Как сделать прогрессивную развертку из чересстрочной

Обновлено: 02.07.2024

Есть способ избавится от гребёнки в видео с прогрессивной разверткой, если исходное чересстрочное (interlaced) было некорректно обработано при конвертации и оригинал при этом не сохранился.

Это может произойти по многим причинам. Из-за ошибок деинтерлейсинга, может быть программа кодировщик неверно определила порядок полей в исходном видео, или например, вы неправильно указали их в программе монтажа. Бывает и так, что программа или кодек вообще не умеют работать с чересстрочным видео.

Речь идет именно об ошибке преобразования, в результате которой гребёнка присутствует в прогрессивном видео, где её в принципе быть не должно. Существующие методы преобразования чересстрочного видео в прогрессивное (деинтерлейсинг) здесь не рассматриваются — это тема для отдельной статьи.

Если оригинал видео сохранился, правильным решением будет разобраться с настройками полей и вывести проект заново, но если исходника нет, он удалён или утерян, попробуйте воспользоваться приведённым ниже способом.

Чтобы разобраться на чём основан метод восстановления, нужно понимать, как устроено чересстрочное видео. Каждый кадр в нём разбит на два полукадра, в первом (верхнем) поле воспроизводятся нечётные строки кадра, во втором (нижнем) — чётные. Так, например, каждый кадр видео 720х576 в чересстрочной развертке на самом деле содержит не 576, а 288 строк. Иногда порядок может быть обратным, это зависит от устройства записи видео (например видеокамеры) или формата, в котором видео кодируется. Если при выводе чересстрочного видео на экран перепутать местами поля, то изображение будет дергаться и резать глаз. Если же перепутать поля при преобразовании в видео в прогрессивное (деинтерлейсинге), в изображении появятся артефакты в виде гребенки, устранить которые не всегда возможно.

Метод предлагает избавиться от артефактов, убрав лишние строки из видео. Для этого ровно вдвое уменьшите разрешение видео по вертикали. Например, для 720х576 — нужно сделать 720×288, для 1920×1080 — сделайте 1920×540. Количество строк кадра уменьшится — каждая вторая строка будет отброшена и таким образом получится близкий к исходному полукадр, а гребёнка должна пропасть. Но видео станет в два раза уже. Чтобы вернуть ему исходный размер выполните обратную процедуру и растяните кадр до первоначального разрешения. Качество видео немного пострадает из-за преобразований и потеряет в чёткости, но зато вы избавитесь от артефактов.

Проделать это можно в большинстве программ для конвертации или монтажа видео — HandBrake, Freemake Video Converter, FFmpeg, Pinnacle, Vegas, Adobe Pemiere. Но в конвертерах описанную процедуру придется разбить на два этапа — сначала получить видео с уменьшенным количеством строк, которое затем перекодировать в видео с восстановленным разрешением.

В программе монтажа процедуру можно выполнить за один проход — создать видеодорожку с уменьшенным количеством строк, добавить на неё видео с гребёнкой и вписать его в размер кадра, далее создать видеодорожку с оригинальным разрешением, в которую вложить ранее созданную и растянуть её по высоте до исходного значения, после чего экспортировать проект в итоговое видео.

На этом всё. Но вы можете поддержать проект. Даже небольшая сумма поможет нам писать больше полезных статей.

Если статья помогла или понравилась, пожалуйста поделитесь ей в соцсетях.

Несмотря на то, что чересстрочная развёртка на сегодняшний день является самым распространённым методом передачи телевизионного изображения (как HDTV, так и телевидения стандартной чёткости), понимание физической сути этого метода присутствует далеко не у каждого, чья работа связана с телевизионными технологиями, не говоря уже о простых пользователях бытовой телевизионной техники, и сегодня мы ликвидируем этот досадный пробел в наших знаниях.

Так как чересстрочная развертка по сути представляет собой наследие уходящей эпохи аналогового телевидения, знакомство с ней обычно начинают с изучения принципов работы аналоговых телевизионных стандартов вещания, создававшихся в те времена, когда электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) были единственно возможным типом отображающего устройства. Но так как современные телевизионные технологии уже практически полностью стали цифровыми, – по сути, аналоговые устройства и стандарты уже остались только там, где их ещё не успели заменить на более современные – то для простоты понимания сегодня мы рассмотрим только те аспекты этой технологии, которые не теряют своей актуальности и после полной цифровизации телевидения.

Чересстрочная развёртка представляет собой некий компромисс, позволяющий в два раза уменьшить количество передаваемых пикселов в секунду (Разумеется, в те времена, когда была изобретена чересстрочная развёртка, речь шла не о пикселах, а о ширине полосы пропускания аналогового радиочастотного канала, но мы сегодня говорим исключительно о цифровых технологиях), попытавшись при этом получить более приятный для глаза результат, нежели если было бы просто наполовину урезано разрешение кадров или их частота. Для достижения такого эффекта из каждого кадра убирают либо чётные, либо нечётные строки изображения (горизонтальные ряды пикселов) в чередующемся порядке, как изображено на среднем ряде. Таким образом, два последовательных кадра теперь умещаются в том же объёме данных, который при использовании прогрессивной развёртки занимал один целый кадр.

В контексте цифровых технологий идея чересстрочной развёртки заключается в том, что те области изображения, где отсутствует движение, будут иметь полное пространственное разрешение (такое же, как и у прогрессивной развёртки), а движущиеся элементы кадра – половинное разрешение. Так как при попытке оценить на глаз чёткость телевизионного изображения человеку свойственно смотреть именно на статические элементы картинки, на первый взгляд такой подход представляется весьма логичным. К тому же если исходный видеоматериал имеет не 50, а 25 кадров в секунду, то каждый кадр будет разделён на два чересстрочных поля (полукадра) без какой бы то ни было потери информации (по крайней мере, в теории, а на практике это не всегда так).

Для борьбы с неприятным мерцанием пятидесятигерцевого ЭЛТ-телевизора требуется либо увеличивать частоту отрисовки ярких кадров на чёрном экране, либо использовать экран, который не гаснет в промежутках между кадрами (например, жидкокристаллический). Но ни один из этих способов не сочетается с чересстрочной развёрткой: если повторять по два раза каждый отдельный чересстрочный полукадр, то мерцание от этого не исчезнет, а повторять два раза последовательность из двух полукадров – чётного и нечётного – нельзя, так как каждый из них передаёт различные фазы движения, которые должны отображаться строго последовательно. Поэтому возникает необходимость преобразовывать чересстрочное видео обратно в прогрессивное, после чего отображать его можно как угодно и на чём угодно.

Неправильно произведённый процесс деинтерлейсинга иногда приводит к артефактам изображения в виде гребёнки.

Процесс такого преобразования называется деинтерлейсингом и заключается он в заполнении пропущенных строк информацией, извлечённой из соседних чересстрочных полукадров изображения. Проблема деинтерлейсинга в том, что этот процесс неоднозначный по своей природе: идеального алгоритма деинтерлейсинга не бывает, и создать такой метод принципиально невозможно. Некоторые методы деинтерлейсинга лучше справляются с этой задачей, некоторые – хуже, причём результат зависит ещё и от типа обрабатываемого видеоматериала: для какого-то лучше подходит один алгоритм, для какого-то – другой. В большинстве случаев именно качеством производимого телевизором деинтерлейсинга определяется субъективное впечатление от его просмотра, поэтому не удивительно, что более дорогие телевизоры имеют более качественные (и более ресурсоёмкие) алгоритмы деинтерлейсинга, чем более дешёвые. Наиболее качественный деинтерлейсинг (хотя и всё равно не идеальный, ведь, как мы помним, идеального деинтерлейсинга не существует) производится на телестудиях специальными устройствами, цена которых доходит до сотен тысяч долларов. И они стоят так дорого не потому, что у телестудий так много денег, а именно потому, что хороший деинтерлейсинг – это действительно очень сложный процесс.

На нижнем ряде изображён результат деинтерлейсинга чересстрочного видеосигнала из среднего ряда. Как видите, результат этого процесса не совсем соответствует исходному прогрессивному сигналу: после преобразования в чересстрочную развёртку и последующего деинтерлейсинга общая резкость изображения несколько уменьшилась, но не в два раза (потому что в таком случае в чересстрочной развёртке не было бы смысла), а, скажем, в полтора. Насколько конкретно уменьшится качество изображения зависит от того, насколько много движения содержится в кадре. Если кадр полностью статический, то может быть сохранено и почти полное изображение исходного прогрессивного кадра, а если в кадре очень много движения, или если камера движется или трясётся, то реальная чёткость изображения после деинтерлейсинга будет примерно половинной, т.е. в таком случае почти никаких преимуществ от чересстрочной развёртки мы не получим. Хороший алгоритм деинтерлейсинга попытается замаскировать от наших глаз недостатки такого видеоизображения, но он не сможет взять из ниоткуда недостающую информацию, которой нет в чересстрочном сигнале.

Но почему же чересстрочную развёртку так критикуют, если она действительно уменьшает субъективное качество изображения всего (к примеру) в полтора раза при двухкратном уменьшении потока данных? Почему она считается бесперспективной технологией? Дело в том, что при использовании процесса деинтерлейсинга в цифровой системе, чересстрочная развёртка, по сути, является одним из способов сжатия с потерями (lossy compression) . Судите сами: на входе (т.е. на матрице камеры, на которой сфокусирован объект съёмки) мы имеем полноценное прогрессивное изображение, а затем оно урезается, передаётся по каналам связи и после этого восстаналивается деинтерлейсером до прогрессивного изображения, отличающегося от исходного лишь более худшим качеством. А ведь именно по такой же схеме работают и цифровые алгоритмы сжатия изображения, такие как MPEG-2 и MPEG-4, и они справляются со сжатием видеосигнала гораздо лучше, чем чересстрочная развёртка. Более того, при съёмке и доставке цифрового видео до потребителя неизбежно будет использоваться и MPEG-сжатие, а сжимать материал чересстрочного формата оно будет менее эффективно, чем прогрессивного, в силу фундаментальных особенностей такого сжатия.

Таким образом, если бы для HDTV вместо формата 1080i использовался формат 1080p/50, то качество изображения при одном и том же битрейте было бы выше (или битрейт был бы ниже при том же качестве). Почему же этого не делают? Дело в том, что решение о том, какие именно форматы будут использоваться для телевидения высокой чёткости, принималось ещё в те времена, когда доминирующим устройством отображения телевизионного сигнала были 50-герцевые ЭЛТ-трубки, и никто не думал, что использование деинтерлейсинга вообще понадобится. К тому же изначально HDTV было аналоговым, и о цифровых алгоритмах сжатия MPEG никто особо не думал, а когда цифровые технологии всё-таки стали реальностью, чересстрочный формат 1080i уже успел закрепиться в качестве основного формата телевидения высокой чёткости.

Чересстрочная развертка.
Рассмотрим принцип формирования обыкновенного телевизионного кадра. ТВ кадр состоит из 625 строк, 576 из которых являются видимыми (несущими информацию об изображении), а 49 – служебными. Строки выводятся (отображаются) на экран не последовательно (1-я, 2-я, 3-я и т.д.), как естественно было бы предположить, а через одну – в начале выводятся четные строки (2-я, 4-я, 6-я и т.д.), а затем нечетные (1-я, 2-я, 3-я и т.д.), что называется чересстрочной разверткой. Таким образом кадр делится на два полукадра состоящих из четных и нечетных строк. Каждый такой полукадр называется полем. Причем, поле, состоящее из нечетных строк, называется нечетным или верхним, а поле, состоящее из четных строк – четным или нижним.

Т.е. телевизионное изображение обновляется не 25 раз в секунду (частота кадров), а 50 раз в секунду. Теперь мы подошли к самому главному. Видеокамеры снимают 50 полей (полукадров) в секунду и кадр формируется путем сложения обоих полей. Т.е. каждую 1/50 секунды с матрицы видеокамеры считываются и записываются по переменно четные и нечетные строки. Рассмотрим процесс видеосъемки подробнее. При перемещении объекта слева направо в первый момент времени видеокамера фиксирует на матрице изображение и считывает четные строки, формируя нижнее поле. Через 1/50 секунды видеокамера считывает нечетные строки, формируя верхнее поле. Сложим два поля – получим кадр.

С появлением цифровых устройств отображения на смену чересстрочной приходит альтернативный метод формирования изображения - построчная или прогрессивная развертка.

Построчная развертка.
Прогрессивная развертка , или прогрессивное сканирование, является системой формирования видеоизображения, при которой каждая строка изображения передается одна за другой. Как правило, этот режим воспроизведения сигнала противопоставляют традиционному - чересстрочному (interlace). Таким образом прогрессивная развертка должна заведомо обеспечивать более четкое изображение, поскольку при ней кадр рисуется полностью за один проход, а не состоит из двух полукадров, как при чересстрочной развертке. Вместе с тем прогрессивное сканирование позволяет избежать эффекта гребенки, который возникает при горизонтальном перемещении объектов, а также наблюдаемого на экране дрожания тонких горизонтальных линий. Ему свойственны высокое разрешение по вертикали и более гладкая передача вертикального движения.. Такой метод сканирования дает наилучший эффект при использовании монитора высокого качества.

Все современные фиксированные камеры Axis используют метод прогрессивного сканирования при формировании изображения

Виды развертки

Технологию, по которой ТВ-сигнал переносится на экран телевизора, принято называть разверткой. Это похоже на написание текста: изображение вырисовывается строчками, путем перемещения электронного луча по горизонтали слева направо, спускаясь сверху вниз. В зависимости от метода формирования картинки на экране различают чересстрочную и прогрессивную разновидности развертки.

Чересстрочная

Главный минус технологии — низкое качество изображения, создающее дискомфорт при просмотре. У современных ТВ-панелей этот тип строчной развертки применяется на моделях бюджетного класса в сочетании с функцией деинтерлейсинг, посредством которой имитируется полнота видеоряда. Качество формирования картинки зависит от мощности деинтерлейсинг-системы, но какова бы та не была, подвижные сцены при воспроизведении размываются в 80% случаев.

Прогрессивная или построчная

Прогрессивная развертка в телевизоре стала применяться гораздо позже, когда появилась техническая возможность разворачивать кадр целиком: все четные и нечетные линии последовательно друг за другом.

Преимущества прогрессивной развертки

Усовершенствованная схема формирования изображения стала возможна благодаря техническому развитию. У построчной технологии в сравнении с предыдущим вариантом есть ряд весомых преимуществ.

Исключены визуальные искажения динамической картинки: кадр без размытий.
Возможно масштабирование до максимально допустимого разрешения матрицы экрана.
Изображение воспроизводится максимально четким.
Обеспечивается максимально реалистичная картинка, не требуется сглаживание.
Изображение не утомляет глаза при просмотре видео и передач.

Что такое стандарт разложения

Стандарт разложения (иначе формат развертки) характеризует уровень качества ТВ-сигнала/видеозаписи. Термин определяет количество строк изображения, метод разворачивания и частоту смены кадров. Так, для кинескопных телевизоров существовало два основных стандарта: 625 строчек с частотой 50 Гц и 525 строк/60 Гц. Сегодня эти цифры неактуальны, и большинство ЖК телевизоров поддерживают прогрессивную развертку с количеством строчек 720/1080 или чересстрочную на 1080 строк. Кроме того, современные стандарты включают в себя также разрешение экрана, соотношение его сторон.

Современное телевидение продолжает развиваться. В прошлое уходят стандарты телевещания аналоговых форматов NTSC/PAL/SECAM. Развивается пришедшее на смену цифровое вещание и телевидение высокой четкости, появились и продолжаются появляться новые стандарты качества трансляций и видезаписей: SD, HD, FullHD, HDR и другие.

Производители ТВ-панелей работают над улучшением воспроизведения изображений различных форматов развертки. Топовые телевизоры Самунг, LG, Филипс и некоторых других марок поддерживают стандарты разложения видео сверхвысокого формата четкости 4K: 2160p. На подходе техника стандарта 4320p.

Читайте также: