Interlaced skanning

Interlaced scanning , eller interlacing , var et videobildeskanningssystem som innebar å dele skannelinjene i to deler, kalt felt eller felt, delt inn i partalls- og oddetallslinjer. Denne teknikken tillot det menneskelige øyet å oppfatte en bedre skjermkvalitet uten behov for å øke overføringsbåndbredden .

En PAL - standard -TV viste for eksempel 50 felt per sekund (25 partall og 25 oddetall). Et fullstendig bilde ble derfor tegnet 25 ganger per sekund.

Historisk opprinnelse

Interlacing-teknikken ble oppfunnet på 30-tallet av RCA -ingeniøren Randall C. Ballard [1] ( ( EN ) US2 152 234 , United States Patent and Trademark Office , United States of America. ), I motsetning til den progressive skanningen av John Logie Baird . Fra og med BBCs 405 -linjers format ble denne teknikken tatt i bruk av alle TV-standarder frem til slutten av 1990-tallet.

Katodestrålerørmonitorer for TV-bruk ble alltid sammenflettet frem til slutten av 1970 -tallet da bruken av personlige datamaskiner og relaterte oppløsninger førte til gjeninnføringen av progressiv skanning CRT-er.

Interlacing ble også levert av høydefinisjonsformater , spesielt 1080i . Moderne plasma- og LCD-TV-er er alle av progressive natur, mens sammenflettede CRT-skjermer var i bruk profesjonelt for produksjons- og kontrollutstyr, kan noen LCD-skjermer etterligne interlacing ved å sette inn svarte linjer i signalet for å få en ide om det endelige resultatet på en katodestrålerør.

De sammenflettede CRT-ene, for å visualisere de progressive skannesignalene, måtte ta i bruk passende sammenflettingsteknikker; mens progressive CRT-er (CRT-dataskjermer), for å vise sammenflettede signaler, måtte ta i bruk passende deinterlacing-teknikker.

Prinsipper for kinematografi

Fra et teknisk synspunkt består kino av en serie fotografier projisert i rask rekkefølge. Prinsippet for filmprojeksjon krever at skjermen belyses med høy hastighet for å forhindre irriterende flimring . Den nøyaktige minimumshastigheten som trengs varierer basert på lysstyrken i miljøet, 40 Hz er akseptabelt for svakt opplyste rom, og 80 er nødvendig for store skjermer i sterkt opplyste omgivelser. Siden filmrullehastigheten er begrenset av mekaniske begrensninger, i det minste i tradisjonelle dragsystemer, bruker projektorer en roterende sommerfugllukker for å projisere den samme rammen flere ganger. I stille kino projiserer en tre-blads lukker hver ramme av filmen tre ganger mens den kjører med 16 bilder per sekund, og lyser dermed opp skjermen 48 ganger per sekund. Med fremkomsten av lyd tillot den høyere projeksjonshastigheten (på grunn av lydkvalitet) på 24 bilder per sekund bruken av en to-blads lukker samtidig som projeksjonshastigheten ble holdt på 48 ganger per sekund.

Konseptuelle forskjeller mellom kino og TV

Det er viktig å merke seg at filmbildet ikke er skannet, men fotografert. Så å sammenligne en kinoprojeksjon med en moderne progressiv skanning er unøyaktig: i projeksjon projiseres hvert punkt i filmen på skjermen samtidig som alle de andre punktene i samme ramme.

Løsningen med flere blader kan derfor ikke brukes til å skanne et TV-bilde. Det ville være mulig å lagre en full videoramme og lese den på nytt to ganger via et rammeminne , en teknologi som bare har vært tilgjengelig siden slutten av 1980- tallet . Denne teknikken brukes faktisk i dag i 100 Hz TV-er.

Videre gjorde begrensningene til termionrørteknologi det nødvendig å låse frekvensen av skanningene til frekvensen til AC -nettverket (60 Hz i USA og 50 Hz i Europa ) for å unngå interferens.

Det engelske systemet

I 1936, da noen overføringsstandarder ble satt i England, var CRT-er begrenset til 200 skannelinjer. Ved å bruke interlacing kan et par 202,5-linjers felt legges over hverandre for å gi en klar 405-linjers ramme . Den vertikale skannefrekvensen forble på 50Hz, noe som eliminerte flimmerproblemet, og med betydelig forbedret synlig detalj, slik at BBC kalte systemet for høy definisjon . Dette systemet erstattet John Logie Bairds 240-linjers progressive mekaniske skanning , også brukt på den tiden.

Moderne applikasjoner

Etter andre verdenskrig tillot forbedringer i teknologi USA og Europa å ta i bruk systemer med høyere båndbredde, i stand til å ha flere skannelinjer og derfor bedre bilder. Prinsippet bak dem alle var interlaced skanning , spesielt effektiv når det gjelder båndbreddebruk i forhold til kvalitet.

USA tok i bruk 525-linjers systemet ved 60 Hz kjent som NTSC , Europa utviklet et 625-linjers system som Storbritannia deretter tilpasset for å unngå å måtte utvikle sitt eget TV-system. Frankrike , som hadde utviklet et 819 linjesystem , gikk også over til den europeiske standarden på 625 linjer . Til tross for den utmerkede kvaliteten var dette systemet beregnet for overføring i VHF -båndet og hadde en svært ineffektiv bruk av spekteret.

Det er verdt å nevne at begrepet PAL , ofte brukt for å referere til 625 linje, 50Hz skanningssystem, faktisk bare refererer til fargekodingsstandarden. Faktisk tok Frankrike i bruk sitt eget SÉCAM- system , som senere ble tatt i bruk også i Russland og andre land, mens PAL også brukes i land med 525/60-skanning, som Brasil og Argentina .

Applikasjoner

Interlacing brukes av alle gjeldende analoge TV-kringkastingssystemer:

Den brukes også i digital kringkasting, vanligvis angitt med bokstaven i etter antall skannelinjer: 480i , 576i og 1080i .

Fordeler med interlacing

I utformingen av et videosystem er det uunngåelige avveininger. En av de viktigste faktorene å undersøke er båndbredden signalet opptar, målt i megahertz (i tilfelle av et analogt signal) eller bithastighet (i tilfelle av digital video ). Jo høyere båndbredde, jo høyere kostnad og kompleksitet til systemet. Interlacing er en spesielt nyttig teknikk for å redusere signalbåndet med en faktor på to, gitt et visst antall linjer og en visningsfrekvens.

Alternativt er en gitt båndbredde tilstrekkelig til å gi et sammenflettet videosignal med to ganger visningsfrekvensen for et gitt antall linjer. En høy visningshastighet reduserer flimmer i CRT-skjermer og forbedrer bevegelsesvisning ved å øke tidsoppløsningen til skannesystemet. Det menneskelige visuelle systemet gjør gjennomsnittet av rammene som raskt vises i en video, og derfor er ikke artefaktene som genereres av interlacing merkbare når de overføres med riktig hastighet.

Med samme båndbredde og skannefrekvens gir interlaced video en høyere romlig oppløsning enn progressiv skanning. For eksempel, et 1080i50 høydefinisjonssignal , interlaced med 1920x1080 oppløsning og 50Hz frekvens, okkuperer et bånd som ligner på et 720p50 signal, progressiv skanning med 1280x720 oppløsning og 50Hz frekvens.50% mer romlig oppløsning.

Vær imidlertid oppmerksom på at disse eksemplene forutsetter bruk av ukomprimerte signaler . Typen datakomprimering som faktisk brukes for høyoppløsning er mindre effektiv for interlaced video, og derfor er den faktiske båndbreddebesparelsen mindre enn halvparten. Faktisk er det et faktum at sammenflettede bilder er vanskeligere å komprimere enn progressive.

Problemer forårsaket av interlacing

Interlaced video er designet for å bli tatt opp, tatt opp, overført og sett på mens den forblir interlaced. Hovedbegrensningen for interlacing-teknikken er dannelsen av synlige gjenstander under raske bevegelser, spesielt i de motivene som beveger seg raskt nok til å være i to forskjellige posisjoner i de to feltene i samme ramme.

Artefakter er lett å se når du spiller av stillbilder eller ved lavere hastigheter enn angitt.

Siden dataskjermer er progressive i naturen, vil et interlaced signal vises på dem med tilstedeværelse av artefakter. Spesielt krever generell bruk av redigeringsprogramvare ofte bruk av dedikert maskinvare for å vise sammenflettet video riktig. En ekstern skjerm er i svært vanlig bruk og anbefalt praksis.

For å minimere synlige artefakter på en progressiv skanningsmonitor, finnes det en teknikk som kalles deinterlacing . Den resulterende videoen har ofte lavere oppløsning, spesielt i områder med bevegelige objekter. Plasma- eller LCD-TVer, som integrerer et deinterlacing-system, brukes ofte til å vise interlaced signaler.

Et annet problem forårsaket av interlacing er twitter-effekten , som er synlig når videoen inneholder et vertikalt detaljnivå nær den horisontale oppløsningen til formatet. For eksempel kan et tynt horisontalt stripemønster virke uklart, som om linjer beveget seg horisontalt fra ett felt til et annet. Dette er et lignende problem som intermodulasjon forårsaket av fine detaljer i komposittvideo . Folk som jobber på TV vet faktisk at det er nødvendig å unngå tynne stripete klær når du filmer, selv om de avanserte kameraene integrerer et lavpassfilter for å demme opp for dette problemet.

Denne animasjonen viser twitter-effekten. De to sammenflettede bildene bruker halve båndbredden av det progressive. Det sammenflettede bildet (det andre fra venstre) dupliserer perfekt det progressive (det første), men detaljene forårsaker twitter-effekten. Interlaced video filtreres vanligvis for å unngå denne effekten, men på bekostning av skarpheten.

På det fjerde bildet kan du se effekten av en duplikator av linjer, som eliminerer twitter, men ikke er i stand til å gjenopprette den opprinnelige oppløsningen. Merk - På grunn av den lave frekvensen er flimringen av sammenflettede bilder svært uttalt.

Flimmereffekten er hovedårsaken til at interlacing ikke kan brukes på dataskjermer. Lesbarheten til teksten er faktisk sterkt kompromittert på grunn av detaljnivået som vanligvis brukes av slike skjermer: en piksel er vanligvis så høy som en skannelinje, og vil derfor bli vist for et enkelt felt, etterfulgt av en lik periode med mørke . Skanningsfrekvensen vil praktisk talt bli halvert.

For å unngå dette problemet viser vanlige TV-er vanligvis ikke detaljer for skarpt. Datagenerert grafikk for TV-bruk må vurdere en teoretisk oppløsning som er halvparten (eller enda lavere) enn den virkelige. På denne måten vil størrelsen på teksten være slik at en horisontal linje passer inn i minst én skannelinje. De fleste av skriftene som brukes på TV har store stolper og har ingen tilgivelse .

Interlacing og datamaskiner

På 1970-tallet kunne hjemmedatamaskiner og videospillkonsoller kobles til hjemme-TV. På den tiden var et 525- eller 625-linjesignal langt utenfor grafikkmulighetene til rimelige datamaskiner, så de implementerte et system som trakk hver linje over samme linje som det forrige feltet i stedet for å flette dem inn. Det var faktisk en retur til progressiv skanning som ikke lenger har vært i bruk siden 1920-tallet. Siden hver halvramme omfattet en komplett videoramme, vil dette systemet i moderne termer være kjent som 240p på NTSC-TVer og 288p på PAL-TVer. Selv om hjemmeenheter kunne generere et slikt signal, var denne praksisen utenfor standarden for kringkastingsstandarder.

Videostandarder som CGA var en ytterligere forenkling, og utelot moduleringen av fargeunderbæreren og tillot en mer direkte forbindelse mellom datamaskinen og skjermen.

På midten av 1980-tallet ble grafikkort mye forbedret og det var behov for nye skjermer. Apple IIGS var for eksempel begrenset til en maksimal oppløsning på 640 × 200, med høye og smale piksler, og problemer med å vise realistiske bilder . Noen løsninger innebar bruk av dedikerte skjermer. Uten behov for å overføres, kan signalene oppta mer båndbredde enn 6, 7 og 8 MHz som kreves av TV-standarder. Apple integrerte en 342p-skjerm i Macintosh , og EGA -standarden for IBM-kompatible PC-er hadde et format på 350p. Amigaen kan i stedet generere et ekte NTSC- eller PAL-sammenflettet signal (sammen med noen RGB -varianter ). Av denne grunn dominerte Amiga TV-produksjonsmarkedet frem til midten av 1990. Imidlertid skapte interlaced video problemer for å se mer tradisjonelle applikasjoner.

I 1987 ble VGA - standarden introdusert , som snart ble en standard for PC-er. Apple tok den også i bruk to år senere da standarden ble utvidet for sitt 24-bits fargesystem.

På begynnelsen av 1990- tallet introduserte produsenter av skjermer og grafikkort nye standarder, som nok en gang involverte interlacing. Disse monitorene brukte svært høye skannehastigheter for å unngå flimring. Denne typen monitor var ikke særlig vellykket, selv om flimmeret var veldig lavt, var mangelen på detaljer og visuell tretthet et alvorlig problem. Interlacing ble forlatt for dataskjermer, og noen produsenter annonserte til og med kort med "ikke-sammenflettede" oppløsninger. Dette er grunnen til at dataindustrien har motsatt seg bruken av interlacing for høyoppløsning, til fordel for 720p .

Merknader

  1. ^ Pioneering in Electronics , David Sarnoff Collection . Hentet 27. juli 2006 (arkivert fra originalen 21. august 2006) .

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker