Упрощенная структурная схема системы SECAM

Система SECAM – система поочередной передачи цветоразностных сигналов через строку на двух поднесущих при непрерывной передаче сигнала яркости . Эта система имеет хорошую защиту от перекрестных и переходных помех (рис.11.24)

Рис.11.24. Упрощенные функциональные схемы устройств SECAM:

а - кодирующего; б – декодирующего

Исходными сигналами являются сигналы основных цветов , из которых в матрице М формируются яркостный сигнал и два цветоразностных сигнала и . Последние ограничивают по полосе частот в ФНЧ и подают на электронный коммутатор ЭК, переключаемый управляющими импульсами с частотой f_z/2. На выходе ЭК в любой момент будет присутствовать только один из двух цветоразностных сигналов: в течение одной строки , в течение другой - . Таким образом, поднесущая частота, с помощью которой будет уплотняться спектр яркостного сигнала, будет модулироваться поочередно сигналами и .

Второй важной особенностью системы SЕСАМ является способ модуляции поднесущей частоты. В современном варианте системы SЕСАМ выбрана частотная модуляция, осуществляемая в частотном модуляторе ЧМ. Выбор частотной модуляции предполагал повышение устойчивости системы к влиянию амплитудных и фазовых искажений тракта передачи.

С выхода ЧМ частотно-модулированный сигнал цветности , складываясь в сумматоре Е с яркостным сигналом , образует полный цветовой сигнал, пригодный для передачи в вещательную сеть.

В приемном устройстве (рис.11.24,б) полный цветовой сигнал получаемый с выхода видеодетектора, подается на усилитель яркостного сигнала и полосовой фильтр ПФ, с помощью которого из полного сигнала выделяется ЧМ сигнал цветности . В системе SЕСАМ в каждый момент времени продетектированный ЧМ сигнал содержит только один из двух цветоразностных сигналов: или , или . Для восстановления же исходных цветоделенных сигналов и необходимо обязательно иметь оба цветоразностных сигнала одновременно. (Напомним, что третий цветоразностный сигнал получается матрицированием из и ).

Получение недостающего в каждый момент времени цветоразностного сигнала достигается в приемном устройстве SЕСАМ использованием линии задержки ЛЗ на длительность одной строки и электронного коммутатора ЭК, осуществляющего переключение его входов и выходов с частотой строк.

На один из входов электронного коммутатора сигнал цветности подается прямо с полосового фильтра. Назовем этот сигнал прямым и обозначим его . На второй вход коммутатора поступает тот же сигнал цветности, но задержанный на длительность одной строки (64 мкс). В результате переклю­чения электронного коммутатора с частотой строк на каждом из выходов ЭК и соответственно после каждого из частотных дискриминаторов в любой момент времени будут присутствовать сигналы и одновременно. Однако, выбрав для рассмотрения любой из строчных интервалов, нетрудно убедиться, что на выходе декодирующего устройства одновременно существуют цветоразностные сигналы не одной и той же строки, а двух смежных строк.

Например, при передаче (п+5)-й строки на выходы декодера поступают яркостный сигнал и цветоразностные сигналы и двух соседних строк. Сигнал получается как результат матрицирования сигналов и . Таким образом, в приемном устройстве один из недостающих цветоразностных сигналов заменяется сигналом от предыдущей строки.

Переключение электронного коммутатора в декодирующем устройстве должно происходить синхронно с переключением цветоразностных сигналов на передающем конце системы.

11.10. СтруктурнаясхемакодирующегоустройствасистемыЦТ SECAM

Отличительным признаком системы ЦТ SECAM является поочередная передача двух цветоразностных сигналов через строку на ЧМ поднесущей при непрерывной передаче сигнала яркости U_Y. Последовательная передача двух сигналов цветности вызывает необходимость иметь в приемнике линию задержки (с t_З = 64 мкс) с целью одновременного их поступления в декодирующую матрицу для образования третьего сигнала цветности.

Последовательная передача сигналов цветности на ЧМ поднесущей освобождает систему SECAM от фазовых искажений, присущих NTSC из-за квадратурной модуляции, а также от перекрестных искажений между сигналами цветности, так как здесь в каждый момент времени передается только один сигнал цветности.

Рассмотрим механизм формирования сигналов цветности в СЦТ SECAM [30] (рис 11.25).

Рис. 11.25. Кодирующее устройство системы ЦТ SECAM

Пусть передаются вертикальные цветные полосы (рис.11.26) 100%-й яркости и 100%-й насыщенности.

В этом случае на выходе передающих трубок 1 (рис.11.25) форма видеосигналов Ur, Ug и Uв имеет прямоугольный характер (рис.11.26,б,в,г). Кодирующая матрица 2 служит для формирования цветоразностых сигналов и и яркостного сигнала (рис.11.26,д,е) в соответствии с уравнениями:

, (11.12)

, (11.13)

. (11.14)

Третий цветоразностный сигнал U_G-Y­ в приемнике получается путем решения системы трех уравнений (11.12) – (11.14).

Действительно:

.

Отсюда (11.15)

Следовательно, если передать только два цветоразностных сигнала, например, и , то третий может быть легко получен на приемной стороне из первых двух. Предпочтение передаче сигналов и отдано по соображениям помехоустойчивости (сигнал требует при своей передаче более широкой полосы частот, чем синий и красный). Сигнал зеленого U_G может быть получен в матрице из исходных сигналов U_R, U_B и U_Y не прибегая к цветоразностным сигналам.

Рис. 11.26

(11.16)

Таким образом, в канал связи поступают три сигнала: яркостный сигнал U_Y с полосой 6 МГц (1) и два цветоразностных сигнала U_R-Y (2) и U_B-Y (3), каждый из которых занимает полосу 1,5 МГц.

В блоках 3 и 4 происходит замешивание сигналов синхронизации приемников ССП и сигналов опознавания цвета СО (рис. 11.25). Фазоинвертор 5 служит для изменения полярности цветоразностного сигнала на противоположную. В системе SECAM отрицательная полярность сигнала выбрана из следующих соображений.

Статистическое изучение показало, что для большинства сюжетов положительные значения сигналов превышают их отрицательные значения, а для сигнала - наоборот, то есть их значения заключены в пределах (рис11.27а):

, (11.18)

. (11.19)

Это приводит к тому, что средние частоты модулированных поднесущих двух соседних строк резко отличаются друг от друга (рис.10,б), что делает практически невозможным их визуальную компенсацию при наблюдении изображения с экрана ЧБ телевизора. Кроме того, частотный диапазон ЦРС выходит за пределы спектра частот яркостного сигнала (рис.11.27,в).

Изменением полярности достигают того, что в среднем в обеих строках преобладает отрицательная девиация частоты и тем самым уменьшается средняя разность мгновенных значений между соседними строками, это улучшает совместимость системы ЦТ с системой ЧБТ. Благодаря этому частотный диапазон сигналов цветности после переноса их на поднесущие частоты в обеих строках будет одинаковым (рис.11.27,г).

В системе SECAM цветоразностные сигналы (ЦРС) передаются со следующими коэффициентами (рис.11.26,ж):

и , то есть

, . (11.20)

Этим обеспечиваются одинаковые экстремальные значения ЦРС, что позволяет получить одинаковые максимальные значения девиации частоты, и, следовательно, равные полосы ЧМ сигналов при передаче строк и .

Кроме того, одинаковые мгновенные значения частот в соседних строках делают возможным их взаимную компенсацию на экране ТВ приемника, что приводит к улучшению совместимости систем.

В системе SECAM имеются цепи низкочастотной предварительной коррекции 7 и 8, осуществляющие подъем ВЧ составляющих спектра ЦРС (рис.11.28,в) в соответствии с выражением

[дб]. (11.21)

f

f

∆f общ

f ПВ

∆f общ

f ПВ

B - Y

Y

B - Y

Y

Рис. 11.27

, (11.22)

где f - текущая частота, кГц; f ₁ = 85 кГц; k = 3.

F

R2

С

R1

Рис. 11.28. Цепь низкочастотных предыскажений (а); амплитудно-частотная характеристика цепи низкочастотных предыскажений (б)

Ответная характеристика в приемнике соответственно ослабляет ВЧ составляющие продетектированных сигналов и восстанавливает их нормальный спектр. Как известно, спектр шумов ЧМ-канала имеет линейнонарастающую интенсивность, так что НЧ-коррекция ослабляет наиболее сильные компоненты шума (рис.11.29).

Рисунок11.29. σ_ш – спектр белого шума на выходе частотного детектора; К_НЧ пр – частотная характеристика фильтра обратной НЧ коррекции в приемнике; σ_ш ∙ К_НЧ – спектр белого шума с учетом влияния НЧ коррекции

Как видно из рисунка, площадь суммарных шумов в результате действия НЧ-коррекции резко уменьшилась. Таким образом, в системе SECAM ВЧ компоненты шума подавляются в приемнике фильтром обратной НЧ-коррекции, а НЧ составляющие шума – частотным детектором.

Форма ЦРС при НЧ-коррекции показана на (рис.11.26,ж) Коммутатор 10 чередует сигналы и от строки к строке: осуществляет поочередное подключение сигналов ко входу частотного модулятора ЧМ 17. Работа частотного модулятора подробно описана в литературе [29], рассмотрим лишь особенности его работы.

В блоках 13, 14, 17, 18, 19, 22 осуществляется генерирование ЧМ-поднесущей. ЦРС и поступают на ЧМ 17 через ФНЧ 12, который ограничивает полосу частот ЦРС до 1.5 МГц. В качестве ЧМ используется блокинг-генератор, собственная частота которого зависит от напряжения на базе. Следовательно, изменяя потенциал базы, можем изменять и мгновенную частоту генератора 17, увеличивая или уменьшая ее.

Поскольку непосредственная стабилизация частоты генератора 17 невозможна (очень велика девиация частоты f), то она осуществляется путем автоподстройки его средней частоты по частоте эталонного кварцевого генератора во время обратного хода строчной развертки. С этой целью сигнал с выхода генератора 17 ответвляется через ключевую схему, которая отпирается только на время обратного хода строчной развертки, выделяя пакеты поднесущей частоты f. Фазовый детектор ФАПЧ 18 сравнивает их по фазе с колебаниями и эталонных генераторов, колебания которых начинаются в начале каждой строки с одной и той же фазы. Поэтому эти частоты жестко связаны со строчной частотой и равны четным гармоникам строчной частоты , . Для нормальной работы ФАПЧ колебания генератора 17 также должны начинаться в одной и той же фазе – “0”. Это осуществляется путем срыва колебаний генератора 17 в конце каждой строки на короткое время специальным импульсом срыва от блокинг-генератора БГ 13.

Схема 18 вырабатывает сигнал ошибки (пропорциональный уходу частоты генератора 17), который изменяет частоту в нужном направлении. Здесь действует замкнутая система АПФ, для которой характерны широкополосность и импульсный характер работы.

Далее модулированная поднесущая подается на коммутатор 21, который для улучшения совместимости изменяет ее полярность в начале каждой третьей строки и в каждом поле на противоположную (на 180⁰), благодаря чему заметность поднесущей на экране кинескопа черно-белого телевизора резко снижается. Такое принудительное изменение фазы колебаний на 180⁰ адекватно выбору поднесущей частоты, равной нечетной кратной половине гармоники строчной частоты . (см. п.11.8.)

Это позволяет осуществить частотное перемежение спектров сигналов яркости и цветности, то есть все гармоники модулированной поднесущей расположить в зазорах гармоник яркостного сигнала.

Далее следует цепь высокочастотной предкоррекции 20. Эта коррекция («анти-клеш») состоит в увеличении амплитуды модулированной поднесущей при сдвиге ее частоты вправо и влево от некоторой центральной частоты МГц (рис.11.30). Модуль коэффициента передачи схемы ВЧ предыскажений определяется уравнением

, (11.23)

где k ₁= 16; k ₂= 1,26; , f ₀ = 4,286 МГц.

Обратная характеристика в приемнике («клеш») действует на шумы так же, как НЧ коррекция: ослабляет ВЧ компоненты шума. Этим достигается улучшение отношения сигнал/шум по мощности в 7 раз. Вместе с тем ВЧ предыскажения улучшают и совместимость: снижают заметность поднесущей частоты на экране черно-белого телевизора при передаче черно-белых и слабо-насыщенных цветов. После ВЧ коррекции поднесущая приобретает амплитудную модуляцию (рис.11.26,и), которая в приемнике компенсируется обратным ВЧ фильтром, а остатки ее срезаются ограничителем.

К

Рис.11.30. Частотная характеристика высокочастотного предыскажения в линейном масштабе. F_0R = 4406,25 кГц, F₀ = 4286 кГц, F_0B = 4250 кГц, амплитуда поднесущей

А = k ∙A₀, где А₀ = 0,115

Осциллограммы ЧМ сигналов на выходе ЧМ 17 и блока ВЧ-коррекции 20 показаны на рис.11.26,з,и. Амплитуда ЧМ-сигнала на выходе частотного модулятора равна . Пройдя фильтр 20 ее амплитуда изменяется в соответствии с законом , где к – коэффициент, зависящий от частоты в соответствии с характеристикой блока ВЧ предыскажений 20. На частоте МГц коэффициент к=1, а на частотах к=1.33, к=1.035.

Рассмотрим механизм подавления шумов при введении ВЧ предыскажений (рис.11.31).

Рис.11.31

Флуктуационные шумы на входе приемника имеют равномерный спектр (рис.11.31,а). Пройдя в приемнике фильтр обратной ВЧ коррекции, частотные компоненты шума, отличающиеся от средней частоты , будут ослаблены (рис.11.31,б). Частотный детектор соответственно ослабит все шумы в области поднесущей частоты в соответствии с характеристикой (рис.11.31,в).

Результирующее действие НЧ и ВЧ коррекций делает спектр шумов практически плоским (рис.11.31.г):

. (11.24)

Вспомогательный амплитудный модулятор АМ 15 служит для уменьшения искажений «яркость-цветность». Известно, что при приближении амплитуды помехи к амплитуде ЧМ поднесущей паразитная девиация частоты резко возрастает. Для снижений этих искажений вводится дополнительное увеличение амплитуды поднесущей в тех участках, где сильно выражены ВЧ компоненты яркостного сигнала. Мешающие компоненты яркостного сигнала выделяются полосовым фильтром ПФ 9, выпрямляются детектором AD 16 и пройдя через ФНЧ (на схеме не показан) модулируют сигнал цветности в АМ 15 (рис.11.25). Схема имеет порог срабатывания: амплитуда поднесущей усиливается лишь в том случае, когда ВЧ составляющие превосходят 70% номинального значения амплитуды поднесущей. В приемнике эта паразитная АМ срезается ограничителем.

В системе SECAM цветовая поднесущая подавляется на время обратного хода. Это гашение необходимо для передачи сигналов синхронизации. Причем остается защитный интервал (рис.11.32), в котором поднесущая обратного хода не подавляется (3-5 мкс).

Рис. 11.32

Средняя частота, вырабатываемая генератором в этот период, дает опорный нулевой уровень на выходе дискриминатора приемника для устранения паразитной составляющей. Форма сигнала во время обратного хода строчной развертки показана на рис.11.32. В интервале времени колебания ЧМ генератора 17 (рис.11.25) срываются в конце каждой строки на короткое время специальным импульсом срыва, формируемым блокинг-генератором БГ 13. Это необходимо для того, чтобы колебания задающего генератора в каждой строке всегда начинались бы в одной фазе. Такая фазировка частоты задающего генератора обеспечивает необходимое быстродействие АПЧФ за сравнительно короткий промежуток времени.

Гашение поднесущей во время происходит специальными импульсами гашения. В блоке 11 происходит суммирование яркостного сигнала с сигналом цветности . Осциллограмма полного цветового сигнала показана на рис.9к, а уравнение сигнала имеет вид:

, (11.25)

где

- поднесущая частота ( или ),

- девиация частоты ( или ),

- напряжение ЦРС или ,

- амплитуда напряжения поднесущей частоты .

Значения девиации равны: , .

Предельные значения девиации, достигаемые при передаче выбросов, то есть в импульсном режиме, взяты равными:

Для сигнала : +350 кГц, -500 кГц;

Для сигнала : -350 кГц, +500 кГц.

Так как поднесущая частота выше, чем примерно на 156 кГц, то такое несимметричное ограничение выбросов обеспечивает полное использование одного и того же диапазона частот (3.9 – 4.8 МГц) каждым из сигналов (рис.11.32,а).

Рис. 11.32,а. Диапазон частот, занимаемый сигналами цветности