Телебачення підвищеної якості та роздільної здатності

Вимоги до системи телебачення високого дозволу

Прагнення збалансовано задовольнити вимоги до просторових і часових характеристик зорової системи людини в перспективних телевізійних системах привело до проведення досліджень в області розробки широкоекранних систем телебачення високого дозволу (ТВД). Головна причина збільшення дозволу телевізійного зображення полягає в тому, щоб забезпечити можливість його відтворення на екрані збільшеного розміру, що займає більше поле зору спостерігачів. У сучасних телевізійних системах оптимальна відстань спостереження зображення становить приблизно (h – висота зображення). Оцінка мінімальної відстані спостереження зображення, що рухається, проведена поруч дослідників, показала, що при перегляді кінофільмів, мультиплікації, спортивних програм та інших швидкорухаючихся зображень доцільно застосовувати телевізійні системи з відстанню спостереження 4h, а при передачі менш рухливих зображень – 3h. Збільшення поля зору за рахунок скорочення відстані спостереження збільшує психологічний вплив зображення на глядача, створює ефект присутності, які не можна одержати у звичайних телевізійних системах. Дослідження показали, що психологічний ефект присутності наступає при горизонтальному куті зору від 20 до 30 і при порівняно великій площі екрана. Великий кут огляду вимагає широкоекранного зображення близького до стандарту широкоекранного кіно. Відомо, що зображення малого розміру суб’єктивно сприймається як більш широке. Оскільки розміри телевізійного зображення обмежуються житловим приміщенням, то навряд чи доцільно горизонтальні розміри екрана збільшувати понад 1,5 м. В цих умовах найбільш прийнятним зізнається формат 5:3, будучи проміжним між форматами звичайного кіно (4,1:3) і широкоекранного (5,5:3), добре з ними погодиться, що забезпечує ефективне використання площі телевізійного екрана як при передачі звичайних, так і широкоекранних кінофільмів. Спостереження зображення з відстані (3-4)h потребує приблизно дворазового збільшення числа рядків розкладання, що у свою чергу, забезпечить якість зображення не гірше, ніж на 35-міліметровому діапозитиві й краще, ніж на 35-міліметровому кінокадрі. Це дасть можливість застосувати ТВД не тільки для телевізійного віщання, але й для рішення ряду технічних завдань, зокрема, оперативного виробництва й демонстрації кінофільмів. Збільшення числа рядків розкладання зображення зі збереженням поміжстрочного розгорнення при існуючій нині частоті кадрів приведе до учетверінню смуги пропущення телевізійний канал, ще на 25% збільшиться смуга за рахунок застосування більше широкого формату зображення, таким чином, смуга частот телевізійного сигналу складе понад 32 Мгц.

Для збалансованого задоволення вимогам зорової системи збільшення просторового дозволу повинне супроводжуватися поліпшенням дозволу по русі при передачі рухливих об’єктів й ослабленням мерехтінь більших площ, які мають місце при частоті полів 50 й у меншій мірі 60 Гц. Обговорюється доцільність підвищення частоти зміни кадрів у системі ТВД до 40-45 Гц і відповідно частоти зміни полів до 80-90 Гц, що приведе до додаткового розширення смуги частот вихідного телевізійного сигналу приблизно до 50 Мгц.

Система ТВД при прямої демонстрації може не виправдати витрати на її створення й експлуатацію, а безпосередня сумісність її з існуючими системами неможлива. Тому одна із проблем, пов’язаних із впровадженням ТВД -і можливість її сполучення з 525- і 625-рядковими стандартами.

Телебачення підвищеної якості

Недоліки звичайного телебачення – 525- і 625-рядкових стандартів –особливо виявляться при впровадженні систем ТВД. Однак вони значною мірою можуть бути ослаблені за рахунок використання методів попередньої й наступної обробки телевізійних сигналів, що підвищують якість зображень, сформованих у рамках цих стандартів. Телебачення підвищеної якості (ТПЯ) буде відігравати головну роль при сполученні звичайних систем із системою ТВД. При відтворенні зображення 525/625-рядкового телебачення на великому екрані ТВД будуть особливо видні дефекти сучасних стандартів (мерехтіння, сповзання рядків, помітність рядкової структури). Ці дефекти можуть бути ослаблені за допомогою підвищувального перетворення в приймачі вихідного 525/625-рядкового сигналу в сигнал зображення з більшим числом рядків і більше високою частотою кадрів.

Експертні оцінки показали, що нерухомі 625-рядкові телевізійні зображення можуть бути істотно поліпшені за рахунок подвоєння числа рядків при відтворенні методом інтерполяції проміжних рядків.

Істотне поліпшення якості зображення може бути отримане при заміні в приймачі чотирьохрядкове розгорнення на порядкове.

Візуально сприймана якість зображення при чотирирядковому розгорненні вимагає в 1,5 рази більше рядків, чим при порядковому розгорненні. Це пояснюється тим, що малі по висоті деталі зображення відтворюються із частотою у раз нижче частоти полів ( – кратність чотирьохрядкового розгорнення). Отже, якби в сучасному стандарті 625/25 вдалося б перейти до порядкового розгорнення 625/50, то отримане зображення відповідало б стандарту чотирьохрядкового розгорнення 950/25. Такий перехід можна здійснити при наявності на прийомній стороні пам’яті на кадр, у яку вводиться сигнал зображення через рядки із частотою 25 кадрів/с, а зчитуються всі рядки підряд із частотою 50 кадрів/с. Метод запропонований корпорацією NHK і названий FCFE (Frame Conversion Fineness Enhanced підвищення детальності з перетворенням кадрів).

Сполучення ТВД із існуючими системами

Сполучення ТВД із існуючими системами передбачається на двох рівнях на виході телевізійних студій й у телевізійному приймачі.

На виході телевізійних студій повинна бути передбачена можливість переходу від ТВД-стандарта до 625/525-рядкових стандартів і навпаки. Із цією метою між джерелами цих сигналів включається апаратури попередньої обробки сигналів АПОС. Правильний вибір параметрів ТВД буде сприяти мінімуму погіршення якості зображення при перетворенні стандартів і навіть забезпечувати кращу якість зображення при підвищувальному перетворенні в порівнянні з вихідним сигналом. Головною проблемою є необхідність перетворення частоти полів. У результаті неповного придушення модуляційних складових вищого порядку, утворених при інтерполяції, виникає тремтіння перетвореного сигналу з різничною частотою полів. Наприклад, у перетворювачах 50/60 Гц різницева частота становить 10 Гц. Один із запропонованих стандартів ТВД заснований на частоті полів 60 Гц, що дозволяє забезпечити гарне перетворення в стандарт 525/60, але недостатньо задовільне в стандарт 625/50. У зв’язку із цим ряд дослідників пропонують використати у ТВД як компромісну між оптимальними частотами для переходу до стандартів 525/60 й 625/50, частоту полів 80 Гц. Це, однак, приведе до додаткового розширення спектра сигналу ТВД.

Прийом здійснюється або по стандарті ТВД, або по одному зі стандартів 625/525, або по системі ТПЯ на ускладнений приймач, постачений додатковим блоком обробки сигналу, що включає в себе пам’ять иа кадр. Аналогічним способом обробляються сигнали стандартів 625/525 й у приймачі ТВД.

Стан розробок системи й апаратури ТВД

Один з можливих варіантів стандарту на систему ТВД запропонований японською фірмою NHK. У ньому передбачені:

Число рядків розкладання………………………… 1125

Формат зображення………………………………………. 5 : 3

Кратність чотирьохрядкового розгорнення…. 2

Частота полів, Гц……………………………………….. 60

Смуга частот, Мгц:

яркосного сигналу……………………………………… 20

сигналу кольоровості широкополосного…….. 7

сигналу кольоровості вузькополосного………. 5,5

Передача яркосного сигналу й сигналів кольоровості виробляється методами тимчасового ущільнення. На інтервалі кожного рядка передаються послідовно в часі яркосний сигнал, сигнали кольоровості й сигнал звукового супроводу. Такий спосіб передачі дозволяє повністю усунути перехресні перекручування сигналів кольоровості і яскравості. Стиск і розтягання сигналів у часі вимагає досить складних пристроїв для їхньої обробки в аналоговому варіанті, однак цифрові методи можуть істотно полегшити завдання.

Різке скорочення смуги частот телевізійного сигналу – основна проблема, що вирішувалася при розробці нової системи MUSE(Multiple Sub-Nuquist Sampling Encoding – система кодування з багаторазово. субдискритизацією). У системі MUSE кадр ТВД розбивається на чотири поля, кожне з яких утворене з елементів із пропусками в горизонтальному й вертикальному напрямках. Пропущені елементи рядка в приймачі інтерполюються по сусідніх елементах. Повільно поступаюча інформація записується в ЗУ ємність 10 Мбіт. По завершенні процесу запису відбувається зчитування й відтворення інформації на ТВД-екрані. У такий спосіб у системі MUSE вихідну смугу 20 Мгц вдається скоротити до 8 Мгц, що забезпечує можливість передачі телевізійних сигналів через 12 Ггц віщальний супутник.

Розроблено елементну базу, на якій виконана система й
здійснена експериментальна передача ТВД зображень: передавальні
камери на основі 17 мм й 25 мм ТВД-сатиконів, лазерний кінопроектор
для 70-міліметрової кіноплівки, що забезпечує одержання ТВД-
сигналів з добрим стосунками сигнал/шум і високим дозволом.
Для відтворення зображення створені відео монітори на 66- і 76-
сантиметрових кінескопах і телевізійні проектори забезпечуючі
зображення 140×305 см. Виготовлено 100-сантиметровий масковий
кінескоп формату 5:3 із кроком отворів у масці – 0.45 мм.

Розробляються плоскі екрани на основі газорозрядних панелей.

З появою системи МС5Е стало можливим створення ТВД відеодисків і простого побутового ТВД-магнітофона.