شیوه های اسکن تصویر ویدئویی: Interlace و Progressive

شیوه های اسکن تصویر ویدئویی و ارتباط آن با وضوح تصویر

High Deffinition / Standard Deffinition

HD و SD به ترتیب به سیستم های تلویزیونی با وضوح بالا و وضوح استاندارد گفته می شود. تلویزیون HD (وضوح بالا)، به دلیل به کار گرفتن خط اسکن عمودی موثرتر، در مقایسه با سیستم های SD (وضوح استاندارد 525 خط NTSC و 625 خط PAL) و نیز شمارگان بیشتر پیکسل در هر خط (1920 پیکسل برای HD در مقایسه با 720 پیکسل برای SD)، کیفیت تصویر بسیار بالایی دارد. از آنجایی که تجهیزات HD رو به سوی کاربردهای تصویری با کیفیت بالا می روند، معمولاً برای فراهم ساختن رزولوشن بیشتر طراحی می شوند. نسبت های مختلف ابعاد تصویر ویدئویی در شکل زیرآورده شده است:

Interlace / Progressive

Interlace، روشی برای اسکن تصویر در سیستم های تلویزیونی برودکست مانند NTSC و PAL است. به طور خلاصه، Interlace به اسکن یک در میان خطوط تلویزیونی یک تصویر به عنوان میدان نخست و سپس اسکن خطوط بینابین به عتوان میدان دوم بر می گردد. اسکن Interlace از روزهای تلویزیون سیاه وسفید بر جای مانده است و بهتر است بدانیم که چرا این روش ادامه پیدا کرد و به سیستم برودکست رنگی NTSC  رسید.

انجام آزمایش هایی ثابت کرده اند که برای نمایش تصاویر متحرک در یک مونیتور ، تصویر با اندگی پرپر (Filcker) ، دست کم بایستی50 تا 60 تصویر در ثانیه نمایش داده شوند. با این وجود، پهنای باند موجود برای پخش سیگنال تلویزیون (6 مگاهرتز در مناطق NTSC و 7 مگاهرتز در مناطق PAL) برای ارسال 60 تصویر در ثانیه (NTSC) و 50 تصویر در ثانیه (PAL ) پهنای باند کافی نداشتند. برای کاهش پهنای باند سیگنال با کمترین افت کیفیت، لازم بود چاره ای پیدا شود. پس از پژوهش هایی در ویژگی چشم انسان، راه حلی پیدا شد. نتیجه، به کارگیری یک نسبت یک پنجاهم ثانیه ای برای هر بار اسکن بود که نخست از بالا تا پایین تصویر تنها خطوط  فرد (1، 3، 5، ...، 625 ) اسکن می شدند. در واقع در هر میدان، تعداد 312 و نیم خط اسکن می شود و اعداد 1 تا 625 و 2 تا 624فقط شماره ردیف هستند. تصویر زیر به طور واضحی Interlace / Progressive را شرح می دهد:

از آنجایی که تعداد فریم، 50 تصویر در ثانیه بود، فلیکر را در یک سطح قابل اغماض نگه می داشت. همچنین از طریق آزمایش های بصری دریافتند که با وجود اینکه اسکن خط  هر فریم به نصف کاهش می یافت، افت رزولوشن عمودی تنها 70 % کل خط تلویزیونی بود. این ناشی از ویژگی پسماند دید چشم انسان در تعداد 50 میدان در ثانیه است. در این روش پژوهشگران تصمیم گرفتند از روش اسکن Interlace در سیستم های تلویزیونی استفاده کنند. ساختارهای جدید ارسال و پخش سیگنال های تلویزیونی محدودیت کمتری در پهنای باند دارند. این امکان گزینه استفاده از سیستم Interlace و Non-Interlace را به برودکسترها می دهد. روش اسکن Non-Interlace به اسکن Progressive (اسکن متوالی خطوط ویدئو ) نیز معروف است.

سیستم اسکن Progressive با مونیتورهای کامپیوتر، که محدودیت پهنای باند برودکست را ندارند، سازگار است. در این روش، خط 1 تا 625  به طور متوالی و یکباره اسکن شده و به نمایش در می آید. بنابراین، رزولوشن عمودی در این روش افزایش مییابد.

NTSC و PAL

NTSC، مخفف کلمه های National Television System Commitee است. این کمیته، استانداردهای سیستم های تلویزیونی NTSC را تعیین می کند. در واژگان فنی تلویزیون، NTSC به سیستم های تلویزیونی آمریکای شمالی، ژاپن و بخش هایی از جنوب آمریکا اشاره دارد که از اسکن Interlace با 525 خط در هر فریم و تعداد 30 فریم در ثانیه بهره می گیرد.

PAL مخفف کلمه های Phase Alternate By Line است. این واژه بیشتر به سیستم تلویزیون رنگی پذیرفته شده در اروپا، چین ، مالزی، استرالیا، نیوزلند، خارمیانه و بخش هایی از آفریقا بر می گردد. این سیستم دارای نوعی رمزگذاری پیشرفته رنگ است که مشکل تغییر رنگ در کدگذاری NTSC را اصلاح کرده است.

در واقع پس از ساخت سیستم NTSC در کمیته سیستم های تلویزیونی ملی آمریکا در سال 1953میلادی، کشورهای اروپایی به فکر اصلاح تغییر رنگ در این سیستم افتادندکه در آلمان، Walter Brch مدیر فنی کمپانی Telefunken سیستم PAL و Henri De France از فرانسه ، سیستم سکام را معرفی کرد. ایران به دلایل سیاسی سیستم سکام فرانسوی را پذیرفته بود که به خاطر مشکلات فنی این سیستم، به تدریج در سالهای اخیر سیستم PAL جایگرین Secam شد. در شکل زیر اینکه کدام کشورها از چه استانداردی استفاده می کنند؛ آورده شده است.

بیشتر کشورهایی که از این سیستم بهره می گیرند، یک سیستم اسکن Interlace با 625 خط در هر فریم و 25 فریم در ثانیه دارند. برخی سیستم ها مانند Pal-M که در برزیل به کار می رود، از کدگذاری رنگ PAL با 525 خط و اسکن 60 هرتز استفاده می کنند.

PSF - Progressive Segmented Frames

PSF یا فریم های تقسیم شده Progressive برای نمایش در آوردن فرمت های ویدئوی Progressive استاندارد HDTV به کار می رود. که متمایز از فرمت  HDTV محض است. روش PSF موجب حفظ سازگاری فریم های Progressive با سیگنال های Interlace به کار رفته در فرمت SDTV می شود. برای مثال، در فرمت 24PSF هر فریم Progressive به اندازه دو بخش و زمان متفاوت (هر بخش جدا شده، به عنوان یک میدان فرد و یک میدان زوج عمل می کند) با یک چهل و هشتم ثانیه  به کار گرفته می شود. فریم های تصویرProgressive کامل از ابزارهای تصویرسازی چون تله سینه، کمکوردر، دوربین استودیویی و غیره به دو بخش تقسیم شده و به شیوه SDI/ HD به شکل سیگنال اصلی فشرده نشده و یا از طریق سرویس SDTI در یک فرم فشرده، با روشی مشابه سیگنال Interlace حرکت می کند. این ها سپس در گیرنده ها به فریم های Progressive کامل بازسازی می شوند.

گرچه سیگنال تقسیم شده به طور اساسی همانند یک سیگنال Interlace شده است. نبایستی با تصاویرInterlace اشتباه شود. فرمت فریم تقسیم شده، با توصیه ITU Rec.709-3 به وسیله ITU یا International Telecommunication Union تأیید شده است. و بیشتر کمپانی ها آن را پشتیبانی می کنند.

SDI

SDI، مخفف کلمه های Serial Digital Interface است. این عبارت، یک رابط استاندارد صنعتی طراحی شده برای ارسال صدا و تصویر دیجیتال فشرده سازی نشده (معروف به باند اصلی Base Band) است که به دو دلیل عمومیت یافته است:

SDI را می توان با کابل کواکسیال انتقال داد. ارسال به مسافت های دور ممکن است.

اطلاعات SDI در سه نوع عرضه می شوند:

SDI دیجیتال کمپوزیت (SDTV)

SDI دیجیتال کمپوننت (SDTV)

HD-DSI اطلاعات دیجیتال با وضوح بالا.

اطلاعات صدا و تصویر SDI نسبت به ورودی و خروجی آنالوگ، دارای امتیازهایی است مانند:

1)      کیفیت صدا و تصویر SDI واقعاً بدون افت سیگنال، با ارسال دیجیتال مقاوم در برابر نویز.

2)      کابل های کواکسیال رایج با این سیستم قابل استفاده اند.

3)      ارسال سیگنال به مسافت های دورتر در مقایسه با آنالوگ، اجازه انعطاف بیشتری می دهد. (تا 200 متر برای تصاویر با وضوح استانداردSD و 100 متر برای تصاویر HD.)

از نظر فنی، ارسال دیتا تا نرخ 270Mbps برای SDI با وضوح استاندارد(SDTV) و 1.5 Gbps برای SDI با وضوح بالا (HDTV).

آماده سازی و ویرایش سند: مرتضی طالب پور