Телевизионного вещания

СИГНАЛЫ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

В настоящее время для формирования телевизионных сообщений используются передающие электронно-лучевые трубки, из которых наибольшее распространение имеют три системы: супериконоскоп, суперортикон и видикон. Подлежащее передаче изображение проектируется на экран передающей трубки, с помощью которой пространственно распределенная оптическая информация преобразуется в развернутый во времени электрический сигнал. Достигается это за счет последовательного пробегания электронного луча трубки от элемента к элементу вдоль строки и от строки к строке по кадру. Независимо от принципа действия конкретного типа передающей трубки при указанной развертке осуществляется амплитудная модуляция тока трубки в соответствии с освещенностью отдельных элементов ее экрана. Для обеспечения возможности восстановления передаваемого сообщения на приемной стороне в начале каждой строки и кадра формируются специальные синхронизирующие импульсы. Обратный ход строчной и кадровой разверток в создании сообщения не участвует, поэтому на время обратного хода электронный луч гасится.

В зависимости от яркости передаваемых элементов изображения возможны два способа изменения сигнала: позитивный, когда наибольшей яркости соответствует наибольшая амплитуда сигнала, и негативный, когда наибольшей яркости соответствует наименьшая амплитуда сигнала. В телевизионном вещании России принят второй способ, так как при этом меньше сказывается влияние помех (темная точка или полоса на фоне изображения менее заметны).

На рис. 1.1 в качестве примера приведен телевизионный сигнал в интервале двух строк.

Рис. 1.1 Телевизионный сигнал в интервале двух строк.

Синхронизирующие и гасящие импульсы кадровой развертки имеют такие же уровни, что и строчные, и отличаются от последних только по длительности: длительность синхронизирующего импульса кадровой развертки – 192 мкс, гасящего – 1600 мкс. Для того, чтобы во время синхронизирующих и гасящих импульсов не нарушалась строчная синхронизация, в последних делаются врезки.

Для передачи движущихся изображений необходима частая смена кадров. При этом за счет инерционности зрения у наблюдателя создается иллюзия непрерывного движения. Слитность движения наступает уже при частоте смены кадров 16-18 Гц, но при этом заметно мелькание яркости изображения, происходящее за счет гашения обратного хода при смене кадра. Поэтому частоту мельканий яркости доводят до 50 Гц, а частоту смены кадров при этом делают равной 25 Гц. Достигается это за счет применения чересстрочной развертки, сущность которой поясняется на рис. 1.2.

Количество строк в кадре выбирают нечетным, благодаря этому не происходит спаривания строк различных полукадров. За счет инерционности зрения оба полукадра видны одновременно, поэтому четкость изображения при чересстрочной развертке остается такой же, как и при построчной.

Рис. 1.2 Схема чересстрочной развертки.

Чересстрочная развертка сложнее построчной, но применяется потому, что позволяет вдвое сократить полосу частот, занимаемую видеосигналом. Справедливость сказанного видна из следующих рассуждений.

В соответствии со стандартом число строк телевизионного изображения принято равным 625. Если при построчной развертке кадры сменяются 50 раз в секунду, то время, необходимое для развертки одной строки, равно:

1/50:625 = 0,000032 с = 32мкс.

Стандартный формат телевизионного изображения равен 4:3 (ширина изображения относится к его высоте, как 4:3). Так как по вертикали укладывается 625 элементов (строк), то вдоль строки уложится около 600 4/3 800 элементов. Поскольку вся строка развертывается за 32 мкс, длительность одного элемента изображения по строке при построчной развертке равна примерно 32:800=0,04 мкс. наименьший период электрических колебаний при развертке вдоль строки будет равен 0,08 мкс (имеет место при чередовании светлых и темных элементов в изображении). Следовательно, эта серия импульсов может быть представлена рядом гармоник и первая из них равна 1/0,08 мкс=12,5 МГц. Более высокие гармоники в данном случае передавать нет смысла, так как они все равно не воспроизводятся на экране приемной электронно-лучевой трубки (кинескопа) из-за конечного размера диаметра светового пятна.

Итак, верхняя частота видеосигнала, которая должна передаваться при построчной развертке, равна 12,5 МГц. Нижняя частота в спектре видеосигнала определяется частотой повторения некоторых участков изображения и, следовательно, определяется частотой смены кадров, т.е. равна 50 Гц. Отсюда следует, что ширина спектра видеосигнала, определяемая как , где и , соответственно, верхняя и нижняя частоты в спектре, при построчной развертке примерно равна 12,5 МГц.

Передача сигнала со столь широким спектром нежелательна по следующим причинам: во-первых, полоса частот, выделенная в линиях связи для телевизионного вещания, ограничена, поэтому для размещения большего количества телевизионных каналов в этой полосе необходимо по возможности сужать спектр телевизионного сигнала; во-вторых, более узкий спектр сигнала облегчает конструирование передатчиков, антенн (передающей и приемной) и телевизоров.

В случае применения чересстрочной развертки с частотой 50 Гц воспроизводится не полный кадр, а его половина, т.е. 312,5 строк. Следовательно, длительность самых коротких импульсов составляет уже не 0,04 мкс, а 0,08 мкс. Благодаря этому ширина спектра видеосигнала сокращается вдвое и составляет 6,25 МГц.

Сформированный видеосигнал с шириной спектра 6,25 МГц в дальнейшем подается на модуляторы передатчика, где осуществляется амплитудная модуляция высокочастотного колебания, с помощью которого телевизионное изображение переносится от передатчика к приемнику. Известно, что спектр амплитудно-модулированного колебания содержит две боковые полосы типа и , где – несущая частота, – модулирующая частота. Следовательно, ширина спектра высокочастотных колебаний, модулированных телевизионным сигналом, будет равна 12,5 МГц. Однако, как показывают теоретические расчеты и практика телевидения, передача обеих боковых полос спектра не обязательна. Оказывается, что для правильного воспроизведения передаваемого изображения достаточно передавать только одну боковую полосу частот, несущую частоту и небольшой «остаток» от подавленной второй боковой полосы. Область передаваемых в этом случае частот спектра показана на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Распределение частот в ТВ-сигнале,

излучаемом передатчиком.

На рисунке показана также область размещения спектральных составляющих сигнала звукового сопровождения. Эта область находится вне спектральной полосы видеосигнала, что позволяет устранить взаимное влияние сигналов яркости и звука друг на друга. Для передачи звукового сопровождения используется частотная модуляция (ЧМ) несущей. Разнос несущих частот изображения – и звука – сохраняется одинаковым и равным 6,5 МГц на всех программах.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ТП.

Современные ТП предназначаются для приема 12-и телевизионных программ в метровом диапазоне волн, а телевизоры 1-го класса – дополнительно 18-и программ в дециметровом диапазоне волн (данные телевизионных каналов приведены в приложении 1). На раннем этапе развития телевизионной техники в ТП применялся прием сигналов звукового сопровождения, не зависящий от приема сигналов изображения, т.е. после частотного разделения сигналы изображения и звукового сопровождения усиливались и преобразовывались автономно. Современные ТП выполняются по одноканальной супергетеродинной схеме, в которой все каскады до видеодетектора являются общими для рассматриваемых сигналов. Такое построение схемы телевизора существенно снижает требования к стабильности частоты гетеродина, позволяет получить высокую устойчивость приема сигналов звукового сопровождения при меньшем числе усилительных каскадов. Структурная схема такого ТП приведена на рис. 1.4.

Принятые телевизионной антенной (А) радиосигналы вещательного телевидения подаются на вход усилителя высокой частоты (УВЧ) селектора телевизионных каналов (СК). Частота настройки УВЧ соответствует частоте принимаемого канала, а полоса пропускания достаточна для прохождения всего ТВ-сигнала. Применение УВЧ повышает чувствительность телевизора, ограниченную уровнем собственных шумов, так как имеет более низкие шумы, чем смеситель.

Усиленные УВЧ сигналы поступают на смеситель, служащий для получения сигналов промежуточной частоты. На второй вход смесителя подается сигнал гетеродина – генератора высокочастотных гармонических колебаний. Смеситель перемножает принимаемый сигнал с сигналом гетеродина, в результате на его выходе появляются сигналы суммарной и разностной частоты. Нагрузкой смесителя являются одиночный широкополосный контур, настраиваемый на разностную (промежуточную) частоту:

, где – промежуточная частота несущей изображения; – промежуточная частота несущей звукового сопровождения.

Так как частота напряжения гетеродина выбирается выше частоты принимаемых сигналов, то при частотном преобразовании спектр принятых сигналов не только смещается по частоте, но и претерпевает зеркальное обращение (см. рис. 1.5).

Рис. 1.5 Распределение частот сигналов изображения и

звукового сопровождения на входе УПЧИ.

Промежуточные частоты, принятые в России, ниже самого низкочастотного канала (см. приложение 1) и равны: для несущей частоты звукового сопровождения МГц, для несущей частоты изображения МГц.

Переключение каналов обычно производится с помощью механических многоконтактных переключателей дискового или барабанного типа. При переходе с канала на канал переключаются катушки индуктивности, входящие в контуры УВЧ и гетеродина. Благодаря этому изменяются частоты их настройки и выбор требуемой программы.

После преобразования сигналы изображения и звука усиливаются в общем для них тракте усилителя промежуточной частоты (УПЧИ). Этот усилитель должен иметь амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), при которой в полосе пропускания обеспечивалось бы усиление полезных сигналов (см. рис. 1.5) до уровня, достаточного для их последующего детектирования, и подавление паразитных сигналов за пределами этой полосы. Достигается это за счет использования многокаскадного усилителя с соответственно настроенными коллекторными и режекторными фильтрами.

Так как основные усиливаемые ТП сигналы воспринимаются зрительно, а изменение их величины воспринимается зрительно острее, чем аналогичные изменения звуковых сигналов, то в современных ТП применяется автоматическая регулировка усиления (АРУ). При этом регулировке подвергаются, как правило, один-два первых каскада УПЧИ и УВЧ блока СК. Для увеличения помехозащищенности системы АРУ и исключения влияния на ее работу содержания передаваемого изображения, в ТП применяется ключевая система АРУ. Величина управляющего напряжения на выходе такой системы зависит только от амплитуды синхросигналов, однозначно определяющих уровень полного телевизионного сигнала. Достигается это за счет использования в качестве ключевого напряжения, открывающего систему АРУ, импульсов обратного тока строчной развертки, совпадающих во времени с моментами появления синхронизирующих импульсов.

С выхода УПЧИ сигналы подводятся к видеодетектору, предназначенному для выделения видеосигналов и ЧМ сигналов звукового сопровождения на разностной частоте несущих (6,5 МГц). В дальнейшем указанные сигналы разделяются за счет частотной избирательности последующих усилителей.

ЧМ сигналы звукового сопровождения подводятся ко входу узкополосного резонансного усилителя (УПЧЗ), настроенного на частоту 6,5 МГц. Оконечный каскад работает в режиме амплитудного ограничителя, предотвращая влияние паразитной амплитудной модуляции ЧМ сигналов на работу частотного детектора. Последний выполняется либо по классической схеме частотного дискриминатора, либо по схеме детектора отношений. Выделенные частотным детектором сигналы звукового сопровождения усиливаются в тракте усилителя низкой частоты (УНЧ) и воспроизводятся динамиком.

Видеосигналы с выхода видеодетектора подводятся к видеоусилителю и усиливаются до величины, обеспечивающей необходимую модуляцию электронного луча кинескопа. С выхода видеоусилителя сигналы подаются одновременно на модулирующий электрод кинескопа и в тракт синхронизации кадровой и строчной развертки изображения, так как видеосигналы несут не только информацию об элементах изображения, но и сигналы синхронизации.

Выделение синхронизирующих импульсов из полного видеосигнала осуществляется с помощью амплитудного селектора, а последующее разделение строчных и кадровых синхроимпульсов – с помощью цепей разделения синхронизирующих импульсов. Для выделения кадровых синхроимпульсов используются интегрирующие цепи, а строчных – дифференцирующие. Возможность такого разделения обусловлена существенной разностью в длительности рассматриваемых сигналов.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Графическое пояснение принципа образования чересстрочной развертки.

2. Структурная схема телевизионного приемника.

3. Условное изображение спектров сигналов:

а) на входе УВЧ (для 3-х соседних каналов);

б) на выходе гетеродина (соответственно с выбранными каналами);

в) на выходе смесителя (для одного из каналов);

г) на выходе УПЧИ;

д) на выходе УПЧЗ;

е) на выходе частотного детектора;

ж) на выходе УНЧ;

з) на выходе видеоусилителя.

Приложение 1.

ДАННЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КАНАЛОВ.