Телевизионные сигналы

Первичный телевизионный сигнал формируется методом элек­тронной развертки с помощью развертывающего луча телевизион­ной передающей трубки, преобразующей оптическое изображение в видеосигнал или сигнал яркости.

Подвижное изображение передается в виде мгновенных фото­графий - кадров, сменяющих друг друга. Причем для создания эффекта плавного движения передается Z_K = 25 кадров в секунду. Каждый кадр разлагается на строки, число которых определяется установленными стандартами. В широко распространенном стан­дарте каждый кадр раскладывается на Z_c = 625 строк. Чтобы смена кадров на экране приемной телевизионной трубки (кинескопе) была незаметной (без мерцаний), число изображений должно составлять не менее 50 кадров в секунду. А это требует увеличения скорости развертки, что усложняет оборудование формирования и передачи телевизионных сигналов. Поэтому для устранения возможного мерцания каждый кадр передается в два этапа: сначала передают­ся только нечетные строки, а затем - четные. В результате на экра­не кинескопа создается кадр из двух изображений, называемых полями, или полукадрами. Число последних в секунду составляет 50, и смена изображений становится незаметной и, благодаря этому, формируется немерцающее изображение. Вследствие инерционности зрения передача 50-ти полукадров в секунду восприни­мается как слитное движущееся изображение.

На время смены строк и кадров развертывающий луч приемной трубки должен быть погашен. Для чего на управляющий элек­трод трубки подается напряжение, равное напряжению видеосигнала при передаче черного поля. Передающая телевизионная камера поэтому дополняется устройствами, которые доводят напряжение сигнала во время обратного хода луча до величины, соответствую­щей напряжению видеосигнала при передаче черного поля. Возни­кающие при этом импульсы напряжения называются гасящими импульсами.

Движение развертывающих лучей передающей и приемной те­левизионных трубок должно быть синхронным и синфазным. Для этого от передатчика телевизионного сигнала к его приемнику передаются синхронизующие импульсы: в моменты перехода луча от конца одной строки к началу следующей передаются им­пульсы строчной синхронизации, а в моменты перехода от конца каждого кадра (полукадра) к началу другого - импульсы кадровой синхронизации. Чтобы синхроимпульсы не создавали помех изображению, их передают в то время, когда луч кинескопа пога­шен, т.е. во время передачи гасящих импульсов.

Разделение синхронизирующих и гасящих импульсов в приемни­ке осуществляется по уровню: если гасящие импульсы передаются с уровнем, соответствующим уровню видеосигнала при передаче черного поля, то синхроимпульсы передаются с уровнем, соответ­ствующим уровню видеосигнала, который получался бы при пере­даче поля «чернее черного».

Обобщенная структурная схема формирования телевизионного сигнала приведена на рис., где приняты следующие обозначения: ГСР - генератор строчной развертки и ГКР - генератор кадровой развертки передающей и приемной телевизионных трубок; ГССИ - генератор строчных синхроимпульсов; ГКСИ - генератор кадровых синхроимпульсов; ЗГ - задающий генератор; ГСГИ - генератор строч­ных гасящих импульсов; ГКГИ - генератор кадровых гасящих импульсов; ВУ - видеоусилитель тракта передачи и тракта приема; Пер - передатчик телевизионных сигналов и сигналов звукового сопровождения; ЗС - оборудование формирования сигналов звуково­го сопровождения тракта передачи и тракта приема; КП - канал передачи; Прм - приемник телевизионных сигналов и сигналов звуко­вого сопровождения; ССИ - селектор синхроимпульсов.

Рис. Обобщенная структурная схема формирования телевизионного сигнала

Следовательно, первичный телевизионный сигнал, поступающий на вход передатчика телевизионного канала, представляет после­довательность импульсов с непрерывно изменяющейся амплитудой (напряжением). Эти импульсы повторяются с частотой следования строк F_c = Z_K Z_C = 25 625 = 15 625 Гц, а время передачи одной строки равно

1/F_C = Т_с = 64 мкс.

В промежутках между ними передаются импульсы строчной и кадровой синхронизации, имеющие постоян­ные амплитуды.

Ширина спектра первичного телевизионного сигнала может быть определена следующим образом. Максимальная частота спектра соответствует передаче чередующихся черных и белых квадрат­ных элементов изображения. Вертикальный размер элементов определяется размером строки. Учитывая, что ширина кадра отно­сится к его высоте как 4/3, нетрудно определить число элементов М, содержащихся в одной строке: оно равно

М = (4/3)Z_c².

Учитывая, что в секунду передается 25 кадров (50 полукадров, состоящих поочередно из четных и нечетных строк изображения), общее число элементов, передаваемое за секунду, будет равно 25М. Время передачи одного элемента, следовательно, будет равно

= 1/25М = 3/(4 625² 25) = 0,083 мкс.

Максимальная частота спектра телеви­зионного сигнала будет равна

F_макс = 1/2 = 1/2 0,083 10^-6 = 6 МГц.

Таким образом, полагая нижнюю граничную частоту телевизионного спектра равной 50 Гц (частота смены полукадров), общая ширина спектра телевизионного сигнала принимается равной 50 Гц...6 МГц с учетом передачи сигналов звукового сопровождения.

Энергетический спектр телевизионного сигнала имеет дискрет­ный характер, максимумы энергии которого сосредоточены вблизи гармоник частоты строк nF_c (n = 1, 2, 3,...). Однако практически вся энергия сигналов яркости сосредоточена в диапазоне от 0...1,5 МГц. Эта особенность видеосигнала используется при организации видеотелефонной связи, организуемой в полосе частот от 50 Гц до 1,2...1,5 МГц.

Защищенность сигналов яркости от помех должна быть не менее 48 дБ. Число градаций яркости телевизионного сигнала приблизи­тельно равно k = 100 и согласно (10) динамический диапазон ви­деосигнала будет равен D_ТВ = 40 дБ. Пик-фактор сигнала, как было показано при рассмотрении полутонового факсимильного сигнала (9), не превышает 4,8 дБ, а потенциальный информационный объем телевизионного сигнала равен (11) I_ТВ = 6,64 6,0 10⁶ lg 100 80 Мбит/с.

Все рассмотренное выше справедливо для сигналов черно-белого телевидения. Сигналы цветного телевидения имеют некото­рые особенности.