3274

Воронежский государственный технический университет

А.К. Сенаторов, В. С. Скоробогатов

ВИДЕОТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2005

ББК 32.94

Сенаторов А. К., Скоробогатов В.С. Видеотелевизионные системы. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 116 с.

В пособии изложены основные принципы формирования полного цветного телевизионного сигнала (ПЦТС), приведены структурные схемы его формирования и обработки в приѐмных и передающих системах. Рассмотрены системы видеозаписи и видеовоспроизвндения изображения, проведены анализ систем кабельного и спутникового телевидения и их элементной базы. Уделено внимание систем телевизионного наблюдения.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210200 «Проектирование и технология электронных средств», специальности 210201 «Проектирование и технология производства РЭС», дисциплине «Приемоусилительные и видеотелевизионные системы».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word и содержится в файле «VTS.doc».

Табл. 13. Ил. 44. Библиогр.: 8 назв.

Научный редактор д-р техн. наук, проф. А. В. Муратов

Рецензенты: ГОУ ВПО ВГАСУ кафедра математического моделирования и вычислительной техники;

д-р физ.-мат.наук ВГУ, проф. А. М. Бобрешов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Сенаторов А. К., Скоробогатов В. С., 2005

Оформление. ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2005

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………………………………………………4

1.Классификация телевизионных систем…………………………………………………………………..5

1.1.Формирование и обработка телевизионного изображения……………………………………………..5

1.2.Классы ТВ систем………………………………………………………………………………………….6

2.Принципы телевизионной передачи изображения………………………………………………………8

2.1.Параметры ТВ изображения. Осциллограммы ПЦТС…………………………………………………..8

2.2.Тестовые сигналы цветного телевидения………………………………………………………………..10

2.3.Изменение характеристик ТВ растра……………………………………………………………………..12

2.4.Измерение нелинейных и геометрических искажений ТВ растра……………………………………..14

2.5.Спектральные характеристики ПЦТС, чересстрочная развертка………………………………………15

3.Системы цветного телевидения…………………………………………………………………………..18

3.1.Сигналы цветного телевидения…………………………………………………………………………..18

3.2.Система СЕКАМ (последовательная цветная с памятью)……………………………………………...19

3.3.Система ПАЛ………………………………………………………………………………………………22

4.Передающие телевизионные устройства…………………………………………………………………23

4.1.Принцип действия видикона………………………………………………………………………………24

5.Телевизионные преобразователи сигнал-свет……………………………………………………………25

5.1.Черно-белые кинескопы……………………………………………………………………………………26

5.2.Цветные кинескопы………………………………………………………………………………………...26

6.Телевизионный приемник………………………………………………………………………………….30

6.1.Обобщенная структурная схема цветного телевизора…………………………………………………..30

6.2.Основные характеристики ТВ приѐмника………………………………………………………………..33

7.Новые технологии в зарубежных и отечественных телевизорах……………………………………….37

8.Техническое обслуживание и ремонт телевизоров………………………………………………………42

8.1.Особенности технического обслуживания современных телевизоров…………………………………42

9.Системы кабельного телевидения…………………………………………………………………………45

10.Спутниковое телевизионное вещание…………………………………………………………………….48

11.Состав и характеристики приемников СТВ………………………………………………………………51

11.1.Антенно-фидерные устройства…………………………………………………………………………..51

11.2.Конвертер спутникового приемника…………………………………………………………………….59

11.3.Тюнер спутникового приемника…………………………………………………………………………61

12.Системы видеозаписи……………………………………………………………………………………….64

12.1.Принципы магнитной записи сигналов изображения………………………………………………….64

12.2.Функциональная схема видеомагнитофона…………………………………………………………….66

12.3.Магнитные ленты и головки…………………………………………………………………………….67

12.4.Видеомагнитофоны формата VHS………………………………………………………………………68

12.5.Канал изображения видеомагнитофона формата VHS…………………………………………………69

12.6.Методика поиска неисправностей и обслуживание видеомагнитофонов…………………………….71

13.Принципы построения и работы видеокамер и видеопроигрывателей………………………………..75

13.1.Видеокамеры……………………………………………………………………………………………..75

13.2.Видеопроигрыватели…………………………………………………………………………………….82

14.Цели и задачи телевизионного наблюдения……………………………………………………………..88

14.1.Основные цели и структура СТН……………………………………………………………………….88

14.2.Основные типы СТН, их состав и факторы его выбора……………………………………………….89

14.3.Анализ состава СТН………………………………………………………………………………………89

15.Компоненты и оборудование систем телевизионного наблюдения…………………………………….91

15.1.Телевизионные камеры и объективы……………………………………………………………………92

15.2.Оборудование передачи сигнала изображения…………………………………………………………92

15.3.Оборудование управления и коммутации сигналов изображения……………………………………95

15.4.Оборудование видеозаписи и архивирования………………………………………………………….97

15.5.Мониторы для телевизионного наблюдения (видеомониторы)………………………………………104

15.6.Дополнительное и вспомогательное оборудование……………………………………………………109

Заключение……………………………………………………………………………………………………..115

Библиографический список литературы……………………………………………………………………..116

3

ВВЕДЕНИЕ

Задачей видеотелевизионных систем на современном этапе развития техники является получение на приѐмном телевизионном устройстве изображения, соответствующего объекту передачи. Данная задача решается сложным комплексом аппаратуры преобразования, передачи, кодирования, декодирования, отображения и другими операциями по обработке визуальной информации.

Видеотелевизионные системы базируются на достижениях многих смежных областей знаний, таких как радиотехника, электронная техника, светотехника и других. Революционное развитие элементной базы телевизионной техники позволило значительно расширить функции телевизора, телевизионной камеры и составляющих каскадов. Так телевизор превращается в многоцелевое видеоустройство, работающий с компьютером, памятью и принтером.

В предлагаемом пособии рассмотрены классы телевизионных (ТВ) систем, формирование и обработки ТВ изображения, принципы телевизионной передачи изображения. Проведен анализ основных систем вещательного телевидения, рассмотрены передающие ТВ устройства, структурная схема, составляющие еѐ части и характеристики ТВ приемника. Уделено внимание перспективным направлениям: системам кабельного телевидения, спутниковому ТВ вещанию, системам видеозаписи и воспроизведения. Рассмотрен ряд специальных направлений: системы телевизионного наблюдения, их составляющие элементы, методы технического обслуживания видеосистем и др.

4

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 ФОРМИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Телевизионная (ТВ) система представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающая передачу и приѐм зрительной информации.

Обобщѐнные, характерные для любой ТВ системы (бытовое ТВ, промышленное ТВ, космическое ТВ) устройства и их взаимосвязи могут быть представлены следующей структурной схемой ТВ системой (рисунок 1).

Рис. 1 - Обобщенная структурная схема ТВ системы

C помощью объектива формируется плоское оптическое изображение на выходе фотоэлектронного преобразователя (ФЭП) (видикон, ПЗС матрица и др.) синтезирующего в общем случае яркостно-цветовой сигнал. Выходной сигнал ФЭП S1(t) в каждый момент времени зависит от функции распределения мощности излучения P( ) и спектральной чувствительности ( )

диапазон спектральной чувствительности.

В ФЭП осуществляется развертка изображения (по строкам и кадрам), в результате чего на выходе ФЭП образуется исходный сигнал состоящий из сигналов яркости EY и цветности Ec.

ЕS=EY+EC

Сигнал с выхода ФЭП подается на устройства формирования и передачи телевизионного сигнала (УФПС). Здесь он подвергается усилению и в него вводятся импульсы (в конце каждой строки и кадра), называемые сигналами гашения Uг, предназначенные для запирания ФЭП в перерывах между разверткой строк и кадров.

Для обеспечения синхронности разверток на передаче и на приеме используется принудительная синхронизация - один раз в течение длительности строки, один раз в течение длительности кадра U(t). Этот сигнал вырабатывается синхрогенератором (устройства развертки и синхронизации) во время передачи гасящих импульсов и передается в одном канале с телевизионным сигналом. Для этой цели импульсы синхронизации вводятся в область уровней «чернее черного». Сигнал, состоящий из яркостноцветового сигнала и сигнала синхронизации называют полным цветовым телевизионным сигналом (ПЦТС).

5

Полный ТВ сигнал далее поступает в канал связи. В качестве канала связи могут быть кабельная, радиорелейная, вещательная, волноводная, спутниковая и другие линии связи, удовлетворяющие требованиям неискаженной передачи ТВ сигналов. Несмотря на возможные помехи в канале связи на его выходе должен восстанавливаться исходный полный ТВ сигнал, поступающий на УПФС (устройства приема и формирования сигнала).

Усилитель в УПФС обеспечивает уровень сигнала, необходимый для управления ЭЛТ (преобразователем сигнал - свет). В синхроселекторе из полного ТВ сигнала выделяются импульсы синхронизации и подаются на развертывающие устройства преобразователя сигналсвет для синхронизации его разверток.

В преобразователе сигналсвет переданное изображение поэлементно синтезируется. Синхронная развертка обеспечивает геометрическое подобие синтезируемого

изображения передаваемому. Соответствие яркости каждого элемента мгновенным значениям сигнала изображения обеспечивает подобие распределения яркости в поле изображения.

Слитность восприятия яркости и плавность движения объектов связаны с числом передаваемых кадров, (изображений) в единицу времени и с выбором временного закона развертки. Воспроизведение мелких деталей и резких границ раздела полей разной яркости (контуров изображения) зависит от числа передаваемых ТВ системой элементов (от числа строк в ТВ растре).

Геометрическое подобие переданного и принятого изображений определяется точностью синхронизации и дифференциальным подобием растров преобразователей свет-сигнал и сигналсвет, т.е. относительным равенством координат любого элемента растра как по полю растра, так и по времени.

Таким образом, выбор параметров ТВ системы определяется заданным качеством изображения.

1.2 КЛАССЫ ТВ СИСТЕМ

Выделяют два класса телевизионных систем: 1.Вещательные ТВ системы.

2.ТВ системы прикладного назначения Вещательные ТВ системы характеризуются: стандартизацией параметров

разложения, сигналов, видов модуляции, диапазонов частот передачи, наличием звукового сопровождения.

Программы ТВ вещания создаются ТВ центрами.

При ТВ вещании используются две несущие частоты (ГОСТ 7845-79): несущая частота изображения fиз.н, несущая частота звука fзв.н.

При этом несущая частота изображения модулируется по амплитуде полным цветовым ТВ сигналом. Минимальная амплитуда несущей соответствует уровню белого, а максимальная - уровню сигналов синхронизации. Это обеспечивает минимальные искажения импульсными помехами — они появляются на изображении в основном в виде темных точек. Также повышается помехоустойчивость синхронизации, при передаче сигналов которой излучается максимальная мощность. Более полно используется модуляционная характеристика передатчика, т.к. при передаче сигналов синхронизации допускается использование ее нелинейных участков. Несущая частота звука модулируется по частоте сигналом звукового сопровождения.

На время обратного хода развертки, т.е. на время возвращения развертывающего луча от конца предыдущей строки (кадра) к началу последующей, в сигнал изображения вводятся импульсы гашения обратного хода разверточного луча (рис.2)

Здесь Тстр- время передачи одной строки (период строчной развертки); Тстр и (1- )Тстр- время обратного и время прямого ходов строчной развертки .

6

К ним относятся системы для измерения геометрических, динамических и цветовых характеристик, распознающие ТВС, ТВ машины и «системы зрения» роботов.

Существуют и другие системы классификации: по области применения - космические, медицинские, учебные и др.

Рис. 2 - Эпюры развертки ТВ сигнала

2. ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

2.1 ПАРАМЕТРЫ ТВ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОСЦИЛЛОГРАММЫ ПЦТС

ТВ изображение формируется, как правило, на экране ЭЛТ (или его ПП аналоге) и предназначено для восприятия глазом. Поэтому принципы формирования ТВ изображения, его параметры (как и параметры ТВС) должны быть строго согласованы с характеристиками зрения. К параметрам ТВ изображения обычно относят:

1) Формат изображения к = 1/ h, где 1 - ширина, h - высота изображения; для лучшего восприятия всего изображения в целом формат его должен быть близким к 4:3(в кино, телевидении). В телевидении высокой четкости принят формат 16:9.

2)Размер, определяемый при заданном формате высотой ТВ изображения h или диагональю D;

3)Яркость В оценивается обычно по максимальной яркости Bмах отдельных участков изображения,

4)Контраст изображения оценивается обычно с помощью следующих выражений:

где Bмах, Вmin - яркости самого светлого и самого темного участков изображения.

5) Четкость - определяется числом условных или реальных элементов разложения n=k·z2 ,

где z - число строк разложения; k – формат изображения.

6) Отношение сигнал/шум

Отношение сигнал/шум, в конечном счете определяет число градаций яркости и цветности, воспроизводимых в ТВ изображении; 7) Цветовоспроизведение характеризуется степенью отличия цветов (цветности) в ТВ

изображении от цвета (цветности), соответствующих участков исходного изображения; количественно выражается в колометрических единицах.

Кроме рассмотренных характеристик в практике ТВ измерений используют и ряд других; а) общее качество изображения Qобщ;

б) качество фокусировки Qфок,

в) равномерность фона в горизонтальном и вертикальном направлениях Lф; г) заметность тянущихся продолжений Dпр;

д) заметность повторных изображений Dп; е) заметность растровых искажений Dр.

Измерения рассмотренных выше характеристик производятся с экрана телевизора с помощью специальных тест-сигналов и испытательной таблицы УЭИТ.

ОСЦИЛЛОГРАММЫ ПЦТС

Сигнал изображения может быть представлен как периодическая функция с частотами

повторения fСТР=1/ТСТР и fК=1/ТК. На рис. 3 и рис. 4 приведены осциллограммы полного телевизионного сигнала. На рис. 3 осциллограммы а, б, в – показывают, как формируется

импульс гашения (рис. 3 а,б).

б) и импульс синхронизации (рис. 3в). Рис.4 показывает осциллограмму телевизионной строки с выделением контрольных уровней сигнала. Номинальная величина полного ТВ сигнала соответствует перепаду напряжения между контрольным уровнем белого и уровнем синхронизирующих импульсов.