Стандарт цветного телевидения ntsc. Чем отличается формат PAL от NTSC

PAL, SECAM и NTSC. Так называются телевизионные стандарты, то есть форматы. Стандарт SECAM - это телевизионный формат, которое нашел использование в России. Но не только. Его используют также в странах Восточной Европы и во Франции. Именно от французского «SEquential Couleur Avec Memoire» и происходит его название.

SECAM предусматривает разложение телевизионного кадра на 625 строк, частоту кадров 50 Гц. Поскольку частота кадров и количество строк соответствует стандарту PAL, то ничто не мешает в монохромном варианте просматривать видео в формате SECAM на видеоплеере PAL стандарта, как и наоборот.

Основной телевизионный стандарт в Европе - это PAL. Он также используется в Великобритании, Австралии и Южной Африке. Название происходит от «Phase Alternate Line».

Стандарт PAL использует метод, с помощью которого добавляется цвет к телевизионному сигналу черного и белого цвета. Он создает на экране 625 строк с частотой 25 кадров в секунду. Подобно системе NTSC использует чересстрочную развертку.

Стандарт NTSC - стандарт видеозаписи, телевещания. Нашел применение в США, Японии и других странах. Спецификация на стандарт NTSC определена в 1952 году национальным комитетом стандартов в области телевидения, то есть National Television Standards Committee, что и стало в результате названием.

Стандарт определяет метод кодирования информации в композитный видеосигнал. Обеспечивается поддержка 16 миллионов разных цветов. Сегодня уже разрабатываются новые разновидности стандарта NTSC «Super NTSC» и «16х9». Они войдут в состав стандарта MPEG и стандарта разработки DVD.

Система SECAM — сегодня, как уже говорилось, основная система цветного аналогового телевидения в России. Основные параметры отечественного телевидения этого стандарта определяются в рамках ГОСТ 7845-92. После развала СССР в Восточной Европе систему SECAM постепенно стала вытеснять система PAL.

Видеооборудование стандарта SECAM сегодня, по сути, нигде на планете не производится. Всё видеопроизводство действует в системе PAL в европейском стандарте разложения, а в эфир после транскодирования поступает сигнал SECAM.

Когда российское вещание перейдет к системе PAL? Этот вопрос неоднократно поднимался специалистами, но телевизионных приемников стране, поддерживающих единственный стандарт SECAM, все еще полным-полно.

Сейчас в России эфирное аналоговое вещание телевизионных каналов ведётся в системе SECAM. В то же время в сетях кабельного вещания подавляющее большинство аналоговых телевизионных каналов. Среди них и те, которые представлены в открытом эфире. Они передаются в системе PAL, что означает невозможность их просмотра на старых советских телевизорах в цвете.

Системы NTSC, PAL, SECAM

Как известно, люди разных национальностей говорят на разных языках. Так и с появлением цветного телевидения возникли "языки телевидения", то есть системы цветного телевидения. Их всего три NTSC, PAL и SECAM. Система NTSC получила распространение в странах с частотой сети переменного тока 60 Гц (США, Япония), системы PAL и SECAM - в странах с частотой сети переменного тока 50 Гц. Соответственно и частота вертикальной развертки (частота полей) была выбрана таким образом, чтобы уменьшить заметность помех от электропроводки первичной сети: для NTSC - 60 Гц, для PAL и SECAM - 50 Гц.

Как только были разработаны различные системы цветного телевидения, появилась необходимость в переводе видеоматериалов из одной системы в другую - транскодировании, а если говорить о транскодировании из системы 50 Гц в 60 Гц или наоборот - преобразовании стандарта.

Основой аналогового цветного телевидения является ПЦТС - полный цветной телевизионный сигнал (или композитный видеосигнал), который содержит информацию о яркости и цветности. В англоязычной литературе для его обозначения применяются аббревиатуры CCVBS и CCVS (каждая фирма называет сигнал по-своему и каждая считает, что она права).

Известно, что любой цвет можно получить, "включив" в нужной пропорции красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) источники света (или сокращенно RGB). Их называют основными цветами для аддитивного синтеза цвета. Из маленьких RGB-элементов состоит телевизионный экран. Но не RGB-сигналы были выбраны для передачи цветного телевещания. Вместо них в основу всех систем легла передача сигналов яркости Y и цветоразностных сигналов U и V. Строго говоря, для каждой системы цветоразностные сигналы имеют собственные буквенные обозначения, например, для PAL - V и U, для NTSC - I и Q, для SECAM - Dr и Db. Но, как правило, все оригинальные статьи по телевизионному оборудованию, микросхемам, и т.п. используют термин RGB для обозначения сигналов основных цветов и YUV - для цветоразностных сигналов. Сигналы RGB и YUV взаимосвязаны однозначной зависимостью (системой уравнений), которая называется матрицей. Выглядит она следующим образом:

Причем множители (нормирующие коэффициенты) для U и V в каждой системе различны:
PAL: V = 0,877 (R-Y), U = 0,493 (B-Y);
NTSC: I = V cos 33° - U sin 33°, Q = V sin 33° + U cos 33°;
SECAM: Dr = -1,9 х (R-Y), Db = 1,5 х (B-Y).

Так почему же никто из разработчиков телевизионных систем не пошел по, казалось бы, естественному пути и не начал передавать сигналы основных цветов RGB? На это есть несколько причин, но главных, пожалуй, две:

Во-первых, системы цветного телевидения должны оставаться совместимыми с исходными системами черно-белого телевидения, чтобы по черно-белому телевизору можно было нормально (или почти нормально) смотреть передачи, транслируемые в цветном изображении;

Во-вторых, система цветного телевидения не должна была требовать для трансляции более широкой полосы частот, чем исходная система черно-белого телевидения.

Как же удалось передать дополнительно информацию о цвете, не расширяя полосу пропускания видеосигнала (то есть не увеличивая количество передаваемой информации)? Возможно ли это? Строго говоря - нет. Каждая система цветного телевидения представляет собой образец более или менее удачного компромисса между уступками в качестве передачи сигнала яркости и выигрышем от умелого использования полученной полосы пропускания для передачи сигнала цветности. Очевидно, что ПЦТС должен нести информацию о яркости и цветности. Но если для введения цветоразностных сигналов просто сложить Y, U и V, то разделить их в дальнейшем будет невозможно. Главная задача - без взаимных помех смешать сигналы яркости и цветности и без ошибки разделить их. Но по какому признаку можно отличить в видеосигнале яркость от цветности?

Решить эту задачу позволила особенность человеческого зрения. Оказалось, что информация о яркости воспринимается одними фоторецепторами глаза - палочками, а о цвете другими - колбочками (по телевизионной терминологии, в формате YUV). Причем разрешающая способность палочек гораздо выше, чем колбочек. То есть, если на изображении яркостные контуры обозначены четко, а цвета "размазаны", то человеческий глаз руководствуется яркостной компонентой, не замечая "размазанности". Например, герои мультфильмов детских книжек-раскрасок, даже закрашенные нетвердой детской рукой, выглядят довольно аккуратно и радуют родительский глаз. А ведь эту аккуратность придает рисунку типографский черный контур!

Итак, сигнал яркости Y надо передавать четко, цветоразностные сигналы UV можно передавать несколько "размазанно" (в меньшей полосе частот) - изображение от этого не пострадает (вернее, человеческий глаз этого не заметит). Чтобы меньше навредить четкости передаваемого изображения, решено было для передачи цветоразностных сигналов использовать часть высокочастотного спектра сигнала яркости. Специальный режекторный фильтр ослабляет яркостный сигнал на выбранной частоте и образует "щель" в его частотной характеристике. Часто в специальной литературе такой фильтр называют notch, что в переводе с английского обозначает "выемка". А цветоразностные сигналы поступают на фильтр низких частот, который ограничивает их спектр, далее на модулятор, который смещает их в заданную область частотного диапазона (результат модуляции называется "поднесущей цветности"), и далее на смеситель, где поднесущая укладывается в приготовленную для нее "щель" в спектре сигнала яркости. Описанный способ режекции сигнала яркости, НЧ-фильтрации и модуляции цветоразностных сигналов и сложения сигналов яркости и цветности является одинаковым для всех систем цветного телевидения. Однако на этом сходство заканчивается, и далее каждый из стандартов и присущие им преимущества и недостатки будут рассматриваться отдельно.

Система NTSC

Стандарт NTSC был разработан для частоты кадров 60 Гц (точнее 59,94005994 Гц), 525 строк. Для передачи цветности используется квадратурная модуляция с подавлением поднесущей (то есть поднесущая цветности на неокрашенных участках отсутствует). Для модуляции используется частота поднесущей цветности 3579545,5 Гц, что позволяет "разместить" в одной телевизионной строке 455 (нечетное количество) полупериодов частоты поднесущей. Таким образом в двух соседних строках NTSC поднесущие цветности находятся в противофазе, и на экране телевизионного приемника помеха от поднесущей выглядит как мелкое шахматное поле и относительно незаметна. Следует обратить внимание, что если бы в телевизионной строке было четное число полупериодов поднесущей, помеха выглядела бы как неподвижная вертикальная сетка и заметность ее была бы гораздо выше. Примененный способ снижения заметности помехи (каждая "яркая" точка на экране окружена "темными" и наоборот) также основан на свойствах человеческого зрения: с некоторого расстояния глаз перестает воспринимать каждую точку, а видит равномерно светящийся экран - это называется "осреднением" или "фильтрацией". Так как каждая точка окружена другими не только с боков, но и сверху и снизу, такая фильтрация называется "двумерной". Заметим, что режекторный фильтр (выделяющий "щель") или низкочастотный фильтр (подавляющий все частоты выше частоты среза), который, как правило, используют для разделения сигналов яркости и поднесущей цветности, выполняют только одномерную (горизонтальную) фильтрацию. Особенностью системы NTSC является то, что информация о цветности передается не в системе координат (R-Y), (B-Y), а в системе I, Q, развернутой относительно (R-Y), (B-Y) на 33°. Кроме того, полосы пропускания для сигналов I и Q выбраны различными - американские инженеры учли, что человеческий глаз различает мелкие сине-зеленые детали хуже, чем красные, и решили дополнительно сэкономить в цветности и выиграть в яркости.

Теперь - о квадратурной модуляции: чем она хороша и чем плоха? Как уже говорилось, просто сложить сигналы Y, U и V нельзя - мы не сможем их потом разделить. Поэтому предварительно надо получить поднесущую цветности, промодулировав синусоидальный сигнал таким образом, чтобы его амплитуда зависела от величин сигналов U и V, а фаза (относительно исходной синусоиды) - от соотношения величин U и V между собой. Такой сигнал уже можно сложить с сигналом яркости, а затем снова разделить их. Для этого в сигнале яркости предварительно при помощи режекторного фильтра должны быть ослаблены частоты, близкие к частоте исходной синусоиды.

На разделении яркости/цветности в системе NTSC следует остановиться особо. Отмечено, что в одной телевизионной строке NTSC укладывается нечетное количество полупериодов поднесущей цветности и, следовательно, в двух соседних строках поднесущая находится в противофазе. Теперь предположим, что изображение не содержит четких горизонтальных границ, то есть две соседние строки не слишком сильно отличаются друг от друга. В действительности это очень вольное допущение, которое справедливо далеко не всегда. Тогда в результате суммирования двух соседних строк произойдет взаимное подавление поднесущих цветности и в результате останется только сигнал яркости удвоенной амплитуды. При вычитании двух соседних строк произойдет подавление сигнала яркости (ранее мы предположили, что соседние строки "почти одинаковы") и в результате останется поднесущая цветности удвоенной амплитуды. Таким образом, в результате операций сложения и вычитания удалось абсолютно корректно выделить сигналы яркости и цветности из полного сигнала NTSC. Такой способ разделения яркость/цветность называется гребенчатой фильтрацией (comb filter). Гребенчатый фильтр позволяет получить сигнал яркости в полной полосе частот, то есть не требует режекции сигнала яркости при кодировании! Следует однако заметить, что в два раза (!) ухудшается разрешающая способность изображения по вертикали, так как сигналы яркости/цветности в каждой строке заменяются на осредненное значение по двум соседним строкам. Кроме того, при наличии в изображении горизонтальных границ, описанный способ разделения яркость/цветность просто перестает работать, что приводит к потере вертикальной четкости, сопровождаемой появлением помехи от неотфильтрованной поднесущей цветности (так называемые "висящие точки"). Эффективная фильтрация возможна только при идеальных временных характеристиках видеосигнала (соседние строки должны быть расположены точно одна под другой без горизонтального дребезга, называемого "джиттер") и иметь идеальную зависимость частоты и фазы поднесущей цветности от частоты и фазы строчного синхроимпульса. Гребенчатый фильтр совершенно неприменим для фильтрации записи, воспроизведенной с видеомагнитофона (Philips Data sheet Product specification SAA7152 Digital Video Comb Filter (DCF) August 1996), и даже требования российского стандарта эфирного вещания для него недостаточны. Поэтому гребенчатый фильтр в чистом виде для обработки реальных сигналов применить невозможно, и наблюдать выделенную им идеально плоскую АЧХ сигнала яркости удастся только, подключив его к генератору телевизионного сигнала. Обычно гребенчатый фильтр всегда дополняют режекторным фильтром и интеллектуальным устройством выбора способа фильтрации, в зависимости от качества видеосигнала и особенностей изображения. Режекторный фильтр для системы NTSC (как, впрочем и для системы PAL, также использующей фазовую модуляцию) может быть относительно узкополосным, так как при неизменных сигналах U и V частота поднесущей цветности равна частоте немодулированной поднесущей и существенно отличается от нее только на резких переходах цветности.

Следует сказать несколько слов о развитии гребенчатых фильтров. Выше был рассмотрен двумерный (работающий в пределах одного телевизионного поля) гребенчатый фильтр. Два десятилетия назад широкополосное устройство задержки телевизионной строки (а именно оно является основой гребенчатого фильтра) казалось венцом научно-технической мысли. А сейчас существующие блоки кадровой памяти и предусмотренное в NTSC чередование фазы поднесущей не только в соседних строках, но и в соседних кадрах, позволяют фильтровать изображение как по вертикали и горизонтали, так и по времени. Отметим, что фильтрация по времени устойчива к резким границам на изображении, но чувствительна к перемещению границ на соседних кадрах (движению).

Перейдем к декодированию. Выделенная из полного сигнала поднесущая цветности поступает на декодер для восстановления значений U и V. Представим себе способ квадратурной модуляции с подавлением поднесущей в виде некоторого "прибора" со стрелкой, длина которой зависит от суммы квадратов U и V , а угол отклонения - от соотношения величин U и V между собой. В частном случае, когда U=0 и V=0, длина стрелки тоже равна нулю - это и называется "подавлением поднесущей". И "прибор" и его стрелка вращаются с частотой поднесущей, и в таком вращающемся виде поступают на декодер. Шкала, по которой определяется отклонение и длина стрелки (U и V), находится в самом декодере. Чтобы скорость вращения шкалы совпадала со скоростью вращения "прибора", в начале каждой строки передается специальная эталонная пачка импульсов - "вспышка" (burst). Таким образом декодер корректирует скорость вращения и начальный угол шкалы во время вспышки и считывает значения для U и V во время активной части строки.

Чем же хороша и чем плоха квадратурная модуляция? Хороша тем, что на ярких и слабоокрашенных участках изображения (там, где глаз наиболее придирчив) помехи от поднесущей цветности невелики, так как мал ее размах (мала длина стрелки). А плоха тем, что тракт передачи телевизионного сигнала влияет на скорость вращения "прибора", причем на разных участках строки - по-разному. В результате нарушается изначальное соответствие (фаза) между углом отклонения стрелки "прибора" и сигналами "точного времени", что приводит к нарушению цветового тона фрагментов передаваемого изображения (например, яркие фрагменты приобретают красноватый оттенок, а темные - зеленоватый). Кроме того, изображение в целом может приобретать оттенок. В этой связи говорят, что NTSC чувствителен к искажениям типа "дифференциальная фаза". Это искажения, которые возникают при передаче телевизионного сигнала. Кроме того, цветовой тон определяется по углу отклонения стрелки "прибора" относительно циферблата, который вращается вместе с "прибором" и корректируется один раз в начале телевизионной строки. Если циферблат отстает или спешит, к концу строки накапливается ошибка, которая приводит к покраснению или посинению правой части телевизионного экрана. Вот основные преимущества и недостатки NTSC - системы, построенной на точном математическом расчете, которая оказалась наиболее уязвимой в условиях реальной эксплуатации.

Система PAL.

Способ передачи цветности в системе PAL мало чем отличается от NTSC и по сути является адаптацией NTSC для формата кадра 625 строк/50 полей. Основным отличием (и существенным улучшением) в системе PAL является чередования фазы (Phase Alternating Lines). Для декодирования цветности в системе PAL был разработан декодер цветности с линией задержки на одну строку. Особенность декодера с линией задержки заключается в том, что сигналы цветности восстанавливаются из суммы и разности поднесущих, пришедших в текущей и предыдущей строках. При этом ошибка, накопившаяся в текущей строке, равна по величине и противоположна по знаку ошибке, накопившейся в задержанной строке. Недостатком такого декодера является отставание сигнала цветности от сигнала яркости по вертикали (сползание цветности). Кроме того, в системе PAL спектр сигнала цветности гораздо более сложен, чем в NTSC, что значительно усложняет гребенчатый фильтр для PAL. Как правило, для разделения яркость/цветность в системе PAL применяют режекторный/полосовой фильтр. Система PAL малочувствительна к искажениям типа "дифференциальная фаза".

Стремление улучшить качество систем PAL и NTSC привело к разработке оборудования, в котором сигнал яркости и поднесущая цветности передаются по двум раздельным проводам, нигде не смешиваются и не требуют разделения. Такой двухпроводный способ передачи видеосигнала называют S-Video или Y/C. S-Video позволяет использовать полную полосу частот яркости (обеспечивает высокую разрешающую способность по горизонтали) и отказаться от неизбежной для композитного сигнала фильтрации при разделении яркость/цветность. Таким образом двухпроводный способ передачи исключает накапливающиеся при фильтрации частотные и фазовые искажения. Для сигналов S-Video не предусмотрена возможность эфирного вещания. Это внутристудийный стандарт с проводным способом соединения. В нем работает большинство студий, использующих оборудование формата S-VHS. Особенности транскодирования сигналов S-Video мы рассмотрим отдельно далее

Система SECAML.

Система цветного телевидения SECAM в корне отличается от систем NTSC и PAL. Так же, как и в NTSC и PAL, информация о цветности передается поднесущей, которая "укладывается" в "щель" в сигнале яркости. Но для передачи информации о цветности используется частотная модуляция поднесущей. Это значит, что каждой паре значений U и V соответствует пара частот поднесущих. Но если смешать (суммировать) две поднесущие, разделить их потом будет невозможно. Поэтому, допустив, что цветность в двух соседних строках примерно одинакова, поднесущие передают по очереди: в текущей строке - U, в следующей строке - V, потом опять U и так далее. Декодер цветности содержит линию задержки - устройство, задерживающее поднесущую на одну строку, и при декодировании на частотный дискриминатор поступают две поднесущие: одна, относящаяся к текущей строке, - напрямую, а вторая - от предыдущей строки через линию задержки. Отсюда и название системы - SECAM (Sequence de Couleur A Memoire), то есть чередование цветов с памятью. Следствием такого механизма передачи цветности (с прореживанием) является вдвое меньшая вертикальная цветная разрешающая способность и сползание цвета вниз относительно яркости. Кроме того, на резких горизонтальных цветных границах (переходах от цвета "a" к цвету "b") возникают "ложные" цвета, так как величины U и V не усредняются при передаче, а именно прореживаются. Причина этого эффекта в следующем: при передаче цвета "a" значения RaGaBa восстанавливаются из величин YaUaVa, соответственно, при передаче цвета "b" значения RbGbBb восстанавливаются из величин YbUbVb. На границе цветов (точнее, на первой строке другого цвета), из-за задержки одной из компонент цветности в декодере, значения RGB восстанавливаются из тройки YbUaVb - для одного поля и (в связи с чередованием U и V в полях) из тройки YbUbVa - для другого поля. Заметим, что цвета UaVb и UbVa отсутствуют и в цвете "a" и в цвете "b". На экране монитора эти искажения хорошо заметны при рассмотрении горизонтальных цветных полос, а в телевизионной трансляции часто видны в компьютерной графике, титрах и пр. и имеют вид отдельных строк, мерцающих с частотой 25 Гц. Для улучшения передачи мелких цветных деталей применено дифференцирование (обострение) фронтов сигналов U и V (так называемая НЧ-коррекция SECAM), а во избежание чрезмерного расширения полосы частот поднесущей НЧ - корректированные цветоразностные сигналы проходят через ограничитель. Таким образом система SECAM принципиально неспособна правильно передавать резкие цветовые переходы. На тестовом сигнале "вертикальные цветные полосы" этот эффект проявляется в виде "щелей" между полосами и особенно хорошо заметен между зеленой и пурпурной полосами. Для улучшения отношения сигнал/шум в сигнале цветности и оптимизации перекрестной помехи цветность/яркость модулированная поднесущая SECAM проходит через частотно-зависимую цепь (так называемая ВЧ-коррекция SECAM или "колокол"). В ВЧ-корректированном сигнале фронты цветности (изменения цветности) передаются с большей энергией и, соответственно, с лучшим отношением сигнал/шум. Однако при этом возрастает заметность поднесущей цветности, которая проявляется в виде характерного "кипения" на изображении сразу после вертикальных цветных границ. Следует обратить внимание на особенности разделения яркость/цветность для системы SECAM. В рассмотренных выше NTSC и PAL поднесущая цветности передается на одной частоте (для NTSC - 3,58 МГц, для PAL - 4,43 МГц). Достаточно поставить фильтр, настроенный на эту частоту, чтобы разделить яркость и цветность. Более того, на неокрашенных участках изображения (где глаз наиболее чувствителен к помехам) поднесущая подавлена и помехи принципиально исключены. Ситуация в системе SECAM гораздо сложнее. Во-первых, нет подавления поднесущей, то есть помеха от поднесущей всегда есть и всегда ее надо фильтровать. Во-вторых, нет возможности отгородиться от помехи на какой-то одной частоте: частотная модуляция SECAM занимает полосу от 3,9 до 4,75 МГц, и частота поднесущей в строке фрагмента изображения зависит только от цветности этого фрагмента. Кроме того, так называемые "нулевые частоты" для строк U и V различны: 4,250 и 4,406 МГц соответственно. Таким образом, для надежной фильтрации сигнала яркости следовало бы вырезать из полного сигнала полосу как минимум от 3,9 до 4,75 МГц, а на самом деле, учитывая конечную крутизну фильтров, - гораздо шире. При таком подходе пришлось бы отказаться от возможности передавать в полном сигнале SECAM мелкие детали изображения. В качестве компромисса, а также принимая во внимание различные нулевые частоты в декодере SECAM, был применен перестраиваемый фильтр, который переключал частоту режекции между 4,250 и 4,406 МГц от строки к строке и тем самым очищал от поднесущей цветности неокрашенные (наиболее критичные) участки изображения. Предполагалось, что на остальных участках изображения неподавленная поднесущая будет маскироваться интенсивной окраской. Кроме того, "яркостные" детали изображения, попавшие в полосу задержки перестраиваемого фильтра в одной строке, будут пропущены фильтром в следующей строке и, следовательно, зритель увидит их на экране телевизора.

В процессе кодирования/декодирования видеосигнала неизбежно возникают искажения и потери, присущие одной из систем. Даже однократное транскодирование и даже в ту же самую систему предполагает уже два кодирования и два декодирования - искажения и потери накапливаются. При транскодировании из одной системы в другую начинают проявляться эффекты второго рода: преимущества, которые дает одна система, не могут быть переданы и использованы в другой. Простейший пример, нужно сделать преобразователь композитного PAL-YUV-PAL для наложения титров. Если извлечь информацию о фазе поднесущей исходного сигнала и использовать при вторичном кодировании, то такое транскодирование (и теоретически и практически) можно сделать без потерь.

Чтобы сузить круг рассматриваемых задач и быть ближе к практике, рассмотрим, что надо транскодировать в России.

Преобразование из/в NTSC.

Источниками сигнала NTSC являются: видеодиски, трансляция со спутников, эфирное вещание Японии (на Дальнем Востоке). Потребителей NTSC в России практически нет. Объем видео, которое транскодируется (или, может быть, правильнее говорить "подвергается преобразованию стандарта") из/в NTSC в/из систем PAL и SECAM, - невелик. Преобразование шестидесятигерцового стандарта в пятидесятигерцовый и наоборот является сложной задачей, сложность которой заключается в необходимости изменения стандарта разложения. Вновь полученный телевизионный сигнал должен содержать изображение в тех местах телевизионного кадра и в те моменты времени, которые были пропущены в исходном сигнале. Простейшим решением является заимствование ближайшей строки растра исходного сигнала, однако это приводит к "изломам" границ объектов и "дерганым" движениям. Другим решением является межстрочная (двумерная) и межкадровая (трехмерная, по времени) интерполяция. Она свободна от "изломов" и "дерганья", но приводит к размазыванию границ быстро движущихся объектов. Самым новым подходом следует считать применение преобразователей с детекторами движения. Такие интеллектуальные приборы используют алгоритмы выделения области в кадре и ассоциируют их с объектами. По последовательности кадров вычисляются направление, скорость и ускорение объекта, и интерполяция или предиктивная (предсказательная) экстраполяция применяются к векторам скорости и ускорения. Однако описанные алгоритмы компенсации движения работают только в достаточно простых случаях, например, при равномерном прямолинейном движении. А как они поведут себя при обработке сцены "удар мяча о стену" (скачком меняются величина и направление скорости объекта, ускорение объекта, а в момент удара в результате деформации - и форма объекта) или сцены "полет и вращение детского мяча" (одна половинка которого окрашена в зеленый цвет, а другая - в красный)?

Транскодирование SECAM в PAL и PAL в SECAM..

В этом случае изменение стандарта разложения не требуется и на первый план выходят задачи обеспечения наиболее широкой полосы пропускания в каналах яркости и цветности, наилучшего отношения сигнал/шум, наименьших перекрестных помех яркость/цветность. К задачам второго плана можно отнести компенсацию искажений, внесенных предыдущей системой, и обработки, субъективно улучшающие визуальное восприятие.

Транскодирование SECAM в PAL требуется, как правило, для обработки и монтажа записанных в системе SECAM архивов на оборудовании стандарта PAL. Есть студии, которые используют преобразование SECAM в PAL, обработку в PAL и обратное преобразование PAL в SECAM для интегрирования местных программ в центральное ТВ-вещание, хотя такое решение нельзя назвать удачным. Как было отмечено выше, при декодировании SECAM в телевизионных приемниках используется перестраиваемый режекторный фильтр "нулевых частот" SECAM. Такая фильтрация приемлема для телевизора, но для транскодера она совершенно недостаточна. Дело в том, что глаз не замечает на экране телевизора мелкую хаотическую остаточную сетку неподавленной поднесущей SECAM, но если яркостный сигнал такой "степени очистки" подать на кодер PAL, то в результате биения остатков поднесущей SECAM и "новой" поднесущей PAL на окрашенных участках изображения будет отчетливо видна помеха в виде диагональной сетки. Примечателен тот факт, что перестраивая вручную режекторный фильтр SECAM, можно по выбору очищать от помехи тот или иной цвет на транскодированном изображении. Отфильтровать сигнал яркости SECAM (требуемое при транскодировании ослабление поднесущей должно составлять не менее 40-42 дБ) традиционными LC-фильтрами удается, только применяя фильтр НЧ с частотой среза не выше 3,2 МГц и большой крутизной. Однако при такой полосе пропускания мелкие детали изображения теряются безвозвратно. Цифровые технологии обработки сигнала позволили создать перестраиваемый фильтр, осуществляющий эффективную режекцию поднесущей цветности в SECAM. Такой фильтр вырезает не только "нулевые частоты", но и постоянно следит за распределением энергии в полосе поднесущих и вырезает ту частоту, где энергия максимальна, то есть поднесущую цветности. Следует отметить, что методика определения полосы пропускания декодера SECAM с цифровым следящим фильтром при помощи свип-генератора неприменима. При попадании частоты свип-генератора в ожидаемый диапазон поднесущих SECAM она будет полностью подавляться, а при выходе из этого диапазона фильтр будет непрерывно перестраиваться в полосе 3,9-4,75 МГц. Полученный после цифровой фильтрации сигнал яркости пригоден для последующего кодирования в PAL. При этом дополнительная режекция яркостного сигнала notch-фильтром не требуется, так как в полученном в результате декодирования сигнале "лишние" частоты уже ослаблены.

Транскодирование PAL в SECAM требуется в следующих случаях: при ретрансляции в эфир композитного сигнала PAL, принятого со спутника; при трансляции из студии PAL композитного сигнала VHS-качества; при трансляции из студии PAL сигнала S-VHS-качества (в первых двух случаях декодируется композитный сигнал PAL, в третьем - S-Video. В первом и втором случаях следует обращать особое внимание на способ разделения яркость/цветность композитного сигнала и его дополнительную фильтрацию, в третьем - на режекцию сигнала цветности при кодировании.

Для разделения яркость/цветность принятого со спутника сигнала PAL может оказаться оправданным применение гребенчатого фильтра. В этом случае можно получить наиболее широкую полосу частот сигнала яркости. Однако такой фильтр весьма чувствителен к временной нестабильности видеосигнала. Например, при допустимой в эфирном вещании разницы в длительности соседних строк 32 наносекунды и периоде 225 наносекунд поднесущей цветности PAL ошибка фазы в двух соседних строках будет составлять 360°/225х32=51°. Таким образом, вместо ожидаемого подавления поднесущих в противофазе sin(a)+sin(a+180°)Ї0 получится остаток неподавленной поднесущей, равный sin(a)+sin(a+180°+51°). Другими словами, гребенчатый фильтр потеряет работоспособность. Традиционный режекторный фильтр устойчиво работает как при обработке высокостабильного эфирного приема, так и при фильтрации "раскачанного" видеосигнала, полученного с видеомагнитофона VHS, и легко обеспечивает подавление поднесущей цветности не хуже 40-42 дБ. Лучше всего, если в транскодере предусмотрена возможность выбора способа фильтрации в зависимости от качества (временных характеристик) транскодируемого сигнала PAL. Как правило, полученный после фильтрации сигнал яркости уже имеет ослабление в окрестности частоты 4,4 МГц, и при кодировании SECAM дополнительной режекции может не потребоваться. При транскодировании компонентного S-Video сигнала можно не беспокоиться о помехах от проникновения поднесущей, но нужно уделить самое пристальное внимание формированию правильной АЧХ яркостного сигнала SECAM перед суммированием его с поднесущей цветности в кодере. Такое же внимание следует уделять АЧХ яркости при транскодировании композитного сигнала PAL в том случае, если в транскодере делается врезка титров, логотипа и т.п. в компонентах YUV или RGB, а также если применяются механизмы повышения/восстановления четкости изображения. Требования, предъявляемые к АЧХ каналу яркости кодера SECAM, изложены в ОСТ 58-18-96 и призваны, с одной стороны, ослабить высокочастотные составляющие яркости так, чтобы они не "заслоняли" поднесущую цветности, с другой стороны, донесли бы до экрана мелкие детали изображения, пусть даже в ослабленном виде.

Кроме вышеописанных необходимых свойств и качеств, транскодер может выполнять и некоторые дополнительные функции, например:

Раздельная регулировка усиления в компонентах RGB или YUV для цветокоррекции;

Апертурная одно- или двухмерная коррекция сигналов яркости и цветности для обострения вертикальных или/и горизонтальных границ яркости и цветности;

Регулировка совмещения сигналов яркости и цветности по горизонтали и вертикали, которая позволит "поставить на место" цветность, "съехавшую" в результате многократного транскодирования;

Шумоподавление: медианный фильтр - для устранения спутниковых "искр", рекурсивный - для подавления шумов магнитной пленки и т.п.

На российском рынке представлены транскодеры и преобразователи стандартов как отечественного, так и зарубежного производства. Среди фирм, специализирующихся на их разработке и изготовлении, нельзя не упомянуть: Snell&Wilcox, FOR.A, Vistek, АО ВНИИТР, "Профитт", "ИТМ". Транскодеры значительно отличаются как по цене, так и по предоставляемым возможностям. В целом прослеживается четкая зависимость: чем выше цена, тем больше возможностей. Но дать универсальный совет, какой транскодер выбрать, "чтобы нам всем подошел", как говорится в одной из реклам, - невозможно. Для каждого конкретного случая следует выбирать транскодер, руководствуясь бюджетом и принципом минимальной избыточности.