Параметры системы телевидения высокой четкости

Телевидение высокой четкости

ЛЕКЦИЯ 23. ТЕЛЕВИДЕНИЕ ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА

В лекции будут рассмотрены цифровые стандарты и телевидение высокой четкости, в частности параметры системы ТВЧ, экспериментальные системы ТВЧ, перспективы ТВЧ спутникового вещания, передача ТВЧ сигналов по ВОЛС.

Литература [14-16, 18].

Ключевые термины: Телевидение высокой четкости. Цифровые стандарты.

Cистема телевидения высокой четкости (ТВЧ) — это система, предназначенная для наблюдения с расстояния около трёх высот изображения, причем данная ТВ система фактически или почти обеспечивает ясность деталей, которые различимы в исходном сюжете для наблюдателя со средней остротой зрения. Обычно при этом имеются в виду улучшение четкости по горизонтали и вертикали в отно­шении примерно 2:1, улучшенное воспроизведение цветов прежде всего благодаря расширению полос частот сигнала яркости и цветоразностных сигналов, разделение цветоразностных сигналов и сигнала яркости по спектрам или временам, формат кадра порядка 5:3(до 2:1), многока­нальное звуковое сопровождение с высоким качеством воспроизведе­ния. Желательное количество строк разложения лежит в пределах 1000...2000. Наиболее благоприятное отношение чересстрочной развер­тки 2:1, хотя имеются веские соображения в пользу применения прогрес­сивной развертки.

Частотные характеристики зрительной системы человека, наблю­дающего ТВ изображение, имеют характер ФНЧ как по пространству, так и по времени, т.е. глаз не различает мелких деталей и не ощущает мерцаний высокой частоты. Поэтому требуемые параметры ТВ сис­темы, включая число строк разложения z, частоту кадров f_k полосу частот видеосигнала f_в, определяемые при установленных условиях наблюдения изображения, можно найти исходя из характеристик зри­тельного аппарата. В табл.25.1 приведены некоторые технические параметры ТВ систем, определённые исходя из характеристик визуального аппарата человека, при различных расстояниях наблюдения, которое выражено в виде величины, кратной высоте воспринимаемого изображения. Параметры системы с повышенным числом строк разложения определены для формата 5:3 и чересстрочной развертки 60/30 Гц.

Таблица 25.1

Из таблицы видно, что оптимальное расстояние наблюдения для действующего стандарта 525 строк (NTSC) составляет около 7h. По­нятно, что при наблюдении с расстояния меньше 7h изображение воспринимается как малодетальное и нечеткое.

Расстояние наблюдения. Проведенные исследования показали, что при сокращении расстояния наблюдения и соответственно расши­рении поля зрения в горизонтальном направлении происходит психо­логическое слияние пространства наблюдателя с пространством сис­темы показа изображения, появляется чувство глубины и обеспечивается "эффект присутствия", который начинает проявлять­ся при углах зрения порядка 20...30⁰. Однако существуют определен­ные ограничения по физиологии зрительного аппарата, связанные с восприятием движущихся объектов в ТВ сюжетах, особенно при пано­рамировании. Визуальный аппарат человека не способен воспринять слишком быстрое перемещение объекта с близкого расстояния, на­блюдения. Испытания, проводимые с кинофильмами и ТВ изображе­ниями в целях определения относительного расстояния для просмот­ра движущихся изображений, показали, что расстояние для длительного просмотра изображений с быстрыми перемещениями объектов (со скоростью 20...30 град/с и выше) должно составлять приблизительно 4h для того, чтобы зритель не испытывал усталости, но так как изображения с быстрыми перемещениями занимают не­значительный процент в общем объеме телепередач, для систем ТВЧ принимается расстояние наблюдения около Зh. Изображения более статичного характера могут наблюдаться с более близкого расстоя­ния.

Число строк и формат изображения. При оценке требуемого числа строк обычно исходят из условия слияния строчной структуры на заданном расстоянии наблюдения. Для расстояния наблюдения око­ло Зh, как видно из табл.25.1, требуемое число строк разложения составляет 1125... 1240, что практически вдвое превышает число строк, используемое в настоящее время в стандартных 525- и 625-строчных системах вещательного ТВ. Как показали эксперименты, качество и достоверность восприятия изображения растут с увеличением площади экрана и имеют максимум при форматах кадра 5:3 и 2:1.

Перемежение и частота кадров. При исследованиях по выбору необходимого перемежения для системы ТВЧ делались попытки ис­пользовать в таких системах более чем двукратное перемежение строк. Однако экономия в полосе частот видеосигнала не оправдыва­лась существенными искажениями изображения в виде дрейфа строк и межстрочных мерцаний. Наилучший результат дает стандартный способ двукратной чересстрочной развертки, однако из-за известных недостатков такого разложения общее качество изображения по субъективной оценке снижается на 30 % по сравнению с построчной разверткой при том же числе строк. Действительно, в ТВ системе, имеющей z строк разложения при m-кратной чересстрочной разверт­ке, полный ТВ кадр изображения в зрительной системе человека об­разуется путем наложения т ТВ полей. Это означает, что малые по высоте детали изображения воспроизводятся с частотой в т раз ниже частоты полей. В результате ТВ изображение при чересстрочной раз­вертке по качеству уступает изображению от построчной, и обуслов­лено это временными характеристиками зрительной системы человека. На основании этого был сделан вывод, что для достижения того же качества при чересстрочной развертке число строк должно быть при­мерно в 1,4 раза больше, чем при построчной. При наличии в ТВ приемнике памяти на кадр или поле можно преобразовать чересст­рочный стандарт разложения принимаемого изображения в построч­ный и повысить качество воспринимаемого изображения, ие увеличи­вая полосу частот для передачи сигнала этого изображения. Эта система в Японии получила название "система повышения детальности с преобразованием кадров" (Frame Conversion Fineness, Enhanced System — FCFE).

Частота полей в системе ТВЧ определяется с учетом заметности мерцаний и обеспечения плавности передачи движения. Число полей, необходимое для воспроизведения плавности движения, увеличивается пропорционально скорости движения. Однако быстрых движений зрительная система человека не воспринимает.

Известно, что частота полей 45 Гц достаточна для немелькающего воспроизведения плавных движений, со скоростью около 20 град/с (физиологический предел восприятия). Если можно было бы обеспе­чить постоянство свечения элементов воспроизводимого изображения на экране в течение всего поля, то частота 45 Гц была бы вполне достаточна. Но для обычного цветного воспроизведения с перемен­ным свечением (кинескоп) при максимальной яркости изображения (300 кд/м) требуется частота полей значительно выше. В порядке обсуждения параметров будущего стандарта ТВЧ предлагается уве­личивать частоту полей до значений 70...80 Гц [7]. Однако наиболее вероятно сохранение частот полей 60 Гц (США, Япония) или 50 Гц (Европа) в будущих двух основных проектах стандарта ТВЧ.

Необходимо отметить, что в системе ТВЧ существенно меняется соотношение в полосах частот, отводимых для первичных сигналов яркости и двух сигналов цветности. В существующих стандартных системах цветного вещания (PAL, SECAM, NTSC) отношение полос частот сигналов яркости и цветности не больше чем 4:1, что было обосновано меньшей разрешающей способностью зрительной систе­мы человека при анализе мелких цветных деталей на оптимальном расстоянии рассматривания. Однако требования к параметрам сис­темы ТВЧ более высокие, поэтому отношение полос частот сигналов яркости и цветности в системе ТВЧ должно быть уменьшено до 3: Гили 2:1. Это позволит уменьшить разницу в восприятии мелких контраст­ных деталей цветного изображения и реальных сюжетов, а также значительно улучшить качество видеосигнала с блока рирпроекции в студийном комплексе, в котором будет использоваться более широко­полосный сигнал синего фона.

В настоящее время при значительных расхождениях в выборе ос­новных параметров ТВЧ достигнута одинаковая оценка необходимой полосы частот видеосигнала. С учетом максимальной величины Келл-фактора считается достаточной полоса частот яркостного сигнала в 30 МГц и по 15 МГц для цветоразностных. Объем информации только по яркостному каналу в 5...6 раз превосходит объемы сообщений в стандартных системах SECAM или PAL. При этом необходимо ис­пользовать такие методы формирования полного сигнала ТВЧ, кото­рые обеспечили бы минимум взаимных перекрестных искажений в яркостном и цветоразностных сигналах.

Дата добавления: 2014-01-06