1-12 СИСТЕМЫ С ТЕЛЕВИЗИОННЫМ РАСТРОМ

Процесс преобразования хранящегося в буфере кадра растрового изображения в упорядоченный набор точек на телеэкране называется растровой разверткой. Сканируемый набор точек и частота воспроизведения основаны как на особенностях визуального восприятия, так и на принципах электроники. Системе визуального восприятия человека для рассмотрения элементов картинки требуется конечное время. Однако обеспечить впечатление непрерывности позволит только такой интервал, который настолько мал, что инерция зрительного восприятия перекроет мерцание. На мерцание влияет ряд факторов, включая яркость изображения и свойства конкретного люминофора, используемого для покрытия экрана ЭЛТ. Опыт показывает, что для практических целей минимальной скоростью вывода или изменения изображения является 25 кадр/с при условии, что минимальная скорость регенерации или воспроизведения в два раза больше, т. е. 50 кадр/с. Аналогичная ситуация имеет место и при демонстрации кинофильма. При этом показывается 24 кадр/с, но каждый кадр показывается дважды, и в результате получается эффективная скорость воспроизведения 48 кадр/с. Таким образом, для фильма скорость изменения равна 24 кадр/с, а скорость регенерации—48 кадр/с. В телевидении тот же эффект достигается с помощью метода чересстрочной развертки.

Телевидение использует метод растрового сканирования. В американской стандартной видеосистеме используются в совокупности 525 горизонтальных строк с кадровым, или видовым, отношением 4:3, т. е. высота видовой области равна трем четвертям ее ширины. Скорость воспроизведения, или смены кадра, составляет 30 кадр/с. Однако каждый кадр делится на два поля, каждое из которых содержит по половине картинки. Эти два поля чередуются или перемежаются. Они попеременно показываются через каждые 1/60 с. Одно поле содержит все строки с нечетными номерами (1,3,5,...), а другое — с четными (2,4, 6,...). Сканирование начинается в верхнем левом углу экрана с нечетного поля. Каждая строка в поле сканируется или представляется слева направо. В то время как электронный луч движется поперек экрана слева направо, он также перемещается вертикально вниз, но с намного меньшей скоростью. Таким образом, «горизонтальная» сканирующая строка в действительности немного наклонена. При достижении правого края экрана луч становится невидимым и быстро возвращается к левому краю. Такой горизонтальный возврат луча обычно занимает около 17% времени, отведенного для одной сканирующей строки. Затем этот процесс повторяется со следующей нечетной строкой. Так как половина от 525 равна 262.5 строки, то при завершении сканирования поля нечетных строк луч окажется в центре нижней строки экрана (рис. 1-34 и рис. 1-35). Луч после этого быстро переводится в центр верхней стороны экрана. Так осуществляется вертикальный перевод луча Для нечетного поля. Время, затрачиваемое на него, эквивалентно времени, затрачиваемому на сканирование 21 строки. Затем показывается поле четных строк, после чего луч оказывается в нижнем правом углу. Перевод луча для поля четных строк возвращает его в верхний левый угол, и весь процесс повторяется снова. Таким образом, показываются два поля для каждого кадра, т. е. 60 полей в секунду. Данный метод существенно уменьшает мерцание, так как глаз воспринимает частоту воспроизведения полей.

Рис. 1-34 Схема чересстрочной развертки для растра из семи строк. Нечетное поле начинается со строки 1. Штриховой линией обозначен горизонтальный обратный ход луча. Вертикальный обратный ход луча для нечетного поля начинается внизу в центре, а для четного поля — внизу справа.

Хотя в принятой в США стандартной видеосистеме предусмотрено 525 строк, на самом деле видимы только 483 строки, так как время, затрачиваемое на сканирование 21 строки, уходит на вертикальный перевод луча. В течение этого времени электронный луч невидим или отключен. Время, отпущенное на каждую сканирующую строку, легко подсчитывается для частоты воспроизведения 30 кадр/с:

1/30 с/кадр х 1/525 кадр/строка = 63,5 мкс/строка.

Рис. 1-35 Схема 525-строчного стандартного кадра.

Так как примерно 10,5 мкс расходуется на горизонтальный перевод луча, то вывод видимой части каждой строки должен быть завершен за 53 мкс. В строке при нормальном соотношении сторон видеообласти, равном 4:3, находятся 644 пиксела. Таким образом, время, отпущенное на считывание и вывод пиксела, равно

53 мкс/строка х 1/644 строка/пиксел = 82 нс.

Во многих растровых дисплеях, построенных на основе буфера кадра, применяется разрешение 512 пикселов на строку. Считывание и вывод пикселов при таком разрешении происходит примерно за 104 не. Аналогичные результаты получаются для 625-строчной видеосистемы с частотой воспроизведения 25 кадр/с, используемой в Великобритании и большинстве стран Европы.

Метод чересстрочной развертки не является абсолютно необходимым при выводе изображения, однако изображение без чередования строк будет несовместимым со стандартным телевизионным приемником. При отсутствии чересстрочной развертки придется для устранения мерцания увеличить частоту воспроизведения до 60 кадр/с, а это, безусловно, в 2 раза сокращает время для обработки пиксела. Более высокое разрешение по числу строк и количеству пикселов в строке также уменьшает это время; например, при разрешении 1024 х 1024 на считывание и вывод пиксела отводится в 4 раза меньше времени, чем при разрешении 512 х 512, — примерно 25 нс! В этом случае потребуется очень быстрая память для буфера кадра и такой же высокопроизводительный ЦАП.