23. Системы с телевизионным растром

Процесс преобразования хранящейся в буфере кадра растровой картинки в упорядоченный набор точек на телеэкране называется растровой разверткой. Сканируемый набор точек и частота воспроизведения основаны как на особенностях визуального восприятия, так и на принципах электроники. Системе визуального восприятия человека требуется конечный интервал времени для рассмотрения элементов картины. Однако обеспечить впечатление непрерывности позволит только такой интервал, который настолько мал, что инерция зрительного восприятия перекрывает мерцание. На мерцание влияет ряд факторов, включая яркость изображения и конкретный люминофор, используемый для экрана ЭЛТ.

Опыт показывает, что для практических целей минимальной скоростью вывода или изменения изображения является 25 кадров в секунду при условии, что минимальная скорость регенерации или воспроизведения в два раза больше, то есть составляет 50 кадров в секунду. Аналогичная ситуация имеет место при демонстрации кинофильма. При этом показывается 24 кадр/с, но каждый кадр показывается дважды, и в результате эффективная скорость воспроизведения равна 48 кадр/с. Таким образом, для фильма скорость изменения равна 24, а скорость регенерации — 48. В телевидении тот же самый эффект достигается с помощью метода, называемого чересстрочной разверткой.

Телевидение использует метод растрового сканирования. В американской стандартной видеосистеме используется в совокупности 525 горизонтальных строк с кадровым, или видовым, отношением 4:3, то есть высота видовой области равна трем четвертям ее ширины. Скорость воспроизведения, или сменыкадра, составляет 30 кадр/с. Однако каждый кадр делится на два поля, каждое из которых содержит по половине картинки. Эти два поля чередуются или перемежаются. Они попеременно показываются через каждую 1/60 секунды. Одно поле содержит все строки с нечетными номерами (1, 3, 5, ...), а другое — с четными (2, 4, 6, ...). Сканирование начинается в верхнем левом углу экрана с нечетного поля. Каждая строка в поле сканируется или представляется слева направо. В то время, как электронный луч движется поперек экрана слева направо, он также перемещается вертикально вниз, но с намного меньшей скоростью. Таким образом, «горизонтальная» сканирующая строка на самом деле слегка наклонена. При достижении правого края экрана луч делают невидимым и быстро возвращают к левому краю. Такой горизонтальный возврат луча обычно занимает около 17% времени, отведенного для одной сканирующей строки. Затем этот процесс повторяется со следующей нечетной строкой.

Так как половина от 525 равна 262.5 строки, то при завершении сканирования поля нечетных строк луч окажется в центре нижней строки экрана. Луч затем быстро переводится в центр верхней стороны экрана. Так производится вертикальный перевод луча для нечетного поля. Время, затрачиваемое на него, эквивалентно времени, затрачиваемому на сканирование 21 строки. Затем показывается поле четных строк, после чего луч оказывается в нижнем правом углу. Перевод луча для поля четных строк возвращает его в верхний левый угол, и весь процесс повторяется снова. Таким образом, показываются два поля для каждого кадра, то есть 60 полей в секунду. Данный метод существенно уменьшает мерцание, так как глаз воспринимает скорость воспроизведения поля.

Хотя в принятой в США стандартной видеосистеме предусмотрено 525 строк, на самом деле видимы только 483 строки, так как время, затрачиваемое на сканирование 21 строки, уходит на вертикальный перевод луча (во многих растровых графических устройствах это время используется для обработки другой информации). В течение этого времени электронный луч невидим или выключен. Время, отпущенное на каждую сканирующую строку, легко подсчитывается для частоты воспроизведениякадра 30/с следующим образом: 1 с/30 кадр * 1 кадр/525 строка = 63.5 мкс/строка.

Так как приблизительно 10.5 мкс тратится на горизонтальный перевод луча, то вывод видимой части каждой строки должен быть завершен за 53 мкс. В строке при нормальном соотношении сторон видеообласти, равном 4:3, находится 644 пиксела. Таким образом, время, отпущенное на считывание и вывод пиксела, равно: 53 мкс/1 строка * 1 строка/644 пиксел = 82 нс.

Во многих растровых дисплеях, построенных на основе буфера кадра, применяется разрешение изображения 512 пикселов в строке. На считывание и вывод пиксела при таком разрешении отводится приблизительно 103 нc. Аналогичные результаты получаются для 625-строчной видеосистемы с частотой воспроизведения 25 кадр/с, используемой в Великобритании и большинстве стран Европы.

Метод чересстрочной развертки не является абсолютно необходимым при выводе видеоизображения, однако изображение без чередования строк будет несовместимым со стандартным телевизионным приемником. При отсутствии чересстрочной развертки для устранения мерцания придется увеличить частоту воспроизведения до 60 кадр/с, а это, конечно, сокращает в 2 раза время для обработки пиксела. Более высокое разрешение по числу строк и количеству пикселов в строке также уменьшает это время; например, при разрешении 1024 * 1024 на считывание и вывод пиксела отводится в четыре раза меньше времени, чем при разрешении 512 * 512, — приблизительно 25 нс! В этом случае потребуется очень быстрая память для буфера кадра и такой же быстрый ЦАП.