Полный телевизионный сигнал

Содержание: Укрупненная структура телецентра. Аппаратно-студийный комплекс. Структурная схема ТВ передатчика.

Телевизионный центр представляет собой набор технических средств для создания ТВ программ и осуществления ТВ вещания. Различают программные и ретрансляционные телецентры. Программные телецентры имеют телевизионные студии для создания и хранения ТВ программ, рекламных роликов или другой видеопродукции. Ретрансляционные телецентры не создают собственной видеопродукции, а только осуществляют трансляцию готовых программ других телецентров или телестудий, которые получают по существующим каналам связи. Крупный телецентр имеет аппаратно-студийный комплекс (АСК), предназначенный для производства видеопродукции, радиопередающий комплекс для осуществления вещания, передвижные телевизионные станции (ПТС) для выездных съемок, проводимых вне студии, а также необходимое оборудование для связи с другими телецентрами. Структурная схема телецентра приведена на рисунке 5.1.

Центральная аппаратная представляет собой коммутационно-распределительный узел для коммутации источников сигналов с их потребителями. Качество работы оборудования контролируется службой технического контроля. К вспомогательным службам АСК могут относиться лаборатории, ремонтные мастерские, гримерные, костюмерные и другие. Радиопередающий комплекс имеет передатчики ТВ сигналов и звукового сопровождения. Каждый ТВ канал имеет свою пару передатчиков. Каждый передатчик состоит из двух полукомплектов в одном канале, мощности которых складываются в мостовом устройстве. Сигналы передатчиков изображения и звука складываются на выходе и подаются в общую антенно-фидерную систему (см. рисунок 5.2).

Рисунок 5.1 – Укрупненная структура телецентра

Рисунок 5.2 – Структурная схема ТВ передатчика

Содержание: Структурная схема ТВ приемника, основные параметры в зависимости от рабочего стандарта. Структурная схема ТВ приемника 2000х годов

В настоящее время все телевизионные приемники наземного вещания строятся по одинаковой супергетеродинной схеме с однократным преобразованием несущей частоты изображения и двукратным преобразованием несущей звука. Структурная схема приемника приведена на рисунке 6.1. Принципы работы основных ее узлов в радиотракте аналогичны звуковещательным приемникам. Отличия связаны с относительно широким спектром радиосигнала и его сложным составом для цветного изображения. Телевизионная антенна для приема радиосигналов выбираемых каналов должна иметь соответствующую полосу пропускания, а ее сопротивление (так же как и сопротивление входной цепи (ВЦ) селектора) каналов должно быть согласованно с волновым сопротивлением антенного кабеля. Эти параметры, а также диаграмма направленности и коэффициент усиления зависят от конструкции антенны, основой которой чаще всего является вибратор.

Рисунок 6.1 – Структурная схема ТВ приемника

Расположенный за входной цепью ВЦ селектора усилитель высокой частоты (УВЧ) предназначен для предварительного усиления радиосигналов избираемого канала. Частотная характеристика УВЧ и ВЦ – равномерная в пределах полосы частот канала. Форма ее за пределами полосы выбирается такой, чтобы обеспечить избирательность приемника по зеркальному (f_з = f_н.и. f_п.ч.и.) и дополнительным каналам ( f_д = nf_г ± f_п.ч.и.) приема. Шумовые параметры УВЧ во многом определяют чувствительность приемника, поэтому в УВЧ селектора должны использоваться элементы с малым эквивалентным шумовым сопротивлением. Смеситель (СМ) и гетеродин (Г) служат для преобразования несущих изображения f_н.и и звука f_н.зв в соответствующие промежуточные частоты f_п.ч.и и f_п.ч.зв1 . Последние образуются как разность между частотой гетеродина f_г и несущими. Конструктивно УВЧ, СМ и Г объединены в один узел – селектор телевизионных каналов (тюнер). Для приема радиосигналов различных каналов колебательные контуры этого узла (ВЦ, УВЧ и Г) перестраиваются с помощью варикапов, которые позволяют осуществить электронный выбор программ и автоматическую подстройку частоты гетеродина (АПЧГ). В усилителе промежуточной частоты канала изображения (УПЧИ) производится основное усиление радиосигнала изображения и некоторое усиление промежуточной частоты f_п.ч.зв1 , формируется частотная характеристика приемника и обеспечивается тем самым чувствительность и избирательность по соседнему каналу. Система АРУ охватывает селектор (УВЧ) и УПЧИ. Характеристика УПЧИ цветного ТВ приемника по сравнению с черно-белым приемником должна обеспечить более глубокую режекцию звуковой несущей своего и соседнего каналов соответственно на частотах 31,5 и 39,5 МГц не хуже 40 дБ во избежание помех на изображении от продуктов биений между цветовой поднесущей и несущей звука с частотами 1,75 – 2,6 МГц (для различных стандартов). При этом хорошее качество изображения без указанных помех обеспечивается приемником АПЧГ, которая гарантирует точность настройки приемника на канал и соответственно точность режекции в УПЧИ первой звуковой промежуточной частоты f_п.ч.зв1 . С целью исключения квадратурных искажений, характерных при использовании линейного амплитудного детектора в системах с однополосной амплитудной модуляцией, в современных приемниках цветного телевещания в УПЧИ применяется квазисинхронныйдетектор с опорным контуром, настроенным на промежуточную частоту несущей изображения 38,0 МГц. Как известно, синхронное детектирование не требует больших амплитуд (около 50 МВ) радиосигнала. Линейность тракта усиления в УПЧИ обеспечивается гораздо легче, и получаются существенно меньшие интермодуляционные искажения сигналов яркости и цветности. Кроме того, свойство синхронного детектора выделять продукты из радиосигнала синхронно и синфазно с частотой импульсов выборки обеспечивает подавление продуктов биений между несущей звука и цветовой поднесущей. Одноканальная схема построения радиотракта ТВ приемника позволяет существенно повысить качество приема звукового сопровождения за счет двойного преобразования несущей частоты звука. Вторая промежуточная частота звука получается в отдельном амплитудном детекторе АD_зв (нелинейном элементе) – частотном преобразователе, в котором роль гетеродина выполняет большая по размаху несущая изображения f_п.ч.и . Так как f_п.ч.и представляет собой амплитудно модулированное колебание, а f_п.ч.зв1 – частотно модулирована, то продукт преобразования f_п.ч.зв2 f_{п.ч.и(АМ)} — f_{п.ч.зв1(ЧМ)} = 38 — 31,5 = 6,5 МГц будет представлять собой частотно-модулированую звуковую несущую с дополнительной амплитудной модуляцией от сигнала изображения. Очевидно, что во избежание проникновения на выход частотного детектора (ЧД) продуктов амплитудной модуляции сигнала изображения в тракте УПЧЗ (6,5 МГц) должно быть применено глубокое ограничение по амплитуде (АО), успех которого гарантирован ГОСТ 7845-92, предусматривающим недомодуляцию несущей изображения на белом в 7 — 2% от максимального уровня радиосигнала цветного телевидения. Таким образом, основное усиление несущей звукового сигнала осуществляется на относительно низкой (6,5 МГц) частоте, благодаря чему легко обеспечивается схемное решение тракта УПЧЗ. Поскольку стабильность f_п.ч.зв2 обеспечивается стабильностью (при общем гетеродине СК) кварцованных f_н.и и f_н.зв , а возможная расстройка тракта УПЧЗ из-за временных и температурных факторов воздействия на резонансные контура не более 0,1 %, то ясно, что схема приема звукового сопровождения с двойным преобразованием весьма выгодна и всемирно признана во всех стандартах ТВ вещания. Для усиления звукового сопровождения в тракте УПЧЗ применяются, как правило, три резонансных каскада с взаимной расстройкой, обеспечивающей полосу в стандарте излучения (250 кГц). В последних разработках в качестве колебательных систем УПЧЗ применяются керамические фильтры на ПАВ. Таким образом, с частотного детектора УПЧЗ радиотракта приемника низкочастотный сигнал звукового сопровождения поступает на усилитель звуковой частоты УЗЧ и далее на акустическую систему приемника. С выхода амплитудного детектора (АД) УПЧИ радиотракта полный цветовой видеосигнал раздельно поступает на амплитудный и временной селекторы синхроимпульсов для синхронизации генераторов строчной (ГСР) и кадровой разверток (ГКР) и в блок цветности, где осуществляется обработка яркостного сигнала E_Y и декодируются сигналы цветности E_R-Y и E_B-Y . Оконечным устройством блока цветности в современном приемнике является видеопроцессор (см. рисунок 6.2) – многофункциональное устройство управления параметрами цветного изображения на экране кинескопа (яркость, контрастность, насыщенность), с трех выходов которого цветоделенные сигналы E_R , E_G и E_B посредством оконечных мощных видеоусилителей кинескопа (ВУ) управляют токами лучей, соответственно яркостями основных цветов люминофорного экрана.

Рисунок 6.2 – Структурная схема ТВ приемника 2000х годов

Содержание: Структурная схема цветной передающей камеры. Твердотельная передающая камера. Структурная схема камерного канала

Передающая телевизионная камера предназначена для преобразования светового потока, отраженного от объекта и подаваемого в блок камерного канала, в электрические сигналы трех цветоделенных изображений. Камера состоит из оптической головки, самой камеры и электронного видеоискателя. Световой поток, пройдя через вариообъектив и светофильтры, корректирующие при необходимости источник освещения, поступает на компоненты призменного цветоделительного блока. Нанесенные на грани призмы слои расщепляют световой поток на разделенные по спектру составляющие, которые образуют на фоточувствительной поверхности передающих трубок цветоделенные изображения. Светофильтры, наклеенные на грани призмы, корректируют спектральные характеристики оптических каналов. Применение призменного блока позволяет реализовать более жесткую конструкцию цветоделительной системы, упростить юстировку схемы, снизить потери света, вызываемые отражением от границы воздух – стекло, а также ввести световой поток от диапроектора, проецирующего изображение тест-таблицы на фотокатоды трех передающих трубок при настройке камеры.

Рисунок 7.1 — Структурная схема цветной передающей камеры

Структурная схема цветной передающей камеры изображена на рисунке 7.2. Оптическая головка 2 конструктивно объединена с тремя блоками передающих трубок типа плюмбикон 4. В блок каждой трубки входят фокусирующая и отключающая системы (ФОС) и предварительный усилитель 3. В самой камере размещены блоки: выходных каскадов 5, развертывающих устройств 6, телеуправления 7, питания 8, регулировки тока луча 9 и высокочастотного уплотнения 10. Для контроля изображения на камере установлен поворотный монохромный электронный видоискатель. На мишени передающих трубок формируются: красное (R), синее (B) и псевдояркостное (W) изображения передаваемого объекта. Использование псевдояркостного сигнала вместо зеленого (G) позволяет улучшить чувствительность камеры при допустимом ухудшении цветопередачи. Светоделенные сигналы E_R, E_W, E_B с сигнальных пластин передающих трубок поступают на соответствующие предварительные усилители 3, размещенные непосредственно на ФОС передающей трубки 4. В предварительных усилителях осуществляется противошумовая коррекция сигналов. С выходов предварительных усилителей сигналы поступают в блок выходных каскадов 5, где они усиливаются, ограничиваются их полосы частот, вводятся и ограничиваются строчные гасящие импульсы, замешиваются импульсы телеуправления. Усиленные выходные сигналы в технической аппаратуре поступают на камерный канал. Система уплотнения предназначена для передачи по двум коаксиальным жилам камерного кабеля во встречных направлениях сигналов: основных цветов E_R, E_B, звукового сопровождения, передаваемых из камеры в каналы, и сложного сигнала телеуправления (ССТУ), передаваемого из канала в камеру. Сигнал ССТУ представляет собой смесь сигналов, уплотненных во времени: сигнала яркости для электронного видоискателя, сигнала синхронизации разверток передающих трубок, сигнала звука для служебной связи с оператором и сигналов телеуправления.

В современных разработках передающих камер применяются твердотельные аналоги передающих трубок – однострочные и матричные приборы с зарядовой связью (ПЗС). На рисунке 7.2 изображена структурная схема цветной телевизионной камеры на трех полноформатных матрицах ПЗС. Изображение передаваемого объекта вариообъективом проецируется на светоделительный блок, который разделяет световой поток на три составляющие. Принцип получения сигнала изображения рассмотрим для одного из каналов на примере ПЗС с кадровым переносом зарядов. Основной элемент каждого из каналов – матрица ПЗС. Она преобразует распределение светового потока в плоскости матрицы в поверхностное распределение фотогенерированных неосновных носителей заряда – потенциальный рельеф (секция накопления). Затем во время следования кадрового гасящего импульса все поле зарядов перемещается в соответствующие зоны хранения, экранированные от светового потока (секция памяти). В течение следующего периода накопления во время следования строчных гасящих импульсов заряды построчно перемещаются из секции памяти к выходному регистру сдвига. В нем в период активной части строки заряды придвигаются к выходному устройству. Таким образом, на выходе матрицы образуется ТВ сигнал в виде поэлементной последовательности импульсов различной амплитуды, пропорциональной освещенности элементов секции накопления.

Рисунок 7.2 — Структурная схема цветной твердотельной передающей камеры

Перемещение зарядов в матрице ПЗС – развертка изображения – производится с помощью тактовых импульсов синхрогенератора, образующихся в формирователях импульсов секций накопления (ФИН), памяти (ФИП) и выходного регистра (ФИВ). Использование в ЦТ камерах твердотельных сигналов вакуумных передающих трубок позволило значительно сократить габариты, вес и потребляемую мощность камеры, а также существенно повысить надежность ее работы. Дополнительным достоинством камер на матрицах ПЗС является ее так называемый «жесткий растр», т.е. точная привязка координаты передаваемой точки текущему времени, что оказывается определяющим параметром при решении некоторых прикладных задач. Структурная схема камерного канала изображена на рисунке 7.3. Цветоделенные сигналы от камеры в камерный канал поступают по коаксиальным парам камерного кабеля. Сигнал E_W в полосе частот 6,5 МГц подается непосредственно в усилительный тракт, а сигналы E_R и E_B в полосе частот 1,5 МГц – через блок уплотнения. В усилительном тракте производится установочная регулировка усиления, замешивание и ограничение гасящих импульсов для удаления с площадки обратного хода флуктуационных помех, паразитных сигналов строчной частоты. В нем предусмотрена также схема коррекции светорассеяния, из-за рассеяния светового потока в оптической части камеры и в передающих трубках. Здесь же осуществляется коррекция неравномерности фона изображения по полю путем замешивания в видеосигнал сигналов параболической и пилообразной формы частости строк и полей и модуляции видеосигнала путем изменения коэффициента усиления. Далее сигналы E_R иE_B непосредственно поступают на цветокорректор, а сигнал E_W – через апертурный корректор. В цветокорректоре осуществляется коррекция ошибки цветоанализа, вызванной несоответствием спектральных характеристик камеры кривым смешения основных цветов приемника, и производится нормирование сигналов E_R, E_G, E_B. В апертурном корректоре производится коррекция апертурных искажений луча передающей трубки в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также разделение спектра сигнала на низкочастотный сигнал в полосе 1,5 МГц (E_W – 1,5) и сигнал высокочастотных деталей. Сигнал E_W – 1,5 МГц поступает на цветокорректор.

Рисунок 7.3 – Структурная схема камерного канала

С выходов блока цветокорректора сигналы E_R0, E_G0, E_B0 в полосе частот 1,5 МГц поступают на гамма-корректор, где преобразуются по степенному закону в сигналы E’_R, E’_G, E’_B для коррекции модуляционной характеристики кинескопа. После нелинейного преобразования в сигналы E’_R, E’_G, E’_B вводится сигнал E_W с выхода апертурного корректора, несущего информацию о мелких деталях изображения в полосе частот 1,5 – 6,5 МГц, а также сигналы вертикальной и горизонтальной апертурной коррекции. Таким образом, на выходе гамма-корректора формируются сигналы в полной полосе частот в соответствии с выражениями:

После гамма-корректора в выходном усилителе в сигнал изображения замешиваются гасящие импульсы приемной трубки и производится ограничение гасящих импульсов на уровне черного. С выхода усилителя сигналы поступают на кодирующее устройство и цветные ВКУ. На микшер поступают также сигналы от других камерных каналов.

Содержание: Виды разверток. Прогрессивная развертка. Чересстрочная развертка. Синхронизация разверток.

В телевидении используется линейная развертка, т. е. развертка с постоянной скоростью вдоль строк и по кадру. При перемещении луча по горизонтали прочерчиваются строки растра, а перемещением луча по вертикали из совокупности строк образуется растр (см. рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 — Линейно-строчная развертка: а) – вид развертки; б) – синхронизация разверток

При построении построчного растра за время развертки по вертикали (T_K) прочерчивается z строк. Частоты кадрового и строчного отклонений (см. рисунок 8.2) при построчном способе разложения оказываются связанными друг с другом следующим соотношением:

f_z= z · f_K, (8.1)

где f_z – частота строчной развертки; f_K – частота кадровой развертки.

Как известно, максимальная частота ТВ сигнала определяется соотношением f_max = kz² f_K/2, где k = 4/3 – формат кадра, а z = 625 – число строк. С целью сокращения f_max частоту кадровой развертки выбирают минимально возможной, и определяется она минимально необходимым числом фаз в передаче движущегося изображения, при котором движение воспринимается непрерывным.

Рисунок 8.2 — Форма отклоняющих токов при построчной развертке

Экспериментально установлено, что для этого частота смены кадров должна быть не менее 16–20 Гц. Именно поэтому для большинства существующих стандартов вещательного телевидения f_K= 25 Гц. Однако при таком значении кадровой частоты оказывается сильно заметным мелькание яркости экрана, поскольку критическая частота мелькания для средней яркости телевизионного изображения равна 48–50 Гц. Эффективным способом увеличения частоты мелькания телевизионного изображения при сохранении неизменной кадровой частоты является применение чересстрочного растра. Кадр чересстрочного растра образуется из совокупности двух полукадров (полей). В первом полукадре развертываются все нечетные строки растра: 1, 3, 5 и т. д., а во втором – четные: 2, 4, 6 и т. д. За период кадра, таким образом, изображение сменится дважды. С этой целью частоту развертки по вертикали увеличивают по сравнению с частотой смены кадров в 2 раза: f_n = 2 f_K, где f_n — частота развертки по вертикали, т. е. частота полей (полукадров). При формировании чересстрочного растра основным требованием является размещение строк одного полукадра строго между строками другого. Наиболее просто эта задача решается при нечетном числе строк в растре: z =2k 1, где k = 1, 2, 3, 4… . В этом случае в одном полукадре изображения оказываются развернутыми k строк и еще половина строки (см. рисунок 8.3), а так как при развертке одной строки электронный луч успевает переместиться по вертикали на толщину двух строк, строки второго полукадра, начинающиеся с прочерчивания второй половины последней строки первого полукадра, попадут в середины промежутков между строками этого полукадра. Таким образом, при нечетном числе строк в растре и удвоенной частоте вертикального отклонения по сравнению с построчной разверткой чересстрочный растр формируется автоматически. Следует иметь в виду, что качество чересстрочного растра, определяемого расположением строк одного поля строго посередине в промежутках строк другого поля, зависит от точности частот генераторов строчного и кадрового отклонения, которая должна удовлетворять соотношению

(8.2)

Рисунок 8.3 — Образование растра при: а) построчной развертке; б) – чересстрочной развертке

Нарушение этого соотношения приводит к спариванию строк или даже полному слипанию строк двух полей, что в свою очередь приводит к потере четкости изображения по вертикали.

Содержание: Особенности телевизионного сигнала при конечных размерах развертывающего элемента. Строчная и кадровая синхронизация.

Все развертывающие устройства телевизионной системы работают синхронно и синфазно. Это обеспечивается принудительной синхронизацией, для чего на все развертывающие устройства в начале каждой строки и каждого кадра подаются специальные синхронизирующие импульсы, которые заставляют срабатывать эти устройства в строго определенные моменты времени. Принудительная синхронизация развертывающих устройств передающей камеры и телевизионного приемника осуществляется от единого источника синхросигнала — синхрогенератора, находящегося в комплекте передающей аппаратуры телецентра. Между способами синхронизации развертывающих устройств телецентра и телевизионных приемников имеется существенная разница. Развертывающие устройства передающей телевизионной камеры синхронизируются непосредственно импульсами строчной и кадровой синхронизации, подаваемыми по камерному кабелю. Для синхронизации развертывающих устройств приемников синхронизирующие импульсы строк и кадров должны передаваться с телевизионного центра совместно с ТВ сигналом по одному каналу. Это приводит к необходимости формирования специального сигнала синхронизации приемников, имеющего весьма сложную форму. При этом для передачи синхронизирующих импульсов используется время обратного хода луча, т. е. время передачи гасящих импульсов. Вершины гасящих импульсов примерно соответствуют уровню «черного» сигнала. Часто говорят, что синхронизирующие импульсы располагаются в области «чернее черного». Импульсы синхронизации в этом случае могут быть отделены от сигнала изображения и гасящих импульсов обычным амплитудным ограничителем (амплитудным селектором). Схема амплитудного селектора содержит устройство фиксации вершин импульсов синхронизации и пороговый элемент, пропускающий на дальнейшую обработку только сигналы синхронизации. Легкость и надежность указанного процесса является одним из основных достоинств данного метода синхронизации. Не менее важной задачей является разделение строчных синхронизирующих импульсов и импульсов синхронизации полей друг от друга. Для этого они должны отличаться либо по уровню, либо по длительности. В первом случае импульсы синхронизации полей можно выделять с помощью ограничителя. Однако из-за увеличения общего размаха сигнала значительно возрастает мощность радиопередатчика, поэтому лучше делать синхронизирующие импульсы разными по длительности (длительность строчных синхронизирующих импульсов значительно меньше длительности импульсов синхронизации полей). Разница в длительности строчных импульсов и импульсов полей преобразуется с помощью дифференцирующих и интегрирующих цепей в разницу напряжений, как показано на рисунке 9.1. При этом разница в напряжении может быть сделана столь значительной, что остатки строчных импульсов после интегрирования не будут оказывать никакого влияния на синхронизацию кадровой развертки.

Рисунок 9.1 — Разделение импульсов синхронизации: а) – дифференцирующей цепью; б) – интегрирующей цепью; в) – формы сигналов

Выделение синхронизирующих импульсов полей с помощью интегрирующей цепи наряду с простотой обладает еще одним положительным качеством — большой помехоустойчивостью. Импульсы помех, имеющие малую длительность, не успевают создавать на конденсаторе значительных напряжений и как бы сглаживаются интегрирующей цепью. Недостатком такого выделения синхронизирующих импульсов являются невозможность получения крутого фронта интегрированных импульсов и, как следствие, возможная нестабильность момента синхронизации. Выделение синхронизирующих импульсов строк с помощью дифференцирующей цепи возможно, однако следует иметь в виду, что импульсные помехи будут свободно проходить через конденсатор цепи и помехоустойчивость такого способа выделения будет низкой. При построчном разложении между фронтами двух кадровых синхронизирующих импульсов размещаются z строчных импульсов. Длительность кадрового импульса синхронизации в несколько раз больше периода строки (см. рисунок 9.2). После прохождения сигнала u_вх через дифференцирующую цепь получим сигнал u_дц , положительные импульсы которого могут использоваться для синхронизации строчной развертки приемника, а отрицательные – никакого действия на работу генератора развертки оказывать не будут. Во время действия кадрового синхронизирующего импульса в канале строчной синхронизации импульсы отсутствуют. Синхронизации строчной развертки в этот промежуток времени не будет, и генератор импульсов строчной развертки ТВ приемника будет работать в автономном режиме. В результате несколько первых строк после окончания действия кадрового импульса могут оказаться «сбитыми». Для сохранения непрерывности следования строчных импульсов в кадровый синхронизирующий импульс вводят прямоугольные врезки, следующие со строчной частотой. Длительность врезок на рисунке условно равна длительности строчных импульсов.

Рисунок 9.2 — Сигналы синхронизации при построчной развертке

Срез врезки должен совпадать с фронтом строчного импульса, который должен был бы быть в этом месте. После дифференцирования такого сигнала U^‘_вх положительные импульсы используются для синхронизации. Таким образом, они следуют без перерыва со строчной частотой (u^‘_дц на рисунке 9.2); кадровые синхронизирующие импульсы выделяются интегрирующей цепью. Наличие врезок приводит к получению на выходе интегрирующей цепи «зубчатой» формы кривой u^‘_иц . Такое искажение формы будет одинаковым у всех кадровых синхронизирующих импульсов. Исходя из этого, при постоянном уровне срабатывания кадрового генератора развертки это не приведет к нарушению синхронизации. При чересстрочном разложении число строк z в кадре нечетно, и между фронтами двух следующих друг за другом синхронизирующих импульсов четных и нечетных полей размещается m = 1/2 периодов строчной частоты f_z , где m — число целых строк в одном поле. Эта одна вторая периода строчной частоты обусловливает соответствующий временной сдвиг строчных врезок относительно синхронизирующего импульса четного поля (поля, в котором разворачиваются четные строки). В результате форма синхронизирующих импульсов четных и нечетных полей оказывается неодинаковой (см. рисунок 9.3). В импульсе нечетных полей время от фронта импульса до первой врезки равно длительности почти целой строки (за вычитанием длительности врезки), а в импульсе четных полей это время составляет половину длительности строки. Из-за этого формы интегрированных импульсов u_иц для четных и нечетных полей также будут различными. Их различие хорошо видно на рисунке при совмещении обоих интегрированных импульсов на одном графике u_ицсовм .

Рисунок 9.3 — Нарушение идентичности синхроимпульсов полей с врезками строчной частоты при построчной развертке

При синхронизации кадрового генератора такими импульсами может произойти нежелательный сдвиг во времени начала обратных ходов развертки по полям. Этот сдвиг, как видно из рисунка 9.3, равен Δ₁ и может достигать долей длительности строки. Наличие сдвига приведет к нарушению чересстрочности развертки, т.е. растры полей будут сдвинуты по вертикали не точно на половину расстояния между соседними строками, и появится так называемое спаривание строк. Спаривание строк ухудшает качество изображения. Становится заметной структура строк, уменьшается четкость по вертикали. Исходя из этого, необходимо так изменить форму синхронизирующих импульсов, чтобы исчезло различие между интегрированными четными и нечетными импульсами полей и сдвиг Δ₁ стал равен нулю. Для устранения различия в форме синхронизирующих импульсов четных и нечетных полей врезки в них целесообразно сделать с двойной строчной частотой. Форма четных и нечетных импульсов синхронизации полей становится как до, так и после интегрирования идентичной. Во время действия синхронизирующего импульса полей строчные импульсы будут следовать с удвоенной частотой. Для устойчивой синхронизации генератор импульсов строчной развертки настраивается так, чтобы частота его колебаний в режиме без синхронизации была ниже частоты строк. При этом, если амплитуда импульсов синхронизации не чрезмерно велика, генератор не будет реагировать на дополнительные импульсы и будет работать в режиме деления частоты с коэффициентом 2. Таким образом, при полной идентичности синхронизирующих импульсов полей импульсы после интегрирования u_иц получаются тоже одинаковыми и при наложении совпадают. Однако при более строгом рассмотрении процессов приходится сделать заключение, что совпадение интегрированных импульсов не является все же точным. На интегрирующую цепь поступают наряду с синхронизирующими импульсами полей строчные синхронизирующие импульсы. От каждого строчного импульса конденсатор получает определенный заряд. Так как строчные импульсы в четных и нечетных полях располагаются на разных расстояниях от начала и конца синхронизирующего импульса полей, они, естественно, оказывают разное влияние на ход кривой накопления заряда на конденсаторе в четных и нечетных полях. В то время как в синхронизирующих импульсах нечетных полей (сплошная линия на графике) остаточный заряд конденсатора от последнего строчного импульса почти равен нулю, в импульсах четных полей он значителен (штриховая линия). Начальные условия интегрирования кадровых импульсов в нечетных и четных полях получаются различными, а это также приводит к нежелательному временному сдвигу Δ₂ . Правда, в этом случае он мал (Δ₂<Δ₁), но достаточен, чтобы нарушить регулярность развертки. Чтобы избежать разницы в форме импульсов после интегрирования, достаточно до и после синхронизирующих импульсов полей ввести по несколько импульсов, следующих с двойной строчной частотой. Такие импульсы называются уравнивающими. Таким образом, для получения устойчивой чересстрочной развертки приходится усложнять форму синхронизирующего импульса полей (рисунки 9.4, 9.5).

Рисунок 9.4 — Кадровая синхронизация с врезками двойной строчной частоты Рисунок 9.5- Структура кадровых синхроимпульсов в ПТВС

Стандартом длительность импульса кадровой синхронизации определяется 2,5 Н (160 мкс), а длительность уравнивающих импульсов делается в 2 раза меньше строчных синхронизирующих импульсов. Стандартом устанавливается число передних и задних уравнивающих импульсов, а также импульсов, составляющих сигнал кадровой синхронизации, равным пяти. Импульсы синхронизации расположены на вершинах гасящих импульсов и составляют 43 % размаха сигнала изображения от уровня черного до уровня белого. Для работы развертывающих устройств желательно, чтобы синхронизирующие импульсы располагались как можно ближе к левому краю гасящих импульсов, чтобы во время обратного хода экран был погашен гасящим импульсом. Если синхронизирующий импульс будет сдвинут вправо, то на обратный ход луча приемной трубки будет отведено меньше времени. При превышении этого времени вследствие каких-либо причин обратный ход луча на экране не будет полностью погашен. Итак, в сигнале синхронизации телевизионных приемников наиболее сложным по форме является сигнал кадровой синхронизации. Его форма, принятая отечественным стандартом, а также большинством европейских стран и США, является наиболее совершенной. Такая форма позволяет получить хорошее качество чересстрочной развертки при наиболее простом способе разделения сигналов — с помощью интегрирующей цепи — и большую помехоустойчивость.

Для синхронной и синфазной работы приемных развертывающих устройств последние ставятся в режим принудительной синхронизации, для чего в устройстве, называемом синхрогенератором, формируются синхронизирующие импульсы, управляющие работой разверток. Частоты синхронизирующих импульсов определяются стандартом развертки в соответствии с полученными выше соотношениями. Синхроимпульсы с такими частотами вырабатываются устройством со структурой, изображенной на рисунке 9.6. Получение синхронизирующих импульсов от одного общего задающего генератора гарантирует жесткую связь их частот, а это в свою очередь обеспечивает постоянство числа строк в растре даже при нестабильности частоты задающего генератора.

Рисунок 9.6 – Структурные схемы синхрогенераторов

При чересстрочной развертке, как указывалось, частота полей должна быть увеличена вдвое по сравнению с кадровой частотой. В этом случае синхрогенератор затруднительно строить по левой схеме рисунка 9.6, так как для получения импульсов с частотой f_n пришлось бы частоту задающего генератора делить на дробное число z/2, что технически сложно. Целесообразно частоту задающего генератора сделать равной 2f_z , а строчные и кадровые синхроимпульсы получить делением на 2 и на z соответственно. Значение частоты колебаний задающего генератора, равное 2f_z , является минимально необходимым. В современных синхрогенераторах задающий генератор настраивается на частоту, во много раз большую 2f_z . При этом, однако, выдерживается условие кратности частоты задающего генератора двойной строчной частоте.

Содержание: Искажения АЧХ в области нижних частот. Искажения АЧХ в области верхних частот

Линейные (частотные) искажения телевизионного сигнала связаны с несоответствиями амплитудно-частотных характеристик идеальным формам. Сигнал изображения от относительно крупных деталей оригинала представляет собой сигнал сравнительно большой длительности, поэтому спектр такого сигнала содержит и относительно низкие частоты. Искажения указанных сигналов определяются формой амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тракта в области низких частот (или формой переходной характеристики в области больших времен – горизонтальной части единичного скачка). Как известно, при спаде (подъеме) АЧХ в области низких частот (см. рисунок 10.1), у импульса сравнительно большой длительности наблюдается спад (подъем) плоской части, а за импульсом появляется тянущееся продолжение «за белым – черное» («за белым – белое»).

Рисунок 10.1 — Искажения АЧХ в области нижних частот – (яркость средних и крупных деталей): а) – спектр; б) – искажения формы сигнала белой детали на черном фоне

Плавное изменение яркости крупной детали в направлении строчной развертки, возникающее из-за наклона плоской части импульса, визуально сравнительно мало заметно. А вот искажения яркости фона – тянущееся продолжение за деталью в виде своеобразного «хвоста» – заметно значительно сильнее. В УЭИТ для оценки низкочастотных искажений сигнала изображения предусмотрены черные и белые детали в центре таблицы. Искажения высокочастотных составляющих сигнала изображения вызывают изменение четкости изображения в горизонтальном направлении и появление ложных узоров на изображении (пластика, повторы контуров деталей и т. п.). Четкость изображения определяется: по вертикали – числом строк разложения z и качеством чересстрочной развертки, а по горизонтали – шириной полосы частот пропускания канала передачи сигнала изображения (или формой переходной характеристики в области малых времен – длительностью фронта переходной характеристики). Практически четкость изображения оценивается величиной минимальной детали, воспроизводимой с помощью ТВ системы. Величины деталей измеряются в относительных единицах (по отношению к высоте кадра h ), а четкость – в условных единицах – строках. Например, если визуально на репродукции различаются детали размером не менее (1/550)h , то четкость изображения составит 550 строк. Для оценки четкости изображения используются штриховые миры из черно-белых линий с одним, двумя и тремя черными штрихами одинаковой толщины, а также многоштриховые миры с одинаковой толщиной штрихов в центре и углах ТИТ. Около этих мир нанесены числа условных единиц измерения четкости изображения, соответствующие относительной толщине штрихов в данном месте. Для количественной оценки четкости изображения наблюдатель определяет область, где штрихи миры перестают различаться раздельно. Спад АЧХ тракта в области верхних частот и соответствующее увеличение длительности фронта переходной характеристики (см. рисунок 10.2, а) являются основной причиной уменьшения четкости изображения по горизонтали.

Рисунок 10.2 — Искажения АЧХ в области верхних частот — (яркость мелких деталей, четкость, резкость): а) – спектр; б) – переходная характеристика

При подъеме АЧХ в области верхних частот уменьшается длительность фронта переходной характеристики (рисунок 10.2, б) но может возникнуть затухающий колебательный процесс. В соответствии с искажениями переходной характеристики искажаются и детали изображения, т. е. после резкого изменения яркости по строке на репродукции могут возникнуть повторы контура детали с постепенно убывающей интенсивностью. Если же колебательный процесс апериодичен, т. е. если имеется только один (первый) выброс, то границы детали им как бы подчеркиваются. Эти искажения носят название «пластика». В ряде случаев небольшая пластика даже полезна, так как она улучшает распознаваемость объектов.

Содержание: Геометрические искажения изображения из-за нелинейности сигналов. Коррекция нелинейных искажений

Нелинейные искажения телевизионного сигнала возникают в фотоэлектронных и электронно-оптических преобразователях из-за нелинейности световой и модуляционной характеристик соответственно, а также в электрическом канале передачи (модуляторе передатчика, каскадах видеоусилителя и др.). На практике эти искажения определяются главным образом нелинейными характеристиками оконечных устройств – передающими и приемными трубками. Световая характеристика передающей трубки определяется зависимостью тока сигнала от освещенности на фотокатоде. Световая характеристика передающих трубок нелинейна и в общем случае с достаточной для практики точностью может быть учтена k₁ — коэффициентом пропорциональности и γ ₁ — показателем степени, определяющий форму световой характеристики. Световые характеристики различных передающих трубок имеют не одинаковые значения y₁. Более того, значение γ₁ может в некоторых пределах меняться при изменении режима работы трубки или содержания передаваемого изображения. Модуляционная характеристика кинескопа представляет собой зависимость яркости свечения экрана от напряжения на модулирующем электроде и выражается зависимостью: L_из = f(U_c) где L_из — яркость изображения. Как известно, модуляционная характеристика кинескопа тоже нелинейна и может быть учтена с достаточной для практики точностью k₂ – коэффициентом пропорциональности. Обычно для приемных трубок γ₂ = 2…3. Результирующий гамма-коэффициент нелинейности γ равен произведению показателей степени γ ₁ и γ ₂. Если телевизионный канал имеет нелинейную характеристику с показателем γ ₃, то в результирующее значение γ должна войти и эта величина. Следовательно, показатель степени γ определяет результирующую нелинейность и может приобретать различные значения в зависимости от нелинейности отдельных узлов тракта. Нелинейные искажения в черно-белом телевидении приводят к нарушению правильного воспроизведения градаций яркости (передачи полутонов), а в цветном, кроме того, и к искажениям цветности. Если результирующая нелинейность телевизионного тракта будет иметь показатель степени γ <1, то изображение на экране кинескопа воспроизведется вялым, т. е. контрастность полученного изображения будет меньше контрастности передаваемого объекта, а при γ >1 изображение будет излишне контрастным по сравнению с контрастностью передаваемого объекта. Яркость реальных объектов может достигать нескольких тысяч кандел на квадратный метр, а контраст – 1000 и выше. Кинескопы могут обеспечить максимальную яркость 100–200 кд/м² при контрасте 100–200. Следовательно, динамический диапазон яркости репродукции в общем случае меньше диапазона изменения яркости передаваемого объекта. Таким образом, при воспроизведении число градаций на репродукции будет меньше, чем на объекте. Рассмотрим графически искажения градаций яркости изображения при коэффициенте γ >1. Для удобства количественной оценки нелинейных искажений на вход исследуемого устройства подают напряжение равноступенчатого сигнала. Для упрощения построения графиков обычно по оси абсцисс и ординат откладывают не абсолютные значения яркости объекта и изображения, а их относительные значения. На рисунке 11.1 показано графически возникновение нелинейных искажений при коэффициенте γ >1.

Рисунок 11.1 — Коррекция нелинейных искажений

Нетрудно видеть, что нелинейные искажения будут присутствовать при любых значениях γ. В частном случае при γ >1, как видно из рисунка 11.1, перепады яркостей первых нескольких ступенек будут практически неразличимы, и они сольются. Следовательно, количество видимых градаций уменьшается. Данные искажения корректируются специальными гамма-корректорами. Для обеспечения подобия воспроизведенного изображения с объектом необходимо иметь прямую пропорциональность между яркостями соответствующих точек объекта и изображения. Для коррекции полутоновых искажений изображений, т. е. получения определенной формы нелинейной амплитудной характеристики, в телевизионный тракт вводится нелинейный корректор с амплитудной характеристикой, описываемой выражением:

(11.1)

где γ _к – показатель степени, определяющий форму нелинейности амплитудной характеристики корректора.

Для получения линейной амплитудной характеристики всего телевизионного тракта необходим корректор с коэффициентом нелинейности

(11.2)

где γ ₃ — коэффициент нелинейности телевизионного тракта.

Принцип работы схемы корректора нелинейности (гамма-корректора) поясняется на рисунке 11.1. Он основан на применении нелинейных элементов с таким расчетом, чтобы, регулируя их, можно было менять гамма-характеристику в желаемых пределах. Сигнал передаваемого изображения, искаженный нелинейной характеристикой телевизионного тракта (сигнал с неравномерными перепадами напряжений), поступает на вход гамма-корректора, нелинейная характеристика которого рассчитана так, что сигнал на выходе получается необходимой формы. Геометрические нелинейные искажения связаны с искажениями формы растра, нелинейности схем развертки (см. рисунок 11.2).

Рисунок 11.2 — Геометрические искажения из-за нелинейности сигналов: а) – кадровой развертки; б) – строчной развертки

Содержание: Поочередная система передачи сигналов цветности. Структурная схема передающей и приемной части в системе SECAM. Особенности кодирования PAL и NTSC

SECAM (Sequence de Coleurs Avec Memoire — франц.)- поочередность цветов с памятью. Разработка системы начата во Франции в 1953 г. инженером Анри де Франсом. Дальнейшие работы проводились во Франции, а с 1965г. совместные работы французских и советских специалистов дорабатывали систему и оптимизировали ее параметры. В результате была создана система цветного телевидения SECAM. Цветное телевизионное вещание по системе SECAM началось в СССР 1 октября 1976г. Кроме СССР и Франции, система SECAM принята для вещания в ГДР, ЧССР, НБР, ВНР, в ряде стран Северной Африки.

Принципы построения системы SECAM. Возможность поочередной передачи цветовых сигналов основана на особенности зрения воспринимать цвет в полосе до 1,5 МГц. Т. к. минимальные по размеру детали передаются на fв = 6 МГц (Е_Y), то окрашенные детали имеют размер по строке 6МГц/1,5 МГц = 4 раза больше минимальных ч/б деталей. На выходе цветной ТВ камеры — сигналы Е_R, Е_G, Е_B с помощью кодирующей матрицы формируются в сигналы Е_Y, Е _R—Y и Е _B-Y. Они формируются непрерывно, т.е. существуют одновременно. Сигнал Е_Y передается непрерывно, а Е_R—Y и Е_B—Y — поочередно (см. рисунок 12.1): половина строк в цветовом сигнале компонента Е_R—Y, половина — Е_B—Y . Для сигналов цветности в кадре вдвое меньше строк, что увеличивает размеры окрашенных деталей по вертикали. Но общая четкость по вертикали сохранится, т.к. сигнал Е_Y передается в полном спектре.

Рисунок 12.1 – Поочередная система передачи сигналов цветности

На модуляторы кинескопа необходимо подавать одновременно три сигнала Е _R—Y, Е _B—Y и Е _G—Y. Для получения непрерывной последовательности Е_R—Y и Е_B—Y и формирования в матрице Е_G—Y в приемнике, используется ячейка памяти — линия задержки на одну строку t_з = Т_стр = 64 мкс. При воспроизведении цветного изображения каждый сигнал цветности используется дважды: один раз — со входа ЛЗ, другой — с выхода. Сигналы цветности на входе и выходе ЛЗ разные, т.е. всегда имеются одновременно оба сигнала цветности. Предполагается, что в пропущенных строках цветовой сигнал почти не отличается от сигнала соседних. В телевизоре из принятого ПЦТВС формируются цветоразностные сигналы Е_R—Y, Е_B—Y и Е_G—Y. С выхода детекторов сигналы поступают на матрицу, формирующую третий цветоразностный сигнал Е_G—Y. Для управления электронного коммутатора (ЭК) используют прямоугольные импульсы. Полный цикл коммутации — t = 2строки (fи= f_стр/2). Для синхронизации ЭК необходимо, чтобы переключение коммутатора соответствовало очередности цветоразностных сигналов. Для этого ЭК в телевизоре должен работать синфазно с ЭК кодирующего устройства, поэтому в приемник дополнительно передается сигнал цветовой синхронизации (см. рисунки 12.2, 12.3).

.

Рисунок 12.2 – Структурная схема передающей части в системе SECAM

Синхронизация генераторов строчной и кадровой разверток в цветном телевизоре происходит с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов. Цветоразностные сигналы преобразуются в сигналы Д_R, Д_B, согласно формуле Д_R ,= — 1,9 E _R—Y; Д _в = 1,5 E _B—Y и подвергаются гамма-коррекции. Коэффициенты k_R = -1,9 и k_B = 1,5 улучшают совместимость и повышают помехоустойчивость системы.

Рисунок 12.3 – Структурная схема приемной части в системе SECAM

Значения сигналов изменяются в пределах: Е`_R—Y от – 0,7 до 0,7,

Е`<sub>B—Y</sub> от – 0,89 до 0,89. Если сигналы Е`_R—Y и Е`<sub>B—Y</sub> подать на ЧМ, то девиация частоты при передаче Е`_B—Y будет больше, чем при Е`<sub>R—Y</sub>. Общая полоса частот модулированного сигнала цветности будет определяться в первую очередь сигналом Е<sub>B—Y</sub>. Сигнал Е`_R—Y, имеющий меньшие экстремальные значения, займет меньшую полосу, что ухудшит помехоустойчивость канала R—Y, поэтому, чтобы уровнять условия передачи цветоразностных сигналов вводятся коэффициенты k_R и k_B .

Д`<sub>R</sub> /Д`_B = 1,9 Е_R—Y / 1,5 Е_R—Y = (1,9´ 0,7) / (1,5 ´ 0,89) = 1.

При сложении Д`<sub>R</sub> и Д`_B с Е_Y размах цветовой поднесущей составляет 25% от размаха сигнала яркости, что обеспечивает малую заметность помехи на экране ч/б приемника. В ранних вариантах SECAM цветоразностные сигналы по очереди модулировали общую поднесущую частоту. В стандартизированном варианте принято передавать сигналы Д`<sub>R</sub> и Д`_B на двух разных поднесущих: f_0R=282f_ст =4406,25±2 кГц;

f_0B=272f_стр=4250,00±2 кГц,

где f_стр = 15625Гц — частота ГСР.

Функциональная схема кодирующего устройства приведена на рисунке 12.4. Назначение кодера — сформировать на выходе полный ЦТ сигнал E_П = E^‘_Y U_ЧМ, где E^‘_Y — сигнал яркости, подвергнутый гамма-коррекции; U_ЧМ – полный сигнал цветности на поднесущей с частотной модуляцией, включающий в себя ЧМ сигнал цветности изображения E_Ц и ЧМ сигнал цветовой синхронизации E_ЦС . Цветоделенные сигналы E^‘_R, E^‘_G, E^‘_B с выхода камерного канала поступают на матричную схему, с помощью которой формируются сигнал E^‘_Y и цветоразностные сигналы E^‘_R-Y и E^‘_B-Y. В сумматоре 2 в сигнал яркости E^‘_Y вводятся синхронизирующие импульсы E_СИ. На выходе сумматора включена широкополосная линия задержки (ЛЗ) 3 для согласования во времени сигналов яркости с частотно-модулированным сигналом цветности на выходе сумматора 14. Задержка широкополосного (6 МГц) сигнала яркости на 0,4 мкс компенсирует задержку сигнала цветности, возникающую при формировании его в узкополосном (1,3 МГц на уровне 0,7) канале цветности. Сигнал яркости поступает в корректор перекрестных искажений 4, уменьшающий влияние спектральных составляющих яркостного сигнала в диапазоне частот поднесущей на сигнал цветности. Цветоразностные сигналы E^‘_R-Y и E^‘_B-Y с выхода матрицы поступают в сумматоры 5, в которых к ним добавляются сигналы цветовой синхронизации E_ЦС (сигналы опознавания цвета – СО), представляющие собой девять импульсов специальной формы, передаваемых в период обратного хода по кадру.

Рисунок 12.4 – Функциональная схема кодера SECAM

Сумматоры 5 осуществляют также функцию формирования сигналов D^‘_R и D^‘_B, связанных с сигналами E^‘_R-Y и E^‘_B-Y следующими соотношениями: D^‘_R = -k_R · E^‘_R-Y, D^‘_B = k_B · E^‘_B-Y, где k_R=1,9; k_B=1,5 – коэффициенты выравнивания, значения которых (1,9 и 1,5) выбраны так, чтобы при передаче цветов с одинаковой насыщенностью максимальные абсолютные значения сигналов D^‘_R и D^‘_B были одинаковыми, что позволяет наиболее полно использовать динамическую характеристику модулятора. Знак минус перед коэффициентом k_R означает изменение полярности сигнала E^‘_R-Y на противоположную. Изменением полярности сигнала E^‘_R-Y добиваются того, что для большинства сюжетов при передаче обоих цветоразностных сигналов D^‘_R и D^‘_B преобладает отрицательная девиация частоты. Таким образом, при передаче реальных сюжетов частоты модулированных поднесущих будут в основном ниже частот покоя, что позволяет уменьшить заметность искажений цветного изображения, возникающих при ограничении верхней боковой полосы частот сигнала цветности. Далее сигналы D^‘_R и D^‘_B проходят цепи низкочастотных предыскажений 6. Низкочастотные предыскажения в кодирующем устройстве позволяют включить на выходе частотного детектора приемника фильтр с характеристикой, имеющей спад в области верхних частот, и тем самым ослабить наиболее «сильные» компоненты шума на выходе частотного детектора. Таким образом, низкочастотные предыскажения приводят к увеличению девиации поднесущей верхними частотами сигналов цветности. Номинальная девиация частоты поднесущей, соответствующая уровню сигналов D^‘_R и D^‘_B, равных 1, 0, составляет Δf_B =230 кГц в строке с сигналом D^‘_R и D^‘_B = 1 и 280 кГц в строке с сигналом 0. Предельно допустимая величина девиации ограничивается:

500 ± 25 кГц … ± 18 кГц для сигналов D^‘_B,

± 25 кГц … 350 ± 18 кГц для сигналов D^‘_R.

Для ограничения максимальных значений девиаций в схеме рисунка 9.1 предусмотрено устройство 8, ограничивающее вершины выбросов на уровнях, показанных на рисунке 9.3, б. Ограничение амплитудных выбросов приводит к «размытости» цветных вертикальных переходов. Электронный коммутатор 7, включенный перед ограничителем 8, преобразует одновременно существующие на входе коммутатора сигналы D^‘_R и D^‘_B в их чередующуюся от строки к строке последовательность на его выходе. С выхода амплитудного ограничителя 8 сигналы поступают на вход частотного модулятора (ЧМГ) 9. В системе СЕКАМ для повышения помехоустойчивости каждый цветоразностный сигнал D^‘_R и D^‘_B модулирует по частоте свою поднесущую. Выбранные поднесущие частоты являются гармониками строчной частоты

f_0R = 282f_C= 4,40625 МГц, f_0B= 272f_C= 4,25000 МГц,

и отличаются на 10 строчных периодов. В связи с этим на ЧМГ подают управляющее напряжение u₁ в виде симметричных импульсов (меандров) полустрочной частоты, изменяющих частоту покоя ЧМГ от строки к строке на 10 f_C= 10 · 15625 = 156,25 кГц. Далее через амплитудный ограничитель 10 модулированная поднесущая подается на коммутатор, который в целях улучшения совместимости меняет на 180° фазу поднесущих частот в начале третьей строки и каждого поля. Затем следует цепь высокочастотных предыскажений (ВЧПИ) 12. Включение цепи с такой характеристикой обеспечивает предыскажение спектра, которое позволяет использовать на входе блока цветности приемника цепь с обратной характеристикой, т.е. в форме колоколообразной кривой (клеш). Это, во-первых, повышает помехоустойчивость сигнала цветности, так как увеличивает уровень спектральных компонент сигнала, удаленных от поднесущей и в большей степени подверженных влиянию помех, во-вторых, улучшает совместимость системы, так как ослабляет заметность поднесущей на экранах черно-белых телевизоров. В суммирующем устройстве 14 складываются сигналы цветности U_ЧМ с яркостным сигналом E^‘_Y.

Декодирующее устройство выполняет следующие функции: выделяет из полного сигнала полосу частот, в которой заключены составляющие сигнала цветности; детектирует сигналы цветности; корректирует высоко- и низкочастотные предыскажения сигнала, введенные в кодирующем устройстве; по сигналу опознавания формирует команды на прием черно-белого или цветного телевидения и осуществляет цветовую синхронизацию. Функциональная схема декодирующего устройства представлена на рисунке 12.5 (9.6). Полный телевизионный сигнал E_П поступает на корректор высокочастотных предыскажений КВП, представляющий собой колебательный контур, настроенный на частоту 4,286 МГц. Форма частотной характеристики контура подобрана так, чтобы полностью скомпенсировать высокочастотные предыскажения поднесущей, введенные в кодирующем устройстве. С выхода КВП частотно-модулированный сигнал U_ЧМ поступает на амплитудный ограничитель 2, который устраняет паразитную амплитудную модуляцию, вызванную неравномерностью АЧХ канала передачи. Усилитель 3 компенсирует ослабление сигнала, вносимое ограничителем 2. На выходе усилителя 3 существует последовательность чередующихся от строки к строке частотно-модулированных сигналов D^‘_R , D^‘_B . Для получения сигнала E^‘_G-R необходимо одновременное наличие сигналов D^‘_R и D^‘_B . Для выполнения этого условия в декодирующее устройство вводится элемент памяти — ультразвуковая линия задержки 4 на время, равное длительности одной строки (64 мкс).Если сигналы на входе линии задержки имеют последовательность D^‘_R , D^‘_B , D^‘_R , D^‘_B , D^‘_R ,…, то сигналы на ее выходе чередуются в последовательности D^‘_B , D^‘_R , D^‘_B , D^‘_R ,…

Из сравнения обеих последовательностей видно, что на входе и выходе линии задержки в каждый момент времени присутствуют одновременно оба сигнала D^‘_R и D^‘_B , чередующиеся от строки к строке. Для разделения этих сигналов по своим каналам демодуляции используется электронный коммутатор 6, переключающий с частотой строк выходы каналов прямого и задержанного сигналов на входы каналов демодуляции цветоразностных сигналов D^‘_R и D^‘_B. Канал задержанного сигнала кроме ультразвуковой линии задержки 4, содержит усилитель 5, компенсирующий ослабление сигналов, вносимое этой линией. Аттенюатор на R₁ позволяет уравнять размахи задержанного и прямого сигналов. После коммутатора сигналы поступают на амплитудные ограничители 9, которые устраняют паразитную амплитудную модуляцию, возникающую в линии задержки и коммутаторе, а также позволяют регулировать размахи цветоразностных сигналов на выходе частотных детекторов 10 и тем самым менять насыщенность цветного изображения. Частотные детекторы 10 в каналах D^‘_R и D^‘_B отличаются частотами настройки резонансных цепей и полярностью включения диодов, так как сигнал E^‘_R-Y передается по каналу связи в отрицательной полярности. Демодулированные сигналы D^‘_R и D^‘_B подаются на входы корректоров низкочастотных предыскажений 11 и далее поступают на выходные видеоусилители 12. Сигнал E^‘_R-Y формирует матрица 13. Электронный коммутатор 6, распределяющий сигналы D^‘_R и D^‘_B по своим каналам демодуляции, управляется сигналами, вырабатываемыми триггером 8. Поскольку начальная фаза работы триггера произвольна, коммутатор может работать так, что поднесущие сигналов D^‘_R будут попадать в канал демодуляции D^‘_R и D^‘_B, а сигналов D^‘_B — в канал D^‘_R, что приведет к неправильному цветовоспроизведению. Следовательно, необходимо обеспечить правильную фазировку работы коммутатора.

Рисунок 12.5 — Функциональная схема кодера SECAM

Эту функцию выполняют цепи цветовой синхронизации, управляемые сигналом опознавания (СО), представляющим собой серию из девяти импульсов отрицательной полярности трапецеидальной формы. Длительность каждого импульса соответствует длительности активной части строки. СО передаются во время действия кадрового гасящего импульса, а именно: с 7-й по 15-ю строку первого поля и с 320-й по 328-ю строку второго поля. Сигналы опознавания цвета вводятся в кодирующем устройстве в оба цветоразностных сигнала до преобразования их в сигналы D^‘_R и D^‘_B. После преобразования вместе с сигналом E^‘_R-Y меняют полярность и его СО, поэтому трапецеидальные импульсы в сигнале D^‘_R имеют положительную полярность, а в случае D^‘_B сохраняют отрицательную. Амплитуда СО равна соответствующим уровням ограничения выбросов –1,52 для E_B и 1,25 для D^‘_R, так что СО занимает полный раствор девиации частоты. В строках D^‘_R частота изменяется от 4,406 до 4,756 МГц, в строках D^‘_B от 4,25 до 3,9 МГц. Таким образом, сигналы опознавания при передаче в строках D^‘_R и D^‘_B отличаются по частоте. Это отличие используется для формирования в цепях синхронизации импульса, управляющего фазой электродного коммутатора. Распространенным способом выделения сигнала опознавания (СО) является использование резонансных цепей, настроенных в прямом и задержанном каналах на частоты синих и красных строк (3,9 и 4,76 МГц). Отфильтрованные соответствующие пакеты поднесущей указанных частот из 9 строк сигнала опознавания благодаря задержке в ультразвуковой линии одновременно приходят на два входа схемы совпадения и в совокупности с кадровым импульсом на третьем входе формируют на выходе схемы совпадения импульс для принудительного фазирования триггера коммутатора. Этот же импульс является признаком приема сигнала цветного телевидения и служит для выработки команды отпирания обоих цветных каналов путем подачи питающего напряжения на усилители-ограничители 9 сигналов D^‘_R и D^‘_B, а также включения режекторного фильтра подавления поднесущей в яркостном канале. Спектр ПЦТВС в системе SECAM приведен на рисунке 12.6.

Рисунок 12.6 – Спектр ПЦТВС в системе SECAM

Содержание: Электронно-оптическое переключение жидким кристаллом. Схема преобразовании в светооптических звеньях. Строение TFT и плазменной панелей

Австрийский ботаник Friedrich Reinitzer открыл жидкие кристаллы в 1888 г. В 1963 г. Williams в фирме RCA исследовал поляризационные эффекты в жидких кристаллах. В 1973 г. был разработан первый дисплей на жидких кристаллах (EL 8025) для переносной ЭВМ. Жидкие кристаллы находятся в некотором числе фаз, промежуточных между твердым и жидким состояниями. Молекулы ЖК являются стрежнеобразными органическими соединениями (см. рисунок 13.1) и находятся в различных ориентациях в этих фазах (см. рисунок 13.2)

Рисунок 13.1- Структурная формула жидкого кристалла

В изоторопической фазе (жидкой) при повышении температуры позиция и ориентация молекул случайны. Если температура понижается, то в ЖК совершаются переходы через различные фазы, одна из которых — нематическая используется в дисплеях. В этой фазе позиции молекул все еще случайны, но ориентированы в одном направлении. Если температура понижается далее, то молекулы получают периодическую упорядоченность в слоях (смектическая фаза). Таким образом, при понижении температуры в ЖК увеличивается упорядоченность и наступает твердое состояние.

Рисунок 13.2 — Фазы жидкого кристалла

Вследствие оптической и электрической анизотропии ЖК-молекул коэффициент преломления зависит от направления поляризации света относительно оси молекулы. Это свойство используется для поворота поляризации при прохождении света через закрученную ЖК-структуру. Известно, что свет не проходит через два скрещенных поляризатора (см. рисунок 13.3). Молекулы в нематической фазе принудительно закручиваются за счет их помещения между двумя стеклянными пластинами, которые имеют взаимно перпендикулярную линейчатую гравировку. На поверхности стекла молекулы вынужденно размещаются вдоль гравировки, а т. к. гравировки взаимно перпендикулярны, то между пластинами формируются перекрученные цепочки ЖК-молекул (см.рисунок 13.4). Расстояние между пластинами порядка 10 мкм. В зависимости от расстояния между пластинами и типа ЖК-кристалла закрученность составляет (90 – 270)º (twisted nematics и super-twisted nematics, TN и STN). При воздействии электрического поля молекулы, вследствие их анизотропии, ориентируются вдоль поля. В этом случае цепочки раскручиваются и пропадает возможность поворота плоскости поляризации (см. рисунок 13.5). ЖК-дисплеи имеют два таких перекрещенных поляризатора с перекрученным жидким кристаллом между ними (см. рисунок 13.6). Благодаря вращению плоскости поляризации ЖК-цепочками свет проходит и дисплей становится ярким. При приложении электрического поля к взаимно перпендикулярным прозрачным электродам, нанесенным на внутренние стороны пластин, эффект поворота плоскости поляризации пропадает и соответствующий пиксел становится темным.

Рисунок 13.3 — Прохождение неполяризованного света через поляризаторы

Рисунок 13.4 — Закрученный нематический жидкий кристалл

Рисунок 13.5 — Электронно-оптическое переключение жидким кристаллом

Рисунок 13.6 — Схема жидкокристаллического индикатора

При выключении напряжения кристалл за время порядка от десятков до сотен миллисекунд возвращается в исходное состояние. Важной особенностью жидких кристаллов является то, что при протекании постоянного тока кристалл подвергается электролитической диссоциации и теряет свои свойства, поэтому жидкокристаллические индикаторы питаются переменным напряжением, с постоянной составляющей не более десятков милливольт. В простых индикаторах (с пассивной матрицей) ячейки растра, составляющие изображение, питаются последовательно. Для этого на проводники, пересекающиеся над нужной точкой подают напряжение. В результате точка подсвечивается. Благодаря большому времени релаксации и достаточно высокой частоте сканирования (1 мс на строку) изображение не мерцает. Естественно, что такие индикаторы медленны. Цветные ЖК-индикаторы используют три ячейки растра для формирования пиксела. Яркость свечения для каждой из компонент определяет цветовой оттенок. Для решения проблемы быстродействия были разработаны ЖК-дисплеи с активной матрицей, в которых каждый пиксел снабжается независимо управляемым тонкопленочным транзистором (thin-film transistor — TFT). Такие дисплеи значительно более быстродействующие, но имеют большую стоимость, так как для цветного дисплея 800×600 необходимо 1 440 000 бездефектных транзисторов.

Плазменные панели своим рождением обязаны блокнотным ПК, где они одно время конкурировали с ЖК-мониторами, но потом были вытеснены из этой ниши, не выдержав ценовую и технологическую конкуренцию. Благодаря новейшим технологическим достижениям по качеству изображения (яркость и контраст) плазменные телевизоры практически не уступают ЭЛТ-телевизорам, а по размерам экранов давно их превзошли. Сейчас распространены плазменные телевизоры с диагоналями 32″ и 42″ (81 см и 107 см) хотя и диагональ 61″ (более 1,5 м) уже не редкость.
Вместо потока электронов, засвечивающих люминофор, эту функцию выполняет инертный газ (гелий или ксенон), приведенный в состояние плазмы. Между электродами возникает разряд, ультрафиолетовый свет от которого и подсвечивает люминофор. Каждый пиксель состоит из трех точек разного цвета. По сути, это очень напоминает принцип работы лампы дневного света. Плазменная панель отображает около 16 миллионов оттенков.

Рисунок 13.7 – Строение плазменной панели

На рисунке 13.7 цифрами 1 и 5 обозначены электроды, 2 и 6 — стеклянные пластины (передняя и задняя часть панели), зазор между ними составляет @ 0,1 мм, 3 — область разряда, 4 — люминофор. Ячейки не светятся все одновременно, но алгоритм и время управления ими выбраны так, что глаз мерцания не замечает. Более того, не замечает его и телекамера в студии, где установлен плазменный дисплей — в репортажах из студий мы не видим бегущих по нему полос, как это бывает с компьютерными мониторами. Конструкция плазменного экрана очень сложна. Каждая ячейка, а типовая 42-дюймовая панель содержит их около миллиона, представляет собой отдельный прибор, изолированный от других и наполненный газом.

Сравнение характеристик кинескопа и плазменной панели.

1. Размер экрана. Максимальный размер кинескопа 46 дюймов, PDP — 80 дюймов.

2. Четкость изображения. В кинескопе четкость зависит от точности фокусировки ЭЛП (время эксплуатации, качество радиодеталей. Фокусировка не бывает равномерной по всему экрану (углы). У PDP четкость изображения постоянна и очень высока.

3. Геометрические искажения. Они есть в кинескопе изначально и со временем растут из-за его старения, геометрия нарушается и при просмотре неплоского изображения сбоку. В «плоских» кинескопах из-за большой толщины стекла экрана наблюдается эффект линзы. PDP — дисплеи не имеют геометрических искажений.

4. Не подвержен влиянию внешних магнитных полей.

5. Разрешение изображения. Плазменный экран всегда имеет большее разрешение, чем кинескоп. У ТВЧ — телевизоров разрешение экранов не соответствует разрешению сигнала.

6. Яркость изображения. Максимальна для кинескопа — 400 кд/кв. м. Для «плазмы» выше 600 кд/кв. м.

7. Мерцание. Лишь 100-герцовые телевизоры обеспечивают его отсутствие, точнее, наибольшую незаметность. PDP мерцают незаметно для нашего зрения.

8. Яркость плазменного дисплея падает. Расчетный срок службы для «плазмы» составляет порядка 50 000 часов. Утверждается, что за это время яркость упадет не более чем в два раза (если включать дисплей ежедневно на 8 часов, то его ресурса хватит как минимум на 17 лет).

9. Фосфор на экране «плазмы» выгорает, но не быстрее, чем у обычных телевизоров. Теперь большинство производителей дисплеев предусматривают в них функции, предохраняющие люминофор экрана от выгорания.

10. По контрастности изображения «плазма» непревзойденная технология. Типовое значение этого параметра — 1500:1 против 600:1 у LCD.
11. «Плазма» шумит. Имеется в виду шум системы охлаждения, включающей в себя порой до 5 вентиляторов. Но все производители уже переходят на безвентиляторные системы охлаждения, шум от которых даже ниже, чем у обычных телевизоров.

12. Плазменный дисплей не относится к устройствам эконом-класса. Типовое потребление энергии для «42-дюймовки» составляет порядка 350 Вт.

Содержание: Формирование транспортного потока. Формирование и спектр сигнала OFDM. Формирование радиосигналов в системе DVB-T и 8VSB-AM

Работы по проекту DVB (Digital Video Broadcasting — Циф­ровое видеовешание) начались в 1993 г. В результате были выработаны основные положения стандарта DVB-C (С — Cable, кабель) для кабельного ТВ вещания и DVB-S (S — Sattelitc — спутник) для спутникового ТВ вещания, DVB-T наземного ТВ вещания (Terrestrial -наземный). В основе DVB- стандарт кодирования дви­жущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2. В стандартах DVB помимо методов кодирова­ния и параметров транспортного потока, описанных в MPEG-2, определены: методы помехоустойчивого кодирования, ка­нального кодирования, модуляции несущих частот, передачи до­полнительной информации, защиты информации от несанкциони­рованного доступа. Стандарты DVB обеспечивают условный доступ к передаваемым программам, что позволяет организовывать платное ТВ вещание (см. рисунок 14.1).

Рисунок 14.1 — Формирование транспортного потока

Система условно­го доступа включает скремблирование ТВ программ, подсистему хранения данных о пользователях, и подсистему шифровки и пересылки ключей, для правильного дескремблирования принимаемых программ, пользователями, oплатившими просмотр.

Рисунок 14.2 — Формирование радиосигналов в системе DVB-T

Стандарты DVB допускают возможность вводить дополни­тельные, не описанные в стандарте, пакеты данных с особыми идентификаторами. В этих пакетах ведущая вещание телевизионная компания может передавать ключи к шифрам условного доступа, системы меню и таблиц для поиска нужной передачи и программирования времени включения телевизора. Форматы данных пакетов определяются телевизионными компаниями. Поэтому для приема ТВ программ разных компаний могут понадобиться разные декодеры. Для многих видов сервиса, реализуемых в рамках стандартов DVB, необходим интерактивныйрежим работы. Указанное взаимодействие может заключаться в посылке команд по телефону, в обмене данными через Интернет и т. д. По стандарту DVB сформированный транспортный поток скремблируется для устранения пакетных ошибок и шифрования (см. рисунок 14.2). Далее поток данных поступает на кодер Рида-Соломона (внешнее кодирование), общий для всех видов ТВ-вещания. Эта ступень кодирования транспортных пакетов MPEG-2 охваты­вает и стартовые синхрогруппы пакетов, и в результате длитель­ность транспортного пакета возрастает с 188 до 204 байтов. Затем данные, в которые добавлены контрольные биты, по­ступают на блоки канального кодирования (внутреннее кодирова­ние) и модуляции несущей частоты. При обычной передаче телевизи­онных сигналов по эфиру на качество приема помимо атмосфер­ных и индустриальных помех сильно влияют отраженные радио­волны (многолучевой прием) и помехи от других радиопередатчиков, работающих в этом же частотном диапазоне в соседних местностях. Стандарт DVB-T используeт OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplex — Ортогональное частотное мультиплексирование (см. рисунок 14.3). Возможны два режима: 8K (6817 несущих) и 2К (1705 несущих). Режим 8К позволя­ет использовать меньшие мощности передатчиков, но требует более производительных устройств обработки сигналов, чем режим 2К. Параметры для обоих режимов приведены в таблице 14.1. Часть длительности символа — защитный интервал от эхо сигналов. В обеих модификациях относительная длительность защитного интервала At/T_H меняется 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32(3… 25%) Т_и и определяется: рельефом местности и характером застройки, удалением соседних передатчиков. Чем больше рабочий интервал, тем больше защитный интервал, тем лучше защита от эхо-сигналов. При наложении р/волн с разных направлений (эхо)- часть несущих может быть подавлена, поэтому защитные интервалы исключают влияние отраженных сигналов. В зависимости от метода модуляции несущих, количество бит в символе различно. Полоса радиоканала в 2К и 8К = 7,61 МГц. При использовании полосы аналогового ТВ канала 8 МГц, разнос между соседними каналами цифрового телевидения составит 0,39 МГц.

Рисунок 14.3 – Формирование и спектр сигнала OFDM

Т а б л и ц а 14.1 – Основные параметры режимов работы

Преимущества OFDM:

— равномерное распределение энергии в полосе канала;

-возможность передачи более важной информации (синхронизация, НЧ-составляющие сигнала яркости) на частотах, где меньше помех от соседних каналов, а полосы частот несущих изображения и звука обычного ТВ вещания вообще не использовать;

-уменьшается влияние отраженных сигналов при многолучевом приеме, т. к. подканалы узкополосны.

Каналы связи в стандартах DVB-S, DVB-C отличаются полосой пропускания и помехозащищенностью, поэтому в спутниковом канале при аналоговом сигнале используется полоса частот 27-36 МГц. Поэтому для цифрового спутникового канала применяется QРSК- модуляция, что обеспечивает устойчивую передачу при с/ш > 6 дБ. Для кабельных сетей типична полоса 8МГц (Европа, Азия, Африка, Австралия) поэтому для кабельных применений используется QАМ64 — модуляция при с/ш > 24 дБ.