Все телевизоры планеты, работающие на аналоговых и даже на цифровых сигналах систем цветности PAL и SECAM, имеют самое большое разрешение 576 пикселей (элементов изображения) по вертикали. Почему отсчет идет по вертикали? Потому что до появления плоскопанельных телевизоров (ЖК и плазменных) под вертикальными элементами изображения подразумевались строки электронно-лучевых телевизоров, с которых, собственно, все и начиналось. А потому, смотрит ли бабушка в Туле сериал через «Горизонт-34ТЦ412», или солидный господин смотрит его на гигантской плазменной панели, – в принципе, они видят одну картинку. Разница лишь в том, что в больших и дорогих панельных телевизорах телевизионную картинку улучшают методами цифровой обработки. Но 576 строк обычного телевидения - это еще хорошо: в системе NTSC, широко распространенной в США, Японии и странах Юго-Восточной Азии, вообще 480 строк (или пикселей для панельных ТВ). Кстати, это привело к досадному недоразумению, так как большинство 20-дюймовых ЖК-телевизоров в России имеют именно NTSC-разрешение, которое не только не вписывается в наш российский SECAM-овский сигнал, но и изрядно его разрушает.
Что большой проекционный, что маленький электронно-лучевой, – все телевизоры показывают на самом деле одинаково
Но время шло, размеры экранов увеличивались, и пришло понимание необходимости большего количества точек в видеосигнале. Тогда создали телевидение высокой четкости – ТВЧ, или HDTV (High Definition Television). О том, как работает простое телевидение, чем оно отличается от ТВЧ, и как HDTV создавалось – наш рассказ. А так как все начиналось с кинескопного телевизора, с него и начнем.
Как создается изображение в ЭЛТ-телевизоре
Любое изображение, созданное человечеством механическим или электронным способом, начиная от фотографии и заканчивая телевидением, состоит из элементов изображения, которые чаще называют точками, а иногда пикселями (pixels). Стоящие отдельной группой темные точки на фоне белых могут создать впечатление пылинки, сидящей мухи или, например, чернильного пятна. Изображение, которое мы видим на экране электронно-лучевого телевизора, прорисовывается вспыхивающим и гаснущим по мере своего бега лучом летящих в вакууме электронов. Они сталкиваются на поверхности экрана с люминофором, заставляя последний вспыхивать и гаснуть
Картинка в ЭЛТ-телевизоре рисуется бегущим по люминофору электронным лучом
Луч пробегает строку от левого края экрана к правому, возвращается к левому и опять начинает свой бег, опустившись на долю миллиметра ниже. Но вот электронный луч прошел весь свой путь от верхнего левого угла экрана до нижнего правого – и что мы имеем? Мы получили черно-белую неподвижную картинку, вспыхнувшую буквально на один миг, а точнее, на 1/200 долю секунды. Для того чтобы изображение начало двигаться, нам придется показать 25 таких картинок в одну секунду, меняя положение деталей на экране.
Изобретатели первых телевизоров были выдумщиками и большими энтузиастами своего дела, и когда они увидели, что картинка на их телевизорах очень нечеткая, они придумали простой и эффективный метод решения этой проблемы. Как известно, человеческий глаз все, что двигается быстрее, чем 1/24 доли секунды, не видит, а последовательные изображения, чередующиеся с частотой 24 кадра в секунду, видит как непрерывное движение. На этом принципе основано кино, но телевидение показывает на 1 кадр в секунду больше, то есть 25. Это связано с тем, что 2 раза по 25 кадров равняется 50 в секунду, и это же частота переменного тока в наших розетках. Конструкторы, облегчая самим себе жизнь, просто использовали в системе развертки колебания электросети для упрощения электронных схем, и таким образом одним выстрелом убили двух зайцев: и электронику упростили, и стали подавать на экран 50 изображений в секунду вместо 25. Вопрос: откуда взялись еще 25 кадров, когда телестанция передает всего 25? Очень просто – одну и ту же картинку стали показывать дважды, но с таким малым сдвигом строк, что вторые строки ложились между первых, увеличивая, следовательно, четкость картинки. К слову сказать, когда говорят про точки плоскопанельных телевизоров, почему-то порой забывают и про точки цветных ЭЛТ-телевизоров. Это на черно-белом телевизоре электронный луч падает прямо на люминофор экрана, в цветном же телевизоре он проходит через отверстия в маске, создавая из трех цветов (красный, зеленый, синий) полноцветное изображение.
Точки изображения формируют изображение и цвет телевизионной картинки, и чем их больше тем выше четкость
Чересстрочность, разрешение и частота
Каждый кадр стандарта российского SECAMа из 625 имеющихся строк содержит 576 активных, то есть видимых на экране телевизора, остальные – так называемые технические и нас не интересуют. Такая схема развертки и называется «чересстрочной». В обозначениях стандартов, о которых далее пойдет речь, такая схема развертки обозначается малой буквой «i» вслед за цифрой, обозначающей количество строк. Таким образом, российские телевизоры работают на советском стандарте 625i, который, впрочем, нередко называют еще 576i, по количеству видимых строк. Есть и другой тип развертки, когда кадры просто сменяют один другой, как в кинопроекционном аппарате, не совершая никаких повторов, – эта схема развертки называется прогрессивной и обозначается на стандартах буквой «p».
Нет более наглядного способа продемонстрировать разницу между простым и высокочетким телевидением, как Photoshop. А потому мы взяли этот кадр из «Звездных войн» с оригинальным размером 1920 на 1080 точек и, вырезав из него обозначенный кусок, показываем его с точным количеством точек простого ТВ и ТВЧ
Контрольный кусок из кадра с разрешением HD 1080 строк
Контрольный кусок из кадра с разрешением стандартного PAL-сигнала 576 строк
Однако частота в розетке 50 Гц - это у нас, и в Европе, а вот в США и в странах Восточной Азии с их частотой электросети в 60 Герц телевизоры имеют частоту развертки, аналогичную частоте их электрической сети, а телевизоры – 480 видимых строк.
Вот так отличаются друг от друга картинки разного разрешения
Когда мы говорили о наиболее распространенных форматах HDTV, мы имели в виду, что в настоящее время существует 6 стандартов аналогового телевидения и 18 стандартов цифрового (если такое вообще можно назвать стандартизацией). В свою очередь, из 18 стандартов «цифры» лишь несколько определяются как HDTV – 720, 1125, 1080 и 1035 чересстрочных «i» и 720, 768, 1080 и 1125 прогрессивных «p». Есть еще старый евростандарт 1250i и советский 1525i, на которых, впрочем, никто не вещает. Однако единый стандарт все же есть. В мае 1999 года Международный Союз Электросвязи МСЭ (ITU) утвердил в виде своих Рекомендаций как общемировой стандарт HDTV для производства и международного обмена телепрограммами. Общий формат изображения определяется как имеющий 1920 элементов изображения в одной строке, 1080 активных строк с чересстрочной и прогрессивной разверткой, соотношение сторон 16:9 и частотой кадров в 24р, 25р, З0р, 50p, 50i, 60i и 60p в секунду. По сути своей, это расширенная версия американского стандарта 1080i, но, как видите, достаточно гибкая. Однако в России увидеть сегодня сигнал высокой четкости очень сложно, и имеют такую возможность лишь немногие обладатели комплекта «телевизор с поддержкой HD – спутниковый приемник HD-формата – параболическая антенна».
Стандарт HDTV 1080i оказался достаточно гибким, потому как, несмотря на свое название, поддерживает целый ряд разверток – 24р, 25р, З0р, 50p, 50i, 60i и 60p
Впрочем, и он сегодня исполняется не до конца. Рекомендации ITU в далекой Восточной Азии не особо слушают и продолжают создавать программы и вещать в «нестандартных» 1125- и 1035-строчном форматах. Передачи эфирного 1080 HDTV сегодня идут в США, Китае, Японии, а также в Австралии. При этом в Австралии и в Японии на этот стандарт перешли практически все телекомпании.
Компрессия
Вопрос к компрессии, или к сжатию, возникает тогда, когда мы сталкиваемся с эфирным или кабельным HD-телевидением, относится это и к дисковым носителям. Тут, кстати, надо помнить, что цифровое телевидение может и не быть HDTV, а вполне стандартного разрешения, но вот само HDTV является исключительно цифровым. Итак: что такое сжатие видеосигнала и чем оно может повредить изображению. Дело в том, что чем качественнее картинка и чем больше в ней элементов изображения, тем "тяжелее" в цифровом выражении ее сигнал. А при постоянном онлайн-потоке информации по радиоканалу или по кабелю локальной сети, высокочеткий видеосигнал требует и гигантской скорости потока информации – траффика. Те, кто сегодня заходит в интернет через DialUp-модем, знают, что между 8 кб/мин и 56 кб/мин разница чувствительная, а вот разница скоростей даже между распространенными сегодня скоростными интранет-сетями и сетями кабельного HDTV - просто огромная. Некоторым сетям надо увеличить траффик как минимум на порядок, чтобы дать возможность своим абонентам увидеть чудо-телевидение. Для того чтобы передать телевизионный HD-сигнал по радиоканалу, пришлось бы расширять полосу частот, а этого делать нельзя, тогда его не увидят телезрители с простыми телевизорами. Вот для эфирного телевидения видеосигнал и начали сжимать цифровыми методами – компрессировать.
С примерно такой четкостью можно смотреть на экране HD-телевизора детали изображения
Не вдаваясь в подробности относительно прочих стандартов сжатия, коротко можно сказать, что главным стандартом всего эфирного телевидения есть и долго еще будет оставаться стандарт MPEG-2 (Moving Picture Expert Group), созданный в начале 1995 года.
Эфирный HDTV-сигнал может быть передан как по телевещательным сетям, так и по спутнику. Последний сегодня является единственным способом смотреть телевидение высокой четкости
Стандарт изначально предусматривал возможность перехода к телевидению высокой четкости и, можно сказать, под него и создавался. С использованием этого сжатия идет HD-вещание со спутника, оно применяется в кабельном и эфирном телевидении. Впрочем, об источниках HD-сигнала мы расскажем в следующих статьях, а пока вспомним, откуда все началось.
HDTV – история формата
Идея телевидения с более высоким количеством строк по экрану родилась уже очень давно. С середины 60-х годов теперь уже прошлого, ХХ столетия. Разработка нового телевизионного стандарта высокой четкости велась больше по законам войны, в основе которой лежали и технологические, и политические, и экономические причины, хотя, вероятно, не в меньшей степени - и амбиции стран. В войне участвовали все технологические сверхдержавы – США, СССР, Япония и европейцы, выступавшие тогда консорциумом.
В Первой Мировой войне HDTV-форматов участвовали все сверхдержавы мира
Неясно, кто же первым начал разрабатывать стандарт высокой четкости, однако с начала 60-х годов этой проблемой все вышеперечисленные страны начали заниматься практически одновременно.
СССР – Россия
Сделавший очень многое для развития телевидения как нового вида электронного СМИ и создавший в свое время телевизионный стандарт в 625 строк (что для тех лет было само по себе ТВЧ, так как в США вещали всего в 343 строки), Советский Союз разработал два стандарта четкого ТВ – чересстрочные 1525 и 1250. Руководство страны, по всей видимости, считало, что если стандарт 625i, разработанный в СССР, Европа когда-то приняла для себя, то примет и технологически родственный ему стандарт ТВЧ 1250i. Для этого было немало предпосылок, и, собственно, почти так и произошло. Целиком и полностью подготовленный с научной и технологической точки зрения формат был готов к запуску, но сломалась экономика Советского Союза, и тут было не до ТВЧ, а так и не вышедший из стен лабораторий советский стандарт дал толчок развитию первой волны HDTV в Европе. В России же вопрос о ТВЧ вернулся тогда, когда о «родном» стандарте никто уже речь не заводил, а потому, если у нас и появится в ближайшее время ТВЧ, то это будет американский стандарт 1080i.
Европа – Евросоюз
Европа с ТВЧ-вещанием стартовала просто поразительно. Европейцы, взяв за основу стандарт 1250i, предложили за технологическую основу стандарт уже работавшего на тот момент спутникового телевидения МАС и построили на его основе систему HD-MAC. Проект назвали «Эврика-95», а ядром разработчиков системы выступили Philips, Thomson и Bosh. Кроме них, в проекте участвовали Nokia, Grundig и целый ряд научно-исследовательских и учебных институтов – всего 12 исследовательских групп. Проект обошелся в приличную сумму, за 5 лет работы было потрачено более 350 миллионов долларов.
Европа впервые применила телевидение высокой четкости для демонстрации матчей своего Чемпионата по футболу в 1988 году, и с тех пор спорт считается одним из главных зрелищ достойных HD-разрешения
Результат получился просто впечатляющим. В 1988 году в Европе пошли первые опытные передачи в HD-MAC через спутник TDE-2, а еще через 2 года Европа и западные районы СССР имели возможность смотреть чемпионат мира по футболу с невероятным для тех времен качеством. Впрочем, эффектный технологический старт не дал коммерческого успеха европейскому HDTV.
Япония
Японская вещательная компания NHK в 1964 году начала разработку подобного стандарта и устройств под него. А к началу 80-х NHK предложила миру готовый стандарт HDTV. За 12 лет интенсивных разработок была создана полная линейка HDTV-аппаратуры: телекамера, видеомагнитофон и цветной монитор с диагональю экрана 80 см. Формат имел 1125 строк, 60 чересстрочных кадров в секунду и формат изображения 16:9. В проекте приняли участие Sony, Toshiba и NEC. Тогда же ими была разработана и вещательная спутниковая система MUSE с сигналом в диапазоне 11,7 – 12,5 ГГц. Трансляции NHK начались в 1985 году и, несмотря на просто гигантскую стоимость HDTV-телевизора тех лет (почти $10 тыс.), к 1990 году в японских домах стояло около 150 тысяч таких аппаратов. Действие той системы закончилось лишь в самом конце 90-х годов, когда на смену MUSE пришел более дешевый в эксплуатации американский формат HDTV 1080p. Такое расточительство могли себе позволить только "помешанные" на хай-теке японцы, и коммерческий успех проекта был весьма и весьма относительным.
США
В Соединенных Штатах за 18 лет поисков и метаний пришли к тому стандарту HDTV, который Федеральная комиссия по связи (FCC) определила как ATSC. Стандарт совместим с 18 форматами ТВ, причем только 6 из них относятся к HDTV. Все форматы, входящие в ATSC, изначально совместимы с аналоговыми телеприемниками, предотвращая, таким образом, потерю аудитории, смотрящей TV по старинке.
Домашний HD-кинотеатр с источником высокочеткого сигнала в виде BD или HD DVD-плеера это близкое будущее домашнего кино
Конец 90-х годов ознаменовался концом всех промежуточных форматов высокочеткого вещания, все технологические, финансовые и интеллектуальные ресурсы были сосредоточены на более перспективной технологии MPEG2, что в свою очередь подтолкнуло разработчиков к созданию систем HDTV-вещания второго поколения. Того HDTV, о котором мы говорим, HDTV, которое мы ждем и которое уже грядет.
Павел Ширшов
Поделиться
