Телевизионный сигнал

Первичный телевизионный сигнал формируется методом электронной развертки с помощью развертывающего луча телевизионной передающей трубки, преобразующей оптическое изображение в видеосигнал или сигнал яркости.

Подвижное изображение передается в виде мгновенных фотографий – кадров, сменяющих друг друга. Причем для создания эффекта плавного движения передается Z_к = 25 кадров в секунду. Каждый кадр разлагается на строки, число которых определяется установленными стандартами. В широко распространенном стандарте каждый кадр раскладывается на Z_c = 625 строк. Чтобы смена кадров на экране приемной телевизионной трубки (кинескопе) была незаметной (без мерцаний), число изображений должно составлять не 50 кадров в секунду. А это требует увеличения скорости развертки, что усложняет оборудование формирования и передачи телевизионных сигналов. Поэтому для устранения возможного мерцания каждый кадр передается в два этапа: сначала передаются только нечетные строки, а затем – четные. В результате на экране кинескопа создается кадр из двух изображений, называемых полями или полукадрами. Число последних в секунду составляет 50, и смена изображений становится незаметной и, благодаря этому, формируется немерцающее изображение. Вследствие инерционности зрения передачи 50-ти полукадров в секунду воспринимается как слитное движущиеся изображение.

На время смены строк и кадров развертывающий луч приемной трубки должен быть погашен. Для чего на управляющий электрод трубки подается напряжение, равное напряжению видеосигнала при передаче черного поля. Передающая телевизионная камера поэтому дополняется устройствами, которые доводят напряжение сигнала во время обратного хода луча до величины, соответствующей напряжению видеосигнала при передаче черного поля. Возникающие при этом импульсы напряжения, называются гасящими импульсами.

Движение развертывающих лучей передающей и приемной телевизионных трубках должно быть синхронным и синфазным. Для этого от передатчика телевизионного сигнала к его приемнику передаются синхронизующие импульсы: в моменты перехода луча от конца одной строки к началу следующей передаются импульсы строчной синхронизации, а в моменты перехода от конца каждого кадра (полукадра) к началу другого – импульсы кадровой синхронизации. Чтобы синхроимпульсы не создавали помех изображению, их передают в то время, когда луч кинескопа погашен, т.е. во время передачи гасящих импульсов.

Разделение синхронизирующих и гасящих импульсов в приемнике осуществляется по уровню: если гасящие импульсы передаются с уровнем, соответствующим уровню видеосигнала при передаче черного поля, то синхроимпульсы передаются с уровнем, соответствующим уровню видеосигнала, который получался бы при передаче поля “ чернее черного ”.

Обобщенная структурная формирования телевизионного сигнала приведена на рис. 2, где приняты следующие обозначения:

Рис. 2. Обобщенная структурная схема формирования телевизионного сигнала

ГСР – генератор строчной развертки и ГКР – генератор кадровой развертки передающей и приемной телевизионных трубок; ГССИ – генератор строчных синхроимпульсов; ГКСР – генератор кадровых синхроимпульсов; ЗГ – задающий генератор; ГСГИ – генератор строчных гасящих импульсов; генератор кадровых гасящих импульсов; ВУ – видеоусилитель тракта передачи и тракта приема; Пер – передатчик телевизионных сигналов и сигналов звукового сопровождения; ЗС – оборудование формирование сигналов звукового сопровождения тракта передачи и тракта приема; КП – канал передачи; Прм – приемник телевизионных сигналов и сигналов звукового сопровождения; ССИ селектор синхроимпульсов.

Следовательно, первичный телевизионный сигнал, поступающий на вход передатчика телевизионного канала, представляет последовательность импульсов с непрерывно изменяющейся амплитудой (напряжением). Эти импульсы повторяются с частотой следования строк F_c = Z_к×Z_c = 25×625 = 15625 Гц, а время передачи одной строки равно 1/ F_c = Т_с =64 мкс. В промежутках между ними передаются импульсы строчной и кадровой синхронизации, имеющие постоянные амплитуды.

Ширина спектра первичного телевизионного сигнала может быть определена следующим образом. Максимальная частота спектра соответствует передачи чередующихся черных и белых квадратных элементов изображения. Вертикальный размер элементов определяется размером строки. Учитывая, что ширина кадра относится к его высоте, как 4/3, нетрудно определить число элементов М, содержащихся в одной строке: оно равно М = (4/3)× Z_c². Учитывая, что в секунду передается 25 кадров (50 полукадров, состоящих поочередно из четных и нечетных строк изображения), общее число элементов, передаваемое за секунду, будет равно 25 М. Время передачи одного элемента, следовательно, будет равно t = 1/25 М =3/(4×625²×25) = 0,083 мкс. Максимальная частота спектра телевизионного сигнала будет равна F_макс = 1/2 t = 1/2× 0,083×10^-6 = 6,0 МГц Таким образом, полагая нижнюю граничную частоту спектра телевизионного равной 50 Гц (частота смены полукадров), общая ширина спектра телевизионного сигнала принимается равной 50 Гц … 6,0 МГц с учетом передачи сигналов звукового сопровождения..

Энергетический спектр телевизионного сигнала имеет дискретный характер, максимумы энергии которого сосредоточены вблизи гармоник частоты строк nF_c (n =1, 2, 3…). Однако практически вся энергия сигналов яркости сосредоточена в диапазоне от 0…1,5 МГц Эта особенность видеосигнала используется при организации видеотелефонной связи, организуемой в полосе частот от 50 Гц до 1,2…1,5 МГц.

Защищенность сигналов яркости от помех должна быть не менее 48 дБ. Число градаций яркости телевизионного сигнала приблизительно равно k = 100 и согласно (10) динамический диапазон видеосигнала будет равен D_ТВ = 40 дБ. Пик-фактор сигнала, как было показано при рассмотрении полутонового факсимильного сигнала (9), не превышает 4,8 дБ, а потенциальный информационный объем телевизионного сигнала равен (11) I_ТВ = 6,64× 6,0×10⁶ lg 100 @ 80 Мбит/с.

Все рассмотренное выше справедливо для сигналов черно-белого телевидения. Сигналы цветного телевидения имеют некоторые особенности.

В основе цветного телевидения лежат следующие физические процессы:

оптическое разложение многоцветного изображения с помощью специальных цветных светофильтров на три одноцветных изображения в основных цветах – красном (R – red), зеленом (G – green) и синем (B – blue);

преобразование трех одноцветных изображений в передающей телевизионной трубке в соответствующие им три электрических сигнала E_R, E_G, E_B;

передача этих трех электрических сигналов по каналу связи;

обратное преобразование электрических сигналов изображения в специальном кинескопе (приемной телевизионной трубке) в три одноцветных оптических изображения красного, зеленого и синего цветов; каждый цвет характеризуется двумя параметрами: яркостью и цветностью (насыщенностью); напомним, что в черно-белом телевидении при развертке изображения меняется только яркость освещения его отдельных элементов и передаваемый сигнал является сигналом яркости;

оптическое сложение в определенных пропорциях трех одноцветных изображений в одно многоцветное, при котором формируется сигнал яркости Е_g.

При наличии сигнала Е_g не обязательно передавать три цветовых сигнала: E_R, E_G,E_B. Достаточно передать любые два из них. Обычно в системах цветного телевидения исключается самый широкополосный сигнал – зеленый E_G, поскольку в яркостном сигнале содержится 59 % зеленого. Вычитая из E_G и E_B полученный сигнал яркости, получают так называемые цветоразностные сигналы. Максимум энергии сигнала яркости группируется в диапазоне нижних частот. Амплитуда составляющих сигнала в диапазоне верхних частот очень малы. Именно в этом диапазоне яркостного сигнала с помощью поднесущих частот помещаются цветоразностные сигналы, образуя сигналы цветности. Уплотняемые таким способом в общем частотном спектре сигнал яркости и цветоразностные сигналы могут создавать взаимные помехи. Для уменьшения влияния высокочастотных составляющих яркостного сигнала на цветоразностные сигналы поднесущая частота выбирается в верхнем диапазоне частот (где составляющие сигнала яркости очень малы и амплитуда поднесущей берется больше амплитуд этих составляющих). В то же время амплитуда поднесущей должна составлять не более 23 % от максимальной амплитуды яркостного сигнала.

Таким образом, яркостный сигнал и два цветоразностных сигнала занимают стандартную полосу частот телевизионного сигнала без заметного взаимодействия между собой.

На рис. 3 приведен фрагмент осциллограммы одной строки полного телевизионного (ТВ) сигнала с указанием его основных параметров.

Рис. 3. Осциллограмма одной строки полного ТВ – сигнала

Существует несколько систем цветного телевидения, различающихся между собой в основном способами модуляции поднесущих частот цветоразностными сигналами. В нашей стране нашла применение система SEKAM (СЕКАМ) (от франц. Sequentiel couleurs a memoire – последовательная передача цветов с запоминанием).

Особенностью системы является то, что цветоразностные сигналы передаются в частотном спектре яркостного сигнала на вспомогательных цветовых поднесущих методом частотной модуляции. Поскольку модулировать по частоте поднесущую одновременно двумя сигналами невозможно, то в системе SECAM сигналы передаются поочередно через строку. В течение времени одной строки передается только цветоразностный сигнала E_R - E_g, другой – только E_R - E_g, во время третьей строки вновь передается E_R - E_g и т.д. Чтобы получить в телевизоре цветоразностный сигнал E_G - E_g необходимо иметь оба цветоразностных сигнала E_R - E_g и Е_В -Е_g одновременно. Для этого в телевизорах используется линия задержки со временем задержки (запоминанием) на одну строку (64 мкс). Таким образом, каждая передаваема строка запоминается в линии задержки, и к приходу следующей строки ее можно использовать как недостающий сигнала для формирования третьего цветоразностного сигнала. Отметим, что обе поднесущие частоты выбираются четными гармониками частоты строчной развертки. Для передачи сигнала E_R - E_g используется частота f_0R = 282 F_c = 282 ×15625 = 4,406 МГц и для передачи сигнала Е_В - Е _g используется частота f_0B = 272 F_c = 272× 15625 = 4,250 МГц.

Дата добавления: 2015-04-30