семестр 2 / 00_расчётная_часть
.pdfМинистерство 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
___________________________________________________________________
Факультет
«Радио и телевидение»
Кафедра
«Телевидения и звукового вещания (ТиЗВ)»
Расчётно-графическая работа по дисциплине «Формирование и первичная обработка звуковых и видео сигналов»
«Разработка тракта телевизионной камеры»
Вариант 4
Выполнил |
|
|
Студент группы БРВ2201 |
_________________________ |
Велит А.И. |
Проверил |
|
|
К.т.н., доцент |
_________________________ |
Балабанов А.В. |
Москва 2026
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью выполняемой расчётно графической работы является разработка тракта телевизионной камеры от объектива до блока кодирования.
1.1. Исходные данные
Исходные данные выбираются для варианта номер 4: 1. Кадровая частота fz
|
f d300 |
1 |
(1) |
|
|
s |
|||
|
z |
|
|
|
2. |
Число строк в кадре zf |
|
|
|
|
zf d250 |
(2) |
||
3. |
Формат кадра k |
|
|
|
|
k d |
16 |
|
(3) |
|
9 |
|
||
4. |
Формат субдискретизации: 4:2:2. |
|
|
|
2. |
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ |
|
|
|
2.1. Структурная схема разрабатываемого устройства
Ниже, на рисунке 2.1.1 представлена структурная схема разабатываемого устройства.
Рисунок 2.1.1 Q Структурная схема разрабатываемого устройства
2.2. Расчёт верхней частоты ТВ сигнала
Расчёт верхней частоты ТВ сигнала осуществляется по следующей формуле:
f |
d0.5$k$z 2$f , |
|
max |
f z |
|
а её значение равно: |
|
|
fmax d16.66666667 MHz |
(4) |
|
2.3. Расчёт частот дикретизации |
|
|
Необходимо рассчитать две частоты дискретизации: частоту дискретизации
для яркостной составляющей fd_Y и частоту дикретизации для цветоразностных
составляющих fd_C. Так как по условию выполняемой работы формат
дискретизации 4:2:2, то частота дискретизации цветоразностных составляющих будет в два раза ниже, чем яркостной составляющей.
Частота дискретизации яркостной составляющей находится исходя из следующих условий:
1. Частота дискретизации должна быть в
|
1 |
|
раза больше верхней частоты ТВ |
|
0.4 |
||||
|
||||
сигнала, то есть больше 2.5 fz.
2. Частота дискретизцации должны быть кратна частоте кадров fz и частоте
следования строк fs.
Исходя из этих условий, частота дискретизации для яркостной состалвяющей будет равна:
fd_Y d42 MHz |
(5) |
а частота дикретизации для цветоразностных составляющих будет равна: |
|
fd_C d21 MHz |
(6) |
2.4. Выбор матрицы камеры
Необходимо выбрать матрицу для разрабатываемого устройства, исходя из следующих параметров:
1.Разрешение матрицы должно быть не меньше заданного (250х445);
2.Частота кадров камеры на заданном разрешении должна быть не ниже заданной;
3.Необязательным условием является вывод матрицей аналогового сигнала.
Под описанные условия подходит матрица ARX3A0 производства Onsemi, со
следующими характеристиками:
1. Кадровая частота: 360 кадров/секунда;
2.Разрешение 560х560 пикселей;
3.Размер стороны пикселя n 2.2 микрометра.
2.5. Расчёт оптических параметров
Необходимо рассчитать значение коэффициента диафрагмы K для каждой из цветовых составляющих: KR, KG, KB. Для этого необходимо задаться значением
длины волны для каждого из цветов. Так как цветопередача матрицы не идеальна, значения длин волн для каждого из цветов выбираются отличными от граничных:
1. |
Длина волны для красного цвета lR : |
|
|
lR d700 nm |
(7) |
2. |
Длина волны для зелёного цвета lG : |
|
|
lG d550 nm |
(8) |
3. |
Длина волны для зелёного цвета lB : |
|
|
lB d400 nm |
(9) |
Тогда коэффициенты диафрагмы для каждого из цветов будут равны: |
|
|
1. |
Для красного цвета KR : |
|
|
KR = 2.576112412 |
(10) |
2. |
Для зелёного цвета KG : |
|
|
KG = 3.278688525 |
(11) |
3. |
Для синего цвета KB : |
|
KB = 4.508196721 |
(12) |
2.6. Синтез аналогового фильтр нижних частот
Синтез аналогового ФНЧ осуществляется на основе рекомендации МСЭ-R BT.709-6. Требования к АФНЧ представлены ниже.
Рисунок 2.6.1 Q Требования к синтезируемому фильтру
Так как при одинарной частоте дискретизации редко можно добиться малых порядков синтезируемых фильтров, применяется двухкратный оверсемплинг частот дискретизации для яркостной и цветоразностных составляющих. То есть фактическая частота начала полосы задержания равняется частоте дискретизации, а не её половине. Итого, частоты для фильтров следующие:
1. Для яркостных составляющих: |
|
fc_Y d33.6 MHz |
(13) |
fs_Y d50.4 MHz |
(14) |
2. Для цветоразностных компонент: |
|
fc_C d16.8 MHz |
(15) |
fs_C d25.2 MHz |
(16) |
Однако, так как требований по ГВЗ не возможно было добиться на таких
частотах, они были увеличины.
Также требования к групповому времени задержки также предъявляются с учётом оверсэмплинга. То есть максимальное ГВЗ для синтезируемого фильтра для яркостной составляющей должно быть равно = 6.547619047 ns, а для синтезируемого фильтра для цветоразностных составляющих = 13.09523809 ns.
Синтез фильтров осуществлялся в программе MicroCap 12. Результаты синтеза предсталвенны ниже.
Рисунок 2.6.2 Q Схема АФНЧ для яркостной составляющей сигнала
Рисунок 2.6.3 Q Графики анализа синтезируемого АФНЧ для яркостной составляющей
Рисунок 2.6.4 Q Схема АФНЧ для цветоразностных составляющих
Рисунок 2.6.3 Q Графики анализа синтезируемого АФНЧ для яркостной составляющей
2.7. Выбор АЦП
Выбор АЦП осуществляется исходя из следующи критериев:
1.Разрядность АЦП не ниже 10 бит на отсчёт;
2.Частота следования отсчётов АЦП должна быть не ниже частоты
дискретизации.
По вышеописанным критериям был выбран АЦП ADS6124 производства
Texas Instruments. Это 12 битный АЦП с максимальной частотой следования отсчётов 105 MГц.
Рисунок 2.7.1 Q Пример схемы поделючения АЦП
2.8. Расчёт каскада согласования
Цель каскада согласования Q согласовать выход фильтра нижних частот с требованием к входному сигналу АЦП.
Так как матрица подаёт на выход сигнал 0.8В, после фильтра он становится равным 0.4В, а выбранный АЦП требует входного сигнала размахом 2 В, каскад согласования должен обладать коэффициентом усиления равным:
KU_n d5.000000000 (17)
Для каскада согласования был выбран усилителный неинвертирующий каскад на операционном усилителе. В качестве операционного усилителя был выбран операционный усилитель LM7171 производства Texas Instruments.