Полосовой вокодер - анализатор

Полосовой вокодер расщепляет речевой сигнал на расширяющиеся, неперекрывающиеся частотные субполосы. Полный диапазон охватывает все частоты, которые может слышать человеческое ухо. Поступающий речевой сигнал разделяется на сегменты длительностью примерно 20 мс.

Сигнал на выходе каждой субполосы выпрямляется и фильтруется для определения его спектральной огибающей. Далее огибающая преобразуется в цифровую форму и поступает на устройство временного уплотнения (мультиплексор) для передачи по каналу связи. Обычно используются 16 субполос, охватывающих полный диапазон звуковых частот.

Речевой сигнал, кроме того, анализируется для получения частоты основного тона. Значение частоты сигнала возбуждения для огласованных звуков через мультиплексор передается в канал связи. Поскольку неогласованные звуки не имеют основного тона, кодируется и передается только указание на тип возбуждения.

Выделитель основного тона определяет различие между «огласованными» и «неогласованными» сегментами. Огласованные сегменты с их ясной периодичностью довольно легко отделить от неогласованных сегментов, которые являются непериодическими. Однако очень трудно оценить сегменты, которые попадают между этими двумя крайностями. Существует ряд алгоритмов выделения огласованных сегментов, но ни один из них не применим во всех случаях.

Итак, полосовой вокодер выделяет в кадре поступающего речевого сигнала три главных параметра:

· огибающую спектра речевого сигнала,

· основной тон,

· амплитуду (уровень).

Выделенная информация после временного уплотнения передается по каналу связи. Такой анализ не сохраняет самобытность речи, но делает возможным сжать ее без потери разборчивости.

Полосовой вокодер - синтезатор

Задача синтезатора состоит в изменении процесса кодирования на обратный. Полученный сигнал сначала демультиплексируется, чтобы выделить различные параметры сигнала. Часть сигнала, несущая информацию об огибающей спектра, преобразуется в аналоговую форму. Если она принадлежит сегменту огласованной речи, для возбуждения используется последовательность импульсов с частотой основного тона, в результате чего «заполняется» огибающая спектра. Если огибающая принадлежит неогласованному сегменту, для восстановления звука используется генератор шума. Наконец, сегмент сигнала фильтруется полосовым фильтром в его первоначальной частотной области.

Из рассмотрения структурной схемы вокодеров становится совершенно очевидным, что большинство блоков может быть реализовано на современных ЦПОС. Особенно легко реализовать фильтры, причем занимаемое ими время обработки укладывается в интервалы, требуемые речевыми сигналами. Известен ряд алгоритмов оценки основного тона, уже реализованных с использованием ЦПОС. Производительность ЦПОС и их пригодность для обработки сигналов делают возможным реализацию эффективных устройств оценки основного тона. Многие вокодеры, речевая почта, автоответчики и системы маршрутизации используют ЦОС-технологию.

Мы объяснили основы работы одной из самых ранних конструкций вокодеров, но существует ряд различных вокодерных систем, которые используют другие методы обработки сигналов. Каждая из этих довольно специализированных систем имеет конкретную область применения. Надеемся, что полученных знаний о принципах кодирования речи вполне достаточно, чтобы заинтересованные студенты смогли без особых затруднений использовать эти методы на практике.

Кодирование изображения

До сих пор рассматривалось кодирование аналоговых, цифровых и речевых сигналов, но если мы подходим к необходимости хранить пространственный сигнал, оказывается, что изображения следует выделить в особый класс сигналов. В частности, для цветных изображений потребности в памяти без труда укладываются в несколько мегабайтов. Главным доводом этому является чувствительность видеосистемы человека. Мы можем различать множество деталей и обнаруживать мгновенные изменения, которые происходят с изображением.

Чтобы для видеосистемы человека создавалось впечатление гладкого движения, изображение движущегося объекта должно менять свое положение по меньшей мере 16 раз в секунду. С другой стороны, мы можем обнаруживать отдельные смещения. Это означает, что если мы хотим на компьютере исполнить анимационную сцену, соответствующую жесту длительностью точно в одну секунду, необходимо хранить 16 экранных картинок. Передача этой информации по существующим телефонным сетям была бы кошмаром.

Отложим сложность задачи на дальнейшее и рассмотрим близкий пример - телевидение.

 

Голосовые кодеки

Прямые и обратные преобразования голосового сигнала в системах цифровой передачи данных осуществляются специализированными программными модулями (кодеками). При использовании звукового сигнала надо учитывать, что полоса пропускания такого сигнала в несколько раз превышает полосу аналогового сигнала. Но при этом повышается качество сигнала, имеется возможность восстановления передаваемого сигнала (300Гц-3кГц).
В современных системах в зависимость от преобразований к скорости цифрового потока и качеству восстанавливаемого сигнала могут при-меняться разные алгоритмы кодирования сигнала. Базовым звуковым кодеком называют кодек G711. Данный кодек использует классический алгоритм импульсно-кодовой модуляции для кодирования звукового сигнала. Согласно стандарту полоса пропускания - 8 кГц. При этом амплитуда передается в 8-битовом формате. Т.о. информационная частота данного кодека составляет 64кбит/с. Кодек G711 используется в системах традиционной телефонии с коммутацией каналов. G711 предъявляет повышенные требования пропускной способности используемого сигнала и поэтому практически не используется в современных сетях. На основании G711 была разработана серия кодеков для использования в современных мультисервисных сетях. Это кодек G726с адаптивной дифференционной импульсно-кодовой модуляцией. Главное отличие G726 от G711 - что по каналу передается не абсолютное значение, а приращение этого сигнала относительно предыдущего значения. В этом случае случае необходимая информационная скорость 32; 24; 16 кбит/с. Обычно кодек G726 используется совместно с G711 для повышения эффективности использования сетевых ресурсов. В дальнейшем развитии адаптивной дифференционной импульсной модуляции являются G728, G729. Данные кодеки дополнительно используют алгоритмы, использующие частоту и шаг квантования с характеристиками исходного аналогового сигнала. Одновременно данные кодеки подразумевают использование сложной аппаратуры и как следствие возможна задержка звукового сигнала.

Для DSP MSC8156/MSC8154 реализованные голосовые кодеки:

G711
G723
G729
EVRC
AMR-WB

Стандарты:

T38

Алгоритмы обработки звука:

ECAN (Эхо подавление)
Tone detector
Tone generator
Генератор комфортного шума

DSP MSC8156/MSC8154 отлично подходят для решения задач компрессии и пакетизации голоса. Он может применяться на Softswitch-е, АТС, МиниАТС, медиа-шлюзе и других систем сжатия голоса.

На рисунке ниже показана одна из схем применения системы сжатия голоса обеспечивающая максимально эффективного использования пропускной способности каналов связи при передаче речевой информации.
6
Применение алгоритма сжатия голоса, определение голосовой активности и подавление пауз обеспечивают эффективное использование пропускной способности при сохранении высокого качества передачи голоса. Таким образом, система сжатия голоса снижает расходы на аренду каналов связи. Кроме того, система сжатия голоса определяет наличие в отдельных каналах входного потока сигналов речи, сигнализации, факса и модема. В случае обнаружения в любом канале входного потока сигналов факса или модема, эти каналы не подвергаются сжатию.

Пакетная телефония

Впервые за сто с лишним лет в телекоммуникационной отрасли меняется парадигма телефонной связи. В 90-е гг. эволюция перенесла нас из эры связи на основе коммутации каналов в эпоху более совершенной технологии передачи речи — пакетной телефонии. С того времени, когда возникла Internet (более 25 лет тому назад), сети передачи данных совершили революционный переворот в индустрии связи и в конце концов подарили все преимущества своих технологий телефонной отрасли. Достигло ли своего предела развитие традиционных телефонных сетей общего пользования? Кажется, это так, ведь только оборудование передачи данных способно привносить в них все новые и новые возможности.

Впервые в истории телекоммуникационная отрасль обратила взор на технологию пакетной передачи сигналов, открывающую новую эру пакетной телефонии. Традиционно передача данных играла незначительную роль в телекоммуникационном бизнесе, обеспечивая ежегодный доход приблизительно в 150 млрд дол., в то время как оборот рынка телефонной связи был колоссальным — свыше 1 трлн дол. Однако существуют весомые причины проявления интереса к рынку передачи данных со стороны телефонистов: согласно исследованиям Dataquest, за последние два года оборот телефонного рынка вырос на скромные 8%, а рынка передачи данных — на впечатляющие 23%.

Сегодня пользователи начинают осознавать экономические и технологические преимущества пакетной телефонии. Как правило, пакетом называют единицу информации, передаваемой в соответствии с протоколами третьего уровня ЭМВОС, например X.25 или IP. Для простоты мы будем использовать термины "пакет" и "пакетный" для обозначения транспортной единицы вне зависимости от того, каков уровень сетевого протокола, — третий или второй.

Как всегда бывает при смене парадигмы, пользователей терзают сомнения в стабильности и жизнеспосбности новой технологии. Сравнение технологий пакетной телефонии поможет вам лучше понять сущность методов пакетной передачи речи в соответствии с протоколами frame relay (Voice over Frame Realy, VoFR) и IP (Voice over IP, VoIP). В предлагаемой вашему вниманию статье дается лишь общее представление о технологии, являющейся основой пакетной телефонии. Однако в будущем оно позволит сформулировать технические требования к единой управляемой сети с интеграцией мультимедийных услуг.

Ожидается, что пакетная телефония пробьет значительную брешь в доходах, получаемых от услуг традиционной телефонной связи. По данным IDC, в 1999 г. будет насчитываться 16 млн пользователей Internet-телефонии. Предполагается, что к 2002 г. пакетная транспортировка речи будет приносить такой же доход, как и телефонные сети общего пользования (ТфОП). Столь поразительные прогнозы привлекли внимание обоих лагерей: передачи данных и традиционной телефонии. Грядет битва за раздел этого быстро развивающегося рынка.

Эволюция сетей передачи данных

Следует честно признаться: ТфОП достигли пределов возможного. Коммутация каналов, в отличие от коммутации пакетов, более не в состоянии удовлетворять растущие потребности рынка, обеспечивать активное внедрение новых и дополнительных услуг, снижение удельных затрат на расширение сетей. Правда, благодаря компьютерно-телефонной интеграции (CTI) в последнее десятилетие в развитии ТфОП наметился очевидный прогресс, однако стоимость внедрения современных компьютерных технологий в сетях с коммутацией каналов слишком высока.

Почему бы не пойти другим путем и не попробовать интегрировать телефоны в существующие компьютерные сети? Технологии VoIP и VoFR реализуют именно такой подход. Пакетная телефония дает отрасли электросвязи второе дыхание. Эта технология предоставляет все сервисы ТфОП, вкус к которым мы успели почувствовать, — ожидание вызова, конференцсвязь, многокальные номера и т. д. Более того, пакетная телефония обеспечивает новые возможности:

· в десять и более раз повышает эффективность использования полосы пропускания каналов за счет эффективных алгоритмов сжатия данных;

· обеспечивает будущую интеграцию интерактивных мультимедиауслуг, например "видео по запросу";

· позволяет осуществлять единое управление сетью передачи всех типов трафика — речи, данных и видео;

· поддерживает широко применяемые протоколы (в том числе frame relay и IP) и гетерогенные архитектуры;

· предоставляет конечным пользователям выбор способа телефонной связи, позволяя сократить расходы на междугородные звонки. Например, пользователь может набрать перед требуемым номером "6" и выбрать связь по frame relay, "7" будет означать IP, а "8" — обычную ТфОП.

Пакетная телефония становятся первой ступенькой на пути к будущему, пронизанному мультимедиатехнологиями реального времени.

Коммутация каналов или пакетов?

Коммутация пакетов все более утверждается в стратегических планах телекоммуникационных операторов. И настолько успешно, что заставляет их изменять собственное позиционирование, чтобы повышать доходность. Популярность коммутации пакетов объясняется не только взрывным ростом числа абонентов, но и экономией, которую она приносит как потребителю, так и провайдеру.

Давайте немного отвлечемся и рассмотрим модель современной электросвязи. Нынешние телефонные сети основаны на испытанной и надежной технологии коммутации каналов (рис. 1), которая для каждого телефонного разговора требует выделенного физического соединения. Следовательно, один канал представляет собой одно физическое соединение. В этом случае аналоговый сигнал шириной 3,1 кГц передается на ближайшую АТС, где он мультиплексируется по технологии временного разделения (Time Division Multiplexing, TDM) с сигналами, которые поступают от других абонентов, подключенных к этой АТС. Достигнув АТС назначения, сигнал демультиплексируется и "в одиночестве" доходит до адресата. К сожалению, аналоговая природа сетей ТфОП вызывает проблемы. Разработка аналоговых устройств, как хорошо известно из опыта, — непростая задача, что подтверждается сложностью спецификаций на модемы V.34.

Рис. 1. Связь на основе коммутации каналов

Будущее за цифровыми технологиями! Они используются повсюду — в мэйнфреймах и ПК, CD-ROM и цифровых видеодисках, аудиосистемах Dolby Digital и... этот список можно продолжать бесконечно. Верите или нет, но даже холодильники и автомобили стали цифровыми! Такая эволюция не случайна. Разработка устройств превратилась в науку, а данный подход оказался самым гибким и позволяющим быстро создавать наиболее эффективные приборы. Все новые коммуникационные протоколы, включая frame relay, DSL и ATM, возведены на цифровом фундаменте.

Переход от аналоговых к цифровым технологиям стал важным шагом для возникновения современного цифрового мира. Стандарт модемов V.90 фактически закрепляет смычку между аналоговыми ТфОП и цифровыми сетями ISDN.

Следующий шаг развития цифровой телефонии — переход к пакетной телефонии. По каналам передаются единицы информации, которые не зависят от физического носителя. Такими единицами могут быть пакеты, кадры или ячейки (в зависимости от протокола), но в любом случае они передаются по разделяемой сети (рис. 2), более того — по отдельным виртуальным каналам, не зависящим от физической среды. Каждый пакет идентифицируется заголовком, который может содержать информацию об используемом им канале, его происхождении (т. е. об источнике или отправителе) и пункте назначения (о получателе или приемнике).

Рис. 2. Сеть с интеграцией пакетной телефонии

Операторы этого пакетного рынка получают преимущества, присущие разделяемой инфраструктуре электросвязи по самой ее природе. Проще говоря, они могут продать больше, чем в действительности имеют, основываясь на статистическом анализе работы сети. Поскольку предполагается, что абоненты не будут круглосуточно и ежедневно задействовать всю оплаченную полосу, можно набрать больше абонентов, не расширяя магистральную инфраструктуру. Оборот и прибыль при этом увеличиваются.

Иными словами, абонент, оплативший полосу 64 кбит/с, использует канал в среднем лишь на 25%. Следовательно, оператор способен продать имеющийся у него ресурс в четыре раза большему числу пользователей, не перегружая свою сеть. Такой сценарий выгоден обеим сторонам — и клиенту, и продавцу, — поскольку оператор увеличивает свои доходы и уменьшает абонентскую плату за счет снижения издержек. Это выигрышное решение уже признано в мире передачи данных, а теперь притягивает и взоры игроков на рынке телефонии.

Что делать?

Internet вездесуща. Получить доступ во Всемирную сеть легко, достаточно обратиться к местному провайдеру ее услуг, к альтернативному телефонному оператору или на региональное предприятие электросвязи. Но следует оговориться, что появление пакетной телефонии породило ложное представление о технологии VoIP как средстве передачи речи через Internet.

К сожалению, простота, с которой данные передаются по Сети, не распространяется на связь в режиме реального времени, в том числе на передачу речи и видео. В действительности Internet не готова к удовлетворению растущих потребностей передачи сигналов в масштабе реального времени. Более того, эта сеть, вероятно, никогда не станет пригодной для телефонии и транспортировки видео.

Исследования показывают, что понадобятся в лучшем случае три-пять лет, прежде чем Internet сможет обеспечить качество обслуживания (Quality of Service, QoS), необходимое для пропуска трафика в режиме реального времени, и справиться с задержками, губительно влияющими на качество передачи речи. Вспомним, что по имеющимся прогнозам трафик данных вырастет многократно: армия киберпутешественников в США, насчитывающая сегодня 10 млн пользователей, к 2000 г. достигнет 60 млн (данные Forrester Research). Нелегко будет даже обеспечить полосу пропускания для передачи обычных данных. Словом, ближайшее будущее пакетной телефонии ассоциируется с выделенными каналами связи, которыми располагают поставщики услуг Internet-телефонии и альтернативные телефонные операторы.

Степень устойчивости различных типов мультимедийного трафика к потерям пакетов и задержкам можно проиллюстрировать следующим образом (рис. 3). Анализ показывает, что для достижения приемлемого качества речи задержки в сети должны быть минимальными. В то же время, полоса пропускания для передачи речи по существующим корпоративным сетям ничтожно мала по сравнению с "коммуникационными трубопроводами", необходимыми для транспортировки видео, графических файлов и потоков данных, которые порождают киберпутешественники и видеоконференции.

9 схемы пакетной телефонии

3. Схемы пакетной телефонии. Сейчас применяются 3 схемы пакетной телефонии: 1.гибридная; 2.распределенная; 3.иерархическая. Гибридная схема в наибольшей степени использует классические схемы телефонии, т.е. эта схема полностью централизованна. Все программное и аппаратное обеспечение располагается в узлах телефонной системы. В этой схеме абоненты подключаются к АТС посредством аналогового или цифрового каналов. А уже между АТС организуются пакетные цифровые каналы. Используются два типа таких каналов PDH и SDH. PDH - плезиахронный цифровой канал. SDH - синхрон-ный цифровой канал. АТС имеет несколько уровней: районная и город-ская. PDH - почти синхронный канал, мультиплексирование идет побитно. PDH учитывает, что за счет разности в настройках оборудования возможна рассинхронизация данных для различных абонентов. Поэтому при мультиплексировании данных (объединение данных в один пакет) к пакету управляющие биты, служащие для синхронизации отдельных блоков данных. В зависимости от уровня магистрали, пакеты используют различные уровни вложенности. В зависимости от уровня канала для соединения пакетов PDH, на следующем уровне производится декодирование, а затем мультиплексирование. То же самое происходит при добавлении пакетов. Недостатком гибридной схемы является необходимость больших капитальных затрат для модернизации АТС. От большинства недостатков гибридных схем свободны схемы с децентрализованной структурой. В таких схемах большинство функций возлагаются на интеллектуальные терминальные устройства. В системах пакетной телефонии с децентрализованной схемой обычно используются следующие устройства: IP-телефоны; WOIP-шлюзы; серверы медиа-приложений. Дальнейшим развитием децентрализованной схемы являются иерархическая схема построения пакетной телефонии. В этой схеме выделяют 2 узла: физические шлюзы; контроллеры физических шлюзов. Физические шлюзы обеспечивают физическое переключение подключенных к нему каналов. Контроллеры осуществляют управление физическими шлюзами.

4. 10 Принципы получения телевизионного изображения

В данном разделе рассматриваются основные параметры телевизионной (ТВ) системы и полного телевизионного сигнала (ПТВС), а также анализируются искажения ТВ изображения и ПТВС.

Основные принципы передачи и воспроизведения ТВ изображений

В основе телевизионной передачи и воспроизведения изображений лежат три физических процесса:

- преобразование световой энергии, исходящей от объекта передачи, в электрические сигналы;

- передача и прием электрических сигналов;

- преобразование электрических сигналов в световые импульсы, воссоздающие оптическое изображение объекта.

Телевизионному преобразованию изображений в электрический сигнал предшествует построение оптического изображения. Это изображение может быть представлено множеством интегральных источников, интенсивность каждого из которых может принимать т различных значений. Чем больше число элементарных источников N (элементов изображения), тем выше предельно различимая детальность изображения, т.е. элементы должны быть достаточно мелки, а их число на изображении должно быть достаточно велико, чтобы глаз не замечал дискретной структуры изображения.

Первый принцип телевидения заключается в разбиении изображения на отдельные элементы и в поэлементной передаче всего изображения. Элементом изображения называется минимальная деталь изображения, которая может быть различима и воспроизведена ТВ системой. Изображение, образованное совокупностью всех элементов, называется кадром.

Второй принцип, на котором базируется телевидение, - это последовательные во времени передача и воспроизведение информации о яркости (и цвете) отдельных элементов изображения. Это возможно благодаря инерционности зрения человека, которая проявляется в том, что мелькающий источник света при высокой частоте мельканий кажется непрерывно светящимся.

Процесс последовательной поэлементной передачи (анализа) и воспроизведения (синтеза) изображения называется разверткой изображения.

В ТВ вещательных системах развертка изображения и на передающей, и на приемной стороне осуществляется в результате движения луча с постоянной скоростью по горизонтали (строке) слева направо и по вертикали (кадру) сверху вниз. Образованная в процессе развертки структура поля - совокупность строк - называется ТВ растром.

Передача и воспроизведение каждого элемента изображения должны осуществляться синхронно и синфазно. Это обеспечивается поддержанием в заданных пределах закона разверток и их периодической принудительной синхронизацией по строке и по кадру на передающей и приемной сторонах ТВ системы.

Основные параметры ТВ системы

Формат кадра.Форматом кадра называется отношение ширины изображенияbк его высотеh

(1.1)

В ТВ величина формата кадра выбрана равнойk= 4:3, что определяется угловыми размерами поля ясного зрения глаза и учитывает опыт выбора формы изображения в кино, фотографии и живописи. В современных системах используетсяk= 16:9.

Число строк разложения.Число строк разложения zопределяет номинальную четкость ТВ изображения, т.е. его детальность. Эти параметры зависят от числа элементов в изображенииN. Учитывая, что вдоль строки укладывается элементов,

N = z · kz = kz²(1.2)

Под элементом понимается минимальный участок ТВ изображения, внутри которого воспроизводится лишь средняя яркость. Число строк разложения выбирается исходя из величины разрешающей способности глаза (при рассматривании изображения в угле ясного зрения). Разрешающая способность глаза количественно определяется минимальным углом, равным (1,0... 1,5)^', в пределах которого две точки еще различаются отдельно.

В России принято число строк разложенияz= 625. Это в известной мере реализует разрешающую способность глаза, если наблюдение изображения осуществляется при оптимальном расстоянии рассматриванияl_опт= (5...6)h, т.е. при рассматривании изображения в угле ясного зрения. В ТВ системах высокой четкости (ТВЧ) число строк разложенияz_ТВЧ= 1125(1250).

Ширина спектра ТВ сигнала определяется в основном верхней граничной частотой

(1.3)

где n- число кадров, передаваемых в секунду; N_1c= kz²n- число элементов изображения, передаваемых в секунду.

Число кадров, передаваемых в секунду. Число кадров - число неподвижных изображений, передаваемых в одну секунду, - выбирается исходя из инерционных свойств зрительного анализатора. Благодаря инерции зрительного восприятия («памяти») удается имитировать плавное движение деталей изображения и восприятие мерцающего светового потока, как непрерывного излучения.

Из опыта кино известно, что для получения впечатления плавного движения объектов в большинстве случаев достаточно воспроизводить 16 неподвижных изображений в секунду. Однако при таком числе кадров глаз замечает мерцание яркости изображения на экране. Величина критической частоты мерцаний, при которой глаз перестает замечать периодическое изменение яркости телевизионного экрана, лежит в пределах (48... 50) Гц. Исходя из этого число кадров ТВ системы при построчной развертке должно быть выбраноn= 50 к/с.

Однако приn= 50 к/с по каналу связи передается избыточная информация, что значительно расширяет спектр сигнала изображения. При этом верхняя частота спектра согласно (1.3) может быть определена как

Сокращения спектра ТВ сигнала за счет уменьшения скорости передачи изображения (числа кадров в секунду) можно добиться с помощью чересстрочной развертки. При чересстрочной развертке каждый кадр передается за два приема: сначала нечетные строки (нечетное поле), затем четные (четное поле). При этом частота мерцаний яркости изображения в 2 раза превышает число кадров, передаваемых в секунду, поэтому для современных вещательных систем с чересстрочной разверткой число кадров выбрано равнымn= 25 к/с при мерцании яркости изображения с частотой 50 Гц. Это позволяет сократить спектр частот сигнала изображения в 2 раза и обеспечить незаметность мерцаний яркости изображения на экране. Действительно, при k= 4:3,z= 625,n= 25 к/с верхняя частота спектра равна

Процесс сокращения спектра сигнала изображения можно пояснить следующим образом. При передаче изображения с распределением яркостиL_mвдоль строкиmТВ системой с построчной разверткой (рис. 1.1, а, б) форма сигнала изображения будет иметь вид, показанный на рис. 1.1, в. При передаче этого же изображения ТВ системой с чересстрочной разверткой с тем же числом строк появляется возможность в 2 раза уменьшить число кадров. Из-за этого скорость движения развертывающего луча передающей трубки по строке уменьшается в 2 раза. Форма сигнала изображения в этом случае показана на рис. 1.1, г. Длительность импульсовt_иот соответствующих деталей изображения и длительность фронтов этих импульсовt_фувеличиваются в 2 раза. Из общей теории связи известно, что ширина спектра импульса обратно пропорциональна его длительности, поэтому при чересстрочной развертке с тем же числом строк спектр сигнала изображения уменьшается в 2 раза и для его передачи требуется меньшая полоса частот тракта.

Контраст и число воспроизводимых градаций яркости изображения.Контрастом изображения называется отношение максимальной яркости изображенияL_maxк минимальной яркостиL_min

(1.4)

Контраст является одним из важнейших качественных параметров изображения, так как он характеризует диапазон изменения яркости и определяет число различимых градаций яркости (полутонов изображения). При уменьшении контраста изображение становится блеклым, как бы покрывается туманом, уменьшается различимость его деталей. К этому явлению приводит и внешняя засветка изображения, так как контраст при наличии паразитной засветкиL_днеизбежно падает:

(1.5)

Особенностью нашего зрения является то, что глаз реагирует не на абсолютное значение изменения яркости DL, а на ее относительное приращениеDL/L.

Минимальный (пороговый) контраст, обнаруживаемый глазом (пороговая градация яркости), равен (DL/L) = 0,02... 0,05. Мерой визуального ощущения любого перепада яркости может служить число пороговых градаций. В частности, при заданном контрасте наблюдатель может воспринять на изображении вполне определенное количество уровней изменений яркости (пороговых градаций яркости). Так, при характерных для ТВ изображений значениях параметровK_из= 100 и (DL/L)_пор= 0,05 максимально возможное число воспроизводимых градаций определяется как

(1.6)

Вид развертки. Передача ТВ изображения может осуществляться с помощью построчной и чересстрочной разверток. В современном вещательном ТВ, как указывалось выше, используется чересстрочная развертка, обеспечивающая двукратное сокращение спектра ТВ сигнала по сравнению с построчной (при одинаковой четкости и частоте мерцаний яркости изображения).

Однако чересстрочная развертка имеет и недостатки. Наиболее существенным из них являются жесткие условия формирования чересстрочного растра: в каждом кадре должно быть строго определенное нечетное число строк разложения; следовательно, в каждом поле должно быть целое число строк плюс половина строки. Для этого необходима жесткая связь частот кадровой и строчной разверток. Нарушение чересстрочной развертки - «слипание» строк - может происходить и при неидентичности (порядка 0,16%) размахов сигналов кадровой развертки нечетного и четного полей.