45

POZNAJEMY SPRZÊT

PORADY

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2002

METODY WYŒWIETLANIA

OBRAZU TELEWIZYJNEGO

(1)

Ogl¹daj¹c obraz

telewizyjny

stwierdzamy czasami,

¿e jest on

nienajlepszej jakoœci.

Jedn¹ z przyczyn jest

Ÿród³o sygna³u

wizyjnego ze studia.

S

tandardy skanowania

obrazu okreœlaj¹, w ja-

ki sposób s¹ przedsta-

wiane elementy czy

poszczególne piksele

obrazu. Ustalaj¹ licz-

bê pikseli w linii oraz

liczbê linii tworz¹cych

obraz i obrazów wyœwietlanych w ci¹gu

sekundy. Okreœlaj¹ te¿ rodzaj wybierania

liniowego i proporcje wyœwietlanego obra-

zu (4:3 format standardowy, 16:9 format

panoramiczny). Szczególnie standardy

telewizyjne decyduj¹ o rozdzielczoœci sta-

tycznej i dynamicznej, o migotaniu obrazu

czy zobrazowaniu obiektów w ruchu.

Standardy transmisji telewizyjnej zosta³y

opracowane tak, aby uzyskaæ kompro-

mis miêdzy jakoœci¹ obrazu a kosztami re-

alizacji, mo¿liwoœciami transmisji okreœlonej

iloœci informacji oraz kompatybilnoœci¹ z in-

nymi standardami.

Zasada transmisji obrazu dla systemów

PAL i NTSC jest podobna:

q

poszczególne piksele obrazu s¹ ska-

nowane od strony lewej do prawej

q

linie obrazu s¹ przedstawiane kolejno od

góry do do³u

q

obraz sk³ada siê z dwóch pó³obrazów

(stosowane jest wybieranie miêdzyliniowe)

q

pierwszy pó³obraz zawiera linie nie-

parzyste

q

drugi pó³obraz zawiera linie parzyste.

Dla przypomnienia w tablicy przedstawiono

krótkie porównanie parametrów wyœwie-

tlanego obrazu w systemach PAL i NTSC.

Standardy telewizyjne i filmowe

Jeœli skoncentrujemy siê tylko na czêstotli-

woœci wyœwietlania poszczególnych obra-

zów na ekranie, to ju¿ mamy kilka standar-

dów: 50 Hz, 60 Hz (z tak¹ czêstotliwoœci¹

46

Radioelektronik Audio-HiFi-Vide 5/2002

System koloru

PAL

NTSC

Liczba linii obrazu

625 525

Liczba widocznych linii obrazu

576 480

Liczba wyœwietlanych obrazów

w ci¹gu sekundy

25

30

Liczba wyœwietlanych pó³obrazów

w ci¹gu sekundy

50

60

Parametry wyœwietlanego obrazu w systemach PAL

i NTSC

Rys. 1. Pojedyncza linia widziana przez kamerê

i odwzorowywana na ekranie telewizora (50 Hz)

Na rysunkach A

n,p

oznacza obraz A tworzony przez

linie nieparzyste i parzyste, A

n

obraz A z³o¿ony tylko

z linii nieparzystych, A

p

_ z³o¿ony tylko z linii parzystych

Rys. 2. Przedstawienie na ekranie telewizora (50 Hz)

obiektu w ruchu zarejestrowanego przez kamerê

(materia³ wideo ze studia)

Rys. 3. Przedstawienie na ekranie telewizora (50 Hz)

obiektu w ruchu zarejestrowanego na materiale

filmowym nagranym w standardzie europejskim

(25 Hz)

Rys. 4. Przedstawienie na ekranie telewizora (50 Hz)

obiektu w ruchu zarejestrowanego na materiale

filmowym nagranym w standardzie amerykañskim

(30 Hz)

20 ms

A

n, p

A

n

B

p

C

n

D

p

A

n

B

p

C

n

D

p

A

n

A

n

A

p

C

n

C

p

G

p

E

n

A

P

C

n

C

P

C

n, p

D

n, p

B

n, p

20 ms

A

n, p

A

n, p

C

n, p

C

n, p

D

n, p

B

n, p

40 ms

33,3 ms

A

n, p

C

n, p

E

n, p

G

n, p

wyœwietlane s¹ pó³obrazy telewizyjne w sy-

stemach PAL i NTSC), 24 Hz (bardzo stare

filmy, ³atwe do rozpoznania po nienatural-

nych, szybkich ruchach ludzi i obiektów), 25

Hz (materia³ filmowy nagrywany w Euro-

pie), 30 Hz (materia³ filmowy nagrywany

w USA). Nale¿y dodaæ, ¿e 50 Hz i 60 Hz to

czêstotliwoœci z jak¹ odtwarzane s¹ pó³obra-

zy, podczas gdy 24, 25 i 30 Hz to standar-

dy filmowe _ czêstotliwoœci odtwarzania

pe³nych obrazów. Konwersji miêdzy standar-

dami filmowymi a telewizyjnymi dokonuje siê

w profesjonalnych studiach.

W epoce wideokonferencji, telewizji wyso-

kiej rozdzielczoœci (HDTV), komputerów,

nale¿y siê liczyæ z dalszym zró¿nicowa-

niem standardów odtwarzania obrazu.

Standard 50 Hz i jego wady

Obserwuj¹c du¿e, jasne powierzchnie na

ekranie kineskopu (z odchylaniem 50 Hz) wi-

dzimy, ¿e obraz drga. Migotanie to jest spo-

wodowane zdolnoœci¹ oka do rozpoznawa-

nia zmian obrazu nastêpuj¹cych z czêsto-

tliwoœci¹ mniejsz¹ ni¿ 70 Hz. W przypadku

60 Hz (czêstotliwoœæ bardziej zbli¿ona do 70

Hz _ granicy, powy¿ej której oko nie widzi

migotania) migotanie jest mniej widoczne. To

zak³ócenie nazywamy migotaniem du¿ych

powierzchni obrazu.

WyobraŸmy sobie, ¿e kamera w studio re-

jestruje obraz jednej tylko linii (niech to bê-

dzie linia nieparzysta _ rys. 1). Na rys. 1 wi-

daæ, ¿e obraz z kamery zawiera za ka¿-

dym razem pe³n¹ informacjê z³o¿on¹ ze

wszystkich linii nieparzystych i parzystych.

Standard transmisji (wysy³anie jednego pó³-

obrazu co 20 ms) wymaga wys³ania linii

nieparzystych z obrazu A, a nastêpnie linii

parzystych po up³ywie 20 ms. Ale w tym cza-

sie z kamery otrzymujemy ju¿ obraz B, wiêc

wys³any zostaje pó³obraz B

p

z liniami parzy-

stymi. W ten sposób traci siê pewn¹ czêœæ

informacji odbieranej przez kamerê (np.

pó³obrazy A

p

, B

n

). W danej chwili tylko je-

den pó³obraz jest nadawany (najpierw pó³-

braz z liniami nieparzystymi, potem z parzy-

stymi), ta jedna linia bêdzie siê ukazywa³a

na ekranie tylko w momencie pokazywa-

nia pó³obrazów z liniami nieparzystymi (nie

bêdzie jej na pó³pobrazie zawieraj¹cym linie

parzyste). Innymi s³owy linia bêdzie widocz-

na na ekranie tylko 25 razy w ci¹gu sekun-

dy. Jest to zdecydowanie zbyt rzadkie wy-

œwietlanie obiektu, nasze oko to natych-

miast zauwa¿y w postaci migotania; zjawi-

sko to nazwaæ mo¿na migotaniem szcze-

gó³ów z czêstotliwoœci¹ 25 Hz.

Znamy ju¿ podstawowe wady systemów

z odchylaniem 50 Hz. Spróbujmy przeœle-

dziæ jak odwzorowany jest na obrazie ruch

obiektów w przypadku materia³u ze studia

telewizyjnego i materia³u filmowego. Jeœli

odwzorowujemy ruch obiektu za pomoc¹

kamery, 50 pe³nych obrazów jest rejestrowa-

nych w ci¹gu sekundy. Nastêpuje transmi-

sja kolejnych pó³obrazów z liniami nieparzy-

stymi i parzystymi, przy czym ka¿dy pó³o-

braz zawiera now¹ fazê ruchu (rys. 2). Z ma-

teria³em filmowym zaczynaj¹ siê problemy.

Jak przedstawiono na rys. 3 europejski stan-

dard filmowy przewiduje zmianê obrazu 25

razy w ci¹gu sekundy. Po konwersji na

obraz telewizyjny oba pó³obrazy (z liniami

nieparzystymi i z liniami parzystymi) odtwa-

rzaj¹ to samo po³o¿enie ruchomego obiek-

tu. Oznacza to, ¿e przedmiot ruchomy prze-

suwa siê nierównomiernie wed³ug cyklu:

ruch, zatrzymanie, ruch, zatrzymanie, itd. Je-

szcze inne jest odtwarzanie filmów amery-

kañskich w standardzie 30 Hz. Obiekt poru-

sza siê wed³ug nastêpuj¹cego cyklu (rys. 4):

zatrzymanie, ruch, zatrzymanie, ruch, ruch...

Klatki filmowe, widziane przez kamerê, zmie-

niaj¹ siê co 33,3 ms, a wiêc wyœwietlenie kla-

tek C, E, G zajmuje 3 x 33,3 ms = ok. 100

ms (moment wyœwietlenia klatki A przyjmu-

jemy za czas odniesienia _ zero). W tym

czasie, ze wzglêdu na wymagania trans-

misji pó³obrazu co 20 ms, nadanych zosta-

nie (w ci¹gu 100 ms) piêæ pó³obrazów: A

p

,

C

n

, C

p

, E

n

, G

p

. Jak widzimy na rysunku 4,

ze wzglêdu na trudnoœci w synchronizacji

klatek filmu, wyœwietlanych co 33,3 ms

i transmisji pó³obrazów co 20 ms, nie jest

mo¿liwe wys³anie drugiego pó³obrazu E (E

p

)

_ ta informacja jest tracona i nie jest trans-

mitowana. Poniewa¿ konwersja z 30 Hz na

50 Hz nie jest prost¹, proporcjonaln¹ ope-

racj¹, wystêpuje dodatkowe niekorzystne

zjawisko nierównomiernoœci ruchu obiektu

(motion jitter).

Podsumowuj¹c omówienie standardu od-

chylania 50 Hz w telewizji nale¿y stwier-

dziæ, ¿e ma on pewne wady, jeœli chodzi

o odtwarzanie obrazu:

q

migotanie du¿ych jasnych powierzchni

q

migotanie szczegó³ów (np. linii) z czêsto-

tliwoœci¹ 25 Hz

q

brak p³ynnoœci ruchu poruszaj¹cego siê

obiektu towarzysz¹cy konwersji materia³u fil-

mowego.

Te niekorzystne zjawiska s¹ mniej widocz-

ne jeœli obraz jest odtwarzany na mniej

szym ekranie.

n

Opracowano na podstawie materia³ów firmy Philips.

Konrad Piotrowski, Janusz Samu³a