1.4. Спрощена схема відеозв’язку
З’ясуємо, які частоти застосовують у телебаченні – однієї з галузей майбутнього місця праці фахівців із телекомунікацій за спрощеній схеми відеозв’язку, а також ще раз переконаємось у необхідності опанування засад електродинаміки.
Одним з широко поширених джерел отримання інформації є телебачення. Відомо, що 80% інформації людина отримує через органи зору. Телебачення уможливлює побачити Еверест або Ніагарський водоспад, відвідати інші куточки нашої планети, стежити за спортивними змаганнями або отримати останні політичні та економічні новини без виходу з домівки тощо. Це можливо завдяки роботі багатьох людей та функціонуванню комплексу технічних засобів, що забезпечують передавання зображення та звуку від джерела сигналу до користувача. Цей комплекс має назву телевізійний тракт.
1.4.1. Структурна схема відеозв’язку
Зазвичай у системах відеозв’язку зображення передають паралельно звуковому супроводу.
Спрощену структурну схему такої системи наведено на рис.1.7.
Рисунок 1.7. Спрощена структурна схема відеозв’язку
Позначення на рис. 1.7:
1 – інформаційний об`єкт;
2 – мікрофон;
3 – формувач сигналу зображення;
4, 18 – генератор горизонтальної розгортки;
5 – підсилювач звуку;
6 – відеопідсилювач;
7, 15 – генератор вертикальної розгортки;
8 – перетворювач сигналів (передавач);
9 – генератор синхроімпульсів;
10 – середовище поширення електромагнітних хвиль;
11 – підсилювач звукового сигналу;
12 – перетворювач прийнятого сигналу (приймач);
13 – селектор синхроімпульсів;
14 – підсилювач відеосигналу;
16 – звуковідтворювальна система;
17 – телевізійна трубка;
19 – одержувач інформації.
Об’єкт (1), інформацію щодо якого треба передати одержувачу (19). Звуковий сигнал з мікрофона (2) через підсилювач звуку (5) надходить до перетворювача сигналів (передавача) (8). Відеосигнал, сформований приймальною трубкою (3), через відеопідсилювач (6) також надходить до перетворювача сигналів (передавача) (8). Відеосигнал створено інформаційним сигналом і генератором горизонтальної (рядкової) (4) та вертикальної (кадрової) (7) розгорток, робота яких узгоджена генератором синхроімпульсів (9). Після перетворення звуковий та відеосигнали від передавача (8) через антенно-фідерний тракт випромінюють у навколишній простір (10) з параметрами ε, µ, σ. Прийнятий сигнал через антенно-фідерний тракт надходить до перетворювача (приймача) (12), де його розділено на звуковий та відео сигнали. Звуковий сигнал через підсилювач (11) активує гучномовець (16). Сигнал зображення через підсилювач відеосигналу (14) надходить на телевізійну трубку (17). Зображення формують генератори рядкової (18) та кадрової (15) розгорток синхронізовані імпульсами, які надходять з селектора синхроімпульсів (13).
1.4.2. Структура та смуга частот телевізійного сигналу
Інформацію про кожний елемент зображення передають послідовно у часі через розгортку, яку здійснюють синхронно на передавальній та приймальній сторонах. Генератор горизонтальної розгортки забезпечує швидке переміщення електронного променя за горизонталлю, а генератор вертикальної розгортки – відповідне переміщення за вертикаллю. Після формування однієї горизонтальної лінії електронний промінь міняє позицію за вертикаллю під впливом вертикальної розгортки на один діаметр променя. Таким чином, кожна наступна горизонтальна лінія є нижче попередньої й дотикається до неї без перекриття та проміжків. За час прямого ходу кадрів горизонтальні лінії повністю заповнюють екран. Інтенсивність електронного променя, модульованого сигналом зображення, визначає яскравість світіння кожної точки екрану.
Основні параметри розкладання зображення:
–число
рядків;
–формат
кадру:
(де
– висота та ширина кадру, відповідно);
–число
елементів розкладання;
В сучасній апаратурі зображення формує 625 рядків. Вважають, що на відстані (4…5)h від екрану рядкова структура зображення непомітна.
Наведемо історичну довідку:
1937
року у Москві кількість горизонтальних
ліній
,
у Ленінграді
,
1941 року у СРСР –
,
а з 1948 року –
.
Загальна кількість елементів розкладання зображення:
.
Професійну зйомку здійснюють з частотою 24 кадри/с, на телебаченні — 25 кадрів/с, аматорську – 16 кадрів/с.
Телевізійний
сигнал є імпульсним однополярним
сигналом (він є функцією яскравості,
яка не може бути різнополярною). Він має
складну форму та його спектр можна
надати як суму постійного складника та
гармонічних складників різних частот.
Рівень постійного складника характеризує
середню яскравість зображення. У процесі
передавання рухомих зображень значення
постійного складника безперервно
змінюється відповідно до освітлення.
Сигнали нижчих частот спектру відеосигналу
відтворюють великі деталі зображення.
Мінімальну
частоту відеосигнал матиме у процесі
передавання однотонно освітленої мішені
– жодного
перепаду яскравості,
тобто – частота такого сигналу дорівнює
нулю
=0
Гц. Сигналом верхніх частот передають
найменші фрагменти зображення. Найбільш
складним є зображення, яке можна уявити
як послідовність змін чорних та білих
елементів («шахова дошка») (рис.1.8), що
мають розміри, які дорівнюють товщині
променя. Це зображення сформовано з
максимальної кількості елементів
зображення.
Рисунок 1.8. Зображення дискретних сусідніх точок за умов сигналу «шахова дошка»
Визначимо максимальну частоту сигналу за умови, що частота кадрів у режимі відтворення nв = 50 Гц.
Таким чином спектр телевізійного відео сигналу охоплює смугу від 0 до 12,5 МГц.
Проте
передавання сигналу з таким широким
спектром пов’язане з технічними
труднощами та обмежує кількість каналів.
Для зменшення смуги частот сигналів,
який передають, застосовують черезрядкову
розгортку,
сутність якої полягає у тому, що кожен
кадр поділяють на два півкадра (або
поля) – парні та непарні, протягом яких
передають 312,5 рядків, тобто в 2 рази
менше, ніж для рядкової розгортки. Тоді
частота
=
6,25 МГц.
Повний телевізійний сигнал є сумішшю відеосигналу та синхросигналу. Для передавання цього сигналу, а також сигналу звуку на відстань використовують носійні частоти, на яких здійснено поширення цих сигналів в просторі. Розрахунки показують, якщо ширина спектру інформаційного каналу 6 МГц, спектр телевізійного сигналу може бути передано без спотворень за мінімальної частоти носійного коливання орієнтовно 50 МГц;
Перетворення телевізійного сигналу реалізовано у спеціальному пристрої – модуляторі.
В аналоговому телебаченні для передавання зображення застосовують амплітудну модуляцію, за якої здійснено вплив лише на амплітуду високочастотного сигналу носійної частоти.
У відповідності до засад амплітудної модуляції ширина спектру високочастотних складників після модуляції подвоюється, вона спричинює нижню та верхню бічні смуги і тоді загальна дорівнюватиме 12,5 МГц. Але й верхня, й нижня смуги містять інформацію про зображення, отже не є необхідним передавати їх разом. Для відтворення зображень достатньо передавати лише одну бічну (обрали верхню) смугу частот (6,25 МГц), і невеликий «залишок» (1,25 МГц) від нижньої бічної смуги (рис. 1.9– рисунок без масштабу).
Для передавання звуку застосовують частотну модуляцію носійної, зі смугою (0,5 МГц) яку розташовують вище частотного спектру верхньої бокової смуги сигналу зображення. Інтервал між носійними зображення і звуку є 6,25+0,25 = 6,5 МГц (це значення незмінне за будь-якого телевізійного каналу).
Таким чином загальна смуга телевізійного сигналу складає (рис.1.9 – рисунок без масштабу) 1,25+6,25+0,5 = 8 МГц
У табл. 1.7 наведено смуги телевізійних сигналів деяких каналів. Перші три смуги розташовано у діапазоні метрових хвиль, останні дві – у діапазоні дециметрових хвиль. У метровому діапазоні від 48,5 до 230 МГц розташовано телевізійні канали від № 1 до № 12, у четвертій смузі (470…582) МГц від № 21 до № 34, у п‘ятій смузі (582…950) МГц від № 35 до № 80.
Таблиця 1.7. Смуги частот TV-каналів
|
№№ |
Частоти, МГц |
TV-канали |
|
I |
48,5…66 |
1,2 |
|
II |
76…100 |
3…5 |
|
III |
174…230 |
6…12 |
|
IV |
470…582 |
21…34 |
|
V |
582…960 |
35…80 |
Рисунок 1.9. Структура частотної смуги телевізійного сигналу( рисунок без масштабу)
На рис. 1.10 наведено розташування на осі частот смуг першого та двадцять третього телевізійних каналів.
Рисунок 1.10. Розташування смуг частот 1-ого та 23-ого телевізійних каналів
Таким чином на прикладі телевізійного сигналу доведено необхідність вивчення електродинаміки, як науки, щодо електромагнітного поля – носія інформації).