книги из ГПНТБ / Комаров Е.Ф. Учебное пособие радиотелемастера

Четкость. Любое телевизионное изображение содержит в себе как крупные, так и мелкие детали передаваемого объекта. Контуры крупных деталей, занимающих в форма­ те кадра значительное место, обычно передаются хорошо. Мелкие детали изображения или резкие переходы от одного уровня яркости к другому могут быть переданы хуже, тог­ да эти детали становятся плохо различимыми, а контуры отдельных предметов оказываются размытыми. При этом уменьшается четкость изображения. Таким образом, понятие четкости изображения всегда связывается с воспроизведе­ нием на просматриваемом изображении мелких деталей объекта.

Различают четкость по горизонтали (вдоль строк) и чет­ кость по вертикали. Из-за строчной структуры телевизион­ ного изображения при передаче деталей с размерами, близ­ кими к элементу разложения, четкость по вертикали может быть ниже четкости по горизонтали. Выбором параметров системы телевидения можно сделать так, что четкости изо­ бражения по горизонтали и по вертикали будут приблизи­ тельно равными.

Четкость телевизионного изображения принято оцени­ вать числом элементов, на которое разлагается изобра­ жение в данной системе телевидения, или числом строк в его разложении.

Чем на большее число строк разложено изображение, тем выше его четкость, но тем более сложной и дорогой получа­ ется система телевидения. Поэтому увеличение числа строк в разложении телевизионного изображения производится до определенного предела. В СССР согласно телевизионному стандарту изображение разлагается на 625 строк (почти 520 тысяч элементов разложения изображения), что обеспе­ чивает большую четкость и высокие качества передаваемого изображения.

Линейность. Как известно, при разложении на элементы изображения на передающей стороне и при воссоздании его на приемной развертка отдельных элементов изображения должна проходить с определенной, строго постоянной ско­ ростью. Только в этом случае формы и пропорции различных объектов передаваемого изображения сохранятся в теле­ визионном изображении. Тогда это изображение может считаться линейным. В передающей камере при помощи специальных сложных устройств линейность поддержива­ ется весьма высокой, и изображение может считаться (по

200

своим пропорциям) точной копией передаваемого изображе­ ния. В телевизионном приемнике из-за ряда причин скорость обхода отдельных участков экрана приемной трубки ока­ зывается различной. Возникает искажение формы отдельных объектов изображения. Изображение становится нелиней­ ным. Таким образом, нелинейностью изображения назы­ ваются искажения геометрического характера, вызванные различием скорости развертки на различных участках эк­ рана трубки.

Различают нелинейность развертки по горизонтали (по строкам) и по вертикали (по кадру). На рис. 119 показано

Рис. 119. Нелинейность изображения по горизонтали (а) и по вер­ тикали (б)

изображение шахматной доски при обоих видах нелиней­ ности. И в том и в другом случае скорость развертки сначала была нормальной, а затем снизилась. Как видно из рисун­ ков, нелинейность развертки заметно ухудшает качество изображения, поэтому при проектировании и ремонте гене­ раторов развертки обращается особое внимание на обеспе­ чение высокой линейности.

СТАНДАРТ ТЕЛЕВИДЕНИЯ СССР

Как уже было сказано выше, преобразование оптичес­ кого изображения в электрические сигналы (видеосигналы) производится при помощи передающей телевизионной труб­ ки. Воспроизведение принятого изображения на приемном конце происходит с помощью приемной трубки Принципы действия и конструкция передающих и приемных трубок п риблизительно одинаковы для всех телевизионных систем,

201

применяющихся в различных странах. То же относится к ряду узлов системы телевидения — УВС, блокам развер­ ток, приемному каналу и др. Однако передать полученный сигнал можно различными способами, применяя различные методы обработки сигналов и выбирая применительно к этим методам параметры сигналов. Поэтому в различных стра­ нах из экономических, технических и иных соображений по-разному подходят к выбору параметров телевизионной системы. В каждой стране принят определенный стандарт телевидения, который утверждает все основные параметры телевизионного вещания данной страны*. К ним относятся:

принятое число строк в разложении изображения; ширина полосы частот телевизионного тракта; рабочий диапазон волн; тип модуляции; принципы излучения.

Рассмотрим эти параметры применительно к телевизион­ ному вещанию СССР.

Число строк в разложении изображения

В различных странах передаваемое телевизионное изоб­ ражение разлагается на различное число строк (Англия — 405, США, Япония — 525, Франция — 819). В С С С Р, с о г л а с н о с т а н д а р т у , и з о б р а ж е н и е р а з ­ л а г а е т с я н а 6 2 5 с т р о к . Такое число строк сле­ дует считать оптимальным, так как при этом обеспечи­ вается высокое качество изображения при относительно невысокой сложности системы телевидения.

Ширина полосы частот телевизионного тракта

Этот параметр зависит от принятой четкости изображе­ ния, а также от числа строк, на которое разлагается изобра­ жение в данной системе телевидения. Параметр ширины полосы частот является определяющим для данной системы телевидения, так как, с одной стороны, он характеризует качество изображения, которое может обеспечить данная

* Всего существует 13 телевизионных стандартов. Из них 4 применяются в Европе.

202

система телевидения, а с другой — в большой степени опре­ деляет сложность и стоимость самой системы.

Определим требуемую ширину полосы пропускания сис­ темы телевидения, для чего найдем границы частотного спектра видеосигнала, проходящего через данную систему. Предположим, что через систему телевидения передается изо­ бражение, состоящее из чередующихся черно-белых полей, образующих некоторое подобие шахматной доски (рис. 120). Такое изображение в результате работы системы создается и на экране приемной трубки. Каждый переход «тона» от бе-

чает скачок напряжения видеосигнала на входе приемной трубки.

Учтя число таких изменений, происшедших за одну се­ кунду, можно найти границы частотного спектра видеосиг­ нала.

Предположим, что число черно-белых клеток уменьша­ ется. Это означает, что будет уменьшаться и число измене­ ний видеосигнала, а следовательно, его частота. Самым прос­ тым изображением, соответствующим самой низкой частоте видеосигнала, будет изображение, состоящее из двух полей, расположенных одно над другим (рис. 121). В этом случае при передаче каждого кадра напряжение видеосигнала пре­ терпевает одно полное изменение, т. е. за время передачи одного кадра изображения проходит один период напряже­ ния видеосигнала.

203

Смена кадров (полей) в телевидении должна производит­ ся с достаточно большой скоростью (частотой). В противном случае глаз успевает заметить чередование кадров и изоб­ ражение начинает м е р ц а т ь . Восприятие его резко ухудшается. Обычно критической частотой мерцания явля­ ется частота порядка 40—45 гц. Выбирая с некоторым запа­ сом, можно установить частоту смены полей кадров, рав­ ной частоте питающей сети, т. е. 50 гц*. Следовательно,

видеосигнала необходимо представить себе такое изображе­ ние, при котором видеосигнал изменялся бы наиболее часто. Таким изображением может быть изображение той же шах­ матной доски (рис. 120), но с размером клетки, равным раз­ меру одного элемента разложения изображения. Практи­ чески размер такого элемента оказывается равным ширине одной строки на экране приемной трубки, т. е. диаметру пятна электронного луча. Для определения высшей грани­ цы частотного спектра видеосигнала нужно подсчитать для этого изображения число полных изменений сигнала, проис­ шедших за одну секунду.

Формат кадра, принятого в телевидении, выбран с соот­ ветствии с форматом кинокадра и равен 4/3. Это значит, что длина каждой строки кадра больше его высоты в 4/3 ра­ за. Тогда при условии, что в высоте кадра располагается z строк, т. е. уложится г элементов (клеток шахматной доски), число элементов, которое разместится в одной строке, бу­ дет равно: 2 • k.

Здесь k — число строк в разложении (по стандарту— 025); г — формат кадра (по стандарту — 4/3).

При передаче одного полного кадра изображения число воспроизводимых элементов окажется равным:

z2k.

Так как за время, равное одной секунде, передается п кадров, то этому времени будет соответствовать число эле­ ментов:

z2kn.

ж е н и я и с т а н у т н е з а м е т н ы м и .

204

Время, за которое передаются два соседние элемента, соответствует одному полному изменению видеосигнала, т. е. одному периоду этого сигнала. Тогда можно сказать, что высшая частота спектра видеосигнала будет равна поло­ вине числа элементов, переданных за одну секунду, т. е.

г, ггк п

Если в эту формулу подставить указанные выше число­ вые значения и произвести нужные вычисления, то ока­ жется, что высшая частота сигнала будет равна почти 13 Мгц\

возможно, но значительного эффекта это не даст. Задача была решена, когда в систему телевидения была введена так называемая ч е р е с с т р о ч н а я р а з в е р т к а изобра­ жения. При такой развертке каждый кадр разбивается на два п о л у к а д р а и передается в д в а п р и е м а . Сна­ чала передаются все нечетные строки: 1-я, 3-я, 5-я,... и по­ следняя, 625-я, до половины. Эти строки образуют н е ч е т ­ н ы й п о л у к а д р . Затем передаются: вторая половина последней строки и все четные строки: 2-я, 4-я,... и т. д. до 624-й строки включительно. Этими строками образуется ч е т н ы й п о л у к а д р . На рис. 122 показана траектория движения светового пятна по экрану трубки при чересстроч­ ной развертке. Движение пятна вверх (обратный ход раз­ вертки) условно показано коротким. На самом деле при своем движении снизу вверх пятно успевает несколько раз переместиться справа налево и прочертить на экране

205

трубки несколько светящихся наклонных линий (линий обратного хода).

При воспроизведении изображения на экране приемной трубки в случае чересстрочной развертки каждый кадр дает два святящихся поля, причем строки одного поля размеща­ ются между строками другого. Из этого следует, что теперь число полных кадров с 50 можно уменьшить до 25 без появ­ ления мерцания изображения. В последней формуле величи­ на п уменьшается вдвое, что приводит к уменьшению также вдвое высшей граничной частоты видеосигнала (до 6,5 Мгц).

Учитывая некоторые особенности восприятия телезри­ телем изображения с экрана приемной трубки и наличие обратных ходов при развертке изображения, оказалось возможным еще сузить частотный спектр видеосигнала. Для этого в последнюю формулу вводится дополнительный коэф­ фициент — 0,75—0,85. Окончательно спектр частот видео­ сигнала принимается равным 6,0 Мгц.

Введение чересстрочной развертки несколько усложняет процесс синхронизации изображений, но существенно упрощает и удешевляет всю систему телевидения. Поэтому в настоящее время во всех государствах без исключения сис­ тема телевидения строится с применением чересстрочной развертки.

В СССР, согласно стандарту телевидения, передача изоб­ ражений ведется с разложением на 625 строк, при 25 кад­ рах (50 полукадрах) в секунду, при чересстрочной развертке. Спектр частот видеосигнала занимает область частот от 50 гц до 6,0 Мгц.

Рабочий диапазон волн

При передаче радиосигналов всегда используется процесс модуляции, в ходе которого один из параметров несущих колебаний (амплитуда, частота или фаза) изменяется по за­ кону передаваемой информации, т. е. по закону модулирую­ щего сигнала. На приемном конце происходит обратный процесс демодуляции (детектирования) сигнала. В процессе детектирования из модулированных колебаний выделяется модулирующий сигнал, огибающий сигналы несущей часто­ ты. Для обеспечения высокой точности воспроизведения оги­ бающей необходимо, чтобы ч а с т о т а н е с у щ и х к о ­ л е б а н и й б ы л а м н о г о б о л ь ш е в ы с ш е й ч а с т о т ы м о д у л и р у ю щ е г о с и г н а л а .

206

Ранее (см. предыдущий раздел) было показано, что выс­ шая частота модулирующего сигнала достигает значения 6 Мгц. Это значит, что длинные и средние волны не пригодны для передачи сигналов изображения ввиду принципиальной невозможности осуществить модуляцию (для этих диапазо­ нов частота несущих колебаний оказывается меньше высшей модулирующей частоты). Коротковолновый диапазон в его высокочастотной части можно было бы использовать для передачи телевизионных сигналов (данное условие соблю­ дается), но этому препятствуют особенности распростра­ нения коротких волн (наличие «мертвых» зон приема, многоконтурность изображения, явление «замирания» сигналов, нерегулярность приема, фазовые искажения передавае­ мых сигналов). Исходя из этого, можно сказать, что для передачи телевизионных сигналов оказываются пригодными лишь самые высокочастотные диапазоны, т. е. диапазон УКВ (метровые волны) и диапазон СВЧ (дециметровые и санти­ метровые волны).

ВСССР по телевизионному стандарту основное теле­ визионное вещание идет в диапазоне метровых волн, где для этой цели выделено 12 отдельных каналов. Частоты несущих колебаний сигналов изображения и звука для этих каналов даны в таблице 3.

Всвязи с освоением диапазона ДЦВ в настоящее время для передачи телевизионных сигналов выделено еще 19

207

622 мгц.

Несущие частоты изображения и звука для этих каналов приведены в таблице 4.

Нашей промышленностью начат серийный выпуск теле­ визоров, снабженных приставкой (конвертером) для приема сигналов в ДЦВ диапазоне.

Тип модуляции

Несущие колебания телепередатчика представляют со­ бой колебания одной частоты. В процессе модуляции частот­ ный спектр сигнала усложняется. В теории доказано, что если несущие колебания передатчика модулировать по амп­ литуде колебаниями одной-единственной частоты, то в спект­ ре модулированного сигнала, кроме несущей частоты, будут присутствовать еще две так называемые боковые частоты, одна из которых выше, а другая ниже несущей на величину,

208

равную частоте модулирующих колебаний (см. рис. 123, а). При амплитудной модуляции спектром частот в модулиро­ ванных колебаниях появляются две боковые полосы час­ тот (рис. 123, б) выше и ниже частоты несущих колебаний.

Таким образом, модулированный сигнал занимает в частотном диапазоне определенный участок. При ампли­ тудной модуляции ширина этого участка равна у д в о е н ­ н о м у з н а ч е н и ю в ы с ш е й м о д у л и р у ю щ е й

вает большую помехозащищенность системы телевидения, что особенно важно в условиях города, где много различных индустриальных помех.

Д л я п е р е д а ч и с и г н а л о в и з о б р а ж е ­ н и я и с п о л ь з у е т с я а м п л и т у д н а я м о д у ­ л я ц и я . А д л я п е р е д а ч и з в у к о в ы х с и г ­ н а л о в — ч а с т о т н а я . Номинальная полоса звуко­ вых модулирующих частот составляет 30—15 000 гц. Девиа­ ция частоты равна ± 50 кгц. Номинальный спектр частот видеосигнала — 6 Мгц.

ча с т о т .

Впредыдущем разделе указано, что даже при амплитуд­ ной модуляции несущей сигнала изображения спектр мо­ дулированного сигнала оказывается чрезмерно широким.

209