Характерной особенностью телевизионного сигнала является широкий диапазон частот, занимаемый видеосигналом. Спектр частот видеосигнала ∆f определяется разностью между верхней fВ и нижней fн граничными частотами:
Нижняя граничная частота видеосигнала соответствует передаче неподвижного изображения, имеющего минимальное число изменений яркости. Наиболее простым является неподвижное изображение, состоящее из двух деталей разной яркости, имеющих горизонтальную границу раздела. Такое изображение имеет одно изменение яркости при передаче одного кадра изображения.
При чересстрочной развертке за нижнюю границу спектра fH следует принять частоту, равную числу полей, передаваемых в секунду, т.е. fH = 50 Гц. Эта нижняя граница спектра сохраняется и при передаче любого сложного изображения, что объясняется условиями покадровой передачи изображения.
Верхняя частота спектра образуется при передаче максимально сложного изображения. Из анализа условий передачи наиболее сложного с точки зрения детальности телевизионного изображения следует, что верхняя частота спектра fB определяется выражением:
Подключаем несколько телевизоров. Как улучшить телевизионный сигнал.
где kф — формат телевизионного изображения, равный 1,33; z — число строк разложения, равное 625; fK — частота смены кадров, равная 25 Гц при чересстрочной развертке. Расчет, выполненный по вышеуказанному соотношению, показывает, что fB ≈ 6,25 МГц. Верхняя частота определяет степень воспроизведения контуров мелких деталей телевизионного изображения.
Это объясняется тем, что в горизонтальном направлении телевизионное изображение не имеет дискретной структуры. Поэтому горизонтальный размер элемента изображения определяется длительностью его передачи τэл, которая обратно пропорциональна верхней граничной частоте спектра телевизионного сигнала fB, т.е. fB = 1/2τэл. С увеличением верхней частоты спектра длительность элемента уменьшается, а горизонтальная четкость увеличивается. Следовательно, четкость изображения по горизонтали определяется полосой пропускания телевизионной системы, которая практически соответствует верхней граничной частоте спектра fB, так как fH ≈ fB.
Рис. 6.4. Структура линейчатого спектра телевизионного сигнала
По аналогии с вертикальным разрешением горизонтальная четкость часто оценивается числом воспроизводимых телевизионных линий (твл) или элементов (отсчетов).
Поскольку полоса частот, занимаемая спектром телевизионного сигнала, прямо пропорциональна числу передаваемых в секунду кадров, то применение чересстрочной развертки позволяет сократить эту полосу фактически в два раза.
Кроме основного спектра телевизионного сигнала, распространяющегося от 50 Гц до примерно 6,25 МГц, имеется еще небольшой участок в границах от 0 до 2. 3 Гц. Этот участок спектра соответствует так называемой «постоянной» составляющей телевизионного сигнала, которая пропорциональна изменениям средней яркости телевизионного изображения.
▶️ Для чего нужны разные Splitter (разветвители) телевизионного сигнала?
Например, при длительной передаче изображения испытательной таблицы средняя яркость не меняется, поэтому частота сигнала «постоянной» составляющей равна нулю. Однако во многих случаях, особенно при передаче кинофильмов по телевидению, средняя яркость телевизионного изображения меняется практически с частотой 2. 3 Гц. Непосредственная передача сигнала «постоянной» составляющей в телевизионной системе не представляется возможной, так как многокаскадные видеоусилители не пропускают электрические сигналы с частотами, близкими к нулю. Поэтому в телевизионной аппаратуре передача «постоянной» составляющей осуществляется косвенным путем, с помощью амплитудной модуляции (AM) СГИ ее спектр оказывается перенесенным в область основного спектра телевизионного сигнала. Затем сигнал «постоянной» составляющей усиливается и передается совместно с основным телевизионным сигналом.
Телевизионный сигнал при передаче неподвижного изображения является периодическим. Его спектр имеет линейчатый дискретный характер и состоит из частоты полей fп и ее гармоник, частоты строк fz и ее гармоник, а также боковых компонент, расположенных по обе стороны от каждой из гармоник частоты строк (рис. 6.4). Текущее значение частоты спектральных составляющих телевизион-‘ ного сигнала (fT) можно представить в виде выражения
где kн и mн принимают целые значения 0, 1, 2, 3. Составляющие kнfz (гармоники строчной частоты) образуют первичный спектр телевизионного сигнала или основные частоты. Амплитуды основных спектральных составляющих с ростом частоты убывают по экспоненциальному закону. Около каждой из основных частот спектра группируются боковые составляющие, обусловленные кадровой разверткой и движением деталей изображения. Они образуют вторичный спектр с частотами mнfп, кратными частоте кадровой развертки.
Амплитуды составляющих вторичного спектра также убывают по экспоненциальному закону. Соотношение между амплитудами составляющих первичного и вторичного спектров зависит от вида изображения и расположения его относительно растра. Практически отношение максимума энергии к минимуму в спектре видеосигнала в зависимости от содержания изображения составляет величину от 2 до 35 дБ.
Если в изображении имеются преимущественно вертикальные линии или полосы, перпендикулярные горизонтальной оси, практически вся энергия будет сосредоточена в составляющих первичного спектра с частотами kнfz. В целом основная энергия видеосигнала сосредоточена около гармоник fz и образует дискретные зоны энергии, несущие информацию о передаваемом изображении.
При передаче подвижных изображений дискретная структура каждого из участков спектра, расположенного по обе стороны от гармоник строчной частоты, нарушается, и указанные участки приобретают сплошной непрерывный характер. Однако скорость смены кадров в телевизионной системе значительно превосходит скорость движения объектов в телевизионных изображениях, поэтому незаполненные промежутки в спектре сохраняются, а структура спектра по-прежнему остается почти периодической.
Такая структура спектра в принципе позволяет совместить два и более аналогичных сигналов. Нетрудно представить, что если второй телевизионный сигнал имеет такой же дискретный спектр, но его отдельные участки по частоте размещены в промежутках первого, то оба сигнала можно передать в одном канале связи и затем вновь разделить. Это свойство спектра видеосигналов использовано в цветном телевидении.
Дата добавления: 2021-04-21 ; просмотров: 295 ;
Источник: poznayka.org
Полный телевизионный сигнал и его параметры
Передаваемый телевизионный сигнал состоит из двух частей: непрерывно изменяющегося видеосигнала, содержащего информацию о самом изображении, и постоянной части, одинаковой во всех передатчиков.
На рис. 2, а и б показана форма полного телевизионного сигнала. Слева на рис 2, а показан модулированный радиосигнал. После видеодетектора выделяется огибающая радиосигнала, которая далее и показывается. В модулированном радиосигнале следует обратить внимание на два характерных уровня: уровень «черного» сигнала и уровень «белого» сигнала.
В соответствии со стандартом на систему телевизионного вещания (ГОСТ — 7845 — 72) всё изображение передаётся по 625 строкам. Практически оказывается, что из 625 строк на обратный ход по вертикали (по кадрам) расходуется 50 строк.
Этот обратный ход по кадрам должен происходить во время действия кадрового гасящего импульса, в течение которого укладываются 23 — 25 строк из числа 312,5 строк одного поля (длительность одной строки 64 мкс. Собственно строчный синхроимпульс располагается выше уровня черного сигнала на строчном гасящем импульсе, который определяет время обратного хода луча кинескопа по строке. Параметры строчного импульса показаны на рис. 2, в и г. Видеосигнал изображения передаётся между строчными импульсами в пределах уровней радиосигнала 12,5 — 75%.
Обращает на себя внимание взаимное положение строчного синхроимпульса, предшествующего началу кадрового гасящего импульса. Временное расстояние между последним строчным и первым полустрочным импульсами равно либо Т (64 мкс), либо Т/2 (32 мкс). Такая сдвижка сигналов требуется для формирования чересстрочной развёртки.
В течение кадрового гасящего импульса, помимо строчных синхроимпульсов, передаются ещё 3 группы сигналов: передние уравнивающие строчные импульсы, кадровый синхросигнал и задние уравнивающие строчные импульсы. В течение времени передачи этих импульсов строчная развертка продолжает нормально работать без изменения скорости развертки. А в момент переднего фронта кадрового синхросигнала (отмечен стрелкой на рис. 2, а и б) должен начаться обратный ход по кадрам.
Синхронизация изображения по строкам производится передними фронтами строчных синхроимпульсов и спадами «врезок» кадрового синхроимпульса. Моменты синхронизации (моменты окончания прямых ходов по строкам) обозначены на рисунке точками. Мы видим, что момент синхронизации по кадрам (помечен стрелкой) либо совпадает с моментом синхронизации по строкам (рис2, б), либо находится в середине строки (рис. 2, а). Эта особенность синхросигнала позволяет обеспечить точную чересстрочную развертку.
Параметры части кадрового синхросигнала показаны на рис. 2, д.
Синхронизация изображения. Формирование чересстрочной развёртки
В современном вещательном телевидении повсеместно применяются чересстрочная развёртка изображения. В процессе развертки изображение преобразуется в 625 строк. Совокупность всех 625 строк образует один кадр. время, в течение которого формируется 1 кадр, равно 1/25 с. Таким образом, частота повторения кадров составляет 25 Гц. Время, отпускаемое на одну строку изображения, равно 1/(25Ч625) с = 64 мкс. Частота повторения строк составляет, таким образом, 15 625 Гц.
Частота кадров в 25 Гц оказывается всё же низкой для того, чтобы изображение было слитным и не замечалось бы мелькания при передаче движущихся изображений для устранения этого недостатка и используется чересстрочная развёртка, которая состоит в том, что при передаче и воспроизведении изображения все строки кадра развертываются в два этапа: сначала все нечетные строки, затем все четные. На рис. 3 а — г показаны все этапы формирования кадра при чересстрочной развёртке, а на рис. 3, д указаны соответствующие моменты времени.
Вначале формируется поле нечетных строк на прямом ходе кадровой развёртки (рис. 3, а), при этом конец луча на экране кинескопа перемещается по строкам прямого и обратного ходов от точки А до точки Б (прямые ходы, на которых разворачивается изображение, показаны сплошными линиями, обратные — штриховыми).
Начиная от точки Б, луч совершает обратный ход по кадрам (по вертикали). При этом, естественно, затрачивается некоторое количество строк из полных 625 строк. Очень важно, что прямой ход в нечетном полукадре закончился на середине последней (на рис. 3, б 621-й строки) строки. Тогда при целом числе строк обратного хода по кадрам луч попадает в точку В, тоже середину строки.
С этого момента начинается четный полукадр прямого хода (рис. 3, в).
Дописав вторую половину последней 625-й строки, луч начинает разворачивать четные строки. Заканчивается четный полукадр в точке Г, в конце обратного хода 620-й строки.
С этого момента начинается последнее поле обратного хода по кадрам после четного полукадра. Затратив целое число строк (на рис. 3, г показаны по две строки «прямого» и «обратного» ходов), луч снова попадает в исходную точку А, и процесс развертки начинается снова.
Если мы мысленно наложим все рассмотренные четыре поля друг на друга, то получим полную картину развертки изображения. Единственное упрощение, которое сделано при рассмотрение, состоит в том, что в реальных телевизорах различных типов число строк, затрачиваемых на обратные ходы по кадрам, может сильно различаться. Зависит от точности настройки телевизора на заводе и конструктивных параметров. Обычно на обратные кадровые развёртки затрачивается 30 — 50 строк (на оба полукадра).
Таким образом, мы видим, что для формирования чересстрочной развертки необходимо, чтобы выполнялись определенные временные соотношения между параметрами синхросигналов и развертками в процессе отклонения луча. Рассмотренный синхронирующий сигнал позволяет генераторам развертки работать без изменений частоты или фазы генерируемых колебаний, что автоматически обеспечивает окончание той или иной стоки на определенном месте.
На рис. 3, д точками показаны моменты окончания прямых ходов развертки по строкам, а контурными стрелками — аналогичные моменты синхронизации по кадрам. Отсюда мы видим, что благодаря различному положению переднего фронта кадрового синхроимпульса окончание кадра на середине строки происходит автоматически (точка Б). В отличие от рис. 3, б на рис.
3, д показано, что на обратный ход затрачиваются две полные строки (расстояние между точками Б и В), однако это не влияет на точность синхронизации.
Источник: studentopedia.ru
Лекция 3. ЦИФРОВОЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СИГНАЛ Общие принципы построения
Лекция 3. ЦИФРОВОЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СИГНАЛ Общие принципы построения систем цифрового телевидения Обобщенная структурная схема системы цифрового телевидения кодирование-декодирование источника информации, кодирование-декодирование в канале передачи данных, модуляция-демодуляция на входе и выходе физического канала Три фундаментальных процесса:
Искажения информации могут быть обусловлены — неидеальностью процессов ее прямого и обратного преобразования — результатом воздействия помех на передаваемую информацию в физическом канале. Процесс кодирования источника сокращение объема передаваемой информации, снижение требований к времени передачи полосе пропускания объему памяти при обработке или при хранении информации. Если информация имеет аналоговую природу, то кодирование источника предусматривает: во-первых, аналого-цифровое преобразование во-вторых, собственно сжатие данных.
Кодирование в канале Назначение исправление ошибок кодирования помехи искажения Реализуется при использовании дополнительных запросов искаженных блоков информации, путем прямой коррекции ошибок при использовании специальных кодов. Увеличивается объем передаваемых данных — алгоритмы обнаружения и исправления ошибок требуют добавления специальных служебных символов, — повторы перезапрошенных блоков непосредственно увеличивают время передачи
Модуляция Преобразование сигналов, представленных в основной (исходной) полосе частот, в радиосигналы заданной полосы частот, что обеспечивает возможность их передачи по конкретному физическому каналу. Дополнительным свойством сложных видов модуляции является более плотная упаковка данных в частотной области, когда на единицу полосы приходится больше передаваемой информации Поиск оптимального варианта построения цифровой системы передачи данных критерии — высокая спектральная эффективность, т.е. передача с высокой скоростью в узкой полосе; — высокая энергетическая эффективность, т.е. передача с низким отношением несущая/шум и с максимальным занятием всей доступной полосы.
Всякий зашумленный канал связи характеризуется своей предельной скоростью передачи информации, называемой пределом Шеннона. При скоростях передачи выше этого предела неизбежны ошибки в передаваемой информации. Зато снизу к этому пределу можно подойти сколь угодно близко, обеспечивая соответствующим кодированием информации сколь угодно малую вероятность ошибки при любой зашумленности канала.
Формирование цифровых сигналов изображения Процесс аналого-цифрового преобразования состоит из трех этапов: дискретизации, квантования, кодирования квантованных отсчетов В телевизионном изображении дискретизация производится в два этапа: сначала благодаря развертке плоскость изображения дискретизируется в вертикальном направлении, затем полученный одномерный сигнал дискретизируется во времени, давая последовательность отсчетов, соответствующих отдельным элементам изображения. Элемент изображения имеет конечные размеры значение отсчета определяется путем взвешивающего усреднения уровня сигнала в малой окрестности точки (х,у). Этот процесс эквивалентен предфильтрации При восстановлении изображения осуществляется интерполяция значения отсчета, что эквивалентно постфильтрации.
Дискретизация сигналов Представить сигналы изображения можно как во временном, так и в пространственном базисах. Переход (is = εЕ, х =vxt, у =vyt). Дискретизация сигнала во времени — это преобразование непрерывного аналогового сигнала в последовательность его значений в дискретные моменты времени — отсчеты fД fД > 2fв Л3 -1 Обратное преобразование дискретного сигнала в непрерывный, осуществляется с помощью операции, называемой интерполяцией.
ДИСКРИТИЗАЦИЯ ЛИНЕЙНОГО СИГНАЛА Л3 — 4 Преобразование непрерывного сигнала в дискретный
в точках, отстоящих друг от друга на интервалы . Л3 — 2 Теорема отсчётов Уиттакера — Найквиста — Котельникова — Шеннона (теорема Котельникова) — об однозначном восстановлении сигнала по своим дискретным отсчётам. Теоре́ма Коте́льникова) гласит, что, если аналоговый сигнал x(t) имеет ограниченный спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчѐтам, взятым с частотой более удвоенной максимальной частоты спектра — 2Fmax: 2fв не менее 12 МГц fД 2fв fД ωx max и ωyR > ωy max Л3-14 Частотная характеристика пространственных фильтров, Шаг дискретизации ∆х и ∆у не должен превышать половины периода пространственной гармоники, соответствующей самым мелким деталям изображения: ∆х / ωx max , ∆у / ωy max .
Сигнал f(t), спектр которого ограничен по частоте значением fmax , ДП1 ТД = 1/2 fmax ωД = 2л/ ТД Н(ω) = const для |ω| 2л/ fmax Н(ω)= 0 для | ω | > 2л/ fmax Л3 -19
Особенности шумов дискритизации Л3 — 15 Исходное изображение (а), Дискретизация изображения (б) Результат интерполяции (в) Дискретизация изображения fx= 1/TX.
Универсальная испытательная таблица Л3 — 16
Л3 — 17 Искажения при дискретизации изображения
Рис.. 3.10. Тестовое изображение «Лена» 256×256 пикселов (а) и 128×128 пикселов (б) Л3 -20 ДП2
В телевидении пространственные частоты фактически предопределены параметрами, задаваемыми в используемом стандарте разложения, т. е. количеством строк и количеством элементов в каждой строке. р экспериментально определяемый коэффициентравный 0,75.. .0,85. Л3 — 18
Источник: present5.com