Кафедра телевидения и радиовещания 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Кафедра телевидения и радиовещания



Факультет «Радиотехники, радиосвязи и телерадиовещания»

Кафедра телевидения и радиовещания

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ОСНОВАМ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

для студентов направлений бакалавриата

5522000 – “Радиотехника” и 5522200 – “Телекоммуникации”

Ташкент – 2007

АННОТАЦИЯ

Данный конспект лекций содержит разделы основ телевидения охватывающие и историю создания электромеханических систем и современные состояние цифрового телевидения. Методически конспект построен и написан так, чтобы студент мог самостоятельно изучить разделы курса, которые на лекциях из-за ограниченного времени либо не освещаются, либо освещаются недостаточно.

Данный конспект лекций предназначен для студентов, изучающих телевизионные блоки по курсам “Основы радиосвязи и телевидения” для направления образования “Телекоммуникация” и “Основы телевидения и радиовещания” для направления образования “Радиотехника”

.


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Лекция 1. Основные принципы телевидения ……………………. 5

1.1. Введение..............................………………………………...... 5

1.2. Развертка…………………………………………………….. 11

1.3. Обобщенная структурная схема ТВ системы……………... 13

2. Лекция 2. Основы зрительного восприятия ……………………... 13

2.1. Зрительная система человека……………………………….. 14

2.2. Основные светотехнические величины и их параметры…. 16

2.3. Характеристики оптических изображений и их параметры.. 17

3. Лекция 3. Параметры ТВ изображения …………………………... 18

3.1. Координатные параметры……………………………………. 19

3.2. Временные параметры ……………………………………….. 21

3.3. Яркостные параметры ТВ изображения…………………….. 22

4. Лекция 4. Формирование ТВ сигнала …………………………….. 22

4.1. Основные параметры стандарта вещательного ТВ………. … 23

4.2. Состав и форма ТВ сигнала………………………………….. 24

4.3. Спектр ТВ сигнала …………………………………………. 27

5. Лекция 5. Основы цветного ТВ ………………………………….. 28

5.1. Колориметрия …………………………………………………. 28

5.2. Трехкомпонентное цветное зрение. Система RGB………. 29

5.3. Методы смешения цветов………………………………….. 30

5.4. Способы получения цветного изображения ……………... 31

5.5. Цветопередача в ТВ ………………………………………. 33

5.6. Основные требования к вещательной системе ЦТВ. …… 34

5.7. Яркостной и цветоразностные сигналы. ………………… 34

6. Лекция 6. Вещательные системы цветного телевидения …………. 39

6.1. Система ЦТВ NTSC ……………………………………………. 39

6.2. Система ЦТ SECAM. ………………………………………… 42

6.3. Система ЦТ PAL ………………………………………………. 48

7. Лекция 7. Опртико-электронные преобразователи ……………….. 51

7.1. Основные показатели передающих трубок ………………… 51

7.2. Типы и законы фотоэффекта ……………………………….. 51

7.3. Принцип мгновенного действия …………………………… 52

7.4. Принцип накопления заряда. ………………………………. 54

7.5. Видикон……………………………………………………… 56

7.6. Плюмбикон. …………………………………………………. 59

7.7. Твердотельные фотоэлектрические преобразователи на ПЗС. 61

8. Лекция 8. Электронно-оптические преобразователи …………….. 64

8.1. Кинескопы черно-белого ТВ …………………………………. 64

8.2. Цветной дельта кинескоп ……………………………………... 67

8.3. Цветной компланарный кинескоп …………………………… 69

9. Лекция 9. Искажения ТВ изображений …………………………… 71

9.1. Геометрические (координатные) искажения.……………… 71

9.2. Полутоновые (градационные) искажения. ………………… 74

9.3. Восстановление постоянной составляющей. ……………… 76

10. Лекция 10.. Процессы и устройства синхронизации............………. 78

10.1. Требования к сигналам синхронизации …………………… 78

10.2. Выделение и разделение синхроимпульсов из ТВ сигнала... 79

10.3. Синхронизация генераторов ………………………………….80

11. Лекция 11. Развертка ТВ изображения ……………………………. 82

11.1 Строчная развертка………………………………………….. 83

11.2 Кадровая развертка ………………………………………… 85

12. Лекция 12. Организация ТВ вещания ………………………………. 87

12.1. Телевизионные центры ………………………………………87

12.2. Принцип работы передающей цветной ТВ камеры ………. 89

12.3. Структура усилительного тракта (камерный канал) ………92

12.4. Особенности наземного ТВ вещания ……………………….93

13. Лекция 13 Принципы построения ТВ приемников..………………97

13.1. Конструкция черно-белого телевизора ……………………..97

13.2. Конструкция цветного телевизора ………………………….99

14. Лекция 14. Общие принципы построения систем цифрового ТВ. 100

14.1. Основные понятия. …………………………………………. 101

14.2. Общие характеристики форматов сжатия MPEG …………104

14.3. Обобщенная структурная схема тракта цифрового ТВ… 105

Литература …………………………………………………………………...107

 

 


Лекция – 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Введение. История ТВ

Развертка.

Обобщенная структурная схема ТВ системы.

 

 

ВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ ТВ

Дисковизоры

Изображение, которое нам демонстрирует телевизор, — иллюзия, возникающая благодаря инерционности нашего зрения. На самом деле в каждый момент времени на экране присутствует одна единственная точка. Но благодаря развертке — процессу быстрого перемещения светящейся точки по экрану — телевизор умеет показывать мультики, кино и рекламу

В таких системах развертка изображения осуществлялась с помощью особого диска, изобретенного в 1884 г. немецким студентом Паулем Нипковым названным "диском Нипкова". Он представляет собой непрозрачный диск большого диаметра По внешнему краю диска спирально сверлились отверстия (от 18 до 240 — по числу строк развертки) со строго заданным расстоянием между собой и определенным шагом спирали Архимеда. (рис.1.1-б),около внешнего края которого расположены отверстия по спирали Архимеда, диаметр которых определяет размеры элемента изображения, причем, каждое отверстие имеет смещение по радиусу к центру на величину его диаметра. Перед диском расположена ограничительная рамка, определяющая размер изображения. Высота соответствует расстоянию по вертикали между началом и концом спирали, а ширина – расстоянию между отверстиями. При вращении диска внутри рамки оказывается только одно отверстие, которое прочерчивает строку, число которых соответствует числу отверстий, а за один оборот передаются все элементы изображения. Перед диском Нипкова размещался объектив, а позади — фотоэлемент, преобразовывавший разворачиваемую картинку в электросигнал. Таковой была механическая телекамера.


В механическом телевизоре позади диска Нипкова размещалась неоновая лампа, яркость свечения которой изменялась синхронно с выходным напряжением фотоэлемента телекамеры. Скорость и фаза вращения дисков на передающей и приемной стороне синхронизировались вручную или специальной схемой рис.1.1. На рис. 1.2. представлено устройство передающей камеры и дискового телевизора.

 

Рис. 1.1. Оптико-механическая ТВ система с диском Нипкова

 

Простота конструкции Нипкова позволила в последствии создать целый ряд действующих оптико-механических систем ТВ. Так в Москве в апреле 1931 г. коллектив электротехнического института под руководством Шмакова П.В. осуществил экспериментальную радиопередачу сигналов изображения в Ленинград, а с четкостью 30 строк и частотой кадров 12,5 Гц. (1200 элементов изображения) на волнах 379 и 720 м. Начиная с осени 1934 г., эти передачи стали регулярными. Электромеханическое телевещание работало в Киеве, Ленинграде, Москве, Нижнем Новгороде, Одессе, Смоленске, Томске и Харькове. Годом позже Ленинградский завод им. Козицкого выпустил первую партию советских телевизоров (модель Б-2).

Рис.1.2 Дисковая ТВ камера Бэрда и устройство электромеханического телевизора

Рис.1.3.Первый советский механический телевизор В-2

 

 

Рис.1.4. Второй советский механический телевизор «Пионер» (1934)

Рис.1.5 Дизайн ТВ-приемников делали на любой вкус (1928)

 

К 1934-35 г. были разработаны оптико-механические системы с использованием зеркальных барабанов с разверткой на 180 и даже 375 строк, но при увеличении числа строк разложения уменьшалось время считывания каждого элемента, что приводило к падению чувствительности, т.к. сигнал генерировался только во время прохождения светового потока через отверстие, а все остальное время не использовался. Такие системы являются системами мгновенного действия. Кроме того, для увеличения размеров изображения нужно было увеличивать размеры вращаемого диска, однако, никакие дальнейшие усовершенствования не могут заметно улучшить качество изображения, в силу органических недостатков оптико-механических систем.

Для решением проблемы улучшения качества изображений был необходим переход к электронному телевидению. Основоположником его считается русский ученый Борис Розинг Б.Л., запатентовавший первую приемную электронно-лучевую трубку – прообраз КИНЕСКОПА в 1907 г. и создавший работающую систему, где на передающем конце еще использовал оптико-механическую систему.

 

Электронное ТВ

В конце 20-х гг. прошлого века одновременно в нескольких странах были проведены успешные эксперименты по электронному телевидению. Экспериментальные передачи движущегося изображения осуществлялись в Германии, Великобритании, СССР, США, Франции и Японии.

В 1927 г. профессор Такаянаги — отец японского ТВ и основатель компании Victor, более известной как JVC, — провел серию успешных опытов с катодной трубкой Брауна и добился устойчивой передачи неподвижного изображения электронным методом. Его телевизионная система имела интересную особенность. Рассудив, что габариты студийной передающей камеры менее критичны, чем размер телевизора, Такаянаги использовал электромеханическую телекамеру и приемник с трубкой Брауна, создав прообраз «нормального» кинескопного телевизора (как у Розинга) рис.1.6. Это оказалось революционным для своего времени решением. Кстати, японцам принадлежит еще одно важное изобретение, соприкасающееся с телевидением. В 1924 г. профессор Токийского инженерного колледжа при Императорском университете Хидецугу Яга создал направленную антенну с пассивными элементами, которую в СССР именовали волновым каналом, а в остальном мире — антенной Яги. Долгое время волновой канал Яги служил основной телевизионной антенной во всем мире.

Рис.1.6. Электронный телевизор Такаянаги (1937)

Первый проект полностью электронной системы ТВ был реализован в Ташкенте в 1925 г. под руководством Грабовского, где и на приемной и передающей стороне использовались специальные электронно-лучевые трубки, однако большую известность получил ученик Розинга В.К.Зворыкин, считающийся отцом электронного телевидения. Трудовую деятельность в Штатах русский эмигрант начинал в компании Westinghouse. Но его первые работодатели электронное ТВ проспали. Зато Radio Corporation of America (RCA) щедро спонсировала работы Зворыкина, да еще хорошо заплатила Владимиру Кузьмичу за его изобретения. К середине 30-х гг. RCA стала монопольным держателем телевизионных патентов и одной из первых в мире начала электронное ТВ-вещание. А в начале 50-х гг. прошлого века специалисты этой корпорации придумали первую электронную систему цветного телевещания NTSC. А основателем RCA был — российский эмигрант Давид Сарнов, который 14 апреля 1912 г. оказался единственным человеком в мире, услышавшим сигнал бедствия с тонущего «Титаника». Узнав об этом, президент США распорядился приостановить работу всех американских радиостанций, не причастных к спасательной экспедиции. А Сарнов, просидевший трое суток за пультом приемной станции Маркони, покинул свой пост в ранге национального героя.

Рис.1.7. Первый серийный цветной телевизор RCA CT-100 (NTSC)

 

Видеомагнитофон был создан в США компанией Ampex, Причем, эта фирма была основана Александром Потаповичем Понятовым, бывшим полковником царской армии, военным связистом. Он эмигрировал из России в 1917 году. Именно фирма Понятова в 1948 г. создала первый американский катушечный магнитофон Ampex-200, а в 1956 г. — первый в мире видеомагнитофон Ampex VRX-1000 (другие названия — Model-IV, Mark-IV). Одним из учеников А.П.Понятова был Рэй Долби: изобретатель шумоподавителей Dolby A, B, C, S; системы повышения качества магнитной звукозаписи Dolby-HX (совместно со специалистами датской фирмы Bang & Olufsen); систем многоканального звучания Dolby Surround, Dolby Pro Logic, AC-3 и пр.

 

1.2. РАЗВЕРТКА

Зрительная система человека

ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА

Человек получает зрительную информацию с помощью зрительной системы, состоящей из глаза, нервной системы и зрительного центра коры головного мозга. Глаз имеет приблизительно шарообразную форму с диаметром около 2,5 см. Внешняя прочная оболочка - склера – защищает от внешних повреждений. На передней части глаза склера прозрачна – роговица – и за ней располагается хрусталик, представляющий собой прозрачное упругое тело в форме двояковыпуклой линзы. Спереди хрусталик прикрыт радужной оболочкой – передняя часть сосудистой оболочки, которая является диафрагмой, имеющей в середине отверстие – зрачок. Диаметр зрачка может непроизвольно (без участия сознания человека) меняться. Таким образом происходит адаптация – автоматическое регулирование количества света, поступающего внутрь глаза, для защиты от световых перегрузок. Между роговицей и радужной оболочкой находится полость - передняя камера, заполненная прозрачной жидкостью- камерной влагой. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой массой, называемой стекловидным телом. Таким образом, оптическая система глаза состоит из роговицы, камерной влаги, хрусталика и стекловидного тела. С ее помощью изображение объекта проецируется на внутреннюю оболочку глаза – сетчатку, представляющую собой скопление множества мельчайших светочувствительных элементов - фоторецепторовколбочек и палочек..

Колбочки – рецепторы дневного зрения, имеют низкую световую чувствительность, но большой разрешающей способностью и цветовой чувствительность. Наиболее густо они располагаются в центральной области сетчатки, называемой желтым пятном – области наилучшего зрения. Здесь расположена центральная впадина, обладающая способностью различать мелкие детали изображения.

Палочки – рецепторы сумеречного зрения имеют высокую световую чувствительность, но низкую разрешающую способность и чувствительность к цвету. Кривизна поверхности хрусталика может меняться под действием охватывающей его мышцы, за счет чего осуществляется аккомодация –автоматическая фокусировка на сетчатке изображения тех предметов, которые мы хотим рассмотреть.

В желтом пятне преобладают колбочки. Плотность колбочек убывает с удалением от центра сетчатки, а плотность палочек почти постоянна. Фоторецепторы через сложную нервную систему – зрительный нерв – связаны с корой головного мозга.

При построении ТВ систем необходимо наиболее полно приблизить получаемое изображение с тем, что воспроизводит глаз, т.е. согласовать ее параметры со свойствами зрительной системы.

 

Предельная способность глаза различать мелкие детали изображения определяется разрешающей способностью – остротой зрения. Она определяется наименьшим угловым расстоянием d между двумя светящимися точками, при котором наблюдатель видит эти точки раздельно. Минимально разрешаемое расстояние сильно зависит от яркости наблюдаемых объектов и их контраста относительно фона.

Из-за неоднородности структуры сетчатки по мере удаления от центральной впадины острота зрения падает. Основная зрительная информация сосредоточена в пространственном угле ясного зрения, который составляет примерно 16х120, а разрешающая способность глаза ≈ 1 минуте.

 

Видимая част спектра электромагнитных колебаний – 380-760 нм. Спектральная характеристика чувствительности глаза, представленная на рис.2.1,имеет максимум на волне желто-зеленого цвета равной 550 нм.

Рис. 2.1. График спектральной чувствительности глаза

 

 

Координатные параметры

Временные параметры

ПАРАМЕТРЫ ТВ ИЗОБРАЖЕНИЯ

(КООРДИНАТНЫЕ, ВРЕМЕННЫЕ, ЯРКОСТНЫЕ)

Различают КООРДИНАТНЫЕ (формат кадра, оптимальное расстояние наблюдения и число элементов разложения), ВРЕМЕННЫЕ (критическая частота пульсаций и частота кадров) и ЯРКОСТНЫЕ (максимальная яркость, средняя яркость – яркость адаптации, контраст и число полутонов – градаций яркости) параметры ТВ изображения.

 

 

3.1 КООРДИНАТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

(формат кадра, оптимальное расстояние наблюдения и число элементов разложения)

 

Формат кадра. Размер ТВ изображения должен удовлетворять условиям оптимального наблюдение изображений в пространственном угле ясного зрения. Исходя из его размеров – 16х120, выбирают формат кадра = 4/3, что соответствует отношению ширины (b) экрана к высоте (h), (рис.3.1).

 

Рис.3.1. Определение числа строк (а) и вертикальной четкости изображения (б)

 

Принимая разрешение глаза ≈1 минуте, можно определить число регистрирующих информацию элементарных участков в поле ясного зрения:

 

Nя = (aг/d)(aв/d) = (160х60’/1’)(120x60’/1’) = 700 000

где aг и a в углы поля ясного зрения глаза в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Оптимальное расстояние наблюдения (L). Экспериментально установлено, что наилучшее восприятие изображение обеспечивается при расстоянии до экрана = 4-5 высот экрана.

 

L = (4-5)h,

где L – расстояние до экрана (м), h- высота экрана (м).

 

Число элементов разложения изображения может быть определено как произведение числа элементов по горизонтали на количество элементов по вертикале (строк разложения), или с учетом формата кадра

 

N = k z 2 = 4/3 z 2

где (z – число строк по вертикали, kz – число элементов в строке), и должно соответствовать числу элементарных участков поля ясного зрения. Так между элементами изображения 700 000 должны воспроизводиться еще промежутки, то число элементов по крайней мере удваивается N ³ 2Nя. Тогда число строк разложения должно быть

Однако из-за взаимного расположения деталей растра и строк разложения (рис.3.1) число передаваемых элементов по вертикали различно, так как в зависимости от этого в вертикальном направлении будут воспроизводится детали размером либо h/z, либо 2h/z. Это делает неоднозначную оценку четкости изображения по вертикали. Поэтому для уверенного различения в ТВ изображении 700000 деталей необходимо использовать еще большее строк разложения. В настоящее время только ТВ системы высокой четкости (ТВЧ) приближаются к этим требованиям, но для этого требуется значительное увеличение пропускной способности каналов связи. Поэтому в стандарте вещательного ТВ, разработанного в конце 40 годов у нас в стране было принято 625 строк разложения, из-за необходимости сокращения передаваемой полосы частот.

 

Число строк разложения 625 определяет номинальную четкость ТВ изображения при которой обеспечивается 95% максимальной четкости изображения. При этом различимость строчной структуры на оптимальном расстоянии рассматривания оказывается вблизи порога разрешающей способности глаза.

 

Четкость ТВ изображения определяется максимально возможным числом мелких деталей, различимых в этом изображении. Она определяется в первую очередь разрешающей способностью устройств ТВ тракта. А она в свою очередь зависит от выбранного числа элементов (или строк) разложения, от качества работы передающих и приемных электроннолучевых трубок, от частотных и фазовых характеристик усилителей и др. Воспроизводимая на экране четкость определяется в первую очередь числом элементов разложения. В существующем стандарте она в идеале равна:

 

kz2 = 4/3х6252 = 520832.

С учетом времени на обратный ход по строкам и кадрам» 400 тыс. Но обычно для количественной характеристики четкости пользуются не количеством элементов разложения, а числом строк разложения, т.к. эти два параметра однозначно связаны. Естественно количество строк или элементов, необходимых для удовлетворительного воспроизведения изображения объекта зависит от характера объекта. Например, для передачи лица крупным планом требуется 120-150 строк, 2-3 человек в полный рост – 250-300, большого количества людей (хор, публика и т.д.) – 450-650.

 

 

ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

(частота мельканий и число кадров)

Зрительное восприятие дискретно во времени. Одиночный световой импульс будет зарегистрирован глазом, если его длительность превышает определенную величину tкр. Причем эта величина зависит от освещенности сетчатки, т.е. Еtкр = const, и меняется от сотых долей секунды, при больших освещенностях, до десятых. После прекращения действия светового потока глаз как бы продолжает «видеть» источник с яркостью, спадающей по экспоненциальному закону.

 

Критической частотой мельканий называется минимальная частота повторения световых импульсов, при которой наблюдатель воспринимает их как непрерывное излучение. Она зависит от средней яркости поля наблюдения, размеров мелькающего участка и т.д. Для яркостей экранов современных ТВ критическая частота мельканий равна 46-48 Гц.

Опытным путем (из практики кино) установлено, что для получения плавного движения изображений движущихся объектов достаточно предавать 16-24 фазы их движения в секунду. В телевидении у нас принята частота смены кадров 50 Гц, которая перекрывает и критическую частоту мельканий (46-48), и критическое число фаз движения (16-24). Эта частота была выбрана с учетом ее равенства частоте промышленной сети с целью уменьшения заметности характерных помех от электросети – динамических искажений геометрии (искривление вертикальных краев изображения) и яркости (крупные горизонтальные светлые и темные полосы).

Но при такой частоте кадров и числе строк разложения 625 (прогрессивная развертка) -рис.3.2 (а), полоса частот ТВ сигнала получается около 13 МГц, что 40-е годы заняло бы половину коротковолнового диапазона, используемого тогда для ТВ вещания. Поэтому для уменьшения требуемой полосы частот канала было решено использовать чересстрочную развертку, в которой ТВ кадр передается за 2 полукадра (поля – четного и нечетного) в каждом из которых передается половина строк (312.5), как показано на рис.3.2(б). Причем, в первом полукадре происходит развертка нечетных строк, а во втором – четных. Частота полей выбирается равной 50 Гц, а полный кадр имеет частоту 25 Гц и хотя в каждом полукадре разворачивается лишь 312,5 строк, за счет инерционности зрения изображения дух полукадров воспринимается слитно как один кадр с 625 строками. При этом полоса частот канала снижается до 6.5МГц.

 

Рис.3.2. Принцип построчной (а) и через строчной развезвертки (б)

 

 

3.3. ЯРКОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТВ ИЗОБРАЖЕНИЯ

(максимальная яркость, средняя яркость, контраст и число градаций яркости)

 

Контрастом называют отношение яркости самого яркого участка к яркости самого темного. Этот важный параметр характеризует диапазон изменения яркости.Хорошая контрастность делает изображение более естественным и увеличивает его разборчивость. Для примера, контрастность обычного ландшафта около 100, ландшафта в яркий солнечный день – 1000, внутри помещения при освещении – 20-60, мелкие детали на экране ТВ – 5-8, крупные – до 30-40. Однако, глаз не способен обнаружить сколь угодно малые приращения яркости. Контрастная различительная способность глаза так же дискретна, как и его разрешающая способность. Она ограничивается собственными шумами зрительной системы и квантовыми флуктуациями света. Минимальное значение яркости светового пятна, обнаруживаемое глазом на черном фоне называют абсолютным порогом световой чувствительности. На практике мы наблюдаем детали на каком-то фоне, яркость которого Вф также меняется. Экспериментально было установлено, что минимальное различимое приращение яркости DL зависит от величины начальной яркости – чем выше яркость фона, тем большее приращение может быть замечено. Отношение DВ/Вф называется дифференциальным порогом или пороговым контрастом.

 

При заданном контрасте зритель может воспринять вполне определенное количество ступеней изменения яркостиполутонов, или градаций яркости. Экспериментально установлено, что человеческий глаз воспринимает от 80 до 130 градаций яркости.

В природе, окружающей человека, яркость изменяется в очень больших пределах: слабо различимая человеческим глазом яркость составляет 0,1 кд/м2, слепящая яркость, которую еще можно с трудом терпеть, например, нити накаливания – 107. Таким образом диапазон изменения яркости составляет 108. Зрительная система неспособна одновременно воспринять весь этот диапазон и сужает его на сетчатке благодаря адаптации – приспособлению к различным яркостям за счет непроизвольного изменения размеров зрачка (быстрая адаптация) и выработки глазного пурпура – нейтрального поглощающего фильтра на поверхности сетчатки (медленная, инерционная адаптация). Эта способность зрения описывается хорошо экспериментально подтвержденным законом Вебера-Фехнера, согласно которому ощущение от изменения яркости пропорционально логарифму этого изменения. Т.е. при изменении яркости от 0.1 до 107 ощущение будет меняться лишь в 18 раз (ln108 = 18,4).

Все параметры, которые мы уже рассмотрели, относятся к основам ТВ, т.е. одинаковы для черно-белого и цветного изображений. Но для характеристики цветных изображений существуют дополнительные параметры: светлота, цветность, цветовой тон, насыщенность, чистота тона и т.д. Эти параметры будут рассмотрены при изучении колориметрии и систем цветного ТВ.

 

Состав и форма ТВ сигнала

Спектр ТВ сигнала

 

СОСТАВ И ФОРМА ТВ СИГНАЛА

В состав полного ТВ сигнала вещательного стандарта, форма которого по строкам и кадрам представлена на рис.4.1, входят следующие компоненты:

Видео (яркостной) сигнал.

Уравнивающие импульсы.

Колориметрия

Цветопередача в ТВ

5.6. Основные требования к вещательной системе ЦТВ.

ЦВЕТОПЕРЕДАЧА В ТВ

При выборе параметров отдельных звеньев ЦТ системы важно установить, к какому идеалу верности цветовоспроизведения следует стремиться. Существует три критерия верности:

1. физический – когда одинаковы спектральные составы и мощности излучений;

2. физиологический – когда зрительные ощущения от оригинала и репродукции идентичны;

3. психологический – когда изображение оценивается как высококачественное.

 

В ТВ стремиться к физической точности нет смысла, т.к. одинаковые ощущения цвета могут быть получены при воздействии излучения разного состава, физиологическую точность мы не получим, т.к. из-за выбора треугольника основных цветов мы не можем воспроизвести часть реальных цветов, и диапазон воспроизводимых яркостей не может быть столь велик, как яркости реально существующих объектов. Поэтому при разработке вещательных систем ЦТ имеют в виду, что ТВ изображение имеет меньшие размеры деталей, чем объекты, заключено в ограничивающую рамку, яркость фона обычно мала. При этих условиях надо учитывать адаптацию глаза и относительность наших зрительных ощущений, что позволяет не воспроизводить абсолютное значение яркостей, а сохранить лишь соотношения между яркостями отдельных элементов и их цветности. Необходимо отметить, что требование точного воспроизведения цветности выполнимо лишь для цветов, лежащих внутри треугольника основных цветов. Колориметрические требования справедливы для однородно окрашенных полей, воспринимаемых углом зрения 20. При переходе к меньшим углам зрения цветовые свойства глаза существенно меняются. Так при уменьшении размеров деталей до 10-25’ их цвета воспринимаются как смесь оранжевого и голубого. Полная потеря восприятия цвета происходит при углах зрения 6-10.Учитывая, что ТВ изображение воспринимается в пределах угла ясного зрения (12-150), детали меньшие, чем 4-6 элементов, могут воспроизводиться в черно-белом виде.

Основные цвета приемного устройства определяются спектральными характеристиками люминофоров. Характеристики люминофоров, принятых в европейской и американской системах ЦТ, несколько различны. Так американский треугольник имеет большую гамму воспроизводимых цветов, но меньшую светоотдачу зеленого люминофора примерно в 3-3,5 раза, однако, оба они не воспроизводят всех цветов. Это касается главным образом оттенков зеленых и голубых цветов, но это обстоятельство не играет большой роли, т.к. на глаз это не очень заметно.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЕЩАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ЦТВ

 

К вещательным системам ЦТВ предъявляются следующие требования:

1. Совместимость с системой черно-белого ТВ, под которой понимается возможность приема без помех черно-белым приемником ЦТ программ в черно-белом виде. Этот принцип обеспечивает возможность одновременного функционирования цветных и черно-белых приемников. В связи с этим при разработке принципов построения систем ЦТВ должны быть учтены параметры стандартов черно-белого ТВ. Основные параметры – это частота строчной и кадровой разверток и полоса частот, занимаемая спектром.

2. Высокое качество цветовоспроизведения, которое оценивается степенью соответствия ТВ изображения оригиналу. Это означает, что цветность каждого элемента изображения не должна отличаться от соответствующего элемента оригинала, а отношение яркостей соответствующих элементов изображения и оригинала является величиной постоянной для всех передаваемых цветностей.

3. Относительная простота цветного ТВ приемника при его надежности при его экономической доступности.

4. Перспективность ЦТВ системы с точки зрения ее дальнейшего развития, включающее повышение качества преобразования, обработки и передачи изображения, а также передачу зрителю дополнительной информации с выводом ее на ТВ экран.

5. Совместимость стандартов для обеспечения возможности обмена программами с другими странами.

Система ЦТВ NTSC

Система ЦТВ SECAM

Система ЦТВ PAL

СИСТЕМА ЦТВ NTSC

Разработана в США в 1950-1953 гг. национальным комитетом телевизионных систем (National Television System Committee) и утверждена в стране как национальный стандарт. Позже была принята в большинстве стран Американского континента, Японии, Корее и др.

В NTSC, обобщенная структурная схема которой представлена на рис 10.1, передается яркостной сигнал и 2 цветоразностных EI и EQ. Передача цветоразностных сигналов осуществляется в спектре яркостного на одной поднесущей частоте fs=3.579545 МГц (рис.6.1.а).Напряжение поднесущей частоты, промодулированное цветоразностными сигналами называется сигналом цветности. Сумма сигналов яркости EY и сигнала цветности Us образует полный цветовой сигнал. Для того чтобы модулировать двумя цветоразностными сигналами одну поднесущую частоту используют метод квадратурной амплитудной модуляции. Сущность его заключается в суммировании двух напряжений поднесущей частоты uR-Y и uB-Y, промодулированных каждым из цветоразностных сигналов в отдельных амплитудных модуляторах. Поднесущая частота на модуляторы поступает в квадратуре, т.е. с фазовым сдвигом 900. Полученный сигнал получается промодулированным по амплитуде и по фазе, таким образом фаза результирующего вектора Us (рис.6.1) несет информацию о цвете, а амплитуда Us определяет его насыщенность. В системе NTSC используются балансные модуляторы, которые, подавляя саму поднесущую и, оставляют только боковые полосы. Это позволяет как минимум в 2 раза уменьшить размах сигнала цветности, что уменьшает его заметность на черно-белом телевизоре, а на неокрашенных деталях он вообще = 0(рис.6.1.б). На приемной стороне с помощью синхронных детекторов восстанавливаются исходные сигналы цветности. Для работы синхронных детекторов необходимо опорное напряжение, работающее синфазно с поднесущей, но поскольку поднесущая при балансной модуляции не передается, то во время строчного гасящего импульса после синхронизирующего передается сигнал цветовой синхронизации – пакет колебаний поднесущей из 8-10 периодов – так называемая цветовая вспышка (рис.6.1.в)

Рис. 6.1. Обобщенная структурная схема системы ЦТВ NTSC

 

Для снижения заметности сигнала цветности на черно-белом телевизоре спектр сигналов цветности должен располагаться как можно ближе к fгр. С другой стороны, между fгр и fS должна помещаться боковая полоса сигнала цветности, чтобы он весь разместился в спектре яркостного. Т.к. минимальная полоса В 0,6 МГц, а fгр = 4,18 МГц, fS = 3,58 МГц. Чтобы еще снизить заметность сигнала цветности, необходимо, чтобы fS = (2n+1)fz/2. Тогда в интервале строки размещается нечетное число полупериодов поднесущей, и рисунок от помехи имеет вид шахматного чередования светлых и темных участков (рис 6.2.б). В смежных кадрах полярность поднесущей меняется на 1800 (рис.6.2.а) и участки поменяются местами, т.е. в зрительной системе наблюдателя помеха скомпенсируется.

Рис.6.2. Метод уменьшения заметности помехи от поднесущей частоты

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 273; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.91.67.23 (0.141 с.)