Реферат: Принципы телевизионного вещания

В телевидении используется негативный сигнал. Это означает, что с увеличением амплитуды сигнала яркость изображения падает. Передача негативного сигнала повышает помехоустойчивость канала изображения. Импульсные помехи оказываются в области черного и создают на экране кинескопа черные точки, которые менее заметны, чем яркие светлые.

На рисунке ниже показана часть полного телевизионного сигнала (а) с кадровыми гасящим 3 и синхронизирующим 1 импульсами. Так как во время обратного хода по кадрам должна поддерживаться строчная синхронизация, то при передаче кадровых гасящих импульсов передаются также и строчные синхроимпульсы. Во время кадрового синхроимпульса 1 строчные синхроимпульсы передаются так называемыми врезками 2.

3

Сначала схемой селекции выделяется полный синхросигнал (б). Для выделения импульсов строчной синхронизации он подается на дифференцирующую цепь. Так как постоянная времени дифференцирующей цепи много меньше длительности строчных синхроимпульсов то все положительные перепады дадут на выходе цепи положительные всплески (в). Отрицательные импульсы, образованные от отрицательных перепадов, не имеют никакого значения, так как убираются ограничителем. Таким образом формируется строчный синхросигнал ( г ).

Для выделения кадрового синхроимпульса полный синхросигнал (а на нижнем рисунке) пропускается через интегрирующую цепь. Во время прихода импульсов конденсатор заряжается, а во время паузы разряжается. Постоянная времени цепи сравнима с длительностью кадрового синхроимпульса 1 и много меньше длительности строчного синхроимпульса. Поэтому от импульсов строчной синхронизации напряжение на выходе интегрирующей цепи изменяться практически не будет. А за время длинного кадрового импульса напряжение на выходе интегрирующей цепи будет увеличиваться, и сформируется импульс (б на нижнем рисунке), который используется для синхронизации генератора кадровой развертки.

4.  Четкость телевизионного изображения и ширина спектра телевизионного сигнала

В 1948 году в СССР был принят стандарт телевидения (625 строк и 25 кадров в секунду). Затем этот стандарт стал общеевропейским.

Почему было выбрано 625 строк?

Чем больше строк, тем более четким будет изображение, тем меньшие детали изображения можно рассмотреть. Нужно ли стремиться к возможно большему количеству строк, или можно установить какой-то предел? В первых электронных телевизионных системах число строк составляло 300 – 400, а затем было увеличено. В стандарте США до 525, в стандарте СССР до 625, а в стандарте Франции даже до 819. Означает ли это, что французы наслаждаются самым качественным изображением, а американцы должны чувствовать себя обделенными?

Требуемое количество строк определяется разрешающей способностью глаза по угловым координатам (предельным углом зрения), то есть минимальным углом, при котором соседние строки будут различаться глазом. Предельный угол зрения a примерно равен 1¢. Давайте подсчитаем, сколько строк N должно быть на экране высотой h, чтобы с расстояния l строки были неразличимы. Так как предельный угол зрения a очень мал, то расстояние между строками а = la, где a измеряется в радианах.

С другой стороны а = h/N, так как на экране высотой h умещается N строк. Отсюда la = h/N и N = h/la. Примем высоту экрана равной 40 см, а расстояние, с которого мы смотрим телевизор 3 м. Тогда N = 0,4/(3*2,9*10-4) = 460. Этому условию удовлетворяют и американский и отечественный стандарты.

Мы определили нижнюю границу числа строк, а чем же определяется верхняя граница? Ведь чем выше четкость, тем лучше качество изображения. Оказывается, число строк связано с шириной спектра телевизионного сигнала и, соответственно, с требуемой полосой радиоканала. А увеличение полосы радиоканала нежелательно.

Найдем длительность, которую занимает элемент изображения в видеосигнале. Что понимать под элементом изображения, если вдоль строки яркость свечения экрана изменяется плавно?

Рассмотрим следующий рисунок.

Из него видно, что размер элемента изображения по вертикали равен ширине строки. Чтобы четкость изображения по вертикальному и горизонтальному направлениям была одинаковой, целесообразно взять размеры элемента изображения одинаковыми по горизонтали и по вертикали. Но количество элементов по вертикали равно числу строк, то есть 625. Значит, при принятом сейчас формате телевизионного изображения (отношения ширины экрана к высоте) 4:3 вдоль строки уложится 625 : (4/3) @ 800 элементов.

Длительность строки определим исходя из инерционности зрения.

Из за инерционности зрения мы воспринимаем движение непрерывным и не замечаем мелькания отдельных кадров, если кадры сменяются быстрее 50 раз в секунду. Итак, если за 1/50 с прочертить на экране все строки растра, то можно увидеть слитное изображение без мелькания. Подсчитаем время, необходимое для развертки одной строки. Оно равно 1/50/625 = 32*10-6 с = 32 мкс.

Таким образом, длительность одного элемента равна 32/800 = 0,04 мкс.

При самом быстром изменении изображения яркость соседних элементов должна быть противоположной, как показано на рисунке.

Тогда на строке уместится 400 периодов изменения яркости. Таким образом, длительность одного периода равна 32 : 400 = 0,08 мкс и частота колебаний самого высокочастотного процесса в сигнале изображения fВ = 1/T = 1/0,08*10-6 = 12,5*106 Гц = 12,5 МГц. Это верхняя граница спектра сигнала изображения или ширина спектра.

В первых приемниках использовалась последовательная развертка одной строки изображения за другой, которую называют построчной или прогрессивной. Позже стала применяться чересстрочная развертка. Переход к такой развертке был, прежде всего, обусловлен тем, что вдвое уменьшалась ширина спектра сигнала изображения.

 

При чересстрочной развертке весь растр, состоящий из 625 строк, прочерчивается на экране кинескопа в два приема. Сначала за время, равное 1/50 с, воспроизводятся лишь нечетные строки: 1-я, 3-я, 5-я и т. д. При этом укладываются строки на тех же местах, где они должны располагаться при построчной развертке. Эта часть растра, состоящая из нечетных строк, называется полем нечетных строк, или нечетным полукадром (см. рисунок ниже). Обратите внимание на то, что последняя нечетная строка, 625-я, прочерчивается только до середины (до точки Б). Таким образом, нечетный полукадр начинается с левой верхней точки кадра (точка А) и заканчивается в середине нижней строчки кадра (точка Б). Следовательно, нечетный полукадр содержит половину общего числа строк, т.е. 312,5.

Из точки Б (конец нечетного полукадра), электронный луч быстро переводится в точку В, лежащую на одном уровне с точкой А – началом первой нечетной строки. При этом луч попадает на середину верхней кромки изображения. Начиная с точки В, луч проходит четные строки, предварительно закончив 625 строку наверху. Совершив обратный ход и попав в точку Г, луч оказывается в начале второй (четной) строки и прочерчивает 2-ю, 4-ю, 6-ю и т. д. Прочертив все четные строки до 624-й и попав в точку Д, луч опять совершает обратный ход по линии ДА. Так формируется поле четных строк или четный полукадр. На приведенном рисунке переход лучей из одного полукадра в другой показан условно по штриховым линиям БВ и ДА. На самом деле движение луча происходит по более сложной траектории, так как во время обратного хода по кадрам продолжает подаваться развертывающее напряжение по строкам.

Легко видеть, что если наложить оба полукадра друг на друга то получится полный растр из 625 строк, как и при построчной развертке. Это происходит потому, что во время формирования четного полукадра строки ложатся точно посредине между строками нечетного полукадра.

Отметим еще, что строки во время прямых ходов располагаются не строго по горизонтали, а несколько наклонены. Но практически, поскольку число строк велико, этот наклон не заметен и на качество изображения не влияет, так как в передающей камере строки растра наклонены точно так же.

Итак, в течение каждой 1/50 доли секунды на экране кинескопа возникает ровно половина числа строк всего растра – 312,5. Весь растр образуется за 1/25 с. Что же достигается такой разверткой, которая, как мы видим, сложнее построчной? Так как все 625 строк теперь формируются за 1/25 с, то длительность одной строки будет в два раза больше, чем при построчной развертке. Соответственно длительность элемента изображения равна уже не 0,04, а 0,08 мкс. Благодаря этому ширина спектра сигнала изображения сокращается вдвое и составляет 6,25 МГц. В то же время мелькания изображения не происходит, так как каждый из полукадров создает на экране кинескопа свое световое поле, так что общее число таких полей яркости остается равным 50 в 1 секунду. Четкость изображения при чересстрочной развертке остается такой же, как и при построчной. Это объясняется тем, что четные строки располагаются между нечетными, а вследствие инерционности зрения и те и другие видны одновременно.

5.  Полоса частот для передачи ТВ сигнала

Спектр частот сигнала изображения черно-белого телевидения, имеющий ширину 6,25 МГц, необходимо передать с помощью радиоволн от передатчика к приемнику. Здесь возникают следующие вопросы: какой вид модуляции используется, какова ширина спектра частот телевизионного сигнала после модуляции, какую полосу частот нужно отводить под один телевизионный канал?

Телевизионный сигнал передается с помощью амплитудной модуляции, так как АМ сигнал имеет наименьшую ширину спектра по сравнению с другими видами модуляции. Ширина спектра сигнала изображения, как мы отмечали, равна примерно 6,25 МГц. При амплитудной модуляции образуются две боковые полосы относительно несущей, ширина спектра высокочастотных колебаний будет равна 12,5 МГц, и полоса пропускания телевизионного радиоканала должна быть равна 12,5 Мгц.

Однако передача обеих боковых полос спектра необязательна. Оказывается, что для правильного воспроизведения передаваемого изображения достаточно передавать только одну боковую полосу частот, несущую частоту и небольшой остаток от подавленной боковой полосы. Объясняется это тем, что, по сути дела, вся информация о передаваемом видеосигнале содержится в полосе частот 6,25 МГц. В этом смысле обе боковые полосы частот: верхняя и нижняя вполне равноправны, и можно передавать только одну из них.

Отечественный стандарт на систему телевизионного вещания предусматривает передачу одной боковой полосы без искажений и частичное подавление второй боковой , от которой остаются низкочастотные составляющие спектра. Стандартизованная частотная характеристика телевизионного канала приведена на рисунке ниже.

	Нижняя боковая полоса			Верхняя боковая полоса
						6,5
					8,0

Тут же показана область, занятая спектром сигнала звукового сопровождения. Эта область находится вне спектра сигнала изображения, что позволяет устранить взаимное влияние сигналов яркости и звука друг на друга. Особо отметим, что разность между несущими частотами звука и изображения является промежуточной частотой канала звукового сопровождения 6,5 МГц и поддерживается на телевизионном передатчике с высокой степенью точности и стабильности.

Итак, благодаря применению чересстрочной развертки и подавлению нижней боковой полосы спектр телевизионного радиосигнала удается сузить до 6,375 + 1,25 = 7,525 МГц. При построчной развертке и без подавления боковой полосы радиосигнал занимал бы полосу около 25 МГц.

Отечественным стандартом на один телевизионный канал, обеспечивающий передачу телевизионного сигнала и сигнала звукового сопровождения, отводится 8 МГц.

6.  Частоты ТВ-передач

При выборе несущей частоты телевизионного сигнала следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, несущая частота должна быть такой, чтобы все составляющие спектра телевизионного сигнала передавались без искажений, то есть коэффициент передачи телевизионного тракта для всех составляющих спектра должен быть одинаковым. Во-вторых, чтобы при приеме можно было легко выделить огибающую сигнала.

Для выполнения первого требования необходимо, чтобы ширина полосы частот передаваемого сигнала была много меньше несущей частоты. Тогда неравномерность частотной характеристики приемника в пределах ширины спектра передаваемого сигнала можно сделать малой. Например, если несущая частота равна 60 МГц, то при подавленной нижней боковой полосе спектр телевизионного сигнала будет простираться от 58,75 до 66,375 МГЦ. Как видим, ширина спектра 66,375 –58,75 = 7,625 МГц составляет около 10% от несущей частоты, что приемлемо.

Рассмотрим теперь требования к частоте несущего колебания при передаче по радиоканалу прямоугольного импульса.

Предположим, надо передать самый короткий импульс телевизионного сигнала, который, как известно, должен иметь длительность 0,08 мкс. Пусть несущая частота такова, что во время импульса укладываются всего два периода колебания несущей частоты. Это соответствует несущей частоте 2/0,08 = 25 МГц. Для воспроизведения огибающей (в данном случае – импульса) в приемном канале телевизора применяется детектор, который, грубо говоря, вначале формирует последовательность положительных (или отрицательных полуволн несущей частоты, а затем сглаживает эти полуволны с помощью RC фильтра.

Для несущей частоты 25 МГц получится импульс искаженной формы. Если же несущая частота значительно выше, то на выходе детектора импульс будет воспроизведен со значительно меньшими искажениями. Практически считают, что несущая частота при амплитудной модуляции должна быть в 8 – 10 раз больше ширины спектра модулирующего колебания. Если ширина спектра около 6 – 7 МГц, то несущая частота должна быть не меньше 50 МГц. В соответствии с этими соображениями несущая частота первого, самого низкочастотного канала выбрана равной 49,75 Мгц. Длина волны такого колебания λ = с/f = 3*108/(49,75*106) = 6,03 м

Таким образом, для телевизионной передачи необходимы радиоканалы в диапазонах метровых или дециметровых волн.

Заключение

Телекоммуникации являются одной из наиболее быстро развивающихся областей современной науки и техники. Жизнь современного общества уже невозможно представить без тех достижений, которые были сделаны в этой отрасли за не многим более ста лет развития. Отличительная особенность нашего времени - непрерывно возрастающая потребность в передаче потоков информации на большие расстояния. Это обусловлено многими причинами, и в первую очередь тем, что связь стала одним из самых мощных рычагов управления экономикой страны. Одновременно, претерпевая значительные изменения, становясь многосторонней и всеобъемлющей, электросвязь каждой страны становится все более интегрированной в мировое телекоммуникационное пространство.

Список литературы

1.  Радиотехнические методы передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.; Под ред. В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь. 1990. 304с.

2.  Системы радиосвязи: Учебник для вузов / Н.И. Калашников, Э.И. Крупицкий, И.Л. Дороднов, В.И. Носов; Под ред. Н.И. Калашникова. М.: Радио и связь. 1988. 352с.

3.  Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации: Учебное пособие для вузов / М.: Радио и связь. 1982. 264с.

4.  Кириллов С.Н., Стукалов Д.Н. Цифровые системы обработки речевых сигналов. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 1995. 80с.

Размещено на http://www.