Форма и спектр видеосигнала

Глава 3. Принципы развертки изображений.

Общие сведения. Основным принципом современного телевидения является принцип последовательной передаче изображений - элемент за элементом, то есть принцип развертки изображений.

Разверткой изображения называется перемещение развертывающего­
элемента в процессе анализа или синтеза изображения по­
определенному периодическому закону. Оптическое изображение
в преобразователе свет-сигнал сначала­ превращается в
электрический сигнал, мгновенные значения которого пропорциональны­
яркости передаваемых участков изображения.­В ТВ приемнике электрический сигнал снова превращается в
оптическое изображение с помощью электронно-оптического­
преобразователя в виде кинескопа или с помощью плоской матрицы светоизлучающих элементов.

Телевизионное изображение, получаемое за период кадра (ТВ кадр), состоит из совокупности (до сотен тысяч) элементов — мини­мальных площадок, различаемых и воспроизводимых ТВ системой. Используются процессы последовательного во времени преобразова­ния цвета или яркости элементов изображения объектов в электриче­ские сигналы (ТВ анализ изображения) и электрических сигналов в цвет или яркость элементов ТВ изображения (синтез ТВ изображе­ния). Развертывающий элемент может быть реализован в виде электронного луча (электронная развертка), светового (лазерного) луча, светочувствительного элемента в твердо­тельном датчике видеосигнала и т.д.

Рассмотрим некоторые требования, предъявляемые к развертке. Развертка может осуществляться по различным законам, то есть порядок передачи элементов определяет способ развертки. В различ­ных областях техники используют радиальную, спиральную, синусо­идальную, линейно-строчную и другие виды разверток. Однако во всех случаях закон развертки на передающей и приемной сторонах должен быть одинаков, иначе появятся координатные искажения воспроизво­димого изображения. Кроме того, развертки должны быть синхронными (равенство частот) и синфазными (совпадение фаз). Невыполнение первого требования, т.е. отличие частот строчной или (и) кадровой развертки воспроизводящего устройства от таковых на передающей стороне ТВ тракта влечет за собой невозможность получения и просмотра устойчивого изображения на экране телевизора или монитора. Если же частоты разверток равны, но есть фазовые различия, т.е. моменты начала разверток не совпадают, то изображение будет сдви­нутым по горизонтали или вертикали, может быть "разорвано" на две части, начинают просматриваться интервалы гасящих импульсов.

В ТВ вещании используется наиболее простой для реализации закон развертки — линейно-строчная периодическая развертка, ког­да разложение изображения осуществляется с постоянной скоростью слева направо, прочерчивая строку изображения (прямой ход строч­ной развертки), и одновременно сверху вниз (прямой ход кадровой развертки) (рис. 3.1,а). Быстрый возврат развертывающего элемента справа налево и снизу вверх происходит во время обратных ходов разверток; сумма времени прямого и времени обратного ходов состав­ляет период развертки, причем период строчной развертки намного меньше периода кадровой.

Рисунок, образуемый обегающим электронным или световым лу­чом на поверхности экрана или мишени электронно-лучевого прибора, называют ТВ растром. Элементы на передаче и приеме будут иметь одинаковые координаты в пределах растров (рис. 3.1,6), если по ТВ каналу будет передаваться не только видеосигнал, но и дополни­тельный (служебный) сигнал — сигнал синхронизации приемника, содержащий импульсы строчной и кадровой частот. Обычно оба эти сигнала совмещаются, а в приемнике разделяются по уровню. Совме­щенный сигнал называют полным сигналом яркости.

Рис. 3.1. Линейно-строчная развертка

а — принцип линейно-строчной развертки, б — синхронизация разверток

Развертка, при которой все строки растра развертываются за один период вертикальной развертки в непрерывной последователь­ности (1-я, 2-я, 3-я и т.д.), как изображено на рис. 3.1, называется построчной (прогрессивной). Форма отклоняющих токов строчной (i _z) и кадровой (i _к) частот в случае построчной развертки показана на рис. 3.2. Видно, что периоду кадровой развертки соответствует целое число периодов строк . Во время прямых ходов (Т₁) токи ли­нейно нарастают, т.е. скорости разверток по горизонтали и вертикали постоянны: и . Это позволяет избежать некоторых искажений воспроизводимого изображения — изменения яркости и четкости по полю изображения. Действительно, при нелинейном зако­не развертки время нахождения развертывающего электронного луча на отдельных элементах растра будет различно и яркость этих эле­ментов на люминофорном экране кинескопа тоже будет неодинакова. Кроме того, при этом меняется скорость развертки ( =var) и для некоторых элементов, для которых скорость развертки максимальна,

Рис 3.2 Форма отклоняющих токов при построчной развертке

ВЧ составляющие спектра видеосигнала могут превысить 6,0 МГц и в канале связи будут ограничены. Что же касается обратных ходов (Т₂) то линейную форму, изображенную для простоты на рис. 3.2, выдерживать не обязательно, так как возврат электронного луча в исходное состояние к началу прямого хода зритель не видит — на воспроизводящее устройство подаются специально сформированные гасящие импульсы (ГИ), причем > .

На рис. 3.2 показана также зависимость положения воспроизводи­мого элемента на строке от величины тока развертки. При отсутствии постоянной составляющей тока его среднее (нулевое) значение соот­ветствует середине строки, а максимумы положительных и отрица­тельных амплитуд — правому и левому краям растра.

В табл. 3.1 приведены номинальные значения некоторых парамет­ров разложения изображения для горизонтальной Н и вертикальной V разверток, в том числе абсолютные () и относительные ( / ) длительности ГИ и длительности активной части строки и кадра . Точные значения (с допусками) этих и других параметров, определя­ющих систему вещательного ТВ, приведены в [30]. Здесь отметим только, что средняя нестабильность частоты строк в сигнале отечественной системы цветного ТВ SECAM не должна превышать 10^-6, т.е. ±15625*10^-6 +0,016 Гц. Этому соответствует нестабиль­ность периода импульсов с частотой строк Т_z= Т_z ()= =(1/15625)*10^-6 0,06 мкс, что необходимо для международного обме­на программами цветного ТВ со странами, в которых принята другая система цветного ТВ — PAL.

Как видно из табл. 3.1, реально обратный ход вертикальной раз­вертки занимает около 1 мс (5 % периода), или около 15 строк. Они будут воспроизводиться в виде наклонных линий, если на воспроизво­дящее устройство не подавать ГИ. На рис.3.2 для упрощения графических построений обратный ход кадровой развертки значи­тельно уменьшен — до величины обратного хода строчной развертки.

В заключение подытожим основные требования, предъявляемые к ТВ разверткам: одинаковый закон разверток на передающей и при­емной сторонах ТВ системы; простой закон формирования отклоняю­щих токов (линейно-строчная развертка в ТВ вещании); постоянство скоростей разверток на прямых ходах; синхронность и синфазность разверток передающей и приемной сторон ТВ тракта; отклонение частоты строк от номинальной не должно превышать ±0,016 Гц.

В телевизионном вещании нашли применение два типа разверток: построчная (прогрессивная) и чересстрочная.