Частотный спектр телевизионного сигнала

Телевизионный сигнал является импульсным однополярным (так как он является функцией яркости, которая не может быть разнополярной) сигналом. Он имеет сложную форму, и его можно представить в виде суммы постоянной и гармонических составляющих колебаний различных частот. Уровень постоянной составляющей характеризует среднюю яркость передаваемого изображения. При передаче подвижных изображений величина постоянной составляющей будет непрерывно меняться в соответствии с освещенностью. Эти изменения происходят с очень низкими частотами (0-3 Гц). С помощью нижних частот спектра видеосигнала воспроизводятся крупные детали изображения. Например, минимальная частота спектра видеосигнала получится при передачи изображения, представляющего собой сочетание светлой и темной половины растра (рис.8.).

Форма сигнала (рис. 9.) представляет собой прямоугольные импульсы. Минимальная частота этого сигнала будет соответствовать при чересстрочной развертке частоте полей, т.е. fн=fп=50 Гц.

С помощью верхних частот предаются наиболее мелкие детали изображения. Такое изображение можно представить в виде чередующихся по яркости мелких черных и белых квадратов (рис.10), которые располагаются вдоль строки и имеют размеры, равные толщине луча. Это и будет наиболее сложным изображением, так как будет содержать максимальное количество элементов изображения.

Рис. 8 Рис.9 Рис.10

Для определения верхней граничной частоты такого видеосигнала можно произвести несложные расчеты: за время прямого и обратного хода кадровой развертки строчная развертка должна обойти 625 строк (принятый в нашей стране ТВ стандарт). Каждая строка может разместить (при формате кадра 4*3) 800 элементов изображения. Это будет соответствовать 400 периодам гармонических колебаний, так как один период этого колебания создается при чередовании темных и светлых элементов изображения. При движении электронного луча вдоль отдельной строки на мишени передающей трубки из-за конечных размеров считывающего луча на нагрузке будет выделятся сигнал, величина которого будет изменятся по закону, близкому к синусоидальному. Если принять, что частота смены кадров равна 50 в секунду (т.е. 50 Гц),то за 1 секунду должно быть: 50*625*400=12,5*1000000 периодов колебаний (Гц, или 12,5 МГц). Итак, заданный спектр телевизионного сигнала занимает диапазон от 0 до 12,5 МГц. Но передача сигнала со столь широким спектром спряжена со значительными техническими трудностями, поэтому, чтобы уменьшить полосу передаваемых частот, но при этом не потерять разрешающую способность по вертикали, применяется так называемая чересстрочная развертка, суть которой заключается в том, что каждый кадр разбивается на два полукадра (или поля), в течение которых передается по 312,5 строк, т.е. в два раза меньше, чем при построчной развертке. Причем в течение первого поля передаются нечетные, а в течение второго поля - четные строки. В результате верхний частотный спектр сокращается вдвое, т.е. 6,25 МГц. Ну а если учесть, что, примерно, по 25 строк каждого поля обычно не воспроизводятся, так как приходятся на время обратного хода кадровой развертки, то полоса передаваемых частот может быть определена в 6МГц. Необходимо, также отметить, что, поскольку форма видеосигнала сложна и может отличатся от синусоидальной, то это значит, что кроме основной частоты сигнал содержит и гармонические составляющие, имеющие более высокие частоты, кратные основной частоте сигнала. Однако, при передаче сигнала, соответствующего малым размерам изображения, ограничиваются передачей только основной частоты видеосигнала.