Файл: БТВА (окончательная редакция) для печати.docx

F_К= 50 Гц.

а) б)

Рис.1.2. Прогрессивная развёртка изображения:

а) – образование растра; б) – временной график строчной развёртки;

в) – временной график кадровой развёртки.

Из рис.1.2 видно, что развёртка всей площади изображения образуется в результате движения луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям: по горизонтали (вдоль оси х) и по вертикали (вдоль оси y). Движение луча по горизонтали вдоль оси х создаёт строчную развёртку изображения. Прочерчиваемые при этом параллельные прямые линии называются строками. В результате перемещения луча по вертикали вдоль оси у, создаваемого кадровой развёрткой, все строки располагаются одна под другой и образуют геометрическую фигуру, называемую растром. При прогрессивной развёртке за один период кадровой развёртки передаётся неподвижное изображение. Число строк в кадре (z), число передаваемых в одну секунду кадров (n) и отношение длины строки (b) к высоте растра (h), именуемое форматом кадра (k), называются параметрами разложения ТВ-системы.

Электронный луч перемещается вдоль оси х по пилообразному закону (рис.1.2б). Чтобы строки растра были параллельными и располагались одна под другой, движение луча по вертикали (вдоль оси у) должно осуществляться током, изменяющимся также по пилообразному закону. При этом строки растра оказываются несколько наклонными, что при большом числе строк разложения практически незаметно. Движение луча от начала к концу строки образует прямой ход развёртки, а время, затрачиваемое на это, называется временем прямого хода Т_Z1. Возвращение луча от конца предыдущей строки к началу следующей называется обратным ходом, а время, затрачиваемое на это перемещение, – временем обратного хода Т_Z2. Сумма времён прямого и обратного ходов составляет период строчной развёртки Т_Z. Аналогично строчной, кадровая развёртка имеет прямой и обратный ходы Т_n1 и T_n2, а период кадровой развёртки Т_n = Т_n1 + T_n2 . Во время обратного хода строчной и кадровой развёрток изображение не передаётся. Время обратного хода кадровой развёртки значительно больше периода строки и охватывает несколько периодов строк, которые не участвуют в образовании растра.

Параметры разложения ТВ-системы (z ,n, k= b/h) выбираются в соответствии с характеристиками зрения и требуемым качеством ТВ-изображения. Частота строчной развёртки f_z = z∙n. Частота кадровой развёртки f_n = n.

Чересстрочная развёртка.

Определяющим фактором для выбора частоты смены кадров является инерционность человеческого зрения, от которой зависит передача слитности движения, и частота мельканий яркости экрана при смене кадров.

Слитность движения наступает уже при частоте смены кадров 16 ÷ 24 Гц, однако мелькание яркости изображения исчезает только при частоте, превышающей критическую частоту мельканий f_КР = 46 ÷ 48 Гц. Для ТВ-систем частота мельканий согласуется также с частотой питающей сети и берётся равной 50Гц.

Выбор такой частоты кадров приводит к следующим особенностям прогрессивной развёртки.

Во-первых, возникает избыточность количества кадров при воспроизведении движущихся объектов, т.к. эффект плавного перемещения объекта, как было сказано, достигается уже при частоте смены кадров, равной 16 ÷ 24 Гц. Каждое мгновенное положение движущегося объекта (т.е. каждая его фаза) может быть передана одним кадром. Следовательно, для воспроизведения плавного движения объекта вполне достаточно передавать 24 кадра в одну секунду.

Во-вторых, полоса частот ТВ-сигнала пропорциональна частоте смены кадров и определяется выражением

F = pknz ² / 2 ……………. (1.1),

где p = 0,75  0,85 – коэффициент, учитывающий конечные размеры

площади сечения (апертуры) электронного луча;

k = 4/3 – формат кадра;

n – число кадров;

z – число строк в кадре.

Если в выражение (1.1) подставить известные значения частоты строк и кадров, то полоса частот, занимаемая ТВ-сигналом, будет равна

F  11,2 МГц.

Уменьшить полосу частот, занимаемую сигналом изображения, и одновременно устранить избыточность числа кадров удаётся применением чересстрочной развёртки.

Сущность чересстрочной развёртки заключается в том, что полный кадр

передаётся и воспроизводится в два этапа (поля). За время развёртки первого поля прочерчиваются все нечётные, а за время развёртки второго поля – все чётные строки кадра. Каждое поле содержит информацию о половине элементов изображения, т.е. количество строк в каждом поле равно 625 /2 = 312,5. Время развёртки каждого поля делается равным Т_П = 1/50 с = 20 мс. Полный цикл обхода всего экрана (период кадра) составляет Т_К = 2Т_П = 40 мс. Вследствие инерционности зрения изображение обоих полей воспринимается как слитное изображение кадра, содержащего полное число элементов. Таким образом, устраняется избыточность кадров при воспроизведении движения объектов.

В соответствии с выражением (1.1) уменьшение частоты смены кадров n приводит к уменьшению полосы частот, занимаемой ТВ-сигналом, в два раза по сравнению с полосой частот при прогрессивной развёртке.

Принцип получения чересстрочной развёртки иллюстрируется на рис.1.3.

Рис. 1.3. Чересстрочная развёртка изображения: а) – образование растра;

б) – временные графики.

При совмещении полей строки чередуются, образуя кадр с полным числом строк (рис.1.3,а). Чередование строк первого и второго полей достигается выбором нечётного числа строк в кадре. Поэтому второе поле начинается с половины строки, и все строки второго поля оказываются сдвинутыми по вертикали относительно строк первого поля (рис.1.3,б).

Частота строчной развёртки f_Z и развёртки полейf_2n должны быть жёстко связаны по времени (синхронизированы) между собой, т.к. в противном случае не будет сдвига на полстроки и произойдёт наложение строк первого и второго полей. При этом полный кадр будет содержать половину общего числа строк, что приведёт к снижению чёткости изображения в вертикальном направлении вдвое.

Уменьшение полосы частот при чересстрочной развёртке даёт возможность значительно упростить аппаратуру ТВ-системы, т.к. коэффициент усиления каскадов обратно пропорционален их полосе пропускания. Кроме того, в диапазоне частот, отведённом для передачи ТВ-сигналов, можно разместить большее число ТВ-каналов.

Недостатком чересстрочной развёртки является требование жёсткой связи между строчной и кадровой частотами. Это требование приводит к усложнению аппаратуры передающей части ТВ-системы, а также к необходимости применения более сложной формы кадровых синхронизирующих импульсов, чем при прогрессивной развёртке. Однако достоинства чересстрочной развёртки являются столь существенными, что все стандарты разложения для систем ТВ-вещания предусматривают её применение.

Приведём основные параметры системы ТВ-вещания России.

• Число строк разложения (z) 625;

• Частота полей в секунду (f_2П) 50;

• Частота кадров в секунду (n) 25;

• Частота строк в секунду (f_Z) 15 625;

• Формат кадра (k) 4 : 3;

• Полоса частот ТВ-сигнала (F), МГц 6,0.

1.2. Телевизионный сигнал и его характеристики

В процессе развёртки яркость каждого передаваемого в данный момент элемента с помощью фотоэлектрического преобразователя преобразуется в импульс напряжения или тока. Огибающая электрических импульсов, пропорциональных яркости передаваемых элементов изображения, образует ТВ-сигнал. Сигнал всегда имеет импульсный характер, и чем резче границы перепада яркостей передаваемых предметов, тем круче фронты составляющих его импульсов.

Уровень сигнала, соответствующий минимальному значению яркости передаваемого изображения, называется уровнем чёрного,а уровень, соответствующий максимальному значению яркости, –уровнем белого.Между этими уровнями располагаются все остальные значения сигнала.

Свет по своей природе униполярен, т.к. яркость не может быть отрицательной величиной. ТВ-сигнал, являясь величиной, пропорциональной яркости изображения, также униполярен, т.е. изменяется в одну сторону от нуля и, следовательно, имеет среднюю составляющую, пропорциональную средней яркости передаваемого изображения. Если уровню белого соответствует максимальное значение сигнала, а уровню чёрного – минимальное, то полярность такого сигнала называется положительной, а сигнал – позитивным.В обратном случае имеем сигнал отрицательной полярности, илинегативный.ТВ - сигнал определяется его полным размахом, т.е. разностью между максимальным и минимальным значениями напряжения, и выражается в вольтах.

Форма одной строки ТВ- сигнала чёрно-белого изображения представлена на рис.1.4,б.

Рис.1.4. Форма одной строки ТВ - сигнала чёрно-белого изображения:

а) – график развёртки одной строки; б) – форма и состав строки ТВ - сигнала.

Сигнал (1) передаётся только во время прямого хода развёртки (рис.1.4,а). Чтобы обратные ходы развёрток не были заметны на изображении, необходимо яркость в это время сделать минимальной. Для этого в сигнал во время обратного хода строчной и кадровой развёрток вводятся специальные гасящие импульсы (2), длительность которых соответствует длительности обратных ходов. Форма кадровых и строчных гасящих импульсов – прямоугольная. Различие между ними состоит в частоте повторения и длительности: строчные гасящие импульсы составляют часть строки, тогда как гасящие импульсы полей составляют часть кадра и имеют длительность нескольких периодов строк.