מעבר מ-SDTV ל-HDTV וחזרה בשלום.

המרה מ-HDTV ל-SDTV, המרה מ-SDTV ל-HDTV. המרת התחום הדינאמי, פיקסל ריבועי, המרה גיאומטרית, מתיחה לא לינארית.

8:00
  /  
11.02.2005
  

1.המרה בין HDTV ו- SDTV.


במאמר זה יוצגו עיקרי אופני ההמרה של חוזי HDTV לחוזי SDTV (PAL/NTSC) וההפך, או ליתר דיוק: המרה של תקני HDTV-ITU-R-REC-BT.709 ל – PAL-ITU-R-REC-BT.601. לפני שניגשים למימוש ההמרה, מגודל תמונת HDTV שהינו 1920×1080 אל גודל תמונת PAL ITU 601 שהינו 720×576, יש לזכור מספר נקודות מרכזיות:rn



  • יחס הצירים ב SDTV הינו 4:3. יחס הצירים ב HDTV הינו 16:9.


  • התחום הדינמי של SDTV הינו 8 ביט לבהיקות ו 8 ביט לצבע.


  • התחום הדינמי של HDTV הינו 10 ביט לבהיקות ו 10 ביט לצבע. בנוסף מרחב הצבע מוגדר מעט שונה בשני התקנים.

  • rn

  • תקן SDTV 601 מכיל 720 פיקסלים באותו אורך שורה בו תקן SDTV בעל פיקסל ריבועי מכיל 768 פיקסלים. כלומר תקן 601 אינו ריבועי. תקן HDTV לשני מיליון פיקסלים, כדוגמת תקן SMPTE 240 M או HDTV-ITU-R-REC-BT.709, הינו תקן בעל פיקסל ריבועי.


  • בדר"כ ניתן ומומלץ להימנע מהמרת קצב הרענון. כלומר NTSC יומר ל HDTV 60Hz ואילו PAL יומר ל HDTV 50Hz.


  • יש מספר אפשרויות לביצוע ההמרה גיאומטרית מ HDTV ל SDTV. המרה מ HDTV ל SDTV ללא פגיעה ברזולוציה, המרה מ HDTV ל SDTVללא פגיעה בשדה הראיה והמרה מ HDTV ל SDTVתוך פגיעה חלקית בשדה הראיה האופקי.


  • יש מספר אפשרויות לביצוע ההמרה גיאומטרית מ SDTV ל HDTV. המרת מ SDTV ל HDTV ללא עיוות וללא איבוד מידע. המרה מ SDTV ל HDTVעם מתיחה אופקית לא סימטרית. המרה מ SDTV ל HDTV ללא עיוות תוך איבוד מידע בשורות הקיצוניות. המרה מ SDTV ל HDTV ליחס צירים 14:9. המרת מ HDTV ל SDTV ע"י מתיחה לא ליניארית.rn

  • rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV1.JPG"
    rn


    2. המרה מ- HDTV ל- SDTV.


    2.1. המרת התחום הדינאמי מ HDTV ל SDTV.rn


    המרת התחום הדינמי של אות הבהיקות מבוצעת ע"י הפעלת DRC אשר מכווץ את התחום הדינמי מ 10 ביט ל 8 ביט, או פשוט ע"י זריקת שני ביטי ה LSB. המרת מרחב הצבע מתבצעת בעזרת נוסחת ההמרה הקבועות בתקן. חשוב לשים לב שמרחבי הצבע מוגדרים באופן שונה בתקנים.rn


    2.2. המרה גיאומטרית מ HDTV ל SDTVללא פגיעה ברזולוציה.rn


    ממיר גאומטרי זה לוקח את הפיקסלים במרכז תמונת ה HDTV ומציג אותם על מסך ה SDTV תוך שמירה על מלא רזולוצית ה HDTV. כיוון שתמונת ה HDTV הינה בעלת פיקסל ריבועי אזי מתוך מרכז התמונה נלקחים 768 פיקסלים ו 576 שורות. על כל 16 פיקסלים בשורה נכתבים 15 פיקסלים כאשר הבחירה נעשית ע"י אינטרפולצית שכנים קרובים. rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV2.JPG"
    rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV3.JPG"
    rn


    2.3. המרה גיאומטרית מ HDTV ל SDTVללא פגיעה בשדה הראיה.rn


    פונקציה זו עובדת ע"י הכנסה של שדה הראיה לתוך תמונת ה SDTV תוך הורדה גדולה של רזולוצית ה HDTV. יחס ההקטנה נקבע במקרה זה ע"י הציר האופקי. ציר זה מומר ביחס הקטנה של 1920 ל 768 כלומר פי 2.5. גם הציר האנכי מומר ביחס זה כלומר יתקבלו 432 שורות. בציר האופקי יש להתייחס גם לעניין הפיקסל הריבוע כלומר המרת כל 16 פיקסלים ל 15.

    מכאן מתקבל כי בציר האופקי נלקחים 3 פיקסלים מתוך כל שמונה פיקסלים. בציר האנכי נלקחות שתי שורות מתוך חמש והשורות הריקות בקצוות (576 פחות 432 חלקי שתים = 72 שורות) ממולאות ברמת אפור קבועה. באפליקציות בהם חשוב לא לקבל אליסינג מבוצע סינון מרחבי (דו ממדי) גאוסיאני לפני המרת הפיקסלים.rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV4.JPG"
    rn


    2.4. המרה גיאומטרית מ HDTV ל SDTVתוך פגיעה חלקית בשדה הראיה האופקי.rn


    ממיר זה לוקח את כל שדה הראיה האנכי ומכניס אותו לתוך תמונת ה PAL תוך הורדה סבירה של רזולוצית ה HDTV ופגיעה חלקית בשדה הראיה האופקי. יחס ההקטנה יקבע במקרה זה ע"י הציר האנכי. ציר זה מומר ביחס הקטנה של 1080 ל 576 כלומר פי 8/15. גם הציר האופקי יומר ביחס זה אולם בציר האופקי יש להתייחס גם לעניין הפיקסל הריבוע כלומר המרת כל 16 פיקסלים ל 15. מכאן מתקבל כי בציר האופקי יילקח פיקסל אחד מתוך כל שני פיקסלים והפיקסלים הנותרים בקצוות יזרקו (240 פיקסלי HDTV מכל צד). בציר האנכי יילקחו שמונה שורות מכל 15 שורות. באפליקציות בהם חשוב לא לקבל אליסינג מבוצע סינון מרחבי גאוסיאני לפני המרת הפיקסלים.rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV5.JPG"
    rn



    3. המרה מ SDTV ל HDTV .


    המרה מ SDTV ל HDTV הינה לרוב המרה של תקן SDTV-ITU-R-REC-BT.601 rnלתקן HDTV-ITU-R-REC-BT.709. כפי שהוצג בפתיח של מאמר זה ההמרה מכילה מספר פונקציות בנוסף להמרה הגיאומטרית מגודל של תמונת PAL/NTSC-ITU REC 601 שהינו 720×576 אל גודל תמונת HDTV 1920×1080. rn



    3.1. המרת התחום הדינאמי מ SDTV ל HDTV.rn


    המרת התחום הדינמי של אות הבהיקות מבוצעת ע"י הפעלת DRC אשר מותח את התחום הדינמי מ 8 ביט ל 10 ביט, או פשוט ע"י הוספה של ביטי ה LSB. המרת מרחב הצבע מ SDTV-601 ל HDTV-709 תתבצע בעזרת נוסחת ההמרה התקנית.rn


    3.2. המרה גיאומטרית מ SDTV ל HDTVללא עיוות וללא איבוד מידע.rn


    ההמרה הגיאומטרית מרחיבה את תמונת ה PAL/NTSC למקסימום הצגה אפשרי בתמונת ה HDTV. יחס ההרחבה (זום) נקבע במקרה זה ע"י הציר האנכי. ציר זה מומר ביחס הרחבה של 576 ל 1080 כלומר פי 15/8. ומכאן שבציר האנכי ייוצרו 15 שורות מכל שמונה שורות. האינטרפולציה לחישוב השורות הנוספות זהה לשיטות הנהוגות בזום דיגיטאלי..

    גם הציר האופקי יומר ביחס של פי 15/8 אולם בציר האופקי יש להתייחס גם לעניין הפיקסל הריבוע כלומר המרת כל 15 פיקסלים ל 16 (720 פיקסלי SDTV ל 768 פיקסלי HDTV).

    מכאן מתקבל (2= 16/15 * 15/8) כי בציר האופקי ישוערכו שני פיקסלים על כל פיקסל מקור והפיקסלים הנותרים בקצוות ימולא בשחור או באפור (240 פיקסלי HDTV מכל צד). rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV6.JPG"
    rn


    3.3. המרה גיאומטרית מ SDTV ל HDTV ללא עיוות תוך איבוד מידע בשורות הקיצוניות.rn


    המרה זו היא למעשה זום לכל דבר אשר מותח את התמונה עד למילוי כל האזור האופקי (פי 2.5 אופטית בכל ציר: כלומר בפועל פי 5/2 באנכי ופי 8/3 באופקי). מכיוון שבמקרה זה יחס הצירים גורם לעודף שורות, יזרקו השורות הקיצוניות (180 מכל צד). שיטה זו מצוינת להמיר מ 4:3 ל 16:9 סרטים של 16:9 המוצגים ב 4:3 (פסים שחורים למעלה ולמטה) אולם בארץ יש איתה בעיה כיוון שהתרגום חורג לאזור השחור התחתון ולכן נחתך.rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV7.JPG"
    rn


    3.4. המרה גיאומטרית מ SDTV ל HDTV ע"י זום וקיצוץ ל 14:9.rn


    פשרה בין השיטות. בהמרה זו מבוצע זום המגדיל אופטית את התמונה פי 35/16 בכל ציר (בפועל פי 35/16 באנכי ופי 7/3 באופקי). בשיטה זו אמנם לא ממלאים את מלא המסך אך מצד שני גם לא זורקים הרבה שורות (90 מכל צד).rn


    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV8.JPG"
    rn


    3.5. המרה גיאומטרית מ HDTV ל SDTVע"י מתיחה אופקית.rn



    rn<img src = "/images/articles/SDTV2HDTV/SDTV2HDTV9.JPG"
    rn


    3.5.1. המרה גיאומטרית מ HD ל SDע"י מתיחה אופקית לינארית.rn


    שיטה מיותרת (מתיחה לא סימטרית היוצרת עיוות של 33% בין הצירים) אשר גורמת לכולם להתחיל מיד בדיאטה.rn


    3.5.2. המרה גיאומטרית מ HD ל SDע"י מתיחה אופקית לא ליניארית.rn


    באופן אישי איני אוהב את השיטה הזו. היא גורמת לשינויים מהירים מאד בקצוות התמונה ומעייפת את העין. הרעיון בשיטה זו הינו ביצוע של מתיחה אופקית לא ליניארית כך שבמרכז התמונה אין מתיחה כלל ואין עיוות וככל שמתקרבים לקצה התמונה המתיחה הולכת וגדלה.rn


    המאמר נכתב ע"י rn
    קובי בוכשטב (kobb).


8:00
  /  
11.2.2005
  

1