Чересстрочный

Краткий обзор процедуры чересстрочной развертки

Последовательное наращивание чересстрочного изображения

Метод чересстрочной (также называемый чересстрочная развертка обозначается; (английский чересстрочная ) [ ˌɪntəleɪs ]) уменьшение мерцания изображения используется в телевизионной техники , и был в конце 1920 - х в Telefunken по Fritz Schröter разработаны; Запатентован в 1930 году как «метод сканирования телевизионных изображений» ( патент DRP № 574085). Он до сих пор используется для захвата, редактирования и отображения изображений по всему миру.

Метод чересстрочной развертки был разработан с целью отображения сигналов с минимально возможной полосой пропускания без мерцания. Полное изображение (рамка) строится из двух разных полей (полей; верхнее поле - нижнее поле). Когда изображение создается, только нечетные строки (нечетное поле) устройства вывода отображаются для первого поля (верхнее поле); если это выполнено, второе поле (нижнее поле, нижнее поле, нижнее поле, второе нижнее поле) строится из прямых линий (четное поле). Человеческий глаз воспринимает отдельные линии не как мерцание, а как блуждание. В идеале он интегрирует линейные переходы в общую картину.

При использовании в Германии стандарта аналогового телевидения B / G (в просторечии известного как PAL ) полное изображение состоит из 575 видимых строк, поля по 287½ строк каждое. В секунду передается 25 полных или 50 половинных изображений.

Причина введения, преимущества и недостатки

Движение электронного луча телевизора с электронно-лучевой трубкой, при этом четные и нечетные линии окрашены в зеленый и красный цвет соответственно

Введение и польза

Этот процесс дает два основных преимущества:

Подавление мерцания за счет чересстрочной развертки во время воспроизведения: экран загорается с удвоенной частотой (50 Гц) по сравнению с частотой обновления (25 Гц), при этом объем передаваемой информации также не удваивается. Это значительно улучшает субъективное впечатление от мерцания при одновременной экономии полосы пропускания.

Увеличение временного разрешения . При записи с помощью электронных камер в процессе чересстрочной развертки достигается фактическое разрешение движения 50 Гц без увеличения объема передаваемых данных. Таким образом достигается более плавное впечатление от движения с одновременной экономией полосы пропускания . Высокое временное разрешение особенно заметно на изображениях с большим количеством движений (например, спорт).

недостаток

Мерцание из-за чересстрочной развертки

Недостатками чересстрочной развертки являются артефакты (ошибки изображения) в различных ситуациях:

Мерцание линии : может казаться, что горизонтальные края изображения танцуют вверх и вниз, если край попадает точно между двумя линиями изображения, поскольку тогда он виден только в одном из двух полей.
Полосатая структура : однородные поверхности выглядят полосатыми. Полосы перемещаются вверх или вниз в зависимости от зрителя.
Неподвижные изображения могут быть сделаны из поля и затем иметь уменьшенное вертикальное разрешение, или они могут быть сделаны из кадра, тогда элементы движущегося изображения имеют гребенчатую двойную структуру .
Двойные контуры, если тип отображения неправильный (переход строки отображается как прогрессивный или обратный).
Высокие технические усилия и повышенный риск образования артефактов при деинтерлейсинге , который необходим в качестве первого шага обработки почти для каждой постобработки.
Проблемы с масштабированием цифровых изображений (например, с 480i до 576i или наоборот).

Примечания:

Мерцание линий тем сильнее, чем четче и четче записанное изображение. У старых телевизионных записей есть несколько проблем с этим артефактом, в то время как уменьшенные изображения и видео из источников с высоким разрешением трудно переносить. Мерцание строки можно уменьшить путем предварительной обработки на стороне отправителя или постобработки на стороне получателя, что, однако, требует разрешения.
Полосы тем отчетливее, чем четче трубка отображения изображения на приемной стороне. Поэтому не рекомендуется использовать кинескопы с высоким разрешением для воспроизведения чересстрочного материала.

Причины:

Мерцание линии происходит из-за большей разницы в яркости между двумя полями. Это превращает вертикальную структуру во временную модуляцию яркости изображения. Эффект исчезает при более высокой частоте кадров (например, частота поля 100 Гц / частота кадров 50 Гц).
Мерцание линии можно предотвратить следующими способами:
- Постобработка формирования и ограничения вертикального разрешения.
- Преобразование изображений в прогрессивные изображения и использование дисплеев, которые работают без чересстрочной развертки.
Полосы возникают через микросаккады глаза зрителя. В результате поля на сетчатке больше не отображаются между собой, а более или менее накладываются друг на друга. На дисплеях с достаточно высоким разрешением (трубчатые) вы можете видеть черные полосы между соседними строками поля, которые больше не дополняются промежуточной строкой следующего поля.
Образование полос можно предотвратить:
- Использование дисплеев с ограниченным разрешением по вертикали.
- Преобразование изображений в прогрессивные изображения и использование дисплеев, которые работают без чересстрочной развертки.

Другие проблемы: В настоящее время многие проблемы можно решить с помощью обработки сигналов. Если бы не:

Проблема с реальным исходным форматом: для качественной обработки сигнала вы должны угадать, в каком именно (!) Формате находится исходный формат и какая история обработки за ним уже стоит.
Проблема кумулятивной обработки изображений: консенсус в области видеотехнологий состоит в том, что формат будет преобразован, если он находится в недопустимом формате. Это приводит к большому количеству конверсий, которые совершенно не нужны при просмотре по всей цепочке. Спортивные видеоролики в основном производятся в формате 1080i50, некоторые вещатели конвертируют их в 720p50, а телевизоры конвертируют обратно в 1080p50.

Мерцание линии тестового изображения

Графическое представление

Структура изображения как анимация
Окончательное изображение

Начало перехода от полуэкранного к полноэкранному телевидению.

Уменьшение мерцания можно решить по-другому сегодня

Благодаря цифровой полнокадровой памяти теперь есть другие возможные решения для увеличения частоты кадров , при которых кадр может воспроизводиться только на устройстве воспроизведения. Обычно этот принцип используется в телевизорах с частотой 100 Гц и компьютерных мониторах . С сегодняшней точки зрения, больше нет необходимости дублировать частоту повторения на стороне передатчика для этой цели. Поэтому некоторые из новых телевизионных стандартов HDTV теперь обходятся без чересстрочной развертки.

Временное разрешение по-прежнему актуально

Тем не менее, повышение разрешения движения по-прежнему актуально сегодня и продолжает оправдывать процедуру чередования. По этой причине он будет по-прежнему предоставляться в качестве опции в стандартах HDTV .

Дальнейшее развитие

Аналоговое телевидение, а также цифровые стандарты стандартной четкости ( цифровое видеовещание ) по-прежнему будут транслироваться с чересстрочной разверткой из-за необходимой обратной совместимости с существующими передающими сетями и конечными устройствами. При необходимости чересстрочный сигнал регенерируется в терминале из материала с прогрессивным изображением (например, DVD- плеера и ресивера для цифрового телевидения).

В секторе HDTV возможны режимы передачи с чересстрочной разверткой и без нее, при этом телевещательная компания решает, какой режим использовать.

Экраны в настоящее время являются проблемой. В настоящее время (начало 2008 г.) только дисплеи с электронно-лучевыми трубками могут отображать чересстрочные изображения в одном и том же режиме и, таким образом, фактически использовать преимущества метода.

Плоские экраны, основанные на плазменных или ЖК- технологиях, в настоящее время не могут работать в чересстрочном режиме из-за их конструкции из-за медленного времени переключения, и поэтому им необходимо деинтерлейсировать и, при необходимости, масштабировать материал изображения перед его отображением . Это проблематично, потому что, с одной стороны, преимущества процесса теряются, а с другой стороны, добавляются артефакты (ошибки изображения), поскольку деинтерлейсинг не может работать идеально. Благодаря своей конструкции плоские экраны, по сравнению с электронно-лучевыми трубками, в которых электронный луч записывает изображение построчно, также имеют технологию параллельного вывода изображения, для этого плоский экран сначала записывает видеосигнал на микросхему памяти. , изображение затем выводится вместе с обнаруженными движениями через матрицу параллельно пикселям дисплея. Однако современные плоские экраны все еще слишком медлительны для такой технологии.

Разработка покажет, смогут ли будущие плоские экраны справляться с чересстрочной разверткой или же недостатки технологии отображения сохранятся, и, таким образом, предложит отказаться от этого процесса.

Области применения

Следует проводить различие между чересстрочной разверткой во время записи, передачи и воспроизведения. Один и тот же термин обозначает разные процедуры.

Пропуск строк в технологии записи

Будет ли сделан снимок с чересстрочной разверткой или без нее, зависит от времени экспозиции наложенных четных и нечетных линий. Если они идентичны или смещены только на протяжении строки, чередование отсутствует (кадры с прогрессивной разверткой, англ. Frames ); если они смещены на длительность поля, результатом будет чересстрочная запись (чересстрочная развертка полей).

По физическим причинам материал классической пленки всегда работает постепенно, частота кадров воспроизведения составляет от 16 полных кадров / с (нормальные 8) до 48 полных кадров / с ( IMAX HD). Обычное кино работает со скоростью 24 полных кадра в секунду по всему миру с 1920-х годов.

Видеокамеры в основном работают с чересстрочной разверткой (верхнее / нижнее поле). Большинство американских стран, Япония и некоторые другие страны работают с 60 полями в секунду, остальной мир - с 50 полями в секунду. Тем временем, однако, существуют камеры, которые могут опционально работать в полноэкранных режимах с 24, 25 или 30 (редко даже 48, 50 и 60) полными кадрами в секунду.

Однако изображения с цифровой обработкой также можно смешивать. Есть элементы изображения с чересстрочной разверткой (реклама, новостная лента, титры, вставленные части изображения, CGI ) и без (основной материал, CGI).

Пропуск линии в транспорте

Сканирование или передача изображений не изменяет свойство «чересстрочной развертки» исходного материала. Преобразование материала с чересстрочной разверткой в материал с прогрессивной разверткой и наоборот - технически очень сложная проблема, которую можно приблизить и решить только с помощью эвристических методов. См. Деинтерлейсинг .

Если среда передачи (аналоговое телевидение, видеомагнитофон VHS) допускает передачу только полей с фиксированной частотой кадров, каждый кадр должен быть разделен на два поля (при 50 Гц) или два с половиной поля (например, при 60 Гц). со скоростью 24 кадра / с). так называемое раскрытие NTSC). Остальные различия должны быть компенсированы слегка измененной скоростью воспроизведения (→ PAL Speedup ).

Декомпозиция полных изображений может выполняться по-разному - в зависимости от того, с какого поля начинается (BFF: сначала нижнее поле , TFF: сначала верхнее поле, верхнее поле, верхнее поле).

Однако результирующий сигнал не является классическим чересстрочным изображением, которое можно распознать по артефактам на движущихся краях (выступы при 50 Гц, рывки при 60 Гц), когда эти изображения отображаются на обычных устройствах (телевидение 50/60 Гц). Обширная постобработка на стороне дисплея может решить эти проблемы, см. Следующий раздел.

Процессы цифрового хранения и передачи здесь имеют прямо противоположный эффект - при чересстрочной развертке два поля всегда объединяются и кодируются для формирования полного изображения. MPEG-1 работает более неэффективно с краями, чем улучшенный MPEG-2, который обеспечивает альтернативный вариант кодирования, специально предназначенный для чересстрочного материала в движущихся частях изображения.

Пропуск строки в представлении / визуализации

За исключением отображения видеоматериала на телевизорах с частотой 50/60 Гц, постобработка принимаемого сигнала необходима, если необходимо добиться высокого качества отображения.

Эта постобработка становится необходимой, когда

время записи и воспроизведения не совпадают,
для чересстрочного материала: если разрешение записи и воспроизведения по вертикали не совпадает (другой формат, анаморфный / неанаморфный),

d. ЧАС. на самом деле в основном.

Исходный материал с чересстрочной разверткой

В режиме камеры оба поля сканируются с задержкой по времени. Если бы они были соединены таким же образом, с одной стороны, в движущихся областях изображения было бы некрасиво переплетенное двойное изображение, а с другой стороны, движения больше не были бы такими плавными. Поэтому здесь имеет смысл рассматривать все поля как полные изображения, в которых, однако, отсутствуют строки. Добавление этих недостающих строк называется деинтерлейсингом . В простейшем методе две соседние линии смешиваются, что, однако, приводит к размытию и не уменьшает мерцание мелких структур. Перенос строки с последнего поля резкий и не мерцает, но приводит к эффекту гребешка на движущихся местах.

Исходный материал с псевдострочным пропуском через раскрывающееся меню 2: 2 или 3: 2

В режиме пленки два поля можно легко объединить для формирования полного изображения путем временного сохранения сигнала и изменения расположения строк . Таким образом, фильм отображается в формате PAL с 25 полными кадрами. Следует отметить, что это ускоряет пленку примерно на 4,166 процента, в отличие от сжатия 3: 2 в NTSC (→ PAL Speedup ).

Дезинформация о HDTV

В ряде публикаций утверждается, что формат высокого разрешения (1080) всегда работает с чересстрочной разверткой. Это неправильно. Доступные режимы позволяют отображать 1080 строк как с чересстрочной разверткой, так и без нее. Однако с различными стандартами в формате 720 строк нет форматов чересстрочной развертки. Все стандарты с буквой «i» (для чересстрочной развертки , например, 1080i) в названии используют процедуру чересстрочной развертки, буква «p» (для прогрессивной развертки ) обозначает полные изображения.

Формат 720 строк:

25p, 50p (регионы 50 Гц)
24p (23,976), 30p (29,97), 60p, (59,94) (регионы 60 Гц)

Формат 1080 строк:

25p, 50i, 50p (регионы 50 Гц)
24p (23,976), 30p (29,97), 60i (59,94), 60p (59,94) (регионы 60 Гц)

Обычно рекомендуется записывать продукцию HD в формате 1080p59,94 или 1080p50, а для трансляции рекомендуется 1080p 29,97 или 720p59,94. Европейские вещатели, напротив, отдают предпочтение 720p50.

Мнение о том, что 1080p не существует с 60 или 50 кадрами в секунду, является полуправдой. Верно, что окончательная стандартизация для 1080p50 / 59.94 / 60 еще не принята ^{[устарела]} . Однако это не означает, что вам нужно обойтись без 1080p60 / 59,94 или 1080p50 (поскольку на BD / HD DVD для этого достаточно памяти).

веб ссылки

Commons : Interlacing - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Languages