Л1-2_13-TV / TV

ТЕЛЕВИДЕНИЕ

1. ПОЛНЫЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СИГНАЛ (ПТС)

Телевизионное изображение формируется путем воспроизведения последовательности быстро сменяющихся статических изображений. Эти статические изображения называют полями. Частота смены полей выбирается исходя из инерционности восприятия человеческого зрения так, чтобы не было заметно прерывистости движения и мельканий воспроизводимых изображений.

Каждый кадр в телевидении формируется путем поэлементного чересстрочного засвечивания электронным лучом покрытых люминофором элементарных площадок экрана кинескопа. Электронный луч периодически сканирует весь экран, образуя на нем близко расположенные строки развертки. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана до нижнего правого. При этом во время прямого хода по горизонтали интенсивность луча изменяется пропорционально яркости передаваемого элемента изображения, изменяя, в свою очередь, яркость засвечиваемого им светового пятна, и образуя изображение на экране кинескопа телевизора.

Для формирования растра используются специальные сигналы. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной) развертки, а по вертикали – кадровой развертки (вертикальной). Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонтали) и из крайней правой позиции последней строки экрана в начальную позицию первой строки (обратный ход луча по вертикали) осуществляется специальными сигналами обратного хода (рис. 1.1).

Сигналы обратного хода формируются электронной схемой телевизора. Они не несут информации об изображении и проявляются на экране телевизора (тонкие наклонные светлые линии). Для устранения их заметности электронный луч кинескопа на время обратного хода развертки должен быть погашен. Это осуществляется специальными сигналами гашения.

Рис. 1.1. Формирование растра на экране кинескопа телевизора

а) – растр нечетных строк; б) – растр четных строк; в) – полный кадр

Таким образом, для формирования изображения на экране телевизора необходим ряд сигналов:

•сигнал, пропорциональный яркости передаваемой сцены;

•сигналы для синхронизации горизонтальной и вертикальной развертки (строчные и кадровые синхронизирующие импульсы);

•сигналы гашения по вертикали и горизонтали (строчные и кадровые гасящие импульсы).

Эти сигналы объединены в одном, называемом полным телевизионным сигналом (ПТС). Именно этот сигнал формируется на передающем центре, передается в эфир в виде радиочастотного телевизионного сигнала и принимается телевизорами.

На передающей стороне для построения телевизионного изображения снимаемый предмет или сцена проецируются объективом на экран преобразователя свет-сигнал. Полученный потенциальный рельеф считывается в определенной последовательности при сканировании площади преобразователя по двум координатам, создавая тем самым электрический сигнал изображения.

Для неискаженного воспроизведения на экране телевизионного приемника необходимо передать и развернуть изображение в той же последо-

вательности, с которой оно считывалось с экрана преобразователя светсигнал. В телевизионных системах эта задача решается путем замешивания и сигнал изображения синхронизирующих импульсов, которыми определяется порядок сканирования преобразователя свет-сигнал и порядок синтеза изображения на экране кинескопа.

Одним из основных элементов передающего тракта телевизионного (ТВ) сигнала, на который возложены функции формирования ПТС, является телевизионная камера – устройство, преобразующее оптическое изображение снимаемой сцепы в электрический телевизионный сигнал.

Рис. 1.2. Процесс формирования ТВ сигнала и синтеза изображения на экране телевизора

Процессы преобразования оптического изображения в электрический

сигнал (рис. 1.2) состоят из следующих этапов:

•проецирование объекта съемки на чувствительную поверхность преобразователя свет-сигнал видеокамеры;

•дискретизация входного оптического изображения – представление изображения в виде совокупности элементарных площадок преобразователя

свет-сигнал, в пределах которых принимаются во внимание средние значения яркости в заданном участке спектра оптического излучения;

•последовательное во времени преобразование яркости и цвета проецируемого изображения в электрические сигналы;

•формирование полного цветового телевизионного сигнала и транслирование его на передающий центр.

Структурная схема видеоаппаратуры неразрывно связана с параметрами телевизионного сигнала. Разобраться с назначением тех или иных блоков видеоаппаратуры, грамотно оценить ее преимущества и недостатки можно только зная структуру и характеристики полного цветового телевизионного сигнала (ПЦТС).

1.1.ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

Всистеме черно-белого телевидения полный ТВ сигнал состоит из сигнала яркости и сигналов синхронизации. Сигнал яркости состоит из исходного сигнала яркости, сигналов синхронизации, гашения и является аналоговым многоуровневым сигналом.

Рассмотрим пример формирования ТВ сигнала изображения, состоящего из белой и черной полос на сером фоне. Распределение яркости L(x) этого изображения в пределах одной строки показано на рис. 1.3,а. Обычно форма исходного сигнала яркости u(t) повторяет зависимость L(x) на выходе анализирующего устройства. Так как исходный сигнал яркости мал (0,01...0,1 В), он подвергается усилению широкополосным усилителем. В процессе усиления (из-за разделительных конденсаторов) теряется постоянная составляющая, характеризующая среднюю яркость изображения, и исходный сигнал принимает вид, показанный на рис. 1.3,6. Затем в этот сигнал замешиваются импульсы (рис. 1.3,в), предназначенные для гашения электронного пучка в кинескопе во время обратного хода развертки. Введение гасящих импульсов в сигнал и, позволяет получить сигнал яркости и2 с восстановленной постоянной составляющей. На этом же рисунке отмечены характерные уровни сигнала (белого, черного, гашения). Размах сигнала отсчитывается между уровнями белого и черного.

Рис. 1.3. Формирование полного телевизионного сигнала

В общем случае уровень черного не совпадает с уровнем гасящих импульсов, между ними образуется так называемый защитный интервал. Длительность гасящего импульса α соответствует времени обратного хода развертки по строкам. Относительная потеря времени на обратный ход α/Н (Н – период строчной развертки) нормируется и не должна превышать определенной величины. В системах SECAM и PAL Н = 64 мкс, α = 12 мкс.

Вполученный сигнал яркости замешиваются синхронизирующие импульсы строк длительностью d = 4,7 мкс (рис. 1.3,г) с соблюдением интервала между фронтами синхронизирующих и гасящих импульсов длительностью с = 1,5 мкс. В результате получается ПТС (его гасящие и синхронизирующие импульсы полей на рис. 1.3,г не показаны). Нормированный размах полного ТВ сигнала между уровнями белого и вершин синхроимпульсов на нагрузке 75 Ом равен 1,0 В, из которых 0,3 В отводится на синхронизирующую составляющую ПТС. При этом за нулевой (опорный) принят уровень гасящих импульсов. Из рис. 1.3, г видно, что сигналы синхронизации располагаются в области "чернее черного".

Полярность сигнала, показанного на рис. 1.3,в, принято считать положительной (потенциал уровня белого выше уровня черного). В большинстве стран высокочастотные колебания телевизионных каналов модулируются по амплитуде ПТС отрицательной полярности (рис. 1.3,д), в котором уровень черного превышает уровень белого. В этом случае:

•передатчик излучает в среднем существенно меньшую мощность, так как в телевещании преобладают светлые сцены, “прижимающие” огибающую несущей изображения к оси времени;

•повышается помехоустойчивость синхронизации, так как при передаче синхроимпульсов передатчик излучает максимальную мощность.

1.2.ЭЛЕМЕНТЫ СИНХРОНИЗАЦИИ

Всистемах ТВ вещания передача сигналов изображения и синхронизации осуществляется по одному физическому каналу с временным и уровневым разделением (синхронизирующие сигналы передаются во время гасящих импульсов строк и полей, как показано на рис. 1.3,в).

Основным блоком системы синхронизации является синхрогенератор, размещаемый на передающей стороне. В нем имеется задающий генератор с кварцевой стабилизацией, частота колебаний которого делится до двойной частоты строк 2FH = 31250 Гц. Из этих колебаний в формирователе получают импульсы с частотами FH и полей Fv = 50 Гц, жестко связанные между собой по фазе. В свою очередь, из сигналов 2FН, FН и FV с помощью специальных формирователей получают импульсы гашения строк и полей, а также сигналы синхронизации в виде совокупности синхронизирующих импульсов полей и строк. Форма сигналов синхронизации при чересстрочной развертке и их основные параметры приведены на рис. 1.4.

Рис. 1.4 Форма сигналов синхронизации

Одновременно с гасящим импульсом поля формируется последовательность синхронизирующих импульсов m=2,5H, при этом длительность импульсов q = 27,3 мкс и промежутков между ними r = 4,7 мкс.

Перед синхронизирующими импульсами полей размещена первая

(i = 2,5Н), а после них вторая (n = 2,5Н) последовательности уравнивающих импульсов. Они предназначены для уточнения формы и фазы импульсов синхронизации смежных полей, выделяемых в телевизоре. Длительность каждого уравнивающего импульса р = 2,35 мкс, частота их следования равна 31250 Гц. Приведенная на рис. 1.4 форма сигнала обеспечивает сохранение стабильной синхронизации по строкам во время гасящих импульсов полей.

Структура сигнала синхронизации для первого и второго полей одинакова, но имеется и различие. Оно заключается в том, что при чересстрочном разложении за время каждого поля должно разворачиваться точно 312,5 строк. Начала разверток по строкам, отмеченные на рис. 1.4 стрелками, смещены в соседних полях на 0,5Н. По этой причине интервал между последним синхронизирующим импульсом строк и началом импульса синхронизации первого поля равен 3Н, а для второго поля 3,5Н.

Осциллограмма КГИ и КСИ системы PAL

Рассмотрим пример селекции из полного ТВ сигнала сигналов синхронизации для управления соответствующими генераторами разверток. В телевизорах и другой видеоаппаратуре полный ТВ сигнал с выхода видеодетектора подается в формирователь сигналов, поступающих на управляющие электроды кинескопа, и на селектор сигналов синхронизации (рис. 1.5). Селектор представляет собой ограничитель, на выходе которого получается последовательность сигналов синхронизации строк и полей (рис. 1.6,а), отделенная от сигнала изображения. Это достигается использованием дифференцирующих и интегрирующих цепей. Результат дифференцирования (RдифСдиф << р = 2,35 мкс) приведен на рис. 1.6,6, и показанные здесь штрихами отрицательные импульсы не используются.

Рис. 1.5. Селектор синхроимпульсов

Рис. 1.6. Временные диаграммы: КГИ (α), формирования ССИ (б) и КСИ (в)

В течение большей части времени гасящего импульса полей импульсы строчной синхронизации следуют с двойной частотой (31250 Гц) и после деления частоты на 2 синхронизируют задающий генератор блока строчной развертки.

Сигнал синхронизации развертки по полям выделяется с помощью интегрирующей цепи (рис. 1.6,в). За время действия синхронизирующих импульсов строк или уравнивающих импульсов напряжение па выходе интегрирующей цепи (RuнmCuнm >> m = 2,5Н = 160 мкс) незначительно возрастает, а затем спадает. В результате интегрирования последовательности син-

хроимпульсов полей напряжение на выходе цепи возрастает до своего максимального значения, определяемого длительностью кадрового синхронизирующего импульса. Здесь разница в длительностях импульсов строк и полей преобразовывается в разницу по их размаху. Зубцы на интегрированном импульсе поля являются результатом воздействия импульсов врезок (r = 4,7 мкс) и задних уравнивающих импульсов. На рис. 1.6, в отмечен уровень срабатывания UCР, при достижении которого осуществляется синхронизация генератора кадровой развертки.

Для обеспечения чересстрочного разложения необходимо, чтобы длительность четных и нечетных полей (312,5H) была одинаковой, с погрешностью не более (0,05+0,1)Н; в противном случае наложение строк смежных нолей будет заметным. Основной причиной этой погрешности является различие в удалении строчных импульсов в смежных полях от последовательности m на 0,5H. Уравнивание условий интегрирования достигается использованием уравнивающих импульсов l общей протяженностью 2,5Н и размещением их перед импульсами синхронизации полей m.

1.3.СПЕКТР ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

Вслучае линейного преобразования свет-сигнал текущее значение частоты спектральных составляющих сигнала

fk,l = kFH ± lFv, (I.I)

где k и / целые числа (0, 1, 2, 3,...), FH и Fv – частоты разверток. Составляющие с частотами kFH образуют первичный спектр ТВ сигнала (рис. 1.7,а), амплитуды составляющих которого с ростом частоты быстро убывают. Около каждой из частот первичного спектра группируются боковые составляющие, образующие вторичный спектр с частотами IFV, кратными частотам кадровой развертки (рис. 1.7,б). Амплитуды этих составляющих также убывают с частотой. Постоянная составляющая спектра характеризует среднюю яркость изображения. Таким образом, спектр ТВ сигнала является дискретным (линейчатым). Соотношение между амплитудами составляющих первичного и вторичного спектров зависит от вида изображения и его расположения относительно растра.