Развертка изображения

Разверткой изображения называется процесс поочередной передачи во времени информации о яркости и цвете элементов разложения изображения. Развертка осуществляется с помощью развертывающего элемента (РЭ). РЭ может быть электронный луч, лазерный луч, отверстие в диафрагме и т.п. При перемещении РЭ относительно элементов разложения изображения на выходе преобразователя свет-сигнал формируется электрический сигнал. Мгновенное значение сигнала пропорционально яркости элемента изображения, на который в данный момент времени направлен развертывающий элемент.

Рис. 1.4. К определению элементов разложения

В приемнике ТВ-системы осуществляется поочередное воспроизведение информации о яркости и цвете элементов передаваемого изображения на экране преобразователя сигнал-свет. На вход преобразователя подается электрический сигнал, а на экран преобразователя этот сигнал с помощью развертывающего элемента преобразуется в световое изображение.

Тип разверток на приемной и передающей сторонах ТВ-системы должен

быть одинаков, развертки должны быть синхронными и синфазными (т. е. необходимо выполнить равенство частот разверток и времени их начала на приемной и передающей сторонах).

Развертка может осуществляться по различным законам. В технике используют: спиральную развертку, радиальную, линейно-строчную и другие типы разверток (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Траектории движения развертывающего элемента при различных типах развертки:

а – спиральная; б – радиальная; в – линейно-строчная

При спиральной развертке траектория движения РЭ представляет собой спираль (рис. 1.5, а). Как только РЭ достигает края экрана, он быстро возвращается в его центр и процесс повторяется вновь. При радиальной развертке РЭ передвигается от центра экрана по радиусу, который вращается с малой угловой скоростью (рис. 1.5, б), По достижению края экрана РЭ быстро сдвигается в центр.

При линейно-строчной развертке развертывающий элемент перемещается от одного края экрана (например, левого) к другому с постоянной горизонтальной скоростью и одновременно с этим смещается сверху вниз с гораздо меньшей вертикальной постоянной скоростью. Такое перемещение называется прямым ходом строчной развертки. Достигнув правого края экрана, развертывающий элемент быстро возвращается к левому краю (обратный ход строчной развертки). С нижнего края экрана, РЭ возвращается на верхний край (обратный ход кадровой развертки) (рис. 1.5, в).

В телевидении наибольшее распространение получили линейно-строчная развертка. При такой развертке след, образуемый на поверхности экрана электронно-оптического преобразователя при перемещении РЭ от левого края экрана к правому, называется строкой.

Совокупность видимых сток на экране называется растром.

Полный цикл обхода всего экрана РЭ называется кадром.

Время, за которое РЭ совершает обход всего экрана и возвращается в ис-ходное положение, называется периодом кадровой развертки.

Время, за которое РЭ проходит строку и возвращается к левому краю эк-

рана, называется периодом строчной развертки.

Время, затрачиваемое на прямой ход развертки по строке, называется длительностью активной части строки.

Параметры развертки. К параметрам линейно-строчной развертки относят: формат кадра, число строк, частоту кадра, частоту строк.

Формат кадра k – отношение, горизонтального размера растра (в) к вер-

тикальному (h), k = в/h (рис. 1.4). Размеры растра должны соответствовать углу ясного зрения, поэтому

Число строк (z) ТВ-изображения. При качественном ТВ-изображении

каждая строка должна передавать один элемент развертки изображения по вертикали (рис. 1.4), т. е. z = N В. Стандартом ТВ-вещания в России выбрано z = 625.

Частота кадров F к. Этот параметр развертки зависит от ее вида. Линей-

но-строчные развертки бывают двух видов: построчная и чересстрочная.

Построчная развертка. Развертка, при которой все строки растра просматриваются последовательно одна за другой, начиная с первой строки, называется построчной. Частота кадров при такой развертке выбирается исходя из условия отсутствия мерцания яркости изображения, т.е. F к > fкр. Стандартом принято F к = 50 Гц.

Выбор такой частоты кадров приводит к следующим особенностям построчной развертки. Во-первых, возникает избыточность количества кадров при воспроизведении изображения движущихся объектов. Дело в том, что в силу инерционности зрения эффект плавного перемещения предмета в пространстве может быть достигнут, если передавать 16…24 отдельных его мгновенных положений (фаз) в одну секунду. Каждая фаза может быть передана одним кадром. Следовательно, для воспроизведения движения объектов достаточно передавать 24 кадра в секунду. Во-вторых, для передачи сигнала изображения требуется сравнительно большая полоса частоты. Забегая вперед, скажем, что полоса частот, требуемая для передачи сигнала изображения Δ F. может быть оценена из выражения

где τ э – время развертки одного элемента изображения; Р – коэффициент Кэлла, равный 0, 75.

В свою очередь,

где Т к – время развертки одного кадра; N – общее количество элементов изображения. (Временами обратного хода по кадру и строкам в первом приближении пренебрегаем.)

Учитывая предыдущие выражения, а также то, что Т к = 1/50 с, имеем

Уменьшить полосу частот, отводимую для передачи сигнала изображения и устранить избыточность числа кадров удается путем применения чересстрочной развертки, широко применяемой в вещательном ТВ.

Чересстрочная развертка. Сущность этой развертки заключается в том,

что полный кадр передается и воспроизводится в два этапа (поля). В первом поле развертывают нечетные строки растра, во втором – четные (рис. 1.6). Таким образом, число строк в каждом поле оказывается в два раза меньше по сравнению с числом строк в кадре. Поскольку общее количество строк в кадре принято z = 625, то в каждом поле число строк оказывается равным 312, 5. Время развертки каждого поля делают равным Тп = 1/50 с. Поэтому полный цикл обхода всего экрана (период кадра) составит Т к = 2⋅ Тп = 1/25 с, тем самым устраняется избыточность кадров при воспроизведении движения объектов.

Рис. 1.6. Траектория движения луча при чересстрочной развертке: (– – –) – первое поле; (–⋅ –⋅ –) – второе поле; 1, 2, 3, 4 … – номера строк растра на экране (обратный ход по строкам на рисунке не показан)

С другой стороны, поскольку за время Тп = 1/50 с РЭ при чересстрочной

развертке пробегает вдвое меньше число строк, чем при построчной развертке, время развертывания одного элемента изображения оказывается вдвое большим. Тогда, полоса частот, требуемая для передачи изображения, уменьшается в два раза по сравнению с построчной разверткой. Для отечественного стандарта ТВ-вещания принята Δ F = 6 МГц.

Частота строк. Период строки при чересстрочной развертке может быть

вычислен по выражению

где Тп = 2⋅ 10 -2 с – период повторения полей; nп = 312, 5 – число строк в одном поле.

Тогда частота строк при чересстрочной развертке составит

Fc = 1/Тс = 15625 Гц.