Сигнал изображения в системе черно-белого телевидения

Таким образом, в результате развертки – сканирования  мишени передающего оптико-электронного преобразователя и последовательного во времени считывание с этой мишени электрических потенциалов, соответствующих степени освещенности каждой точки мишени - Рис. 5.1. формируется сигнал изображения, который выглядит следующим образом – Рис. 5.4.

 

                                                                ……….

	1 строка		2 строка		625 строка

 

Рис. 5.4 Телевизионный сигнал, соответствующий  одному кадру изображения

На этом рисунке каждый из отрезков сигнала соответствует развертке одной строки изображения. Совокупность из 625 строк (смотри Рис. 5.2) соответствует одному кадру изображения.

 

Определим временные характеристики этого сигнала   S(t) и приближенно оценим ширину его спектра S(f).

Как мы уже говорили, частота кадров F_кадр   телевизионного сигнала в Европе принята равной 50 Гц. Тогда длительность кадра составит

T _кадр = 1/ F_кадр =1/50 кадр/с = 20 мс

 

В одном кадре содержится N _стр = 625 строк, тогда полная длительность одной строки составит

T _строки  = T _кадр /625 =32 мкс

 

Каждая строка телевизионного сигнала – Рис. 5.4 состоит из последовательности импульсов, соответствующей яркости каждой точки (каждого пикселя) изображения. Максимальная длительность этого импульса – это длина строки, и составляет 20 мс. А какова минимальная длительность этого импульса? Она определяется размером пикселя изображения по горизонтали. Будем полагать, что разрешающая способность глаза по вертикали и по горизонтали одинакова, тогда число пикселей по горизонтали составит 4/3· N_стр, а минимальная длительность импульса видеосигнала, соответствующего одному пикселю изображения будет равна:

 

T _мин = ¾ · T _строки /625 = 0,038 мкс..

 

Оценим максимальную ширину спектра такого сигнала. Известно, что произведение ширины спектра импульсного сигнала ΔF   на его длительность T, величина постоянная, и для сигналов разной формы находится в диапазоне от 0,5 до 1. Положим, что в нашем случае ΔF · T = 0,5, тогда:

 

ΔF _max = 0,5 / T _мин  =  13 МГц.

Таким образом, ширина спектра телевизионного сигнала, в том виде, как мы ее определили, составит ΔF _max = 13 МГц. Сразу нужно сказать, что это очень большая величина, и передать сигнал с такой полосой по радиоканалу связи достаточно трудно и сейчас, а в то время, когда телевидение только зарождалось, это было еще труднее, практически невозможно.

 

Нужно было что-то предпринимать, чтобы уменьшить полосу телевизионного сигнала до разумных пределов. Какие для этого были возможности?

 

Первое – уменьшить число строк на изображении, тогда за то же время нужно будет передавать меньшее число строк, каждая строка будет иметь большую длительность, соответственно, большую длительность будет иметь сигнал, соответствующий пикселю изображения, а его спектр станет уже. Но это приведет к уменьшению разрешающей способности по вертикали (к увеличению ширины строки), и, соответственно, к ухудшению качества телевизионного изображения. Не очень хорошее решение.

 

Второй вариант – не уменьшая числа строк, уменьшить разрешение по горизонтали – увеличить минимальную длительность импульса, соответствующего одному пикселю изображения. Но это также приведет к ухудшению качества изображения, снижению разрешения уже по горизонтали. Тоже не очень хорошо.

 

Третий путь – уменьшить частоту кадров (увеличить длительность кадра). Это приведет к пропорциональному увеличению длительности всех сигналов, а значит к уменьшению ширины спектра. Но при этом начнет появляться мерцание изображения, поскольку при частоте смены кадров менее 50 Гц появляется этот эффект. Что делать?

 

И тогда было предложено компромиссное решение: снизить частоту смены кадров до 25 Гц, а чтобы глаз меньше уставал от мерцания экрана, частоту кадровой развертки оставить прежней и передавать сначала нечетные, а затем четные строки (сделать так называемую чересстрочную развертку, в отличие от рассмотренной выше прогрессивной развертки, когда в одном кадре осуществляется передача всех строк).

 

 

 

Рис. 5.5 Принцип чересстрочной развертки.

 

Передача полного кадра изображения при чересстрочной развертке производится, таким образом, за два полукадра, в первом передаются нечетные строки – 1, 3, …. 625, а во втором – 2, 4, 6, … 624 - Рис. 5.6. При этом длительность каждой из передаваемых строк в полукадре увеличивается вдвое и составляет T_строки = 2 · 32 мкс = 64 мкс. А длительность полного кадра, состоящего из двух полукадров, в этом случае составит T _кадр = 40 мс.

Запомните эти цифры, поскольку дальше они будут встречаться очень часто.

 

 

 

                                                                   ……….

 

Время t

                                                                   ……….

	2 строка		4 строка		624 строка

 

Рис. 5.6 Сигналы первого и второго полукадров

при чересстрочной развертке

В результате такого приема, также базирующегося на инерционности зрения, удалось в два раза уменьшить количество передаваемых за одну секунду строк изображения, и при этом практически не потерять разрешающей способности ни по горизонтали, ни по вертикали. Но при этом, в два раза сузилась ширина спектра телевизионного сигнала, и при использовании чересстрочной развертки она составит ΔF _max = 6,5 МГц. А это уже вполне приемлемая величина. В настоящее время в телевидении стандартной четкости используется исключительно чересстрочная развертка, как более экономная. Однако в современных ТВ системах высокой четкости часто используется все же более качественная прогрессивная развертка.