В 1948 году в СССР был принят стандарт телевидения (625 строк и 25 кадров в секунду). Затем этот стандарт стал общеевропейским.
Почему было выбрано 625 строк?
Чем больше строк, тем более четким будет изображение, тем меньшие детали изображения можно рассмотреть. Нужно ли стремиться к возможно большему количеству строк, или можно установить какой-то предел? В первых электронных телевизионных системах число строк составляло 300 — 400, а затем было увеличено. В стандарте США до 525, в стандарте СССР до 625, а в стандарте Франции даже до 819. Означает ли это, что французы наслаждаются самым качественным изображением, а американцы должны чувствовать себя обделенными?
Требуемое количество строк определяется разрешающей способностью глаза по угловым координатам (предельным углом зрения), то есть минимальным углом, при котором соседние строки будут различаться глазом. Предельный угол зрения примерно равен 1. Давайте подсчитаем, сколько строк N должно быть на экране высотой h, чтобы с расстояния l строки были неразличимы. Так как предельный угол зрения очень мал, то расстояние между строками а = l, где измеряется в радианах.
Краткая история ТВ: от экспериментов Розинга до цифрового вещания
С другой стороны а = h/N, так как на экране высотой h умещается N строк. Отсюда l = h/N и N = h/l. Примем высоту экрана равной 40 см, а расстояние, с которого мы смотрим телевизор 3 м. Тогда N = 0,4/(3*2,9*10 -4 ) = 460. Этому условию удовлетворяют и американский и отечественный стандарты.
Мы определили нижнюю границу числа строк, а чем же определяется верхняя граница? Ведь чем выше четкость, тем лучше качество изображения. Оказывается, число строк связано с шириной спектра телевизионного сигнала и, соответственно, с требуемой полосой радиоканала. А увеличение полосы радиоканала нежелательно.
Найдем длительность, которую занимает элемент изображения в видеосигнале. Что понимать под элементом изображения, если вдоль строки яркость свечения экрана изменяется плавно?
Рассмотрим следующий рисунок.
Из него видно, что размер элемента изображения по вертикали равен ширине строки. Чтобы четкость изображения по вертикальному и горизонтальному направлениям была одинаковой, целесообразно взять размеры элемента изображения одинаковыми по горизонтали и по вертикали. Но количество элементов по вертикали равно числу строк, то есть 625. Значит, при принятом сейчас формате телевизионного изображения (отношения ширины экрана к высоте) 4:3 вдоль строки уложится 625 : (4/3) 800 элементов.
Длительность строки определим исходя из инерционности зрения.
Из за инерционности зрения мы воспринимаем движение непрерывным и не замечаем мелькания отдельных кадров, если кадры сменяются быстрее 50 раз в секунду. Итак, если за 1/50 с прочертить на экране все строки растра, то можно увидеть слитное изображение без мелькания. Подсчитаем время, необходимое для развертки одной строки. Оно равно 1/50/625 = 32*10 -6 с = 32 мкс.
Таким образом, длительность одного элемента равна 32/800 = 0,04 мкс.
Сколько потребляет телевизор?
При самом быстром изменении изображения яркость соседних элементов должна быть противоположной, как показано на рисунке.
Тогда на строке уместится 400 периодов изменения яркости. Таким образом, длительность одного периода равна 32 : 400 = 0,08 мкс и частота колебаний самого высокочастотного процесса в сигнале изображения fВ = 1/T = 1/0,08*10 -6 = 12,5*10 6 Гц = 12,5 МГц. Это верхняя граница спектра сигнала изображения или ширина спектра.
В первых приемниках использовалась последовательная развертка одной строки изображения за другой, которую называют построчной или прогрессивной. Позже стала применяться чересстрочная развертка. Переход к такой развертке был, прежде всего, обусловлен тем, что вдвое уменьшалась ширина спектра сигнала изображения.
При чересстрочной развертке весь растр, состоящий из 625 строк, прочерчивается на экране кинескопа в два приема. Сначала за время, равное 1/50 с, воспроизводятся лишь нечетные строки: 1-я, 3-я, 5-я и т. д. При этом укладываются строки на тех же местах, где они должны располагаться при построчной развертке.
Эта часть растра, состоящая из нечетных строк, называется полем нечетных строк, или нечетным полукадром (см. рисунок ниже). Обратите внимание на то, что последняя нечетная строка, 625-я, прочерчивается только до середины (до точки Б). Таким образом, нечетный полукадр начинается с левой верхней точки кадра (точка А) и заканчивается в середине нижней строчки кадра (точка Б). Следовательно, нечетный полукадр содержит половину общего числа строк, т.е. 312,5.
Из точки Б (конец нечетного полукадра), электронный луч быстро переводится в точку В, лежащую на одном уровне с точкой А — началом первой нечетной строки. При этом луч попадает на середину верхней кромки изображения. Начиная с точки В, луч проходит четные строки, предварительно закончив 625 строку наверху.
Совершив обратный ход и попав в точку Г, луч оказывается в начале второй (четной) строки и прочерчивает 2-ю, 4-ю, 6-ю и т. д. Прочертив все четные строки до 624-й и попав в точку Д, луч опять совершает обратный ход по линии ДА. Так формируется поле четных строк или четный полукадр. На приведенном рисунке переход лучей из одного полукадра в другой показан условно по штриховым линиям БВ и ДА. На самом деле движение луча происходит по более сложной траектории, так как во время обратного хода по кадрам продолжает подаваться развертывающее напряжение по строкам.
Легко видеть, что если наложить оба полукадра друг на друга то получится полный растр из 625 строк, как и при построчной развертке. Это происходит потому, что во время формирования четного полукадра строки ложатся точно посредине между строками нечетного полукадра.
Отметим еще, что строки во время прямых ходов располагаются не строго по горизонтали, а несколько наклонены. Но практически, поскольку число строк велико, этот наклон не заметен и на качество изображения не влияет, так как в передающей камере строки растра наклонены точно так же.
Итак, в течение каждой 1/50 доли секунды на экране кинескопа возникает ровно половина числа строк всего растра — 312,5. Весь растр образуется за 1/25 с. Что же достигается такой разверткой, которая, как мы видим, сложнее построчной? Так как все 625 строк теперь формируются за 1/25 с, то длительность одной строки будет в два раза больше, чем при построчной развертке.
Соответственно длительность элемента изображения равна уже не 0,04, а 0,08 мкс. Благодаря этому ширина спектра сигнала изображения сокращается вдвое и составляет 6,25 МГц. В то же время мелькания изображения не происходит, так как каждый из полукадров создает на экране кинескопа свое световое поле, так что общее число таких полей яркости остается равным 50 в 1 секунду. Четкость изображения при чересстрочной развертке остается такой же, как и при построчной. Это объясняется тем, что четные строки располагаются между нечетными, а вследствие инерционности зрения и те и другие видны одновременно.
Источник: studbooks.net
Число строк и полоса частот в телевидении
Четкость телевизионного изображения принято характеризовать числом строк, на которое оно делится. Это число часто называют стандартом четкости.
В начале 30-х годов у нас было 30-строчное телевидение. В конце 30-х годов, после перехода с механического телевидения на электронное, Ленинград вел передачи с разбивкой изображения на 240 строк, а Москва — на 343 строки.
При возобновлении телевизионных передач после Великой Отечественной войны Ленинград применил іразбивіку на 441 строку, а Москва — на 625 строк. Вскоре разбивка изображения на 625 строк была закреплена как Всесоюзный стандарт, обязательный для всех наших телевизионных передатчиков. Этот стандарт четкости — один из самых высоких в мире.
Но следует отметить, что одно только число строк не характеризует полностью четкость телевизионной передачи. Число строк определяет вертикальную четкость, т. е. то количество отдельных элементов, которое может содержать на экране телевизора вертикальная линия. Четкость же (или разрешающая способность) по горизонтали — число элементов, которое может содержать строка изображения, зависит от полосы частот, излучаемой передатчиком и воспроизводимой приемником.
У нас принят формат изображения 4X3, т. е. длина изображения больше его высоты в 1,33 раза. Этот формат соответствует стандарту, принятому в кино; он приятен для глаза.
Номинальный размер того растра, который чертит элемент разложения, больше рассматриваемого изображения, так как в конце каждой строки и каждого кадра передаются специальные сигналы, используемые для затемнения обратного хода луча передающей и приемной электронно-лучевых трубок, а также для синхронизации разверток в передатчике и приемнике.
Строчный затемняющий импульс длиннее кадрового, вследствие чего фактический формат растра отличается от номинального формата изображения (формата кадра) и равен приблизительно 1,47.
По вертикали телевизионное изображение разбивается на 625 строк. Если считать, что каждый элемент изображения должен представлять собой квадратик со стороной, равной ширине строки, то число элементов в строке будет:
а всего изображение будет состоять из 625 * 920=580 ООО элементов. Видно же будет в пределах кадра 575 Х 765=440 000 элементов.
У такого изображения четкость по вертикали и горизонтали будет одинаковой. Определим длительность передачи одного элемента. Для этого нам .надо знать, сколько времени уходит на прочерчивание одной строки.
По действующему у нас стандарту телевизионное изображение делится на 625 строк; в секунду передается 25 кадров. Следовательно, в секунду электронный луч прочерчивает
25*625=15 625 строк.
Продолжительность прочерчивания одной строки составляет:
1:15 625= 0,000064 сек=64 мксек.
Следовательно, продолжительность передачи одного элемента изображения равна:
64 : 920=0,07 мксек.
Если один из двух квадратиков изображения, лежащих рядом на строке, белый, а другой — черный, то ток, модулирующий телевизионный передатчик, должен измениться от минимума до максимума за время передачи двух элементов. Следовательно, частота этого тока должна быть:
А так как излучаемая -передатчиком полоса частот определяется высшей модулирующей частотой, то полоса телевизионной передачи должна составлять 7 Мгц.
Наши современные телевизоры пропускают полосу около 5 Мгц. Нетрудно подсчитать, что при такой полосе время передачи одного элемента составит не 0,07 мксек, а
При такой длительности передачи одного элемента в строке содержится:
При этом разрешающая способность по горизонтали будет составлять приблизительно 640:1,47=440 линий.
Это и есть приблизительное число линий, которое определяется по вертикальному клину испытательной телевизионной таблицы, т. е. фактическая четкость изображения по горизонтали.
При полном использовании стандарта горизонтальная строка изображения должна состоять из 920 элементов, фактически же при полосе 5 Мгц она состоит всего из 640 элементов, а все изображение вместо 580 000 элементов состоит из 625 * 640= 400 000 элементов.
Ниже помещена таблица, в которой приведены приближенные значения четкости по горизонтали и общее число элементов в изображении при различных полосах частот.
Из таблицы видно, что если, например, число строк, определенное по вертикальному клину испытательной таблицы, равно 420, то полоса частот, воспроизводимая телевизором, составляет примерно 4,75 Мгц.
Таким образом, четкость телевизионных изображений определяется не только числом строк, но и полосой частот. Первое характеризует четкость по вертикали, а вторая — по горизонтали. При данном числе строк четкость по горизонтали тем выше, чем шире полоса частот.
Естественно, что ширина пропускаемой полосы частот зависит не только от телевизора, но и от антенны. Лучшие телевизионные антенны поэтому и называются широкополосными.
Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.
Источник: radiolamp.net
О телевещании
С периодичностью раз в несколько месяцев знакомые мальчики и девочки, не сильно разбирающиеся в цифровых технологиях, форматах и т.д. задают мне, как в некотором роде дипломированному специалисту-телевизионщику, примерно одни и те же вопросы.
У подавляющего большинства людей в нашей стране в квартире до сих пор стоят самые обычные телевизоры, в которые воткнута самая обычная антенна. Да, они где-то что-то слышали про то, что счастье уже близко и грядет какое-то там цифровое телевидение.. но о том, что это такое, знают не все.
Вопросы в духе:
«Почему всё чаще на экране черные полосы сверху и снизу? У меня телевизор и так маленький, а тут из-за полос еще пол-картинки съедается.»
«Купил себе большой дорогой телевизор 42″, в магазине всё было «вау», дома включил — а на экране какое-то мыльное гамно. Всё нечеткое, размазанное, на старом было лучше.»
Но больше всего возмущений я услышал во время последней олимпиады в Ванкувере. В первую очередь, это были претензии к графике. Графика стала мельче, фамилии спортсменов и время хрен разглядеть. Даже на большом телевизоре всё какое-то мыльное. И вывод отсюда: канадцы дураки, сделали хрен знает чё.
А канадцы тут как раз ни при чем.
Попробую объяснить максимально простым языком, почему так получилось. Те, кто и так знают, могут дальше не читать.
Итак. Что мы понимаем под «качеством» телевизионной картинки, и из чего оно складывается? Яркость, цвет, плавность, чёткость. К первым трем претензий у обывателя обычно нет, поэтому будем говорить только о чёткости. От чего она зависит? От количества горизонтальных строк на экране.
Чем больше строк, тем выше четкость. Не будем углубляться и оставим в покое интерлейсную и прогрессивную развертки. Просто посчитаем строки.
В начале 20 века первые экспериментальные телевизоры имели всего около 20 строк. Со временем количество строк увеличивалось, в итоге появились два самых распространенных стандарта телевещания:
525 строк (видимых ~486) — Америка, Япония,
625 строк (видимых ~576) — Европа, Россия, Китай и др.
Почему строк придумали именно 525/625, а не 1000 или 2000?
Причин несколько:
1. На небольшом телевизоре шибко много строк и не нужно — с чёткостью и так всё в порядке.
2. Производить большие телевизоры и делать строк больше было очень дорого. Больше строк = больше точек на экране = меньше времени лучу ЭЛТ-телевизора на создание одной точки (т.е. импульсы должны быть короче) — технически сложно. В то время и маленький телевизор стоил недешево.
3. Чтобы мы увидели картинку на экране телевизора, её нужно сначала на этот телевизор передать. Эфирное наземное аналоговое вещание (т.е. «по воздуху», т.е. вот антеннка у нас стоит в квартире или на крыше дома) предполагает передачу сигнала при помощи радиоволн в диапазоне 47-862 Мгц. Чем больше строк, тем шире должна быть полоса частот, чтобы картинку передать.
Для того, чтобы передать 525/625 строк, требуется полоса ~4-6 МГц. Прибавим к этому цвет и звук — получим полосу одного телеканала ~8 МГц. Таким образом, в выделенный под телевидение диапазон даже теоретически влезает (862-47)/8 = 100 телеканалов. Немного. Увеличив число строк, придется увеличить и ширину полосы => количество каналов будет еще меньше.
Таким образом, было выбрано оптимальное количество строк, при котором достигается нормальная чёткость, цена телевизора и некоторый запас диапазона под новые телеканалы. С таким телевидением мир жил несколько десятилетий. Хотя то самое телевидение высокой четкости (которое HDTV) японцы придумали почти 50 лет назад. Просто передать и показать такую картинку в то время получалось нереально дорого.
Потом появились ЖК-телевизоры, стоимость которых снижалась, а размер экрана увеличивался. Появились цифровые технологии, способы цифровой модуляции и сжатия данных. И проблема передачи и показа картинки >625 строк исчезла. А потому был разработан набор новых стандартов вещания — HDTV. Здесь строк уже 720 или 1080, что сильно увеличивает чёткость картинки.
Почти все современные телевизоры (а также компьютерные мониторы) способны отобразить такое количество строк.
Весь мир медленно, но верно переходит на этот стандарт. Уже 10 лет как. Тысячи телеканалов по всему миру уже вещают в HDTV. Россия же как обычно опаздывает и продолжает вещать как раньше (цифровое вещание уже кнш начали, но до масс оно еще не дошло). Поэтому картинка 1080, транслируемая из-за рубежа превращается на российском ТВ всё в те же 625 строк.
А на практике даже не 625, а гораздо меньше. Ведь помимо количества строк изменилось и соотношение сторон кадра. Если раньше оно было 4:3, то теперь 16:9. Отсюда кстати и появляются черные полосы сверху и снизу на обычном (4:3) телевизоре. Т.е. считаем: было у нас 625 строк, из которых видимых только 576, теперь еще сверху/снизу черные полосы, и реальных строк у нас осталось всего 432.
В то время как должно быть 1080.
И дальше уже неважно, какой большой телевизор мы купим. Хоть 2 метра диагональ. Хоть он трижды Full HD. При включении в него обычной антенны мы увидим всё те же 432 строки, просто они растянутся на весь экран. Это как цифровой зум.
Чётче изображение не станет, мы будем всё так же с трудом читать графику с канадской олимпиады. И канадцы в этом не виноваты. Потому что они-то вещают в 1080 строк. И весь продвинутый мир видит эти 1080 строк и получает кайф. На 1080 строк графика абсолютно чёткая и достаточно крупная на большом телевизоре.
И нет смысла делать её крупнее, наоборот — уменьшили и освободили кучу полезного места на экране.
А мы включили у себя тут канал «Россия-2» и увидели 432 строки, на которых, понятное дело, ни хрена видно.
P.S. На HD-вещание Россия перейдет к 2015 году, как обещается. Поэтому тем, кто не планирует смотреть HD на blu-ray, подключать спутниковое и прочее цифровое ТВ, а собирается довольствоваться обычной аналоговой антенной, пока нет смысла покупать телевизор с диагональю больше 30″. Дабы не расстраиваться убогости картинки (у меня ящик 26″ и даже на таком размере уже видна убогость). Впрок покупать тоже не надо: к 2015-му году телевизоры будут в 2 раза круче и в 2 раза дешевле.
Источник: lekzet.livejournal.com