Телевизионные системы

Современная телевизионная (ТВ) система - это совокупность оптических, электронных и радиотехнических устройств, которые принимают и передают на расстояние информацию о пространственно-излучательных характеристиках подвижных цветных объектов.

Изображение объекта преобразуется в электрический сигнал, который передается по каналу связи и в месте приема преобразуется в оптическое изображение (Рис. 8.32).

Рис. 8.32. Структурная схема системы телевизионного вещания

Упрощенная схема одного из типов передающих трубок (видикона) приведена на Рис. 8.33. В стеклянном вакуумном баллоне трубки расположены два электрода - электронный прожектор и мишень. Прожектор создает электронный луч, направленный в сторону мишени. Поперечное сечение луча формируется фокусирующей системой ФС. Направление луча, определяющее место его встречи с мишенью, задается отклоняющей системой ОС. Источник питания П, прожектор, электронный луч, мишень и нагрузка R_Н образуют электрическую цепь. Мишень имеет два слоя. Первый является прозрачным для света и обладает постоянной электропроводимостью. Второй, обращенный к прожектору, изготавливается из вещества, обладающего внутренним фотоэффектом. Движущееся изображение проецируется на мишень при помощи объектива. При этом отдельные участки мишени будут освещены по-разному, а потому вследствие внутреннего фотоэффекта будут иметь разную электропроводность. Ток в цепи будет пропорционален электропроводности участка мишени, которого в данный момент касается электронный луч. Отклоняющая система трубки обеспечивает безинерционное перемещение электронного луча по горизонтали и вертикали. Тем самым обеспечивается последовательное преобразование лучистой энергии, отраженной от участков подвижного изображения, в сигнал, который принято называть видеосигналом.

Рис. 8.33. Передающая телевизионная трубка (видикон)

Аналогично видикону работает и трехкомпонентная цветная передающая трубка (ЦПТ). Световой поток от передаваемой сцены светоразделительной оптикой (СРО) делится на 3 основные компоненты. Трехкомпонентная ЦПТ преобразует уровни световых интенсивностей каждой компоненты в соответствующие уровни электрических сигналов.

Для передачи по каналу кодирующее устройство формирует сигнал яркости U_Y и два цветоразностных сигнала U_R-Y и U_В-Y. В целях поддержания синхронизма развертки изображения в канал связи передаются сигналы синхронизации U_СИ.

Декодирующее устройство восстанавливает исходные сигналы и формирует сигнал развертки, которые синтезируют передаваемую сцену на экране телевизионной трубки.

Упрощенная схема, поясняющая устройство приемной телевизионной трубки (кинескопа), приведена на Рис. 8.34. Слой люминофора нанесен на внутреннюю поверхность широкой части стеклянного баллона. Электронный луч создается прожектором, формируется и ускоряется специальными электродами (на рисунке не показаны). Интенсивностью электронного луча управляет видеосигнал. Луч направляется на люминофор и высвечивает поэлементно строку за строкой. Движение луча по горизонтали и вертикали задается отклоняющей системой (ОС).

Рис. 8.34. Приемная телевизионная трубка (кинескоп)

Поскольку интенсивность луча изменяется в соответствии с изменением сигнала, яркость свечения каждой строки будет изменяться. Ввиду большой скорости перемещения луча по строкам и определенной инерционности зрения человек наблюдает на экране цельное оптическое изображение.

Принцип работы цветного кинескопа аналогичен рассмотренному. Для передачи каждого из трех цветов применяются три отдельные электронные пушки.

В ТВ под кадром понимают совокупность элементов, на которые разбивается изображение. Геометрическое место последовательно передаваемых элементов в кадре называют телевизионным растром.

В ТВ системах растр строится по принципу линейно-строчной развертки.

На время обратного хода луча в полном ТВ сигнале вводятся гасящие импульсы, в пределах которого передается синхронизирующая информация.

Параметры полного ТВ сигнала определяются свойствами зрения:

· угол разрешения зрения 1,5..2';

• число градаций яркости 70..90;
• критическая частота мерцаний 48..50 Гц;
• трехкомпонентная теория зрения. В соответствии с данной теорией любой цвет может быть представлен в виде композиции красного (R - red), зеленого (G - green) и синего (B - blue). Чувствительность человеческого глаза данным цветам различна. Сигнал яркости (используемый в совместимых цветных ТВ системах) может быть получен как U_Y=0.3U_R+0.59U_G+0.11U_B;
• более низкая разрешающая способность для цветных элементов - в 4 раза меньше, чем к изменению яркости (мелкие цветные элементы воспринимаются как черно-белые).

Наибольший объем информации содержит сигнал яркости и, в основном, определяет полосу ТВ сигнала. Для передачи цветоразностных сигналов требуется полоса примерно в 4 раза уже, чем яркостного сигнала.

Для сокращения полосы ТВ сигнала применяют чересстрочную развертку, при которой полный кадр изображения передается и воспроизводится за два поля. В первом поле развертываются нечетные строки растра, во втором - четные. Два поля образуют один кадр с полной четкостью.

В РФ и Европе частота полей принята 50 Гц, в США - 60 Гц.

Рассмотрим характеристики существующих телевизионных систем.

Система NTSC (National Television System Committe). Одновременная совместимая система цветного ТВ, в которой передается яркостной сигнал и расположенная в пределах его спектра поднесущая, квадратурно модулированная двумя цветоразностными сигналами. В приемнике осуществляется синхронное детектирование цветоразностных сигналов, для чего в пределах гасящего строчного импульса передается частота поднесущего колебания с опорной фазой.

Европейский вариант NTSC: число строк 525, частота полей 60 Гц, поднесущая цветности 4.42 МГц, ширина полосы 2´1.3 МГц, несущая звука 6.5 МГц. Американский вариант NTSC: число строк 525, частота полей 60 Гц, поднесущая цветности 3.58 МГц, ширина полосы 1.3 и 0.5 МГц, несущая звука 4.5 МГц.

Система PAL (Phase Alternated Line). Квазисмешанная совместимая система цветного ТВ с квадратурной модуляцией поднесущей. Фаза одной из квадратурных компонент поднесущей переключается на 180° от строки к строке и сигналы цветности соседних строк в приемнике суммируются.

Основные характеристики системы PAL: число строк 525, частота полей 60 Гц, поднесущая цветности 4.433 618 МГц, ширина полосы 2´ 1.3 МГц, несущая звука 4.5 МГц.

Система SECAM. Квазисмешанная совместимая система цветного ТВ. Поднесущие, расположенные в спектре яркостного сигнала, модулируются по частоте двумя чередующимися от строки к строке цветоразностными сигналами. В приемнике цветоразностные сигналы для каждой строки восстанавливаются сложением с использованием линии задержки.

В системе SECAM сигналы цветности чередуются с частотой строк, т.е. цветовая четкость хуже в 2 раза. Однако это не ухудшает цветовосприятия. Основные характеристики системы SECAM: число строк 625, частота полей 50 Гц, поднесущая цветности B-Y 4.25 МГц ± 230 кГц, R-Y 4.406 МГц ± 280 кГц, несущая звука 6.5 МГц.

Цифровое телевидение. Основные характеристики цифрового ТВ сигнала нормированы МСЭ-Р для 525- и 625-строчных систем. Преобразование аналогового сигнала цветного ТВ осуществляется с частотой дискретизации яркостного сигнала 13.5 МГц и цветоразностных - 6.75 МГц. Это соотношение частот дискретизации обозначается 4:2:2. Для более сложных процессов обработки предусмотрен стандарт 4:4:4. Скорость передачи цифрового ТВ сигнала даже при использовании стандарта 4:2:2 получается высокой и составляет 216 Мбит/с.

Методами сжатия видеоданных удается снизить скорость передачи до 4% от исходной. Различными организациями проводятся работы по стандартизации методов сжатия. В настоящее время разработаны следующие стандарты:

· Indeo (Intel Video) - разработан фирмой Intel;

• JPEG - разработан группой экспертов в области фотографии Joint Photograthic Experts Group для неподвижных изображений;
• MPEG - разработан группой экспертов в области движущихся объектов Motion Picture Experts Group для подвижных изображений. Например, видеокадр в стандарте NTSC формата 512´ 400 точек 24 разряда на точку с первоначального размера 22 Мбайт может быть сжат до 0,45..17 Мбайт. В настоящее время широко применяется вторая версия стандарта.

К перспективным системам телевидения можно отнести телевидение высокой четкости и многопрограммное цифровое телевидение.

ТВ высокой четкости (ТВЧ). ТВЧ предполагает изменение формата изображения от 4:3 к 16:9 и увеличение числа строк свыше 1000. В Японии разработана и введена в эксплуатацию в 1989 году система 1125 строк, 60 полей. В рамках ЕС разработана система 1250 строк, 50 полей.

Передача полноформатного сигнала ТВЧ цифровыми методами (1024´ 768, 32 бита, 30 кадров/с) требует скорости 755 Мбит/с.

Многопрограммное цифровое ТВ (МПТВ-6-7-8). МПТВ предполагает передачу по стандартным каналам сжатых цифровых сигналов нескольких ТВ программ вместо одной программы стандартного ТВ или ТВЧ. В настоящее время удается передать от 4 до 10 ТВ программ в одном стандартном ТВ канале.

Дата добавления: 2014-01-04