Warum gibt es 625 Zeilen [PAL] bei der Fernsehabtastung oder ungerade Zeilen?

Bei PAL , das in Europa, Teilen Afrikas, Teilen Südamerikas, Asiens und Australiens verwendet wird, beträgt die Anzahl der Abtastzeilen 625. Bei NTSC , das in den meisten Teilen Amerikas und Japans verwendet wird, ist die Anzahl der Abtastzeilen ebenfalls eine ungerade Zahl , 525. In dieser Antwort wird letzteres erörtert, da ich keine endgültige Antwort finden kann, warum PAL eine ungerade Anzahl von Zeilen verwendet.

Das National Television System Committee (NTSC, gegründet 1940) empfahl eine Framerate von 30 Frames (Bildern) pro Sekunde, bestehend aus zwei verschachtelten Halbbildern pro Frame mit 262,5 Zeilen pro Halbbild und 60 Halbbildern (30 Frames) pro Sekunde. Andere Standards in der endgültigen Empfehlung waren ein Seitenverhältnis von 4:3 und Frequenzmodulation (FM) für das Tonsignal (was damals ziemlich neu war).

Bei der Verabschiedung des Standards für Farbfernsehen gab es eine leichte Reduzierung der Bildrate von 30 Bildern pro Sekunde auf 30/1.001 (ca. 29,97) Bilder pro Sekunde.

Jeder Rahmen besteht aus zwei Feldern, die jeweils aus 262,5 Abtastzeilen bestehen, also insgesamt 525 Abtastzeilen, aber nur 483 Abtastzeilen bilden das sichtbare Raster. Der Rest (das vertikale Austastintervall) ermöglicht eine vertikale Synchronisation und einen Rücklauf. Dieses Austastintervall wurde ursprünglich entwickelt, um die CRT des Empfängers einfach auszublenden, um die einfachen analogen Schaltungen und den langsamen vertikalen Rücklauf früher Fernsehempfänger zu ermöglichen. Einige dieser Zeilen können jedoch jetzt andere Daten wie Untertitel enthalten.

Die tatsächliche Zahl von 525 Zeilen wurde aufgrund der Einschränkungen der damaligen Vakuumröhren-basierten Technologien gewählt. In frühen Fernsehsystemen wurde ein spannungsgesteuerter Hauptoszillator mit der doppelten horizontalen Zeilenfrequenz betrieben, und diese Frequenz wurde durch die Anzahl der verwendeten Zeilen (in diesem Fall 525) heruntergeteilt, um die Halbbildfrequenz (in diesem Fall 60 Hz) zu erhalten. .

Für die Zeilensprungabtastung war eine ungerade Anzahl von Zeilen pro Bild erforderlich, um die vertikale Rücklaufstrecke für die ungeraden und geraden Halbbilder identisch zu machen, was bedeutete, dass die Hauptoszillatorfrequenz durch eine ungerade Zahl heruntergeteilt werden musste. Zu dieser Zeit war die einzige praktische Methode der Frequenzteilung die Verwendung einer Kette von Vakuumröhren-Multivibratoren, wobei das Gesamtteilungsverhältnis das mathematische Produkt der Teilungsverhältnisse der Kette ist. Da alle Faktoren einer ungeraden Zahl auch ungerade Zahlen sein müssen, mussten alle Teiler in der Kette auch durch ungerade Zahlen teilen, und diese mussten aufgrund der Probleme der thermischen Drift bei Vakuumröhrengeräten relativ klein sein . Die nächste praktische Sequenz zu 500, die diese Kriterien erfüllt, war 3 × 5 × 5 × 7 = 525.

Dieses Diagramm zeigt sowohl die sichtbaren Linien als auch die horizontalen und vertikalen Rückverfolgungslinien. Mir war nicht bewusst, dass letzteres im Zickzack hin und her ging, aber ich habe das auf ein paar unabhängigen Diagrammen gesehen.

Beachten Sie die halben Linien, beginnend oben für das ungerade Feld und endend unten für das Ereignisfeld.

Hier ist eine gute Website , die das Interlaced-Scannen viel detaillierter beschreibt.

Es ist ein reines technisches und Kompatibilitätsproblem.

In den TV-Geräten befindet sich ein lokaler Freilaufoszillator, um den Betrieb auch bei fehlendem Eingangssignal zu gewährleisten. In den frühen Fernsehtagen war die einzige Zeitbasis, die sie (ohne viel Elektronik) verwenden konnten, die Netzfrequenz (50 oder 60 Hz). Aber diese niedrige Frequenz ist für eine zuverlässige Bildwiedergabe nutzlos. Die Grundidee besteht darin, diesen Zeitbasisoszillator als Frequenzteiler/-multiplizierer zu verwenden, der mit einem neuen empfangenen Signal (in viel höherer Frequenz) verriegelt ist, aber aus offensichtlichen Gründen sehr schnell und mit einem Verriegelungsbereich, der so weit wie möglich ist.

Aber dieser harmonisch verriegelte Oszillator (in diesem Fall subharmonisch) hat eine niedrige Geschwindigkeit, einen begrenzten Verriegelungsbereich und Teilungsverhältnisse und ist daher für diese Anwendung nicht geeignet. Andererseits sollte das injizierte Signal definitionsgemäß als Multiplikator der lokalen Grundoszillatorfrequenz eingestellt werden.

Die Locking-Range-Enhancement-Technik von Divide-by-Odd zielt darauf ab, das Problem der Divisionsverhältnisse zu lösen. Praktisch handelt es sich um eine „Differential-Kaskode“-Schaltung, die das richtige Mischprodukt erzeugen kann und die gewünschten Zeitbasisspezifikationen für die Verwendung in Fernsehgeräten erfüllt, wodurch maximale Stabilität erreicht wird.
Betrachtet man die Mischungsanteile der beiden Signale, so entspricht diese Topologie gut einem Teilungsverhältnis beliebiger ungerader Zahl (3,5,7..). Also die Multiplikatoren 5*5*5*5, plus die Nachleuchtdauer des Phosphors, plus die Möglichkeiten zur Bandbreitenreduzierung, ergeben die 625 Zeilen (2x312,5). Dasselbe gilt für alle Scan-Upgrades.

Als die Technologie zu niedrigen Kosten verfügbar wurde und die Reaktion der Leuchtstoffe verbessert und LED usw. eingeführt wurden, war das einzige verbleibende Problem die „Abwärtskompatibilität“.

....dann macht die Politik den Unterschied zwischen den TV-Systemen tiefer und breiter!!

Warum 625 für ein 50-Hz-PAL? (oder 525 Zeilen 60 Hz NSTC)

Kurze Antwort - ein technischer Kompromiss - jemand (oder wahrscheinlicher ein Komitee) hat die Entscheidung getroffen, diesen bestimmten Wert zu standardisieren, weil er zu dieser Zeit mit der aktuellen Technologie funktionierte.

Lange Antwort (viele Dinge mussten bei der Entwicklung von Standards für Verbrauchergeräte in vielen verschiedenen Branchen weltweit berücksichtigt werden, und es muss in einem historischen Kontext gesehen werden )

nb Anpassung an unterschiedliche Netzfrequenzen ergibt 50/60 x 625 = 520 (fast genug 525)

Dies bezieht sich auf das 625 50 Hz PAL-System ( ein ähnliches Argument gilt auch für 525 60 Hz NSTC ).

(1) Begrenzung der Übertragungsbandbreite:

Für jede Übertragung gibt es einen begrenzten Frequenzraum. Je nach Art des PAL-Signals liegt die Kanalbandbreite zwischen 6 und 8 MHz. Nicht viel Bandbreite, um all die analogen Daten für das Bild, den Ton, die Synchronisationssignale usw. zu senden. Von den 625 Zeilen sind nur etwa 576 Zeilen tatsächlich sichtbar. Die anderen werden für die Frame-Synchronisierung usw. verwendet . Mit anderen Worten - es macht keinen Sinn, ein Farbdisplay mit sehr hoher Auflösung zu erstellen, da Sie keine Bandbreite / aktuelle Technologie haben, um hochauflösende Bilder zu senden (das waren immerhin die 1960er Jahre).

(2) Netzfrequenzbegrenzung (zur Synchronisierung von Frames und Flimmerreduzierung )

Netzfrequenz von 50 Hz (UK) und angesichts der Tatsache, dass die menschliche Flimmerfusionsschwelle normalerweise mit 16 Hertz (Hz) angenommen wird, entschied jemand, dass Sie durch Verschachteln von zwei Halbbildern (UNGERADE und GERADE) (a) die Anforderungen an die Bandbreite des Signals reduzieren könnten (Sie müssen nur die Hälfte der Informationen des Bildes in 1/50 Sek. übertragen und (b) mit einem langsameren Phosphor-Abfall davonkommen), um ein vollkommen angemessenes "bewegtes" Bild mit 25 Vollbildern pro Sekunde zu erhalten (einfach durch die Frequenz zu teilen 2) (Grundlegende Flimmerfrequenzteilungsarithmetik: 50/2 = 25 Hz (kein Flimmern), 50/4 = 10,25 Hz (Flimmern))

(3) Zeilenzeit und Punktauflösung

Sehen Sie sich den einzelnen LINE-Ausgang an (typisch 64 uS für 625/50 Hz PAL). Der erste Teil des Signals verbraucht etwa 8 uS (Sync/Color Burst), sodass 52 uS für die Anzeige übrig bleiben. Hersteller von Fernsehröhren mussten Punkte/Balken aus drei Leuchtstofffarben genau über die Innenseite (von vergleichsweise kleinen) gebogenen Glasbildschirmen legen. Daher waren horizontale und vertikale Auflösungen darauf beschränkt, wie klein diese Punkte (oder Balken) erzeugt werden konnten. Das Verringern der Punktgröße oder das Vergrößern der Fläche des Bildschirms erhöht die Ablehnungsraten (ähnliches Problem bei der Herstellung von ICs). statisch fokussierter Strahl von Hochgeschwindigkeitselektronen (drei Kanonen – eine pro Farbe) auf sehr lineare Weise quer und nach unten. Größere Bildschirme bedeuteten entweder ein tieferes (und sehr schweres) Set oder knifflige Scansysteme (denken Sie daran, dass dies alles mit analoger Elektronik der alten Schule gemacht wurde). Es hatte wenig Sinn, eine ultrahohe Auflösung zu haben -Hersteller konnten das Display nicht zu einem Preis bauen, den die Öffentlichkeit zahlen würde.

(4) Seitenverhältnis

Damals war das Seitenverhältnis 4:3. (fast quadratisch) Wenn Sie das horizontale Linienbild mit einer wesentlich anderen Auflösung als das vertikale Bild anzeigen würden, würde Ihr Bild sehr seltsam aussehen. Die vertikale und horizontale Auflösung mussten ungefähr gleich sein. Da die horizontale Auflösung durch die Größe der Leuchtstoffpunkte begrenzt war, folgte daraus die Anzahl der vertikalen Linien (wie viele Gruppen von 3 Leuchtstoffpunkten/Balken konnten Sie vertikal erhalten). Jemand wählt nur 625 Zeilen (denken Sie daran, dass nur 576 angezeigt werden), weil die Arithmetik funktioniert. Ich habe keinen Zweifel, dass eine beliebige Anzahl von Zeilen irgendwo um diesen Wert genauso gut funktionieren würde.

Eine CRT erfordert, dass die horizontale Synchronisationsfrequenz innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, und ebenso die vertikale Synchronisation, aber konzeptionell hat eine CRT keinen Grund, sich um eine Beziehung zwischen den beiden Frequenzen zu kümmern. Wenn die Horizontalfrequenz ein exaktes Vielfaches der Vertikalfrequenz ist, stimmen die bei jedem vertikalen Sweep angelegten Streifen mit denen des vorherigen Sweeps überein. Wenn es sich nicht um ein rationales Vielfaches der vertikalen Frequenz handelt, legt jeder vertikale Sweep Pässe an einer anderen Stelle ab. Wenn zwischen diesen beiden Extremen für relativ Primzahlen H und V die horizontale Frequenz H/V mal der vertikalen Frequenz ist, dann entsprechen die Linien, die bei einem vertikalen Sweep festgelegt wurden, den Linien, die vor V-Sweeps festgelegt wurden, aber nicht für irgendetwas zwischen diesem Sweep und dem jetzigen. Für das Szenario, in dem L ungerade und F 2 ist,

Die Anzahl der Zeilen in einem Frame ist ungerade, weil die Anzahl der Halbbilder pro Frame 2 ist und die Anzahl der Zeilen pro Frame relativ teilerfremd zur Anzahl der Frames pro Halbbild sein muss. Es wäre möglich gewesen, nordamerikanisches Video so zu entwerfen, dass es beispielsweise fünf 120-Hz-Felder pro Rahmen verwendet (unter der Annahme, dass die Wechselstromwellenform wahrscheinlich symmetrisch ist); Wäre dies geschehen, hätte die Anzahl der Zeilen pro Frame eine gerade Zahl sein können, hätte aber etwas sein müssen, das kein Vielfaches von fünf war (um "Zeilen-Crawl"-Effekte zu minimieren, sollte es wahrscheinlich ein Vielfaches von sein fünf plus zwei oder drei). Das hätte die Verwendung eines 5x-Multiplikators in der Frequenzerzeugungskette ausgeschlossen, aber auf der anderen Seite Potenz-von-Zwei-Multiplikatoren erlaubt. Zum Beispiel,

Die einfache Antwort lautet, dass in den ursprünglichen PAL- und NTSC-Fernsehsystemen der 1940er Jahre aus zwei Gründen eine ungerade Anzahl von Abtastzeilen erforderlich war:

A. Das schnelle Nachleuchten der damaligen CRTs erforderte ein "Interleaving", um Flimmern zu vermeiden. Beim Interleaving wird jedes vollständig angezeigte Bild (625 Abtastzeilen bei PAL, 525 bei NTSC) in zwei sich abwechselnde Halbbilder aufgeteilt. Ein Halbbild (oder "Halbbild") enthält die ungeraden Abtastzeilen und das andere die geraden Zeilen. Diese Felder werden auf dem CRT-Bildschirm in fortlaufender Reihenfolge ungerade-gerade-ungerade-gerade in unendlicher Reihenfolge abgetastet. Der Hauptgrund für das Flimmern war, dass die Linien oben auf dem Bildschirm zu verblassen begannen, wenn der Scanvorgang den unteren Rand des CRT-Bildschirms erreichte, da die Leuchtstoffe, aus denen der CRT-Bildschirm besteht, nicht bestehen blieben, wenn von der CRT gescannt wurde von oben nach unten in einem kompletten Durchgang von 525 oder 625 Zeilen.

B. Um eine Verschachtelung mit der Hardware der 1940er Jahre zu erreichen, bauten die Schaltungsdesigner einen "Trick" in die vertikale Abtastschaltung ein. Dieser "Trick" funktioniert nur, wenn die Gesamtzahl der Scanzeilen ungerade ist. Um vollständig zu verstehen, wie dieser "Trick" funktionierte, müssten Sie verstehen, wie die ursprünglichen vertikalen und horizontalen Ablenkjoche und ihre Vakuumröhren-Treiberschaltung funktionierten. Ich bin mir sicher, dass dich DAS nicht interessiert!

Ich komme gleich zu dem, was Sie eigentlich gefragt haben. Um ein Bild ohne zu viel Flimmern zu erzeugen, muss es etwa 50 Mal pro Sekunde wiederholt werden, wenn es auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt wird. Dies liegt daran, dass der Elektronenstrahl, wenn er einen Punkt passiert, hell aufblitzt und dann schnell verblasst. Die Anzeige hat ein inhärentes Flimmern und muss schnell wiederholt werden, damit die Sehkraft des Auges es minimiert. Für Flachbildschirme gilt das nicht, denn die Helligkeit bleibt auch bei einem niedrigen Wert von einer Bildwiederholung zur nächsten nahezu gleich. Mitte der 1930er Jahre, als das ursprüngliche britische 405-Leitungssystem entwickelt wurde, forderte die BBC mindestens 300 Leitungen und EMI entschied sich, ihnen 405 zu geben. Aber es brauchte einen Trick. Um 405 Zeilen 50 Mal pro Sekunde mit ähnlicher vertikaler und horizontaler Auflösung bereitzustellen, ist eine Bandbreite von etwa 6 MHz erforderlich. was damals unmöglich war. Also verwendete EMI Interlace. 202 1/2 Zeilen wurden mit Lücken dazwischen übertragen, beginnend oben links. Dann kehrte der Punkt nach oben zurück, auf halbem Weg entlang einer Linie, und füllte die zweiten 202 1/2 Linien zwischen den ersten 202 1/2 aus. So wurden sehr nahe beieinander liegende Punkte 50 mal pro Sekunde und das ganze Bild 25 mal pro Sekunde abgetastet. Das entsprach fast dem 50-maligen Abtasten der gesamten 405 Zeilen pro Sekunde, da das Auge hauptsächlich Flimmern auf großen Flächen wahrnimmt, aber es benötigte nur eine Bandbreite von 3 MHz. Nun zu dem, was Sie eigentlich gefragt haben. Alle Interlaced-Systeme müssen eine ungerade Anzahl von Zeilen haben, damit die zweite Hälfte von ihnen zwischen die erste Hälfte gezogen wird und nicht darüber, in diesem Fall gäbe es kein Interlace und nur die halbe Anzahl von Zeilen. Der Abstand ergibt sich aus dem Timing und der Organisation der Sync-Impulse, nicht durch absichtliches Hinzufügen eines Offsets. Diese Erklärung wurde etwas vereinfacht, weil Flyback Zeit braucht, aber das ist der wesentliche Grund. Interlace funktioniert nach einer Mode, hat aber Probleme. In den horizontalen Abtastschaltkreisen eines CRT-Fernsehers steckt viel Strom, und wenn er in die vertikalen Abtastschaltkreise gelangt, kann dies dazu führen, dass sich die Leitungen paaren. Auch das Verfolgen von Objekten, die sich auf dem Bildschirm nach oben oder unten mit dem Auge bewegen, kann einen ähnlichen visuellen Effekt haben. Da jedoch das Scannen und die Anzeige fast gleichzeitig (Echtzeit) erfolgten, verursachte dies kein Problem mit sich horizontal bewegenden Objekten. Ein Bild mit 202 1/2 Linien könnte gezeichnet werden und das nächste direkt rechts daneben, wie es beispielsweise von der Kamera kam. Interlace verursacht Probleme auf modernen Displays, weil beide verschachtelten Halbbilder, zB 2 mal 202 1/2 Zeilen oder 2 mal 312 1/2 oder was auch immer, auf einmal aufgefrischt werden. Dies erzeugt unangenehme gezackte Kanten an sich bewegenden Objekten, da jede Aktualisierung zwei verschiedene Halbbilder enthält, die zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen wurden, sich aber von einer Aktualisierung zur nächsten gemeinsam als Paar bewegen. Deinterlacing ist schwierig und perfektes Deinterlacing ist fast unmöglich, obwohl es viele halbe Sachen gibt.

Die 625 Zeilen jedes Bildes oder Rahmens sind in Sätze von 312,5 unterteilt. Um den Horizontal-Sweep-Oszillator zu erreichen, arbeitet er mit einer Frequenz von 15625 Hz, (312.5 * 50Hz = 15625Hz)um die gleiche Anzahl von Zeilen pro Frame abzutasten (wir wissen, dass es 25 Frames gibt) 15625 / 25 = 625. Mittels Zeilenfrequenz geteilt durch die Gesamtzahl der Frames erhalten wir 625 Zeilen.

Um Flimmern zu vermeiden, wurde das Interlaced-System verwendet, um Film nachzuahmen. Beim Film verwenden Sie einen Verschluss, damit Sie dasselbe Filmbild zweimal anzeigen können, was eine Frequenz von 48 anstelle von 24 ergibt. Es ist billiger. interleaved ist eine Spielerei, die am Ende nicht wie geplant funktioniert. Es ist besser ein progressives System.