21.6. РАЗВЕРТКА С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ

Метод сокращения полосы частот путем управления скоростью развертки состоит в следующем. Видеодатчик ускоряет процесс развертки на участках изображения с низкой детальностью и замедляет его на участках с высокой детальностью [33-37]. Основная часть интересующих наблюдателя сведений заключена в контурах изображения. При обычной телевизионной передаче вероятность появления контура на протяжении строки развертки достаточно мала; основная часть периода строки приходится в среднем на пологие участки рельефа яркости. Управляя скоростью развертки таким образом, чтобы увеличенная доля общего времени приходилась на замедленную передачу сведений о контурах, а соответственно уменьшенная доля времени — на ускоренную передачу сведений о пологих участках, можно сократить полосу частот видеосигнала. Такой видоизмененный видеосигнал сохраняет соответствие исходному изображению и при наличии на приемной стороне сведений о скорости развертки может быть после некоторой обработки преобразован в обычный видеосигнал. В принципе необходимые для восстановления изображения сведения о скорости развертки содержатся в самом же видоизмененном видеосигнале, так что отпадает необходимость в дополнительном канале для их передачи.

Блок-схема телевизионной системы с переменной скоростью развертки представлена на рис. 21.6.1. Видеодатчик включен в контур обратной связи, модулирующий скорость развертки согласно соотношению

                                           (21.6.1)

где  — расстояние вдоль строки развертки,  — напряжение сигнала яркости на выходе камеры,  — максимально допусти мая скорость развертки,  — постоянный коэффициент.

Рис. 21.6.1. Система с переменной скоростью развертки: а — передатчик; б — приемник.

Поскольку

,                 (21.6.2)

то

.         (21.6.3)

Пусть

                                     (21.6.4)

есть отношение максимальной скорости развертки к нормальной скорости,  — время, затрачиваемое в среднем на прохождение строки длиной  в процессе развертки с переменной скоростью, а  — соответствующее время при развертке с нормальной скоростью . Отношение этих промежутков времени дается формулой

,      (21.6.5)

где  есть показатель детальности изображения, определяемый как

.           (21.6.6)

Показатель детальности изображения в виде шахматного поля составляет 1, так что в этом случае ускорения развертки не происходит. Для изображения в виде белого поля, как и следовало ожидать, . Как показывают измерения, для изображений естественного происхождения величина  лежит в пределах от 3 до 5 % [35]. Отношение есть показатель сокращения времени, затрачиваемого в среднем на передачу строки. Полоса частот может быть сокращена путем надлежащей дискретизации сигнала, получаемого в ходе развертки с переменной скоростью, и распределения отсчетов в интервале времени . Если, например,  и , то полоса частот может быть сокращена в отношении 7:1.

Поскольку управление скоростью развертки основывается на операции дифференцирования, отношение сигнал/шум на выходе телевизионной камеры приходится поддерживать на уровне около 60 дБ [4] во избежание вариаций в длине воспроизводимых строк. В обычных телевизионных системах стандартная величина отношения сигнал/шум составляет ~30 дБ. Но кодирующим системам с переменной скоростью развертки свойствен и другой существенный недостаток. Для того чтобы увеличить выигрыш в полосе частот, ее верхняя граница при проектировании системы выбирается в расчете на передачу шахматного поля с максимальным размахом яркости, порождающего высокочастотный видеосигнал. Но шахматное поле с уменьшенным размахом яркости дает видеосигнал еще более высокой частоты. На передающей стороне системы производится фильтрация видеосигнала, что ухудшает воспроизведение мелких, малоконтрастных деталей изображения. Данное обстоятельство в сочетании с жесткими требованиями к величине отношения сигнал/шум ограничивает практическую применимость кодирующих систем с переменной скоростью развертки.