3.2. Стандарты видео

В производстве мультимедиа нужно работать с сигналами, которые соответствуют стандартным сигналам управления телевизором. Новейшие цифровые устройства должны быть совместимыми со старым аналоговым оборудованием по таким важным параметрам, как размер и частота смены кадров, поэтому, чтобы понять цифровое видео, вначале нужно ознакомиться с его аналоговыми предками.

3.2.1. Отображение картинки телевизора и монитора

Перед тем как мы познакомимся со стандартами аналогового видео, необходимо разобраться, как отображается картинка телевизора.

Кинескопные телевизоры устроены так, что изображение строится сверху вниз в виде последовательности горизонтальных линий. (Эти линии можно увидеть, если посмотреть на экран телевизора с очень близкого расстояния.) А из-за инертности зрительного восприятия данная последовательность линий кажется единым изображением. Чтобы избежать мерцания картинки, экран должен обновляться около 40 раз в секунду, но вместо этого каждый кадр делится на два полукадра, один из которых состоит из нечётных, а другой − из чётных строк кадра. Эти два полукадра передаются попеременно, так что каждый кадр (рис. 3.5а) (неподвижное изображение) построен путём чередования полукадров (рис. 3.5б, 3.5в). Данный процесс называется чересстрочная развёртка.

а) Исходное изображение	б) Изображение, состоящее из нечётных строк кадра	в) Изображение, состоящее из чётных строк кадра
г) Увеличенные фрагменты изображений б) и в)
Рис. 3.5.

Когда видео воспроизводится на компьютерном мониторе, чередование обычно не используется. Вместо этого строки каждого кадра записываются в буфер кадра обычным способом сверху вниз. Такой подход называется прогрессивной (построчной) развёрткой. Полукадры могут объединяться в кадры при оцифровке аналогового видеосигнала; также их можно записать отдельно и комбинировать только при воспроизведении материала.

Прогрессивная развёртка, или прогрессивное сканирование, является системой формирования видеоизображения, при которой каждая строка изображения передаётся одна за другой. Таким образом, прогрессивная развёртка должна заведомо обеспечивать более чёткое изображение, поскольку при ней кадр рисуется полностью за один проход, а не состоит из двух полукадров, как при чересстрочной развёртке.

Поскольку полукадры в действительности разнесены во времени, подобное их объединение может дать нежелательные эффекты. Если объект движется быстро, он может успеть сменить положение между двумя полукадрами. Из увеличенных фрагментов (рис. 3.6а,б) видно, что между двумя полукадрами палец перемещается, так что на втором полукадре кажется более сдвинутым вправо, чем на первом.

Когда полукадры объединяются в кадр для построчного отображения на экране (или демонстрации как неподвижного изображения), края движущихся объектов являются гребневидными, поскольку на полукадрах они смещены, как показано на рис. 3.6в.

Чтобы избежать этого эффекта, необходимо избавиться от чередования, усреднив два полукадра при построении одного кадра; однако такое решение является относительно неудачным. Другой вариант − отбросить половину полукадров, а при получении полных кадров интерполировать пропущенную информацию по оставшимся полукадрам. Этот подход также даёт плохие результаты. Ещё один подход связан с учётом частоты смены кадров аналогового видео. Иногда можно преобразовывать каждый полукадр в кадр, тем самым расширив каждую секунду записанного видео в две секунды воспроизводимого, тогда при воспроизведении видео потеря качества изображения из-за интерполяции, необходимой для построения кадров из полукадров, будет почти незаметной.

а) Первый полукадр	б) Второй полукадр	в) Совмещение полукадров в один кадр
Рис. 3.6.