Развертка изображения. Чересстрочная развёртка.

При поэлементной передаче изображения возможны различные способы развертки. Выбор того или иного способа определяется, в первую очередь, назначением системы. Кроме того, существуют и общие требования к развертке. Основные из них формулируются следующим образом.

1. Развертка должна производиться с минимальным временем на обратный ход (время перехода от опроса N элемента к опросу первого элемента). Увеличение этого времени приводит к росту верхней граничной частоты спектра сигнала или к потере четкости).

2. Скорость развертки по возможности должна быть постоянной. Непостоянство скорости приводит к специфическим искажениям изображения.

Развертка при передаче и приеме должна производиться по одинаковому закону, должна быть синхронной и синфазной.

Указанные требования в ряде случаев являются противоречивыми, поэтому при реализации развертывающих устройств в каждом случае учитываются наиболее существенные требования, исходя из назначения и условий практического использования системы передачи информации.

Возможны различные варианты разверток. В качестве примера рассмотрим некоторые из них (рис.2.1)

Одной из простейших является спиральная развертка (рис.2.1а). Однако, при неизменной угловой скорости развертки линейная скорость развертывающего элемента пропорциональна расстоянию до центра изображения. Следовательно, для обеспечения постоянства линейной скорости, что важно с точки зрения спектрального состава сигнала, угловая скорость должна быть переменной.

При зигзагообразной развертке вид растра имеет вид, представленный на рис.2.1б. При этом траектория направления разверток от строки к строке и от кадра к кадру изменяются на противоположные (см. рис.2.1б) и расстояние между осями строк не остается постоянным. В этом случае при согласовании размеров апертуры (развертывающего элемента) с шагом разложения в средней части строки, на краях изображения наряду с пропусками появляются участки, перекрываемые соседними строками (заштрихованные участки на рис.2.1b).

Пропущенных и дважды переданных участков может не быть, если перейти к шаговой развертке (рис.2.1в) в поперечном к осям строк направлении и соответствующим образом выбрать диаметр апертуры. Однако во всех случаях изменения направления сканирования на противоположное резко усиливает требования линейности развертки (нелинейность развертки сопровождается расслоением изображений, передаваемых при различных, в том числе и встречных, направлениях разверток).

Поэтому в телевизионных системах используются строчная и прогрессивная (чересстрочная) развертки.

Рассмотрим сущность строчной развертки на примере передачи изображения с размером b´h, как показано на рис.2.2.

Развертывающий элемент (РЭ) имеет размеры 2h_p´2b_p. В начале цикла развертки РЭ находится в верхнем левом углу.

Совокупность элементов изображения, пройденных РЭ в одном направлении (оси ОX), образует строку, а совокупность строк образует растр. После достижения правой границы изображения РЭ мгновенно перемещается к левому краю и одновременно смещается вниз (по оси OY) на величину шага развертки d. После этого производится развертка следующей строки и т.д.

Шагом развертки называется расстояние между центрами строк.

Если строки плотно примыкают друг к другу, то 2h_p = d. Обычно 2h_p=2b_p=d.

Рассмотрим основные характеристики строчной развертки.

Число элементов в строке:

Если время развертки строки T_x, то скорость и частота строчной развертки:

Число строк разложения (количество элементов разложения по оси OY):

Если время развертки кадра (время просмотра всех элементов разложения) T_y, то скорость и частота в направлении кадровой развертки:

Из (2.2) и (2.4) следует, что периоды и частоты кадровой и строчной разверток связаны между собой соотношениями:

Обычно в телевизионных системах РЭ одновременно перемещается по оси ОX и оси OY, поэтому траектория построчной развертки имеет вид, представленный на рис. 2.3.

Результирующая скорость движения развертывающего элемента

(2.6)

Очевидно V_x>>V_y при Z>>1, поэтому V@V_x, то есть скорость движения РЭ определяется величиной V_x.

При отклонении электронных пучков к передающих и приемных трубках неизбежны потери на время обратного хода по строкам и по кадрам (инерционность систем развертки). Условно растр с учетом потерь на время обратного хода имеет вид (рис.2.4):

Для оценки величины потерь обычно нормируются относительные потери по строкам и кадрам:

При постоянных скоростях сканирования линейные размеры изображения пропорциональны соответствующим временам (T_y и T_x). В этом смысле можно говорить о вертикальных и горизонтальных размерах изображения h₀ и b₀ при отсутствии потерь на время обратного хода, а также о размерах h и b при потерях Dh и D b соответственно.

Тогда изображение можно характеризовать форматом:

- полным K₀ = b₀/h₀ (при отсутствии потерь на время обратного хода);

- активным K = b/h = (b₀ - Db)/(h₀ - Dh) = K₀(1 - t_x)/(1 - t_y).

Тогда полное число строк Z₀ = h₀/d, а активное число строк Z_a=h/d, или Z_a = (h/h₀)Z₀.

Но, очевидно, h/h₀ = t_y/t_0y = (t_0y - Dt_y)/t_0y = b - Dt_y/t_0y = 1 - t_y, тогда

Число условных элементов размером d×d в полном изображении определяется выражением

Но, очевидно n_x = l/d, а n_y = h/d = Z₀, тогда n₀ =Z₀(l/d), с учетом того, что l/d = K₀Z₀ ( l/d = (l/h)(h/d) = K₀Z₀ ) получим общее число элементов:

Рассуждая аналогично, получим выражение для числа активных элементов разложения

С учетом значений для Z_a окончательно получим:

Предварительно отметим, что время обратного хода по строкам и кадрам частично используется для передачи сигналов синхронизации разверток, цветовой синхронизации, а также для вспомогательных сигналов, применяемых для оценки характеристик каналов связи.

Использование строчной развертки требует для передачи сигнала достаточно широкой полосы частот (13 Мгц). Поэтому в телевизионных системах практическое применение нашла прогрессивная (чересстрочная) развертка.