Формат и размер ТВ-изображения

Система ТВ-вещания строится с постоянными параметрами, что является причиной её заведомой информационной избыточности. Согласованию со зрительной системой подлежат следующие параметры: формат изображения, количество строк разложения, количество воспроизводимых градаций яркости, частота кадров и ряд цветовых параметров.

Отношение ширины ТВ-изображения к его высоте называется форматом телевизионного изображения, значение которого в ТВ-вещании принято 4:3(1,33:1). Такой же формат был в немом кино; с переходом на звуковое кино он стал 11:8(1,37:1). Формат изображения выбран исходя из того, что соотношение углов зрения по горизонтали и вертикали имеет примерно одинаковое значение. Размер ТВ-изображения на экране должен удовлетворять условиям его оптимального рассматривания. Поэтому выбор размера должен опираться на опыт среднего наблюдателя. Опыт показывает, что наилучшим условием рассматривания плоского изображения является его удаление от глаз на расстояние , равное 4—6 высотам экрана . С увеличением числа зрителей должен расти и размер изображения. В этом случае оптимальным расстояние будет только для одной группы зрителей. Для двух других, расположенных ближе к экрану и дальше, условия не соблюдаются. Подобное имеет место и в кинотеатрах. В системе телевидения высокой чёткости (ТВЧ) 16:9(1,77:1), а (2—3) . Соотношение сторон в широкоэкранном кино 1,85:1. Формат воспроизводимого на экране телевизора изображения может отличаться от 'передаваемого. Размер многих современных кинескопов имеет соотношение сторон 5:4(1,25:1), что связано с обеспечением необходимой механической прочности при увеличенных размерах экрана. В результате 6% (1,33:1,25 = 1,06) передаваемого изображения оказывается за пределами экрана, если по вертикали изображение занимает Весь экран. Такие потери несущественны.

Количество строк разложения определяется исходя из разрешающей способности зрения. Максимальное число горизонтальных пар линий (периодов), укладывающихся по высоте изображения , при рассматривании с расстояния под углом равно , где (пер/град) — разрешающая способность зрения. Общее число линий (чёрных и белых) или число строк (см. рис. 3.16) будет , где — относительное расстояние наблюдения. Число строк можно также определить путём деления угла , под которым видно всё изображение высотой , на (см. рис. 3.16), под которым видна одна строка: . При разложении на строк изображения высотой ТВ-система может воспроизвести в поперечном направлении не более светлых или тёмных полос шириной, равной шагу развёртки ; оси полос совмещены с осями строк. По приведённому выражению рассчитаны значения числа строк (таблица 3.3) при 3 значениях угла разрешения и разных относительных расстояниях наблюдения .

Таблица 3.3. Значения числа строк в зависимости от угла разрешения и относительного расстояния наблюдения

	ξ
φ
1’
1,5’
2’

В настоящее время для ТВ-вещания в мире принято 2 стандарта разложения с 625 (преобладающее число стран, впервые был принят в СССР) и 525. В ряде стран принято вещание по системе ТВЧ.

Чёткость ТВ-изображения, оцениваемая по специальным испытательным таблицам, является результирующим параметром, количественно характеризующим разрешающую способность ТВ-системы. Чёткость изображения тем больше, чем выше резкость (характеризуется максимальной величиной или ) и детальность (воспроизведение одиночных деталей малой протяжённости). С точки зрения зрительного восприятия наиболее важный параметр — резкость. Это связано с тем, что глаз очень чувствителен к растягиванию границ яркостных переходов. Вторым по важности параметром является детальность, так как тонкие линии встречаются на изображении довольно часто.

Практически чёткость изображения и, следовательно, разрешающая способность ТВ-системы оценивается максимальным числом тёмных и светлых штрихов (линий), которые ещё можно раздельно различить на ТВ-изображении при данных условиях наблюдения. С этой целью на испытательных таблицах имеются вертикальные клинья (сужающиеся линии) для оценки разрешающей способности по горизонтали и зонные решётки (короткие горизонтальные штрихи с разной частотой следования) для определения разрешающей способности по вертикали. Рядом с ними делаются отметки в числе линий 300, 400 и т. д.

Частота кадров, исходя из временной разрешающей способности зрения, выбрана так, чтобы не были заметны мелькания яркости. Для этого её значение должно быть не менее 46 Гц, например 50 Гц. При чересстрочной развёртке с частотой 50 Гц передаются полукадры (поля), а частота кадров оказывается в 2 раза меньшей. В чёрно-белом телевидении частота полей автоматически подстраивалась под частоту энергосети (в СНГ и многих других странах она равна 50 Гц), что обеспечивало меньшую заметность помех от сети, проникающих в ТВ-сигнал. Если сеть имеет частоту 60 Гц, частота полей берётся равной 60 Гц. В цветном телевидении частоты строк и полей высокостабильны и не связаны с частотой сети, так как значение частоты цветовой поднесущей должно быть жёстко с ними связано.

В кино частота мелькания изображений на экране составляет 48 к/с, при этом мелькание незаметно. Однако условия наблюдения при просмотре кинофильмов и ТВ-изображений с экрана кинескопа неодинаковы. В кино каждый кадр показывается полностью. В ТВ, когда луч обегает экран и заканчивает прочерчивать последнюю строку, яркость предыдущих строк уменьшается по направлению к первой строке. В связи с этим, а также из-за чересстрочной развёртки частота 50 Гц оказывается недостаточной при большой яркости экрана и длительном просмотре ТВ-передач, с близкого расстояния. К тому же при таких условиях наблюдения и большом экране в процесс рассматривания вовлекаются и периферийные участки сетчатки, которые более чувствительны к мельканиям яркости.

Количество воспроизводимых градаций яркости позволяет судить о правильности передачи полутонов изображения и определяется линейностью характеристики передачи уровней. Последняя представляет собой зависимость уровней яркости ТВ-изображения (уровней сигнала) на выходе тракта или его звена от уровней яркости объекта (уровней яркости на входе тракта или его звена). В общем случае эта характеристика нелинейная и приближённо может быть выражена степенной функцией с показателем , где и — коэффициенты, в идеальном случае не зависящие от яркости объекта. Оценка количества воспроизводимых градаций яркости производится по градационным клиньям, состоящим из равномерных плутоновых полей, непрерывно следующих друг за другом на испытательной таблице. Клин имеет 10 участков (полей) различной яркости. В условиях ТВ-наблюдения считается, что хорошее качество изображения получается при числе воспроизводимых градаций яркости 8—10.

Рис. 3.18. Преобразование непрерывного изображения (а) в сигнал в передающей трубке, этого сигнала в дискретное изображение (б) в кинескопе с последующим восстановлением непрерывного изображения зрительной системой.