Контрольные вопросы

1. Нарисуйте обобщенную схему ТВ-системы. Поясните назначение функциональных элементов этой системы.

2. Назовите основные принципы телевидения.

3. Как следует понимать пространственную дискретизацию изображения?

4. Что называется разверткой изображения, и какие виды разверток вы знаете?

5. Назовите параметры развертки и дайте их количественные оценки.

6. Какие недостатки построчной развертки вы знаете?

7. В чем заключается сущность чересстрочной развертки?

1.3. Сигнал изображения

На выходе преобразователя свет-сигнал формируется видеосигнал. Этот сигнал является функцией времени и пропорционален яркости передаваемых элементов изображения. На рис. 1.6 в качестве примера приведен фрагмент видеосигнала за время равное длительности активной части строки, получаемый при развертке изображения в виде вертикальных черно-белых полос. Анализируя видеосигнал на рис. 1.6 можно сделать следующие выводы:

– сигнал имеет импульсный характер;

– сигнал однополярный (яркость не может быть отрицательной).

Форма видеосигнала, показанного на рис. 1.6, получена в предположении, что РЭ обладает точечной апертурой (поперечным сечением РЭ).

Однако апертура реальных РЭ имеет конечные размеры, что приводит к размытию крутых фронтов видеосигнала и уменьшению размаха этого сигнала от мелких деталей (деталей, размеры которых соизмеримы с размерами РЭ, рис. 1.7).

Рис. 1.6. Изображение и видеосигнал от него при развертке строки по линии аа

Рис. 1.7. Изображение и видеосигнал от него при конечных размерах РЭ

Это объясняется тем, что мгновенное значение видеосигнала пропорционально средней яркости элементов изображения, находящихся внутри апертуры РЭ.

При образовании сигнала от мелких чередующихся деталей его форма становится близкой к синусоидальной. При дальнейшем уменьшении размеров деталей размах сигнала от них становится настолько малым, что изображение таких деталей не может быть передано ТВ-системой.

Информация о яркости изображения передается только во время прямого хода развертки. Во время обратного хода развертки в видеосигнал замешиваются гасящие импульсы, разделяющие сигналы в соседних строках и полях. Видеосигнал вместе с гасящими импульсами называется ТВ-сигналом [2]. На рис. 1.8 изображен ТВ-сигнал от изображения в виде перемежающихся трех черных и двух белых вертикальных полос (рис. 1.6) при построчной развертке.

Рис. 1.8. Пример ТВ-сигнала при построчной развертке

Из этого рисунка следует: при передаче черных полос величина сигнала равна уровню черного; при передаче белых полос – уровню белого; во время обратного хода развертки по строкам и кадрам передаются гасящие строчные и кадровые импульсы. Вершины гасящих импульсов располагаются на уровне гашения (нулевом уровне).

ТВ-сигнал носит периодический характер. Просматриваются два периода повторения: один с периодом следования строк (Т_с), другой – с периодом следования кадров (Т_к).

Спектральные характеристики сигнала изображения. Известно, что любой периодический сигнал можно представить в виде суммы гармонических составляющих с частотами, кратными частоте повторе­ния сигнала:

,

(1.9)

где U_n – амплитуда, _n – частота; _n – начальная фаза «n» – гармонической составляющей; _n = 2 n/Т, где Т – период повторения сигнала.

Гармонические составляющие называются спектральными составляющими, а само представление сигнала в виде (1.9) называется спектральным разложением сигнала U(t) (спектром сигнала).

Отметим основные особенности спектра сигнала черно-белого изображения при чересстрочной развертке (рис. 1.9).

1. Величина спектральных составляющих сигнала убывает с ростом частоты.

2. Спектр сигнала изображения дискретный. Он содержит гармоники кF_c (где к = 1, 2, 3, …; F_с – частота повторения строк). Вокруг каждой гармоники кF_с спра­ва и слева группируются составляющие с частотами, отстоящими от нее на величину ± mF_п (где m = 1, 2, 3,..; F_п – частота повторения полей).

Таким образом, спектр сигнала изображения состоит как бы из «сгустков» энергии на частотах, кратных частоте строк. Описанная структура обусловлена периодичностью сигнала изображения с частотой строк и полей.

3. Спектр сигнала изображения имеет составляющую на нулевой частоте.

Рис. 1.9. Спектр сигнала черно-белого изображения: а – общий вид; б – фрагмент А в увеличенном масштабе; в – фрагмент В в увеличенном масштабе при движущемся объекте; U_ог – огибающая спектра

4. Для воспроизведения формы сигнала изображения достаточно передать составляющие спектра от нулевой частоты до f_max = ΔF. (Оценка величины ΔF была сделана ранее в п. 2.2).

5. При передаче движущегося объекта содержание каждого последующего изображения от кадра к кадру мало отличается от предыдущего, т.к. скорость смены кадров значительно больше скорости передвижения объекта по экрану. Однако перемещение объекта изменяет во времени амплитуды и фазы спектральных составляющих. Это приводит к тому, что вокруг каждой спектральной линии появляются составляющие настолько близко расположенные друг к другу, что спектральная линия вместе с этими составляющими образует непрерывный спектр, форма которого похожа на лепесток (рис. 1.9, в). Ширина таких «лепестков» составляет единицы герц и определяется скоростью движения изображения по экрану.