Лекции: Лекции по ОТВ

Распознанный текст из изображения:

КУРС "ОСНОВЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ"

Литература 1. Телевидение. Под ред. В.Е. Джаконии. — М.,Радио и связь, 2003 (1997, 1986 ). 2. Телевидение. Р.Е. Быков, М.В. Сигалов, Г.А. Эйсенгардт.-М., Высшая школа, 1988 г. 3. Теоретические основы телевидения. Р.Е. Быков. — Санкт Петербург, 1998 г. 4. Физические основы передачи изображений в телевидении. Хахин В.И. -М., МИРЭА, 1998 г.

Введение

Периоды развития телевидения (ТВ): 1) проектный или начальный (до 1920 г.); 2) механического ТВ (1921 — 1935 гг.); 3) электронного черно-белого ТВ (1935 — 1966 гг.); 4) цветного и спутникового ТВ (с 1967 г.). Следующие периоды связаны с развитием цифровых ТВ систем и систем ТВ высокой четкости (ТВЧ), с широким внедрением твердотельных преобразователей изображений и уст-в видеозаписи. (читать [4~, стр.4-11). Знать вклад отечественных ученых в развитие ТВ.

1. Основные понятия ТВ техники

пч-* и *ю рическим каналам связи.

ТВ система — совокупность светотехнической и радиоэлектронной аппаратуры, выполняющая следующие задачи: — формирование оптич. изображения объекта ( объективом); — разложение изобр-я, т.е. преобразование его в электр. сигналы (преобразователем свет-сигнал - Пр. св-с); — передачу этих сигналов по каналу связи на расстояние; - синтез изображения, т.е. преобразование электр. сигналов в световое изображение (преобразователем сигнал-свет — Пр.с-св).

1.1. Разложение (развертка) изображения

1. Объектив формирует плоское оптич. изоб ажение ОИЗ объекта, харак-мое в каждой точке, задаваемой координатами (х,у), освещенностью Е(х,у), а также цветностью, которую пока не рассматриваем. Чем Е больше, тем светлее точка изображения.

ОИЗ совмещается со входным окном Пр.св-с, который выполняет его разложение после овательно по от ельным элементам (элементам разложения -ЭР) и по оп е еленном закону. ЭР- это минимальный по размерам элемент изображения, информацию об освещенности (цветности) которого может передать ТВ система. В результате разложения на выходе Пр.св-с от ~-го ЭР с освещенностью Е; создается напряжение ~У; — Е;, а ото всех ЭР— видеосигнал изображения.

2. В ТВ используется линейный закон азве тки с постоянной ско остью поясняемый на рис.1.1,а, где показано разлагаемое ОИЗ шириной Ь и высотой л, ЭР квадратной формы и размером бхай, а наклонными линиями со стрелками — вид развертки.

Для получения такой развертки вся площадь ОИЗ развертывается (начиная от точки 1) одновременно по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Быстрая развертка по горизонтали наз. строчной, а медленная по вертикали - кадровой. Под действием кадровой развертки строки смещаются вниз и располагаются друг под другом. Рисунок строк наз.

3. Однократная развертка всей площади изображения наз. кадром.

Распознанный текст из изображения:

б)

а)

К разделу

1.3.

Рис.1.1. а) Разлагаемое изображение и растр при прогрессивной раз-

вертке; б) Законы строчной и кадровой разверток во времени и ПТС Ц~

5. Разлагаемое изображение и растр хар-ются форматом Р=ЬЛт.

6. Законы ТВ разверток во времени являются кривыми пилообразной формы. На

рис.1.1,б дан закон строчной развертки Х(1) и кадровой У(1). Отметим, что значениям Х(11) и

У(11) соответствует на рис. 1.1,а точка 1, значениям Х® и 1'(12) - точка 2, значениям Х(1з) и

У(1з) - точка 3 и т.д.

Па амет ы азве ток

а) П ямой хо ст . азве тки (движение на рис.1.1,а от т. 1 до т.2) происходит за

время прямого хода строки Тс.пр (см.рис.1.1,б).

Об . хо с . азв-ки (движение от т.2 до т.3 на рис.1.1,а) происходит за время обр.

хода строки Тс.об (рис.1.1,б).

б) Аналогично определяется прямой и обр. ходы кадровой развертки и их времена

Тк.пр и Тк.об. За время Тк.пр строка перемещается из верхнего в нижнее положение растра

(рис.1. 1,а).

в) пе ио ичастотаст очной азве тки: Те=Те.пр+Тс.об, Ге=1/Тс (1)

г) пе ио и частота ка овой азве тки: Тк=Тк.пр+Тк.об, Гк=1/Тк (2)

д) отн. в емяоб атногохо аст очной аука овой азве ток:

а=Тс.об/Тс, Р=Тк.об/Тк (3)

Из (1) - (3) получаем: Тс.пр=Тс(1-а), Тк.пр=Тк(1- Р) (4)

Во время обр. ходов информация об изображении не передается. Поэтому коэф. а

и Р желательно до предела уменьшать.

е) Полное число ст ок Х в ка е находим из рис.1.1,б:

2= Тк/Те=Ге/Гк -+ Гс=ЪГк.

ж) Э ект. число 7э ст ок в ка е, передаваемых за время Тк.пр (рис.1.1,б):

Кэф=тк.пр/Тс= Тк(1- ~3)/Тс=г(1-Р). (6)

з) Число М элементов азложения ЭР в азлагаемом ОИЗ находим как М=Хк Хс, где

Мк и Мс- число ЭР по кадру и по строке. Из рис.1.1,а, Мк= Ый =Хэф и Хс=Ыс1=р Ыд=р Хэф

Отсюда: Х=р (Хэф) =р Х (1-Р) (7)

Для идеальной развертки а=~3=0 и М=р Х~.

и) В емя о ми ования ЭР при а=~=О: 1э=Тк/М= Тк/р.2~=1/(Гк р Х~) (8)

При реальной развертке (без доказательства): 1э=(1-а)/[ Гк р.Х (1-Р)~.

(5)

Че есст очная ЧР азве тка

4. Развертка наз. п ог ессивной пост очной, если кадр формируется за один ход

вертикальной развертки, как на рис.1.1,а.

Распознанный текст из изображения:

В вещательном ТВ используется ЧР развертка. Ее растр и законы при а=~=О даны на рис.1.2. Развертка выполняется в два приема: вначале вдоль нечетных строк (толстые линии), образующих поле нечетных ст ок, а затем вдоль четных строк (тонкие линии), образующих поле четных ст ок .

Кадр состоит из четного и нечетного полей. Его период и частота равны:

Тк=2Тп, Гк=Гп/2, (9) где Тп и Гп=1/Тп — период и частота полей.

Условия о ми ования ЧР азве тки:

- число строк в кадре Х нечетное;

- жесткая связь между частотой строк и полей: Гс=Х4к=2 4п/2 (10)

ЧР развертка применяется для сокращения в два раза верхней граничной частоты

видеосигнала, формируемого на выходе Пр.св-с.!!!

1.2.Синтез изображения

Синтез состоит в поэлементном восстановлении изображения на экране, например, приемной ЭЛТ (кинескопа телевизора), в которой развертка выполняется электронным лучем. Для получения неискаженного изображения эта развертка должна выполняться по том же закон что и п и азложении, а обратные ходы разверток не должны быть видны на экране.

1.3. Структурная схема аналоговой ТВ системы (рис.1.3)

1. ПР.св-с поэлементно разлагает ОИЗ, сформированное обективом на его входном

окне. В результате Е(х,у) — +Щ), т.е. в видеосигнал (ВС).

Распознанный текст из изображения:

2. Разложение выполняется с помощью пилообразных токов (строчного 1,(1)-Х(1) и кадрового - 1„(1)-У(1) ), которые формирует РУ, запускаемое строчными и кадровыми синхроимпульсами (ССИ и КСИ), поступающими от СГ. В момент прихода на РУ ССИ (КСИ) начинается обратный ход строчной (кадровой) разверток. В этом сущность их синхронизации.

3. ВС Щ) усиливается в УФ и прерывается там на время чуть большее обратного хода строк и кадров гася ими имп льсами -ГИ (строчными — СГИ и кадровыми КСИ). ВС с ГИ называется ТВ сигналом (см. видеосигнал оп(1) на рис 1.1,б). Видно, что оп(1) содержит Х видеосигналов строк.

ГИ вводятся в ВС для того, чтобы на экране ПР.с-св (кинескопа телевизора) не было видно обратных ходов и чтобы наблюдаемое изображение было бы ограничено четкой рамкой. В оп(1) различают овну белого и че ного, соответствующие белым и черным элементам в передаваемом изображении (рис.1.1,б).

Там же в ТВ сигнал замешиваются синхроимпульсы (ССИ и КСИ) для обеспечения идентичности законов разверток при разложении и синтезе изображения. ССИ и КСИ ввводятся в ТВ сигнал ниже уровня черного (рис.1.1,б) и поэтому на экране кинескопа их не видно. ТВ сигнал с синх оимп льсами называется полным ТВ сигналом ПТС .

4. ПТС оп(1) поступает в канал связи -КС (радиорелейный, кабельный, спутниковый) и передается по нему на расстояние, претерпевая при этом различные преобразования.

5. На выходе КС ПТС восстанавливается, усиливается и поступает в Пр.с-св. (например, кинескоп), выполняющий поэлементное восстановление (синтез) изображения, т.е. Бп(1) -+ Цх,у)-Е(х,у), где Цх,у)- яркость экрана а каждой его тачке (х,у).

6. Строчная и кадровая развертки в Пр.с-св выполняются строго синхронно с развертками в Пр.св-с. Для этого из ПТС 11„(1) с помощью СУ выделяются ССИ и КСИ, управляющие работой РУ, т.е. задающие начало об атного хо а строчной и кадровой разверток, подаваемых на Пр. с-св.

7. Отметим, что в цифровых ТВ системах ПТС '0п(1) перед подачей в КС преобразуется в цифровую форму и кодируется (важнейшая операция), а на выходе КС декодируется и снова преобразуется в 1.1п(1).

Па аме ы азве ток отеч. системы ветной ТВ системы БЕСАМ:

ЧР развертка, й/оп=25/50 Гц, Гс=15625 Гц, Тс=64 мкс, т„„=12 мкс, т,„„=160 мкс,

2=625, Хэф=575, р=4/3, Х=рХ =521000, 1э=80 нс.

Распознанный текст из изображения:

2. Некоторые сведения из светотехники

2.1. Световое излучение. Первичные и вторичные источники света

1. Видимый свет (световое излучение) — это разновидность электро-магнитных

волн с длинами волн Х от -0,38 мкм до -0,68 мкм.

Наш глаз обладает различной чувствительностью к излучению на разных у..

Кривая относит-й чувствительности глаза дана на рис.2.1.

Излучение с разной Х вызывает у нас ощущение различного цвета (см. рис.2.1).

1,0

0,8

0,8

0,4

о,г

0 4 О О 4 5 О 5 О О 5 5 О 6 О О 6 5 О 7 О О 7 5 О г., и м

зеленый жеп- оран- красныи тый жевый

синий голу- бой

ф иоле-

товыи

Рис 2 1 График относительной спектральной чувствительности глаза днем Г1мм=10 мкм=10 нм)

2. Источники света, которые сами излучают, называются первичными, а

остальные Готражающие свет) — вторичвыми.

3. Некото ые ха -ки пе вичных источников.

- Световой поток Ф [лм] — мощность видимого нами излучения.

Спектральная плотность потока Ф),=6Ф/с11 ~лм/м] — характеристика

распределения интенсивности потока Ф по длинам волн.

- Сила света 1„точечного (малоразмернного) источника в направлении у - это

поток Ф, излучаемый в данном направлении д в единичном телесном угле:

Ф

= — ~лм/ср=кд~, (2.1)

~=а

где й — телесный угол, в котором распространяется поток Ф. 1, - харак-ка

распределения интенсивности излучения по разным направлениям.

— Яркость площадки 1.„в направлении я) — это сила света 1„, излучаемого в

направлении д с единицы площади излучателя, видимой с направления 0):

[кд/м ],

5. сои р

где Я- площадь излучателя. Для многих реальных излучателей 1,„почти не зависит от

направления д, т.е. 1. =1..

4. Ха -ка вто ичных источников.

Осве енность Š— это поток Ф, падающий на единицу площади поверхности:

(2.2)

Е = — ~лм/м =лк]. Ф г Я

(2.3)

Распознанный текст из изображения:

3. Согласование параметров стандартных ТВ систем с

характеристиками зрения

(Оно необходимо, чтобы переданное на расстояние изображение представлялось

нам качественным).

3.1. Выбор формата р=Ь/Ь и размера изображения ЬхЬ

1. Поле нашего зрения по горизонтали больше, чем по вертикали. Поэтому выбрали

р=Ь/Ь=4/3. (3.1)

2. Минимальное расстояние до изображения при р=4/3, чтобы не утомляться (не

крутить головой):

Я=(5... б)Ь.

(3.2)

3. Зная Б, находим из (3.2) высоту Ь, а затем ширину Ь=р Ь.

Рис.3.1. К определению разрешающей

способности зрения.

Рис.3.2. К определению числа строк в

изображении.

На экране две соседние строки толщиной д не различаются раздельно, если мы

их видим их середины под углом у, т.к. между ними нет белой полоски (рис.3.2). Для

поиска У,,ф находим из ЛАВС (рис.3.2), что

Ь/2 Ь/2

фа = = = 0,1 ~ а = асс®0,1 = 5,5 5 5Ь

При этом

2а (11 бО)

эф

При выборе Х,ф учитывается также виз альная четкость изображения:

(0<У<1),

1п~

1п~

где Х =1370 при Б=5Ь и р=4/3. Для системы БЕКАМ: Х,ф=575 и У=0,88.

(3.3)

(3.4)

3.2. Выбор эффективного числа строк Х,ф в кадре

Видимое на экране изображение состоит из Х,ф строк. Их число выбирают так, чтобы не было заметно отдельных строк с дистанции Б=5Ь. При этом учитывается гловое аз ешение глаза у = (1..1,5) в типовом диапазоне яркостей 1=10...500 кд/м~. Это минимальный угол между центрами двух черных полосок на белом фоне, под которым глаз их видит раздельно (рис.3.1).

Распознанный текст из изображения:

3.4. Выбор частоты кадров Г„

Глаз не должен замечать смены (мелькания) кадров. Решение этой задачи

проводится за счет ине ионности з ения т.е. его способности сохранять на время

тш=б,1 ощущение изображения после его прекращения. Постояннал тш умеиьшаетсл

при увеличении яркости изображения.

Минимальная частота смены кадров, при которой их мелькания не заметны,

называется к итической частотой мельканий Е, .

мс °

/, > Г„=30+ 10 1д 1.„,„, где 1.,„в кд/м'. (3.5)

При ЧР развертке из-за схожести полей в кадре:

Х=2Х> е„,.

!!! Вывод: п и ЧР азве тке можно еньшить в ва аза по с авнению с

(З.б)

е 'г

1. При прогр. разв-ке из (3.5): 1~,=50Гц,.

2. При ЧР разв-ке из (З.б): Гр=25 Гц (выбрана для системы БЕКАМ).

Замечание. Слитное изображение движущихся объектов получаем при $,>12...16 Гц.

3.5. Выбор вида хар-ки передачи уровней яркости (хар-ки ПУ) — зависимости яркости изображения от яркости объекта Е„=Г(Е,в).

Вид этой хар-ки ПУ влияет на передачу перепадов яркости объекта. Звенья ТВ системы, влияющие на эту хар-ку даны на рис.З.З,а, а возможные виды хар-к — на рис.3.3,б.

Ь,

Я обш

ь.

Рис3.3.

3.3. Выбор максимальной и минимальной яркости изображения (Е

Е,„) и его контраста К=Е,„/Е;„

При выборе этих параметров учитывают:

- глаз адаптируется к средней яркости Ь,р в области наблюдения и долго

сохраняет угловое разрешение ~р=(1...1,5)' при Ь,р=40...90 кд/м;

— изображение на экране выглядит качественным при К=20...200;

внешняя засветка экрана уменьшает контраст до К„„=( Ь +Ь,„)/( 1;,+

Ь,„)(К;

— в среднем 1,„=0,7... 1 кд/м (в темных местах экрана).

2

С учетом изложенного рекомендуют выбирать 1,„=0,7...1 кд/м2, 1,„= 70...100

кд/м' . При этом обеспечивается контраст для крупных деталей К=70...100, а для

средних и мелких К,р=30...40, К„„„=5...8.

Распознанный текст из изображения:

Получим аналитическое выражение хар-ки ПУ с помощью известных хар-тик

звеньев ТВ системы (рис.3.3,6 и рис.3.4).

Подставляем выражение для Ь11 в выражение для Бг, а полученное соотношение

в выражение для Ь„:

Х = С А~~б, У=У| Уг.Уз, С = С~~ '~г С~~з СЗ. (3.7)

Найдем с помощью (3.7) контраст изображения:

С Е'

у

К и.)пах ' об п)ах об.)пах К~' (3 8)

об

илп)п об ппп обипп

Используя (3.7) и (3.8), анализируем изображения на экране при различных харках ПУ (рис.З.З,б) и 1 Об щдх=Ьилпах:

- при хар-ке 1: С=у =1 и К„=К,б (пропорциональное воспроизведение на изображении перепадов яркостей объекта);

при хар-ке 2: С<1, у>1 и К„>К,б (передача изображения с повышенным контрастом, п иятно ля глаза);

при хар-ке 3: С>1, у<1 и К„< К,б (светлое, вялое изображение с малыми перепадами яркостей).

!!!. В связи с изложенным в ТВ системах выби ают ха -к ПУ с =12. Для ее получения между Пр.св-с и каналом связи вводят гамма-ко екто — каскад с ампл-й хар-кой вида

Уквых = Ск ' У1

(3.9)

При этом хар-ка ПУ имеет у-коэффициент, равный у = у1 у, уг уз. Отсюда

находится требуемый коэф-т у„для гамма-корректора:

уй:'у/ (у1 "уг'уз)=1,2/(у1.'уг уз)=0,5... О,б.

(3.10)

З.б. Координатные искажения изображения и их допуски

") ..)' * '" ) ...*)

и нелинейные сл чаи ж з .

Искажения д) и е) вызваны неравенством форматов изображений р на ПРД и ПРМ сторонах, а ж) и з) — несоответствием скоростей разверток на этих же сторонах.

Все искажения оценивают с помощью коэф. нелинейных искажений. Так для случая з) — нелинейности по кадру:

Распознанный текст из изображения:

а) бочкообразные б) подушкообразные в)трапецеидальные

е)

Рис.3.5. Некоторые виды геометрических (а, б, в, д, е) и нелинейных (ж, з) исквжеа, иий изображения.

г) нормальное

ж) нелин-е по строке

К„г 200 (а „-а „)/(а +а;„) ~%].

Искажения незаметны при К„<5% и допускаются до 10... 12%.

(3.11)

3.7. Допуски на шумовые искажения

Источниками внутреннего шума в ТВ системах являются выходной шум Пр.св-с

и предусилителя его видеосигнала.

Шум на изображении проявляется в виде мерцания мелких точек или снежка,

что ухудшает его качество. Влияние шума зависит от отношения С/Ш, где С- размах

сигнала от уровня белого до уровня черного, Ш вЂ” среднеквадратическое значение шума

в полосе частот видеотракта.

Сушествует следующая оценка качества изображения по отношению С/Ш: отл-

44,7, хор — 31,6, удовл — 22,4.

Распознанный текст из изображения:

7.Особенности передачи и приема ТВ сигналов

7.1. Тракт Формирования ПТС ЧБ изображения (рис.7.1)

сги, Р5

кги камер

кси

Передающая камера Техническая аппаратная

Рис.7.1. Упрощенная структура тракта форм-я ПТС

Тракт включает ПРД камеру и техн. аппаратную, где формируется ПТС, подаваемый в центральную аппаратную и далее на ПРД.

7.2. Модуляция и ширина спектра радиосигналов ТВ вещания

1. Для передачи по радиоканалу ПТС и сигнала звук. сопровождения используют две

*».Г - 6

Р Ъ * * * Г

ТВ сигналом с последующим подавлением нижней боковой полосы частот АМ радиосигнала, а радиосигнал звукового сопровождения - путем частотной модуляции частоты Гпз звуковым сигналом.

Вид спектра передаваемых радиосигналов изображения и звука для БЕСАМ дан на рис.7.2,а., а АЧХ ТВ приемника для этих радиосигналов и полная АЧХ приемо-передающего тракта — на рис.7.2,б,в.

а)

сокращения полосы одного канала до 8 МГц; разнос

~нз и 1ни — 6,5 Мгц.

б)

Г мгц

Из ис.7.2 б: наклон АЧХ слева для

получения равномерной АЧХ на рис.7.2,в.

в)

0 6 Гмгц

Рис 72. Характер АЧХ передатчиков (а) и приемника (б1 изображения и звукового сопровоясзения, а также их общая АЧХ 1в1 для ТВ системы БЕСАМ

7.3. Полярность модуляции (ПМ)

радиосигнала изображения

ПМ в большинстве стран принята негативной (рис.7.3), т,е. уровню белого соответствует минимальная амплитуда несущей 1ни. При этом растет помехозащищенность синхронизации в телевизорах, т.к. при передаче С СИ и КСИ излучается максимальная мощность.

уровень сиихро- ими-сов

Цк. и

1,0

0.75

уровень гасящих

0,15

О

-0,15

уровень

белого

-0,75 -1.0

Рис.7.3

В камерном усил.: апертурная и гамма-коррекция, ввод СГИ и КГИ в ВС; В микшер. усил.: подвод сигналов от других камер. Можно их переключать по командам

режиссера; В линейн. усил.: ввод ССИ и КСИ, восстановленние пост. составл-й, амп-я нормировка

выходного ПТС.

Распознанный текст из изображения:

19

7.4. Диапазоны используемых волн и зона уверенного приема 1.Для передачи радиосигналов ТВ вещания используются метровые и дециметровые волны

МВ и ДМВ (см. таблицу).

ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ВЕЩАТЕЛЬНОМ ТВ

Ме овые диапазоны

Децим овые диапазоны

4- ый диапазон 472 - 582 МГц 5- ый диапазон 582 - 960 МГц

41 - 68 МГц 87,5 - 100 МГц

1-ый диапазон 2- ой диапазон

162 - 230 МГц

3- ий диапазон

РАДИОКАНАЛЫ МЕТРОВОГО ДИА

ПАЗОНА в СНГ

Яо

КАНАЛА

Полоса частот

канала, МГц

1'ии, МГц

Гнн, МГц

Яо

КАНАЛА

Полоса частот

канала, МГц

48,5 - 56,5

182 - 190

49,75

183,25

58,0 - 66,0

190 - 198

191,25

59,25

198 - 206 206 - 214

76,0 - 84,0 84,0 - 92,0

77,25

199,25 207,25

85,25

10

92,0 - 100

214 - 222

93,25

215,25

174 - 182

222 - 230

12

223,25

175,25

Формулы расчета полосы частот Ги-1ви несущей Гни (в МГц) для и-го канала ДМВ

диапазона в СНГ всего 61 канал, с 21-го по 81-й

1н= 470+ 8 (и-21)

Гв=478 + 8 (и-21

(ни=471,25 + 8 (и-21

На МВ для передачи выделены три диапазона, в которых расположены 12-ть каналов. На

ДМВ выделено два диапазона для передачи на 61-м канале.

2. Зона ве енного п иема та, в которой ТВ радиосигнал не зависит от времени суток, года

и погодных условий.

Для уравнивания таких зон для радиосигналов изображения и звука мощность ПРД

изображения делают в 10-ть раз большей, чем у ПРД звук. сопровождения.

3. Ра и с ействия ТВ пе е атчика — г ограничен прямой видимостью:

г(к м ~ 4. 12 (~/Ь ~ + ~/П з ),

где Ь1 и 112 — высота приемной и передающей антенн в м.

Увеличение мощности передатчика практически не расширяет зону уверенного приема. Ее

расширяют с помощью ио елейных кабельных и ли~~й связи.

7.5. Структурная схема приемника ЧБ изображения (рис.7.4)

Рис.7.4. Структурная схема приемникаЧБ изображения/ УВЧ, См и Г - усилитель высокой частоты, смеситель и гетеродин, УВП - устройство выбора программ,УПЧИ и УПЧЗ - усилители промежуточной частоты изображения и звука, АД - амплитудный детектор, ВУ - видеоусилитель, АРУ и АПЧГ - автоматическая регулировка усиления и автоматическая подстройка частоты гетеродина, АДзв — детектор звука (нелинейный элемент), Оà — двусторонний ограничитель, ЧД и УНЧ вЂ” частотный детектор и усилитель низкой частоты, АС- амплитудный селектор, ДИФ. ЦЕПЬ и ИНТ.ЦЕПЬ вЂ” дифференцирующая и интегрирующая цепи, ЗГ и ВК - задающий генератор и выходной каскад, ФД - фазовый детектор, ВВ - высоковольтный выпрямитель.

Распознанный текст из изображения:

20

1. От каждого канала на антенну приемника поступают два независимых радиосигнала (изображения и звука) с несущими частотами Гни и 1нз= 1ни+6,5 Мгц (здесь и далее данные для БЕСАМ).

6

ь * б * ь,.

3. В ТВ приемнике есть селектор каналов (СК) метровых и дециметровых волн, состоящий из УВЧ, смесителя СМ и гетеродина Г. Он предназначен для выделения одного из каналов.

4. Смеситель СМ и гетеродин Г служат для преобразования частот 6ни и тнз в промежуточные. Для СЕКАМ:

~пи = ~г- 1ни =З8 Мгц, ~пз = ~г - ~нз = З1 -'~ Мгц

— 5 5

зе кальном канал (т.е. чтобы на

АЧХ УВЧ

емеситель СМ не попадали частоты

каналов, зеркальные

(„, принимаемому каналу относительно чась 7.5. К

~хин таты гетеродина уг). См. рис.7.5.

УВЧ в значительной степени определяет чувствительность приемника и должен быть малошумящим.

6. Переключение СК на прием интересующего канала выполняется устройством выбора программ УВП (за счет изменения его вых. напряжения, которое подается на варикапы контуров УВЧ и Г и одновременно изменяет их частоту). В современных телевизорах такое изменение напряжения проводится дистанционно с помощью пульта.

7. В УПЧИ выполняется основное силение АМ радиосигнала изображения и частично ЧМ

радиосигнала звука, передаваемых на промежуточных

1пи

частотах, и формируется АЧХ приемника, за счет которой обеспечивается его избу ательность по сосе нем канал .

--- 0,5

Вид этой АЧХ дан на рис.7.6.

......О,1

31,5 37,25 38 38,75

у 8. С УПЧИ АМ сигнал изображения на частоте Гпи

Рис.7.6 ' поступает в АД, на выходе которого выделяется ПТС. Пройдя ВУ (типа УПТ), он поступает на кинескоп.

На выходе УПЧИ ЧМ сигнал звукового сопровождения, передаваемый на 1пз, подавляется режекторным фильтром, т.к. иначе он создает на экране кинескопа помехи типа полос, изменяющихся синхронно со звуком.

9. Из-за влияния атмосферы на прохождение радиосигналов изменяется интенсивность ПТС на выходе АД, что изменяет контраст изображения на кинескопе. Для исключения этого используется АРУ, охватывающее УВЧ и 1-ый каскад УПЧИ. Вых. сигнал АРУ - управляющее напряжение, пропорциональное амплит е синх оимп льсов в ПТС, а не видеосигнала. При ослаблении радиосигнала (и синхроимпульсов) вых. сигнал АРУ уменьшается, что приводит к росту усиления УВЧ и 1-го каскада УПЧИ и стабилизации размаха ПТС. цд ~~6~ ~р~~ . ДД .

10. АПЧГ предназначено для устранения температурной нестабильности частоты гете- родина Гг. При изменении Гг на М аналогично изменяется Гпи. При этом спектр АМ сигнала изображения может выйти за пределы АЧХ УПЧИ (рис.7.6), что вызовет искажение изображения (например ухудшение четкости). АПЧГ вырабатывает управляющее напряжение 11 подстройки частоты 1г. 1.1- (Гпи -акоп )=М, где Гоп=38 Мгц - частота опорного контура ( рис.7.4).

11. Для получения звукового сигнала АМ сигнал изображения и ЧМ сигнал звука подаются на промежуточных частотах на нелинейный элемент АДзв. На его выходе имеем сигналы комбинационных частот и, в частности, 2-ю п оме точи частот зв ка

~пзг= ~пи - ~пз=6,5 Мгц .

ЧМ звуковой сигнал на Гпз2 выделяется и усиливается в УПЧЗ и, пройдя двусторонний ОГР, частотный детектор ЧМ и УНЧ, поступает в динамик.

12. Осинх ониза ии азве токкинескопа.

Ампл. селектор АС выделяет из ПТС смесь синхроимпульсов (ССИ+КСИ). Из нее КСИ выделяются интегрирующей цепью ИЦ, а ССИ вЂ” дифференцирующей ДЦ. Далее ССИ и КСИ по-

1пЗ

Распознанный текст из изображения:

21 даются на ст-ва синх ониза ии и о ми ования пилооб азных токов 1с(1) и 1К(1) строчной и кадровой разверток кинескопа.

Эти уст-ва формируют токи 1с(1) и 1к(1), об атные хо ы кото ых начинаются, как и на передающей стороне, в момент пост пления на ст-ва соответств ю их синх оимп льсов. В этом суть синхронизации. Синхронизация кадровой развертки непос е ственная, а строчной — ин~е~- йнонная, выполняемая устройством АПЧС (см. лаб. работы).

Взаимное разделение ССИ и КСИ поясняется на рис.7.7 для случая прогрессивной развертки. Для повышения устойчивости синхронизации строк в КСИ делают врезки (рис.7.7,в). При этом подача ССИ на устройство АПЧС не прерывается (рис.7.7,г). сси

сси

() вх

а) ()ных нц

як() в'ых д~

б) вых дц

в) Рис.7.7. Сигналы синхронизации при прогрессивной развертке на входе и выходе ДЦ и ИЦ: а) и б) - на Г) входе и выходе ДЦ при отсутствии врезок в КСИ; в), г) и д) - на входах и выходах ДЦ и ИЦ при наличии врезок в КСИ.

сги Рис.7.8. Форма и параметры ПТС системы СЕКАМ с гасящими и синхронизирующими импульсами строк и полей (СГИ, КГИ, ССИ, КСИ), врезками и уравнивающими импульсами (длит-ть ССИ 1сси =4,7 мкс, период строчной развертки Тс=64 мкс, длит-ть уравнивающих импульсов равна 1сси/2).

Вид ПТС при чересстрочной развертке (для БЕСАМ) дан на рис.7.8. Видно, что в ПТС перед и после КСИ вводятся т.н. авниваю ие имп льсы. Они исключают спаривание (слияние) строк нечетного и четного полей.

13. С выходного каскада ВК строчной развертки (рис.7.4) снимаются имп-сы с частотой строк Гс и подаются на высоковольтный выпрямитель ВВ. Он формирует высокое напряжение+(16...25) кВ, подаваемое на 2-ой анод кинескопа.

14. ЦВ приемник отличается от рис.7.4 наличием после АД блока цветности и ЦВ

кинескопа.

Распознанный текст из изображения:

22

ВЕТНОЕ ТВ

8. О передаче ЦВ изображений

8.1. Принцип передачи ЦВ изображений

Цвет любого элемента изображения можно воспроизвести с помощью 3-х основных цветов

(К, Ст, В), взятых в определенных количествах. Поэтому для передачи ЦВ изображений поступают

так:

оптическим способом разделяют ЦВ изображение, сформированное объективом, на три

(К,биВ);

преобразуют (разлагают) эти изображения в соответствующие сигналы — сигналы

цветности Ек, Ео и Ев,

передают эти сигналы по каналу связи тем или иным способом;

получают с их помощью три одноцветных изображения и, совместив их пространствен-

но, наблюдают ЦВ изображение,

8.2. Требования к стандартным системам вещательного ЦВ ТВ

1. Совместимость с системой ЧБ ТВ, т.е чтобы на ЧБ телевизор можно было в ЧБ цвете

принимать программы ЦВ ТВ, а на ЦВ телевизор в ЧБ цвете - программы ЧБ ТВ.

2. Полоса частот канала ЦВ ТВ должна быть не шире полосы частот канала ЧБ ТВ.

8.3. Уст-во и работа ЦВ передающей камеры (рис.8.1)

1 4 1. Разложение ЦВ изображения на три одно-

2

с, цветных выполняется 2-мя цветоизбиратель> ными (дихроичными) зеркалами 1 и 2. Такое

зеркало пропускает -95% энергии одного

5

> Ев участка спектра и отражает -85% энергии

К,О и В,' лучи 0

другого участка.

лучи

2. Полученные с помощью этих зеркал три одае — ад,

ноцветных изображения (В., Ст и В) преобрабс=бд

зуются тремя идентичными и строго синхРис.8.1. Цветная передающая камера / 1, 2 -дик- ронно работающими Пр. св-с в однополярроичиые зеркала З,4,5 - преобразователи Св-с~ ные сигналы цветности Е, Е и Ев.

3. Важнейшее требование к камере — точное совмещение растров на входе преобразователей (с

точностью до 0,2-0,3 элемента разложения), иначе на экране вместо тонкой белой линии будем

видеть три цветных.

4. В камере есть видоискатель (для оператора), ист. питания и телефонная связь оператора с режиссером.

Замечание. Если выходные сигналы камеры подать на ЦВ кинескоп, то получим ЦВ изображение.

9. Методы формирования полного ЦВ ТВ сигнала (ПЦТС)

9.1. Кодирование сигналов цветности в совместимых системах ЦВ ТВ

1. В ТВ цент е с помощью сигналов цветности о мируются т и сигнала:

Еу = 0,3Ек+ 0,59Еа+ 0,11Ев 1

я костной

цветоразностный (ЦТР) красный

цвето азностный ЦТР синий

Е = Ек-~= Ек — Е~ Еь= Ев-к = Ев - Б

(2)

Причем ампитуды сигналов цветности (Ек, Ес, Ев) регулируют так, что при передаче

нецветных изображений соблюдается равенство

Еу= Ек= Ео= Ев (4)

Распознанный текст из изображения:

23

2. Из ТВ центра по каналу связи передаются о нов еменно т и сигнала:

Е~, Е„и Еь

(5)

Ек=Ек-у+Е~, Ео=Ео-~+Ец, Ев=Ев-~+Еу (7)

Подавая их на ЦВ кинескоп, получают ЦВ изображение. При передаче ЧБ изображений ЦТР сигналы в (7) становятся равными нулю из-за условия (4) и на экране видим ЧБ изображение.

В табл. 2 дан расчет по формулам (1)...(3), (6) амплитуд яркостного и ЦТР сигналов от передаваемого изображения типа стандартных ЦВ вертикальных полос, а на рис.9.0 - видеосигналы от полос вдоль одной строки. Видно, что ЦТР сигналы имеют рюнтю полярность.

Таблица 2

-, т ( ' — "" '" э

а'

д,(т

1 е.яр "

~ат аи Г-

д гика==а

йя

Рис.9.0

5. В ТВ центре формирование сигналов Еу, Е„и Еь проводится пассивными кодирующими

матрицами (рис.9. 1).

Суммирующая матрица

КЗ КЗ

1-1 вых = 1-11+

К1 Кг

Вычитающая матрица

К1

„„=К1 И вЂ” К2 У2

= К1 111+ К2 1.12

К1>К

ю>к

Е„, Еь

Е,=Ер-Е~

(М„и Мь вы-

~ читающие)

Матрица Е~

Ек Ео Ев

~=К1 Ек+К2'Еа+КЗ Ев= =0 3'Ек+О 59'Еа+О 11 Ев

Ео

Ев

Еь=Ев-Еу

Рис.9.1. Некоторые ТВ матрицы

Аналогично строятся матрицы в ЦВ приемнике, формирующие сигналы (6) и (7).

Сигнал Е~ создает на экране кинескопа ЧБ приемника нормальное ЧБ изображение. ЦТР сигналы не создают на нем помех, т.к. при передаче ЧБ изображений равны нулю в силу условия (4), а при передаче цветных обычно малы.

3. Способ одновременной передачи сигналов (5) оп е еляет тип ЦВ ТВ системы. В настоящее время существуют три типа таких систем: американская МТЕРС (стандарт разложения 525/30/60; США, Канада, Япония, Мексика, Куба, Чили), зап-европейская РАЬ (625/25/50; Германия, Англия, Австрия, Югославия, Финляндия, Австралия и др.), и Сов-Французская БЕСАМ (625/25/50; Россия, страны СНГ, Чехия и Словакия, Болгария, Венгрия, Польша, Монголия, Вьетнам, Афганистан, Египет, Франция).

с( * " *' ""' ы~~ ("~ '" ' синего) формируется третий (зеленый) по формуле, получаемой из (1):

Е,~Еа-~= Ео-Е у= — (0,51 Ек-~+0,19 Ев- к) (6)

Затем с помощью трех Ц1Р сигналов и яркостного формируются сигналы цветности по формулам:

Распознанный текст из изображения:

24

9.2. О полосе частот ЦТР сигналов

Наш глаз различает на экране цвет только сравнительно крупных деталей. Чем крупнее деталь, тем ее ТВ сигнал имеет большую длительность и меньшую верхнюю граничную частоту спектра.

Поэтому ЦТР сигналы, "окрашивающие" только к пные и с е ние детали изображения, передают в полосе частот 0...1,5 Мгц, а яркостной синал Е~, формирующий и самые мелкие детали, в полосе 0...6 Мгц (данные для БЕСАМ) 9.3. О передаче цветовой информации в пределах спектра сигнала Еу (метод

частотного уплотнения спектра).

Спектр ЦТР сигналов передают в пределах спектра сигнала Еу так, чтобы в ТВ приемнике из полученной смеси спектров можно было бы выделить порознь спектры ЦТР сигналов и сигнала Еу, т.е. получить не смешанные ЦТР сигналы и Еу.

Для этого в БЕСАМ в пределах спектра сигнала Еу выбираются ве азных т.н. по несущих частоты (красная Г„и синяя $~,). Каждая модулируется своим ЦТР сигналом по частоте, затем подвергается азовой манип ля ии (ФМ) и далее добавляется в Еу.

С помощью операции ФМ в спектрах цтр сигналов, передаваемых на поднесущих, подавляются сами по нес ие частоты, т.к. при их неполном подавлении на экране ТВ приемника видна помеха типа мелкоструктурной сетки и тем заметнее, чем ниже частота поднесущих.

область спектра сигнала Ет Поэтому поднесущие Г„и Гь выбирают как можобдас~ь спск|ра пвсгорал- но большими (см. рис.9.3, где показан спектр одного постных сигналов, передавае'м ы х на поднесугп ей 1~1 ЧМ ЦТР сигнала, передаваемого на некоторой под-

несущей Г,). Рис.9.3. Положение спектра цветоразн-х сигналов, передав аем ы х на Го

Распознанный текст из изображения:

25

10. Советско-французская система ЦВ ТВ БЕСАМ

10.1. Общие особенности работы

1. В БЕКАМ используются две поднесущих Г„и 16. Каждая модулируется своим ЦТР сигналом (красным и синим) по частоте.

,ю ь * +,*.. *,;а~~ +ь ь.

виде ЧМ поднесущих — после овательно че ез ст ок (в одной строке ЧМ Е„в другой — ЧМ Еь и т.д). Это чуть ухудшает цветовую четкость изображения по вертикали, но не четкость в целом, т.к. сигнал Еу передается в каждой строке.

Спектры ПЦТС и радиосигнала системы БЕКАМ даны на рис.10.1, где М - ширина спектра ЧМ ЦТР сигналов.

мгц

Га= 4,25 ~;=4,406

Ге= 4,25 Г,=4,406

Рис.10.1. Спектры ПЦТС (слева) и радиосигнала ~справа) ТВ системы БЕСАМ /для радиосигнала отсчет частоты относительно 1ни/

2. В ТВ приемнике для получения цветного изображения надо в каж ой ст оке иметь не только сигнал Еу, но и Е„и Еь. Для этого в нем используется уст-во " линия задержки +электронный коммутатор".

сси, кси ~ сг

Рис. 10.2. Кодирующее устройство ТВ системы БЕСАМ ! у - гамма-корректор, КМ - кодирующая

матрица, ФНЧП и ФВЧП вЂ” фильтры низкочастотных и высокочастотных предыскажений, СМ-

каскад смешивания сигналов, ЭК - электр-ый коммутатор, АО и ЧМГ - ампл-ный ограничитель и

частотно-модулируемый генератор, Х -сумматор!.

10.2. Кодирующее устройство (рис.10.2).

Вначале полагаем закороченными затемненные элементы и СМ2, СМЗ.

Сигналы цветности, снимаемые с выходов датчика, усиливаются, проходят у-корректоры

и подаются на кодирующую матрицу КМ, формирующую сигнал яркости Еу и ЦТР сигналы в

виде;

О =15Еь где Е„'= Е,, Еь = Еь ° у-0,5.

Сигналы й„и йь с помощью ЭК1 поочередно подаются на ЧМГ во в емя п ямого хада строчной развертки (в одной строке Р„, в следующей — Рь, затем опять Р„и т.д). Исходная частота исходную частоту 1,, а когда Рь, то 1~,. оноцьм Э

На выходе ЧМГ имеем частотно-модулированные (ЧМ) ЦТР сигналы (красный и синий), поступающие поочередно (через строку) на сумматорХ. На этот же сумматор в каждой строке подается сигнал Еу с замешанными в него синхроимпульсами ССИ и КСИ. На выходе сумматора

Распознанный текст из изображения:

26

10.3. Декодирующее устройство (рис.10.3)

АЧХ РЖ

6 Мгц

Рис.10.3. Декодирующее устр-во ТВ системы БЕСАМ / УС вЂ” усилитель, РЖ - режекторный фильтр,

ЛЗ вЂ” линия задержки, КВЧП и КНЧП вЂ” корректоры высокочастотных и низкочастотных предыскажений,

АО - амп-ный ограничитель, ЧД - частотный детектор (дискриминатор), ДМ - декодирующая матрица,

УЦС вЂ” устр-во цветовой синхронизации, ТР - триггер, ЭК4 — элект-ный коммутатор/.

В цветном приемнике ПЦТС выделяется на выходе ампл. детектора АД и поступает в декодирующее уст-во (ДУ). Далее полагаем закороченными затемненные элементы на рис.10.3.

ДУ имеет каналы яркости и цветности и уср-во цветовой синхронизации УЦС.

~ ~а~~ „„ь. *, „„„„ле, торный фильтр РЖ, подавляющий сигналы цветности во время передачи цветных изображений (см. его АЧХ на рис.10.3), и ЛЗ, которая обеспечивает одновременность поступления сигналов цветности и яркостного на декодир. матрицуЯф'

Канал иетности. На выходе фильтра КВЧП поочередно счерез период строки Т,1 иыделяются ЧМ ЦТР сигналы (ЧМ Ор, ЧМ Рь) и поступают входы ЭК4 ( на вход "а" непосредственно, а на вход "б" через ЛЗ на Т,=64 мкс). См. эпюры в точках "а" и "б" на рис.10.4, где задержанные сигналы затемнены.

(.) а чмР чмРВ чмР~ чмРВ чмР~

пол.1 в пол.2 согласованно с пост паю ими на него сигналами ЧМ 1Э„и ЧМ Рь, так что на его выходе "с" а каждой строке имеем ЧМ сигнал П„ца на выходе "сГ' — ЧМ сигнал Рь

Действительно (см. рис.10.3 и рис.10.4л а

пол.1 на вых. "с" проходит незадержанный ЧМ Р„, (,) «1 чм Рв чм Р, чм Рв чм Р чм Рв а на вых. "й" — задержанный ЧМ Вь. В пол.2 на

вых. "с" проходит задержанный ЧМ О,, а на вых.

Тс

сс тт

Рис.10.4. Пояснение принципа работы уст-ва й — незадержанный ЧМ Рь.

"линия задержки - электронный коммутатор". С выходов ЭК4 ЧМ сигналы Р„и Вь

поступают через АО на свои частотные детекторы (ЧДк и ЧДВ) и на их выходах получаем ЦТР сигналы Е',и Е'ь, которые вместе с сигналом Еу подаются на ДК (декодирующую матрицу). Она формирует вначале третий (зеленый) ЦТР сигнал Е', а затем сигналы цветности, подаваемые через усилители (на рис.10.3 не показаны) на цв. кинескоп. Работу УЦС рассмотрим позднее.

() б чм Рь чм Рк чм Рв чмРН чм Рв

полож. ЭК4 1 2 1 2 1

(.) с

10.4. Обеспечение помехоустойчивости и совмещения спектров ЦТР и яркостного сигналов

1. Эфирные широкополосные помехи, поступающие через антенну на ТВ приемник, влияют на

получаем ПЦТС, подаваемый далее на передатчик с несущей частотой изображения Г„, и

модулирующий ее по амплитуде.

Распознанный текст из изображения:

4. ТВ сигнал ЧБ изображении и его спектр

1. В современных ПР. св-с ТВ сигнал формируется с помощью т.н. считывающей йаперзуйы (СА) — квадратика со стороной д, обегающего разлагаемое ОИЗ по зако(ЭР).

2. Формирование ТВ сигнала П(1) от конкретного ОИЗ (белая полоса на сером фоне) адоль двух соседних строк дано на рис.4.1, где учтено, что длительность СГИ тсгн несколько больше длительности обратного хода строк Тс.об.

сги

рш

Рне.4.2.Форма вняеаснгналя лрн передаче черно-бялик полосок различного размера(йвремя элемента разложения, ссотвстствуюшяе смешеншо СА на 4).

уровень

белого

уровень черного

Г „-24

КГИ полей ( или к оа Г его спектр дискретен и содержит гармоники с

частотами:

- ТВ сигнал в момент 1 соответствует положению центра СА, а его амплитуда П пропорциональна освещенности ОИЗ и площади 3 засвеченной части СА, т.е. П=((Е,Я).

- ТВ сигнал униполярен, т.к.Е >О. Информацию об ОИЗ несет форма сигншуа.

- конечный размер СА при передаче скачка освещенности ЛЕ=ЕгЕ2 вьиывает в сигнале О появление фронта (спада), авного в смени о ми авания ЭР гз (см (8) в йюд. 1,Ц). Это ухулшаег четкость изображения а телевизоре (на экране возникает переходная зона от Е~ до Ез). Такие искажения называются апертурными. Их уменьшают

Информацию о средней яркости ОИЗ по строке несет среднее значение 1) за время Т,.

3. Спектр ТВ сигнала конечен. Это следует из того, что при передаче ОИЗ типа черно-белых полосок с пространсгаенным периодом Т„< 4 (рис.4.2) информация о них перестает передаваться.

Распознанный текст из изображения:

11

П!югр. Разах Р»)=Й Рсь)Рк) ЧР риал Р»г=/»РАЙ»(Рп, (4.1) где» и 1=0, 1, 2, ...л. Амплитуды гармоник Ь(» ( уменьшаются с ростом !г и ! и зависят от характера ОИЗ. Вид спектра лаи на рисд.З о („(г)» зг »г, (» ()г Гз ~

ра !!! Дискретность спектра и наличие свободных зон между гармониками» Рс и (»+1) Рс используется для размещения в его пределах спектра сигналов цветности, Нижняя г аничная частота спе а Рн, как видно из рис.4.3 и (4.1) равна:

Про(р. разах Рн =Рк,' ЧР разах Рн =Рп (4.2)

За минимальный период ТВ сигнала принимается Т,„=2(э, соответствующий пространственному периоду полосок Тх=26 (рис.4.2), т.к. ири меньших Тх сигнал резко ослабляется). Поэтому ве хняя аничнаа частота спек а (с учетом значения (э в равд. !.1) равна: РР»22(1-)3) РР»22

(4.3)

2 (, 2(1 — а) 2 где р и Х вЂ” формат разлагаемого изображения и число строк в кадре, Рк — частота кадров, а«1 и 1!«1 - относ. время обрати. хода строк и кадров.

Пусть 0=4(3, Е=б25, Ьн м»х=100 кд(м . Подставляя Ьи мах в (3.5), (З.б), а полученные частоты Хк и р, 2 в (4.3), получаем: - при прогр. Разе-ке: Рк=рк»=50 Гц и Рв=13 МГц; - при ЧР раза-ке: Рк=25 Гц и Рв=6,5 МГц. "' Использование ЧР авве кн со а ает часто Р в ва аза В БЕСАМ выб али Рв=б МГ . Этим выравнивают четкость переданного изображения по строке и кадру.

Распознанный текст из изображения:

2. Принпип работы трехфазового регистра сдвига на ПЗС

мовв-

н

Р н

врд»

Ф1=ФЗ=Ш,

Ф2=Н2 Н!

Р нм монов

рядов:

Ф1=О!, Ф2=Н2,

ФЗ=ПЗ С2

Рвн вршо в-

р до:

Ф1=Ф2 Б1, ФЗ=Н2

а)

б)

н)

Рнс.5.2. К принципу работы регистра сдвига на ПЗС

Регистр (рис.5.2) состоит из Р( элементов (каждый элемент - это П!и соседних МОП конденсатора), выходного устройства - преобразователя заряда й в напр-ние П и усилителя.

К каждому элементу подводятся три фазы Ф1, Ф2 и ФЗ, на которые в определенном

5

. Преобразователи "свет-сигнал" на ПЗС

.Еще несколько лет назад в вещат. ТВ использовались ПР. св-с типа передающих трубок (видиконы, плюмбиконы и др.). Они тормозили миниатюризапию преобразователей. В 1969 г были изобретены п ибо ы с за я ов связью (ПЗС), позволившие создавать твердотельные малогабаритные Пр.св-с.

— 1 >* вх. окна, прн которой он формирует видеосигнал с заданным отношением Ср'Ш. Чем Е меньше, тем чувствительнее датчик.

1. Принцип работы ПЗС

Основным элементом ПЗС является конденсатор МОП структуры (металл-окисел-полупроводник), приведенный на рис.5 !. Обкладками конденсатора явоп !

лаются металлический электрод 1 и подложка 3 (п!п - кремний типа р), разделенные диэлектриком 2 (окись кремния б!02).

р и

Фс 3 Под действием приложенного к МОП конденсатору напряжения .Й/ основные носители подложки (дырки, имеющие повожительРнс.5 ! МОП кондвнснный заряд) отгоняются в ее глубину и под электродом 1 образуется больше п вложенное нап яжение +().

Яма существует некоторое время (!'н 10...100 с), а затем исчезает, т.е. заполняется неосновными носителями (термоэлектронами), которые всегда образуются в п)п при температуре, большей абсолютного нуля (- 273~С).

В яму можно ввести полезный ин о м онный о и ательный за я (зарядовый пакет) и хранить его там некоторое время 1хр« !' (Реально Гхр» 1...10 с).

Вводить заряды в яму можно электрическим способом или за счет световой гене и (при освещении подложки 3 в ней возникают пары мэлектрон-дырка'( Дырки отгоняются в глубь подложки, а электроны накапливаются в яме). Накопленный заряд 0-Е 2(2, где Е - освещенность, Лт - время накопления (освещения).

седний, если они достаточно близки. На этом свойстве основано создание регистров сдвига на ПЗС.

Распознанный текст из изображения:

13 порядке подаются напряжения П), 112 и ПЗ. Причем П!< 1)2 < ПЗ «20...25 В.

Режим накопления зарядов с помо ью световой гене ии поясняется на рис.5.2,а. Объектив формирует изображение объекта с некоторым распределением освещенности Е вдоль линейки из Х элементов регистра. Предполагаем, что освещенности всех элементов идентичны. конденсатором образуется яма средней глубины и в ней накапливается заряд й-Е Ьг.

Напряжения фаз регистра в режиме записи зарипов в соседний МОП конденсатор даны на рис.5.2,6. При этом под правым МОП конденсатором любого элемента формируется потенциальная яма максимальной глубины, в которую стекают заряды й, накопленные в его центральном МОП конденсаторе.

Напряжения фаз в режиме хранения зарядов даны на рис.5.2,в. Видно, что яма правого МОП конденсатора каждого элемента приобретает стейнюю юглубину, в которой хранится заряд ц.

При последовательном чередовании режимов записи и хранения, заряды, накопленные в Х элементах, продвигаются к выходу регистра и там поочередно преобразуются в напряжение ()-й с помощью преобразователя г)-+П (вначале преобраз-ется заряд Х-го элемента, потом Х-! -го и т.д.).

Различают период Тг (частоту Гр=1/Тр) работы регистра, т.е. время перехода накопленного заряда из одного элемента в соседний. Пусть требуется вывести заряды из регистра, имеющего Х=!000 элементов за время Т=50 мкс (это время примерно равно длительности видеосигнала одной строки системы СЕКАМ). При этом период и частота работы регистра должны быль равны Тр=ТгХ и (т=Х/Т=1000г(50.10 с)=20 ! 0 Гц=20 Мгц.

3. Линейные фотоэлектрические преобразователи на ПЗС

Данные преобразователи устанавливаются в плоскости изображения, сформированного объективом (рис.5.3), и формируют видеосигнал одной строки изображениа. Тсот

цеих Фз Рис 5 3 К орииииау работы еииеаиаго фотозееитричесхого иреобразоиатые на ПЭС

— ) «, ) затвор 2, в) регистр сдвига на ПЗС 3.

Работу преобразователя рассматриваем относительно требуемого в ТВ закона строчной развертки Х(!). За время ТД г накопление зарядов В-Е, Т,".,',, в светочувствительных элементах. За время ТЩ; открывается затвор 2 и накопленные заряды переносятся в элементы

с е регистра.

за в)ммя Т0з(г: а) накапливаются заряды в светочувствительных элементах, б) выполняется поэлементиое считывание зарядов ф из регистра с постоянной скоростью и формирование ТВ сигнала строки, приведенного на эпюре ()вых(1). Далее описанные процессы повторяются. Известны линейки, содержащие 1024 и 2048 элементов. 4. Матричные преобразователи на ПЗС с покадровым переносом считываемых зарядов

Данные преобразователи являются твердотельными аналогами передающих ТВ трубок, т.е.

формируют видеосигналы всех строк передаваемого изображения.

Распознанный текст из изображения:

14

Структура преобразователя дана на рис.5.4 слева. Приведены два его вида (сбоку и со стороны объектива).

вых Рис.5.4. К приннипу работы мвтричнога преобрвзоввтекя нв ПЗС т 1- секция ивкапвения зврявов

т Ч, 2 - секшы хранения зврялов, 3 - регистр нв ПЗЩ ~ ) (секция 2 защищена от света), б) регистр сдвига на ПЗС 3.

П ин ип аботы п еоб азователя рассматривается относительно требуемых в ТВ законов кадровой т'(!) и строчной Х(!) разверток (их эпюры на рис.5.4).

За в!жмя Тг'т: накопление зарядов в ячейках секции 1. Величина заряда Ч;Е, Ткт'лт, где Ег освещеаность 1-го элемента. За время Т,".,'„: построчный перенос зарядов из секции 1 в секцию 2. За время Т„",',: а) накопление зарядов следующего кадра в элементах секции 1, б) построчный перенос зарядов из секции 2 в регистр сдвига и считывание из него зарядов с постояной скоростью. Причем перенос зарядов одной строки в регистр выполняется за время об!атного хода строчной развертки Тсон а считывание этих зарядов из регистра и формирование видеосигнала одной строки - за время прямого хода Тс пр этой же развертки.

и ° г.: ° и жесткий по геометрии растр. Созданы преобр-тели с секциями на 572х512 элементов и разрешением до 450 ТВ линий (и даже лучшие). Они имеют высокую чувствительность и линейную световую хар-ку 1)вых = с Е, где с- константа, Е-освещенность элемента.

а) некотороя неидентичность чувствительности элементов секции 1 создает геометрический шум, т.е, на воспроизводимом изображении возможно наблюдение матричной структуры секции 1;

б) заряды, накопленные в секции 1, из-за большого числа переносов частично теряются *'по пороге*( Чем больше переносов, тем больше эти потери, т.е. тем меныпе ат них амплитуда сигнала Пвых. Максимальное число переносов имеет заряд, накопленный в левой верхней ячейке секции 1, а минимальное - в правой нижней ячейке (рис.5.4). Отсюда следует, что на воспроизводимом изображении возможно наблюдение некоторой неравномерности яркости при передаче изображения с идентичной освещенностью Е в каждой точке. Все указанные недостатки преодолевают технологическими и конструктивными приемами.

Матричные Пр.св-с широко применяются в профессиональных и бытовых видеокамерах. Известны матричные ПЗС с числом элементов 1035х1920 и более, работающие на частоте 74,25 Мгц. На их основе созданы цветные ТВ камеры для систем ТВЧ (телевидение высокой четкости) с рюрешением >!000 ТВ линий и высоким отношением СгШ.

Распознанный текст из изображения:

15

6. Устройства воспроизведения ТВ изображений

Подразделяются на уст-ва прямого наблюдения (кинескопы ЧБ и ЦВ изображения, плоские панели) и проекционные.

6.1. Кинескопы ЧБ нзобрнжсннп

1. Рассмотрим уст-во и работу кинескопа 67ЛК1Б (рис.б.!). Цифра 67 — размер экрана по диагонали в см, ЛК и Б - лучевой кинескоп белого свечения.

и

Оа — езе кн им=+(о.еоо) в Рис.бп, Полажение ПТС атн-на маяулян х-ии нинееиале(н -таке строчной нетушке) Рис од Структуре кинескопа 67ЛК1Б Состав: колба с высоким вакуумом и виугри нее эл. прожектор и экран (слой люминофора). На колбу надета отклоняющая система ОС (строчные и кадровые катушки, к которым подводятся пилообразные токи зг и 1к, соответственно). фокусирующего электродов и второго анода, к которому подводится высокое напряжение Плз.

"еж" * ° '" ~ )- током луча г,. Форма пучка дана на рис.6.1.

В точке падения луча яркость свечения люминофора Ь-!л, а ток гл зависит от напряжения между модулятором и катодом П мк (рис.6.2):

Ь- (л= С.())мк — Пз)' у=1,5 "3 (6.1)

.ш- . иа кой кинескопа.

Под действием магнитных полей ОС луч обегает экран вдоль строк и по кадру по заданному закону развертки. Одновременно к модулятору подводится ТВ сигнал, приведенный на рис 6.2. Там же показан вид тока )с. Когда луч бежит по 1-ой строке, его ток 1л меняется в соответствии с изменением амплитуды ТВ сигнала 1-ой строки. При этом на экране формируется 1-я строка изображения. Сумма всех таких строк создает полное изображение. Обратные ходы строк и кадров ие видны на экране, т.к. на это время луч гасится импульсами СГИ и КГИ ТВ сигнала (рис.6.2).

2. Для повышения светоотдачи люминофор покрыт А) пленкой, прозрачной для электронов луча. При этом часть света люминофора, излучаемого внутрь колбы, отражается от пленки в сторону зрителя и яркость изображения растет.

3. Люминофор имеет время послесвечения тпс. Это время, за которое его яркость падает в ем2,7 раз после прекращения тока луча. При тпсътк (время кадра) появляется размытость изображения движущихся объектов, а при тпсчтк лапает яркость изображения. Поэтому выбирают тпсмТк.

Распознанный текст из изображения:

16

6.2. Особенности восприитии цвета и его параметры

1. Цветовое зрение обеспечивается благодаря наличию на сетчатке глаза колбочек, чувствительных порознь к кр. (К), зшгеному (С) и синиму (В) цвету (трехкомпонентная теория зрения Ломоносова). Ощущение того или иного цвета зависит от степени возбуждения этих колбочек. При их равном возбуждении видим белый цвет. Цвета и, О, В называются основными т.к. ни один из них нельзя получить с помощью двух других.

'!! Глаз различает цвет только остаточно к иных сталей с уптовым размером (со стороны глаза) ад)5'. Вспомним, что для ЧБ деталей разрешение глаза е=)'. На экране телевизора с дистанции 5=55 (Ь-высота растра) различаем цвет квадратика со стороной, равной 4...5 толщинам строк. При уменьшении а цвет летти для нас сереет. В начале теряют цвет синие детали, потом красные, а затем зеленые.

Е! Вывод для ТВ: мелкие стали не имеет смысла восп онзво ать в ветс.

Есть еще бинокулярный способ: в левый глаз подаем свет 1-го цвета, в правый — 2-го, а

видим третий.

3. Способы аолученин цвета последовательный лраетранственный

одновременный

ДО ВДОВ

акь~г

цо родное воэл йе еие на

р цаемв е

Воэбуыа ние на экране тонких

аен ой

линий тре оновных ли ое

Пр цирование а быий

акра трех окно ц

Рис.б.4.

6.3. Кинескопы ЦВ телевидении (рис.6.5)

р рв

воа

), а)

е е н,о,в

и е е

в т

Распознанный текст из изображения:

1.Кинескоп имеет три пушки (К, О и В), лежащие в горизонтальной плоскости. Пушки К и В наклонены иа =1,5' к оси кинескопа.

2. Лучи пушек отклоняются одновременно по строке и кадру общей ОС.

3. Люминоформный экран состоит из тонких вертикальных полос люминофора К, О и В свечения (рис.б.),б).

4. При любом отклонении 3-х лучей каждый из них должен попадать на люминофор "своего" свечения (К луч иа К люминофор и т.д). Выполнение этой задачи осуществляется металлической теневой маской (рис.б.5,в), имеющей вертикальные щели (горизонтальные перемычки для прочности). Лучи сходятся в щели, а затем расходятся, попадая на "свой'* люминофор.

5. За время кадра Тк (время кадра) каждый луч создает на экране изображение "своего** цвета. К, О и В изображения, наблюдаемые глазом одновременно, воспринимаются в виде цветного п ос анственный метр пол ения ета .

вает следующие цветовые искажения изображений:

'( ( """'" ' ' " (:

б) статическая несхо мость ей — несовмещение К, О и В лучей в центре экрана (появляются цветовые окантовки изображений);

в) инамическая асхо имость л ей — рассовмещение Р, О и В лучей на краях экрана.

Искажения а) и б) устраняются с помощью МСУ (рис.б.5,а), а искажения в) — определенной формой отклоняющих катушек в ОС и плотностью распределения в них витков. В связи с последнилт такие кинескопы называются кинескопами с самосве синем ей.

Характер растров (рисунка строк) при отсутствии и наличии самосведения дан на рис.б.б. Искривления растра (рис.б.б,б) устраняют, изменяя амплитуду строчной развертки в течении прямого хода кадра.

О плоских газо аз я ных плазменных панелях Размер по диагонали =1 м, прекрасное цветное изображение, цена =10 000 $. Это матрицы, в которых каждый элемент — миниатюрная газоразрядная трубка. При подведении к ней напряжения происходит газовый разряд, сопровождаемый УФ излучением. Оно возбуждает люминофор элемента. В матрице набор элементов с люмонофорами К, О и В свечения.

6.4. Проеициоиые системы

Их работа основана на проецировании на большой экран высокояркого (ч1000 кд1м ) изображения проекционого кинескопа (рис,бй).

отрекатеаьнни экран оскнионйки сс- ирка. а черно-

Проек ронание сбра сина наэкранарциВ

ю брсжеаий Рис.б.т. Проекнионнне сне(сии черно-бю(ооэ н а стано( нэобранениа большом экране цветного изображения используются жидкокристаллические (ЖК) матрицы. В таких проекторах есть источник интенсивного белого света. Поток этого света разделяется оптическими фильтрами на три пучка (красный, зеленый и синий). Каждый пучок проходит через "свою" ЖК матрицу. Прозрачность элементов матрицы зависит от подводимых к ним сигналов На выходе матриц создаются К, О, В изображения, которые с помощью призмы объединяются, формируя цветное изображение. Это изображение проецируется объективом на большой экран.