В основе всех современных телевизионных систем лежит принцип поочередной передачи элементов изображения.
Процесс передачи изображения по элементам называется разверткой изображения, а порядок передачи отдельных элементов изображения называется способом развертки.
В телевизионном вещании принято равномерное движение развертывающих элементов по параллельным линиям, называемым строками.
Все строки, располагаясь одна под другой, образуют геометрическую фигуру, которая называется растром.
На рис. 4. la показано образование растра. Развертывающим элементом при этом являются электронный луч кинескопа в телевизоре и электронный луч в передающей трубке на телецентре.
Рис 4.1. Прогрессивная развертка изображения: а) образование растра; б) временной график пилообразного тока для строчной развертки; в) временной график пилообразного тока для кадровой развертки.
Движение развертывающего элемента (луча) вдоль оси X называется строчной разверткой, а вдоль оси У — кадровой разверткой.
|
|
Движение луча от начала строки к концу образует прямой ход развертки, возвращение луча от конца предыдущей строки к началу следующей называется обратным ходом развертки.
Совокупность времени прямого и обратного ходов составляет период строчной развертки: T7~tnv-\-t0^v.
Аналогично строчной развертке кадровая развертка тоже имеет прямой и обратный ход, а период кадровой развертки Гк = /пр+^обр.
Во время обратного хода разверток передача и воспроизведение изображения не производятся, поэтому это время должно быть малым, однако практически обратный ход строчной развертки не удается сделать меньше, чем 10—12% от периода строки, а обратный ход кадровой развертки 7—8% от периода кадра.
Поскольку период кадра значительно больше периода строки, то на время обратного хода кадровой развертки приходится несколько периодов строк, которые не участвуют в образовании растра.
Телевизионные развертки характеризуются следующими параметрами: числом строк разложения в одном кадре z\ числом передаваемых кадров в секунду п\ форматом кадра К: отношением длины строки b к высоте кадра h. Имеются два основных вида растровой развертки: прогрессивная и чересстрочная.
4.2. Прогрессивная развертка
Развертка изображения называется прогрессивной, если все строки растра прочерчиваются последовательно одна под другой, обычно слева направо вдоль каждой строки и сверху вниз от строки к строке (рис. 4.1а). Слева направо луч движется за счет строчной развертки и, одновременно двигаясь вдоль строки, все время медленно опускается на уровень следующей строки за счет кадровой развертки. При большом числе строк это опускание незаметно.
|
|
После того как будет прочерчена последняя строка, будет развернут один кадр, затем луч совершит перемещение к началу первой строки растра и весь процесс повторится.
Число кадров в одну секунду должно быть не менее 45—50, так как при меньшей частоте будет наблюдаться неприятное мелькание изображения.
Число строк разложения определяет четкость, поэтому его желательно брать большим. Чем больше число строк, тем на более мелкие элементы разбивается изображение, а следовательно, лучше будет четкость.
На рис. 4.16, в показаны графики токов строчной и кадровой разверток для образования растра прогрессивной развертки. Фор-
ма такого тока называется пилообразной. Период пилообразного тока имеет время прямого хода /Пр и время обратного хода /0бр.
Эти токи одновременно создают в отклоняющих катушках такое магнитное поле, которое и осуществляет перемещение луча слева направо по строке и сверху вниз по кадру.
Количество кадров в одну секунду п берется равным 50, а частота генератора кадровой развертки, который вырабатывает ток пилообразной формы, равна 50 Гц. Современная техника позволяет брать число строк разложения до 1000 и более, но такое большое число строк вызывает значительное усложнение аппаратуры и ряд других трудностей.
Телевизионным стандартом СССР принято номинальное число строк разложения, равное 625, при котором получается оптимальный технический компромисс между качеством изображения и сложностью аппаратуры.Формат кадра К = b/h = 4/3.
Частота генератора строчной развертки, который вырабатывает ток пилообразной формы для отклонения луча по строке,/стр == ZM.
Таким образом, параметры прогрессивной развертки следующие: число строк разложения 2 = 625; число кадров м = 50; формат кадра /(= 4/3; частота генератора кадровой развертки /к = 50 Гц; частота генератора строчной развертки f CTp = ^ = 625x50 = = 31250 Гц.
Как будет показано ниже, при таких параметрах развертки полоса частот, которую занимает одна программа телевидения в эфире, получается недопустимо большой.
4.3. Чересстрочная развертка
Для сужения полосы частот, занимаемой видеосигналом, возможны два способа: либо уменьшение числа строк разложения, но при этом будет меньшей четкость изображения, либо уменьшение числа кадров п9 но при этом будет заметным мелькание изображения.
Чересстрочная развертка сокращает полосу частот в два раза за счет того, что один кадр передается в два приема, подобно тому, как в кино каждый кадр показывается два раза, в этом случае при 24 кинокадрах в секунду зритель видит 48 кадров и не замечает мельканий картинок.
Полный кадр при чересстрочной развертке состоит из двух полукадров или полей. За время развертки первого поля прочерчиваются все нечетные строки, а за время развертки второго поля— все четные строки кадра. Это дает возможность уменьшить число кадров в секунду вдвое.
Каждое поле содержит информацию о половине элементов изображения, но благодаря инерционности глаза изображение обоих полей воспринимается как слитное изображение целого кадра. При этом следует иметь в виду, что при 625 строках разложения сюжет изображения одной строки мало отличается qt рюжета изображения следующей строки.
При совмещении полей строки чередуются, образуя кадр с полным числом строк z (рис. 4.2а). На рисунке число строк взято равным 15.
Рис. 4.2. Чересстрочная развертка изображения: а) образование растра; б) временные графики
Видно, что движение электронного луча в первом полукадре начинается в левом верхнем углу; луч прочерчивает первую строку, смещается под действием кадрового отклоняющего поля к концу первой строки на уровень третьей строки, прочерчивает 3, 5, 7 -ю и т. д. все нечетные строки и, наконец, последнюю строку, которую он прочерчивает не полностью, а половину.
|
|
Затем во втором полукадре луч перемещается на середину верхнего края, прочерчивает половину оставшейся последней нечетной строки, смещаясь при этом на уровень второй строки, и прочерчивает все четные строки растра (2, 4, 6, 8 и т. д.).
Развертка последней четной строки заканчивается в нижнем правом углу кадра. Отсюда луч возвращается в верхний левый угол, и весь процесс начинается сначала.
Необходимая при этом форма токов кадровой и строчной разверток показана на рис. 4.2о.
Частота генератора, осуществляющего отклонение по кадру, должна быть равна частоте полей.Число полей берется равным 50, а число полных кадров п будет вдвое меньше, т. е. 25.
При этом получаются следующие параметры чересстрочной развертки: число строк разложения 2 = 625; число кадров п = 25; число полей 2я = 50; формат кадра /(= 4/3, частота генератора кадровой развертки /к = 50 Гц; частота генератора строчной развертки /стр = 2тг = 625.25= 15 625 Гц.
Следует отметить, что число строк разложения в обоих видах разверток взято одинаковым и равным 625 для сравнения параметров, хотя при прогрессивной развертке число строк должно быть четным.
4.4. Частотный спектр сигнала изображения
Для определения требуемой полосы пропускания канала связи, по которому передается телевизионное изображение, необходимо знать частотный спектр телевизионного сигнала, т. е. нижнюю и верхнюю граничные частоты сигналов изображения.
Частотный спектр зависит от характера изображения и от параметров развертки. Нижняя граничная частота видеосигнала соответствует изображению, у которого минимальное число изменений яркости, т. е. содержащему наименьшее число деталей. Таким изображением является неподвижная картинка, состоящая из двух деталей разной яркости (рис. 4.3а). При прогрессивной развертке в течение одного кадра через нагрузку передающей трубки протекает один импульс тока (рис. 4.36), а при чересстрочной — два. Число импульсов за одну секунду и будет представлять собой частоту сигнала самой крупной детали изображения.
|
|
Поэтому нижняя граничная частота видеосигнала fu определяется частотой генератора кадровой развертки как fK.
Для определения самой высокой частоты спектра, которая соответствует самой маленькой детали изображения, берется неподвижная картинка, имеющая максимально возможное число деталей, равное числу элементов разложения N (рис. 4.3в). Но так как каждые два соседних элемента изображения — белый и черный— дают один импульс, то верхняя граничная частота сигнала изображения будет в два раза меньше числа элементов изображения, передаваемых' за одну секунду. При развертке двух соседних элементов изображения получается импульс тока с периодом Тъ (рис. 4.3г). Подсчитаем общее число таких импульсов в одном кадре, а затем во всех кадрах за секунду, так как это и будет верхняя граничная частота видеосигнала.
За один период кадровой развертки передается z строк. Минимальная высота элемента изображения d равна высоте строки. Поэтому по высоте h уложится z элементов. Вдоль одной строки таких элементов будет в К раз больше, где К — формат кадра, равный b/h, следовательно, общее число элементов в одном кадре будет равно произведению числа элементов, укладывающихся по 2' высоте кадра z, на число элементов, укладывающихся по строке Кг, т. е. N = Kz2.
За одну секунду передается п кадров, поэтому число элементов изображения, передаваемых за одну секунду, будет в п раз больше: NK = Kz2n, а верхняя граничная частота сигнала изображения,
Рис. 4.3. К определению верхней и нижней граничных частот видеосигнала:
а) наиболее простое изображение и его видеосигнал; б) наиболее сложное изображение и его видеосигнал
которая в два раза меньше числа элементов, передаваемых за одну секунду, будет:— X 625 X 50
для прогрессивной развертки /в = = 13 МГц:— х 625 x 25
для чересстрочной развертки /в = = 6,5 МГц.
Из приведенных примеров видно, что при чересстрочной развертке полоса частот видеосигнала в два раза меньше, чем при прогрессивной развертке. Это обстоятельство и определило тот факт, что чересстрочная развертка применяется в телевизионном вещании всех стран мира.
Низшая частота fu для обеих разверток равна 50 Гц.