Телевидение высокого разрешения

Цифровое телевидение (англоязычная аббревиатура — DTV) разрабатывалось с целью значительно повысить качество телевизионного изображения. В Соединенных Штатах был основан Комитет по современным телевизионным стандартам (англоязычная аббревиатура — ATSC), задачей которого является надзор за развитием стандартов. В Европе для аналогичных целей была созвана специальная группа, получившая название Цифрового видеоизображения (англоязычная аббревиатура — DVB).

Преимуществом цифрового телевидения является то, что стандартная техника передачи и обработки цифровых сигналов может быть применена к телевизионному сигналу, в силу чего помехи не будут приводить к искажениям телевизионного изображения или возникновению помех типа «снега» на экране телевизора. Существующие методики коррекции ошибок позволяют производить замену искаженных в процессе передачи данных не искаженными. Как правило, наличие ошибок определяется и исправляется с использованием расчетов, выполняемых с использованием получаемого изображения и контрольных данных.

В цифровом телевидении, DTV, используется передача и прием цифрового телевизионного сигнала с последующим отображением полученных сигналов на экране цифрового телевизионного приемника. Цифровой сигнал может быть передан в эфире с использованием радиосигнала, а также может быть передан по кабельным линиям или с использованием спутниковых систем связи. Цифровые сигналы претерпевают кодирование, чтобы уменьшить ширину полосы пропускания (т.е. данные сжимаются) перед тем, как быть переданными по каналам связи, поэтому в принимающем устройстве обязательно наличие декодера, чтобы восстановить сжатый сигнал. При передаче телевизионного сигнала телевидения высокого разрешения (англоязычная аббревиатура — HDTV) используется передача потока данных со скоростью 19,3 Мбит/с.

Телевидение высокого разрешения, HDTV, в действительности обеспечивает качество изображения с высоким разрешением, помимо этого оно используется совместно с системой шумоподавления Долби, обеспечивающей качество звука в системах объемного звучания (AC-3), сравнимого с качеством воспроизведением звука с компакт-дисков. В телевидении высокого разрешения используется максимальное для цифрового телевидения разрешение, соответствующее новому набору стандартов, которое составляет 720 или 1080 строк, а каждое изображение содержит не менее двух миллионов пикселей.

Такое объединение обеспечивает высокую четкость изображения совместно с высоким качеством звукового сопровождения. Получение изображения с еще более высоким разрешением для систем телевидения высокого разрешения, HDTV, является основной целью, поставленной торгующими организациями перед разработчиками. Соотношение геометрических размеров (ширины к высоте изображения), или форматное соотношение, в цифровом телевидении составляет 16:9 (или 1,78:1).

Наиболее часто используемыми в системе телевидения высокого разрешения, HDTV, являются форматы: 480i (640 480 пикселей, чересстрочная развертка), 480р (640 480 пикселей, прогрессивная развертка), 720р (1280 720 пикселей, прогрессивная развертка) и 1080i (1920 1080 пикселей, чересстрочная развертка). Термины «чересстрочная развертка» и «прогрессивная развертка» относятся к используемой системе развертки. В системе чересстрочной развертки первыми проходят нечетные строки, начиная проход луча из верхней точки дисплея в направлении поперек и вниз. За этим следует проход луча четных строк, так как в течение одной секунды происходит смена (полное сканирование) тридцати кадров изображения, проход половины строк осуществляется в течение одной шестидесятой доли секунды. На экранах большой площади при таком виде развертки изображения возникают нежелательные эффекты: изображение становится мерцающим. При прогрессивной системе развертки каждый луч проходит строку каждую шестидесятую долю секунды. Изображение при этом методе развертки получается более сглаженным, но для этого требуется более широкая полоса пропускания.

Потенциально для телевидения высокой четкости, HDTV, требуется более широкая полоса пропускания, однако использование различных методов сжатия изображения позволяет значительно снизить требования к ширине полосы пропускания. В цифровом телевидении используется стандарт сжатия и кодирования MPEG-2. Использование стандарта сжатия MPEG-2 уменьшает объем данных, которые необходимо передать, за счет замены длинных последовательностей двоичных нулей и двоичных единиц специальными кодами, т.е. аналогично методике, применяемой при сжатии предаваемых данных аппаратами факсимильной связи. Использование такой схемы кодирования позволяет гарантированно передавать только те данные, которые относятся к изображению. В целом применение стандарта сжатия позволяет уменьшить количество передаваемых данных в отношении 55:1.

Применяемый метод кодирования также позволяет отделить данные, относящиеся к наиболее значимой части изображения, от второстепенных деталей. При этом менее важные части изображения могут быть отброшены, если полоса пропускания канала оказывается недостаточной для передачи полного изображения. В последующих кадрах этот процесс повторяется, однако любым изменениям изображения отдается предпочтение. При этом если изменения относительно небольшие, то все происшедшие изменения в изображении подлежат передаче. Однако если произошли значительные изменения в изображении, то передаваться будет только наиболее значимая часть этих изменений в новом изображении.

Метод сжатия, применяемый в формате MPEG-2, является промышленным стандартом для универсальных DVD-дисков, применяемых для записи изображения, а также в ряде систем спутникового телевещания. Сжатие данных снижает качество изображения в приемном устройстве по сравнению с качеством изображения, получаемого цифровой камерой в студии. Однако в формате MPEG-2 с успехом используются особенности человеческого восприятия изображения и отбрасываются малозначащие детали, которые человеческий глаз все равно просто проигнорировал бы. При этом качество цифрового изображения значительно превышает качество изображения, получаемого в аналоговом телевидении. Большое количество компьютеров в настоящее время оснащается проигрывателями DVD-дисков, а повсеместное использование формата MPEG-2 дает возможность телевизионным приемникам телевидения высокого разрешения, HDTV, напрямую взаимодействовать с компьютерными мультимедийными приложениями.