Передача изображений осуществляется электрическим способом, т.е. оптическое изображение в начале передачи преобразуется в электрический сигнал, передаваемый по каналу связи, который затем в месте приема вновь преобразуется в оптическое изображение.

Для ТВ системы, когда изображение воспринимается наблюдате- лем, степень точности воспроизведения изображения ограничивается физиологическими характеристиками зрения: разрешающей способностью глаза, его контрастной чувствительностью и инерционностью зрительного восприятия. Поэтому при передаче изображение условно разбивается примерно на 500 ООО элементарных площадок, называемых элементами изображения. ТВ система должна передавать информацию о яркости каждого элемента. При одновременной передаче сигналов яркости всех элементов в ТВ потребовалось бы число каналов, равное числу элементов изображения, что практически невозможно. Поэтому в ТВ используется последовательная передача сигналов яркости элементов изображения, называемая разверткой. Процесс развертки заключается в периодическом движении развертывающих элементов по передаваемому и воспроизводимому изображениям. В настоящее время для развертки используется электронный луч передающей и приемной ТВ трубок. Способ перемещения электронных лучей по плоскости изображений может быть любым. Однако для правильного воспроизведения изображения закон движения электронных лучей при передаче и приеме изображений должен быть строго одинаковым, т.е. необходимо соблюдать синхронность и синфазность разверток.

В ТВ принята линейно-строчная развертка, при которой по всей площади изображения движение развертывающего элемента осуществляется по двум взаимно перпендикулярным направлениям: по горизонтали - вдоль оси X и по вертикали по - оси у (рис. 7.4). За счет

движения электронного луча по горизонтали прочерчиваются параллельные прямые линии, называемые строками. Движение от начала к концу строки образует прямой ход развертки, а возвращение развертывающего элемента от конца предыдущей строки к началу следующей называется обратным ходом, который необходим для подготовки к развертке следующей строки. В результате пе-Рис. 7.4. Схема образования ремещения по вертикали, созда-растра при прогрессивной ваемого кадровой разверткой, все

развертке изображения строки располагаются одна под

Рис. 7.5. Временные графики движения развертывающих

элементов при прогрессивной развертке: а - для строчной развертки; б - для кадровой развертки

другой и образуют геометрическую фигуру, называемую растром. Если все строки растра прочерчиваются последовательно одна под другой, то такая развертка называется прогрессивной. При прогрессивной развертке за один период кадровой развертки происходит передача неподвижного изображения, называемого кадром.

Закон движения развертывающего элемента вдоль оси х как функция времени х = f(t) изображается в виде кривой пилообразной формы (рис. 7.5, а). Чтобы строчки растра были параллельными и располагались одна под другой, характер движения по вертикали также делается линейным. При этом строчки растра оказываются несколько наклоненными по отношению к горизонтальной границе ТВ изображения, что при большом числе строк разложения практически незаметно. Закон движения развертывающего элемента по вертикали как функция времени у= f{t) аналогичен закону движения по горизонтали и также является пилообразным (см. рис. 7.5, б). Аналогично строчной кадровая развертка имеет прямой и обратный ходы.

Число строк разложения определяется разрешающей способностью глаза и оптимальным углом рассматривания ТВ изображения. Чтобы строчная структура изображения не была заметной, отечественным ТВ стандартом принято число строк z, равное 625, при условии, что наблюдатель находится на расстоянии 5h (пяти высот ТВ

экрана). В этом случае зритель будет воспринимать ТВ изображение в вертикальной плоскости под оптимальным углом 15°. Выбранное число строк характеризует четкость ТВ изображения в вертикальном направлении, т.е. способность воспроизводить мелкие детали по вертикали.

В перспективных системах телевидения для обеспечения максимальной комфортности зрителей предлагается рассматривать ТВ изображение с расстояния 3/?, т.е. под углом 20° в вертикальной плоскости. Для слияния строчной структуры ТВ изображений и повышения вертикальной четкости при таком расстоянии рассматривания требуется увеличение числа строк разложения в каждом кадре практически в 2 раза. Системы с увеличенным числом строк разложения получили название ТВ систем высокой четкости (ТВЧ).

При выборе частоты смены кадров учитывается инерционность зрения. Для систем ТВ вещания частота мельканий воспроизводимых изображений согласуется также с частотой питающей сети переменного тока. Например, частота смены кадров при применении прогрессивной развертки должна быть равной 50 Гц. Это делается для того, чтобы фон сети переменного тока, создающий неравномерность яркости вдоль кадра, был менее заметен на изображении.

Поскольку полоса частот ТВ сигнала пропорциональна частоте смены кадров, увеличение последней приводит к значительному расширению полосы частот, занимаемой ТВ сигналом. Для ее сокращения в 2 раза применяется чересстрочная развертка, сущность которой заключается в передаче одного кадра изображения в два приема. Полный кадр изображения состоит из двух полей. За время развертки первого поля прочерчиваются все нечетные, а за время развертки второго поля - все четные строки кадра. Вследствие инерционности глаз воспринимает изображение обоих полей как слитное изображение кадра, содержащего полное число элементов.

Чередование строк первого и второго полей достигается выбором

нечетного числа строк в кадре, благодаря чему второе поле начинается с половины строки и все строки второго поля оказываются соответственно сдвинутыми по вертикали относительно строк первого поля (рис. 7.6).

Частота мельканий яркости изображения при чересстрочной развертке равна частоте смены полей f. В ТВ вещании принята частота полей, равная 50 Гц. При этом частота смены кадров будет в 2 раза ниже частоты смены полей, т.е. = 25 Гц.

Рис. 7.6. Структура ТВ кадра при чересстрочной развертке

Важнейшим параметром ТВ системы является частота строчной развертки , которая определяется выражением = zf.

Для отечественного вещательного ТВ стандарта, который предусматривает применение чересстрочной развертки, имеет следующее численное значение:

= 625 x 25 Гц = 15 625 Гц.

При этом период строчной развертки равен

Г, = 1/f, = 1/15 625 = 64 x 10 с = 64 мкс.

Причем = Т+Т2, где Г Гг - длительности соответственно прямого и обратного ходов строчной развертки. Во время обратного хода строчной развертки видеосигнал не передается и изображение не воспроизводится, поэтому это время желательно делать короче. Практически длительность обратного хода составляет 12 мкс. Период кадровой (вертикальной) развертки равен

Т = 1/f, = + = 1/50 = 2 x 10- с = 20 мс,

где Гп1, - длительности соответственно прямого и обратного ходов кадровой развертки. Время обратного хода кадровой развертки охватывает 25 периодов строк, которые не участвуют в образовании ТВ растра, т.е. Т 2 - 25Т = 64 х 10 с х 25 = 1,6 мс. Если учесть, что в ТВ используется чересстрочная развертка, то в течение периода каждого кадра осуществляется два обратных хода по вертикали. Поэтому из номинального числа строк в одном кадре (z = 625) 50 строк не воспроизводятся на изображении, так как они приходятся на интервалы обратных ходов по вертикали.

7.3. Общие сведения о телевизионном сигнале

Полный ТВ сигнал состоит из сигналов яркости (видеосигнала), сигналов строчной и кадровой синхронизации и гасящих импульсов (ГИ).

Для упрощения процесса ознакомления целесообразно рассмотреть сначала структуру ТВ сигнала во временном интервале, где отсутствуют кадровые гасящие импульсы (КГИ). Форма полного ТВ сигнала, соответствующего одному периоду строчной развертки , представлена на рис. 7.7. В интервале времени Г соответствующем прямому ходу строчной развертки, передается видеосигнал, представляющий собой совокупность электрических импульсов, гГро-порциональных яркости передаваемых элементов изображения. Уровень видеосигнала, соответствующий минимальному значению яркости, называется уровнем черного, а уровень, соответствующий максимальному значению яркости, - уровнем белого. Между этими уров-

. Контрольный уровень белого

Уровень СИ

Рис. 7.7. Форма ТВ сигнала положительной полярности на строчном интервале

нями располагаются все остальные значения видеосигнала, соответствующие промежуточным значениям яркости.

Свет по своей природе униполярен, так как яркость не может быть отрицательной величиной. Видеосигнал, являясь величиной, пропорциональной яркости изображения, также униполярен, т.е. изменяется в одну сторону от нулевого значения и, следовательно, имеет постоянную составляющую, пропорциональную средней яркости передаваемого изображения. Если уровню белого соответствует максимальное значение сигнала, а уровню черного - минимальное, то полярность такого сигнала называется положительной, а сигнал - позитивным. В обратном случае видеосигнал имеет отрицательную полярность и является негативным.

Величина полного ТВ сигнала определяется его размахом, т.е. разностью между максимальным и минимальным значениями напряжения (Са), и выражается в вольтах.

Чтобы обратные ходы разверток не были заметны на изображении, необходимо яркость в это время сделать минимальной. Для этой цели в видеосигнал во время обратного хода строчной и кадровой разверток вводятся специальные строчные гасящие импульсы (СГИ) и КГИ, длительность которых соответствует длительности обратных ходов строчной и кадровой разверток. По форме ГИ представляют собой прямоугольные импульсы. Второе назначение ГИ заключается в передаче постоянной составляющей ТВ сигнала, С этой целью амплитуда СГИ меняется в соответствии с величиной напряжения постоянной составляющей.

Чтобы обеспечить синхронность и синфазность работы развертывающих устройств в телевизорах и в ТВ оборудовании телецентра.

621 622 623 624 625 1 2 3 4 5 23 24 25

КС и

257(КГИ)

ССИ I/

Рис. 7.8. Форма ТВ сигнала отрицательной полярности на кадровом интервале

одновременно с видеосигналом передаются строчные и кадровые синхронизирующие импульсы (ССИ, КСИ). Данные импульсы не должны мешать передаче видеосигнала, поэтому их располагают на вершинах ГИ в так называемой области чернее черного . Различие между ними состоит в частоте повторения и длительности: частота повторения ССИ соответствует частоте строк , а длительность равна 4,7 мкс, частота следования КСИ равна 50 Гц при длительности 160 мкс.

В полном ТВ сигнале за опорный принимается уровень ГИ. Он создает границу между областью передачи видеосигнала и областью передачи сигналов синхронизации. Если принять весь размах ТВ сигнала Сах за 100 %, то согласно стандарту амплитуда синхронизирующих импульсов (СИ) всегда должна составлять 30 % от этого максимума вне зависимости от содержания изображения. Это постоянство амплитуды обеспечивает надежное их отделение от видеосигнала в телевизорах. Уровень белого видеосигнала при положительной полярности (см. рис. 7.7) отстоит от максимального уровня полного ТВ сигнала (контрольного уровня белого) на 10-15 % от Сах. а между уровнем черного и уровнем ГИ располагается охранная полоса, составляющая от О до 7 % от Сах Данная охранная полоса необходима для предохранения синхронизирующих импульсов от попадания импульсных помех из области видеосигнала.

Структура ТВ сигнала во время передачи кадровых импульсов показана на рис. 7.8. Строки кадра нумеруются последовательно цифрами от 1 до 625, начиная от передачи фронта КСИ в первом поле. Первым считается то поле, у которого фронты КСИ и ССИ совпадают. При чересстрочной развертке первое поле включает строки с 1 по 312 и половину 313 строки, а второе поле включает вторую половину строки 313 и строки с 314 по 625. Для исключения нарушений строчной синхронизации ССИ следует передавать и во время КГИ,