системой, а резкость — относительным размером границы между фоном и деталью с рав­номерной яркостью; причем длительность сигнала от этой детали должна превышать длительность переходных процессов в системе. Размеры деталей и границ измеряются в относитель­ных единицах — по отношению к высоте изображения h, а четкость определяется в условных единицах — телевизионных линиях. Параметры четкости и резкости изображения связаны ме­жду собой, так как характеризуют способность системы реагировать на быстрые изменения яркости оптического изображения. В отличие от фото- и кинорепродукций четкость ТВ изображения оценивают раздельно по вертикали и горизонтали из-за того, что их значения ограничиваются разными факторами.

Номинальная четкость изображения по вертикали определяет­ся дискретной структурой растра — числом строк разложения изо­бражения z = 625. Так как конфигурация одного элемента изобра­жения принимается в виде квадрата или окружности размером h/z, то вдоль строки изображения должно содержаться пропорциональ­ное число элементов разложения: в соответствии с форматом кадра k = b/h = 4/3 оно определится как kz « (4/3)625 « 800.

Номинальная четкость изображения по горизонтали зависит в основном от ширины спектра сигнала яркости, так как высокоча­стотные составляющие спектра несут информацию о мелких деталях изображения и качество их передачи определяет разрешающую спо­собность ТВ системы в этом направлении.

четкость в обоих направлениях — качеством фокусировки, абер­рациями в оптических системах, внутренними и внешними за­светками, а также формой апертурных (частотно-контрастных) характеристик электронно-оптических систем фотоэлектричес­ких преобразователей четкость по вертикали — качеством чересстрочной развертки;

четкость по горизонтали — реальной шириной спектра ТВ сиг­нала, т.е. линейными искажениями в области высоких частот тракта передачи сигнала яркости.

линейные искажения тракта и его участков описы­ваются с помощью равноправных методов ана­лиза — с помощью частотных характеристик: — амплитудно- частотной (АЧХ) фазо-частотной (ФЧХ), h(t) — переходной характеристики (ПХ) как реакции системы на единичный скачок яркости (или сигнала изображения). «Язык» частотных характеристик более удобен для анализа конкретных при­чин, способов коррекции и определения результирующих искажений тракта по частным параметрам его участков. Недостаток— трудность анализа влияния величин и характера линейных искажений на проявление их в изображении. Достоинство ПХ — четкая качественная связь искажений изображения с искажениями формы ТВ сигнала.

четкость и резкость изображения в горизонтальном направле­нии уменьшаются, так как контраст самых мелких деталей становит­ся ниже порогового, а протяженность границ деталей увеличивается.

Рис. 4.4. Искажения АЧХ в области высоких частот полосы пропускания

тракта передачи ТВ сигнала (а) и его ПХ в области малых времен (6)

Перекоррекция, т.е. подъем АЧХ и уменьшение длительности фронта ПХ приводят к повышению четкости. При этом на горизонтальной части ПХ может возникнуть затухающий колебательный процесс. В соответ­ствии с искажениями формы ПХ искажаются и детали изображения: после резкого изменения яркости по строке на репродукции могут возникнуть повторы контуров деталей с постепенно убывающей ин­тенсивностью (ложные контуры). Если же колебательный процесс апериодичен, т.е. имеется только один первый выброс 6, то границы детали как бы подчеркиваются. Эти искажения называются «пла­стикой». В ряде случаев небольшая пластика может быть даже по­лезна, так как за счет подчеркивания границ деталей улучшается распознаваемость объектов.

Следует еще раз отметить, что существенное повышение четко­сти можно получить только за счет увеличения числа строк разложе­ния и расширения спектра ТВ сигнала /_в > б МГц (при соответствую­щем увеличении полосы пропускания канала связи), что практически реализуется только в специальных системах ТВЧ при z = 1000...3000 и /_в = nz²/2 — 15...150 МГц (для аналогового сигнала).

Для оценки четкости по горизонтали ТВ изображения использу­ются вертикальные штриховые миры с одним-тремя штрихами оди­наковой толщины d, а также многоштриховые миры с одинаковой или с плавно меняющейся по вертикали толщиной штрихов, Резкость воспроизведения вертикальных границ оценивается по осциллограмме длительности фронта сигнала от черно-белых прямоугольных элементов ТИТ.

Оценка четкости в вертикальном направлении с помощью гори­зонтальных штриховых мир затруднена муаром, возникающим из-за биений достаточно близких пространственных частот, которые обра­зуются дискретными структурами ТВ растра и штрихов миры. По­этому с помощью ТИТ ориентировочно оценивается только каче­ство чересстрочной развертки по искажениям наклонных линий. При слипании (сближении) строк четного и нечетного полей растра эти линии воспроизводятся в виде ступенчатых кривых.

14. Передача информации о цвете. Требования совместимости.

цветность каждого элемента изображе­ния не отличается от цветности соответствующего элемента ориги­нала, а отношение яркостей соответствующих элементов изображе­нии и оригинала является величиной постоянной для всех переда­ваемых цветностей, т.е.

этих условий определяется работой всех звеньев телевизионного тракта от света до света, структурная схема которого изображена на рис. он включает в себя передающую камеру, преобразующую воздейству­ющий световой поток F₀ в сигналы основных цветов Er, Eg, Ев, канал передачи этих трех сигналов и три кинескопа, преобразующие усиленные сигналы основных цветов в соответствующие световые по­токи Fr„, Fgи, Fbи, которые с помощью оптической системы совме­щаются в одно многоцветное изображение.

Передающая камера содержит светоделительную систему (СДС), которая разделяет световой поток отраженный от передаваемой сцены, на три составляющие: красную Fr_q, зеленую F_G0 синюю Fbo, образуя на фоточувствительной поверхности передающих тру­бок ЦТ три оптических изображения в основных цветах. Т о, телевизионная камера или любой другой датчик цветных теле­визионных сигналов, делает анализ изображения на отдельные элементы, и трехкомпонентный анализ элементарных излучений, отобра­жая каждый элемент передаваемой сцены электрическими сигнала­ми Er, Eq, Ев- Совокупность последних должна содержать каче­ственную и количественную характеристики каждого элементарно­го лучистого потока.

для телевизионного вещания, если тракт передачи цветоделенных сигналов от камеры к приемному устройству не изме­няет соотношение этих сигналов, удобно разлагать воздействующее на камеру излучение на такие же первичные цвета, из каких прием­ное устройство синтезирует воспроизводимое цветное изображение.

Основные цвета воспроизводящего приемного устройства полно­стью определяются спектральными характеристиками излучений его люминофоров. Для воспроизведения наибольшего многообразия цве­тов необходимо, чтобы на диаграмме цветности МКО треугольник с вершинами, соответствующими основным цветам кинескопа, охва­тывал наибольшую возможную площадь этой диаграммы. Однако чем ближе вершины треугольника лежат к локусу спектральных цве­тов, тем меньшую яркость дают основные цвета из-за малой полосы спектра излучения.

Вещательная система цветного телевидения должна обеспечи­вать:

1. Совместимость с системой черно-белого телевидения, под ко­торой понимается возможность высококачественного приема без по­мех черно-белым телевизионным приемником ЦТ программ в черно- белом виде. Принцип совместимости обеспечивает возможность одно­временного существования цветных и черно-белых телевизоров с пер­спективой постепенного вытеснения последних цветными. В связи с этим при разработке принципов построения систем цветного телеви­дения должны быть учтены параметры, стандарты черно-белого те­левидения. Основные параметры этого стандарта — частоты строч­ной и кадровой разверток и полоса частот, занимаемая телевизион­ным каналом связи.

Высокое качество цветовоспроизведения, которое оценивает­ся степенью соответствия ТВ изображения оригиналу. В телевиде­нии идеальным для верности цветовоспроизведения принято считать колориметрическую тождественность изображения оригиналу, озна­чающую. что цветность каждого элемента изображения не отлича­ется от цветности соответствующего элемента оригинала, а отноше­ние яркостей соответствующих элементов изображения и оригина­ла является величиной постоянной для всех передаваемых цветно- стей (см. $ 10.10).

Критерий колориметрической тождественности целесообразно использовать в ЦТ системах, предназначенных для научных целей при классификации объектов по их цветовым характеристикам, при телевизионной объективной колориметрии и т.д. В ТВ вещании, где колориметрическая точность воспроизведения цвета невозможна из- за известных ограничений, накладываемых воспроизводящим устрой­ством, а зритель лишен возможности сравнивать изображение с ори­гиналом, используют психологический критерий точности, учитыва­ющий, что восприятие цветности знакомых предметов является более критичным, чем незнакомых, что широко используется при опреде­лении допусков на отдельные параметры системы.

Дальнейшее совершенствование, развитие и расширение функ­циональных возможностей ТВ системы, включающих повышение ка­чества преобразования, обработки и передачи изображения, а. так­же передачу зрителю дополнительной информации с выводом ее на телевизионный экран