Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

вертка – оригинальный способ сокращения полосы частот телевизионного сигнала в аналоговом телевидении в обмен на некоторые искажения. Сейчас его можно назвать видеокомпрессией для аналогового телевидения. Но целесообразность его сохранения в будущем при наличии более эффективных цифровых алгоритмов компрессии вызывает сомнения.

Кардинальным способом повышения качества телевизионных изображений является одновременное увеличение, как числа воспроизводимых строк, так и количества кадров (полей), отображаемых каждую секунду.

2.9. Колориметрические особенности телевизионных изображений высокой четкости

Все многообразие оттенков цветного изображения получается в результате комбинации трех основных цветов (R, G, B). В случае применения электроннолучевых трубок (ЭЛТ) цветопередача крупных деталей изображения определяется цветностью свечения трех люминофоров штрихового экрана кинескопа, а также модулирующими характеристиками трех электронных прожекторов. Цветопередача мелких деталей дополнительно зависит от структуры люминофорного покрытия и особенностей пространственного смешения цветов. Для воспроизведения всего многообразия цветов необходимо, чтобы на диаграмме цветности МКО треугольник с вершинами, соответствующими основным цветам кинескопа, охватывал наибольшую возможную площадь этой диаграммы. Для европейского стандарта (ЕС), принятого и в России, координаты цветности основных цветов кинескопа на диаграмме цветности МКО имеют следующие значения: R

(x = 0,64; y = 0,33;); G (x = 0,29; y = 0,6); B (x = 0,15; y = 0,06). Соответственно ко-

ординаты цветности источника белого цвета для цветного телевидения D6500 равны: x = 0,313; y = 0,329. Треугольник основных цветов цветных кинескопов показан на рис. 2.8. Здесь же показан равносигнальный белый цвет D6500 [31].

Таким образом, область внутри треугольника характеризует диапазон воспроизведения цветов. Чем выше степень чистоты каждого первичного цвета кинескопа, тем шире диапазон цветов и естественность воспроизводимого телевизионного изображения.

К сожалению, используемые в современных кинескопах люминофоры основных цветов не позволяют воспроизводить большое число наиболее часто встречающихся в жизни цветовых оттенков. Это обстоятельство не может удовлетворять повышенным требованиям, предъявляемым к качеству изображения в телевизионных системах высокой четкости [32]. Поэтому в системах ТВЧ необходимо, в первую очередь, использовать воспроизводящие устройства нового типа (жидкокристаллические, плазменные). Например, в проекторах на жидких кристаллах цвета разделяются и объединяются с помощью дихроических зеркал, что позволяет более точно определять для каждого цвета основную частоту и ширину диапазона. В этом случае площадь треугольника основных цветов жидкокристаллического проектора в значительной степени превышает область цветового треугольника цветных ЭЛТ (кинескопов), что расширяет диапазон воспроизводимых цветов (см. рис. 2.8) [33].

Рис. 2.8. Диапазон воспроизведения цветов в устройствах изображения различного типа

2.10. Характеристики вещательных стандартов телевидения высокой четкости

Первоначально для производства программ ТВЧ в аппаратно-студийных комплексах (АСК) телевизионного вещания были разработаны системы с двумя стандартами развертки 1125/60/2:1 и 1250/50/2:1 [26]. Первые системы ТВЧ предусматривали примерно удвоенную разрешающую способность по вертикали и, как минимум, удвоенную разрешающую способность по горизонтали в воспроизводимых изображениях (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Характеристики изображения ТВЧ основных вещательных стандартов

Характеристики

Одновременно с использованием в ТВЧ только двух значений частоты полей, то есть 50 и 60 Гц, предусматривается показ телепрограмм, записанных на кинопленке (например, кинофильмов) с частотой съемки 24 кадра/с. Преобразование кинокадров в видеосигнал с частотой развертки 60 Гц обычно осуществляется способом протяжки кинопленки «3:2», согласно которому два телевизионных поля формировались из первого кинокадра, а еще три – из второго кинокадра. При этом возникают едва заметные поддергивания движущихся объектов с частотой 12 Гц. Видеосигнал с разверткой 50 Гц формировался посредством увеличения скорости протяжки киноленты на 4%, что приводило к незаметным изменениям временных соотношений в телевизионной программе. Все это существенно упрощало процесс преобразования стандартного кинофильма в электронный эквивалент, предназначенный для телевизионного вещания.

В ранее разработанных системах ТВЧ достаточно много параметров согласовано на международном уровне в соответствии с первой частью Рекомендации МСЭ-Р ВТ. 709-3 (Значения параметров стандартов ТВЧ для производства и международного обмена программами). Причем в настоящее время в телевизионном производстве продолжает использоваться некоторое количество аппаратуры, соответствующее этим стандартам.

Основные параметры цифрового кодирования современных вещательных стандартов ТВЧ, выбранные в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ. 709-3, приведены в табл. 2.2 [34].

642. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ

Вдальнейшем непосредственно для производства и международного обмена программами ТВЧ, а также для обеспечения потребностей компьютерной промышленности были предложены следующие стандарты: 1080/25/1:1, 1080/30/1:1, 1080/50/1:1, 1080/60/1:1, 1080/50/2:1, 1080/60/2:1. Затем был разра-

ботан стандарт 1080/24/1:1, который использует частоту кадров 24 Гц при прогрессивной развертке. Следует заметить, что подобная частота смены кадров применяется в кинематографе. Поэтому благодаря этому стандарту электронная и киноверсия кинофильма совпадают, что облегчает международный обмен кинопрограммами, которые редактируются в электронном виде и могут передаваться по цифровым каналам связи. Таким образом, на основе цифровых технологий впервые удалось эффективно объединить интересы ТВЧ вещания и массового электронного кинематографа.

Использование цифровых методов в ТВЧ позволило во многом унифицировать множество предложенных стандартов за счет применения единого формата (16:9) изображения ТВЧ, предусматривающего 1080 активных строк в кадре с чересстрочным и прогрессивным разложением при 1920 отсчетах в активной части строки для яркостного сигнала (для цветоразностных сигналов число отсчетов в активной части установлено равным 960). Предполагается переключаемая частота кадров 24, 25, 30 кадров в с при частоте полей 50/60 полей в с. Одновременно допускается применение дополнительных значений частот кадров, не влияющих на значения единых параметров изображения ТВЧ. Например, непосредственно в телевизионных устройствах, воспроизводящих изображения с высокой яркостью, частота смены кадров может быть увеличена до значения 75 Гц, хорошо согласованного с диапазоном частот, оптимально усваиваемых мозгом человека. Формат 16:9 означает формирование ортогональной структуры отсчетов, что соответствует квадратным элементам изображения на экране, обычно используемым в компьютерной технике. Все это нашло отражение во второй части Рекомендации МСЭ-Р ВТ.709-3, принятой в июне 1999 г. [34].

Единый стандарт разложения изображения ТВЧ больших размеров, диаго-

наль которых начинается с 32 и выше, с форматом кадра 16:9, предусматривающий 1920х1080 пикселей, то есть 2,0736 Мп в каждом кадре, получил назва-

ние Full HD.

Разработка последней редакции Рекомендации МСЭ-Р ВТ.709-3 впервые в мировой практике позволяет создать единую линейку студийного цифрового оборудования, удовлетворяющего требованиям видео- и кинематографа, а также международного обмена передачами ТВЧ.

Уже несколько лет в мире ведется цифровое телевизионное вещание в формате ТВЧ, и некоторые страны фактически приняли следующие стандарты доставки программ телезрителям: например, США, Япония, Республика Корея

(1080i/60), Австралия, КНР (1080i/50). (В данном случае символ i – interlacing

означает чересстрочную развертку). Форматами производства телевизионных программ, доминирующими в настоящее время, являются: 1920 1080 60/50i и 1920 1080 24/25/30р. Несомненно, что в ближайшем будущем основным форматом доставки программ ТВЧ станет 1920 1080 50/60р.

Следующий этап эволюции телевизоростроения и телевещания будет связан с переходом от стандарта HD TV к телевидению сверхвысокой четкости (Ultra HD TV). МСЭ уже объявил о разработке соответствующей рекомендации, практическая реализация которой создаст новую информационную среду для вещательного телевидения.

В рекомендации МСЭ-R внедрение стандарта качества UHD TV разделяется на два этапа. Прогресс на каждом из этих этапов качества приблизительно аналогичен этапу перехода от обычного телевизионного стандарта четкости к ТВЧ формата Full HD. Причем первый этап в числе уровней качества изображения UHD TV имеет эквивалентное разрешение около 8,3 Мп (3840х2160 = = 8 294 400 пикселей в одном кадре изображения), а следующий уровень – уже около 33 Мп (7680х4360 = 33 177 600 пикселей в кадре), что в 16 раз больше, чем предусмотрено современным стандартом Full HD. Для краткости описания они обозначаются 4К и 8К соответственно. Переход будет осуществляться поэтапно – сначала в 4К, затем в 8К. Например, оператор спутникового телевидения в США Direct TV уже объявил о своем намерении запустить в ближайшее время телевизионный канал стандарта 4К UHD TV. Особо следует отметить, что в формате 4К в настоящее время производится оцифровка киноархива Госфильмофонда России. Второй уровень формата UHD TV соответствует перспективному вещательному стандарту Super Hi-Vision, разработанному японской вещательной корпорацией NHK, который предполагает не только сверхвысокое разрешение, но и звуковое сопровождение стандарта 22.2, обеспечивающее полное ощущение присутствия. Для создания правильного впечатления от просмотра телепрограмм рекомендуется сидеть максимально близко к экрану. Угол обзора телеэкрана в горизонтальном направлении при этом должен быть равным 100 и более. Только при этих условиях будет обеспечено более полное восприятие эффекта «погружения» в сверхчеткую картину SHV (Super Hi-Vision).

По мнению сотрудников японской компании Canon «… этот процесс просто не может быть остановлен, это вопрос времени».

Стандарт Super Hi-Vision был опробован на Олимпийских играх в 2012 году в Лондоне. Пробные запуски телевизионного вещания в формате Super HiVision в Японии запланированы на 2014 год, а регулярные трансляции предполагается начать с 2016 года.

В первую очередь, более реалистичным кажется применение формата 8К при отображении изображений на телевизионных экранах больших размеров, установленных в общественных местах.

Наглядное представление о соотношении количества воспроизводимых пикселей в разных ТВЧ-форматах дает рис. 2.9, предложенный А. Бителевой (см. журнал «Теле-Спутник», № 2, 2013, с. 82).

При реализации цифровых способов кодирования ТВЧ изображений, основанных на классической ИКМ, необходимо оперировать с высокой скоростью цифрового потока. И это рождает много проблем как при передаче видеоданных по каналам связи, так и при их обработке, например, консервации, то есть записи.