Выбор частоты смены кадров для построчной развёртки

В телевидении используется такой же принцип передачи движущихся изображений, как и в кинотехнике. С этой целью передается серия отдельных неподвижных изображений, отличающихся друг от друга фазой движения. При последовательной передаче этих неподвижных изображений вследствии инерционности зрения создается ощущение слитного движения.

При увеличении числа кадров в секунду пропорционально расширяется спектр частот телевизионного сигнала. Чтобы ограничиться минимально необходимой шириной спектра, следует определить минимальное число кадров в секунду, при котором еще незаметна прерывность, скачкообразность передаваемого движения. Эксперименты показывают, что эта минимальная частота смен кадров составляет 10 – 15 кадров в секунду (чем быстрее движение, тем заметнее прерывистость его передачи).

Таким образом, основываясь на этих практических данных, следовало бы выбирать частоту кадров порядка 10 – 15 кадров в секунду. Однако другое неприятное явление заставляет значительно увеличить требуемую частоту кадров, так как при частоте 10 – 15 кадров в секунду, хотя движение и будет казаться слитным, наблюдаются заметные мелькания всего изображения в целом. Для устранения этих мельканий приходится частоту кадров увеличивать еще в 3 – 3,5 раза.

Количественное определение необходимого числа кадров связано с так называемой критической частотой мельканий, понятие о которой можно получить из следующего простого опыта (рис. 2.5,а). Перед светящейся лампой вращается диск, половина которого прозрачна. Наблюдая свет этой лампы через медленно вращающийся диск, мы получим ощущение мелькающего источника света. Увеличивая скорость вращения диска, можно добиться при некотором числе оборотов в секунду исчезновения мельканий света; лампа будет казаться светящейся непрерывно.

Частота мельканий света при которой (и выше которой) мелькающий источник света кажется непрерывно светящимся, называется критической частотой мельканий F_кр. Она зависит в основном от яркости источника света и его цвета. Наиболее заметны мелькания для желто-зеленого света, так как человеческий глаз имеет здесь наибольшую чувствительность.

Исследования показывают, что t₁<< t₂, т. е. нарастание ощущения от возникшего светового импульса происходит значительно быстрее, чем спад ощущения после исчезновения импульса. Для среднего человеческого глаза постоянная времени спада составляет t₂ » 0,1 ¸ 0,15 с.

Если при достаточно часто следующих импульсах света (рис. 2.5,в) относительный спад ощущения яркости DS / S_m между соседними импульсами будет не более 2 – 5 %, человек не будет практически замечать мельканий.

Особенно существенна для практики кино и телевидения зависимость критической частоты мельканий от яркости. На рис. 2.6. представлен полученный экспериментально график этой зависимости, показывающий, что критическая частота мельканий растет с увеличением яркости. Таким образом, при небольших яркостях экрана можно обойтись небольшой частотой смен кадров в секунду, и при этом еще не будет заметно мельканий кадров. Эта возможность использовалась на первых порах развития телевидения (1931–1937 гг.), когда яркость экрана телевизора в существовавших тогда механических системах составляла только десятые доли кд/м² (экраном служила неоновая лампа). В старых системах можно было обойтись частотой 12,5 кадр/с без заметного мелькания. Яркость экрана современного телевизора в сотни раз больше. Из графика на рис. 2.6. видно, что для яркости в 30 – 40 кд/м² с учетом критической частоты мельканий необходимо передавать 40 – 50 кадров в секунду.

С точки зрения экономии полосы частот телевизионного сигнала, можно было бы обойтись, например, низшим пределом 40 кадр/с. Однако в радиовещательном телевидении частота кадров выбирается точно равной частоте электросети, т. е. 50 кадр/с. В этом случае, во-первых, обеспечивается с некоторым запасом перекрытие критической частоты мельканий и, во-вторых, осуществляется так называемая «привязка» частоты кадров к частоте электросети, питающей как передающую, так и приемную телевизионную аппаратуру.

Такая привязка (т. е. точное равенство частоты электросети и частоты телевизионных кадров) необходима для уменьшения помех от питающей электросети, воздействующих на телевизионное изображение двояким образом. Во-первых, попадая из выпрямителя телевизора в видеоусилитель, эти помехи появляются на экране кинескопа в виде крупных горизонтальных светлых и темных полос (рис. 2.7.).

Во-вторых, воздействуя на генератор горизонтальной развертки, они вызывают искривление вертикальных краев изображения (рис. 2.7,б). Если эти два вида воздействия помех проявляются в исправном телевизоре не очень сильно и если частота электросети и частота кадров в точности равны, то наличие этих неподвижных помех не так заметно и обычно совершенно не привлекают внимания телезрителя. Если же частоты электросети и кадров хотя бы немного различны, то такие помехи будут перемещаться по экрану. Характерно, что даже малая движущаяся помеха оказывается во много раз более заметной и привлекающей внимание, чем неподвижная. Таким образом, в телевизионном вещании частота кадров выбирается равной частоте электросети. Для точного соблюдения этого технического условия в аппаратуре телевизионного центра имеется устройство, которое автоматически подстраивает частоту кадров к частоте электросети.

Вместе с тем следует отметить, что привязка частоты кадров к частоте электросети имеет существенный технический недостаток, резко проявляющийся при обмене телевизионными программааи между различными городами и странами с разными электросетями. Например, электросети в Москве и Самаре не связаны точно по частоте и по фазе. Поэтому при передаче телевизионных программ из Самару в Москву (или обратно) нельзя решить однозначно, к какой электросети должна быть привязана частота кадров – к московской или к самарской. Отсюда неизбежны движущиеся помехи на изображении у московских или у самарских телезрителей. В настоящее время привязка к сети осуществляеться только в системах прикладного телевиденияю