§ 3.10. Выбор параметров разложения

Параметры разложения — активное число строк формат изображения частота кадров — определяют, с одной стороны, номинальную четкость (детальность) изображения, характеризуемую числом условных элементов а с другой — необходимую полосу пропускания в канале связи (3.8). Для исключения неоправданных требований к системе параметры разложения должны быть согласованы с характеристиками получателя информации — чаще всего зрительной системы человека.

При разложении на строк изображения высотой может воспроизвести в поперечном направлении не более светлых или темных полос шириной оси которых совмещены с осями строк. В этом случае оптимальное число строк в растре может быть определено условия (рис. 3.17, а)

связывающего угол поля зрения а, под которым наблюдатель рассматривает изображение высотой на расстоянии Н, с углом

зрения под которым видны оси двух соседних предельно узких светлых или темных полос:

Если превышает угол разрешения глаза полоски шириной оказываются визуально различимыми. В случае неразличимы.

Рис. 3.17. Определение оптимального числа строк (а, б) и кажущейси четкости изображении (в)

Условие (3.47) неоднозначно, так как углы могут принимать различные значения, зависящие от условий наблюдения. Угол определяется относительным расстоянием наблюдения сокращающимся по мере увеличения размеров телевизионного экрана. Оптимальное расстояние Н соответствует Угол разрешения глаза зависит от яркости, контрастности, резкости и цвета деталей изображения, от уровня и характера помех. При достаточной яркости, высокой контрастности и резкости черно - белого изображения угол достигает . С ухудшением качественных параметров изображения он может возрастать до 2—3.

На рис. 3.17, б представлена зависимость оптимального числа строк в растре от относительного расстояния наблюдения

и угла разрешения глаза При относительных расстояниях и угле оптимальное число строк в растре изменяется в пределах и существенно возрастает в случае дальнейшего уменьшения При среднем расстоянии наблюдения имеем строк.

Кажущаяся четкость изображения изменяется в значительно более узких пределах. Ее зависимость от номинальной четкости подчиняется закону Вебера—Фехнера (2.10). В частном случае, при активном формате изображения

Зависимость (3.48) представлена на рис. 3.17, в сплошными линиями при угле и трех значениях относительного расстояния наблюдения , которым соответствуют строк. При неизменных условиях наблюдения увеличение числа строк в растре сопровождается существенным улучшением кажущейся четкости лишь при малых Увеличение числа строк становится практически бесполезным. С другой стороны, с улучшением условий наблюдения и приближением зрителя к экрану повышение числа строк становится целесообразным и даже необходимым. Однако в силу логарифмической зависимости кажущаяся четкость достигает 0,9 уже при числе строк, примерно вдвое меньшем Дальнейшее ее повышение при удвоении числа строк и четырехкратном расширении спектра передаваемых частот до настоящего времени считалось неоправданным. Это и определило выбор стандартных значений числа строк для телевизионного вещания: 525 строк в американской системе и 625 строк в европейских системах. Здесь следует отметить, что Советский Союз был первой страной, в которой был принят стандарт разложения на 625 строк, принятый в дальнейшем многими странами.

При стандартизованных параметрах разложения с полным числом строк и потерями на время обратного хода по кадру активное число строк Тогда при кажущаяся четкость изображения достигает 0,88.

Если удвоение числа строк сопровождается относительно небольшими изменениями кажущейся четкости и общего представления о воспроизводимом на экране изображении, то одновременное четырехкратное увеличение номинальной четкости (штриховая кривая на рис. 3.17, в) существенно повышает различимость мелких деталей. Это безусловно оправдывает дальнейшее увеличение числа строк в телевизионном кадре.

В настоящее время все большую актуальность приобретают вопросы, связанные с разработкой ТВС с повышенной и сверхвысокой четкостью изображения. Назрела необходимость дальнейшего повышения четкости изображения в вещательном телевидении, увеличения размеров и формата экрана телевизионного приемника, создания видеотеатров с большими экранами. Разрабатываются

методы предъявления телезрителю новых видов информации, для чего требуется повышенная разрешающая способность системы, например для считывания цифробуквенной информации со страниц книг с обычным типографским шрифтом. В таком случае относительное расстояние наблюдения сокращается до 2—3 высот экрана и ТВС должна отображать детали, которые мог бы воспринимать в исходном оптическом изображении наблюдатель со средней разрешающей способностью зрения. Повышение четкости изображения необходимо для устранения заметности посторонних узоров — муаров, обусловленных биениями между строчной (точечной) структурой растра и мелкой структурой передаваемого изображения.

Действующий в СССР вещательный стандарт разложения на 625 строк был технически и экономически оправдан, что позволило создать мощную техническую базу телевидения. Однако стандарты с разложением на 525 и 625 строк достаточны лишь для передачи изображений с крупным планом. Они приемлемы для средних планов и совершенно неудовлетворительны при передаче изображений общих планов, содержащих мелкие детали. Четкость телевизионного изображения еще существенно отстает от четкости изображений на 35- и 70-мм фильмокопии. Для электронного кинематографа и постепенной замены кинопленки видеолентой необходимо более чем двукратное повышение четкости по горизонтали и по вертикали по сравнению с действующими стандартами.

Если в прикладном телевидении возможен многоэтапный переход с постепенным увеличением числа строк и четкости изображения, то в телевизионном вещании переход может быть только одноэтапным. При этом не обязательно соблюдать условия совместимости системы высокой четкости с действующими системами. На этапе сосуществования, который может продлиться довольно длительное время, смогут действовать обе системы одновременно и потребуется транскодирование телевизионных программ из одной системы в другую. В то же время, если число строк в новой системе будет кратно старому числу строк (525 или 625), то значительно упростится транскодирование сигналов.

В настоящее время для ТВС повышенной и сверхвысокой четкости и телевизионного кинематографа предлагается разложение на 1125—1250 и на 2625—3125 строк. Уже начаты эксперименты по разложению цветного телевизионного изображения на 1125 строк. И если первый вариант дает несколько меньший выигрыш, то второй дает уже существенное увеличение четкости, необходимое, в первую очередь, при уменьшении относительного расстояния наблюдения примерно до двух высот изображения, что соответствует условиям чтения книжного текста. В качестве мирового стандарта при телевизионном производстве широкоформатных кинофильмов для телевизионного кинематографа предлагается использовать разложение с вертикальной ориентацией строчной развертки.

При угле разрешения и уменьшении относительного расстояния наблюдения до угол поля зрения а возрастает

до строк. В таком случае удвоение числа строк по отношению к стандартному сопровождается наряду с четырехкратным увеличением полосы частот и номинальной четкости повышением кажущейся четкости с 0,78 до 0,87. Четырехкратное увеличение числа строк сопровождается повышением кажущейся четкости до 0,95, а номинальной четкости и полосы частот — в 16 раз.

Выбор активного формата изображения обусловлен большей подвижностью зрительной оси глаза в горизонтальном направлении. В новых системах горизонтальные размеры экрана предполагается расширить до формата широкоэкранного (7/3) или широкоформатного кинематографа. Однако такое увеличение приведет к большим потерям кадра при воспроизведении в системах с меньшим форматом изображения и к дополнительному расширению полосы частот. Компромиссным можно считать формат

Выбор частоты смены кадров в ТВС определяется превышением ею критической частоты мельканий и обеспечением слитности восприятия движущихся изображений. Однако критическая частота мельканий, при которой наступает слитное восприятие яркости свечения экрана, обычно существенно выше частоты смены кадров, достаточной для слитной передачи движения. Эта особенность зрения использована в кино, где световой поток от каждого кадра прерывается обтюратором дважды. Благодаря этому при передаче 24 кадров в секунду частота мельканий киноэкрана повышается до 48 Гц.

Чересстрочная развертка в телевидении, при которой каждый кадр передается за два поля, одно из которых содержит все нечетные строки, а второе — все четные строки, позволяет выбрать частоту полей выше критической частоты мельканий и одновременно снизить частоту кадров в два раза, до еще достаточной для слитной передачи движения. Тем самым в два раза сокращается и необходимая полоса частот в канале связи.

Если частота полей кратна частоте сети переменного тока, то все наводки магнитных и электрических полей, пульсации напряжений источников питания и помехи промышленной частоты сети оказываются на изображении неподвижными, а вследствие этого и менее заметными. Это обстоятельство предопределило выбор частоты полей равной частоте сети, а в связи с различием частот сети привело к различию частот полей: Гц в европейских и Гц в американской вещательных ТВС. В таком случае частота кадров (25 и 30 Гц соответственно) оказывается еще достаточной для слитной передачи движения. Однако с выходом за пределы единой энергосистемы требование кратности частоты полей частоте питающей сети в настоящее время потеряло силу.

В чересстрочном растре с двумя полями в кадре появляются межстрочные мелькания, обусловленные различной яркостью свечения строк последовательно воспроизводимых полей. Однако с оптимального расстояния они оказываются малозаметными,

поскольку наблюдаются под углом зрения, примерно в два раза меньшим углам разрешения . Дальнейшему увеличению числа полей в кадре при условии сохранения неизменной частоты полей препятствует увеличение времени передачи кадра и, как следствие, ухудшение условий передачи движущихся изображений, а также увеличение углов, под которыми наблюдаются межстрочные мелькания, и изменение их характера. При числе полей в кадре межстрочные мелькания воспринимаются визуально в виде скольжения строк в растре по направлению вверх, если дробная часть строки в поле или вниз, если

При стандартизованных параметрах разложения с полным числом строк в кадре и активным числом строк потерях на время обратного хода по строкам и по кадрам чересстрочном разложении с двумя полями с частотой кадров/к и при активном формате изображения необходимая полоса пропускания в канале связи достигает 7,3 МГц. Однако вещательными стандартами стран, использующих, например, разложение на 625 строк, предусмотрено дальнейшее сокращение полосы частот в яркостном канале до 5—6 МГц. Вызванное этим сокращение продольной разрешающей способности вещательной ТВС обусловлено тем, что поперечная разрешающая способность ту в силу дискретности поперечного разложения достигает своего предельного значения, равного активному числу строк лишь при условии совмещения осей строк и передаваемых горизонтальных полос. В случае относительного сдвига их осей по вертикали всего на половину шага разложения 6 поперечная разрешающая способность ТВС падает в два раза, до Искусственным сокращением полосы частот в канале связи достигается уравнивание продольной и поперечной разрешающей способности ТВС.

При значительном увеличении числа строк лишь одновременное увеличение высоты и формата изображения дает адекватное улучшение качества, повышает эмоциональное воздействие на зрителя, вызывают «эффект присутствия», а на некоторых сюжетах — подобие стереоэффекта. С учетом размеров современных жилых комнат рекомендуется увеличивать высоту экрана до а диагонали изображения до при формате от 5/3 до 6/3, близком формату широкоформатного кинематографа.