Спектр видеосигнала, как отражение потребительских параметров.

В.Майстренко

Потребителям нередко навязывается мнение, что совсем не обязательно передавать видеосигнал в полном спектре, а качество видеосистемы можно оценивать просто по экрану монитора, удовлетворяясь при этом "приемлемым изображением". Что же принять в качестве критерия "разумной достаточности" на этапе утверждения технического задания, при проектировании видеосистемы и сдаче ее заказчику?

Обычно на первое место ставится согласование параметров основных устройств системы - видеокамеры, устройств обработки видеосигнала и видеомонитора. Какой способ передачи видеосигнала при этом использовать, иногда даже не обсуждается. Под системой в целом понимают перечень основных устройств, забывая прo аппаратуру передачи, соединяющую эти устройства воедино. Какими бы хорошими параметрами не обладала видеокамера, для полной их реализации на мониторе, необходим соответствующий канал передачи видеосигнала. Недооценка глубокой проработки этого элемента системы говорит о том, что о видеосигнале многие проектировщики и специалисты по монтажу судят, в худшем случае, по изображению на мониторе, а в лучшем случае по временному представлению сигнала, - осциллограмме. Испытательные таблицы позволяют произвести итоговую оценку параметров системы. На уже построенной видеосистеме это позволит сделать вывод о степени реализации заявленных параметров. Главное, на что хочется обратить внимание, что при передаче видеосигнала передаются "не просто импульсы", а по сути дела "спектр" со всем многообразием его составляющих, занимающих строго определенный диапазон частот. Задача выбора системы передачи сводится к тому, чтобы предотвратить искажение спектра видеосигнала в процессе передачи.

Начиная разговор о частотном представлении сигнала, рассмотрим, как зависит от характера передаваемого изображения, положение тех или иных его составляющих на оси частот.

Распределение сигналов по оси частот при чересстрочной развертке

Управление работой развертывающих устройств, как видеокамеры, так и кинескопа видеомонитора, осуществляется с помощью строчных и кадровых синхронизирующих импульсов. Именно видеокамера вырабатывает импульсы синхронизации для видеомонитора. Но благодаря этому, комплексный сигнал изображения носит импульсный характер, что приводит к большой ширине спектра частот видеосигнала, во многие сотни раз превышающей полосу частот при передаче речи или музыки. Необходимо знать основные параметры спектра частот телевизионного сигнала и использовать их для подбора аппаратуры. Для качественной передачи видеоизображения аппаратура должна иметь полосу пропускания, соответствующую спектру этого сигнала.

Низшая частота сигнала изображения

На рисунке 1 во фрагменте (1) показан самый низкочастотный сигнал, который получается при передаче неподвижного изображения, состоящего из двух горизонтальных полос - белой и черной. Соответствующий этому изображению сигнал представляет собой импульсы, следующие с частотой кадровой развертки F_кадр = 50 Гц.

Рис. 1. Зависимость частоты первой гармоники сигнала от передаваемого изображения

Изображению (2) соответствует сигнал с частотой основной гармоники в три раза более высокой (m_г/2), чем у (1), так как каждой паре полос соответствует один период сигнала. Частота основной гармоники изображения (3) будет равна частоте строк. Частота основной гармоники изображения (4) будет в четыре раза более высокой (m_в/2), чем (3). С увеличением числа вертикальных полос и с уменьшением их ширины частота сигнала изображения будет соответственно расти. При равенстве ширины полос размерам элементов разложения частота сигнала изображения достигает своего максимального значения. На рисунке 1 наглядно видно, какой характер изображения на экране монитора соответствует тому или иному положению сигнала на оси частот. Исходя из этого, выбирается требуемая полоса пропускания системы передачи. Под системой передачи будем подразумевать кабельную линию, имеющую точно определенную характеристику затухания видеосигнала на различных частотах, и соответствующие этой линии передающее и приемное устройства, в комплексе обеспечивающие коррекцию частотных искажений.

Какой же полосой пропускания должна обладать по-настоящему качественная система передачи аналогового видеосигнала?

Найдем максимальную частоту видеосигнала.

При том типе развертки, которая применяется в системах замкнутого телевидения (чересстрочной), частота следования кадров f_кадр = 25 Гц. Максимальная частота видеосигнала при этом будет равна: f_{c макс} = 4·625²·25/(3·2) = 6510416 Гц ≈ 6 МГц.

Применение чересстрочной развертки позволяет:

• с одной стороны, взять частоту полукадров (частоту кадровой развертки F_кадр), определяющую мерцание экрана, равной частоте электросети 50 Гц и этим самым ликвидировать мерцание и ослабить помехи от сети переменного тока;

• с другой стороны, частота кадров f_кадр при этом оказывается равной 25 Гц, что определяет высшую частоту сигнала изображения - 6 МГц.

При построчной развертке с f_кадр = 50 Гц высшая частота сигнала изображения была бы 13 МГц. Минимальная частота сигнала изображения f_c.мин остается, равной частоте кадровой развертки, F_кадр = 50 Гц (т.е., частоте полукадров - полей), частота кадров f_кадр = 25 Гц - в два раза ниже. Очевидно, что полоса частот видеосигнала простирается от 50 Гц до 6 МГц и вся она занята сигналом.