Файл: БТВА (окончательная редакция) для печати.docx

3.7. Восстановление постоянной составляющей яркостного сигнала

Яркость изображения регулируется изменением уровня «чёрного» в сигнале с помощью регулировки «Яркость» таким образом, чтобы уровень «чёрного» в сигнале изображения совпадал с уровнем отсечки тока лучей. Чтобы сохранить уровень «чёрного», его фиксируют специальным устройством.

Сигнал яркости Е_Y – это однополярный сигнал, имеющий в своём составе постоянную составляющую (рис.3.19а).

а)

Рис.3.19. К пояснению работы схемы восстановления постоянной

составляющей

Проходя через последовательно соединённые функциональные элементы канала яркости (например, усилители), соединённые разделительными конденсаторами С_Р, постоянная составляющая сигнала не пропускается этими емкостями к выходу канала. В результате выходной сигнал Е'_Y= Е_Y –оказывается непригодным для дальнейшего использования (сигнал как бы «проседает» на величину напряжения), что показано на рис.3.19б. Поэтому на выходе канала яркости необходимо восстанавливать постоянную составляющую. Эта операция носит название «фиксации уровня «чёрного».

Упрощённая функциональная схема восстановления постоянной составляющей сигнала яркости показана на рис.3.20.

Рис.3.20. Упрощённая функциональная схема восстановления постоянной

составляющей сигнала яркости:

Ус – усилитель; Кл – ключ.

Схема работает следующим образом.

В момент прихода управляющего импульса U_У ключ Кл замыкается. Временное положение импульса U_У соответствует задней площадке гасящего импульса ПЦТС (рис.3.20,в). В этот интервал времени разделительный конденсатор С_Р заряжается током I_З через замкнутый ключ и внутреннее сопротивление источника сигнала (Ус) до напряжения, приложенного к его левой обкладке и равного Е_Y. По окончании импульса U_У ключ размыкается, и конденсатор С_Р разряжается по цепи: правая обкладка С_Р → сопротивление R → корпус → внутреннее сопротивление усилителя Ус → левая

обкладка С_Р. Величина сопротивления R выбирается значительно больше внутреннего сопротивления усилителя, а постоянная времени разряда конденсатора должна быть значительно большей длительности строки, т.е.

τ_Р = RC_P >> 64 мкс.

При выполнении этих условий на сопротивлении R во время разряда ёмкости образуется постоянное напряжении, равное , которое складывается с напряжением Е'_Y, передаваемым через конденсатор C_Р. В итоге в течение активной части строки на выходе схемы образуется напряжение

Е_ВЫХ = + Е'_Y = + (Е_Y – ) = Е_Y,

т.е. в выходном напряжении восстанавливается утерянная постоянная составляющая.

Контрольные вопросы:

1. Поясните принципы работы системы SECAM?

2. Почему выбираются разные поднесущие для передачи сигналов цветности?

3. Чем отличается сигнал цветности от ЦРС?

4. Каким образом в декодирующем устройстве системы SECAM восстанавливается составляющая ЦРС Е_{G – Y}?

5. Почему в кодирующем устройстве системы SECAM исключается составляющая ЦРС Е_{G – Y}?

6. Для чего в сигналы цветности вводятся низкочастотные и высокочастотные предыскажения?

7. Как устраняются в ТВ-приёмнике предыскажения ЧМ-сигналов?

8. Для чего ЦРС подвергаются компрессии?

9. Объясните назначение ультразвуковой линии задержки в декодирующем устройстве системы SECAM?

10. Поясните назначение системы цветовой синхронизации.

11. Как воспроизводится на экране ТВ-приёмника испытательный сигнал «вертикальные цветовые полосы»?

12. Зачем в ТВ-приёмнике необходимо восстанавливать постоянную составляющую сигнала?

Глава 4. Системы цветного телевидения ntsc и pal

4.1. Система цветного телевидения ntsc

Система NTSC была разработана в США и принята в качестве стандартной системы цветного телевидения практически во всех странах Северной, Южной и Центральной Америки, а также в ряде стран Азии (Япония, Южная Корея и др.).

В качестве сигналов для передачи цветовой информации в системе NTSC приняты цветоразностные сигналы. Передача этих сигналов осуществляется в спектре сигнала яркости на одной цветовой поднесущей. Для того чтобы иметь возможность передавать два видеосигнала цветности с помощью одной поднесущей частоты, применён метод квадратурной амплитудной модуляции. Сущность этого метода состоит в следующем.

Основным элементом схемы квадратурной модуляции является балансный модулятор. Балансный модулятор выполняет две функции:

1. Модуляция поднесущей для получения боковых полос;

2. Подавление этой поднесущей для того, чтобы на выходе модулятора присутствовали только сигналы боковых полос.

Модулирующие сигналы Е_{R – Y} и Е_{B – Y} подаются на два балансных модулятора (рис.4.1).

Рис.4.1. Принцип квадратурной модуляции сигнала

ГП – генератор поднесущей; БМ1, БМ2 – балансные модуляторы;

ФИ – фазоинвертор; СМ1, СМ2 – смесители.

Модулируемые колебания имеют одну и ту же поднесущую частоту f₀, однако сдвинуты относительно друг друга на угол 90°. На выходе балансных модуляторов получаются два сигнала: Е_{R – Y} ·Cos ω₀t и Е_{B – Y} · Sinω₀t, находящиеся в квадратуре. Эти сигналы являются сигналами цветности.

При сложении этих сигналов образуется результирующий сигнал Е_Р, модулированный по амплитуде и фазе (рис.4.2).

………….. (4.1)

Модуль результирующего вектора равен

…………….. (4.2)

Разделив обе части (4.1) на (4.2) после несложных преобразований, получим:

,

где …………… (4.3)

Модуль вектора характеризует насыщенность цвета передаваемого элемента, а угол – его цветовой тон(рис.4.2)

Рис.4.2. Векторная диаграмма квадратурной модуляции

Таким образом, в зависимости от окраски передаваемого в данный момент участка изображения ЦРС меняются по амплитуде, но остаются сдвинутыми по фазе на 90° относительно друг друга. Соответственно их суммарный вектор Е_Р меняется в пределах угла θ = 0° ÷ 360°.

Поскольку при модуляции значения векторов Е_{R – Y} и Е_{B – Y} изменяются и при этом изменяется амплитуда и фаза результирующего колебания Е_Р и θ, можно сказать, что квадратурная модуляция является амплитудно-фазовой модуляцией. Балансная модуляция имеет преимущества перед другими видами модуляции, заключающиеся в том, что в значительной степени уменьшаются помехи в канале яркости со стороны колебаний поднесущей частоты.

При балансном методе модуляции поднесущей цветоразностными сигналами хорошая совместимость достигается, потому что на неокрашенных деталях изображения нет помех со стороны сигналов цветности, поскольку ЦРС, как это было показано ранее, равны нулю и напряжение поднесущей также равно нулю, так как она подавлена.

В системе NTSC отводится сравнительно небольшая полоса частот для передачи изображения (по стандарту 4,2 МГц). В связи с этим ограничивается и ширина спектров сигналов цветности, которые так же, как и в системе

SECAM, «вкладываются» в спектр сигнала яркости. Уменьшение ширины спектра сигналов цветности приводит к ухудшению цветовой чёткости изображения. Улучшить цветовую чёткость изображения при ограниченной ширине спектров сигналов цветности можно путём использования АМ-сигналов с одной боковой полосой (ОБП).

При использовании сигналов с амплитудной модуляцией информацию можно передать с помощью одной боковой полосы спектра сигнала. Применение сигналов с ОБП позволяет вдвое сократить полосу частот, занимаемую сигналом, либо при фиксированной ширине частотного интервала, отводимого для передачи информации, увеличить вдвое ширину спектра модулирующего сигнала.

На практике обычно вторая боковая полоса подавляется лишь частично: от неё остаётся часть спектральных составляющих, примыкающих к частоте поднесущей. Такие сигналы называются сигналами с частично подавленной боковой полосой.

Однако использование сигналов с ОБП в системах с квадратурной модуляцией (КМ) наталкивается на серьёзные трудности. Это объясняется высокой чувствительностью таких систем к фазовым искажениям сигналов. Фазовые искажения приводят к появлению помех при приёме сигналов с КМ и искажению передаваемой информации.

Под фазовыми искажениями понимается изменение начальной фазы сигнала. Такие искажения могут возникнуть при прохождении сигнала через радиотехнические цепи (контура, фильтры, и т.п.), при воздействии внешних помех в виде электрических колебаний и других причин. Это приводит к появлению помех и нарушению цветопередачи изображения.

Цветоразностные сигналы в системе NTSC.

Использование ЦРС Е_{R – Y} и Е_{B – Y} в системе NTSC оказывается малоэффективным. При разработке системы NTSC опытным путём были найдены цвета, при которых глаз человека обнаруживает наибольшую разрешающую способность. Эти цвета передаются сигналами Е_I и Е_Q , которые связаны с ЦРС Е_{R – Y} и Е_{B – Y} следующими соотношениями:

Е_I = 0,47Е_{R – Y} – 0,27Е_{B – Y}

Е_Q = 0,48Е_{R – Y} – 0,41Е_{B – Y}

Использование балансной модуляции приводит к необходимости применять в телевизоре синхронное детектирование для разделения квадратурных сигналов. Это усложняет схему, но повышает помехоустойчивость совместимой системы.

Для синхронного детектирования, помимо квадратурных сигналов, на детектор необходимо подавать колебания цветовой поднесущей. В передаваемом сигнале изображения поднесущая полностью подавлена. Поэтому в каждой строке ТВ-сигнала во время обратного хода передаётся так называемая «вспышка», представляющая собой 8…10 колебаний цветовой поднесущей. «Вспышка» является сигналом цветовой синхронизации. Форма этого сигнала показана на рис.4.3.

Рис.4.3. Форма строчного синхроимпульса с цветовой вспышкой

Чтобы избежать искажений цветовых тонов принимаемого изображения, не только частота, но и фаза колебаний вспышки должна быть точно (до ± 5°) равна фазе поднесущей в кодирующем устройстве. Это необходимо потому, что синхронное детектирование работает на принципе сравнения фазы опорного напряжения (поднесущей частоты) с фазой детектируемого (квадратурного) сигнала.