Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

                  

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

__________________________________________________________________

Кафедра Телевидения и звукового вещания

Лабораторная работа УТС-68 по дисциплине Телевидение

«Аналого-цифровое преобразование телевизионного сигнала»

     

Выполнили
Студенты группы БРВ2201:	_______________________ _______________________ _______________________	Велит А.И. Мусаев Д.Ш. Зейналов Р.А.
Проверил
Старший преподаватель кафедры ТИЗВ:	_______________________	Поташников А.М.

Москва 2025

1. Цель работы

Изучить процессы дискретизации и квантования изображения, а также влияние вносимых ими искажений в телевизионный сигнал.

2. Структурная схема

Ниже представлена схема исследуемого устройства.

Рисунок 1 – Схема аналого-цифрового преобразователя ТВ-сигнала

3. Ход лабораторной работы

1. Исследование искажений дискретизации

На вход макета подается сигнал тестовой последовательности с DVD-проигрывателя и устанавливается максимальная частота дискретизации, равная .

Рисунок 2 – Осциллограмма и изображение при максимальной частоте дискретизации

После чего необходимо снижать частоту дискретизации до тех пор, пока не появятся искажения. Таким значением оказалось , ниже на рисунке представлены осциллограмма и изображение с искажениями.

Рисунок 3 - Осциллограмма и изображение при 10 МГц

Далее на вход макета подается УЭИТ и снимается зависимость горизонтальной четкости от частоты дискретизации. Ниже на рисунках 4, 5 и 6 представлены изображения при 20 МГц, 10 МГц и 4 МГц частотах дискретизации соответственно.

Рисунок 4 – Изображение при 20МГц

Рисунок 5 – Изображение при 10 МГц

Рисунок 6 – Изображение при 4 МГц

Анализируя полученные изображения, можно сказать, что при частоте дискретизации в 20 МГц искажения нет или они не заметны, при частоте, равной 10 МГц, становятся трудно различимы высокочастотные горизонтальные линии, а при частоте 4 МГц уже искажены все горизонтальные составляющие.

2. Исследование искажений квантования

Разрядность АЦП устанавливается равной 8-ми и на вход макета подается испытательный сигнал «градационный клин».

Рисунок 7 – Изображение сигнала «градационный клин» при 8-разрядном АЦП

Ниже на рисунках представлены осциллограммы строк из различных контрольных точек (КТ точки из схемы на рисунке 1), с КТ1 по КТ9.

Рисунок 8 – Осциллограмма строки из КТ1

Рисунок 9 – Осциллограмма строки из КТ2

Рисунок 10 – Осциллограмма строки из КТ3

Рисунок 11 – Осциллограмма строки из КТ4

Рисунок 12 – Осциллограмма строки из КТ5

Рисунок 13 – Осциллограмма строки из КТ6

Рисунок 14 – Осциллограмма строки из КТ7

Рисунок 15 – Осциллограмма строки из КТ8

Рисунок 16 – Осциллограмма строки из КТ9

Таблица 1 – Кодовые комбинации АЦП и значения на пинах АЦП

	КК1	КК2	КК3	КК4	КК5	КК6	КК7	КК8
КТ1	1	0	1	0	1	0	1	0
КТ2	0	0	0	0	0	0	0	0
КТ3	1	1	1	1	0	0	1	0
КТ4	1	1	1	1	0	1	0	0
КТ5	1	1	1	1	0	0	0	0
КТ6	1	1	0	0	1	1	0	0
КТ7	1	0	1	0	1	0	0	0
КТ8	1	0	0	1	0	0	1	0
КТ9	1	0	0	1	0	0	1	0

Далее необходимо уменьшая число разрядов АЦП снять две осциллограммы строки на КТ11 выходе макета. Ниже представлены две осциллограммы для выхода КТ11 при разной разрядности АЦП.

Рисунок 17 – Осциллограмма КТ11 при 6-ти разрядном АЦП

Рисунок 18 – Осциллограмма КТ11 при 1-но разрядном АЦП

После чего необходимо подать с DVD-проигрывателя испытательное изображение «градационный клин» и измерить с помощью осциллографа величину искажений квантования для всех разрядов АЦП.

Рисунок 19 – Осциллограмма при разрядности АЦП равном 8

Среднеквадратическое значение шума квантования:

Рисунок 20 – Осциллограмма при разрядности АЦП равном 6

Среднеквадратическое значение шума квантования:

Рисунок 21 – Осциллограмма при разрядности АЦП равном 4

Среднеквадратическое значение шума квантования:

Рисунок 22 – Осциллограмма при разрядности АЦП равном 3

Среднеквадратическое значение шума квантования:

Рисунок 23 – Осциллограмма при разрядности АЦП равном 2

Среднеквадратическое значение шума квантования:

Рисунок 24 – Осциллограмма при разрядности АЦП равном 1

Среднеквадратическое значение шума квантования:

3. Оценка перегрузочной способности АЦП

Используя испытательное изображение «градационный клин», разрядности АЦП равному 8 и максимальной частоте дискретизации, необходимо увеличивать коэффициент передачи К и, контролируя осциллограмму одной из строк, определить размах , при котором возникают ограничения уровня ТВ сигнала сверху. Ниже представлена осциллограмма, по которой можно определить, что ограничение происходит по уровню .

Рисунок 25 – Осциллограмма строки с ограничением ТВ-сигнала сверху

После чего необходимо снять зависимость шумов квантования изображения от коэффициента K.

Ниже представлен рисунок с двумя осциллограммами, отображающими эту зависимость.

Рисунок 26 – Осциллограммы строки с различным коэффициентом K

На рисунке 26, осциллограмма под буквой А – строка при коэффициенте , тогда как осциллограмма под буквой Б – строка при коэффициенте .

4. Наблюдение искажений на RGB изображении

Ниже на рисунках 27 и 28 представлены изображения при частоте дискретизации 20 МГц и 6 МГц соответственно.

Рисунок 27 – Изображение при частоте дискретизации 20 МГц

Рисунок 28 – Изображение с искажениями при частоте дискретизации 6 МГц

4. Выводы

В ходе работы исследовано влияние дискретизации и квантования на качество ТВ-сигнала. Установлено, что частота дискретизации должна быть не ниже 20 МГц для отсутствия заметных искажений. Снижение разрядности АЦП с 8 до 1 бита приводит к значительному росту шумов квантования и потере градаций яркости. Наблюдение RGB-изображения подтвердило, что уменьшение частоты дискретизации вызывает цветовые искажения и муаровые узоры. Выбор параметров АЦП требует компромисса: для высокого качества необходимы достаточная частота дискретизации и разрядность квантования.