Техника - молодёжи 1996-11, страница 29

всегда существует вероятность проявления фликкер-эффекта на телевизионном мониторе. Особенно он заметен при преобразовании текстов с мелкими буквами и меню с тонкими линиями — например, панели Norton Commander или Windows меню. Как уже отмечалось, причина этого явления — раздражающего мерцания тонких линий и границ изображения — в чересстрочной телевизионной развертке. Действительно, рассмотрим две последовательные горизонтальные компьютерные линии шириной ровно в один элемент разрешения (пиксел): первая пусть будет черная, вторая — белая. На телевизоре они будут чередоваться через полукадр, 25 раз в секунду Глаз вместо двух четких строк воспримет лишь пульсации белой линии. В первом, чисто программном методе преобразования, подавить фликкер-эф-фект можно только переключением VGA-адаптера и монитора в чересстрочный режим развертки, что уменьшает в два раза результирующее вертикальное разрешение. В конвертерах горизонтального сканирования и полного преобразования используют фликкер-фильтры, принцип действия которых основан на сложении последовательных строк с различными весовыми коэффициентами (обычно 0,7 и 0,3), что является разумным компромиссом между остаточным мерцанием и некоторым сглаживанием изображения по вертикали.

Иногда пользователи сталкиваются с трудностями, обусловленными выбором слишком высокого комп >ютерного разрешения. На деле же при использовании видеоаппаратуры VHS не имеет смысла тратить время и силы на создание и преобразование в формат TV компьютерной графики с разрешением выше, чем 640x480. Все равно мелкие детали будут потеряны при записи/воспроизведении. А вот стандартам S-VHS и даже профессионального видео соответствует уже режим SVGA с разрешением 800x600.

...А «ТИ-ВИ» - «ПИ-СИ» - ТЕМ ПАЧЕ!

До сих пор мы расс матривали задачу преобразования компьютерного изображения в телевизионное. Но для полноценной цифровой видеосистемы необходима и обратная операция — захват телевизионных кадров и сохранение их в памяти ПК. Эту задачу решают устройства, называемые фрейм-грабберами (frame-grabber — захватчик кадра, часто также испол азуются термины image capture, video digitizer). Они позволяют вводить в цифровом виде в компьютер с видеокамеры или видеомагнитофона (а при наличии тюнера — и с телеантенны) как отдельные телевизионные кадры, так и их связанные последовательности. Далее зти оцифрованные изображения можно программно анализировать, определенным образом преобразовывать и выводить на принтер или видеомагнитофон (телеприемник). Принципиальная схема функционирования фрейм-граббера проста. Принимая аналоговый видеосигнал, он с помощью цветового декодера сначала разделяет его на компоненты (YUV или RGB), которые направляет в АЦП — аналого-цифровой преобразователь (в англоязычной терминологии — A/D convert ег). Затем полученное цифровое представление изображения записывается (запоминается) в буфер собственной памяти (емкостью обычно на один кадр). Содержимое этого буфера постоянно обновляется (переписывается) с частотой смены кадров — 25 Гц, т.е. каждые 40 мс. По специальной команде, задаваемой нажатием какой-либо клавиши на клавиатуре или кнопки мыши, процесс обновления буфера прекращается и в нем фиксируется («за

мораживается») выбранное оператором изображение, которое и записывается на винчестер в одном из стандартных графических форматов. Отметим, что запись обычно происходит сравнительно медленно, гораздо дольше 40 мс, и только по завершению зтой операции можно приступать к захвату следующего кадра.

Выбирая модель фрейм-греббера, нужно учитывать несколько весьма важных параметров.

Точность АЦП характеризуется глубиной оцифровки — числом цифровых отсчетов между минимальной и максимальной величиной аналогового сигнала. Исходя из типичных значений отношения сигнал/шум в телевизионных сигналах, принято считать, что при 8-битовой оцифровке т.е. 256 уровнях представления (от 0 до 255), не происходит потери информации. Для цветных изображений необходима оцифровка трех цветовых составляющих (YUV или RGB), т.е. 24-битовая (что соответствует возможности задать 16,78 млн различных цветовых оттенков). Именно 24-битовое представление цветных изображений лежит в основе большинства стандартных графических форматов. При зтом говорят о представлении объекта в реальных (естественных) цветах — true-color. Для полноты картины отметим, что довольно часто используется понятие hi-color. Оно подразумевает RGB-представление в формате 5:5:5 (15 бит, 32 768 цветов) или 5:6:5 (16 бит, 65 536 цветов). Подчеркнем также разницу между реальным цветовым содержанием изображения и способом его описания. В формате true-color можно представить и черно-белое изображение (при зтом для всех его точек R=G=B). Многие недорогие фрейм-грабберы, реально осуществляя только 7- или даже 6-бито-вую оцифровку, сохраняют изображения на винчестере как 24-битные, создавая тем самым иллюзию их представления в формате true-color.

Второй важнейшей характеристикой АЦП является частота оцифровки (число выборок) аналогового видеосигнала, определяющая разрешение изображения. Для систем PAL/SECAM принято несколько стандартов (табл. 2).

Таблица 2. Стандарты оцифровки для систем PAL/SECAM

Стандар «Квадратный пиксел» означает, что ширина пиксела равна его высоте. Действительно, отношение 768:576 равно 4:3 — принятому в телевидении отношению ширины изображения к его высоте (в последнее время говорят о более правильном, с точки зрения охвата изображения глазом, отношении 16:9), т.в. оцифровка не искажает пропорций объекта. Именно этот стандарт гарантирует, что «телевизионный» круг останется кругом и в соответ ствующем цифровом формате, а не трансформируется в эллипс. Как уже отмечалось, при YUV-представлении видеосигнала цветоразностные компоненты U и V передаются с вдвое меньшим пространственным разрешением. Это позволяет осу

ществлять их выборку также с вдвое меньшей частотой без видимой потери качества. Обычно такой тип оцифровки описывают как 4:2:2. Запись 4:1:1 означает в четыре раза меньшую частоту выборки, что уже приводит к заметной потере цветового разрешения. В то же время 8:8:8 (иногда также пишут 4:4:4) означает представление и оцифровку видеосигнала по его RGB-составляющим с наилучшим качеством. Подчеркнем, что все вышеприведенные рассуждения имеют смысл при исходном высоком качестве сигнала. Учитывая, что уже при формировании композитного видеосигнала происходит его ограничение по разрешению, нетрудно понять, что только использование сигнала S-Video позволяет получить полноценную оцифровку типа 4:2:2. О максимально возможном качестве захвата имеет смысл говорить лишь при одновременном использовании RGB-входа и оцифровки 8:8:8.

Третьей по значимости характеристикой АЦП фрейм-граббера является емкость его буфера памяти. Для захвата полного телевизионного кадра — с разрешением 768x576 в реальном времени, т.в. за 40 мс, в естественных цветах (true color, 24 бит) — при формате его записи в качестве RGB-компонент с оцифровкой 8:8:8 требуется буфер емкостью 1296 Кбайт. При более экономичном YUV-формате с оцифровкой 4:2:2 уже достаточно 864 Кбайт. В то же время объем буфера многих устройств всего 768 Кбайт (скажем, семейство VideoBlaster) или того меньше. Естественно, о полной оцифровке сигнала тут говорить не приходится, реально захватываются только 512 строк. Правда, затем программным способом они могут быть растянуты до 576 строк, создавая иллюзию полного кадра. К сожалению, из за того, что размещение информации в буфере организуется неоптимально, реальный объем его памяти не может впрямую использоваться для определения характеристик оцифровки сигнала. Так, например, при буфере емкостью 768 Кбайт VideoBlaster производит 7-битовую оцифровку 4:1:1, реально обеспечивая только 21-битовую глубину цвета (около 2 млн тонов). Некоторые дешевые фрейм-грабберы в собственный буфер позволяют записать лишь несколько строк, при этом захват строк и их сброс на винчестер (или в оперативную память) последов тельно чередуются. В результате время захвата полного кадра может исчисляться несколькими секундами, поэтому такие устройства пригодны только для работы с неподвижными изображениями.

Телевизионный кадр, как уже отмечалось, содержит 576 видимых (активных) строк, но из-за чересстрочного режима развертки последовательно захватить их «все сразу» не удается. Сначала доступными оказываются только 288 четных строк, а затем — 288 нечетных. Временной разрыв между этими событиями равен 20 мс — длительности полукадра. За такой промежуток времени изображение быстро движущегося объекта в кадре может заметно измениться - как правило, сместиться. В результате нередко наблюдается эффект чересстрочного сдвига. Его можно устранить либо выбрав лишь один полукадр с соответствующим уменьшением разрешения по вертикали в два раза, либо сместив программно строки обратно на величину

Таблица 2. Стандарты оцифровки для систем PAL/SECAM