Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

В ТВ канале происходит дальнейшее усиление видеосигнала, коррекция его искажений и формирование полного ТВ сигнала, для чего

ввидеосигнал замешиваются гасящие и СИ строк и полей. Эти импульсы заводятся в ТВ канал от специального генератора импульсов

– синхрогенератора 9. Синхрогенератор вырабатывает импульсы, необходимые для работы всей ТВ системы, и обеспечивает строгое соотношение частот между ними. Вырабатываемые синхрогенератором СИ обеспечивают синхронность и синфазность разверток приемной и передающей трубок. Поскольку блок разверток передающей трубки находится непосредственно в передающей камере, то КСИ и ССИ отдельно подводятся к соответствующим генераторам блока разверток непосредственно от синхрогенератора. Необходимая для синхронизации блока разверток приемной трубки смесь синхроимпульсов передается вместе с видеосигналом.

Сформированный и усиленный полный ТВ сигнал поступает на модулятор радиопередатчика 8, где модулирует его несущую частоту, а затем

ввиде высокочастотных колебаний поступает в передающую антенну. Принятые приемной антенной радиосигналы непосредственно по-

ступают в ТВ приемник. Современные ТВ приемники строятся только по супергетеродинной схеме. В телевизорах применяется совместное усиление высокочастотным трактом сигналов изображения и звукового сопровождения с последующим их разделением и дополнительным усилением. В зависимости от точки разделения сигналов усилительный тракт ТВ приемника строится по одному из двух вариантов, называемых одноканальным и двухканальным.

Одноканальная схема предполагает общее усиление на промежуточной частоте ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения(см. рис. 8.4). Поэтому в высокочастотной части телевизора10 осуществляются выбор соответствующего канала, предварительное усиление радиосигналов и их частотное преобразование в промежуточные частоты изображения (38 МГц) и звукового сопровождения (31,5 МГц). Оба сигнала после преобразования усиливаются одним многокаскадным усилителем промежуточной частоты11, который имеет достаточно широкую полосу пропускания, а затем детектируются амплитудным детектором 12. Видеодетектор представляет собой нелинейный элемент и выполняет функцию простейшего преобразователя. Поэтому на его входе, кроме видеоспектра, образуется также сигнал частоты биений между промежуточными несущими частотами изображе-

лезная информация, соответствующая сигналу звукового сопровождения, определяется ЧМ сигнала разностной частоты.

Основное преимущество одноканальной схемы ТВ приемника состоит не только в отсутствии необходимости иметь отдельные гете-

262 Глава 8. Особенности построения телевизионных систем

родины и смесители для сигналов изображения и звука, но и в том, что отсутствует нестабильность настройки сигнала звукового сопровождения, связанная с изменением частоты гетеродина в блоке10.

В данном случае отклонение частоты генератора высокочастотного блока телевизора от номинала приводит к равному изменению промежуточных частот видеосигнала и сигнала звука, а разностная частота, равная 6,5 МГц, остается неизменной. На разностную частоту настроены усилитель промежуточной частоты звука, амплитудный ограничитель и частотный детектор, входящие в канал звукового сопровождения 13. Кроме того, в блок 13 входит усилитель низкой частоты, с выхода которого усиленный сигнал звуковой частоты подается на акустическую систему 14.

Усиленный видеоусилителем 15 полный ТВ сигнал подается на блок цветности 16, в котором формируются видеосигналы основных цветов, подводимые к цветному кинескопу 17.

С выхода видеоусилителя сигнал поступает также в канал синхронизации 18, в котором обеспечивается отделение синхроимпульсов от видеосигнала и разделение ССИ и КСИ. Далее эти импульсы синхронизируют задающие генераторы блоков кадровой 19 и строчной 20 разверток электронных лучей кинескопа соответственно. Формируемые генераторами разверток отклоняющие токи подаются на отклоняющую систему кинескопа. Кроме того, выходной каскад генератора строчной развертки одновременно служит источником высокого -на пряжения для питания кинескопа, которое получается путем выпрямления импульсов строчной частоты, образуемых в обмотке автотрансформатора этого каскада.

В современных ТВ приемниках используются автоматические регулировки ряда параметров, например, яркости, размера растра. Блоки 10, 11 приемника, как правило, охвачены схемой АРУ, обеспечивающей поддержание выходного уровня видеосигнала как при переходе приема с одной программы на другую, так и при изменении условий распространения радиоволн и других факторов, влияющих на величину видеосигнала.

8.3. Вещательные системы цветного телевидения

Принципы построения систем цветного телевидения. Совре-

менное цветное телевидение базируется на теории трехкомпонентного цветового зрения, из которой следует, что смешением трех основных спектральных цветов, взятых в определенных пропорциях, можно получить все возможные цвета. При этом основные цвета должны быть линейно - независимыми, т.е. ни один из них не может быть получен путем смешения двух других. В качестве основных обычно берутся следующие цвета монохроматического излучения: красный (R)

с длиной волны l = 700,1 нм, зеленый (G) – l = 546,1 нм, синий (B) – l = 435,8 нм. Например, равноэнергетический белый цвет можно получить смешением в равной пропорции основных цветов R, G, B.

Для передачи по телевидению многоцветное изображение объекта на передающей стороне должно быть разделено на три одноцветных изображения (в красном, зеленом и синем цветах). Далее видеосигналы ER , EG , EB данных одноцветных изображений следует передать по каналу связи по аналогии с черно-белым .ТВНа приемной стороне для получения цветного изображения объекта необходимо воспроизвести три одноцветных изображения и осуществить их - со вмещение.

Важнейшим требованием, предъявляемым к системам цветного ТВ, является совместимость, означающая:

1)возможность приема цветных передач в черно-белом виде на существующие черно-белые телевизоры (прямая совместимость);

2)прием сигналов черно-белого ТВ на цветные телевизоры(обратная совместимость);

3)передачу сигналов цветного и черно-белого ТВ по одному и тому же каналу связи (в полосе частот черно-белого ТВ).

Для обеспечения совместимости в цветном ТВ необходимо иметь сигнал, который создавал бы нормальное черно-белое изображение

справильным воспроизведением градаций яркости цветного объекта. Поэтому в совместимых системах цветного ТВ из полученных на пе-

редающем конце видеосигналов основных цветов ER , EG , EB формируется яркостный сигнал EY:

в котором численные значения коэффициентов, определяющих долю напряжений видеосигналов основных цветов, выбраны с учетом характеристик принятого опорного белого цвета D6500 (источника с цветовой температурой 6500К, соответствующего излучению дневного облачного неба) и координат цветности люминофоров современных цветных кинескопов. Яркостный сигнал EY в соответствии с выражением (8.1) формируется с помощью кодирующей матрицы, которая представляет собой резистивные делители напряжения с общей нагрузкой.

Кроме яркостного сигнала, в совместимой системе цветного ТВ необходимо передавать информацию о цветности. Практически достаточно передавать на приемную сторону только два цветных сигнала, например ER и E B . Третий цветовой сигнал EG может быть легко получен на приемном конце матрицированием на основании уравнения (8.1). Однако непосредственная передача сигналов ER и EB нецелесообразна, поскольку данные сигналы, кроме информации о цве-

те, содержат избыточную информацию о яркости, которая уже имеется в сигнале EY. Поэтому во всех совместимых системах цветного ТВ передаются цветоразностные сигналы

EY. Особенность цветоразностных сигналов заключается в том, что они не содержат информации о яркости. Например, их амплитуда равняется нулю при передаче белых или серых участков изображения, когда E R = EG = EB = EY, и мала на слабо насыщенных цветах. Так как такие цвета обычно преобладают, то средняя амплитуда цветоразностных сигналов гораздо меньше максимальной и много меньше той средней амплитуды, которая была бы при передаче сигналов E R , EG , EB . Это намного улучшает помехоустойчивость и совместимость систем цветного ТВ. Причем цветоразностные сигналы достаточно передавать в сокращенной полосе до 1,5 МГц. Это объясняется особенностями зрительного восприятия цветных изображений. Экспериментальные исследования показали, что цветными зрительный

аппарат человека воспринимает только крупные и средние детали изображения. Мелкие детали, которым соответствуют частоты цветоразностных сигналов более 1,5 МГц, достаточно воспроизводить чер- но-белыми, при этом общая оценка качества цветного изображения практически не ухудшится.

В совместимых системах цветного ТВ яркостный и цветоразностный сигналы должны передаваться в стандартной полосе частот чер- но-белого ТВ. Для этого используется уплотнение спектра яркостного сигнала сигналами цветности.

Практически в спектр яркостного сигнала вводятся одна или две поднесущие частоты, промодулированные двумя цветоразностными сигналами. Способ передачи и приема цветоразностных сигналов и различает между собой современные вещательные системы цветного ТВ. В настоящее время в различных странах мира эксплуатируются три вещательные системы цветного телевидения. Например, в США разработана цветная система с квадратурной модуляцией поднесу-

щей частоты NTSC (National Television System Committee, т.е. систе-

ма, предложенная Национальным комитетом ТВ систем). Система NTSC используется в 54 странах мира с населением870 млн. человек. В ФРГ разработана система с квадратурной модуляцией и строч-

но-переменной фазой PAL (Phase Alternation Line). Система PAL экс-

плуатируется в 81 стране мира с общим населением3,5 млрд. человек. В нашей стране и еще в60 странах мира с населением 760 млн. человек используется система цветного телевидения с последова-

тельной передачей цветоразностных сигналов и частотной модуляцией поднесущих SECAM–III.

Система цветного телевидения SECAM-III. Отличительной осо-

бенностью этой системы является использование ЧМ для передачи цветоразностных сигналов. ЧМ принята для уменьшения дифференциальных искажений, т.е. зависимостей фазы поднесущей (искажения типа «дифференциальная фаза») и ее амплитуды(«дифференциальное усиление») от уровня яркостного сигнала. Последовательная передача ЧМ сигналов цветности практически освобождает данную систему от фазовых искажений, влияющих на качество цветопередачи. Кроме того, в системе SECAM-III устраняются перекрестные иска-

жения между сигналами цветности и связанные с ними искажения цветового тона, так как в каждый момент времени по каналу цветоразностный сигнал модулирует по частоте свою поднесущую. Поднесущие являются гармониками строчной частоты и отстоят друг от друга на 10 строчных интервалов:

где fz = 15 625 Гц – частота строчной развертки.

Выбор двух поднесущих частот позволил при сохранении совместимости системы повысить помехоустойчивость передачи.

Возможность поочередной (через строку) передачи сигналов цветности основывается на особенностях зрительного аппарата человека. Так как мелкие детали изображения воспринимаются черно-белыми,

ный модулятор передающего устройства поступают несколько видоизмененные цветоразностные сигналы, которые принято обозначать символами DR и DB . Эти сигналы формируются из цветоразностных сигналов ER -Y и EB-Y следующим образом:

DR = -1,9 ER -Y , DB = 1,5 EB-Y .

Введение коэффициентов при ER -Y и EB-Y обеспечивает одинаковые максимальные девиации частот. Знак «минус» в уравнении для сигнала DR говорит об инвертировании этого сигнала. Делается это для того, чтобы при передаче наиболее часто встречающихся цветов (красного, оранжевого, желтого) уменьшить видность поднесущей на экранах телевизоров и избежать ограничения поднесущей в тракте передачи изображения.

На видность поднесущей на экранах телевизоров влияет ее размах. Поэтому поднесущие передаются с компрессией. Практически уровень поднесущих выбирается равным приблизительно20 % от

Рис. 8.5. Совмещенные спектры сигналов системы SECAM-III

размаха яркостного сигнала EY . Для примера на рис. 8.5 представлены совмещенные спектры системы SECAM-III.

Формирование всех сигналов системыSECAM, передаваемых по каналу связи, осуществляется в кодирующем устройстве(рис. 8.6). Видеосигналы основных цветов E¢R , EG¢ , E¢B , подвергнутые гаммакоррекции (знак «штрих» означает гамма-коррекцию сигналов), с выхода камерного канала поступают на кодирующую матрицу1, с помощью которой формируется сигнал яркости EY¢ и два цветоразностных сигнала D¢R и D¢B. В устройствах 6, 7 сигналы D¢R и D¢B подвергаются низкочастотным предыскажениям. Электронный коммутатор 8 обеспечивает поочередное переключение цветоразностных сигналов от строки к строке. Ограничение спектра частот чередующихся во времени сигналов D¢R и D¢B осуществляется с помощью ФНЧ9 . Перед подачей сигналов D¢R и D¢B на вход частотно-модулированного генератора (ЧМГ) 11 они подвергаются ограничению по амплитуде в амплитудном ограничителе 10. Необходимость амплитудного ограничения объясняется появлением в сигналах цветности выбросов, возникающих на цветовых переходах в результате действия низкочастотных предыскажений. В ЧМГ осуществляются генерирование и модуляция поднесущих, причем сигналы D¢R и D¢B модулируют разные поднесущие. Поэтому на ЧМГ подается напряжениеU1 , представляющее собой симметричные импульсы полустрочной частоты, изменяющие частоту покоя частотного модулятора от строки к строке. После ЧМГ сигнал поступает на блок коммутации фазы поднесущих12, который меняет на180° фазу поднесущих частот в начале каждой третьей строки и каждого поля. Это делается для улучшения совместимости, так как уменьшает заметность помех от поднесущих на -эк ранах телевизоров. Следующим элементом кодирующего устройства, через который проходят сигналы цветности, является схема высокочастотных предыскажений 14, увеличивающая амплитуду частотномодулированных составляющих, формируемых ЧМГ. В блоке подав-

Рис. 8.6. Структурная схема кодирующего устройства SECAM-III

ления поднесущих 13 канал цветности отключается в интервалы времени, соответствующие передаче сигналов синхронизации для ТВ приемников. Это необходимо для того, чтобы колебания поднесущих не наложились на импульсы синхронизации.

В канал яркости кодирующего устройства входят усилитель2, линия задержки (ЛЗ) 3, корректор перекрестных искажений 4. В суммирующем устройстве 5 складываются сигналы цветности с яркостным сигналом и импульсами синхронизации для приемных устройств.

С помощью ЛЗ осуществляется совмещение во времени сигналов яркости и цветности, которые поступают на сумматор5. Необходимость включения ЛЗ обусловлена дополнительной задержкой сигналов D¢R и D¢B в устройствах предыскажений ФНЧ и ЧМГ. Корректор перекрестных искажений предназначен для уменьшения помех в телевизоре, возникающих из-за биений между сигналами цветности и высокочастотными составляющими яркостного сигнала.

Отличительной особенностью системы SECAM-III являются предыскажения цветоразностных сигналов перед их передачей по каналу связи, осуществляемые в кодирующем устройстве. Для повышения помехоустойчивости в кодирующем устройстве обеспечивается подъем высокочастотных составляющих цветоразностных сигналовD¢R и D¢B с помощью корректирующего фильтра, частотная характеристика которого в децибелах определяется по модулю следующим выражением:

Рис. 8.7. Характеристика цепи низкочастотных предыскажений сигнала изображения

где f1 = 85 кГц – экспериментально установленное значение постоянной частоты, для которой K1 = 0 дБ. Поскольку предыскажениям подвергаются немодулированные, т.е. низкочастотные сигналы цветности, то данный вид предыскажений называется низкочастотным.

В графической форме частотная характеристика корректирующего контура, осуществляющего низкочастотные предыскажения, представлена на рис. 8.7.

Другой вид предыскажений, применяемый в системе SECAM-III, – это высокочастотные предыскажения, которым подвергаются ЧМ сигналы цветности. Действие предыскажений проявляется в увеличении амплитуды поднесущей частоты при отклонении от ее номинального значения. Предыскажения осуществляются с помощью электрической

С помощью этого предыскажения ослабляется заметность поднесущих на черно-белом изображении при передаче малонасыщенных цветов и повышается помехоустойчивость передачи сигналов цветности. Графически зависимость коэффициента передачи цепи высокочастотных предыскажений изображена на рис. 8.8.

Процесс поочередной передачи сигналов цветности требует их опознавания в приемных устройствах. Для этого в системе SECAM-III

с частотой полей передаются сигналы цветовой синхронизации. Сигнал опознавания формируется в кодирующем устройстве телецентра в виде серии из 9 импульсов трапецеидальной формы отрицательной

Рис. 8.10. Структурная схема декодирующего устройства SECAM-III

В приемном декодирующем устройстве(рис. 8.10) полный сигнал EY¢ после видеодетектора усиливается в усилителе1 и разделяется на два канала: яркостной и цветовой информации. Сигнал EY¢ проходит через ЛЗ 2, аналогичную таковой в кодирующем устройстве, и режекторный фильтр 3, подавляющий в сигнале яркости частотномодулированный сигнал цветности.

В канале цветности сигналы DR¢ , D¢B поступают на корректор высокочастотных предыскажений 4, устраняющий АМ поднесущей, вызванную высокочастотной предкоррекцией в кодирующем устройстве. Таким образом, на выходе устройства 4 существует последовательность частотно-модулированных, чередующихся от строки к строке цветоразностных сигналов DR¢ и D¢B.

Необходимым условием получения в приемном устройстве цветоразностного сигнала EG¢ -Y является одновременное наличие двух других цветоразностных сигналов, для чего в телевизор вводится ультразвуковая ЛЗ 5 на 64 мкс. Функцию разделения цветовых сигналов DR¢ и D¢B выполняет электронный коммутатор 6, переключающий с частотой строк каналы прямого и задержанного сигналов на входы каналов демодуляции сигналов DR¢ и D¢B. Здесь сигналы DR¢ и D¢B поступают на амплитудные ограничители 7, 11, которые устраняют паразитную АМ, возникающую в ЛЗ и коммутаторе. Частотные детекторы 8, 12 преобразуют частотно-модулированные сигналы DR¢ и D¢B в низкочастотные цветоразностные сигналы. Демодулированные цветоразностные сигналы поступают на входы корректоров низкочастотных предыскажений 9, 13, которые компенсируют изменения частотной характеристики, вводимые в кодирующем передающем устройстве. После этого сигналы E¢R -Y и E¢B-Y усиливаются и подаются на цветной кинескоп.