Краткие теоретические сведения

Исследование параметров и характеристик видеосигнала

Лабораторная работа №4

Принцип дополнительности Бора

§ Получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым:

координата – импульс

потенциальная энергия – кинетическая энергия

Цель работы:

- изучить основные элементы видеосигнала и их назначение;

- определить основные параметры и характеристики видеосигнала.

При выполнении работы предполагается, что студент имеет минимальные навыки работы с персональным компьютером в операционной системе Windows XP, а также знаком с текстовым процессором MS Word.

Под видеосигналом понимается электрический сигнал специальной формы, посредством которого передается телевизионное изображение.

Видеосигнал, принятый для использования в настоящее время в РФ описывается ГОСТ 7845-92 [1]. Стандарт регламентирует параметры и характеристики используемого телевизионного изображения и электрического сигнала, используемого для передачи от источника телевизионного изображения к приемнику. Это позволяет добиться совместимости телевизионных устройств по видеосигналу.

Источником видеосигнала является формирователь видеосигнала. В качестве последнего могут выступать телевизионные камеры любого типа, устройства видеозаписи (видеомагнитофоны, DVD-проигрыватели, компьютеры с ТВ видеовыходами и пр.).

Приемником видеосигнала являются устройства отображения видеоинформации, в частности телевизоры и видеомониторы, работающие на любом принципе (ЭЛТ, ЖК, плазменная панель), а также устройства видеозаписи (видеомагнитофоны, записывающие DVD-проигрыватели, видеорегистраторы систем видеонаблюдения).

Данный видеосигнал является аналоговым.

Мгновенное значение освещенности на фоточувствительной поверхности телевизионного фотоприемника преобразуется в мгновенное значение напряжения на выходе этого фотоприемника. Таким образом, в видеосигнале напряжение пропорционально яркости в данной точке изображения. Эта часть видеосигнала носит название сигнала яркости и используется для передачи черно-белого видеосигнала или сигнала яркости в цветном видеосигнале. Диапазон передаваемых значений яркости определяется уровнем черного и уровнем белого сигналов в видеосигнале. Уровень черного является минимальным сигналом яркости и соответствует уровню синхроимпульсов. Он же одновременно является и опорным сигналом. Уровень белого соответствует максимальному уровню передаваемой яркости (рис. 1).

Кроме сигнала яркости в видеосигнале присутствуют служебные составляющие, обеспечивающие синхронизацию сигнала между источником и приемником.

Существуют два типа сигналов синхронизации – строчные и кадровые.

Сигналы кадровой синхронизации обеспечивают передачу информации о времени начала каждого поля телевизионного изображения в видеосигнале, а также информацию о типе этого поля (четное или нечетное). В соответствии с [1] период импульсов кадровой синхронизации составляет 20 мс.

Сигналы строчной синхронизации необходимы для обеспечения временной привязки строк внутри сигнала поля. Положение этих сигналов в видеосигнале соответствуют началу каждой строки в телевизионном поле. Период строчных синхроимпульсов составляет 64 мкс.

Рис. 1 Форма видеосигнала за периоды строки (а) и кадра (б)

Кроме сигналов синхронизации имеются гасящие импульсы кадров и строк. Они имеют те же периоды, что и синхронизирующие импульсы, но от последних отличаются длительностью. На рис. 1 они обозначены как τ _{z гас} и τ _{k гас}. Используются эти сигналы для гашения луча ЭЛТ при обратном ходе строчной и кадровой развертки.

Кадровый синхроимпульс имеет врезки длительностью 4,7 мкс а перед ним и после него передаются уравнивающие импульсы длительность 2,35 мкс. Частота следования уравнивающих импульсов и врезок в два раза выше, чем строчная частота (рис. 2).

Рис. 2. Подробная структура кадрового синхроимпульса

В случае использования цветного изображения в видеосигнал дополнительно включаются сигналы цветности и цветовой синхронизации. В настоящее время используются три стандарта цветного видеосигнала – SECAM, PAL и NTSC.

Во всех трех стандартах используется модуляция сигнала и цветовое матрицирование. Исходные сигналы трех основных цветов E_r, E_g, E_b (красный, зеленый и синий) преобразуются в сигнал яркости E_y по формуле:

,

а также в два цветоразностных сигнала по формулам:

;

.

В системе SECAM сигналы цветности формируются посредством частотной модуляции с построчным чередованием. В видеосигнале присутствуют сигнал яркости и только один из сигналов цветности, который накладывается на сигнал яркости методом частотного уплотнения. Для этого в сигнале яркости с помощью режекторного фильтра освобождается часть спектра (рис. 3).

Рис. 2.3. Амплитудно-частотная характеристика режекторного фильтра системы SECAM

Два сигнала цветности передаются попеременно через строку. Так как для получения полной цветовой информации необходим и второй цветоразностный сигнал, то его получают из предыдущей строки с помощью линии задержки на 64 мкс (длительность одной строки).

Частотно-модулированные сигналы цветности используют различные частоты поднесущих. В строках с номерами от 23 до 310 передается красная цветоразностная составляющая D_r. Для нее частота поднесущей составляет 4406,25 кГц. В строках с номерами от 336 до 623 передается синяя цветоразностная составляющая D_b с частотой поднесущей 4250,0 кГц.

Для селекции красный и синих строк используются сигналы полевой цветовой синхронизации, которые формируются в нескольких первых строках каждого поля и представляют собой немодулированные цветовые поднесущие.

В системах PAL и NTSC используется квадратурная амплитудная модуляция с подавленной поднесущей.

Сигнал яркости формируется в соответствии с формулой

.

Цветоразностные сигналы:

;

.

Полный видеосигнал с учетом модуляции выражается следующий формулой:

,

где f _цп = 4433618,75 Гц – частота цветовой поднесущей.

Так как в основе данного метода лежит квадратурная модуляция, для нормальной работы синхронного детектора требуется наличие двух сигналов. В качестве одного из сигналов используется собственно сам видеосигнал, а в качестве опорного сигнала – встроенный генератор с частотой, равной f _цп. Синхронизация этого генератора производится раз в строку с использованием специального сигнала-вспышки. Последний также передается в видеосигнале и располагается на задней полке строчного гасящего импульса и представляет собой несколько периодов немодулированной поднесущей f _цп (рис. 4).

Рис. 2.4. Расположение сигнала-вспышки относительно строчного синхроимпульса

Основные параметры телевизионного изображения, принятого в РФ следующие:

- стандарт цветности – SECAM;

- число полей в одном телевизионном кадре – 2 (чересстрочная развертка);

- номинальная частота полей – 50 Гц;

- число строк в одном кадре – 625;

- формат кадра – 4:3.

Основные электрические параметры видеосигнала:

- минимальная частота спектра видеосигнала – 50 Гц. Определяется частотой смены полей;

- максимальная частота спектра видеосигнала – 6,5 МГц. Определяется наибольшей частотой изменения яркости вдоль строки;

- полный размах видеосигнала – 1 В;

- размах видеосигнала от уровня черного до уровня белого – 0,7 В.

Фактически же в РФ действуют два стандарта – SECAM и PAL.

Дата добавления: 2015-06-04