Развёртка изображения: чересстрочная и прогрессивная¶

Развёртка изображения — способ последовательной передачи и отображения кадров видеосигнала на экране, определяющий порядок вывода строк растра. Различают два основных типа: чересстрочную (interlaced) и прогрессивную (progressive) развёртку. Выбор типа развёртки влияет на качество изображения, требования к пропускной способности канала передачи и особенности восприятия динамичных сцен.

¶Принцип работы

Растровое изображение формируется из горизонтальных строк, которые развёртываются слева направо и сверху вниз. При прогрессивной развёртке (обозначается буквой «p», например, 1080p) все строки кадра отображаются последовательно за один проход: сначала первая, затем вторая, и так до последней. Полный набор строк формирует один кадр.

При чересстрочной развёртке (обозначается буквой «i», например, 1080i) кадр делится на два полукадра (поля). Первое поле содержит нечётные строки (1, 3, 5…), второе — чётные (2, 4, 6…). Сначала отображается первое поле, затем второе. Два поля образуют один полный кадр. Частота полей вдвое выше частоты кадров: при частоте кадров 25 Гц частота полей составляет 50 Гц.

¶Историческая справка

Чересстрочная развёртка была разработана в первой половине XX века для снижения требований к полосе пропускания радиоканала. Первые системы механического телевидения использовали прогрессивную развёртку, однако с ростом разрешения и частоты кадров возникла проблема мерцания экрана. Увеличение частоты кадров требовало расширения полосы частот, что было технически сложно. Чересстрочная развёртка позволила удвоить частоту обновления экрана без удвоения полосы пропускания, сохранив при этом разрешение по вертикали.

Стандарты аналогового телевидения (PAL, SECAM, NTSC) использовали чересстрочную развёртку. С переходом на цифровое телевидение и появлением дисплеев с фиксированной матрицей пикселей прогрессивная развёртка стала доминирующей, особенно в стандартах высокой чёткости.

¶Сравнение характеристик

¶Артефакты чересстрочной развёртки

Основной недостаток чересстрочной развёртки — артефакты на движущихся объектах. Поскольку два поля снимаются в разные моменты времени, при быстром движении строки объекта в соседних полях смещаются, что при отображении полного кадра создаёт эффект «гребёнки» (расщепление краёв). Также возможны межстрочное мерцание и дрожание мелких деталей.

При выводе чересстрочного сигнала на дисплеи с прогрессивной развёрткой (ЖК, OLED, плазменные панели) требуется деинтерлейсинг — процесс преобразования полей в полные кадры. Простые алгоритмы (удаление поля, удвоение строк) снижают чёткость, более сложные (адаптивные, с компенсацией движения) дают качественный результат, но требуют вычислительных ресурсов.

¶Обозначения и стандарты

В обозначениях форматов видеосигнала буква указывает тип развёртки, а число — разрешение по вертикали: 720p, 1080i, 1080p, 2160p (4K). В аналоговом телевидении чересстрочная развёртка обозначалась числом строк: 625 строк (PAL/SECAM), 525 строк (NTSC). В цифровых стандартах ATSC и DVB предусмотрены как чересстрочные, так и прогрессивные форматы.

¶Современное применение

Прогрессивная развёртка используется в подавляющем большинстве современных устройств: компьютерных мониторах, смартфонах, телевизорах, видеоиграх, интернет-видео (YouTube, стриминговые сервисы), цифровом кинематографе. Чересстрочная развёртка сохраняется в эфирном телевещании стандартной чёткости, некоторых каналах высокой чёткости и в системах видеонаблюдения с ограниченной пропускной способностью. Телевизионные стандарты постепенно отказываются от чересстрочной развёртки: например, японский стандарт ISDB-T и европейский DVB-T2 предусматривают приоритет прогрессивных форматов.

¶Источники

• Смирнов А. В. «Основы цифрового телевидения». — М.: Горячая линия — Телеком, 2001.
• Джек К. «Видеосигналы и их обработка». — М.: Энергоатомиздат, 2005.
• Стандарты ITU-R BT.709, BT.2020 (рекомендации по параметрам телевизионных систем).
• Документация SMPTE (Общество инженеров кино и телевидения) по форматам видеосигналов.