1080i: Разрешение и технология развертки видео

Введение

Видеорежим 1080i (также известный как BT.709) представляет собой комбинацию разрешения кадра и типа развертки. 1080i используется в телевидении высокой четкости (HDTV) и видео высокой четкости. Число "1080" обозначает количество горизонтальных линий на экране. Буква "i" является сокращением от "interlaced" (чересстрочная развертка); это означает, что сначала отрисовываются только четные строки каждого кадра, а затем только нечетные, попеременно, так что в каждый момент времени обновляется только половина общего числа строк. Связанным разрешением дисплея является 1080p, которое также имеет 1080 строк разрешения; буква "p" обозначает прогрессивную развертку, что означает, что каждый полный кадр отображается на экране последовательно. Этот термин подразумевает широкоформатное соотношение сторон 16:9 (прямоугольный телевизор, ширина которого больше высоты), поэтому 1080 строк вертикального разрешения соответствуют 1920 столбцам горизонтального разрешения, то есть 1920 пикселей × 1080 строк. Экран 1080i имеет в общей сложности 2,1 мегапикселя (2,1 миллиона пикселей) и временное разрешение 50 или 60 чересстрочных полей в секунду. Этот формат используется в стандарте SMPTE 292M.

Стандарт вещания

В обозначении "1080i" буква "i" означает разностную (чересстрочную) развертку. Каждый кадр видео 1080i состоит из двух последовательных полей, содержащих 1920 горизонтальных и 540 вертикальных пикселей. Первое поле состоит из всех четных строк, а второе – из всех нечетных строк. Следовательно, горизонтальные линии пикселей в каждом поле захватываются и отображаются с одним вертикальным промежутком между ними, чтобы строки следующего поля могли быть вставлены между ними, формируя в общей сложности 1080 строк. 1080i отличается от 1080p, где "p" означает прогрессивную развертку, при которой все строки в кадре захватываются одновременно. В исходном или чистом 1080i два поля кадра соответствуют разным моментам времени, что обеспечивает хорошее отображение движения (50 или 60 фаз движения в секунду). Это справедливо для видео с разностной разверткой в целом и легко заметно на неподвижных изображениях, полученных из сцен с быстрым движением. Однако, когда материал 1080p захватывается с частотой 25 или 30 кадров в секунду, он преобразуется в 1080i с частотой 50 или 60 полей в секунду соответственно для обработки или вещания. В этом случае оба поля в кадре соответствуют одному и тому же моменту времени. Взаимосвязь между полем и моментом времени становится более сложной при преобразовании 1080p с частотой 24 кадра в секунду в 1080i с частотой 60 полей в секунду; см. телекино. Частота полей 1080i обычно составляет 60 Гц (т.е. 60 полей в секунду) для стран, использующих или использовавших систему M (NTSC и бразильский PAL M) в качестве аналоговой телевизионной системы с 60 полями в секунду (например, США, Канада, Мексика, Япония, Южная Корея, Тайвань и Филиппины), или 50 Гц для регионов, использующих или использовавших 625 строк (PAL или SECAM) телевизионную систему с 50 полями в секунду (например, большая часть Европы, большая часть Африки, Китай, Индия, Австралия, Новая Зеландия, Ближний Восток и другие). Обе частоты полей могут использоваться в основных цифровых телевизионных форматах, таких как ATSC, DVB и ISDB-T International. Частота кадров может подразумеваться из контекста, в то время как частота полей обычно указывается после буквы "i", например, "1080i60". В этом случае 1080i60 означает 60 полей в секунду. Европейский вещательный союз (EBU) предпочитает использовать разрешение и частоту кадров (а не частоту полей), разделенные косой чертой, например, 1080i/30 и 1080i/25, а также 480i/30 и 576i/25. Обозначения 1080i60 или 1080i50 часто соответствуют 1080i/30 или 1080i/25 в нотации EBU. 1080i напрямую совместим с некоторыми ЭЛТ-телевизорами высокой четкости, на которых он может отображаться в разностной форме, но для отображения на телевизорах с прогрессивной разверткой (например, на большинстве новых ЖК- и плазменных телевизоров) требуется деинтерляция. В зависимости от возможностей обработки видео телевизора, качество изображения может варьироваться, но не обязательно ухудшится. Например, киноматериал с частотой 25 кадров в секунду может быть деинтерлирован из 1080i50 для восстановления полного разрешения 1080p при исходной частоте кадров без потерь. Предпочтительно, чтобы видеоматериал с 50 или 60 фазами движения в секунду преобразовывался в 50p или 60p перед отображением. Во всем мире большинство HD-каналов на спутниковом и кабельном телевидении транслируются в формате 1080i. В Соединенных Штатах 1080i является предпочтительным форматом для большинства вещателей, включая сети, принадлежащие Warner Bros. Discovery, Paramount Global и Comcast, а также для большинства небольших вещателей. Только сети, принадлежащие Fox и Disney, наряду с MLB Network и несколькими другими кабельными сетями, используют 720p в качестве предпочтительного формата. Каналы A+E Networks перешли с 720p на 1080i примерно в 2013 году из-за приобретенных сетей, которые уже транслировали в формате 1080i. Многие филиалы ABC, принадлежащие Hearst Television, и бывшие станции Belo Corporation, принадлежащие TEGNA, наряду с некоторыми отдельными филиалами этих трех сетей, транслируют свои сигналы в 1080i и повышают качество сетевого программирования для целей главного управления и передачи, поскольку большая часть синдицированного программирования и рекламы производится и распространяется в 1080i/p, что устраняет необходимость понижения разрешения до 720p. Это также позволяет местным новостным передачам на этих филиалах ABC производиться в более высоком разрешении (особенно для целей представления прогноза погоды для четкости карты), чтобы соответствовать качеству изображения их конкурентов 1080i. Некоторые камеры и системы вещания, использующие 1080 вертикальных линий на кадр, на самом деле не используют все 1920 пикселей номинального изображения 1080i для захвата и кодирования. Распространенные коэффициенты субдискретизации включают 3/4 (что приводит к разрешению кадра 1440x1080i) и 1/2 (что приводит к разрешению кадра 960x1080i). В случае использования более низкое горизонтальное разрешение масштабируется для захвата или отображения изображения в полном размере. Использование половины горизонтального разрешения и только одного поля каждого кадра (возможно, с добавлением антиалиасинговой фильтрации или прогрессивного захвата) приводит к формату, известному как qHD, который имеет разрешение кадра 960x540 и частоту 30 или 25 кадров в секунду. Из-за выбранного размера пикселя 16x16 для сжатого видеопакета, известного как макроблок, используемого в видеостандартах ITU H.261–H.264, видео с 1080 строками должно быть закодировано как 1088 строк и обрезано до 1080 декомпрессором. Видеоформат с 720 строками идеально делится на 16 и, следовательно, не требует траты строк.

Within the designation "1080i", the i stands for interlaced scan. Each frame of 1080i video consists of two sequential fields of 1920 horizontal and 540 vertical pixels. The first field consists of all even numbered TV lines and the second all odd numbered lines. Consequently, the horizontal lines of pixels in each field are captured and displayed with a one line vertical gap between them, so the lines of the next field can be interlaced between them, resulting in 1080 total lines. 1080i differs from 1080p, where the p stands for progressive scan, where all lines in a frame are captured at the same time. In native or pure 1080i, the two fields of a frame correspond to different instants (points in time), so motion portrayal is good (50 or 60 motion phases/second). This is true for interlaced video in general and can be easily observed in still images taken of fast motion scenes. However, when 1080p material is captured at 25 or 30 frames/second, it is converted to 1080i at 50 or 60 fields/second, respectively, for processing or broadcasting. In this situation both fields in a frame do correspond to the same instant. The field to instant relation is somewhat more complex for the case of 1080p at 24 frames/second converted to 1080i at 60 fields/second; see telecine. The field rate of 1080i is typically 60 Hz (i. e., 60 fields per second) for countries that use or used System M (NTSC and Brazilian PAL M) as analog television system with 60 fields/sec (such as United States, Canada, Mexico, Japan, South Korea, Taiwan and Philippines), or 50 Hz for regions that use or used 625 lines (PAL or SECAM) television system with 50 fields/sec (such as most of Europe, most of Africa, China, India, Australia, New Zealand, Middle East, and others). Both field rates can be carried by major digital television broadcast formats such as ATSC, DVB, and ISDB T International. The frame rate can be implied by the context, while the field rate is generally specified after the letter i, such as "1080i60". In this case 1080i60 refers to 60 fields per second. The European Broadcasting Union (EBU) prefers to use the resolution and frame rate (not field rate) separated by a slash, as in 1080i/30 and 1080i/25, likewise 480i/30 and 576i/25. Resolutions of 1080i60 or 1080i50 often refers to 1080i/30 or 1080i/25 in EBU notation. 1080i is directly compatible with some CRT HDTVs on which it can be displayed natively in interlaced form, but for display on progressive scan—e. g., most new LCD and plasma TVs—it must be deinterlaced. Depending on the television's video processing capabilities, the resulting video quality may vary, but may not necessarily suffer. For example, film material at 25fps may be deinterlaced from 1080i50 to restore a full 1080p resolution at the original frame rate without any loss. Preferably video material with 50 or 60 motion phases/second is to be converted to 50p or 60p before display. Worldwide, most HD channels on satellite and cable broadcast in 1080i. In the United States, 1080i is the preferred format for most broadcasters, with Warner Bros. Discovery, Paramount Global, and Comcast owned networks broadcasting in the format, along with most smaller broadcasters. Only Fox and Disney owned television networks, along with MLB Network and a few other cable networks, use 720p as the preferred format for their networks; A+E Networks channels converted from 720p to 1080i sometime in 2013 due to acquired networks already transmitting in the 1080i format. Many ABC affiliates owned by Hearst Television and former Belo Corporation stations owned by TEGNA, along with some individual affiliates of those three networks, air their signals in 1080i and upscale network programming for master control and transmission purposes, as most syndicated programming and advertising is produced and distributed in 1080i/p, removing a downscaling step to 720p. This also allows local newscasts on these ABC affiliates to be produced in the higher resolution (especially for weather forecasting presentation purposes for map clarity) to match the picture quality of their 1080i competitors. Some cameras and broadcast systems that use 1080 vertical lines per frame do not actually use the full 1920 pixels of a nominal 1080i picture for image capture and encoding. Common subsampling ratios include 3/4 (resulting in 1440x1080i frame resolution) and 1/2 (resulting in 960x1080i frame resolution). Where used, the lower horizontal resolution is scaled to capture or display a full sized picture. Using half horizontal resolution and only one field of each frame (possibly with added anti alias filtering or progressive capture) results in the format known as qHD, which has frame resolution 960x540 and 30 or 25 frames per second. Due to the chosen 16x16 pixel size for a compressed video packet known as a macroblock as used in ITU H.261 to H.264 video standards, a 1080 line video must be encoded as 1088 lines and cropped to 1080 by the de compressor. The 720 line video format divides perfectly by 16 and therefore does not require any lines to be wasted.