20 000 профессионалов proAV > 1500 компаний > 570 городов > 6 стран ближнего зарубежья > 1 сообщество

Присоединяйтесь!

Подписка на дайджест
Рубрикатор статей

Преобразователи развертки: типы, принцип работы, применение

Традиционно все дисплеи на основе электронно-лучевых трубок использовали горизонтальную (строчную) и вертикальную (кадровую) развертку. Электронный луч прочерчивал слева направо строку за строкой, а затем возвращался в исходную точку – чтобы начать прорисовку нового кадра. Синхронный прием телепередач диктует жесткие стандарты в телевидении: частоты обновления кадров и переходов со строки на строку задаются на передающей стороне. Исторически сложилось так, что телевизионная развертка была привязана к частоте сети переменного тока: 60 Гц в Америке, Канаде, Японии и некоторых других странах и 50 Гц в остальной части Земного шара. Эти значения до сих пор определяют частоту смены полей, или полукадров, при чересстрочной развертке и все остальные временные параметры изображения. Собственно кадровая частота равна половине частоты смены полей, или соответственно 30 и 25 Гц. И хотя в современных пиксельных дисплеях используются несколько иные принципы, нежели в кинескопном телевизоре, строчная структура растра как таковая отсутствует и по большом счету актуальна только смена кадров, стандарты ТВ остались прежними. В самих дисплеях может осуществляться преобразование развертки из чересстрочной в построчную и удвоение строк, в результате чего могут появляться такие значения кадровой развертки, как 50, 100 Гц (PAL, SECAM) или 60, 120 Гц (NTSC). Но исходный сигнал аналогового телевещания, принимаемый из эфира, остается неизменным.

В компьютерном же мире, который не имеет жесткой привязки к телевещанию, все гораздо разнообразнее. Например, для обычного кинескопного монитора при экранном разрешении 1024 х 768 можно выбрать частоту обновления кадров из следующего списка: 43 Гц (чересстрочная развертка); 60, 72, 75, 85, 90, 100, 120 Гц (прогрессивная развертка). Если же задать иное разрешение, изменится и список. Нетрудно видеть, что далеко не все значения не только соответствуют ТВ-стандартам, но и являются кратными по отношению к ним, что затрудняет взаимодействие этих двух областей.

В процессе производства видеосигнал может иметь самые различные параметры разверток, но перед выходом в эфир он обязательно преобразуется в стандартную для этой цели форму.

Между тем, не имея прямой связи, компьютерная область и телевидение тем не менее имеют множество точек соприкосновения. В наше время телепроизводство немыслимо без компьютера: реклама, спецэффекты, монтаж, титры, анимация, обработка сигнала и пр. – все это результаты глобальной компьютеризации телевидения. В процессе производства видеосигнал может иметь самые различные параметры разверток, но перед выходом в эфир он обязательно преобразуется в стандартную для этой цели форму. Но потребность данного преобразования возникает не только в телестудиях и не только непосредственно перед подачей сигнала на модулятор передатчика. Очень часто бывает необходимо просмотреть изображение с ноутбука на стандартном телевизоре, записать его на видеомагнитофон и т.д. Для этой цели используются устройства, называемые преобразователями развертки, или скан-конверторами.

preobrazovateli-razvertki-1.jpg
Рис. 1. Вывод изображения с компьютера на телевизор или видеомагнитофон

Многие модели скан-конверторов обладают значительной универсальностью по отношению к входным сигналам, а профессиональные имеют входы внешней синхронизации.

Эти устройства бывают двух типов: встраиваемые и в виде отдельных компонентов. К первому относятся видеокарты, оснащенные готовым видео выходом, а также функциональные узлы современных телевизоров, имеющих компьютерные видео входы. Все профессиональные станции нелинейного монтажа на студиях на основе мощных компьютеров оснащены видеокартами, осуществляющими преобразование развертки на высоком качественном уровне и использующие внешнюю синхронизацию для вывода видеосигнала. Однако источники видеосюжетов достаточно разнообразны: это может быть и ноутбук, видеокамера, спутниковый ресивер, DVD-диск. Сами программы могут иметь стандартное разрешение или относиться к разряду ТВЧ. Либо возникает потребность (в последнее время все чаще) воспроизвести программу стандартного телевидения на дисплее высокого разрешения с минимальными потерями качества. В этих случаях пригождаются сканконверторы в виде отдельных устройств. Выручают они и при наличии в персональном компьютере видеокарты пользовательского, а не профессионального ранга, которая может иметь ТВ-выход, но не обеспечивать при этом требуемого качества (типичный пример из области презентаций). Многие модели скан-конверторов обладают значительной универсальностью по отношению к входным сигналам, а профессиональные имеют входы внешней синхронизации, что позволяет вписать любой прошедший через них сигнал в общую временную сетку телестудии, исключив подрывы изображения при переключении источников сигнала.

Как работает преобразователь развертки

Скан-конвертор – сложное цифровое устройство, построенное на основе скоростных DSP-процессоров и больших буферов памяти. Некратные преобразования развертки не под силу аналоговым устройствам, работающим в реальном времени, тем более если речь идет о профессиональном уровне качества преобразования. Скан-конвертор работает не в реальном времени: с заданной частотой строчной и кадровой разверток происходит только считывание готовой информации, а работа над сигналом производится гораздо быстрее: за время каждой строки или кадра процессор он успевает произвести огромное количество операций, что в аналоговом представлении принципиально невозможно.

Прибор просто подстраивается под развертку входного сигнала автоматически либо параметры по входу задаются вручную.

Рассмотрим процессы, происходящие в скан-конверторе, например, при подаче на его вход компьютерного сигнала RGB с разрешением XGA (1024 х 768 пикселей), из которого нужно получить сигнал стан- дартного ТВ (SDTV) 480i (interlaced, или чересстрочная развертка – такую размерность имеют, в частности, программы, записанные на дисках DVD NTSC). Тот же результат на выходе можно получить и при иных входных сигналах стандарта VGA (до UXGA и выше) или DVI, HDMI и пр. Прибор просто подстраивается под развертку входного сигнала автоматически либо параметры по входу задаются вручную.

Первая стадия обработки – оцифровка в АЦП, необходимая для аналогового RGB и других аналоговых сигналов. Точность оцифровки очень важна, поэтому более продвинутые модели скан-конверторов предлагают глубину (разрядность) не стандартные 8 бит, а выше: 10, 12, иногда 14. Чем выше разрядность изначальной оцифровки, тем лучше: выше линейность, меньше уровень цифрового шума, к тому же обработка сигнала в DSP-процессорах производится с заведомо более высоким разрешением, чтобы не допустить большого набега ошибки при многочисленных математических операциях с данными. И если даже на цифровом выходе прибора нам понадобится всего 8- или 10-битный сигнал (что определяется спецификой монитора или компонентов тракта, следующих за скан-конвертором), лишние биты по окончанию отбрасываются или округляются (последнее предпочтительнее). Аналоговый же выходной тракт преобразователя вполне может иметь ЦАП столь же высокой разрядности, как и АЦП.

Естественно, цифровые входные сигналы (DVI, HDMI, SDI) оцифровки не требуют и подаются в обход АЦП в буфер памяти и далее на вход процессора.

preobrazovateli-razvertki-2.jpg
Рис. 2 Схема преобразования развертки с понижением разрешения

Информация о цвете новых пикселей вычисляется тоже не простым вычислением среднего арифметического, а с применением более сложных алгоритмов усреднения со сглаживанием (antialiasing), учитывающих многие параметры изображения в целом и конкретных его фрагментов.
Информация о цвете новых пикселей вычисляется тоже не простым вычислением среднего арифметического, а с применением более сложных алгоритмов усреднения со сглаживанием (antialiasing), учитывающих многие параметры изображения в целом и конкретных его фрагментов.

В процессоре происходит пересчет пиксельной структуры сигнала: уменьшается количество пикселей по горизонтали и вертикали до нужного значения, определяемого новым разрешением и форматом кадра (последний часто при этом меняется, например с 16:9 до 4:3). Пиксели при пересчете просто «слипаются», скажем, 4 в 1, как если бы исходное и конечное разрешения отличались ровно в 4 раза. Информация о цвете новых пикселей вычисляется тоже не простым вычислением среднего арифметического, а с применением более сложных алгоритмов усреднения со сглаживанием (anti-aliasing), учитывающих многие параметры изображения в целом и конкретных его фрагментов. Делается это для того чтобы избежать потери качества изображения, которое при более низком разрешении должно выглядеть на дисплее меньших размеров так же, как исходное на – более крупном. Естественная потеря деталей при этом компенсируется меньшим экраном, субъективно же она не должна восприниматься. На экране не должна проступать пиксельная структура, что выражается в зернистости фактуры и зубчатости наклонных линий. Алгоритмы сглаживания и общей оптимизации изображения реализуются с помощью цифровых фильтров.

preobrazovateli-razvertki-3.jpg
Рис. 3. Преобразование с понижением разрешения

preobrazovateli-razvertki-4.jpg
Рис. 4. Фрагмент изображения после преобразования с понижением разрешения,
увеличенный и помещенный поверх исходного кадра

Естественно, в процессе преобразований должны остаться нетронутыми такие показатели, как яркость, контрастность, резкость, цветопередача. Чтобы обеспечить их сохранность, необходимо с максимальной аккуратностью перенести сигнал из цветового пространства RGB с равными весовыми соотношениями трех составляющих – красного, зеленого и синего – в цветовое пространство YPbPr, которое соответствует композитному видео. Здесь соотношение весов основных цветов иное и определяется формулой белого цвета (основанной на особенностях зрительного восприятия): EY = 0,3ER + b,59EG + 0,11EB. Кроме этого, компонентный сигнал несет не абсолютные уровни R, G и B, а сигнал яркости Y и две цветоразностных компоненты Pr и Pb, получаемые из исходного RGB-сигнала путем матрицирования.

Если прибор оснащен разными выходами, с каждого из них сигнал может сниматься синхронно в соответствующем формате.

Чтобы обеспечить полную идентичность субъективно воспринимаемых яркости, контрастности, цветности и четкости, многие модели скан-конверторов предполагают средства их настройки, что может пригодиться и само по себе: повышенная гибкость и возможность повлиять на сигнал всегда ценны, тем более что в цифровых устройствах дополнительные регулировки не означают деградации сигнала из-за накапливающихся шумов и разного рода искажений.

После тщательной покадровой обработки и преобразований, связанных с переходом к компонентному сигналу, данные снова помещаются в память, откуда извлекаются в порядке, определяемом новыми частотами строчной и кадровой разверток. Причем порядок извлечения полей теперь соответствует чересстрочной развертке, которую требуется получить на выходе.

Далее, если сигнал будет сниматься с аналогового выхода YPbPr, следует цифро-аналоговое преобразование. Если нужен композитный сигнал, он синтезируется из компонентного в стандартных чипах кодеров. Если прибор оснащен разными выходами, с каждого из них сигнал может сниматься синхронно в соответствующем формате. При наличии входа для внешнего опорного генератора выходной сиг- нал будет синхронизирован со студией. Если этого не требуется, можно ограничиться внутренним опорным генератором.

Там, где необходим прирост разрешения, задействуются не просто алгоритмы цифровой фильтрации, а интерполяции, в процессе которой синтезируется новая информация, которой не было в исходном изображении.

В рассмотренном нами примере был получен ТВ-сигнал 480i, относящийся к стандарту NTSC. Если же говорить о преобразовании VGA (640 x 480) в PAL для стандартного ТВ, то вместо 480i будет иметь место размерность 576i, а разрешение станет 720 х 576. Иными словами, количество пикселей по горизонтали уменьшится, а по вертикали – возрастет. Там, где необходим прирост разрешения, задействуются не просто алгоритмы цифровой фильтрации, а интерполяции, в процессе которой синтезируется новая информация, которой не было в исходном изображении. То же самое осуществляется при подгонке изображения стандартного разрешения к собственной пиксельной структуре дисплея ТВЧ. Попутно чересстрочная развертка преобразуется в прогрессивную. При этом наряду со сглаживанием и прочими операциями задействуются сложные интерполяционные алгоритмы, предотвращающие «эффект расчески» на подвижных объектах (из-за временного рассогласования соседних полей при переходе к прогрессивной развертке), мерцание соседних строк, эффект «пересыпания пикселей» (наблюдающийся при медленном «наезде» камеры на неподвижный объект, при котором его фактура меняет свою зернистость).

preobrazovateli-razvertki-5.jpg
Рис. 5. При укрупнении неподвижного изображения «эффект расчески»
незаметен даже на самой расческе. Но стоит привести ее в движение…

preobrazovateli-razvertki-6.jpg
Рис.6. Укрупнение изображения без сглаживания (слева) и с ним (справа)

Качественный алгоритм преобразования практически не приводит к дробности или неравномерности движения объектов, а также размывании их фактуры во время движений.

Поскольку, как уже говорилось, скан-конверторы осуществляют некратные преобразования, процесс связан с синтезом последовательности промежуточных полей, из которых затем одни отбрасываются, а другие используются в новом изображении. Принцип здесь тот же, что и при преобразовании из NTSC в PAL или SECAM, основные сложности которого проистекают из 20%-й разницы в кадровых развертках. Качественный алгоритм преобразования практически не приводит к дробности или неравномерности движения объектов, а также размывании их фактуры во время движений. Все эти операции, в принципе, идентичны тем, которые осуществляются в более универсальных приборах – масштабаторах, включая алгоритм особой обработки программ, изначально снятых на кинопленку (24 кадра / с), а затем с помощью сложных манипуляций с полями переведенных в телевизионный стандарт NTSC (30 кадров/с). Качественный прибор автоматически опознает следы преобразования «телекино» в программе и активирует специальный алгоритм стяжки 3:2, гарантирующий максимально равномерные движения за счет корректного воссоздания последовательности кадров и дальнейших преобразований к более высокому разрешению.

Скан-конверторы довольно универсальные приборы. Они позволяют задать нужный формат выходного ТВ-сигнала вне зависимости от того, какой именно компьютерный сигнал подается на вход. Кроме этого, в отличие от продвинутых видеокарт с ТВ-выходом, скан-конвертор обычно имеет функцию кадрирования: при желании можно вырезать из кадра нужный фрагмент и именно его подать на выход уже в полноэкранном режиме и в требуемом телевизионном формате с нужными экранными пропорциями (16:9, 14:9, 4:3, 2.35:1).

preobrazovateli-razvertki-7.jpg
Рис. 7. Преобразование с кадрированием

Как охлаждать будем? Жидкость или воздух: «за» и «против» Как охлаждать будем? Жидкость или воздух: «за» и «против»
Системы охлаждения для видеостен на основе проекционных кубов.
Поверхность для проекции 4К и Ultra HD: тестирование и сравнение Поверхность для проекции 4К и Ultra HD: тестирование и сравнение
При проецировании контента с разрешением 4К+ чрезвычайно важно правильно подобрать проекционное полотно.
Отображать 4К контент или быть 4К устройством? Есть разница! Отображать 4К контент или быть 4К устройством? Есть разница!
В данной статье будут рассмотрены особенности разрешения в формате 4К, на которые следует обратить внимание.
Топ-5 ошибок при создании интерактивных Digital Signage Топ-5 ошибок при создании интерактивных Digital Signage
Какие недочеты могут привести к большим проблемам? Взглянем на топ-5 ошибок при создании интерактивных систем Digital Signage.
Привлечь и удержать: хитрости применения AV-технологий Привлечь и удержать: хитрости применения AV-технологий
Как извлечь максимальную выгоду из вложений в такие мероприятия как, например, презентации на выставках?
Передача аудио- и видеосигналов по IP: что это дает proAV? Передача аудио- и видеосигналов по IP: что это дает proAV?
Часто мы слышим фразу "передача аудио- и видеосигнала по IP-сетям". Но каково ее истинное значение для коммерческих AV-с...
Все статьи
Видео
Вебинар «Решения BenQ для аудиторий и переговорных»
Вебинар "Все об аудио оснащении переговорных комнат"
Все видео
Направленный звук и проекции для Океанариума во Владивостоке Направленный звук и проекции для Океанариума во Владивостоке
Компания ВИАТЕК спроектировала и оснастила комплексом аудиовизуальных средств "Приморский океанариум" на острове Русский...
Удобный, функциональный конференц-зал для научного института Удобный, функциональный конференц-зал для научного института
«Хай-Тек Медиа» реализовала проект по оснащению малого конференц-зала ФГБНУ ВНИИСБ комплексом мультимедийного оборудования.
Комплексное аудио-видео оснащение холла 2-го корпуса КФУ Комплексное аудио-видео оснащение холла 2-го корпуса КФУ
Компания ИКТ-Казань завершила комплексное оснащение  холла 2-го корпуса КФУ современными аудиовизуальными системами.
Мощное оснащение конференц-зала на небольшой бюджет Мощное оснащение конференц-зала на небольшой бюджет
Разворачивание ведомственной системы ВКС, комплексное оснащение конференц-зала и переговорной комнаты ТФОМС СК.
Оригинальное аудиорешение для ''Экспофорума'' в Санкт-Петербурге Оригинальное аудиорешение для ''Экспофорума'' в Санкт-Петербурге
Была поставлена задача: установить экран для видеопроекции и кинопоказа,разработать и внедрить систему звукоусиления (СЗУ)...
Реконструкция и оснащение ККЗ «Октябрь» на Сахалине Реконструкция и оснащение ККЗ «Октябрь» на Сахалине
В Южно-Сахалинске после реконструкции открылся киноконцертный зал «Октябрь» - главный кинотеатр город еще с советских времен.
Все кейсы
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
Модельный ряд мониторов с подробным описанием, 16 полос, А4, рус-eng.
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
Каталог конференц-систем и оборудования для синхронного перевода, формат А4, 50 полос.
Все файлы
Акустика в залах совещаний: идеальный звук – совсем не сложно
Стюарт Стивенс
“Проектный менеджер компании Shure Distribution UK, Стюарт Стивенс - о различных методах улучшения акустики в залах для совещаний.”
Стюарт Стивенс
Проектный менеджер Shure Distribution UK
Case Study – лучший инструмент AV-интегратора
Гари Кей
“Я преподаю маркетинг в InfoComm вот уже несколько лет. Мой СОВЕТ№1 для слушателей: публикуйте Case Study.”
Гари Кей
Основатель портала rAVe
Распределенные звуковые системы. Не так просто, как кажется
Аджигитов Максим
“Задача этой статьи - развенчать миф о том, что проектирование системы фонового звука не стоит серьезных временных и умственных затрат.”
Аджигитов Максим
Ведущий инженер по акустике ГК DIGIS
Все мнения
http://www.avclub.pro/news/proizvoditel/novyy-shirokougolnyy-obektiv-dlya-vivitek-du9000/