5 курс 10 семестр / Телевидение / Televidenie_1554

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М.А. БОНЧ- БРУЕВИЧА

ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

“ТЕЛЕВИДЕНИЕ”

Выполнил: Тепляков А.В.

Группа: Р-02з

Курс: 5

Студ. билет: 1554

Проверил:

г. Санкт-Петербург

2015

Контрольная работа №1

Вариант № 54

Задача №1

На рисунке 1 представлен вид оптического изображения, подлежа­щего передаче. Для данного стандарта разложения ( - частота кад­ров, - число строк) необходимо:

1. Определить верхнюю граничную частоту спектра сигналов изображения (с учетом потери времени на обратный ход). Отноше­ния длительностей строчных и кадровых гасящих импульсов к периодам строчной и кадровой развертки принять такими же, как в стандарте ТВ вещания.

2. На стандартном листе миллиметровой бумаги построить за­данное оптическое изображение. Указать на изображении численные значения яркостей градационного клина из таблицы задания (в отно­сительных единицах) и отметить строки, соответствующие развертке горизонтальных линий на высотах и (из таблицы задания).

3. Определить номера строк (с учетом потери части строк на обратный ход по кадру), соответствующие развертке горизонтальных линий на высотах и .

4. На стандартном листе миллиметровой бумаги начертить осциллограммы полного видеосигнала для строк, номера которых оп­ределены в п. 3. На осциллограммах указать длительность строки, гасящего импульса строк, синхронизирующего импульса строк, а также численные значения уровней белого, черного, гашения и синхронизи­рующих импульсов.

5. Определить частоту первой гармоники импульсного сигнала (вдоль строк) , если вместо оптического изображения (рисунок 1) передаетcя изображение «шахматного поля» с размером одной клетки вдоль строки .

6. При преобразовании аналогового сигнала в цифровой опре­делить:

а) минимально допустимую частоту дискретизации;

б) значения проквантованного сигнала для яркостей , (при линейной шкале квантования).

Таблица 1

Номер студенческого билета 1554
9	1	8	30	405	0,108	0,1	0,7	0,3	0,5	0,4	9%	56%

Решение:

1. Верхняя граничная частота спектра видеосигнала определяется по полной формуле (с учётом потери времени на обратный ход):

.

При расчётах принимаем ; ; и определяются из стандарта ТВ вещания.

,

где – длительность гасящего импульса строк;

– длительность строки.

,

где – длительность гасящего импульса полей;

– номинальная длительность поля.

2. Заданное оптическое изображение:

Рисунок 1 – Заданное оптическое изображение

3. Определим номера строк (с учетом потери части строк на обратный ход по кадру), соответствующие развёртке горизонтальных линий на высотах и .

Число активных строк:

Отсчёт номера строки в пределах поля производится сверху вниз, самая нижняя строка имеет номер z_a.

Номер строки, соответствующей развёртке горизонтальной линии на высоте :

Номер строки, соответствующей развёртке горизонтальной линии на высоте :

4. Начертим осциллограммы полного видеосигнала для строк, номера которых определены в п. 3. На осциллограммах укажем длительность строки, гасящего импульса строк, синхронизирующего импульса строк, а также численные значения уровней белого, чёрного, гашения и синхронизирующих импульсов.

Рисунок 2 - Осциллограмма полного видеосигнала для 340-й строки

Рисунок 3 - Осциллограмма полного видеосигнала для 164-й строки

5. Определим частоту первой гармоники импульсного сигнала (вдоль строк) , если вместо оптического изображения передаётся изображение «шахматного поля» с размером одной клетки вдоль строки .

Длительность активной части строки 52 мкс. Время передачи одной клетки вдоль строки:

Частота первой гармоники импульсного сигнала:

6. При преобразовании аналогового сигнала в цифровой, определим:

а) минимально допустимую частоту дискретизации;

б) значения проквантованного сигнала для яркостей , (при линейной шкале квантования).

Минимально допустимая частота дискретизации:

Значения проквантованного сигнала для яркостей , (при линейной шкале квантования):

Задача 11.

Какие элементы ТВ системы влияют на число воспроизводимых на экране градаций яркости? Поясните влияние вели­чины "гамма" на воспроизведение полутонов. Изобразите возможную схему гамма-корректора. Как воспроизведение градаций яркости оцени­вается по изображению испытательной таблицы?

Ответ:

При воспроизведении ТВ изображений динамический диапазон изменения яркости, контраст К_{из max} и число воспроизводимых гра­даций А_из ограничиваются:

• параметрами кинескопа — размером экрана, яркостью L_{из max} , максимальным контрастом в крупных и мелких деталях и др.;

• рациональным выбором режима работы кинескопа — яркостью и контрастом (размахом ТВ сигнала при фиксированном уров­не черного), устанавливаемых с помощью оперативных органов управления;

• условиями наблюдения изображения — расстоянием рассматри­вания, внешней и внутренней (от соседних участков) паразит­ными засветками экрана, размерами деталей и всего изображе­ния в целом.

Ухудшение условий наблюдения затрудняет распознавание объ­ектов из-за увеличения порогового контраста. Паразитные засветки L_пар снижают максимальный контраст репродукции К_{из max}, кото­рый и так из-за малых размеров экрана и малой средней яркости (по сравнению с соответствующими параметрами оригинала) в большинстве случаев меньше максимального контраста оригинала К_{о max}

Указанные причины приводят к тому, что в репродукции на экра­не кинескопа в соответствии с уменьшается и число градацией оригинала А₀, т.е. А_из < А₀. Поэтому повысить качество изобра­жения в ТВ системе можно только за счет улучшения параметров кинескопа и перераспределения градаций по динамическому диапа­зону изменения яркости репродукции L_{из min} ... L_{из max} , а также за счет адаптации ТВ системы к конкретным передаваемым изобра­жениям из широкого ансамбля изображений с разными яркостными параметрами. Последнее осуществляется с помощью специфи­ческого освещения передаваемых сцен в соответствии с замыслом творческих работников — режиссеров и операторов, а также с по­мощью ручного или автоматического изменения параметров оптиче­ской системы (диафрагмированием, использованием светофильтров и т.д.), режима работы передающихся трубок, уровня черного, кон­траста и т.д.

Однако в ТВ, так же как в кино и фотоизображениях, даже при ограниченном числе воспроизводимых градаций имеется возмож­ность несколько улучшить качество изображения. Для этого необхо­димо перераспределить А_из по динамическому диапазону изменения яркости репродукции L_из так, чтобы увеличить число воспроизводи­мых градаций в сюжетно важном участке диапазона (за счет умень­шения числа градаций в остальных участках).

Перераспределение градаций по динамическому диапазону изме­нения яркости ТВ изображения осуществляется с помощью измене­ния формы характеристики передачи уровней яркости системы в так называемых гамма-корректорах. Эта характеристика (за исключением небольшого участка вблизи уровня черного) может быть аппроксимирована степенной функцией

_,

где L_o и L _из — яркости объекта и ТВ изображения соответственно.

Рис. 1 Форма характе­ристики передачи уровней яркости ТВ системы при

различных значениях _с

Очевидно, что при _с = 1 имеет место линейная зависимость яркости деталей изображения от яркости соответствующих деталей оригинала L_из = L₀ и пропорциональное воспроизведение полутонов по всему диапазону изменения яркости репродукции. Однако в этом случае при А_из < А₀ несколько градаций объекта воспроизводятся лишь как одна градация репродукции. Как следствие, распознаваемость объектов ухудшается.

При _с < 1 за счет увеличения крутизны характеристики в обла­сти уровня черного подчеркивается различие и улучшается опозна­вание мало освещенных деталей, но за счет уменьшения полутонов и ухудшения распознаваемости деталей, яркость которых лежит вбли­зи уровня белого. При _с > 1 улучшается опознавание «белых» дета­лей (за счет «черных»). Этот случай наиболее приемлем не только для черно-белых, но и для цветных кино- и ТВ систем, несмотря на некоторые искажения цветности объектов, так как сюжетно важные детали, как правило, находятся в области большей освещенности. Поэтому практикой кино и ТВ установлено, что наилучшее качество изображения в большинстве случаев наблюдается при _с = 1,2 ... 1,3.

Основное влияние на полутоновые искажения оказывают пара­метры световых характеристик преобразователей. Помимо того, что форма этих характеристик для различных датчиков ТВ сигнала раз­лична, большое значение имеет и разброс характеристик передающих и приемных трубок, так же как и выбор рациональных режимов их работы. Поэтому каждый датчик ТВ сигнала содержит индивиду­альный гамма-корректор, форма ампли­тудной характеристики которого выбирается с учетом номинальной усредненной формы световой (модуляционной) харак­теристики кинескопов.

Амплитудная характеристика нормально функционирующего видеоусилительного тракта линейна и поэтому, как правило, не учи­тывается при расчетах корректора. В гамма-корректорах полутоновых искажений обычно исполь­зуются схемы с нелинейной нагрузкой в коллекторной цепи и с амплитудно-зависимым делителем сигнала. Во всех слу­чаях на входе корректора необходимо фиксировать уровень черно­го, чтобы этот уровень строго соответствовал определенной — «на­чальной» точке нелинейной амплитудной характеристики корректо­ра. При отсутствии фиксации уровни сигналов от одинаково освещен­ных деталей различных изображений будут занимать разные положения на его амплитудной характеристике (в зависимости от изменений средней яркости оригиналов) и яркости деталей будут искажены.

Максимальный размах входного сигнала должен быть U_вхmax = const для определенного расположения его относительно рабочей части амплитудной характеристики гамма-корректора, а максималь­ный коэффициент передачи корректора К_mах = U_выxmax / U_вхmax = 1 для возможности обхода устройства.

Рис. 2 Упрощенная принципиальная схема гамма-корректора с нелинейной нагрузкой в коллекторной цепи

В корректоре с нелинейной нагрузкой в коллекторной цепи (рис. 2) коэффициент передачи меняется при изменении сопро­тивления нагрузки каскада. В качестве нелинейной нагрузки ис­пользуются диоды, отпирающиеся поочередно по мере увеличения входного сигнала (_к < 1). Корректоры с амплитудно-зависимым делителем строятся по такому же принципу. Одно из плеч делите­ля, шунтируется поочередно отпирающимися диодами, благодаря чему и реализуется нелинейная форма амплитудной характеристики корректора (_к < 1).

Для универсальности гамма-корректоров, т.е. для возможности работы с датчиками ТВ сигнала с разными _п, а также для инди­видуальной подстройки корректоров в каналах основных цветов и унификации тем самым световых характеристик трехтрубочных передающих камер ЦТ, корректоры полутоновых искажений часто вы­полняются с переменным значением коэффициента гамма (например, _к = 0,4... 1,0). Схема подобного корректора с плавной регулировкой гамма приведена на рис. 3.

Рис. 3 Упрощенная принципиальная схема гамма-корректора с амплитудно-зависимым делителем в двухканальном корректоре с _к = var

В частных случаях, особенно при натурных передачах, для улуч­шения качества воспроизведения малоконтрастных деталей в обла­сти черного или объектов с повышенным контрастом приходится с помощью специальных дополнительных корректоров изменять номи­нальную форму амплитудной характеристики тракта — увеличи­вать крутизну характеристики в области черного (растяжка черного) или уменьшать крутизну в области белого (компрессия белого).

Цифровые гамма-корректоры реализуются на базе ПЗУ, в ко­тором для каждого уровня входного сигнала (определенной кодовой комбинации) хранится информация о соответствующем уровне вы­ходного сигнала (или об алгебраическом приращении входного сигнала) — другая кодовая комбинация, соответствующая требуемой форме амплитудной характеристики корректора. Меньший объем памя­ти необходим в цифровом корректоре с компараторами. Число последних (так же как и число диодных ячеек в аналоговых устройствах) определяет число отрезков кривой, т.е. точ­ность кусочно-линейной аппроксимации амплитудной характеристи­ки корректора.

Так как номинальное число градаций для сравнительно крупных деталей достигает нескольких десятков, то оперативно измерить число воспроизводимых градаций ТВ репродук­ции практически не представляется возможным. Поэтому для ориен­тировочной оценки качества воспроизведения полутонов используют, как правило, 10-градационный клин — горизонтальную шкалу уров­ней (перепадов) яркости от L _min до L _max, каждый элемент которого отличается по яркости от соседнего на несколько пороговых градаций. В оптических телевизионных испытательных таблицах (ТИТ) используют шкалы с логарифмическим, квадратичным или линейным распределением яркости вдоль шкалы. В электронных ТИТ эта шкала создается с помощью 10-ступенчатого сигнала с равномерными перепадами напряжения («ступеньками»).

Рис. 4. Эскиз универсальной электронной испытательной таблицы УЭИТ

Рамка таблицы УЭИТ (рис. 4) состоит из черно-бело-черных штрихов, расположенных по ее периметру и образованных сигнала­ми с уровнями (0/100/0) % от максимального размаха сигнала. Бе­лые штрихи между черными полосами служат реперными линиями рабочего поля таблицы с форматом 4/3.

Основу таблицы составляет сетчатое поле, образованное 18 (2...19) горизонтальными и 24 (б...щ) вертикальными серыми поло­сами и белыми линиями между ними. С помощью указанных эле­ментов проверяются горизонтальный и вертикальный размеры изо­бражения, их соотношение (формат кадра), центровка рабочего по­ля таблицы, величина геометрических искажений, качество сведения лучей цветного кинескопа и др.

Определение некоторых параметров, как правило, требует предвари­тельной настройки яркостного режима работы приемника — выбора оптимальных значений яркости и максимального контраста изобра­жения (максимального размаха ТВ сигнала), при которых воспро­изводится максимально различимое число градаций яркости (для данного кинескопа). Эта операция производится по шкале перепа­дов яркости 8б-8ц, причем черный и белый испытатель­ные элементы шкалы 86 и 8ц являются опорными уровнями экс­тремальных значений яркости, определяющими максимальный кон­траст изображения.

Минимизация полутоновых (градационных) искажений, возни­кающих в процессе преобразования сигнал-свет, может быть выпол­нена следующим образом. Вначале регулятор «Контрастность» уста­навливается на минимально возможное значение, а затем с помощью регулятора «Яркость» выбирается величина яркости изображения так, чтобы испытательный элемент шкалы 8в (уровень сигнала на 3 % «чернее» уровня черного) визуально отличался по яркости от одинаковых черных элементов 86 и 8г (0 %). После этого яркость уменьшается до потери различимости этих трех испытательных эле­ментов, а контраст устанавливается в положение, при котором вос­производится наибольшее число (как правило, 8-9) визуально раз­личимых градаций шкалы.

После выполнения этой операции можно приступить к оценке значений других качественных параметров (четкость изображения по вертикали и по горизонтали, резкость воспроизведения вертикальных границ деталей и др.).

Литература

1. Телевидение. Учебник для вузов/ Под ред. B.Е. Джаконии.- М.: Радио и связь, 1986.

2. Радиосвязь, вещание и телевидение. Учебник для вузов/ А.П. Ефимов, Н.И. Калашников, С.В. Новаковский и др.; Под ред. А.Д. Фортушенко. - М.: Радио и связь, 1981.

16