91

5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

В ОПТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

5.1. Принципы воспроизведения изображений

В современных телевизионных системах (ТВС) преобразование электрического сигнала в оптическое изображение в подавляющем большинстве случаев осуществляется с помощью приемных (воспроизводящих) электронно-лучевых трубок – кинескопов. Вместе с тем, последнее время ведутся разработки плоских кристаллических экранов (дисплеев).

Кинескоп осуществляет синтез изображения на основе явления катодолюминисценции, т.е. свечения специального вещества (люминофора) под действием электронного пучка. Кинескоп – оконечное звено ТВС, поэтому качество системы в целом определяется не в последнюю очередь качеством телевизионного воспроизводящего устройства. Общие требования по целям (назначению), качеству воспроизведения, а также достаточно высокие эксплуатационные характеристики и экономичность трансформируются в более конкретные требования, определяемые, прежде всего характеристиками зрительной системы человека.

1. Геометрические размеры изображения h и b, которые при расстоянии рассматривания (наблюдения) А определяют горизонтальный и вертикальный углы наблюдения.

2. Достаточная вертикальная и горизонтальная четкость изображения.

3. Допустимые геометрические искажения.

4. Достаточная яркость изображения, но без ослепления.

5. Достаточно высокий контраст изображения.

6. Удовлетворительное воспроизведение полутонов, согласующееся со всей системой.

7. Удовлетворительное воспроизведение цветов.

8. Достаточно малые эффекты мелькания, помех и т.п.

9. Высокое качество развертки и синхронизации.

Кинескопы обеспечивают получение черных и цветных изображений размерами до (0,60,8) м². Для больших аудиторий применяются проекционные ТВ устройства.

Основными элементами любого кинескопа являются термоэмиссионный катод, входящий в электронно-оптическую систему, называемую прожектором. Прожектор формирует тонкий пучок (луч) электронов с помощью электростатических полей, которые используются для ускорения и фокусировки. Электростатическая фокусировка более экономичная и стабильная, чем электромагнитная.

Отклонение электронного пучка, как и фокусировку, можно реализовать как статическим, так и магнитным полем. В кинескопах телевизионных приемников используется исключительно магнитное отклонение, которое позволяет довести углы отклонения до 110 и резко уменьшить длину кинескопа и его вес.

5.2. Развертывающие устройства кинескопов

Электростатическое отклонение.

Здесь электронный пучок отклоняется поперечным электрическим полем, через которое он пропускается. В простейшем случае поле образовано парой пластин (плоский конденсатор), как это показано на рис. 5.1. Здесь  – расстояние между пластинами, U – отклоняющее напряжение (разность потенциалов между отклоняющими пластинами), U_A-ускоряющий потенциал (до отклонения). Половинное отклонение пучка:

.

Видно, что отклонение пропорционально отклоняющему напряжению. Для линейной (равномерной) развертки во времени надо иметь U = k  t, т.е. линейную “пилу”. Электрическое отклонение имеет такие положительные качества, как экономичность, высокое быстродействие и малую массу (вес).

Основными недостатками кинескопов с электростатическим отклонением является малая чувствительность и малые углы отклонения. Для большого экрана это означает большую длину трубки. Из-за малой чувствительности отклоняющие потенциалы должны достигать несколько сотен вольт и даже тысяч вольт (1/3 от U_A), что, в частности, трудно делать на полупроводниках.

Поэтому электростатический способ отклонения, широко применяемый в осциллографах, практически не используется в телевизионных приемниках.

Электромагнитное отклонение.

В отличие от электростатического, магнитное поле действует только на движущийся электрон. Величина этого воздействия (сила Лоренца):

, т.е. ,

где е – заряд электрона, V – его скорость, Н – напряжение магнитного поля,  - угол между векторами и . Если V = 0, или  = 0, то F = 0. Для  = 90 (поле и скорость во взаимоперпендикулярных плоскостях) сила F = F_max = eV₁H, где V₁ – величина составляющей скорости электрона, перпендикулярная полю Н.

Под действием силы F электрон движется по дуге окружности с радиусом r (рис. 5.2). Точками показано магнитное поле (перпендикулярное плоскости рисунка). Центростремительная сила F уравновешена центробежной силой F_цб, которая определяется как : .

Радиус окружности, по которой движется электрон:

.

Составляющая V₁ скорости электрона определяется ускоряющим полем U_A:

, т.е. .

Отсюда:

.

Рассмотрим схему отклонения (рис. 5.3). От т.О до т.В электрон движется по дуге окружности радиуса r, а затем – по прямой (касательной к этой окружности). С – центр окружности.

Перемещение луча в плоскости экрана:

y = L  tg.

Треугольник OEF подобен треугольнику АСВ, поэтому

.

Отклонение луча на экране кинескопа:

.

где l₀ – длина отклоняющего поля (катушки). Отметим, что в отличие от электростатического отклонения, здесь отклонение обратно пропорционально .

Если необходимо, чтобы y = kt (пропорционально времени), то напряженность поля Н должна меняться по сложному закону.

Обращает на себя внимание появляющаяся характерная нелинейность – отклонение луча растет быстрее, чем ток, т.е. если ток (ампервитки) растет линейно, то отклонение растет нелинейно (см. рис. 5.4.) и края растра растягиваются.

Нелинейная зависимость отклонения электронного пятна по экрану кинескопа лишь для малых углов может считаться линейной, поскольку в этом случае . Тогда отклонение y:

.

Если необходимо, чтобы y = kt, то поле Н должно меняться во времени:

.

Нелинейная зависимость отклонения у от напряженности поля Н может значительно меняться путем изменения пространственного распределения отклоняющего магнитного поля (неодинаковая плотность намотки катушек). Это условно показано на рис. 5.5 в виде переменного сечения вертикальных кадровых катушек W_k, создающих внутри трубки горизонтальное поле Н₁ (отклоняющее луч в вертикальном направлении) и горизонтальных строчных катушек W_c, создающих внутри трубки вертикальное поле Н₂ (отклоняющее луч в горизонтальном направлении).

Связь между напряженностью поля Н и протекающим через катушку с числом витков w током i описывается интегралом Ампера:

,

где Н – напряженность поля в эрстедах (Э), i – ток в амперах (А), l – длина магнитного пути в см.

Сечение отклоняющей системы показано на рис. 5.6. Магнитная проницаемость ферромагнитного экрана много больше проницаемости вакуума, поэтому его магнитное сопротивление в сотни раз меньше сопротивления всего остального пути магнитного потока. Это означает, что вся намагничивающая сила тратится на проталкивание потока вне экрана и вместо интеграла по замкнутому контуру l можно взять интеграл по пути от А до В внутри трубки (рис. 5.6.):

,

где  - внутренний диаметр отклоняющей катушки (диаметр горловины трубки). Для наиболее длинной силовой линии, которая проходит по диаметру горловины ( = 90):

.

Соответственно, можно записать ампер-витки как функцию угла отклонения луча :

,

.

Таким образом, полное число ампер-витков отклонения пропорционально sin угла отклонения.

Для уменьшения абсолютного значения тока отклонения имеет смысл увеличивать количество витков w. Однако с ростом количества витков растет индуктивность катушек L, которая пропорциональна w², а увеличение L ведет к понижению быстродействия системы отклонения.

Используется понятие эффективности отклоняющей системы, которая представляет собой отношение максимальной мощности, затрачиваемой на отклонение луча в пределах экрана, к ускоряющему потенциалу на втором аноде трубки. Это означает, что для строчной развертки полная мощность пропорциональна реактивной мощности, т.е. магнитной энергии катушки:

,

где L – результирующая индуктивность, I_{max сгр} – амплитуда отклоняющего тока, U_A – напряжение 2-го анода.

Для кадровой катушки:

,

где R – активное сопротивление кадровой катушки.

За счет того, что в цветных кинескопах U_A  25 кВ, а в черно-белых  15 кВ, у них сильно разнится эффективность.

Не следует забывать также о том, что при большой индуктивности и малом времени обратного хода на катушке возникают большие напряжения, что требует высокой электрической прочности отклоняющей системы. Для примера и оценки величин дадим характеристики двух отклоняющих систем – черно-белой и цветной.

Параметр	ЧБТ ОС-110Л для 61 ЛК2Б	ЦТ ОС-110 ПЦ 67 ЛК 110 Ц
 горловины, мм	28,6	29
Индуктивность двух строчных катушек L мГн	3  0,15	0,31  0,02
Активное сопротивление катушек Ом	7,8  0,8	1,5  0,12
Ускоряющее напряжение в зоне отклоняющей системы UA кВ	16	25
Амплитуда отклоняющего тока строчного А кадрового А	0,5 0,45	3,0 2,7
Ампервитки катушек строчных кадровых	170 304	460 340
Амплитуда импульсного напряжения обратного хода на строчных катушек В	940	585

5.3. Эквивалентная схема отклоняющей системы

Разница в строчной и кадровой развертках по частоте повторения составляет 300 раз (  15 кГц строки и 50 Гц частота полей). Для удовлетворительного воспроизведения функции развертки надо пропускать все гармоники до 20-й включительно, т.е. до 300 кГц в строчной системе и 1 кГц в кадровой.

Катушку отклонения можно представить в виде L_k, R_k, C_k (рис. 5.7), где С_к – межвитковая емкость катушки, которой можно пренебречь для кадровой системы и которой нельзя пренебрегать для строчной. Если пренебрегаем емкостью С_к (в случае кадровой системы), то

.

Если мы исходим из того, что ток i (т.е. и поле Н) меняются по пилообразному закону (линейный ток от времени), т.е. , тогда

.

Здесь могут быть два случая (рис. 5.8):

1. R_K >> L_K, пренебрегаем . Тогда

2. R_K << L_K, пренебрегаем . Тогда

В общем случае – есть и то, и другое: R_K  L_K.

Видно, что при получении пилообразного тока на катушке образуется напряжение, содержащее пилообразную и импульсную составляющие.

В общем случае всякое развертывающее устройство состоит из генератора импульсов (задающий генератор), каскада формирования управляющего напряжения и выходного каскада. Каскад формирования часто объединяется с задающим генератором, который запускается внешним синхроимпульсом.

5.4. Кинескопы черно-белого изображения

Эти кинескопы (рис. 5.9) выпускаются с размерами экрана по диагонали от 4 до 67 см, угол отклонения – до 110.

Экран состоит из стеклянного диска (передний стенки), на ней – люминофор, на нем – Al пленка толщиной 0,5 мкм. Al пленка соединена электрически с анодом А, она прозрачна для электронов с энергией (12-25) кэВ. Пленка защищает люминофор от разрушения тяжелыми отрицательными ионами, а также отражает свет, повышая светоотдачу трубки.

Люминофоры состоят из основного вещества и небольшого количества примеси – активатора. В принципе под воздействием пучка электронов светятся очень многие вещества, однако, при выборе люминофора приходится учитывать многие факторы, начиная от уровня светоотдачи, срока службы, длительности послесвечения спектрального состава и заканчивая число техническими и экономическими (доступность, стоимость, выделение газов при облучении и т.п.). Наиболее часто в качестве люминофоров используются сульфиды, силикаты, оксиды, фосфаты таких металлов, как цинк, кадмий, магний, бериллий. В качестве активаторов добавляют серебро, медь, марганец др.

Цвет излучения люминофора при бомбардировке электронами зависит от состава люминофора. Обычно спектральная плотность излучения люминофора представляет собой непрерывную кривую с четко выраженными пиками (рис. 5.9, а). Состав и некоторые свойства этих же люминофоров даны ниже в таблице.

Тип экрана	Цвет свечения	Максимум спектральной характеристики (нм)	Время послесвечения	Люминофор
А	синий	450	короткое	Zn S Ag
Б	белый	460-570	короткое	0,4 SnS Ag, ZnCdS
И	зеленый	520-550	короткое	Zn2SiO4Mn
П	красный	630	среднее	Zn3(PO4)2Mn

Под коротким временем послесвечения понимается интервал (10^-5-10^-2) с, средним (10^-2-10^-1) с, длительным – до 15 с.

В люминофоре различают разгорание (710^-8 с), «горение» и угасание (послесвечение) – когда яркость свечения падает до 0,01 от яркости при «горении».

Яркость свечения экрана L зависит от многих факторов, но наиболее явно от светоотдачи экрана А (зависит от материала люминофора), средней плотности электронов в пучке с током i_л и площадью сечения S (кроссовер) и ускоряющего потенциала U:

.

При заданной плотности тока пучка яркость можно увеличить за счет U, это выгодно энергетически. Увеличение U ведет также к улучшению фокусировки, в то время как увеличение тока пучка ведет к росту его сечения.

Сила света от элемента излучения: I_св = SL = SAjU² = Ai_лU².

Можно записать: I_св = A₀i_лU, где A₀ = AU.

Другими словами, сила света от элементарной площадки люминофора пропорциональна произведению A₀P_л, где P_л – мощность электронного пучка: I = A₀  P_л,

а величину называют коэффициентом светоотдачи люминофора. Для обычных люминофоров, у которых в свет превращается в среднем  5% энергии луча, коэффициент светоотдачи экрана составляет (23) кд/Вт, а для алюминированных экранов он доходит до (35) кд/Вт.

При частоте кадров f_к выше критической частоты мельканий кажущаяся яркость свечения экрана определяется как средняя яркость за период ее изменения Т_к = 1/f_к (закон Тальбота):

.

В случае безинерционного экрана каждая точка дает постоянную яркость L в течение времени облучения  с периодом повторения Т_к, так что кажущаяся яркость:

,

где N – число элементов изображения. В действительности яркость каждой точки экрана нарастает и падает по экспоненте. Во время роста:

,

где а₁ – постоянная времени, L_ – предельная установившаяся яркость. За время облучения яркость увеличивается до значения L () = L_ (1 - e^-a1), а затем спадает также по экспоненте с постоянной времени а₂:

.

Тогда средняя яркость (кажущаяся):

.

Обычно а₁а₂. Хотя инерционность ничего не дает в смысле увеличения средней яркости, она в принципе позволяет снизить критическую частоту мельканий, т.е. и частоту кадров. Допустимая инерционность ограничивается возможностью смазывания движущихся изображений. Чтобы этого не было, надо, чтобы остаточное свечение к началу следующего кадра не превышало 5%.

Одной из наиболее важных характеристик кинескопа является модуляционная (световая) зависимость среднего тока (рис. 5.10), т.е. и яркости экрана, от напряжения между модулятором и кадром, которая выражается степенной функцией:

,

где _кин – показатель степени, равный для разных трубок от 2,5 до 3. Напряжение сигнала изображения:

U_{c max} = - U_mo – (U_{m max}) = U_{m max} – U_mo,

где U_{m max} – величина напряжения, где обеспечивается наибольшая яркость экрана L_max.

Световая характеристика кинескопа практически снимается как зависимость тока катода от напряжения между катодом и модулятором, потому что ток луча мало отличается от тока катода, а измерять ток луча значительно сложнее.

Иногда модуляционную характеристику дают в логарифмическом масштабе:

lg L = _кин lg Uc.

Важнейшим показателем качества вторичного (телевизионного) изображения является контраст изображения и разрешение (величина элемента при синтезе).

Контраст, как раньше говорилось, - отношение яркости наиболее светлых участков к наиболее темным, т.е.

.

Если L_max определяется яркостью при возбуждении люминофора, то

L_min = L_внутр + L_ор + L_ш + L_внеш,

где L_внутр – внутренняя засветка экрана, L_ор – яркость ореола, L_ш – шумовая подсветка, L_внеш – внешняя подсветка экрана.

Наиболее существенной оказывается L_внеш, достигающая (0,01 – 0,02) L_max Вместе с тем серьезный вклад вносит также ореол.

При бомбардировке электронами люминофор возбуждается, причем наиболее возбужденными оказываются слои люминофора, обращенные внутрь трубки. Из-за поглощения в толще люминофора в прямом направлении получается меньший световой поток, чем в обратном (рис. 5.11). Более того, сквозь лицевое стекло проходит лишь часть этого потока – наружу пройдут лишь те лучи, которые идут изнутри под углами меньшими _пред – угла полного внутреннего отражения, величина которого зависит от отношения преломления сред на границе. При n = 1,54 (стекло колбы) _пред = 41, и проходит только 0,42 от начального света в направлении зрителя, а 52% - теряется. Это для случая полного оптического контакта зерен люминофора со стеклом. В действительности этого нет, и для зерен, не имеющих оптического контакта со стеклом, не будет явления полного внутреннего отражения, а будут потери как от плоско-параллельной пластинки, поэтому практически теряется только (15-20) %.

Часть светового потока, которая не проходит к наблюдателю, после повторных отражений внутри трубки может опять попасть к наблюдателю.

Световые лучи, претерпевшие полное внутреннее отражение, возвращаются к наблюдателю на расстоянии R_ор = 2d tg _пред. Из-за диффузного отражения слоем люминофора появляется второй ореол и т.д., т.е. появляется серия размытых колец диаметрами 2R_ор, 4R_ор, 6R_ор и т.д. Наибольшую яркость имеет первое кольцо, остальными можно пренебречь.

Явление ореола снижает четкость и контраст в деталях. Так, контрастность в деталях может упасть до 20 при общем контрасте  100.

Наиболее эффективным средством повышения оптических свойств кинескопа явилось использование Al экранов (покрытий). Покрытие выполняет роль отражателя, направляющего наружу световой поток, первоначально шедший внутрь трубки. Введение экрана повышает оптическую эффективность в (1,5-2) раза. Кроме того, экран улучшает тепловой режим люминофора, защищает его от отрицательных ионов.

Существенным образом на повышение контраста кинескопа сказалось использование дымчатого стекла (нейтральный фильтр) в качестве лицевого стекла кинескопа. Это стекло эффективно ослабляет влияние ореола и внешней засветки. Полезная часть светового потока F_n ослабляется на пути d, а лучи ореола проходят путь (1 + 2/cos_пред), поэтому если коэффициент пропускания для F_n составляет _n, то для F_ор:

.

Для  = 0,5, _ор = 0,08, т.е. ореол ослабляется более чем в 5 раз.

Дымчатое стекло ослабляет и внешнюю засветку – полезный поток проходит через стекло один раз, а внешний свет – дважды (туда и обратно).

Оптические показатели некоторых черно-белых кинескопов приведены в таблице.

Тип кинескопа	b мм	h мм	Радиус экрана Rэ мм	n	Lmax кд/м2	Контраст С	NГ, линий
							в центре	на краях
16 ЛК 1Б	120	98		0,45	100	100	600	550
47 ЛК 2Б	384	305	1219	0,46	120	100	600	550
59 ЛК 3Б	489	385	1012	0,42	120	150	600	550
65 ЛК 1Б	530	416	1219	0,39	150	150	600	550

Добавим некоторые технические подробности для трубки 59 ЛК 3Б (размер диагонали 59 см). Длина трубки 370 мм, вес – 16 кг, угол отклонения - 110, ток пучка – 350 мкА, запирающее напряжение модулятора  80В, размах сигнала в цепи модулятора 45В, напряжение анода  20кВ.

5.5. Трехлучевой цветной кинескоп

Цветной кинескоп позволяет воспроизводить цветное изображение. Существует несколько разновидностей цветных кинескопов

 – видный кинескоп – наиболее распространенный в настоящее время кинескоп (рис.5.12). Он содержит 3 прожектора (1), которые расположены в вершинах треугольника (отсюда название), а также трехцветный точечный (мозаичный) экран 3 и теневую маску 2. Для создания цветного изображения используется метод пространственного смешения цветов.

Элементами экрана 3 служат триады кружков ( 0,45 мм) люминофоров, свечение которых соответствует основным цветам: красному (R), зеленому (G) и синему (B), предназначенных для синтеза элемента изображения любого цвета. Из-за малости размера триады глаз воспринимает результирующий цвет в соответствии со степенью возбуждения каждого из люминофоров. Число триад на экране соответствует числу элементов разложения (номинальному).

Перед экраном на расстоянии  12 мм расположена металлическая (сталь) маска 2 с отверстиями, которые расположены напротив каждой триады. Маска сферическая, толщина 0,15 мм, диаметр отверстий 0,3 мм. Маска обеспечивает попадание каждого луча на «свой» люминофор, что позволяет обеспечить независимое возбуждение люминофоров в триаде. Существенно, что маска формирует из каждого пучка электронов достаточно узкий электронный луч, диаметром не больше кружка люминофора. Поскольку формирование происходит за счет вырезания части пучка (диафрагмирование), это резко уменьшает полезный ток луча и снижает светоотдачу. Прожекторы 1 расположены в горловине трубки в вершинах равностороннего треугольника. Оси прожекторов составляют с осью трубки угол  1. Лучи сходятся в плоскости теневой маски 2, проходят через отверстия, затем опять расходятся по вершинам триады.

На горловине колбы находятся также внешние узлы: отклоняющая (развертывающая) система 4, регулятор радиального сведения лучей 5, магнит чистоты цвета 6 и магнит синего луча 7.

Отклоняющая система разворачивает одновременно все три пучка.

Регулятор радиального сведения лучей 5 предназначен для статического (в центре экрана) и динамического (по полю изображения) сведения лучей. Он состоит из внешних магнитов М_св, работающих совместно с полюсными наконечниками 8, расположенными внутри колбы. Магнит М_св намагничен по диаметру, поэтому в зависимости от его углового положения между полюсными наконечниками создается поперечное магнитное поле различной величины, которое и «подворачивает» электронный пучок в радиальном направлении. Совместной регулировкой магнитов М_св добиваются статического сведения пучков.

Из-за неточности сборки трубки может возникнуть необходимость смещения одного из лучей в тангенциальном направлении. Для этого перемещают «синий» луч магнитом 7. Поле этого магнита направлено вдоль радиуса колбы, поэтому синий луч смещается по окружности.

Статическое сведение лучей в центре экрана не обеспечивает их совпадения в отверстиях маски, удаленных от центра. Для динамического сведения служат катушки К₁ и К₂ электромагнитов радиального сведения, через которые пропускаются токи специально подобранной формы, которые меняются одновременно с отклоняющими токами. Экраны 9 сделаны для автономизации регулировки пучков.

Из-за неточной сборки кинескопа в целом может возникнуть необходимость сведения геометрических осей электронных прожекторов с осью кинескопа. Для этого используется кольцевой магнит 6 (намагничен по диаметру).

Каждый из трех прожекторов имеет раздельные выводы катодов, модуляторов, ускоряющих и фокусирующих электродов. Теневая маска соединена гальванически со вторым анодом А.

Для трубки 61 ЛК 4Ц (типичный кинескоп для цветных телевизоров):

• отрицательное напряжение, запирающее луч – (100190) В;

• ускоряющее напряжение (250750) В;

• фокусирующее напряжение (4,75,5) кВ;

• полное ускоряющее напряжение  25 кВ

Яркость экрана в белых местах  110 кд/м², разрешение 550 мм по вертикали и 450 – по горизонтали. Контраст  120, число градаций яркости  8, _кин = 2,6  3,3, наработка на отказ  10⁴ час.

В масочных трубках подобного типа 80% тока каждого из пучков задерживается маской, что ведет к уменьшению яркости. Для достижения желаемой яркости приходится увеличивать токи лучей до 1,5 мА и повышать ускоряющий потенциал до 25 кВ. При этом появляется рентгеновское излучение, для уменьшения которого используют тяжелое стекло для колбы (добавки Pb, Sr⁹⁰).

Наличие трех независимых прожекторов приводит к проблеме получения белого во всех диапазонах яркостей. Причина этого – разброс модуляционных характеристик каждого из прожекторов (рис. 5.13).

Для подгонки яркостей («баланс белого») меняют ускоряющие напряжения лучей, чтобы совместить напряжения отсечки. Однако, этого мало – наклоны модуляционных характеристик разные, поэтому регулируют также коэффициенты усиления усилителей яркостных сигналов.

Цветной кинескоп с линейным расположением прожекторов.

Недостаточная яркость экрана, сложность настройки, сложная технология вынудили искать другие варианты конструкций кинескопов. Один из них – линейное (планарное) расположение электронных прожекторов.

Экран имеет штриховую структуру в виде тонких вертикальных полосок чередующихся люминофоров R, G, B. Перед экраном находится металлическая цветоделительная маска с вертикальными щелями и горизонтальными перемычками (для прочности).

Пучок зеленого прожектора направлен по оси кинескопа и создает симметричный растр, не нуждающийся в сведении. Прожекторы R и B расположены симметрично относительно прожектора G и находятся с ним в одной плоскости («планарность»). Симметрия дает возможность иметь одинаковые искажения, что упрощает сведение лучей в динамике.

Яркость свечения здесь выше, чем в мозаичных кинескопах, т.е. щелевая маска более прозрачна, чем маска с круглыми отверстиями. Сдвиг любого пучка в вертикальном направлении не вызывает искажений, т.к. пучки не сходят со «своих» полосок люминофоров.

Планарные кинескопы позволяют делать системы самосведения пучков, что невозможно в мозаичном. Для этого подбирают форму отклоняющих катушек и плотность витков в них так, что катушка горизонтального отклонения создает «подушку», а вертикального – «бочку». После настройки катушки приклеивают к колбе.

Такие кинескопы выпускаются с углом отклонения 90 и 110. Например, кинескоп 32 ЛК 1Ц: запирающее напряжение – (50100) В, фокусирующее напряжение (2,55,5) кВ, ускоряющий потенциал 18 кВ. Яркость – 150 кд/м², неравномерность  40% по полю изображения, контраст  60, разрешение составляет 350350.

Другая модель планарного цветного кинескопа (51 ЛК 2Ц) обеспечивает яркость в белом до 250 кд/м² при токе катодов  1мА, напряжении анода 25кВ. Разрешение достигает 450х450 элементов.

Упомянем еще одну разновидность цветного кинескопа – однолучевой хроматрон. Экран трубки имеет линейчатую структуру перемежающихся люминофоров, перед которыми располагается цветокоммутирующая сетка (рис. 5.14). Полоски люминофора располагаются вертикально в последовательности RGBGRGBGRGBG… Ширина полосок R и В составляет 0,2 мм, полоска G имеет ширину 0,1 мм. Один элемент цветного изображения образует RGBG.

Экран трубки алюминирован и соединен с анодом, находящемся под напряжением 15 кВ относительно катода. Перед экраном на расстоянии 20 мм натянуты вертикальные проволочные струны  0,036 мм с шагом 0,3 мм, так что нечетные струны помещены перед полосками красного люминофора, а четные – перед синими. Все четные струны соединены вместе (один вывод цветокоммутирующей сетки), а все нечетные также соединены и имеют вывод. Если напряжение на секциях сетки одинаковые (слабо отрицательные), то электронный луч прожектора проходит между струнами и попадает на зеленый люминофор (рис. 5.14), а при некотором напряжении в зависимости его знака луч попадает либо на красный, либо на синий люминофор. Сетка в целом имеет довольно большую емкость, поэтому в течение одной строки потенциал сетки не меняется, а меняется лишь один раз за три строки растра, т.е. образуются последовательно три строки одинакового цвета (интенсивность каждой из них зависит от сигнала на модуляторе) – красная, зеленая, синяя. Получается пространственное смешение цветов, но с потерей цветовой четкости в 3 раза. При количестве струн 400 горизонтальная четкость составляет  300 строк.

Подобный кинескоп (хроматрон 25 ЛК 1Ц) при яркости 200 кд/м² требует ток луча 200 мкА, ускоряющий потенциал равен 5 кВ. Потенциал коммутационной сетки 200 В, что при частоте коммутации 15 кГц : 3 = 5 кГц требует мощности 1 Вт.

6. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

6.1. Пространственные частоты изображения

Для детального рассмотрения телевизионного сигнала, в частности, его важнейшей характеристики – спектрального состава – обычно используется спектральный анализ. Целесообразность такого подхода объясняется тем, что исходное оптическое изображение представляет собой поле освещенности, распределенное по плоскости. Пространственное представление этого поля, в том числе и в виде рядов Фурье, имеет более универсальный смысл, чем временное представление. Это легко видно, например, из того факта, что неизбежное наличие пространственных апертур в любой телевизионной системе, даже в случае отсутствия перемещающихся апертур, сказывается на разрешении, частотном диапазоне сигнала и т.д. Для многопроводной системы, где нет временной развертки, пространственная апертура определяется наличием ячеек в светочувствительной матрице на передающей стороне и воспроизводящей матрице на приемной.

Второе замечание связано с тем, что разложение в ряды Фурье производится только для периодических функций, т.е. строго говоря, суммой членов ряда можно заменить только бесконечно повторяющуюся последовательность неизменных изображений, полностью идентичных мгновенному изображению кадра. В действительности этого нет, однако учитывая достаточно низкие частоты пространственных изменений в передаваемой сцене, которые могут восприниматься зрительно-аналитической системой человека (25Гц), можно по крайней мере несколько кадров ( 5) считать принципиально неизменными. Именно на этом основан используемый ниже подход, который исходит из считывания бесконечно-длинной пространственной картины, имеющей пространственный период, равный длине кадра b, на которую наложена вертикальная последовательность с длиной волны h.

Итак, рассмотрим неподвижное бесконечно повторяющееся изображение, один из фрагментов которого (кадр) показан на рис. 6.1. в виде поля освещенности E (x, y).

Вдоль прямой, проходящей через точку (x, y) и параллельной оси х, любая функция оптической неоднородности может быть записана через ряд Фурье:

,

где _m – длина m-ой пространственной волны в направлении х,

_m – фаза m-ой слагаемой ряда,

Е_у – текущая амплитуда m-ой составляющей, т.к. она зависит от координаты у.

На длине экрана b укладывается «m» пространственных длин волн освещенности (яркости), потому что мерой взяли величину b, т.е. _m m = b. Тогда можно записать:

.

Ясно, что m слева равно 0, а справа равно , т.е. не ограничено.

Величина E_m(y) сама может быть разложена в ряд по координате у:

,

где _n = – пространственная длина волны яркости в направлении у,

E_mn – амплитуда n-го компонента по высоте (в направлении у),

_n – фаза этого компонента.

Подставим:

,

где .

Т.к. при фиксированном m слагаемые, содержащие n в аргументе первой косинусоидальной зависимости в последнем выражении меняются от 0 до +  , а в аргументе второй - от 0 до -, то их можно объединить в одну косинусоидальную последовательность с пределами суммирования от -  до +. Фаза тоже будет суммарной: _mn = _m + _n (с учетом того, что в ряде, где -   n  0 она вычитается из _m, но cos – четная функция). Тогда:

,

или в комплексной форме :

,

где .

Видно, что здесь в первый ряд суммируется в пределах -   m  .

Таким образом, любое изображение может быть представлено в виде суммы косинусоидальных волн с -   m =   и -   n =  . Содержание изображения определяет амплитуды E_mn и фазы _mn компонентов ряда.

6.2. Пространственная фильтрация изображения

(фильтрация пространственного спектра изображения)

Поскольку в электрический сигнал преобразуется световой поток, проходящий через весь элемент разложения (или отраженный от всего элемента изображения), то полезно ввести функцию прозрачности апертуры, которая учитывает количество проходящего через него света. Именно этот свет и образует сигнал.

Для квадратной апертуры (диск Нипкова, приборы с зарядовой связью ПЗС) прозрачность равномерна по всей площади апертуры: (x, y) = 1 (рис. 6.2, а). Это же справедливо для круглых отверстий (диссектор) в пределах площади этого отверстия S:

,

где x, y – координаты точек апертуры относительно ее центра 0 (рис. 6.2, б).

Для электронного коммутирующего пучка прозрачность эквивалентна плотности электронного пучка, распределение которой описывается гауссовым законом (рис. 6.2, в):

Здесь r_e – условный радиус, где плотность электронов падает в «е» раз.

В действительности прозрачность ячейки ПЗС скорее можно считать не кубом, а трапециоидальным параллелепипедом (усеченная пирамида) (рис.6.2,г).

В принципе следует говорить об интегральной прозрачности всей апертуры (объем прозрачности):

.

потому что в линейном фотоэлектрическом преобразователе через апертуру проходит световой поток

.

где x, y – координаты центра апертуры.

Если спектральная чувствительность фотослоя одинакова по всей площади апертуры S, то ток сигнала:

,

Если освещенность изображения в пределах площади S постоянна и равна Е_о, то .

Передача границы освещенности. Пусть освещенность Е меняется скачком от 0 до Е_о. Тогда текущее значение сигнала (текущей координатой является х):

,

где – объем прозрачности освещенной части апертуры.

Вводят понятие переходной апертурной характеристики, которая определяется отношением текущих значений сигнала (или прозрачности) к их установившимся (предельным) значениям. Это отношение меняется с изменением координаты центра апертуры:

.

Рассмотрим случай, когда в т. х=0 освещенность меняется скачком от 0 до Е_о (рис.6.3, а). Возьмем сечение апертуры на расстоянии х от ее центра (щель с размерами 2r_x dx). Тогда прозрачность:

.

Для симметричного распределения:

.

Например, пусть апертура – квадрат dd. ddx – щель с размерами d, dx. Тогда (рис. 6.3,б)

.

Установившееся значение прозрачности _o = d ², поэтому

.

Видно, что переходная характеристика для прямоугольной апертуры, перемещающейся так, что ее сторона остается параллельной границе освещенности, имеет линейный характер (рис. 6.4, а).

При любой другой ориентации прямоугольной апертуры характеристика будет нелинейной. Для круглой апертуры диаметром d апертурная переходная характеристика (рис. 6.4, б):

.

Характеристика в т.О имеет максимальную скорость нарастания, т.к. она пропорциональна текущей длине хорды апертуры.

Если в телевизионной системе есть две сканирующих системы - передающая и воспроизводящая, то результирующая переходная характеристика станет еще хуже.

Таким образом, бесконечно узкая граница двух разных по оптической плотности (яркости, освещенности) областей изображения, т.е. скачок освещенности Е, растягивается по меньшей мере на размер апертуры, т.е. ухудшается четкость. В этом смысле апертурные искажения по своим результатам подобны расфокусированию изображения из-за объектива.

Если прозрачность распределена по Гауссу, то (кривая 6.4, в):

Для этого случая H(x) простирается в обе стороны бесконечно, однако за границы переходного процесса принимают 2r_e (0,08 и 0,92 от _о).

Если есть две одинаковые гауссовы апертуры, то получается в итоге как бы одна характеристика с гауссовым законом (кривая 5) и условным радиусом r_s = r_e. Соответственно, в раз увеличивается и протяженность переходной кривой:

.

Апертурно-частотная фильтрация. Ясно, что при увеличении протяженности границ переходов освещенности должна меняться также частотная пространственная характеристика изображения. Грубо говоря, если мы ощупываем пространственный рельеф каким-то «толстым щупом», то верхние частоты (мелкие детали изображения) будут теряться. Для аналитической записи этого факта рассмотрим пространственное поле, которое зависит от одной координаты х:

.

Здесь выделена нулевая частотная составляющая (средняя или постоянная освещенность Е_о) гармонического разложения и она вынесена за знак суммирования, т.е. на нее разделены амплитуды всех гармоник, так что:

- глубина модуляции m-го компонента (амплитуда m-го компонента относительно постоянной составляющей).

Подобно рассмотренному ранее, можно показать, что считанный сигнал

.

Сомножитель U^/_m определяет апертурно-частотную характеристику сканирующего устройства. Для примера рассмотрим апертурно-частотную характеристику для квадратной апертуры dd. Обычно берут не U^/_m, а U_m, который отличается другим направлением х, т.е. . Тогда для квадратной апертуры

- кривая 1 (рис. 6.5).

Для гауссовой апертуры:

(кривая 2).

Кривая 1 пересекает ось абсцисс при целочисленных d/_m, убывая по амплитуде. Кривая 2 оси абсцисс не пересекает. Физически это связано с тем, что «щуп» в виде электронного пучка с плотностью электронов по закону Гаусса не имеет плоской части и есть «еще более острая часть», которая ощущает все более и более мелкие детали.

Понятно, что идеальное значение U_m – горизонтальная прямая с ординатой 1,0. При двух диафрагмах (передача-прием) апертурно-частотная характеристика определяется квадратом U_m. Если есть две апертуры, то получается кривая 3, если две гауссовых – кривая 4.

Можно утверждать, что конечные размеры апертур срезают часть верхних пространственных частот, т.е. число компонентов пространственного спектра ограничено заданной глубиной модуляции. Это эквивалентно тому, что введение апертуры создает фильтр пространственной частоты.

В любом случае, как говорилось, это дает уменьшение четкости изображений, что можно выразить количественно.

Разрешающая способность телевизионной системы оценивается количеством полупериодов пространственной частоты, воспроизводимой с глубиной модуляции, большей чем порог (отсчетный уровень) _о (см. рис. 6.5).

В силу принципа построчного разложения изображения продольное (вдоль строк) разрешение определяется также полосой частот в канале связи (кривая 5). Если эта полоса частот имеет прямоугольную форму, т.е. граничная пространственная частота , где  = 2 – период изменения яркости, то это, в свою очередь, апроксимируется распределением прозрачности в такой апертуре вида:

.

Поперечное разрешение определяется дискретностью растра, т.е. за счет строчного разложения, и это разрешение обычно бывает меньше продольного. Если увеличивать число строк, то и поперечное разрешение приближается к тому, которое определяется апертурной фильтрацией.

6.3. Частотный спектр сигнала изображения

Не будем обращать внимание на время обратного хода развертки и ее нелинейность. Тогда координаты передаваемых элементов изменяются во времени линейно:

,

где V_x – скорость сканирования по х; b – максимальный горизонтальный размер; z – полное число строк в кадре; f_k – частота кадров; h – вертикальный размер кадра; V_y – скорость изменения координаты у при разложении.

Считанный сигнал во времени: i (t) = c E (x, y), где Е – освещенность.

Было:

.

Так что:

.

Слагаемые в круглых скобках:

- имеет размерность частоты. Можно назвать:

f_гр = z  f_k – частота горизонтальной развертки,

f_вр = f_k – частота вертикальной развертки.

Тогда считанный ток можно представить в виде гармоник:

.

Это выражение определяет спектр телевизионного сигнала. Видно, что он имеет дискретный характер и содержит гармоники с номерами 0  m  , кратные частоте горизонтальной развертки, около каждой из которых группируются гармоники с номерами - n  , кратные частоте вертикальной развертки.

В частном случае, когда освещенность меняется только по вертикали (горизонтальные полосы), в спектре сохраняются лишь n-ые гармоники вертикальной развертки f=nf_вр. Хотя теоретически n_max = , апертурная фильтрация делает количество гармоник n небольшим, да и величина f_вр невелика. Если же освещенность поля изображения меняется только по горизонтали (вертикальные полосы), в спектре не будет n-ых гармоник, а только одни m-ые. Так как f_гр = zf_вр, то и гармоники mf_гр простираются далеко по оси частот.

В общем случае, когда освещенность меняется по горизонтали и по вертикали, спектр сигнала группируется вокруг нулевой, первой, второй и т.д. гармоник f_гр (рис. 6.6). Огибающая этих гармоник зависит от распределения освещенности вдоль строк.

Огибающие боковых спектров зависят от распределения освещенности в поперечном (вертикальном) направлении.

Т.к. отношение f_гр и f_вр определяется структурой растра и равно z, то между двумя гармониками f_гр может расположиться 2z гармоник частоты вертикальной развертки. Однако если z мало или если n (реально учитываемое количество вертикальных гармоник) велико, то может получиться наложение боковых гармоник, которые совпадут для n – положительного крыла спектра гармоники горизонтальной развертки с (n+1) – отрицательным крылом спектра следующей гармоники горизонтальной развертки (рис. 6.7). Как видно из рисунка, произошло наложение частот за счет перекрытия боковых, т.е. на одной и той же частоте идут сигналы разных компонентов (горизонтальных и вертикальных):

f = m f_cгр + n₁ f_k = (m+1) f_cгр – n₂ f_k.

Если есть еще более дальнее перекрытие, то

f = m_i f_cгр + n_k f_k = m f_cгр + n_l f_k.

Наложение боковых составляющих создает своеобразные посторонние изображения (муар).

До этого рассматривались неподвижные изображения. Передача движущихся изображений сопровождается амплитудной модуляцией гармонических составляющих (горизонтальных и вертикальных), что добавляет в спектре еще дополнительные боковые составляющие (вокруг всех гармоник). Ширина этой добавки не превышает 3 Гц на каждую составляющую (дальше не надо, ибо не воспринимает глаз в силу своей инерционности).

6.4. Полоса частот телевизионного сигнала

Как уже говорилось раньше (гл. 1), полоса пространственных частот однозначно связана с количеством элементов разложения, а реальный спектр зависит от конкретного изображения (сюжета), передаваемого по ТВС.

Низшая частота спектра f_H определяется минимальной пространственной частотой, которая определяется максимальными деталями изображения. Очевидно, что такая деталь может занимать почти весь экран и ее временная частота составляет f_K, т.е. требуется все время кадра Тк, чтобы ее передать:

.

Самое простое передаваемое изображение – две горизонтальные полосы (черная и белая) одинаковой ширины и с синусоидальным «сечением по яркости» (освещенности), рис. 6.8.

Здесь в принципе только одна гармоника, не считая постоянной составляющей, т.к. освещенность не может быть меньше 0.

Более сложная картинка спектра даже при условии все тех же двух полос (белая и черная) получается, если полосы имеют более резкие границы и (или) полосы имеют различную ширину.

В современных телевизионных системах применяется только чересстрочная развертка (см. след. раздел), при которой частота кадров в два раза ниже частоты полей (полукадров). В этом случае наиболее простое изображение, дающее нижнюю частоту, должно быть таким, чтобы в течение первого полукадра поле изображения было светлым, а в течение второго – темным (или наоборот). Практически такой случай реализуется в виде горизонтальных полос шириной в одну строку, разделенных такими же темными промежутками.

Очевидно, что высказанные соображения относительно нижних частот сигнала будут справедливы и для вертикальных полос – минимальная (и единственная) частота телевизионного сигнала, соответствующая одной темной и одной светлой вертикальной полосе, имеющим синусоидальное «сечение» освещенности, равна первой гармонике строчной частоты. По мере увеличения числа полос и (или) резкости границ будет расти количество гармоник строчной частоты.

В любом случае существенно подчеркнуть, что низкие частоты спектра телевизионного сигнала несут информацию о распределении яркости по крупным деталям изображения, а высокие – о мелких деталях изображения, в том числе и о контурах (границах) крупных деталей.

Высшая частота спектра f_B соответствует минимальному элементу изображения, за которой принят квадрат со стороной, равной ширине строки . Первая гармоника при считывании таких мелких деталей (элемент + пропуск): , где k – формат изображения. Для воспроизведения самых мелких деталей достаточно передавать только первую гармонику, определяющую среднюю величину яркости этих деталей, потому что глаз почти не замечает искажение распределения яркостей в пределах малого элемента. Эта частота и есть высшая составляющая спектра телевизионного сигнала.

Часть строк растра теряется на обратный ход кадра (z), так что активное (действительное) число строк уменьшается до z (1- ). Изменение соотношения между прямой и обратной частью периода кадра сказывается на реальной четкости по вертикали за счет уменьшения числа строк разложения. В то же время обратный ход кадра (его время) не влияет на скорость движения развертывающего луча, т.е. не меняет ни верхней, ни нижней границ полосы частот.

Длительность прямого хода по строке за счет обратного хода по строке при заданном периоде строк уменьшается на время T_СГР, т.е. в действительности

Т_{СГР АКТ} = Т_СГР (1 - ).

Считая, как и раньше, размер элементов разложения одинаковым по вертикали и горизонтали и равным , получим: . Учитывая, что , найдем:

.

В нашем телевизионном стандарте разложения выбрано:

 = 0,08, т.е. 50 строк – на обратный ход кадра (z = 625),

 = 0,18, т.е. t_сбр = 11,52 мкс при Т_стр = 64 мкс, Т_{сгр акт} = 52,48 мкс.

Коэффициент  определяется следующими соображениями. В горизонтальном направлении минимальный размер элемента равен толщине строки, а в вертикальном направлении (поперек строк) такая же деталь может воспроизводиться либо одной строкой (когда центр этой детали совпадает с центром строки растра), либо двумя строками (когда центр детали лежит посередине строк), т.е. четкость по вертикали не является постоянной величиной и составляет от 1 до 0,5 от величины четкости по горизонтали. Чтобы несколько выровнять четкости по обоим направлениям, четкость по горизонтали уменьшается за счет полосы частот в  раз. Практически полоса уменьшается в 1,1 – 1,2 раз.

Если подставить в последнюю формулу  = 0,82, z = 625, f_k = 50 Гц, выбранные исходя из пространственной и временной характеристик зрения, получим:

МГц.

6.5. Чересстрочная развертка

Как было показано, полоса частот телевизионного сигнала простирается от 50 Гц до 12 МГц. Обработка сигналов в такой полосе трудна, поэтому представляет интерес пули ее уменьшения. Реально можно уменьшить частоту кадров, однако, чтобы не было мельканий, можно сделать кадр в виде двух полукадров (полей), в каждом из которых 312, т.е. z/2 строк. Это допустимо, т.к. глаз замечает частоту мельканий прежде всего для крупных деталей, а для двух близко расположенных точек (элементов), яркость которых меняется от нуля до максимальной, обе точки кажутся светящимися непрерывно, если сумма частот их яркостных мельканий выше критической. Т.е. для мелких деталей предельно низкая частота мельканий уменьшается практически вдвое.

Строки полуполей чередуются – 1 полукадр содержит нечетные строки, II – четные. Для выполнения этого количество строк в кадре должно быть нечетным: z = 2m + 1 (для нашего стандарта m = 312), кроме того, должна быть жесткая связь частот: , т.е. . Это соотношение обеспечивается синхрогенератором передатчика.

В принципе можно брать чересстрочную развертку и с большей кратностью, чем 2:1, например, 3:1, или 4:1. Однако здесь уже становится заметным мелькание, уменьшается четкость объектов, движущихся в вертикальном направлении.

Для любого чересстрочного разложения есть эффект «скольжения строк» – пока луч чертит текущую строку, его яркость максимальна, а яркость предыдущей строки, прочерченной в предыдущем поле, имеет спадающий характер. Этот эффект мало заметен при кратности 2:1, а при больших кратностях сказывается очень сильно.

К этому можно добавить, что периферийное зрение менее инерционно, поэтому при наблюдении ТВ изображения с близкого расстояния (когда большой угол зрения и участвует периферия глаза) становится заметным мелькание при принятых у нас частотах (f_k=25 Гц). Установлено, что истинная 625-строчная развертка (не чересстрочная) по четкости эквивалентная 900-строчной с чересстрочным принципом.

Чересстрочное (любое) разложение требует нецелого отношения частот:

, z – целая часть (целое число строк в поле)  - дробная часть: .

В общем случае:

За первое поле (z + ) строк

за два поля 2(z + ) строк

за W полей W(z + ) = Wz +W = z₀ – полное число строк в кадре, после чего цикл заканчивается.

Т.к. z₀ и Wz – целые числа, то и W должно быть целым.

Если обратиться вновь к спектральному составу ТВ сигнала, то в случае чересстрочного разложения на интервале между гармониками строчной частоты укладывается не z₀ частот кадровой развертки, а z +  интервалов и при перекрытии боковых спектров их гармонические составляющие перемежаются. Т.е. увеличение в W раз времени передачи кадра (W полей в кадре) сопровождается уплотнением в W раз частотного спектра сигнала. В случае гармоники из нижнего бокового спектра (m + 1)-й гармоники строчной частоты располагаются ровно посередине между составляющими верхнего бокового спектра m-ой гармоники строчной развертки, т.е. линейчатый частотный спектр сигнала в целом уплотняется в 2 раза.

7. СИНХРОНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗВЕРТКИ

Процессы развертки на передающей и приемной стороне телевизионной системы должны быть синфазными, т.е. должен сканироваться один и тот же элемент изображения – передаваемого и воспроизводимого. В принципе синфазность не обязательно означает синхронность, т.е. одинаковые частоты строк и кадров. Частоты могут быть кратными, однако в действительности процессы анализа и синтеза идут (проводятся) и синфазно, и синхронно.

1. Методы синхронизации

Автономная синхронизация означает независимую синхронизацию передающей и приемной стороны, которые каким-то образом вначале установлены.

При автономной синхронизации (два независимых генератора) получаются практически невыполнимые требования к стабильности частоты обоих генераторов. Обычно задана та относительная часть строки , смещение на которую становится заметным, что эквивалентно промежутку времени   t_стр, где t_стр – длительность строки. Очевидно, что суммарное относительное расхождение за время наблюдения Т_н не должно превышать:

.

При  = 0,01 (что уже заметно), t_стр = 64 мкс и Т_н = 1 час:

.

Эта же величина характеризует и требования к стабильности частоты независимых генераторов. Как видно, эти требования невыполнимы, хотя для факсимильных систем передачи изображения (Т_н  1 мин) автономная синхронизация реализуема при кварцевой стабилизации частоты генераторов.

Принудительная синхронизация требует организации специального сигнала синхронизации.

В этом случае может быть один из следующих способов:

• внешняя синхронизация, когда передатчик и приемник организуют свою работу от некоторой внешней системы (сигнал единого времени и т.п.);

• синхронизация приемника от передатчика;

• синхронизация передатчика от приемника.

В вещательных телевизионных системах используется исключительно принудительная синхронизация, в которой ведет передатчик. Однако в тех случаях, когда есть несколько источников сигналов (датчиков), которые могут работать автономно (передвижные телестанции) и даже с разными параметрами разложения (международный обмен программами), приходится достигать синхронности за счет записи сигналов (сообщений) синхронно с сигналом источника сообщения, а считывать (иногда тут же) – синхронно с сигналами передающей станции.

1. Требования к сигналам синхронизации

На все развертывающие устройства телевизионной системы подаются специальные синхронизирующие сигналы (импульсы), определяющие начало обратного хода и кадра (поля).

Для синхронизации приемных устройств в общем канале с сигналом изображения (яркости) передается сигнал синхронизации. Кроме этого, в сигнал изображения вводятся гасящие импульсы, запирающие электронные лучи передающих и приемных трубок на длительность обратного хода строк и кадров. Для передающих трубок это необходимо, чтобы не искажать потенциальный рельеф во время обратных ходов, а на приемных – чтобы не было дополнительной засветки экрана, снижающей общий контраст изображения.

Длительность обратного хода строчной и кадровой разверток существенно различны, поэтому гасящие импульсы строк намного короче во времени, чем кадровые. Длительность гасящих импульсов приемника должна быть больше, чем у передатчика – чтобы избежать, например, сдвигов за счет разной длины кабелей от разных передающих камер.

Сигнал синхронизации приемников создается на телевизионном центре (ТЦ) и передается на приемники во время передачи гасящих импульсов, побуждая генераторы начинать обратные ходы разверток. Вершины гасящих импульсов служат «пьедесталами», на которых располагаются импульсы синхронизации. Уровень сигнала гашения равен или больше «уровня черного», поэтому синхроимпульсы идут на уровне «чернее черного». Это позволяет подавать на кинескоп полный канальный (телевизионный) сигнал без подавления каких-либо его составляющих, в том числе синхроимпульсов.

С другой стороны, импульсы синхронизации должны четко отделятся от сигнала изображения, а также друг от друга.

Благодаря расположению синхроимпульсов на гасящих импульсах, появляется возможность их выделения с помощью простого амплитудного порогового устройства (дискриминатора).

Для разделения строчных и кадровых импульсов можно было бы тоже использовать разницу в их амплитудах, однако для отчетливого разделения потребовалось бы существенно увеличить мощность передатчика. Поэтому для разделения строчных и кадровых синхроимпульсов используется временное различие – длительность кадровых импульсов много больше строчных.

Различная длительность синхроимпульсов позволяет достаточно просто их разделить с помощью простейших дифференцирующих и интегрирующих цепочек (рис.7.1).

Этот способ не только прост, но и достаточно помехоустойчив, все короткие импульсы практически не влияют на кадровый синхроимпульс.

Недостаток такого способа разделения строчных и кадровых синхроимпульсов – очень пологий фронт сигнала после интегрирования, поэтому возможна нечеткая временная привязка выходного импульса – из-за шумов, помех, дрейфа порога дискриминации и т.п.

Превышение синхроимпульсом импульса гашения (синхроимпульсы «чернее черного») может быть реализовано двояким образом – когда амплитуда импульса синхронизации превышает телевизионный сигнал и когда синхроимпульс представляет собой минимальное значение сигнала (рис. 7.2). В первом случае телевизионный сигнал называется негативным или отрицательной полярности, потому что сигнал яркости уменьшается при увеличении освещенности и уровень белого соответствует минимальному сигналу. Позитивный сигнал (рис. 7.2,б), или сигнал положительной полярности, имеет наибольшее значение при наибольшей освещенности. На первый взгляд, между ними нет принципиальной разницы, однако в действительности практически все телевизионные системы используют негативную полярность сигнала. Это объясняется тремя серьезными преимуществами:

1. Импульс синхронизации – наибольший, поэтому вероятность сбоя синхронизации из-за шумов и наводок будет наименьшей, в то время как для позитивного сигнала вероятность сбоя будет наибольшей.

2. Экстремальные значения мощности передатчика при негативном сигнале будут только во время передачи синхроимпульсов, что резко уменьшает необходимую среднюю мощность по сравнению с позитивным сигналом.

3. Статистика передаваемых сюжетов свидетельствует о преобладании светлых деталей и изображений в целом, что также заставляет отдать предпочтение негативному сигналу.

1. Форма сигналов синхронизации

При построчном (не чересстрочном) разложении между двумя кадровыми импульсами (передними фронтами) помещаются z строчных импульсов. Длительность строчных импульсов t_cc во много раз меньше длительности кадровых импульсов t_ck. После дифференцирующей цепи положительные импульсы идут на синхронизацию генератора строчной развертки, а отрицательные не используются.

Длительность t_ck много больше длительности строки, поэтому во время его передачи нет строчных синхроимпульсов. В результате генератор строчной развертки (ГСР) будет идти самоходом (в автоколебательном режиме), поэтому первые несколько строк поля могут быть «сбиты». Для сохранения принудительной синхронизации строк во время кадрового синхроимпульса в кадровый синхроимпульс вводят «врезки», идущие со строчной частотой. Длительность врезок равна длительности строчных синхроимпульсов, но они сдвинуты по времени на длительность строчного синхроимпульса, так что их задние фронты (положительные) соответствуют передним фронтам строчных СИ (рис.7.3).

В этом случае после дифференцирующей цепочки появляются положительные импульсы и во время кадрового импульса, т.е. принудительный запуск ГСР обеспечен.

После интегрирующей цепочки врезки дадут зубцы, однако они будут одинаковыми у всех импульсов кадров, поэтому их влияние будет незаметным.

Несколько труднее выполнить условие четкой синхронизации при чересстрочном разложении. Здесь количество строк z – нечетно в кадре и между двумя последовательными синхроимпульсами полей размещается (n + 0,5) периодов строчной частоты Н. Для синхроимпульсов четных и нечетных полей картина будет различной (рис. 7.4).

Из-за более раннего начала кадрового синхроимпульса нечетного поля (первый полукадр заканчивается на половине строки) после интегрирующей цепи напряжения I и II кадрового СИ будут разными по величине, и после дискриминатора появляется и разница  во времени.

Если такие импульсы подать на синхронизацию генератора развертки полей, то появляется сдвиг, который может достигать половины длительности строки, т.е. чересстрочная развертка разрушается, строки полей сливаются («спаривание строк»), что резко ухудшает качество изображения – уменьшится количество элементов по вертикали (в 2 раза уменьшается количество строк) и по горизонтали – складываются два элемента из разных строк. Для того чтобы ликвидировать различие между четными и нечетными импульсами после интегрирующей цепочки, надо ликвидировать первопричину в различии интегрированных кадровых импульсов – разные временные интервалы между строчными и кадровыми импульсами. Поэтому вводят на время кадрового синхроимпульса врезки удвоенной строчной частоты. На такое нововведение генератор строчной частоты не реагирует, потому что первый импульс, врезанный между строчными импульсами, приходит слишком рано и если его амплитуда не чрезмерна, то генератор строчной развертки на него просто не отзовется и генератор работает как бы в режиме деления частоты с коэффициентов деления 2.

Хотя в этом случае ₂ тоже есть, но он меньше, чем раньше (рис. 7.5): ₂ << ₁.

Однако и это неприятно. Чтобы еще больше сблизить результирующее напряжение с интегрирующей цепочки, перед синхроимпульсом поля и сразу за ним вместо обычных синхроимпульсов строк в канал подаются эти же импульсы, но удвоенной частоты. Эти импульсы называются уравнивающими, они по-прежнему просчитываются (не замечаются) генератором строчной развертки. Чем больше их количество, тем более идентичны синхроимпульсы четных и нечетных полей. Уравнивающие импульсы в 2 раза короче строчных.

Таким образом, для получения устойчивой чересстрочной развертки приходится довольно сильно усложнять синхроимпульс поля (рис. 7.6).

1. Генератор синхроимпульсов

Как было показано, для реализации чересстрочной развертки нужны импульсы разных частот, разных длительностей и различных сдвигов между ними, чтобы сформировать удовлетворительный сигнал синхронизации. В основе синхрогенератора телевизионного передатчика лежит кварцевый генератор частотой 2МГц с относительной нестабильностью 10^-6 (по ГОСТ 7845-75 погрешность частоты строк  0,016 Гц). Функциональная схема синхрогенератора дана на рисунке 7.7. После первого делителя частоты (:64) получается частота строк.

Счетчики (:25) построены на двоичном принципе с обратной связью. После этого идут формирователи, которые образуют нужную длительность и форму сигналов. После смещения сигналов и необходимых сдвигов во времени получают все необходимые составляющие для формирования полного ТВ синхросигнала.

1. Полный телевизионный сигнал

Полный телевизионный сигнал содержит сигнал изображения (яркости), гасящие и синхронизирующие импульсы, соотношения между которыми по амплитуде и длительности определены ГОСТ 7845-79.

Стандартом установлено, что импульсы синхронизации расположены на вершинах гасящих импульсов и их амплитуды составляют 43% от перепада между уровнем черного и уровнем белого. Помещаются синхроимпульсы ближе к левому краю гасящих импульсов. Для развертки лучше, если синхроимпульс будет возможно левее, т.к. именно с приходом синхроимпульса начинается обратный ход развертки, т.е. тем самым добавляется время на обратный ход. Однако начинать одновременно импульс гашения и СИ нельзя, чтобы на начало импульса синхронизации не накладывался сигнал яркости, который может быть близким к уровню черного на момент окончания прямого хода строки. Надо, чтобы закончились переходные процессы от сигнала (т.е. установился гасящий импульс), а потом уже начинался СИ, т.е. должен быть четко выраженный уступ в виде импульса гашения, а затем начинаться СИ. Полоса пропускания канала синхронизации в телевизионных приемниках составляет (1  2) МГц, что соответствует длительности переходных процессов  0,5 мкс. Следовательно, уступ перед строчным СИ должен быть не меньше 0,5 мкс. ГОСТом эта величина установлена в 1,5 мкс.

На уступе гасящего импульса кадра перед СИ поля должно быть 5 уравнивающих импульсов, что и определяет длительность этого уступа – не менее 160 мкс.

Эти требования к каналу синхронизации устоялись и действуют как в России, так и в других странах. Довольно сложная форма СИ поля оправдана, т.к. позволяет получить хорошую (устойчивую) чересстрочную развертку при использовании простой интегрирующей цепочки.

Строки кадра нумеруются от 1 до 625, начиная от переднего фронта кадрового синхроимпульса (КСИ) в первом поле.

Первое поле – то, у которого передние фронты КСИ и ССИ совпадают. Таким образом, первое (I) поле включает строки с 1 по 312+1/2 строки №313, а вторая половина строки №313 и все последующие строки по 625-ю включительно образуют II поле. Длительность прямого и обратного хода строки 64 мкс, поля – 20 мс, длительность строчного СИ d = 4,7 мкс, уравнивающего р = 2,35 мкс, строчного гасящего а = 12 мкс, гасящий импульс кадра j = 25Н + а = 25  64 + 12 = 1612 мкс. Первый уступ l = 2,5Н = 160 мкс, затем следует синхроимпульс поля m = 2,5Н, потом вторая последовательность уравнивающих импульсов n = 2,5Н. В нескольких строках (строчных интервалах) КСИ передаются сигналы цветовой синхронизации, которые будут рассмотрены позже.

1. СИСТЕМА ЧЕРНО-БЕЛОГО (ЧБ) ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

1. Звенья тракта передачи

Тракт вещательного телевидения (ГОСТ 18471-83) состоит из тракта передачи изображения и тракта звукового сопровождения. Первый тракт включает технические средства от объекта передающей камеры до экрана кинескопа, тракт звука – от микрофона до громкоговорителя телевизионного приемника.

Рассмотрим тракт передачи изображения. Сюда входят (рис. 8.1):

• канал изображения аппаратно-студийного комплекса АСК

• канал изображения сети распределения телевизионных программ СРТП

• канал изображения радиотелевизионной передающей станции РТПС

• ретрансляционная станция (если есть) РТС

• канал изображения телевизионного приемника ТПр

• антенна приемника А.

Канал АСК преобразует изображение в ТВ сигналы, обрабатывает их и передает на вход последующего звена тракта. Начало – объектив передающей камеры, конец – выходное гнездо оконечного устройства, работающего на линию связи.

Канал СРТП осуществляет последовательное соединение каналов изображения междугородных телевизионных аппаратных (МТА) и каналов изображения телевизионных соединительных линий (ТВСЛ) для передачи полного ТВ сигнала из АСК города, где формируется программа, до радиотелевизионной передающей станции или АСК другого города, где эта программа используется.

Канал РТПС предназначен для преобразования полного ТВ сигнала в радиосигнал изображения и его излучения в эфир.

Ретрансляционная станция РТС принимает сигнал вещательного телевидения, его преобразования и повторное излучение в другом радиоканале.

Телевизионная приемная система (А) – совокупность технических средств из пассивных и активных (усилительных и преобразовательных) элементов, предназначенных для преобразования электромагнитного излучения в радиосигналы вещательного телевидения, передачи и распределения их на входы телевизионных приемников.

Канал изображения телевизионного приемника ТПр предназначен для преобразования радиосигнала в телевизионное изображение (от гнезда антенны до экрана кинескопа).

Требования, нормы, показатели качества звеньев тракта изложены в соответствующих стандартах. Аппаратно-студийный комплекс представляет собой совокупность телевизионных студий и телевизионных аппаратных телевизионного центра (ГОСТ 19871-74). Наиболее сложным звеном является аппаратно-студийный комплекс, который, в свою очередь, содержит аппаратно-студийный блок АСБ, центральную аппаратную (АЦ) и аппаратно-программный блок (АПБ).

АСБ (рис. 8.2) – это автономная производственная единица для подготовки, консервации и трансляции передач, а аппаратно-программные блоки – для формирования программ из отдельных фрагментов. АСБ и АПБ оснащены всеми видами датчиков ТВ сигнала (передающие камеры, видеомагнитофоны, телекинодатчики, телеэпипроекторы и т.п.) и имеют несколько камерных каналов.

АЦ (рис. 8.3) – центральная аппаратная – осуществляет коммутацию всех входных и выходных линий. Одновременно с ТВ сигналом коммутируются сигналы звукового сопровождения, сигнализации и связи.

На рис 8.4 показана функциональная схема формирования полного телевизионного сигнала ЧБ изображения. Она содержит камерный канал тракта изображения с элементами коммутации. Сигнал берется от передающей ТВ камеры.

В передающей ТВ камере размещен видеоискатель – малогабаритное видеоконтрольное устройство (ВКУ), необходимое оператору при работе.

Сигнал с передающей трубки усиливается с помощью предварительного усилителя, расположенного вблизи трубки, затем в промежуточном и линейном усилителях, где осуществляется также дополнительная обработка сигнала (апертурная и гамма-коррекция, восстановление средней (постоянной) составляющей, а также формируется полный ТВ сигнал. Сигнал на выходе промежуточного усилителя имеет положительную полярность – потенциал белого выше потенциала черного. Форма и уровень сигнала контролируются осциллографом, а изображение – с помощью ВКУ.

С выхода промежуточного усилителя сигнал поступает на микшерно-коммутирующее устройство, на которое поступают сигналы и от других камер (датчиков). Здесь происходит выбор передающей камеры, регулировка уровня и при необходимости – смешение (вытеснение) одного изображения другим.

Основное назначение линейного усилителя – ограничение размаха сигнала и замешивание в сигнал изображения (сигнал яркости) импульсов синхронизации. Импульсы синхронизации создаются генератором синхронизации одновременно с гасящими импульсами. На выходе линейного усилителя получается полный ТВ сигнал, который затем поступает в центральную аппаратную и далее – на радиопередающее устройство.

Формирование программы звукового сопровождения производится своим каналом. Источники сигналов – высококачественные микрофоны и магнитофоны. Каждый микрофон имеет свой усилитель, с выходов которых сигналы подаются на микшерно-коммутирующее устройство.

С помощью микшерно-коммутирующего устройства звукорежиссер осуществляет выбор источника звука, регулировку и контроль уровня сигнала, наложение и смешение звуковых сигналов. Здесь же могут добавляться специальные звуковые эффекты (например, искусственная реверберация и т.п.).

В линейном усилителе происходит компрессирование (сжатие) динамического диапазона, контроль и установление величины выходного сигнала.

Канал звукового воспроизведения имеет параметры высшего класса качества:

Диапазон частот 30-15000 Гц.

Неравномерность АЧХ не более 1 дБ (5 дБ на краях).

Коэффициент гармоник 1,52%.

Защищенность от интегральной помехи 55 дБ.

1. Радиосигнал вещательного телевидения

Радиосигнал вещательного телевидения состоит из радиосигналов изображения и звукового сопровождения.

Радиосигнал изображения – сигнал несущей изображения, модулированный полным телевизионным сигналом (ГОСТ 7845-79). Используется амплитудная модуляция – уровень синхронизирующих сигналов соответствует максимуму радиосигнала, а уровень белого – минимуму.

Принятая негативная полярность сигнала (по огибающей) позволяет получить упоминавшиеся (гл. 7) преимущества по сравнению с позитивной полярностью. Добавим, что при негативной полярности помехи импульсного характера воспроизводятся в виде очагов затемнения, которые в общем менее заметны на изображении, чем белые – что было бы при позитивной полярности, т.е. используется одна из особенностей психофизической реакции человека.

Уровень, соответствующий белому в сигнале, должен составлять 15%2%, а минимальный уровень (остаток немодулированной поднесущей) 72%. Этот остаточный сигнал несущей изображения совместно с напряжением несущей частота радиосигнала звукового сопровождения используется в телевизионных приемниках для получения колебаний второй промежуточной частоты звукового канала. Если в радиосигнале уровень белого будет снижен до 0, то будет нарушено прохождение сигналов звука.

Полоса частот телевизионного радиопередатчика представлена на рис. 8.6.

Для сужения полосы частот радиоканала использовано частичное подавление нижней боковой полосы сигнала изображения.

Звуковое сопровождение передается на основе частотной модуляции. Максимальная девиация частоты 50 кГц. Разнос несущих частот изображения f_{м из} и звука f_{м зв} составляет:

f_{м из} - f_{м зв} = (6,500  0,001) МГц, т.е. f_{м зв}  f_{м из}

Еще раз отметим, что частота 6,5 МГц является второй промежуточной частотой канала звука.

Полоса частот канала изображения много больше полосы частот канала звука, поэтому отношение номинальных мощностей передатчиков сигналов изображения и звука составляет  (10 : 1).

Полная номинальная ширина полосы частот радиоканала телевизионного вещания составляет 8 МГц, поэтому для телевидения используются метровый и дециметровый диапазон радиоволн. В соответствии с ГОСТ 7845-79 в нашей стране предусмотрено 5 частотных диапазонов с общим количеством радиоканалов 60.

Частотный диапазон	Номер радиоканала	Количество каналов	Границы диапазона, МГц
метровый I (6м-4,5м)	1,2	(2)	48,5-66,0
диапазон II (3,9-3м)	3,4,5	(3)	76,0-100,0
III (1,72-1,3м)	6-12	(7)	175,0-230,0
децимет- IV (6,38дм-5,15)	21-34	(14)	470,0-582,0
ровый V (5,15дм-3,80)	35-60	(26)	582,0-790,0

В настоящее время освоен метровый диапазон и осваивается дециметровый. Выбор нижней границы I канала определяется тем, что для выделения полного ТВ сигнала из радиосигнала надо, чтобы несущая в несколько раз превышала частотный диапазон сигнала (6 МГц). Кроме того, диапазон до 40 МГц занят для радиовещания и радиосвязи.

Верхняя граница V диапазона ограничена теми длинами волн, на распространение (поглощение) которых сильно сказывается состояние атмосферы. Поэтому дальнейшее увеличение частоты (1-10 ГГц, т.е. (30-3) см, используются только для работы в радиорелейных и космических системах связи, а также для связи с передвижными телевизионными станциями.

В соответствии с ГОСТ 7849-79 допускается использовать горизонтальную или вертикальную поляризацию волн излучения телевизионного передатчика. Преимущество отдается горизонтальной поляризации, т.к. в этом случае меньше сказываются помехи промышленного и транспортного происхождения. Кроме того, это облегчает конструирование направленных антенн. Однако вертикальная поляризация позволяет уменьшать взаимные помехи нескольких радиопередатчиков.

1. Телевизионный приемник черно-белого изображения

Телевизионный приемник («телевизор») предназначен для воспроизведения изображения и звука телевизионной программы, а также выбора самих программ (телевизионных каналов).

Особенностью ТВ приемника является одновременный прием сигналов изображения и звука, причем сигнал изображения имеет широкую полосу частот (6 МГц). Часть блоков приемника входят в оба канала.

Современные ТВ приемники выполняются по супергетеродинной схеме, причем канал звукового сопровождения – по схеме двойного преобразования несущей частоты. Характерная особенность ТВ приемника – широкая полоса пропускания.

Обычно телевизионный приемник делят на радиоканал, канал изображения, звука и канал развертки (рис. 8.7).

Входным устройством приемника является селектор каналов, обеспечивающий усиление радиосигналов в усилителе высокой частоты (УВЧ) и преобразование их по спектру с помощью гетеродина и смесителя. На выходе смесителя есть комбинационные частоты, в том числе те частоты, которые являются промежуточными для канала изображения f_приз и звука f^/_прзв:

f_приз = f_г – f_низ = 38,0 МГц

f^/_прзв = f_г – f_нзв = 31,5 МГц,

где f_г – (перестраиваемая) частота гетеродина.

Промежуточные частоты выбраны ниже самого низкочастотного ТВ канала.

Выбор канала (программы) производится одновременным переключением контуров в УВЧ и гетеродине селектора каналов СК, так что значения промежуточных частот не меняется.

Основное усиление сигналов ( в 10³ раз) производится в усилителе промежуточной частоты канала изображения (УПЧИ).

Поскольку при использовании только одной боковой полосы частот возникают так называемые квадратурные искажения, то нижняя боковая подавляется не полностью – полоса частот не меняется до - 0,75 МГц, а затем линейно спадает до – 1,25 МГц. Поэтому для получения результирующей АЧХ всего тракта изображения, которая отвечает постоянной реакцией на любой сигнал в диапазоне (0  6) МГц (кривая верности), АЧХ собственно радиоканала изображения должна быть несколько искажена (пунктир на рис. 8.8).

Уровень несущей частоты должен ослабляться в 2 раза (6 дБ), составляющая - 0,75МГц нижней боковой должна ослабляться на 20 дБ по сравнению с частотой 1,5 МГц из верхней боковой, уровень которой принят за опорный.

В этом случае после детектирования радиосигнала изображения суммарное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от одинаковых частотных составляющих нижней и верхней боковой полос, на любой частоте спектра от 0  6 МГц всегда будет равна I (в относительных единицах), т.е. суммарная АЧХ канала изображения и сигнала будет соответствовать кривой верности.

Через УПЧИ проходит также сигнал звука (f^/_прзв). Для того чтобы этот ЧМ звуковой сигнал не попадал на левый склон АЧХ канала изображения (это вызывает помехи в виде темных горизонтальных полос, меняющихся в такт со звуком), номинально частотная характеристика УПЧИ делается со «звуковым уступом» шириной 200-300 кГц (рис. 8.10).

С выхода УПЧИ сигналы попадают на широкополосный амплитудный детектор, с помощью которого выделяется огибающая полного ТВ сигнала. Размах этого сигнала мал, поэтому перед подачей в цепь катода кинескопа он усиливается в 30-50 раз (видеоусилитель).

Одновременно с детектированием видеосигнала в блоке амплитудного детектора, в силу его нелинейности, получается, в том числе (среди других комбинационных частот), сигнал с разностной частотой:

6,5 МГц,

которая является второй промежуточной частотой сигнала звукового сопровождения. Сигналы этой частоты выделяются частотно-избирательной системой в виде усилителя промежуточной частоты звукового сопровождения (УПЧЗ). Стабильность частоты f^//_прзв обеспечивается на передающем телевизионном центре, поэтому имеет очень высокий уровень.

После усиления в УПЧЗ частотно-модулированный сигнал промежуточной частоты звукового сопровождения имеет паразитную амплитудную модуляцию сигналами изображения, поэтому дальше стоит амплитудный ограничитель. Частотный детектор выполнен по схеме частотного дискриминатора (детектор отношений). После него идет усилитель низкой частоты (УНЧ).

Канал разверток начинается с амплитудного селектора, отделяющего синхроимпульсы. Для разделения импульсов строк и полей используются дифференцирующая и интегрирующая цепочки.

Генератор строчной развертки более подвержен воздействию помех, поэтому в этих генераторах нередко используются автоматическая подстройка частоты и фазы автономного генератора синхронизации (схемы инерционной синхронизации).

Иногда делают для канала звука отдельный амплитудный детектор – чтобы сигнал звука не шел по каналу изображения – его пораньше выделяют, а остатки уничтожают режекторным фильтром.

ГОСТ 18198-79 определяет следующие параметры ТВ приемников черно-белого изображения:

	Частотные диапазоны
	I, II, III	IV, V
Чувствительность канала изображения не хуже	100 мкВ	140 мкВ
Избирательность по зеркальному каналу	45 дБ	50 дБ
Максимальный входной сигнал	87 мВ	87 мВ
Разрешающая способность по горизонтали и вертикали	500 лин	500 лин
Максимальная яркость свечения	150 кд/м2	150 кд/м2
Контраст не менее 150:1 (в крупных деталях)
Чувствительность звукового канала	55 мкВ	110 мкВ
Диапазон частот звукового канала 10010000 Гц

СОДЕРЖАНИЕ

1.	ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ	3
	1.1. Поэлементный анализ и синтез оптических изображений	3
	1.2. Пространственные частоты поля изображения	5
	1.3. Преобразование изображения в электрический сигнал	6
	1.4. Обобщенная структурная схема телевизионной системы	8
2.	ОПТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО ВОСПРИЯТИЕ	11
	2.1. Глаз человека	11
	2.2. Элементы светотехники	11
	2.3. Светотехнические единицы	13
	2.4. Энергетические характеристики зрения	17
	2.5. Временные характеристики зрения	19
	2.6. Пространственные характеристики зрения	20
3.	ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ	26
	3.1. Согласование параметров телевизионного изображения с характеристиками зрительной системы человека	26
	3.2. Масштабные /координатные/ параметры ТВИ	27
	3.3. Временные параметры ТВИ	29
	3.4. Параметры, определяющие восприятие яркости	29
4.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ	32
	4.1. Датчики ТВ сигнала и их характеристики	32
	4.2. Фотоэлектронные эффекты	32
	4.3. Формирование и перенос электронного изображения	34
	4.4. Диссектор	35
	4.5. Суперортикон	36
	4.6. Видикон	39
	4.7. Многосигнальные видиконы	40
	4.8. Приборы с зарядной связью	42
5.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ОПТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ	49
	5.1. Принципы воспроизведения изображений	49
	5.2. Развертывающие устройства кинескопов	49
	5.3. Эквивалентная схема отклоняющей системы	53
	5.4. Кинескопы черно-белого изображения	53
	5.5. Трехлучевой цветной кинескоп	56
6.	ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА	64
	6.1. Пространственные частоты изображения	64
	6.2. Пространственная фильтрация изображения	65
	6.3. Частотный спектр сигнала изображения	68
	6.4. Полоса частот телевизионного сигнала	70
	6.5. Чересстрочная развертка	71
7.	СИНХРОНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗВЕРТКИ	75
	7.1. Методы синхронизации	75
	7.2. Требования к сигналам синхронизации	75
	7.3. Форма сигналов синхронизации	77
	7.4. Генератор синхроимпульсов	78
	7.5. Полный телевизионный сигнал	78
8.	СИСТЕМА ЧЕРНО-БЕЛОГО /ЧБ/ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ	81
	8.1. Звенья тракта передачи	81
	8.2. Радиосигнал вещательного телевидения	82
	8.3. Телевизионный приемник черно-белого изображения	83