Линейчатость телевизионного спектра

 

Характерной особенностью телевизионного спектра в отличие, например, от спектра звукового сигнала является его линейча­тость. Это значит, что в определенных выше границах частот , присутствуют не все частоты, а только составляющие,

Рис. 3.7. Выявление линейчатости телевизионного спектра на приме­рах простых изображений: а) изо­бражение в виде горизонтальной полосы; б) сигнал, соответствую­щий этому изображению; в) изо­бражение в виде вертикальной по­лосы; г) сигнал, соответствующий этому изображению.

 

кратные кадровым и строчным частотам. Меж­ду этими составляющими имеются относительно боль­шие незаполненные проме­жутки. В системах цветного телевидения эти промежут­ки удается с успехом использовать для передачи цветовой информации.

Явление линейчатости телевизионного спектра покажем на сле­дующем примере. Возьмем два изображения на телевизионном эк­ране:— одно в виде горизонтальной полосы со спадающей ярко­стью к верхней и нижней границе растра (рис. 3.7а), а другое — в виде такой же вертикальной полосы со спадающей яркостью к левой и правой границе растра (рис. 3.7в). Формы соответствую­щих сигналов, поступающих на управляющий электрод кинеско­па, представлены на рис. 3.7 б и г(начало координат принято в центре изображения). Для облегчения дальнейших рассуждений функции рис. 3.7 б и г представим в следующем простом виде:

, . (3.6)

 

Формы сигналов от изображений рис. 3,7а и при непрерывной периодической развертке будут иметь вид периодической функции рис. 3,8 с периодом для случая рис. 3.7,б Т=Т_кадр и для случая рис. 3.7,г Т=Т_СТР:

, .

где и — номер периода: 0, 1, 2 ...

 

Рис.3.8 Пример периодического ТВ сигнала

Эти функции могут быть также представлены рядом Фурье:

, (3.7)

. (3.8)

 

Их спектр показан на рис. 3.9,а и б.

Рис 3.9 Спектр ТВ сигнала, соответствующего изображением рис.3.7,а и 3.7,в.

Так как в одном кадре по вер­тикали в предельном случае может быть уложено

Z/2 пар черных и белых строк (дальнейшему увеличению пар препятствует огра­ниченное число строк разложения), высшая частота спектра (высшая гармоника кадровой частоты m )для случая на рис. 3.9а (и рис. 3.7а, б) определяется выражением:

. (3.9)

Высшая частота спектра для случая на рис. 3.9б определяется ф-лой (3.4). Заменим в этой формуле произведение nZ частотой строк . Тогда

.

Рассмотрим теперь несколько более сложный случай, в кото­ром сигнал, подаваемый на управляющий электрод кинескопа, будет представлять собой произведение сигнала и сигнала :

. Подставляя получим. . (3.10)

 

Соответствующее изображение на экране представится в виде светлого пятна с понижением его яркости к краям изображения по всем направлениям от центра

 

Рис. 3.10. Изображение, сигнал которого соответствует произведению сигналов рис. 3.9а,б: а) вид такого изображения; б) соответствую­щее распределение яркости

Форма распределения яркости в этом случае в виде пространственной фигуры показана на рис. 3.10б. На рис. 3.11 дана соответствующая осциллограмма

Рис. 3.11. Форма телевизионного сигнала, соответствующая изображению на

рис. 3.10,а

изменения сигнала во времени. Как видно из этого рисунка полный сигнал представляет собой периодическую последовательность фигур а, б, в, строчной частоты, амплитудномодулированных на­пряжением кадровой частоты.

Перемножение двух функций времени означает соответствую­щее перемножение их спектральных составляющих. Таким образом, спектр произведения u_кадр u_стр будет являться суммой всех воз­можных произведений из гармоник кадровой и строчной частот:

, (3.11)

где q — номер строчной гармоники; m — номер кадровой гармони­ки. Используя элементарную формулу тригонометрии

,

любую составляющую спектра можно представить в виде суммы двух боковых частот:

(3.12)

Спектральная картина, соответствующая выражению (3.12), будет иметь вид,

 

Рис. 3.12 Линейчатый спектр ТВ сигнала.

 

показанный на рис. 3.12. Вокруг гармоник частоты строк (q=Q, 1, 2 ...), играющих роль несущих, снизу и свер­ху располагаются «нижние» и «верхние» боковые частоты и (m=0, 1, 2 ...), причем в промежутках этих дискретных частот напряжения других частот отсутствуют. Следует обратить внимание также на то, что в середине между строчными гармониками (участки А, Б, В ...) энергия составляю­щих спектра становится незначительной. Указанные особенности телевизионного спектра позволили в современных системах цвет­ного телевидения методом частотного уплотнения спектральный состав сигнала этих систем сделать равным спектру черно-белого телевидения.

3.5.Форма стандартного телевизионного сигнала[7]

Полностью сформированный и подготовленный к передаче сигнал радиовещательного телевидения должен удовлетворять требова­ниям ГОСТ 7845—92. Такой сигнал содержит следующие четыре составляющих:

1. Сигнал изображения, переносящий информацию о яркости
различных элементов изображения на экране телевизора.

2. Строчные и кадровые импульсы синхронизации генераторов
развертки в телевизоре.

3. Строчные и кадровые импульсы гашения электронного луча
приемных трубок.

4. «Постоянную» составляющую.

Для большей наглядности удобно рассматривать структуру те­левизионного сигнала сначала во временном интервале, где отсут­ствуют кадровые импульсы, а затем во время кадровых импуль­сов.

В первом случае телевизионный сигнал имеет форму, изобра­женную на рис. 3.13. В интервале времени прямой ход. Рис. 3.13. Форма телевизионного сигнала на временном интервале, где отсутствуют кадровые импульсы

развертки по строкам) передается сигнал изображения, соответствую­щий яркости различных элементов строки. Мгновенные значения напряжения этого сигнала располагаются в интервале от уровня белого до уровня черного. Во время обратного хода передается строчной гасящий импульс, имеющий длительность На гасящем импульсе помещается строчной импульс синхрониза­ции длительностью .

Весь период строчной развертки составляет Н = 64 мкс. Таким образом, длительность прямого хода составляет t₁= H- = 64-12=52 мкс.

Если принять весь размах телевизионного сигнала за 100%, то согласно стандарту амплитуда импульсов синхронизации всегда должна составлять 25% от этого максимума вне зависимо­сти от содержания изображения. Это постоянство амплитуды син­хроимпульсов обеспечивает надежное их отделение от сигналов изображения в схеме телевизора. Назначение синхроимпульсов — обеспечение синхронного и синфазного движения электронных лу­чей приемной трубки, находящейся в телевизоре, и передающей трубки, находящейся в передающей камере телецентра.

Гасящие импульсы своей вершиной должны находиться на уровне черного, что обеспечит запирание луча кинескопа во время обратного хода развертки. Всплески сигнала изображения не должны заходить выше уровня чер­ного, иначе будет трудно отде­лить синхроимпульсы от сигнала изображения. Поясним, почему необходимо гасить электронный луч во время обратного хода. Для этого предположим сначала, что луч не гасится. В этом случае на экране кинескопа образуются два растра: один — движением лу­ча по экрану на прямом хо­де, а другой — на обратном ходе (рис. 3.14). Растр обратно­го хода имеет яркость, существенно меньшую по сравнению с яркостью прямого хода.

Тем не менее во время передачи изображений растр обратного хода заметно подсвечивает темные места изображения, ухудшая важный качест­венный показатель — контрастность, определяемую ф-лой(2.20):

.

 

Рис 3.14. Возникновение паразительной засветки во время обратного хода строчной развертки

 

 

В случае отсутствия гашения луча на обратном ходе в знаме­натель ф-лы (2.20) следует еще добавить яркость растра обрат­ного хода: и контрастность снизится в не­сколько раз.

Второе назначение гасящих импулъсов — передача «постоян­ной» составляющей телевизионного сигнала. С этой целью ампли­туда гасящих импульсов меняется в соответствии с величиной на­пряжения «постоянной» составляющей (амплитудная модуляция). На рис. 3.15 представлены два случая: I — средняя яркость В_ср («постоянная» составляющая) строки мала (хотя на ней могут иметься и светлые элементы А, Б ...); II — средняя яркость В_ср строки велика (хотя на ней могут иметься и темные элементы А, Б.,.). Как видно из рис. 3.15, амплитуды га­сящих импульсов в этих двух случаях различны. Более светлым (в среднем) строкам соответствуют большие амп­литуды гасящих импульсов. При пра­вильной подаче телевизионного сигна­ла на управляющий электрод кинеско­па вершины гасящих импульсов должны все время находиться на уров­не , соответствующем полному запи­ранию луча во время обратного хода. При такой фиксации гасящих импуль­сов яркость B_ср темных строк будет малой, а яркость светлых строк — со­ответственно большой.

Структура телевизионного сигнала во время передачи кадровых импуль­сов показана на рис. 3.16. Кадровый га­сящий импульс, запирающий луч ки­нескопа во время обратного хода вер­тикальной развертки, имеет длитель­ность =1,5 мс. Весь период кад­ровой развертки составляет =20 мс (передается 50 полукадров в секунду). Относительная длительность кадрового гасящего импульса имеет величину

 

Рис 3.15 Правильная подача ТВ сигнала

Необходимость гашения электронного луча в кинескопе также и во время обратного хода по кадрам не связана с потерей кон­трастности. Искажения изображения в случае отсутствия кадровых

 

Рис. 3.16. Форма ТВ сигнала во время передачи кадровых им­пульсов

гасящих импульсов проявляются в виде редких тонких свет­лых полос, как бы «зачеркивающих» изображение (рис.3.17). Это явление объясняется следующим образом. Во время обратного хода по кадрам электронный луч поднимается с нижней части изображения на верхнюю. Генератор строчной развертки продолжает в это время работать, отклоняя луч по горизонтали. Число таких строк на одном полукадре определяется из соотноше­ния строкам. На полном кадре, состоящем из двух полукадров, число «зачеркивающих» строк будет вдвое больше: =50 строк, причем наличие чересстрочной развертки приводит к размещению «зачеркивающих» строк одного полукадра в промежутках та­ких же строк второго полукадра. Га­шение (запирание) электронного луча во время обратного хода по кадрам приводит к исчезновению «зачеркива­ющих» строк.

Так же, как и на строчном, на кад­ровом гасящем импульсе располагает­ся относительно более узкий кадровый синхроимпульс.

 

Рис. 3.17. Искажения изображе­ния в случае отсутствия кадро­вых гасящих импульсов

По стандарту его длительность равна двум с половиной строч­ным периодам: мкс. Разница в длитель­ностях кадрового и строчного импульсов синхронизации оказыва­ется значительной: . Это позволяет сравнительно простыми средствами надежно разделять в схеме те­левизора строчные импульсы от кадровых.

Так как во время обратного хода по кадрам луч кинескопа по­гашен и сигнал изображения не передается, то казалось бы, нет необходимости передавать в это время строчные синхроимпульсы, т. е. можно было бы ограничиться более простой формой сигнала, изображенной на рис. 3.18а.Однако при такой форме

появляются

 

Рис. 3.18. Упрощенная форма кадровых импульсов гашения и син­хронизации: а) упрощенная форма сигнала; б) врезки в кадровом •синхроимпульсе

недопустимые искажения нескольких десятков строк в верхней части изображения. Это объясняется тем, что на участке АБ, где отсутствуют строчные импульсы синхронизации строчный генератор лишается синхронизации и частота его автоколебаний может значительно отклониться от частоты следования строчных синхро­импульсов. После момента, обозначенного буквой Б, потребуется несколько десятков синхроимпульсов, прежде чем строчный гене­ратор войдет в синхронизм..Отсутствие синхронизации первых строк кадра приведет к неустойчивости положения деталей изо­бражения в верхней части кадра. Следовательно, импульсы строч­ной синхронизации необходимо передавать также и во время кад­ровых импульсов гашения и синхронизации (рис. 3.18б). Чтобы не увеличивать полный размах телевизионного сигнала, строчные синхроимпульсы во время передачи кадрового синхроимпульса по­мещаются внутри его, в виде так называемых врезок Соответст­вующая схема в телевизоре образует из этих врезок обычные строчные синхроимпульсы.

При сравнении графиков рис. 3.18б и рис. 3.16 видно их сущест­венное различие, заключающееся в том, что в стандартном теле­визионном сигнале до, во время и после передачи кадрового им­пульса синхронизации частота строчных синхроимпульсов удваи­вается. Это связано с использованием чересстрочной развертки, применяемой в телевизионном вещании для сокращения полосы частот телевизионного сигнала. При чересстрочной раз­вертке в каждом полукадре укладывается целое число строк плюс половина

строки (625/2 = 312,5). Так, если первый (нечетный) по­лукадр начинается с начала строки (точка В на рис. 3.19), второй

 

 

Рис. 3.19. Структура растра при чересстрочной развертке

 

 

Рис. 3.20. Различие в структуре кадровой группы импульсов при отсутствии урав­нивающих импульсов

 

(четный) полукадр начинается с оставшейся половины строки (точка ) и кончается полной строкой (точка ). Таким путем получается необходимое переплетение четных и нечетных строк. Из рассмотрения графика на рис. 3.19 следует, что момент пе­рехода кадровой развертки с прямого хода на обратный для не­четного полукадра (точка А) отстает от момента начала ближай­шей строки Б на длительность половины строки Н/2, а для чет­ного кадра отрезок соответствует периоду целой строки H. В связи с этим меняется временной интервал между соседними строчными и кадровым синхроимпульсами (рис. 3.20). Кроме того, меняется количество строчных врезок в кадровом синхроимпульсе (для нечетного полукадра — три врезки, для четного — две). Эти обстоятельства — изменение фазы соседних строчного к кадрового синхроимпульсов и изменение числа врезок — во-первых, услож­няют схему синхрогенератора, формирующего эти импульсы, и, во-вторых, и это самое существенное, различная импульсная структура сигнала в четном и нечетном полукадре (рис. 3.20) при­водит к нарушению точности работы схемы кадровой синхрониза­ции в телевизоре и к полной или частичной потере чересстрочной развертки.

Идентичность импульсной картины в четном и нечетном полу­кадрах достигается удвоением частоты строчных импульсов до, во время и несколько позже передачи кадрового синхроимпульса. График импульсов, отличающийся от изображенного на рис. 3.20 тем, что в промежутки между «основными» строчными синхроим­пульсами введены дополнительные импульсы, отмеченные пунк­тиром, показан на рис. 3.21. В этом случае взаимное расположение

 

 

Рис. 3.21. Введение дополнительных уравнивающих импульсов в кадровую группу

соседних строчного и кадрового импульсов и число врезок в кад­ровом импульсе для нечетного и четного полукадров "оказываются одинаковыми. Импульсы двойной строчной частоты называют урав­нивающими. Для того чтобы величина средней составляющей уравнивающих импульсов не возросла по сравнению со средней составляющей строчных импульсов, находящихся вдали от кадро­вого синхроимпульса, что могло бы привести к нечеткой работе устройств синхронизации, длительность уравнивающих импульсов уменьшают вдвое:

 

Контрольные вопросы

1.Сигнал яркости телевизионного изображения.

2.Форма радиосигнала вещательного телевидения.

3.Полный телевизионный сигнал. Основные параметры.

4.Спектр телевизионного сигнала.

5.Уровень черного в ТВ-сигнале.

6. Уровень белого в ТВ-сигнале.

7. Уровень гашения в ТВ-сигнале.

8. Уровень синхроимпульсов в ТВ-сигнале.

9.Спектр ТВ-сигнала в радиоканале.

10. Полярность ТВ-сигнала.

11.Почему спектр ТВ-сигнала является линейчатым?

12.Построчная развертка, где она используется?

13.Чересстрочная развертка, ее использование в телевизионной

технике?

14.Зачем в составе ССП передаются уравнивающие импульсы?

15.Какие частоты в видеосигнале несут информацию о мелких

деталях?

16. Нарисуйте форму сигналов синхронизации при построчной

и чересстрочной развертках?