خوش آمدید

 

معرفی تلویزیون HD (HDTV) مباحث نسبتا حساس و جدی را در بین خریداران و حرفه ای ها در باره فرمتهای تصویر HDTV ایجاد نمود. در این مقاله نتایج مباحث مربوط به فرمتهای تصویر HDTV از دیدگاه فنی و دیداری ارائه می شود. 

بقيه در ادامه

 EBU چهار فرمت پایه برای HDTV به شماره های 1 تا 4 تعیین کرده است. دو فرمت برجسته به عنوان فرمتهای ارسال و توزیع مورد استفاده قرار گرفته است. درباره سیستم 1،720p/50، و سیستم 2،1080i/25، در این مقاله توضیح داده می شود.
در نگاه اول یک مشتری ممکن است فکر کند که یک عدد بزرگتر (1080i بزرگتر 720 است) به معنی داشتن کیفیت تصویر بالاتر می باشد. اما در ادامه نشان داده خواهد شد که هر دو سیستم تصاویر HD با کیفیت خوب ارائه می دهند. به دلیل بعضی شرایط خاص تکنیکی، کمیته فنی EBU، فرمت تصویر 720p/50 را به عنوان سیستم بهینه بــــرای پخش HDTV فعلی (R112-2004) پیشنهاد کرده است. این نکته مهم را باید به یاد داشت که تقریبا تمامی نمایشگرها و گیرنده هایی که دارای برچسب های HD-Ready، HDTV، HD Ready 1080p یا HDTV 1080p می باشند، با این دو فرمت HDTV سازگار هستند.


¿تفاوتهای 720/50 و 1080i/25
در برداشت اول، بیشترین تفاوت بین دو فرمت تصویر، رزولوشن مکانی به نظر می آید که همان تعداد پیکسل می باشد. تعداد زیادی از ناشرین از دیاگرامهایی مانند دیاگرام 1 جهت نشان دادن اختلاف در تعداد پیکسلها و برتری یک فرمت بر فرمتهای دیگر استفاده می کنند. از چنین دیاگرامهایی به ویژه جهت نشان دادن برتری فرمت 1080i/25 HDTV بر فرمت 720p/50 استفاده می شود. اما این تمام داستان نیست.

شکل 1:  مقایسه عددی بین فرمت تلویزیون SD و دو فرمت HDTV

یک تصویر با پیکسلهای کمتر، جزئیات کمتری را نشان می دهند. این نتیجه با فرض اینکه فرمت 1080i/25 با 1920×1080 پیکسل، تصویری با کیفیت بهتر از فرمت 720p/50 با 1280×720 پیکسل ارائه می دهد.
از آنجائیکه این فرض تنها برای تصاویر ثابت معتبر می باشد، موضوع فوق در همه موارد صحیح نمی باشد.
تنها حالتی که این نوع دیاگرام در آن صدق می کند ضبط و پخش تصاویر ثابت می باشد. در این حالت حقیقت اینکه اصل و اساس تلویزیون بر تصاویر متحرک استوار بوده و هدف آن که همانا ارائه ی تصاویر ورزشی و دیگر وقایع به بینندگان خود می باشد، نادیده گرفته شده است. با فرمت 1080i/25، 50 فیلد (نیم فریمی که شامل فقط 540 خط می باشد) در ثانیه ارسال می گردد در حالیکه فرمت 720p/50 شامل 50 فریم کامل می باشد که در هر فریم 720 خط وجود دارد (به همین دلیل 720p/50 نامیده می شود). در نتیجه، در فرمت 720p/50 تعداد فریمهای کامل در هر ثانیه دو برابر تعداد فریمهای کامل در فرمت 1080i/25 می باشد. فرمت 720p/50 تغییرات حرکت را با جزئیات بیشتر ارائه کرده و وضوح صحنه های متحرک را افزایش می دهد.
در ارسال نیم فریمها (فیلدها) در فرمت 1080i (i=interlaced) HDTV، از تکنیک کاهش تعداد خط (Line-interlacing) که در اوایل دهه 1930 جهت حفظ پهنای باند در تلویزیون SD معرفی شده بود، استفاده می شود.
امروزه، صفحه نمایشهای تخت و پروژکتورها تصاویر را به طور ذاتی به صورت فریم کامل نمایش می دهند (نمایش Progressive). نمایش تصاویر تلویزیونی به صورت progressive در فرمتهای interlaced مانند 1080i/25 HDTV یا 576i/25 SDTV نیازمند عمل de-interlaceing در وسیله نمایش دهنده (یا Set Top Box) می باشد.
عمل De-interlacing بیانگر پردازشی است که در تصاویر دیجیتال جهت محاسبه (و در بدترین حالت، تخمین) فریمهای کامل از فیلدهای متوالی به کار برده می شود. بسته به کیفیت پردازش تصویر de-interlacing به کار برده شده و به ویژه در اشیاء متحرک، نتیجه منطقی یک افت نسبی در شفافیت و حتی کاهش در رزولوشن عمودی نهایی در فرمت 1080i/25 به فرمت پایین تر 720/50 خواهد بود. این اثرات، اثرات حرکت نامیده می شوند.
فرمت 720p/50 (فریم کامل، p=progressive) از رزولوشن زمــــــانی 50 فریم در ثانیه (با 720 خـط) استفاده می کند. de-interlacing مورد نیاز نیست و اثرات حرکتی ایجاد شده به واسطه ی اسکن کردن Interlaced، وجود ندارد. باید توجه داشت که نمایشگرهای 1920×1080 پیکسلی نیازمند پخش سیگنال HD با 1280×720 پیکسل هستند که با رزولوشن 1920×1080 پیکسل نمایشگر متناسب شده است (مشابه متناسب سازی پخش 1440×1080i/25 با رزولوشن نمایش).
نیاز است که مشخص شود که اکثر HDTVها با فرمت 1080i/25 یا 1080i/29.98 (برای کشورهایی که فرکانس برق آنها Hz60 می باشد) ساخته شده اند. استفاده از فرمت 1080i/29.98 در کشورهایی که فرکانس برق آنها Hz50 می باشد نیازمند تبدیل در نرخ فریم می باشد. برای محتوای تولید شده در 1080i/25، پخش کنندگان 720p/50 باید قبل از پخش برنامه، عمل de-interlace را انجام دهند اما برای محتوای 1080i/29.98، تبدیل نرخ فریم و de-interlacing مورد نیاز است.
De-interlacing یک پردازش آشکار و شفاف نیست. کیفیت نهایی تصویر منتج از پردازش ریاضی de-interlacing که بستگی به الگوریتمهای به کار برده شده و قدرت پردازش de-interlacer استفاده شده دارد، می باشد اما بعضی از اثررات حرکتی اجتناب ناپذیر هستند. بنابراین پخش کنندگان 720p/50 بایـد تصمیم بگیرند که از چه نوع de-interlacer استفاده کنند (EBU، de-interlacer جبــران کننده حرکتی را پیشنهاد مـی کــــــند). پخش کننده گان 1080i/25 بــــاید بپذیرند کــــــــه de-interlacing آنها در نمایشگر مشتری انجام شود. هرچند نمایشگرهای قدیمی تر این کار را خوب انجام نمی دهند، ولی نمایشگرهای جدید می توانند دارای de-interlacer خوب باشند.
در انتها باید به تنظیمات default در گیرنده های HDTV توجه خاص داشت چرا که آنها همیشه و بطور اتوماتیک فرمت HDTV واردشده را به نمایشگر ارائه نمی کنند (به عنوان مثال ورودی گیرنده 720p/50 به اینترفیس نمایشگر 1080i/25 و برعکس تبدیل می شود). دنباله روی از راهنماهای ارائه شده در EBU Tech 333،سند ملزومات گیرنده ی EBU HDTV، ایده ی خوبی خواهد بود.
مقایسه عینی تر بین فرمتهای مختلف HDTV با مقایسه اطلاعات واقعی نرخ بیت پیکسل امکان پذیر می شود. این مقایسه در جدول زیر نشان داده شده است.

جدول 1: خالص نرخ بیت استانداردهای مختلف پخش HDTV (توجه شود که این نرخ بیتها برای پخش فرمتهای (4:2:0, 8 bit) محاسبه شده  اند)

¿چه چیزهایی کیفیت تصویر قابل مشاهده را بیان می کنند!
تستهای استانداردشده و مشخص شده بین المللی توسط مؤسساتی نظیر‘Institut für Rundfunktechnik’ (IRT, in Munich)، European Broadcasting Union (EBU, in Geneva) و بعضی از پخش کنندگان انجام شده است. تصاویر با فرمتهای 720p/50 و 1080i/25 HDTV به بینندگان حرفه ای و غیر حرفه ای نشان داده شد و براساس نقطه نظرات آنها یک جدول نرخ subjective استخراج کرد.
بدلیل سیستم بینایی انسان و رزولوشن طبیعی چشم انسان، برای تست کیفیت HDTV بیننده باید نزدیک به نمایشگر بنشیند. بنابراین تستهای subjective با نمایشگر 50 اینچ (با رزولوشن 1920 x 1080 پیکسل) و فاصله بیننده تا صفحه نمایش سه برابر ارتفاع تصویر پیشنهاد می شود.
نتایج تستهای انجام شده نشان می دهد که با نرخ بیت مساوی، بینندگان تصاویر با فرمت 720p/50 را بهتر از تصاویر با فرمت 1080i/25 تشخیص داده اند. در پیشنهاد R214 EBU به این تستها اشاره شده است. به علاوه با انجام این تستها مشخص گردید که تصاویر progressive بهتر و مؤثرتر از تصاویر interlaced فشرده (encoded) می شوند. از ایــن موضوع به دو صورت می توان بهره برداری کرد:
• تهیه ی یک تصویر با کیفیت بالاتر با یک کانال 720p/50 با استفاده از همان نرخ بیت اختصاص یافته برای توزیع یک کانال 1080i/25
• تهیه ی یک کیفیت تصویر معادل با استفاده از فرمت 720p/50 در یک نرخ بیت کمتر از میزان تعیین شده برای توزیع فرمت 1080i/25

تستهای جامع و فراگیر پتانسیل فرمت 720p/50 را نشان خواهند داد.

توجه: باید به خاطر داشت که کیفیت HD نهایی که به بیننده نشان داده می شود به بسیاری از فاکتورها در زنجیره تولید و پخش بستگی دارد. بنابراین تصمیم پخش کنندگان به استفاده از 720p/50 یا 1080i/25 تنها فاکتور تضمین کننده برای ارائه محتویات HD به بیننده نمی باشد. به علاوه توسعه ی روزافزون الگوریتمهای فشرده سازی انکودر، ضمن حفظ کیفیت HD احتمال کاهش نرخ بیت در هر دو سیستم وجود خواهد داشت.

¿چگونه می توان فیلمها و مستندهای سینمایی را با استفاده از فرمتهای HD جابه جا کرد؟
دو نوع مختلف HDTV وجود دارد. فرمت 1080p/24 و سیستم 3 –فرمت 1080p/25، به عنوان استانداردهای غیر رسمی جهانی برای فیلمها، علمی-تخیلی ها و مستندها تعیین شده اند. به دلیل پایین بودن نرخ فریم این فرمتها، مناسب استفاده برای برنامه های ورزشی یا هر تولید دیگری با سرعت بالا نمی باشند. اکثر دیسکهای Blu-Ray (HDTV بعد از DVD) از فرمت 1080p/24 (نوع فیلم ) استفاده می کنند.
برای توزیع/انتشار این فرمتها، پخش کنندگان از تکنیک فریمهای قطعه قطعه شده progressive استفاده می کنند. برای توزیع فرمتهای بالا با استفاده از فرمت توزیع 1080i/25، یک فریم 1080p/25 به دو فیلد1 و فیلد2 تقسیم می شود. برای توزیع فرمتهای بالا با استفاده از فرمت 720p/50، دوبرابر کردن تعداد فریمها (با تکنیکهای motion adaptive) به کــــار برده می شود.


¿چه فرمتهای HDTV دیگری وجود دارند و در آینده چه چیز جدیدی پدید خواهد آمد؟
فرمت 1080p/50 HDTV در بحث برای آینده وجود دارد. این بهترین ترکیب از بهترین بخشهای فرمتهای 1080i/25 HDTV و 720p/50 HDTV می باشد. این فرمت دارای رزولوشن حرکتی زمانی سریع از فریمهای progressive 50 تایی (از فرمت 720p/50) و افزایش رزولوشن مکانی 1080 خط × 1920 پیکسل (از فرمت 1080i/25) بدون معایب اسکن interlaced خواهد بود.
امروزه تنها تعداد محدودی از تجهیزات تولیدی قادر به تولید محتوا با فرمت 1080p/50 هستند اما سازندگان و تولیدکنندگان تجهیزات پخش، برای توسعه ی سریع این فرمت هدفگیری کرده اند.
جهت دریافت سیگنالهای 1080p/50، جایگزینی Set-Top Boxهای1080i/25 – 720p/50 HDTV مورد نیاز است، اما نمایشگرهای HD-Ready 1080p قابلیت نمایش محتویات 1080p/50 را از طریق اینترفیس HDMI دارا می باشند. در حال حاضر هرگونه فکر و اندیشه درباره ی توزیع فرمت 1080p/50 به در خانه ها یک خیالپردازی می باشد، اما این ملاحظه را می توان داشت که از این فرمت 1080p/50 بتوان جهت توزیع محتویات 3D-TV استفاده کرد. ادامه مطلب