Принципы построчной и чересстрочной разверток

Основополагающим принципом действия телевизионной системы является принцип последовательной передачи изображения по элементам.

Процесс последовательного преобразования яркостей элементов оптического изображения в электрические сигналы или обратный процесс называется разверткой изображения.

В вещательных ТВ системах развертка изображения происходит в передающих трубках одновременно с процессом фотоэлектрического преобразования. Наиболее часто применяется построчная (например, в мониторах) и чересстрочная (в ТВ приемниках) развертки.

Растром называется совокупность строк, приходящихся на один кадр. Кадр – это изображение, содержащее полное количество элементов, на которое оно разлагается в процессе электрооптического анализа.

Телевизионное изображение, получаемое за период кадра, состоит из совокупности (до сотен тысяч) элементов – минимальных площадок, различаемых и воспроизводимых ТВ системой.

Оптическое изображение фотоэлектрическим преобразователем сначала 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 кинескопа.

К разверткам на передающей и приемной сторонах предъявляются следующие требования:

Их закон должен быть одинаков, иначе появятся координатные искажения воспроизводимого изображения.

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. Если же частоты разверток равны, но 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. 1, а). Быстрый возврат развертывающего элемента справа налево и снизу вверх происходит во время обратного хода разверток. Сумма времени прямого и времени обратного хода составляет период развертки, причем период строчной развертки намного меньше периода кадровой развертки.

Элементы изображения на передаче и приеме будут иметь одинаковые координаты в пределах растров (рис. 1, б), если по ТВ каналу будет передаваться не только видеосигнал, но и дополнительный (служебный) сигнал – сигнал синхронизации приемника, содержащий импульсы синхронизации строчной и кадровой частот. Обычно оба эти сигнала совмещаются, а в приемнике разделяются по уровню. Совмещенный сигнал называют полным сигналом яркости.

Рис..1. Линейно-строчная развертка:
а – принцип линейно-строчной развертки; б – синхронизация разверток

Развертка растра в непрерывной последовательности строк (1-я, 2-я, 3-я и т.д.) называется построчной или прогрессивной (рис. 2, а).

Развертывающий элемент движется по горизонтали с постоянной скоростью, прочерчивая строку растра, и одновременно смещается по вертикали, так что к исходу строки он сместится вниз относительно ее начала на h/z, где h – высота растра, z – количество строк в растре, т.е. на ширину одной строки. Быстро возвращаясь к началу строки, развертывающий элемент займет положение, соответствующее началу второй строки и т.д.

Периоду кадровой развертки Т_к соответствует целое число периодов строк Т_z.

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 ТВ сигнала, прямо пропорциональна числу передаваемых в секунду кадров, их число необходимо ограничивать.

Рис. 2.. Образование чересстрочного растра:
а – построчная развертка; б - чересстрочная развертка

Избыточность числа кадров в ТВ передаче изображений устраняется путем применения чересстрочной развертки, сущность которой заключается в том, что полный кадр изображения развертывается 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 f_{к р}, обеспечивает восприятие изображения без мельканий, при этом скорость передачи информации снижается вдвое. В ТВ вещании приняты номинальная частота полей – 50 Гц и номинальная частота кадров – 25 Гц.

При чересстрочной развертке в качестве исходного принят растр с нечетным числом строк (рис. 2, б) и уменьшена вдвое скорость развертки по горизонтали. В каждом поле получится нецелое, вдвое меньшее число строк (рис. 2, б), а 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.

Для формирования чересстрочной развертки должны быть обеспечены следующие условия:

нечетное число строк в кадре;

жесткая связь частот развертки по строке f _z и по кадру, обеспечивающая в каждом поле целое число строк с половиной строки.

Эти условия выполняются при формировании частот горизонтальной и вертикальной разверток от общего задающего генератора путем деления частот.

Чересстрочная развертка, кратность которой равна 2:1, применяется во всех системах вещательного ТВ для сокращения полосы частот ТВ сигнала.

В последние годы увеличились размеры экранов телевизоров, значительно возросли яркость, контраст и четкость изображения. В этих условиях сильнее стали проявляться недостатки чересстрочной развертки – мелькания изображения с частотой полей и мелькания отдельных строк четного (или нечетного) поля с частотой 25 Гц. Мелькание с частотой полей стало особенно заметно на новых кинескопах с повышенной яркостью, предназначенных для работы в условиях большой внешней засветки. Это явление усугубляется тем, что зрители часто наблюдают изображения на малом расстоянии от экрана, т.е. под большим углом зрения, когда в процесс наблюдения вовлекаются периферийные участки сетчатки глаза, обладающие меньшей инерционностью к световому возбуждению.

Мелькания отдельных строк поля хорошо заметны на горизонтальных границах и наклонных структурах изображения, особенно при наблюдении буквенно-графической информации с близкого расстояния. Эти искажения приводят к уменьшению реальной четкости изображения по вертикали. Так, установлено, что 625-строчное изображение с построчной разверткой эквивалентно примерно 900-строчному изображению с чересстрочной разверткой.

Дата добавления: 2015-05-26