20.1. ábra. Váltott soros képfelbontás páratlan sorszámra
Az 50…60 Hz képváltási frekvenciára tehát azért van szükség, hogy a kép villogásmentes legyen. Ennél jóval kisebb is elég lenne ahhoz, hogy a folyamatos mozgás benyomását keltsük. A filmszínházak és az amatőr filmesek gyakorlata azt mutatja, hogy 20…25 kép/s képismétlődési frekvencia esetén már kielégítő a kép minősége. Csakhogy amíg a filmvetítésnél meg lehet csinálni azt, hogy ugyanazt a filmkockát kétszer vagy akár háromszor is kivetítik a vászonra, mielőtt a filmet továbbhúznák a vetítőgépben, addig a tv képernyőjén minden egyes kép kirajzolásához végig kell söpörnie az elektronsugárnak a teljes ernyőfelületen. Nagy kapacitású tároló nélkül ezt a műveletet csak a rajzolás felgyorsításával, azaz nagy sávszélességgel lehetne megoldani. Ezért más utat kerestek a probléma megoldására. Kellően értékelnünk kell azt a szellemes megoldást, amely végül is lehetővé tette, hogy csökkenthető legyen a másodpercenként továbbított képek száma anélkül, hogy villogás lépne fel.
Az eljárás váltott soros képfelbontás vagy tv-sorok közbeszövése néven ismert. Az elgondolás lényegét a 20.1. ábra szemlélteti, ahol a jobb áttekinthetőség céljából csupán 13 sorra bontottuk a képet. Az egyes sorok azért látszanak "ferdének", mert mind a függőleges, mind a vízszintes eltérítés folyamatosan működik, és mivel az ábrán a sorszám kicsi, észrevehetően "süllyed" a képet rajzoló pont helyzete már egyetlen sor letapogatása alatt is. Jól megfigyelhető a 20.1. ábrán, hogy mialatt az 1., 2., 3. stb. sorokat egymás után végigsöpri az elektronsugár, közöttük üres hely marad. A 7. sor letapogatása már be sem tud fejeződni, mert az "félúton" eléri a kép alját. Ekkor – az egyszerűség kedvéért végtelen gyors függőleges visszafutást feltételezve – a 7. sor nyomvonala a kép tetején folytatódik. E nyomvonal vége éppen fele annyival lesz lejjebb a kép felső szélétől, mintha egy teljes sort rajzolt volna végig. Ismét végtelen gyors visszafutást feltételezve – ezúttal vízszintes irányban – a 8. sor eleje egy magasságban lesz a 7. sor végével, így a 8. sor pontosan az 1. és 2. sor nyomvonala közé kerül. Hasonló a helyzet a kép többi soraival is: azok közbeszövődnek az 1.–7. sorokkal, vagyis a közöttük üresen maradt sorközökben helyezkednek el. Az utolsó, példánkban a 13. sor végén – mivel ekkor pontosan a kép alján és egyben egy sor végén helyezkedik el az elektronsugár becsapódási pontja – egyidejűleg mind vízszintes, mind függőleges irányban "visszafutás" következik, azaz a letapogatósugár felkerül a kép bal felső sarkába, az 1. sor elejére. Ettől kezdve az egész folyamat ismétlődik, és kezdetét veszi a következő tv-kép soronkénti felbontása.
20.1. ábra. Váltott soros képfelbontás páratlan sorszámra
Ha mind a képfelbontó, mind a képrajzoló eszközben biztosítva van az azonos rendszerű és időben szinkronizált váltott soros képbontási és képrajzolási rendszer, akkor a végeredmény azonos lesz a mozifilmek vetítésénél használt megoldással: másodpercenként kétszer annyi felvillanást lát a szemünk, mint ahány tv-képet továbbít a rendszer. Más szavakkal úgy is mondhatnánk, hogy adott számú kép helyett kétszer annyi "félképet" visz át a tv-rendszer, hiszen egyetlen függőleges irányú lefutás alatt az összes tv-sornak csak a felét rajzolja ki, a másik "félkép" soraira egy újabb függőleges lefutás ideje alatt kerül sor. Végtére is egy teljes képet, azaz két félképet ugyanannyi idő alatt (és így természetesen változatlan sávszélesség mellett) továbbítunk, mint váltott soros képbontás nélkül, de a villogást meghatározó függőleges eltérítő frekvenciát megkétszereztük.
Érdekes megjegyezni, hogy a sorok közbeszövésének ez a módszere csak páratlan sorszám esetén valósítható meg egyszerű, olcsó eszközökkel, páros sorszám esetén különleges előírásokat kellene tenni a függőleges eltérítés számára.
Az Y jel átvitele mellett azonban még szükség van az egyes képpontok (képelemek) helyzetadatainak a megadására is, mert ezek nélkül a vevőkészülék nem tudja a képelemekből "összerakni" a képet. Arra nincs szükség, hogy minden egyes képelemet "megcímezve" vigyünk át adóból vevőbe, elegendő, ha szinkronizálójelekkel meghatározzuk minden új sor, ill. minden új félkép kezdetét, mert ha a sorok rajzolásakor egyenletes sebességgel mozgatjuk az elektronsugarat, akkor minden képpont a helyére fog kerülni.
A lehető legegyszerűbb áramköri megoldások lehetőségének biztosítása céljából az összetett videojel teljes kivezérlési tartományát (100%) két részre osztották: a nagyobb részt kitevő 70%-os képjeltartományra és a kisebb, 30%-os szinkronjeltartományra. A vevőben amplitúdódiszkriminációval elegendő biztonsággal külön lehet választani a szinkronjeleket a videojeltől (Y).
20.2. ábra. A tv-technika területdiagramja
E két egyenletet grafikusan a 20.2. ábra területdiagramja ábrázolja egy önkényesen felvett R, G és B értékhármas esetén. Egyszerűen belátható, hogy az Y-érték feletti vonalkázott terület egyenlő az Y alatti vonalkázott területtel, továbbá, hogy e téglalapok magasságai rendre (R−Y), (G−Y) és (B−Y) különbségekből adódnak. Mivel pedig ezek egy adott szín 3 alapszín-összetevőjének (R, G, B) és az adott szín fénysűrűségének (Y) a különbségei, ezért színkülönbségeknek hívjuk őket. Az is belátható, hogy egy adott szín esetén ezek nem függetlenek egymástól, a fenti egyenlet segítségével kettőből mindig számítható a harmadik. Fontos tulajdonságuk még, hogy előjeles mennyiségek: a 20.2. ábra területdiagramján az Y-érték vízszintes vonala felett pozitív, alatta pedig negatív a színkülönbségek előjele. Előfordulhat, hogy a három színkülönbségből egy éppen nulla, ha azonban a második is nulla, akkor a harmadik is zérus kell, hogy legyen a fenti összefüggés miatt. Ilyenkor R = G = B = Y, azaz az eredő a C fehér. Ez azt is jelenti, hogy minden más esetben, amikor nem a C fehér pontban vagyunk, a színkülönbségek közül legalább kettőnek nullától eltérő értéket kell felvennie, ami azt mutatja, hogy a színinformációt a színkülönbségek hordozzák, míg a fénysűrűség, Y tőlük független mennyiség.
A színes televízióknál alkalmazott kódolási rendszerekben sohasem a három alapszín értékét viszik át a csatornán, hanem a belőlük lineáris transzformációval kapható világosság- (Y) és színkülönbségi (R−Y és B−Y) jelhármast. Az előzőt szokás luminancia- (világosság-) jelnek, míg a két utóbbit krominancia- (színkülönbségi-) jelnek nevezni. Ennek az átvitelnek számos előnye van. A legfontosabb talán az, hogy így lehetséges a fekete-fehér vevőkkel való teljes összeférőség, idegen szóval kompatibilitás, hiszen az Y-jelből a monokrom tv közvetlenül fel tudja rajzolni – színek nélkül – a képet, míg a színes vevőben nem probléma a két színkülönbségi jelből és a világosságjelből visszaállítani a három alapszínjelet, majd ezek additív színkeverésével kirajzolni a képet. Kedvező az is, hogy mivel nincs szükség a színinformáció finom struktúrájára (láttuk ezt korábban a fekete-fehér és színes képelemek méretkülönbségeinél), jelentős sávszélesség-megtakarítás érhető el azáltal, hogy a krominanciajeleket elegendő kis sávszélességgel átvinni.
Nos bármennyire is idegenkedünk a gondolattól, tudomásul kell vennünk, hogy az emberi látás, szemlélet, ízlés és megszokás igen furcsa helyzetet teremtett a színes képek reprodukálása terén. Úgy lehet a legtömörebben ezt megfogalmazni, hogy mi általában nem a valósághű reprodukciót tartjuk jónak, "élethűnek", hanem a valóságnak azt a képét, amelyet akkor látnánk, ha a téma fehér fénnyel lenne megvilágítva. Mivel pedig egyrészt a természetes nappali megvilágítás spektrális eloszlása a napszakok, időjárás stb. szerint állandóan változik, másrészt az esti műfény adta megvilágítás is igen különböző spektrális eloszlást mutat, ezért ugyanazoknak a tárgyaknak, személyeknek az emlékezetünkben tárolt "standard színeihez" képest mindig van több-kevesebb színeltérése. A hétköznapi életben ehhez látásunk már annyira hozzászokott, hogy azonosnak érezzük pl. a lakószobánk tárgyainak nappali és esti megvilágításban mutatkozó színhatásait, holott nyilvánvalóan mások a bútorok, arcok stb. színei nappali fényben és esti lámpavilágításban.
Számos egyéb példát is lehetne említeni, amelyek mind igazolják, hogy mi egy színes képen az ismert tárgyakat, személyeket olyan színűnek kívánjuk látni, mint amilyennek azok akkor mutatkoznának, ha fehér fénnyel lennének megvilágítva. A helyes színvisszaadás tehát nem szükségképpen valósághű, e kettő csupán akkor egyezik, ha a megvilágítás referenciafehérrel történt.
Az NTSC-rendszer számos szellemes ötletével, rendszertechnikájával mind aztán alapjául szolgált a világon utána kidolgozott más színes kódolási rendszereknek is, sőt egyes szabványelőírásait, mint például a színes tv alapszínrendszerét, minden rendszer használja. Túlzás nélkül mondható, hogy az NTSC-rendszer továbbfejlesztéseként jött létre az európai PAL (Phase Alternating Line) és SECAM (SÉquentiel Couleur Á Memoire) kódolási eljárás, és ugyancsak főleg az NTSC-rendszer tapasztalatai alapján született meg a műholdas színestelevízió-kódolási rendszer, a MAC (Multiplex Analogue Components) rendszercsalád is.
Először a SECAM (1957), majd a PAL (1961) szabadalmi bejelentésére került sor. Igen komoly nemzetközi erőfeszítéseket tettek annak érdekében, hogy Európában egységes rendszer jöhessen létre, de sajnos nem sikerült a megegyezés. Mind a PAL-, mind a SECAM-rendszer azt tűzte ki célul, hogy kiküszöbölje az NTSC kódolási eljárás legfőbb hibáját: a fázistorzításokra való érzékenységet. Ezt sikerült is elérniük, és bár különböző utakon jártak, mindkettő annak köszönhette a probléma megoldását, hogy a hatvanas évek végére a tv-vevőgyárak már számíthattak a soridejű késleltető művonal nagy tömegű gyártására.
A digitalizálás felé az első lépést a stúdiótechnika tette meg. Az 1980-as évek elejére elfogadtak egy ún. digitális stúdiószabványt. A szabvány célja az volt, hogy csökkentse a tv-sorfrekvenciák különbözőségéből származó átkódolási nehézségeket. Ennek érdekében elfogadtak egy ajánlást, amely a 13,5 MHz-et választotta a világosságjel mintavételi frekvenciájául. Ez az érték egész számú többszöröse mind az NTSC-, mind a PAL- és SECAM-rendszer sorfrekvenciájának. Ezzel a frekvenciával a mintavétel ortogonális mintastruktúrát jelent minden rendszer esetében, ami jelentősen megkönnyíti pl. az NTSC-jelek átalakítását PAL-ra.
A következő lépés a digitális televízióvevő létrehozása volt. Ennek során az összetett képjelet teljesen digitálisan dolgozták fel. A legnagyobb problémát a mintavételi frekvencia értékének megválasztása jelentette. Kétféle nézet alakult ki. Az egyik szerint a mintavételi frekvenciát "kötni" kell a színsegédvivő frekvenciájához, mert ebben az esetben az összetett jel dekódolása rendkívül egyszerű lesz. A másik nézet szerint a mintavételi frekvenciát nem a színsegédvivőhöz, hanem a sorfrekvenciához kell "kötni", mert ebben az esetben ugyan az összetett képjel dekódolása bonyolultabb lesz, azonban a képtárolással és a továbbfeldolgozással kapcsolatos műveletek egyszerűen megvalósíthatók. Mind a kétféle frekvenciaválasztásra találunk példát a különböző összetett (FDM) színesképjel-feldolgozási eljárásokban.
A digitális tv térhódításával párhuzamosan a világ számos táján megindult a nagyfelbontású televízió (HDTV) kifejlesztése. Valamennyi fejlesztési irány azt tűzte ki célul, hogy a lehető legkisebb adatátviteli sebesség és ennek megfelelően, a lehetséges legkisebb sávszélesség mellett biztosítsa a HDTV-kép átvitelét. A HDTV-képet úgy definiálták, hogy annak felbontása mind vízszintesen, mind függőlegesen a hagyományos tv felbontásának legalább a kétszerese legyen. A továbbított kép képméretaránya 16:9, ami megfelel a széles vásznú mozi képméretarányának.
Itt kell megjegyezni, hogy minden bizonnyal a földi műsorszóráshoz hasonlóan ezen a területén sem alakul ki egységes HDTV-átviteli eljárás. Ennek sokkal inkább gazdasági-politikai, mint műszaki okai vannak.
Először a japán törekvéseket koronázta siker. 1985 óta – először kísérleti jelleggel, majd 1990 óta rendszeresen – folyik HDTV-műsorsugárzás. Ez a HDTV-átviteli mód (MUSE: MUltiple sub-Nyquist Sampling and Encoding) többszörös alulmintavételezési eljárással csökkenti a nagyfelbontású kép információtartalmát. A szemünk azon tulajdonságát használják fel, hogy azokon a helyeken, ahol a képtartalom gyorsan változik, nem tudjuk követni, sőt észre sem vesszük a finom rajzolatú részeket. Ezért ezeken a helyeken (mozgó képrészek) kisebb felbontással továbbítják a képtartalmat, míg ha a kép nem változik (álló képrészek), akkor van idő a legfinomabb részek átvitelére is. Természetesen szükség van a mozgó és az álló képrészek megkülönböztetésére, detektálására. Ezt a feladatot az ún. mozgásdetektor valósítja meg. Ezenkívül alkalmaznak ún. mozgásvektor-kompenzációt, amelynek lényegét úgy lehet a legkönnyebben megragadni, ha arra gondolunk, hogy nagyon sokszor van olyan műsoranyag, amelyen lassan változó képrészek vannak. Ilyenkor természetesen az a legcélszerűbb (a legkisebb információátviteli sebességet igényli), ha nem az elmozdult képrészlet tartalmát továbbítjuk, hanem azt az irányt és elmozdulásnagyságot, amivel a kérdéses képrészlet elmozdult. Az elmozdulás nagyságát és irányát egy vektorral lehet megadni, ez az ún. mozgásvektor. Az előzőekben leírt információátviteli sebességet csökkentő stratégiákat valamennyi HDTV-átviteli rendszer alkalmazza.
A MUSE-rendszernek azonban van két jelentős hibája: az egyik az, hogy nem kompatibilis semmilyen más rendszerrel; a másik pedig az, hogy a kép átvitele analóg formában történik. Ez utóbbinak a magyarázata abban keresendő, hogy a nyolcvanas évek elején és közepén a nagy sebességű digitális jelfeldolgozás még "gyermekcipőben" járt.
Jelenleg (1993) a nagy sebességű DSP-k (Digital Signal Processor: digitális jelfeldolgozó processzorok) segítségével olyan műveleti sebesség érhető el, amellyel már nagyon sok speciális művelet valós időben (real-time) is megoldható. Ez a jelentős technológiai haladás magyarázza, hogy az USA-ban és Nyugat-Európában HDTV-képátvitelt egyre inkább teljesen digitálisan képzelik el.
A mozgó képben mindig jelenlévő nagymértékű redundancia jelentős csökkentésével hihetetlen mértékű sávszélesség-csökkentést lehet megvalósítani lényegében anélkül, hogy a tv-néző bármit is észrevenne a műsor szemlélése közben. Igen jól ki lehet aknázni az emberi látásnak az előzőekben említett gyöngeségeit (pl. gyors mozgások leképezésekor alig van szükség finom képrészletekre, nagy felbontásra). A tisztán digitális, új HDTV-átviteli rendszerekben, kifinomult eljárások (mozgásdetektálás, diszkrét koszinusztranszformáció, DPCM-kódolás, mozgáskompenzálás, időkomprimálás stb.) egész sorát alkalmazzák annak érdekében, hogy minél jobb minőségű képet minél kisebb igénybe vett sávszélesség mellett lehessen eljuttatni a tv-nézőkhöz.
Európában a HDTV területén, annak ellenére, hogy pl. a Barcelonai Nyári Olimpiai Játékokról volt HDTV kísérleti adás, jelenleg nincs egységes álláspont. Az itt alkalmazott átviteli rendszer a HD-MAC (High Definition MAC), amely a MUSE-hoz hasonlóan a képinformációt analóg formában továbbítja. Ugyanakkor létezik olyan európai ajánlás is, amely már tisztán digitálisan továbbítja a képet.
Az USA-ban 1993-ban választják ki a négyféle rendszerjavaslat közül a legmegfelelőbbet. A legnagyobb eséllyel a tisztán digitális Digicypher elnevezésű rendszer pályázik. Itt kell megjegyezni, hogy az USA-ban a HDTV-műsorsugárzást – a japán és az európai elképzeléssel ellentétben – nem a közvetlen műholdas műsorszórás keretében, hanem földi műsorterítéssel fogják megoldani.
| AM-VSB | Amplitude Modulation Vestigial Side Band | csonkaoldalsávos amplitúdómoduláció |
| CIE | Commission Internationale de l'Eclairage | Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság |
| DSP | Digital Signal Processor | digitális jelfeldolgozó processzor |
| DPCM | Differential Pulse Code Modulation | differenciális impulzuskód-moduláció |
| FDM | Frequency Division Multiplex | frekvenciaosztású nyalábolás |
| MAC | Multiplex Analogue Components | analóg komponensek nyalábolása |
| MUSE | MUltiple sub-Nyquist Sampling and Encoding | többszörös alulmintavételezés és kódolás |
| NTSC | National Television System Committee | Nemzeti Televíziós Rendszer Bizottság |
| PAL | Phase Alternating Line | fázisváltogatós sor |
| QAM | Quadrature Amplitude Modulation | kvadratúra-amplitúdómoduláció |
| SECAM | SÉquentiel Couleur À Mémoire | szekvenciális szín emlékezet útján |
| TDM | Time Division Multiplex | időosztásos nyalábolás |