1, ОСНОВНИ ПРИНЦИПИ НА ТЕЛЕВИЗИЯТА

1.1. Светлина и нейното възприемане

За Жизнената дейност на човека, за изучаване и използване на природните закони е необходимо редовно да се получава информация за разположението, формата, детайлите, характера на движение и измененение във времето на различните обекти.

Познанието ни за обкръжаващия свят в значителна степен се доставя от светлината известно е, че сред органите ан чувствата най- ефективно е зрението. Около 80% от цялата информация, която човек получава , му се доставя от зрителната система причини. Причини за това е съвършенството на зрението и факта, е електромагнитното излъчване и в частност светлината е най-разпространения носител на информация за обектите или процесите, намиращи се или извършващи се във вселената.

Тази информация възниква благодарение на разли4ната излъчвателна или отражателна способност на обектите, благодарение на различната пропускателна способност за излъчването. Целият честотен спектър на електромагнитните трептения условно може да се раздели на две части с честотна граница около 300 фиг. 1.1.а. Честотите под тази граница се отнасят към о6ластта на радиовълните. Честотите, разположени по-високо попадат в оптическия диапазон.

Видимата светлина-електромагнитни трептения с дължина на вълната в диапазона от 380 nm до 770 nm /7.9*1014Hz до 3.85*1014Hz фиг. 1.1.б. е най-привичния за човека носител на информация, тъй като тя се възприема непосредствено от зрителната система чрез органите на зрението – очите. При това не трябва да се пренебрегват и такива носители на информация като невидимата светлина (ултравиолетова или инфрачервена) или други видове електромагнитно излъчване. Благодарение на пряко или косвено преобразуване на подобни излъчвания във видима светлина, такава информация може да бъде приета от зрителната система или ако това не е необходимо да се използва по предназначение.

Способността на всеки предмет или неговите детайли различно да отразяват светлинен поток или да излъчват такъв (при смосветещи

предмети ) характеризира оптическите свойства на обекта. Отразеният или излъчен от всеки детайл на предмета светлинен поток е източник

5

фиг.1.1,Спектър на оптическия диапазон от електромагнитните трептения

на зрителната информация за предмета, която се възприема от зрителната ни система. Отражателните своиства на телата се характеризират с коефициента на отражение ρ(λ)

0 ( )( )λρλ

Φ=Φ

Където Ф0(λ) е отразен светлинен поток; Ф(λ) – падащ върху отразяващата повърхност светлинен поток.

При тримерен обект на на6людение осветеността на различните му участъци ще бъде различна, тъй кат отделните му детайли ще бъдат разположени на различни разстояния от облъчващия източник, някои детайли ще засенват други и т.н. По този причина зрителната информация за обекта, възприеман от наблюдателя се определя от множество елементарни светлинни потци отразени или излъчени от всеки елемент (точка) на обекта по посока на наблюдателя. Интензивността и спектралния състав на елементарния светлинен поток характеризират яркостта и цвета на всяка точка от обекта на наблюдението, а направлението на потока – пространственото разположение на тази точка.

6

Възприемането на обемността на детайлите и пространственото им разположение се осъществява както при монокулярното /с едно око/, така и при бинокулярното зрение. В първия случай главна роля играят зрителната памет, усещането за различно напрежение в мускулите на окото, които управляват завъртането му, кривината на кристалина и размера на ириса. Те се изменят при наблюдаване на предмети, намиращи се на различни

разстояния от наблюдателя. Основна роля за простргмг/гвеното възприемане на обектите играе

бинокулярното зрение, фиг. 1.2., което се опрелеля от очния базис б0 /разстоянието между оптическите оси на очите при наблюдение на отдалечен обект/. Средно очният базис е равен на 65mm.

Фиг. 1.2 Бинокулярно зрение

При бинокулярно наблюдение на т. Б оптическите оси на двете очи

се пресичат в точката под ъгъл α , наричан ъгъл на конвергенция. При наблюдение на разноотдалечени обекти А и В, ъглите на конвергенция α 1 и α 2 , наричани паралаксни ъгли,са различни. Разликата на паралаксните ъгли

1 2α α α∆ = − се нарича ъглов паралакс. Ъгловият паралакс води до образуване на линеен паралакс в ретината на очите, определян от различната дължина на отсечките АЛВЛ ≠ АДВД, което определя възприемането на пространственото разположение на А и В.

Минималният ъглов паралакс бд, на който съответствува мини-малното различимо възприятие за дълбочина се нарича праг на дълбочинното зрение. Величината бд зависи от индивидуалните особености на наблюдателя, продължителността на наблюдението, яркостта на фона, контраста на обектите. Средната стойност на прага на дълбочинното зрение бд е 10 до 20 ъглови секунди.

7

1.2 Предмет на телевизионното предаване

Телевизията е метод за предаване и приемане на разстояние оптическите изображения на неподвижни и подвижни обекти с помощта на радиотехнически устройства за преобразуване, предаване, приемане, възпроизвеждане и запомняне на визуална (зрителна) информация.

Известно е, че за първи път понятието "ТЕЛЕВИЗИЯ" е употребил руският инженер К. Д. Перский в доклада си "Television au moyen de l’electricite " на международен електротехнически конгрес в Париж през 1900 г.

"ТЕЛЕВИЗИЯ" е съставна дума, образувана от гръцката дума τηλξ -

далече и латинската video - виждам. Човек с нормални сетива възприема реалния свят в цветове, обемен,

в динамика. Затова кaчествено телевизионно изображение ще имаме само тогава, когато в максимална степен се запазят при предаването качествените показатели на образа – яркост, цвят, обемност, пространствено разположение, аромат, звукова картина и т.н. За изясняване на състоянието на този въпрос в настоящия момент, нека да разгледаме част от обема на пространството, фиг. 1.3. Кой да е елемент А от разглеждания обект се характеризира по отношение на визуалното възприятие с геометричното си място и моментните значения на яркостта и цветността, т.е. описва се с многомерната функция

от вида

( ); ; ; ; ;A A A A A AA F p x y zα λ= /1.2/ Където AL е яркоста на елемента ;

Aλ - дължина на вълната на елементарния светлинен поток характеризиращ цветния тон на елемента;

Ap - наситеност (чистота ) на цвета на елемента; ; ;A A Ax y z - координати на елемента в пространството.

Ако в обкта се съдържат N елемента, тогава функцията /1.2/ ще добие вида

1( ; ; ; ; ; )

N

i i i i i ii

А F p x y zα λ=

=∑ ∑ /1.3/

За предаване изображеието на разглеждания елемент са необходими 6

канала за свръзка. За предаване на цялото изображение са необходим 6.N канали за свръзка. Съвременото телевизионно изображение съдържа около 500 000 елемента. Ясно е, че решението за едновременно предаване на информацията от всички точки на изобраиението е технически невъзможно, тъй като е необходимо наличие на практически неосъществим брой канали за свръзка.

Първоначално задачата е опростена като във функцията (1.2) не се

включват аргументите , ,А A Ap zλ , а остават само ярността Aα и координатите ,A Ax y .

За разрешаване на проблема с каналите за свръзка в съвременните телевизионни системи се използува последователно във времето предаване на информацията за отделните елементи и кадри.

9

1.3 Първи проекти за предаване на изображения на разстояние

Тласък към създаване на телевизионни системи от съвременен вид са дали двеоткрития в края на миналия век:

- Изобретяването на лампата е нагреваема жичка от А. Н. Лодигин през 1873 г.

- Откриването на свойството за фотопроводимостта на селена от англичаните У. Смит и Дж. Мей през 1873 г.

Тези две открития са осигурили възможността за преобразуване на светлинната енергия в електрическа и електрическата в светлинна - необходимо условие за предаване на изображения по електрически път.

Етапът на създаване на първите телевизионни системи от оптикомеханичен тип започва в 1875 г., когато Дж. Кер, американски физик, предлага първия телевизионен проект. Проектът предвиждал предаваното изображение да се проектира чрез оптична система втърху панел от селенови фотосъпротивления. Всяко от Фотосъпротивленията със свой канал за свръзка и електрическа батерия се свързва с електрическа лампа в приемната страна: екран от електрически лампи със същия брой и същото геометрично разположение както селеновите елементи в предавателната страна, фиг. 1.4. Предполагало се е, че съпротивлението на селеновите елементи зависи пропорционално от осветяването им в съответствие с разпределението на яркостите в предаваното изображение. Това ще доведе до различна сила на тока във всяка от веригите - съответно различна сила на светене на дадената лампа в зависимост от осветяването на селеновия елемент.

В пректа е използвана тази особеност на зрителното възприятие, че голям брей елементи, на които се разлага изображението, последното се възприема като единно цяло. Направена е аналогия със зрителния апарат-ретина, зрителен нерв, клетки на мозъчната кора. Проектът на Кер е интересен с това, че в него за първи път е приложен прйнципът на разлагане на изображението на отделни елементи.

Недостатък на проекта е едновременното предаване на информацията за всички елементи, което прави прoекта нереален при изискване за определена детайлност на изображението.

Португалеца Адриано де Пайва в 1878 г. решава въпроса за каналите. Предлага използване на един канал за свръзка като информацията за отделните елементи от изображението се предава последователно, фиг 1.5.

10

Същността на проекта се състои в следното: изображението се проектира върху метална пластина, покрита със селен. По селеновия слой се придвижва по определен закон металическо острие като опипва цялото изображение.

Съпротивлението на участъка "острие - металическа пластина" се изменя в съответствие с осветяването на участъка селен, намиращ се в дадения момент под острието.

В приемната страна, под действието на тока от светлите участъци на изображението, чувствително реле затваря веригата на малка лампа, която се премества зад полупрозрачен екран по същия закон, както и острието в предавателната страна. Светванията на бързо придвижващата се лампа в приемната страна е трябвало да се сливат като образуват цялостно изображение.

11

А. де Пайва е предполагал предаването да се, извършва с такава скорост, че цялото изображение да се предав за време не по-голямо от 0,1S . Изображението, получено в резултат на еднократното възпроизвеждане на всички елементи на разлагане се нарича к а д ъ р

Предложеното от де Пайва устройство също е практически нео-съществимо, но основната му идея – последователно предаване по един канал за свръзка на сигналите, съответствуващ на яркостите на отделните елементи на изображението, се използува в съвременните телевизионни системи.

1.4. Общи принципи на преобразуеане на оптическите изображения в електрически сигнали. Блокова схема на телевизионна система

Съществуването на съвременната телевизия и създаването на относително опростени телевизионни системи се базира на особеностите на зрителното възприятие на човека.

Основният принцип на телевизията е последователно да се предава информация за отделните елементи на изображението с такава скорост, че когато завърши предаването на информацията за последния елемент, в съзнанието на наблюдателя да се е запазило възприятието от първия предаден елемент.

Под елемент на изображението се разбира тази елементарна площ: от изображението която се характеризира с постоянна яркост (на практика размера на сечението на развиващия електронен лъч) .

За осъществяване на телевизионно предаване е необходимо да се изпълнятледните три процеса:

1) Преобразуване на оптическото изображение в последователност от електрически игнали

2) Усилване на тези сигнали и предаването им на разстояние с помоща на радиотехнически средства.

3)Превръщане на приетите и усилени сигнали отново в оптическо изображение. В телевизията е важно не само да се предадат сигналите на изображението и да се извърши обратното им преобразуване в светлинни импулси, но и последните да се разположат по екрана на електронно-лъчевата приемна тръба в пълно съответствие с положението на

12

същите точки от изображението във входа на фотоелектрическия преобразувател в предавателната страна. Това означава, че е необходим точен синхронизъм между процеса на възпроизвеждане на изображението и процеса на създаване на сигналите на изображението във фотоелектрическия преобразувател.

Телевизионното предаване се осъществява от телевизионна система: комплекс от технически средства, необходими за осъществяване на предаването и приемането на зрителна информация. Най-общата блокова схема на една телевизионна система е представена на фиг. 1.6.а

С помощта на обектива се формира плоско оптическо изображение във входа на фотоелектрическия преобразовател /ФЕП/. Във ФЕП лъчистата енергия се преобразува в електрическа и се осъществява развивката на изображението – процеса на последователното предаване на информация за всеки елемент на разлагане. Електрическите сигнали от изхода на ФЕП се усилват и към тях се прибавят гасящи и синхронизиращи сигнали в блока за усилване и формиране на телевизионния сигнап /УФ/. Синхронизиращите

сигнали, необходими за осъществяване на синхронизъм меяду процеса на фотоелектричното и електрооптичното преобразуване се формират в синхрогенератор/СГ/. Синхронизиращите сигнали за развивката на електрооптичния преобразовател /ЕОП/ в приемната страна се предават по канала за свръзка /КС/ едновременно със сигналите на изображението, получени във ФЕП.

Канал за свръзка /КС/ може да изпълнява кабелна, радиорелейна, широколентова разпръсквателна, космическа и гпуги линии за свръзка, които удовлетворяват изискванията за немзкривено предаване на телевизионните сигнали.

Включеният в приемната страна избирателен усилвател ИУ осигурява такова ниво на сигнала, което е необходимо да управлява електрооптичния преобразсвател /ЕОП/.

В синхронизиращите устройство /СУ/ се отделят синхронизиращите сигнали, които управляват генераторите за развивка на ЕОП.

В електрооптичния преобразовател /ЕОП/ се осъществява синтез на изображението от отделни елементи. Синхронната и синфазна развивка на двата крайни преобразователя в телевизионната система осигурява геометричното подобие на възприеманото от зрителя изображение с предаваното изображение.

В блоковата схема на телевизионната система за цветни изображения, фиг. 1.6.б многоцветния светлинен поток от обекта се разлага в оптическа цветоразделителна система /ЦРС/ на три еднакви

13

Фиг.1.5 Блокова схема на телевизионна система: а) черно-бяла б)цветна

14

светлинни потока. След формиране от филтри /ФR,G,B/ всеки от едноцветните потоци се преобразува в електрически сигнал ER, EG и EB в свой фотоелектрически преобразувател ФЕПR, ФЕПG, ФЕПB В кодиращата матрица се формират електрически сигнали за цветна телевизия. В кодиращото устроиство на предавателната страна се създава пълния електрически сигнал за цветна телевизия, който се предава по канала за свръзка.

В декодираото устроиство на приемната страна се получават сигналите за цветна телевизия, от които в декодиращата матрица се формират сигналите за трите едноцветни изображения ER, EG и E , които в ЕОП за цветно изображение създават за зрителя многоцветно изображение.

1.5. Класификация на телевизионните системи

Разнзообразните телевизионни системи, които се използуват сега, може

да се класифицират по следния начин: - по качествен признак телевизионните системи може да се

класифицират като черно-бели /монохромни/, цветни, обемни и стереоцветни - по метод на предаване, биват аналогови и дискретни. - по ширина на честотния спектър на видеосигнала телевизионните

системи се делят на широколентови и теснолентови. Трябва да се отбележи, че такова разграничаване може да се направи само условно. Обикновено се приема, че системата е теснолентова, когато ширината на честотния спектър на видеосигнала е в границите от 0.1kHz до 0.1MHz. cистемите с ширина на честотния спектър на видеосигнала, по-голяма от 0.1MHz. са широколентови.

В зависимост от предназначението си телевизионните системи могат да бъдат:

- системи за телевизионно разпръскване - това е най-развитата и най-широко използуваната група телевизионни системи. При тях се използува линейна презредрва развивка. Обект на разглеждане в курс по “Основи на телевизията” ще бъдат тази група телевизионни системи.

- приложни телевизионни системи - използуват се в народното стопанство, за научни изследвания и медицински цели, в транспорта, за наблюдения от Космоса или в Световния океан.

- телевизионни абтомати при тях обикновенно видеосигналът не се преобразува във визуална информация. Използуват се за разпознаване на обекти, измерване на геометрични характеристики на различни обекти, преброяване на детайли и т.н. Харктерна особеност на телевизионните

15

автомати е, че телевизионният сигнал се обработва от някакво логическо устройство , което обработва визуалната информация.

1.6. Особености на зрителното възприятие

Крайно звено в телевизионната система е органът на зрението на човека - очите. По тази причина телевизионните системи се създават и съществуват в настоящия си вид благодарение на свойствата на зрителната система на човека.

Зрителната система се състои от: - Орган на зрението - очи, в които се извършва преобразуване на оптическото изображение в импулси на биотоковете; - Нервна система (влакна на зрителния нерв) за пренасяне на биотоковете към мозъка; - Зрителна област в кората на главния мозък - тук импулсите на биотоковете се преобразуват в енергия на биологическите процеси за

зрително възприятие. Окото, фиг. 1.7, може да се разглежда като датчик на зрителни сигнали. То фокусира светлинния поток от наблюдавания обект и формира оптическо изображение върху ретината. Окото представлява стъкловидно тяло, обвито в непрозрачна обвивка - склера, която в предната си част преминава в прозрачна роговица.

Фиг. 1.7 Око

16

След роговицата е разположена съдова обвивка с отвор в центъра - ирис. След ириса има едно лещовидно тяло, наречено кристалин. Пространството между роговицата и кристалина е запълнено с течност. Всичко това образува оптичната система на окото, с помощта на която чрез добре организиран мускулен апарат наблюдаваното изображение се проектира на най-вътрешната светочувствителна обвивка на окото - ретината, която съдържа нервните окончания-фоторецептори.

Съгласно съвременната теория за механизма на зрението ретината съдържа два вида светочувствителни рецептори: пръчици и кълбца, наричани така поради своята форма.

Пръчиците са около 130 000 броя. Те са рецептори на нощното . зрение. Имат .висока чувствителност към светлината, но малка разрешаваща способност. Не са чувствителни към цветове.

Клъбцата - 2 000 000 до 8 000 000 броя, са рецептори на дневното и цветовото зрение. Характеризират се с висока разрепаваща способност и реагират на спектралния състав на свветлината.

Фоторецепторите са разпределени неравномерно в ретината. Най-голяма е концентрацията им в областта на жълтото и петно и в централната му част – фовеа.

Жълтото петно определя областта на ясното виждане. То има овална форма, удължена в хоризонтално направление. Ъгловите му размери са 8° в хоризонтална посока и 6° - във вертикална.

Под влияние на мускулното въздействие върху кристалина се променя закривяването му и се осъществява настройване на изображението върху ретината на рязкост - акомодация.

Приспособяването на окото към различни осветености - адаптация, се извършва с изменение на отвора на ириса, изпълняващ роля на диафрагма в оптическата система на окото.

При разглеждане на изображение окото автоматично проектира най-интересния за наблюдателя участък върху фовеата. През нея преминава зрителната ос и в тази област са разположени предимно клъбца, а по периферията пръчици и клъбца. Плътността на клъбцата намалява с отдалечаване от центъра.

Независимо, че отделни елементи на зрителната система са изучени достатъчно подробно /по-специапно окото/, механизмът на зрението все още не е изяснен напълно.

Изучаването на този механизъм и физиологическите особености на зрението на човека е възможно да открие нови пътища за развитието на телевизията и телевизионните системи.

17 1.6.1 Спектрална характеристика на зрението

Усещането за бял цвят съответствува на въздействие върху ретината на

окото на светлинен поток с непрекъснат спектър във видимия диапазон (l = 380 nm до 770 nm). При дразнение на ретината от светлинен поток с непълен или прекъснат спектър възниква усещане за цвят. Интензивността на зрителното възприятие за светлинни потоци с различна дължина на вълната и равна мощност се характеризира с кривата на относителната спектрална чувствителност на зрението, фиг. 1.8 Максималната спектрална чувствителност на окото е в областта l = 555 nm, съответствуваща на жълто-зелен цвят. С отдалечаване от тази област, спектралната чувствителност спада и практически достига нулева стойност при дължини на вълната l = 380 nm и l = 770 - 800 nm. Спектралната чувствителност е различна за различните хора. Тя също зависи от условията на наблюдение. Това е свързано с характерните особености на двата вида фоторецептори: пръчици и клъбца. Независимо, че пръчиците не участвуват в цветовото зрение, при тях също има изразен максимум на интензивност за зрителното възприятие (около 510 nm). Отместването на максималната чувствителност към по-малките дължини на вълната на кривата на относителната спектрална чувствителност при нощно зрение не променя формата и, като тя остава подобна на кривата при дневно зрение.

Фиг. 1.8 Спектрална характеристика на зрението

Физиологически цветът се характеризира с параметрите: светлост,

цветови тон и наситеност на цвета. Светлостта позволява възприемането на цветното излъчване с оп-

ределена сиво-бяла градация. Цветовият тон позволява различаването на цветовете един от друг и в част-ност от бяло и сиво. Наситеността

18

на цвета характеризира степента на различие на усещането за даден цвят от усещането за бяло и сиво. За обективно характеризиране.на цвета светлостта се оценява чрез яркостта α , цветовият тон - чрез преобладаващата дължина на вълната λ на светлинния поток, а наситеността на цвета -чрез чистотата на цвета р, която определя примеса на бяло в даден цвят.

Цветовото зрение най-пълно се обяснява с трикомпонентната теория за цветовото възприятие, изказана от Ломоносов в 1756 г. и развита по-късно от Т. Юнг и X. Хелмхолц.

Тази теория допуска съществуване на три групи цветочувствителни рецептори-клъбца:

- за възприемане на син цвят l = 400 nm - 490 nm; - за възприемане на зелен цвят l = 490 nm - 580 nm; - за възприемане на червен цвят l = 580 nm - 700 nm. В зависимост от дразнението на трите групи цветочувствителни

рецептори човек получава възприятие за определен цвят. (Съществуват и други хипотези за механизма на цветовото зрение на човека).

Интересна особеност на зрителното възприятие на човека е, че с намаляване на размерите на цветните детайли, законите за субективното възприемане на цвят се нарушават. Човек губи представа за цвета на дребните детайли, те се възприемат като сиви с еквивалентна яркост.

Най-рано с намаляване на размерите на детайлите се губи представа за синия цвят, след това за жълт, червен и последно за синьо-зелен.

Следователно при осъществяване на телевизионно предаване е необходимо да се възпроизвеждат цветовете на дребните детайли / с размери по-малки от 20 ъглови минути/.

1.6.2 Инертност ан зрението

Възникването и прекратяването на фотохимическата реакция в ретината след началото и след прекратяването на светлинното въздействие не е мигновено, а се извършва за известно време. Времето, за което разликата между дразнението и възприятието достигне стойността 1/е = 0,368 от стойността на дразнението се нарича времеконстанта на окото и характеризира инертността на зрението, фиг. 1.9

19

Фиг. 1.9 реакция на зрителната система при светлинно въздействие

Времеконстантата на окото не е постоянна величина. Тя зависи от

интензитета на светлинното дразнение, от спектралния му състав, от адаптацията на очите и от други фактори.

С увеличаването на яркостта на светлинното въздействие, вре-меконстантата намалява и обратно. Възприятието нараства и се прекратява най-бьрзо при червен цвят и най-бавно при син цвят.

Формата на кривата за нарастването и прекратяването на зрителното възприятие наподобява експонента и може да бъде описана по следния начин:

- за нарастване на възбуждането L(t) = Le.(1 - e- ) (1.9)

- при прекратяване на възбуждането

L(t) = Le.a- (1.10) където L(t) е възприеманата яркост в момента t,

Lи - яркост на светлинното дразнение, t1 - времеконстанта на окото при начало на светлинното дразнение,

t2 - времеконстанта на окото при прекратяване на светлинното дразнение. Изследванията показват, че t2 >> t1 .

20 Средната стойност на времеконстантата на окото е t = 0,1 s. Предполага

се, че информацията от ретината се предава към съответната област на главния мозък не непрекъснато, а като дискрети порции. Необходимо е определено

време в слоя на ретината да се натрупа енергия, необходима за формиране на сигнал, а също и за формиране на самия сигнал. Това време е приблизително

равно на 0.1s

1.6.3 Критична честота на трепкане

Инертността на зрението позволява да възприемаме даден светлинен източник с променяща се интензивност като постоянно светещ, ако честотата на промяна на интензитета му превишава определена стойност. Минималната честота на светлинните импулси, при която ефектът на трепкане изчезва се нарича критична честота на трепкане. За широк яркостен диапазон критичната честота на трепкане е в логаритмична зависимост от яркостта и се описва с емпиричния закон на Фери - Портър: fкр = a. lg L + b (1.6) При заместване на яркостта L в нитове (nt), критичната честота на трепкане се получава в Hz. Стойността на коефициентите а и b зависи от условията на наблюдение. Например , при наблюдаване на телевизионно изображение може да се приеме за а = 9,6 и b = 26,8. За яркости на телевизионния екран в границите от 30 до 100 nt, критичната честота fкр = 40 - 46 Hz. Критичната честота на трепкане при възприемане на цветни светлинни пулсиращи източници с жълт цвят се определя също съгласно израза (1.6). За червен и син цвят критичната честота на трепкане намалява. В телевизията честотата на смяна на картините се избира равна на честотата на мрежовото напрежение (у нас 50 Hz). По този начин се превишава с известен запас критичната честота на трепкане на телевизионния екран и се отстраняват динамичните геометрични и яркостни изкривявания на телевизионното изображение при проникване в него на смущения от така наречения "мрежов брум". Зависимоста на критичната честота от яркостта е показана графически на фиг. 1.10. Освен това размерите на площа с променлива яркост и амплитуда на изменение на яркоста значително влияят върху стойността на критичната честота на трепкане. За големи екрани fкр е по-висока и ако се отчетат параметрите на

21 съвремените кинескопи тя може да достигне до 55-60 Hz. Трепканията на

екрана са особено забележими за периферното зрение. Телевизионнното изображение в такива случаи ще се възприема като по-спокойно и естествено от зрителите ако честотата на вертикална развивка се увеличи до около 75Hz при запазване на стандартната честота на кадрите.

1.6.4 Разделителна способност на зрението

Способността на окото да различава най-дребните детайли на изображението се нарича разделителна способност и се оценява с критичния ъгъл на зрението (α кр). Критичен ъгъл на зрението (α кр) е минималния ъгъл, при който окото все още може да различи две отделни точки от изображението, фиг. 1.11. При намаляване на този ъгъл двете точки се сливат и се възприемат като една. За нормално зрение α кр = 1' - 1,5'.

Фиг. 1.11. Критичен ъгъл на зрението

Реципрочната величина на критичния ъгъл на зрението 1/ α кр се нарича острота на зрението или разрешаваща сила. Остротата на зрението съществено зависи от съчетанието на цветовете, от контраста между детайлите на изображението и фона, а също и от яркостта на фона, Таблица 1

За да бъде качествено телевизионното изображение, не трябва да се вижда редовата му структура. Следователно при наблюдение на телевизионен екран (екран на видеомонитора на персонален компютър), наблюдателят трябва да бъде на разстояние, което сигурява зрителен ъгъл за виждане на два съседни реда по-малък от критичния ъгъл на зрението (α кр " 1'). За телевизионен екран това разстояние е приблизително шест пъти височината на телевизионното изображение.

23 Таблица1. ---------------------------------------------------------------------------------------------- Съчетание на цветовете Относителна острота на зрението[%] ---------------------------------------------------------------------------------------------- Черен - бял 100

Черен - зелен 94 Черен – червен 90 Зелен - червен 40 Черен - син 26 Червен - син 23 Зелен - син 19 ---------------------------------------------------------------------------------------------- Съгласно фиг.1.11

' 113438kp kp

darctg radl

α α≈ = = =

Телевизионното изображение с височина h се разлага на z реда.

Тогава hdz

=

и ако се изрази kpα чрез d се получава: 1

. 3438hz l

=

3438 .l hz

=

За стандарт с z=625 реда като се замети се получава : 3438 . 5.5625

l h h= =

1.6.5 Контрастна чувствителност на зрението

Човек възприема светлинни излъчвания в много широк яркостен

диапазон. Отношението на максималната яркост, предизвикваща болезнено усещане, към минималната яркост, която може да се регистрира от зрението достига 1011 до 1012 пъти. Характерна особеност на зрението е, че този диапазон не се възприема едновременно, а стъпаловидно на отделни участъци. В средата на миналия век (1846 г.) Е. Вебер експериментално е установил, че изменението на усещането при промяна силата на светлината DЕ не е свързано с абсолютното изменение на яркостта ΔL = Lmax - Lmin , а зависи от отношението на нарастването на яркостта ΔL към първоначалната яркост Lmin, (1.8)

min

LЕ кL∆

∆ =

където к е коефициент на пропорционалност. В достатъчно широк яркостен интервал (1 до 104 nt), който на практика съответствува на работния диапазон, чувствителността на зрението към относителното изменение на яркостта е постоянна величина, (1.9).

0 0.02 0.05L constL

δ∆= = = − −

Изразът (1.9) е известен акто закон на Вебер-Фехнер и е представен

графически на фиг. 1.12 Величината 0δ се нарича прагов контраст.

Фиг. 1.12 Зависимост на праговия контраст от яркостта

При малки и големи яркости праговият контраст нараства, като при много

големи яркости зрителното възприятие е съпроводено с болезнено усещане. 25

Със Закона на Вебер-Фехнер са свързани два важни параметъра на изображенията: контраста и броя на възпроизводимите яркостни градации. Под контраст на изображението К се разбира отношението между максималната и минималната му яркост (т.е. контрастът характеризира яркостния диапазон на изображението).

max

min

LКL

=

В природата контрастът достига стойности до 108. В реални изображения

контрастът достига до няколко стотин пъти. В рисунки и фотографии контрастът се определя от диапазона на

изменение на коефициента на отражение и на практика не превишава 100. В телевизионните изображения контрастът може да бъде голям, защото

екранът на кинескопа е светеща повърхност, но тъй като телевизионното изображение се наблюдава почти винаги при наличие на външно (странично) осветление, контраст в границите на К = 30 до 40 се счита за добър. Съгласно препоръки на стандартизационни организации при оценка на качеството, Lmax на телевизионното изображение върху кинескопа в белите места трябва да бъде 70 ± 10 nt, а Lmin" 0,7 nt в черните места при угасен електронен лъч. Следователно К = 100.

Страничното осветление влошава контраста на телевизионното изображение като в този случай контраста се определя от следния израз:

max

min

стр

стр

L LК

L L+

=+

26

При зададен контраст К , зрителят може да възприеме определен брой степени на изменение на яркостта m , наречени градации на яркостта. Интерес представлява определянето на броя на възпроизводимите градации на яркостта, например за телевизионно изображение.

Фиг. 1.13 Градационен клин

L1 = Lmin + DLmin = Lmin.(1 + do) L2 = L1 + DL1 = L1.(1 + do) = Lmin.(1 + do)2 L3 = L2 + DL2 = L2.(1 + do) = Lmin.(1 + do)3

... ... ... ... Lm = Lmax = Lm-1 + DLm-1 = Lm-1.(1 + do) = Lmin.(1 + do)m Следователно броят степени (градации) на яркостта ще бъде:

0

max

min1

0

lnln

ln ln(1 )

LL Km δ δ+= =

+ Тъй като 0δ = 0,02 - 0,05 << 1, ако се разложи в ред ln (1 + 0δ ) и се ограничим

само с първия член 0δ , се получава за броя възпроизводими градации на яркостта

m = ln K/ 0δ При К = 10 до 40 и dо = 0,02 - 0,03 , m " 80 - 130.

На практика зрителите оценяват изображенията като качествени, когато се възпроизвеждат от 5 до 10 градации на яркостта.

27

1.7 Параметри на телевизионното изображение

1.7.1 Развивка на телевизионното изображение Процесът на последователното предаване на информацията за отделните елементи на изображението се нарича развивка на телевизионното изображение. Законът, по който се извършва ТВ развивка не оказва влияние върху геометрично правилното възпроизвеждане на изображението, стига да е еднакъв за предавателната и приемната страна на дадена телевизионна система. Счита се, че оптималната телевизионна развивка трябва да отговаря на следните условия:

1. За един пълен цикъл на развивката се предават всички елементи на изображението, при това всеки елемент еднократно и за едно исъщо време. 2. Честотата на кадрите е минимална 3. Неактивното време /обратния ход на развивката/ е минимално 4. Опростена техническа реализация

В различните телевизионни системи, особено в тези за приложни цели, се използуват различни видове развивки. Всяка от тях се характеризира с някои особености, които правят приложението и подходящо в зависимост от предназначението на телевизионната система. В телевизионната техника най-разпространени са линейните развивки, поради конструктивни удобства и сигурност в процеса на експлоатацията. Съществуват два вида линейни телевизионни развивки: -Прогресивна развивка на ТВ изображение. - Презредова телевизионна развивка.

Прогресивна телевизионна развивка

При прогресивната телевизионна развивка електронният лъч описва цялото изображение като се движи отляво на дясно и от горе на долу, започвайки движението си от горния ляв ъгъл на изображението и завършвайки в долния десен ъгъл.

Движението на лъча се осъществява с различни, но постоянни скорости в хоризонтална и вертикална посока (Vx, Vy), фиг. 1.14. Геометричната фигура, която се описва от електронния лъч в процеса на телевизионната развивка, независимо от съдържанието на изображението се нарича телевизионен растър.

Фиг. 1.14 ТВ растър при прогресивна развивка

При формиране на растъра за линейните ТВ развивки е необходимо лъчът

да се връща в изходно положение. При прогресивната развивка след описване на поредния ред лъчът трябва

да се върне в началото на следващия ред, а след завършването на кадъра - в

началото на следващия кадър. Тъй като е невъзможно да се създаде мигновенен обратен ход на лъча, то част от времето на развивката се губи за обратен ход на лъча. В телевизията най-често се използува магнитно отклонение на електронния лъч. В най-общия случай формата на отклоняващите токове може да се представи както е показано на фиг. 1. 15. В съответствие с формата на отклоняващите токове, показана на фиг. 1.15 за времето на правия ход може да се напишат следните линейни уравнения:

( )1

2 1x mzz

ti t IT

= −

( )1

2 1y mkk

ti t IT

= −

където ix(t) е хоризонтално отклоняващия ток; iy(t) - вертикално отклоняващ ток; Т1z - времето за правия ход на лъча в хоризонтална посока;

Т1к - времето на правия ход на лъча във вертикална посока; Imz; Imk - амплитуда на отклоняващите токове.

Фиг. 1.15 Отклоняващи токове при прогресивна развивка

Тъй като информация за изображението се предава само по време на

правия ход на развивката, то законът за обратния ход на развивката няма значение за качеството на изображението. Необходимо е само за времето на обратния ход Т2 развиващият елемент да се върне в изходно положение без паразитно влияние върху правия ход. Ако се пренебрегне времето за обратен ход на лъча като много малко, за прогресивната телевизионна рзвивка може да се запише:

1z

x z

b TV f

= =

1k

y k

h TV f

= =

y y kz

k x x z

V V fT b kT h V V f

= =

Величината к=b/h се нарича формат на кадъра Форматът на кадъра в системите за телевизионно разпръскване е к= 4:3 и е определен от полето на ясното зрение за окото, както е посочено в 1.6. Първите предложения за ТВ системи с ултрависока разделителна способност (HDTV) в Европа предвиждат броя на редовете в растъра да бъде z = 1249 при формат 5:3. По-късно съгласно с предложен в САЩ проект за формат 5,33:3 се приема като международен формата к = 16:9, който вече се излъчва в някои системи МАС и е заложен в приетите стандарти за телевизия с ултра-висока разделителна способност 1125/60 за САЩ и 1250/50 за Европа.

В някои приложни телевизионни системи често се избира к = 1 или к < 1 в

зависимост от предназначението на системата. За намаляване на ефекта на трепкане на растъра, в телевизията е прието смяната

на кадрите да се извършва с честота 50 Hz. По този начин се превишава с известен запас "критичната честота на трепкане". Следователно:

fk = 50 Hz , Tk = 1/fk = 20 ms . При прогресивната развивка изображението съдържа винаги цяло число (z)

редове. Следователно за честотата на редовете може да се запише: fx = fy.z = 50 . 625 = 31250 Hz , Tx = 1/fx = 32 ms

Презредова телевизионна развивка

Избраната скорост (50 кадъра/s) за предаване на кадрите при прогресивната телевизионна развивка въз основа на особеностите на зрителното възприятие на човека, доста превишава необходимата за нормалното предаване движенията на подвижните обекти.

За възпроизвеждане изображенията на подвижни обекти е достатъчно да се предават 20-25 отделни неподвижни фази на движението в секунда. Както ще се види по-късно, честотната лента която заема спектъра на телевизионния сигнал, зависи право пропорционално от кадровата честота. Следователно увеличеният брой на предаваните кадри в секунда ще доведе до ненужно увеличение на ширината на честотната лента (повече от 12 MHz). Сигнал с такава широка честотна лента трудно се обработва от предавателната и приемна апаратура и трудно се пренася по канала за свръзка без забележими изкривявания. За отстраняване на този съществен недостатък в много ТВ системи и в системите за ТВ разпръскване се използува презредовата телевизионна развивка. Същността на презредовата развивка се състои в това, че пълният кадър на изображението се предава и възпроизвежда на два пъти (разлага се на два полукадъра). В първия полукадър се извършва развивка само на нечетните редове от растъра (1, 3, 5 и т.н.), а във втория полукадър - само четните редове (2, 4, 6 и т.н.). Забележка: Деленето на редовете на четни и нечетни е условно! Следователно всеки от полукадрите съдържа растър от двойно по-малко редове, съответно половината от информацията за изображението, фиг. 1.13. Развивката се извършва така, че редовете на втория полукадър се разполагат

точно между съответните редове на първия полукадър, като по този начин пропуснатата при предаването на първия полукадър информация се допълва от информацията във втория полукадър. Този процес се осъществява при нечетен брой редове в растъра на пълния кадър, вследствие на което всеки от полукадрите съдържа цяло число редове плюс половин ред. При развивката растърът на втория полукадър се отмества във вертикална посока на половин ред по отношение на растъра на първия полукадър, защото за времето на предаване на един ред вертикалното преместване при презредовата развивка е равно на ширината на два реда и следователно редовете на втория полукадър ще се разположат между редовете на първия полукадър. По този начин се формира пълен растър , но за два периода на вертикалната развивка. За да се спази изискването за "критичната честота на трепкане" честотата на полукадрите се избира fпк = 50 Hz. Един полукадър се предава за 20 ms, пълният кадър - за 40 ms. Следователно честотата, с която се предават пълните кадри е fk = 25 Hz и ширината на честотната лента на спектъра на телевизионния сигнал е два пъти по-тясна в сравнение с прогресивната развивка при съхранение в общи линии на основните качествени показатели на телевизионното изображение: детайлност, контраст и т.н. При презредовата развивка fz = fk.z = 25 . 625 = 15625 Hz ; Tz = H = 1/fz = 64 μs За да се осъществи точна презредова развивка е необходимо: 1. Броят на редовете в кадъра да бъде нечетно число z = 2.m + 1 , където m е цяло число, 2. Честотата на хоризонталната развивка fx и полукадровата честота fn трябва да бъдат здраво свързани една с друга по фаза, съгласно закона 2 . fz = z . fn = (2m + 1). fn , осигуряващ наличие на половин ред във всеки полукадър.

Фиг. 1.16 ТВ растър и отклоняващи токове при презредова развивка

Към недостатъците на презредовата телевизионна развивка може да се отнесе усложняването на формата на полукадровия синхронизиращ импулс и апаратурата на телевизионната система; малко по-силни изкривявания на изображенията на бързоподвижни обекти в сравнение с прогресивната развивка. При недостатъчно точна презредност възниква ефект на сдвояване на редовете, което води до снижаване на вертикалната детайлност и по-силна забележимост на редовата структура на растъра.Подобен похват се използва и в киното. Кинофилмът се снима със скорост 24 кадъра в секунда. Обаче при съществуващите яркости на киноекрана тази честота на смяната на кадрите се оказва недостатъчна за превишаване на критичната честота на трепкане. За да се премахне трепкането на киноекрана пред кадровото прозорче на кинопроекционната машина се поставя специално устроиство, наречено обтюратор, откриващ и закриващ всеки кадър от кинофилма два пъти за

времето на проектирането му. По този начин киноекранът се осветява 48 пъти в секунда, което превишава критичната честота на трепкане и кинозрителят не забелязва трепкането.

Спирална развивка За спирална развивка към двете, взаимно перпендикулярни отклоняващи системи за електронния лъч се подават токове /напрежения/ със синосуидална форма с еднаква честота, но отместени по фаза на 90°. Най-често развивката се извършва по Архимедова спирала като електронният лъч започва движението си от центъра и го завършва в периферията. За такъв тип развивка синосуидалните токове /напрежения/ се модулират с линейно-изменящо се напрежение /ЛИН/с кадрова честота, фиг. 1.17

. Фиг. 1.17 ТВ растър и отклоняващи токове при спирална развивка

Законът на изменение на отклоняващите токове е ( ) sinx m z

k

ti t I tT

ω=

( ) cosy m zk

ti t I tT

ω=

където mI е амплитудата на тока, съответствуваща на максималното отклонение по външната спирала; zω -ъгловата честота за описване на една спирала; kT - периодът на смяна на кадрите. Може да се формира и непрекъсната спирална развивка. В този случай синосуидалните токове /напрежения/ се модулират с триъгълно напрежение с кадрова честота. Тази развивка се извършва от центъра до периферията и обратно, от периферията до центъра като няма неактивно време за обратен ход на лъча. За спиралната развивка е характерно, че: - Малко е времето за обратен ход на лъча /или липсва обратен ход/; - Опростена е синхронизацията;

- Максимално се използува площта на фотокатода на предавателната телевизионна тръба; - По-голяма е точността на геометричното подобие между телевизионното изображение и предавания образ; - Скоростта на развивката не е постоянна, което води до яр-костна модулация на изображението; - Различна е детайлността в централната част и в периферията на изображението /максимална в центъра и минимална в периферията/. Спиралната развивка намира приложение в някои специализирани телевизионни системи, където други видове развивка са неприложими. Например, ако трябва да се предаде изображение на обект,който се върти със скорост V об/5 около оста си. Изображението на този обект ще се върти върху фоточувствителния слой на предавателната телевизионна тръба със същата скорост. Ако изображението се предава по класически начин, на екрана на приемника то също ще се върти и няма да може да се наблюдава. Използуването на спирална развивка, центърът на която съвпада с оста на въртене на обекта, ще позволи да се наблюдава неподвижно изображение на екрана на приемника, ако скоростта на развивката в предавателната страна бъде n+v кадъра/s в приемната – n кадъра/s, фиг. 1.18

Фиг. 1.18 Предаване изображения на въртящи се обекти.

Синусоидална развивка При този вид развивка най-често за хоризонтално отклонение на лъча се използува синусоидален закон, а вертикалното отклонение се извършва по линеен закон /1,14/

където mI е амплитудата на отклоняващия ток в хоризонтална и вертикална посока;

zω -ъглова честота на развивката по редове; kT -период на развивката по кадри.

Линейното вертикално отклонение се използува, за да се избегне значителното разреждане на редовете в централната част на изображението, което би се получило ако отклонението по кадри се извършва по синусоидален закон.

Формата на растъра и законът на отклонението са представени на фиг. 1.19

. Фиг 1.19 ТВ растър и отклоняващи токове при синусоидална развивка

За синусоидалната развивка са характерни следните особености: - Лесно формиране и предаване по кабелни линии за свръзка на отклоняващия ток; - Отсъствие на обратен ход на лъча по редове; - Сравнително лесна синхронизация; - Лесно се осъществява сравнително висока точност на геометричното подобие между телевизионното изображение и предавания образ; - Поради непостоянната скорост на лъча в хоризонтална посока се получава яркостна модулация по дължината на редовете. Този недостатък се премахва, ако се ограничат крайните полета на растъра; - Поради крайните размери на лъча, в краищатл на редовете се получава сдвояване и припокриване, което води до намаляване на детайлността на изображението. Синусоидалната развивка удовлетворява условията 3 и 4, но не удовлетворява 1 и 2. Тя се използува за опростени телевизионни системи, където не се поставят високи изисквания за качеството на изображението.

Следящи телевизионни развивки В някои видове телевизионни автомати се изпolзват следящи развивки. Дължината на общия път на развиващия елемент при изображения със средна сложност е много по-кратка в сравнение с необходимата дглжина на пътя при растрово разлагане. Това позволява да се увеличи скоростта на анализ или да се съкрати ширината на честотната лента, заемана от спектъра на честотите на видеосигнала. Известни са много способи за осъществяване на следяща развивка при обхождане на анализирания контур. Най-широко приложение са намерили две основни разновидности: - следяща развивка с непрекъснато движение на развиващия елемент по продължение на кривата или контура, фиг.1.20.а;

- стъпкова следяща развивка, фиг. 1.20.б. За първия вид е характерно наличие на "технологично" движение на развиващия елемент по анализирания контур с траектория на малки окръжности, сканиращи по следената крива. Стъпковата следяща развивка се характеризира с дискретно преместване на развиващия елемент по зададен алгоритъм. Например за представения случай на фиг. 1.20 б, алгоритъмът е следния: ако развиващият елемент е попаднал на "черно", следващата стъпка се извършва наляво, ако е попаднал на "бяло" - надясно. За разрешаване на неопределености, които може да възникнат при анализа на контура /точка а/ алгоритъмът се усложнява, като се извършват допълнителни движения.

Фиг. 1.20 Следящи ТВ развивки Следящите телевизионни развивки обикновено се използуват съвместно с други видове развивки. Доткриване на обекта за следене се използува някаква детерминирана развивка, като след откриването на контура се извършва следящата развивка. 1.7.2. Геометрично подобие в телевизията Геометричното подобие е един от най-важните параметри, определящи качеството на телевизионното изображение. Осигуряването на геометрично подобие в телевизията означава ла се запази постоянен мащаба на координатите на коя да е точка от изображението. Преди да се разгледа въпроса за геометричното подобие е необходимо па се дефинират основните понятия: предавано и възприемано изображение. Предаваното изображение може да бъде тримерно, ако се предава от натура или двумерно при предаване на кинофилм, диапозитив или картина и по тия причини в известен смисъл е неопределено. За да бъде еднозначно определено, под предавано изображение ще се разбира изображението, което съществува върху светочувствителния слой на предавателната телевизионна тръба. Определеното по този начин понятие "предавано изображение" е винаги двумерно, независимо от характера на предавания обект. При това се изключват геометричните и нелинейни изкривявания, внесени от оптичната система на предавателната камера. Под възприемано изображение ще се разбира изображението, което съществува

върху зрителната равнина c на наблюдателя, фиг.1.21. Зрителната равнина c е равнината, перпедикулярна на оста на конуса на зрението, във върха на който се намира окото на наблюдателя. Разстоянието от зрителната равнина c до наблюдателя може да се избере произволно и не оказва влияние върху геометричното подобие на възприеманото изображение.

Фиг. 1.21 Възприемано ТВ изображение

След така дефинираните понятия за предавано и възприемано изображения, въпросът за геометричното подобие между тях се свежда до сравняване на две двумерни изображения, фиг. 1.22

. Фиг 1.22 Геометрично подобие в телевизията

За да съществува геометрично подобие между двете изображения е необходимо

отношението между радиус векторите на съответните точки да бъде постоянна величина /1.15/

0rr

→

→ /1.15/ Равенството (1.15) има две подусловия : условие за синхронност и условие за синфазност в телевизията. Условието за синхронност се определя от израза (1.16) - отношението между модулите на съответните радиус-вектори трябва да бъде постоянна величина:

0 .r

constr

→

→=

/1.16/ Необходимо е да съществува и условието за синфазност, т.е. равенството на аргументите на двата радиус-вектора, (1.17).

0ϕ ϕ= В системите за телевизионно разпръскване се използува растър с редова структура съгласно закона за презредовата телевизионна развивка по редове и по полукадри. Хоризонталната и вертикална развивки се извършват от отклоняващи полета, възбуждани от генераторите за отклоняващи токове или напрежения съответно за предавателната и приемна телевизионни тръби. Тези генератори се синхронизират, за да съществува геометрично подобие в телевизията. Трудно е да се осигури както постоянство на скоростта на отклонение в течение на периода, така и подобие на неравномерността на скоростите при предаване и приемане. Вследствие това възникват геометрични изкривявания в телевизионното изображение. Нарушаване на геометричното подобие се получава и вследствие несъответствието на форматите при предаване и приемане, недостатъци на светлинната и електронна оптики, влияние на външни магнитни и електрически полета върху предавателната и приемната телевизионни тръби и т.н

Растрови изкривявания.

Телевизионният растър се характеризира с размерите си, броя на редовете и формата. Различните изкривявания, водещи до нарушаване на формата на възпроизвежданото изображение и геометричното му подобие с оригинала в най-общия случай се наричат растрови изкривявания. В зависимост от зрителното им възприемане и причините, които ги пораждат те се разделят на нелинейни и геометрични. Нелинейните изкривявания в растъра се дължат на непостоянната скорост на развивката и се проявяват като разтегляне или свиване на отделни участъци от растъра. Това означава, че мащабът на изображението на един и същи обект не се запазва постоянен в равнината на растъра. Такива изкривявания са силно забележими и неприятни при наблюдаване на подвижни обекти. Геомеричните изкривявания се предизвикват най-вече от

несъвършенството на отклоняващите системи и неправилното им монтиране. Проявяват се като нарушаване на правоъгълността на растъра, изкривяване на крайщата му и на правите линии във възпроизвежданото изображение. В зависимост от формата на изкривения растър, геометричните изкривявания се класифицират като изкривявания тип "бъчва", "възглавница", "трапец", "паралелограм" и т.н., фиг. 1.23

. Фиг. 1.23 Видове геометрични изкривявания на телевизионният растър

Съвместното въздействие на нелинейните и геометричните изкривявания води до нарушаване постоянството в мащаба на координатите на всяка точка от изображението и по тази причина често се наричат и координатни изкривявания на телевизионния растър. Растровите изкривявания се оценяват с коефициента на координатни изкривявания: - Изкривяванията тип "бъчва" или "възглавница" се оценяват в (%) като отношение на максималните отклонения h∆ и b∆ , съответно към ширината и височината на растъра.

[ ] [ ]100 % ; 100 %x yh bK K

b h∆ ∆

= =

За оценка на трапецовидните изкривявания

[ ]2 1

2 1

2 100 %Tpl lKl l−

=+

За изкривявания тип "паралелограм"

[ ]1 2

2 1

2 100 %nD DKD D

−=

+ Растрови изкривявания до 5% практически са незабележими в изображението. При изкривявания до 15% телевизионните изображения се възприемат удовлетворително

1.7.3 Детаилност на телевизионното изображение Детайлността е важно качество на всяко изображение. В телевизията детайлността се определя от способността на ТВ система да предава и възпроизвежда най-фината структура на изображенията. Видимата детайлност зависи от редица фактори: - от разстоянието между наблюдателя и изображението; - от яркостта и контраста на изображението; - от наличието на шум в изображението; - от характерните особености на зрителната система на отделния наблюдател и т.н. Интерес представлява детайлността, зависеща само от особеностите на системата, като се изключат всички характеристики, зависещи от зрението. Възпроизвеждането на най-дребните детайли в телевизионното изображение е свързано с максималния брой елементи N, на които се разлага изображението в съответствие с даден телевизионен стандарт. Да разгледаме фиг.1.25

Фиг. 1.25 Телевизионно изображение с максимален брой елементи

При зададен формат на изображението к = b/h = 4:3, където в е ширината, а h - височината му, броят на елементите, на които се разлага изображението се определя по следния начин: В един ред се разполагат b/h . z = k.z елемента, за z реда N = k.z2 елемента. Например за стандарта с z = 625 реда максималният брой елементи в изображението ще бъде N = 4/3. 6252 = 520 833. Така определената стойност е идеализирана, тъй като не са отчетени следните фактори: - Изгубване на определен брой редове по време на обратния ход на лъча във вертикална посока; - Изгубване на определен брой елементи по време на обратния ход на лъча в хоризонтална посока. Отнозителната продължителност на обратния ход на лъча е:

обрtТ

θ =

Където обрt е времето за обратния ход на лъча; T- период на развивката. За вертикална развивка на практика се получава:

3.2 0.0840Кθ = =

За хоризонтална развивка –

12 0.1964xθ = =

Тъй като по време на обратни ход на развивката информация не се предава. То реалният брой елементи Np ще бъде:

2 /1 / . /1 / 388125p К xN kz θ θ= − − = елемента Чрез броя елементи може да се характеризира детайлността на ТВ изображение. Но по-удобно при количествена оценка на детайлността е да се използува броя на редовете z , на които се разлага изображението тъй като броят на редовете z броят на елементите N са еднозначно свързани. В телевизията се формулират два вида детайлност: - Номинална детайлност на телевизионното изображение; - Реална детайлност във вертикална посока и в хоризонтална посока.

Номиналната детаилност при линейните телевизионни развивки се характеризира с пълния брой редове z ,които се предават за времето на един кадър, включително и броя на неактивните редове. При определеното оптимално разстояние L=5h наблюдателя от телевизионното изображение, фиг. 1.26, необходимият брой редове, на които се разлага изображението може да се определи от израза

кр

Z ϕα

=

За да не се забелязва редовата структура на телевизионния растър, разстоянието между два телевизионни реда, изразено в ъглови единици трябва да бъде по-малко от 1'крα ≈ Ъгълът на наблюдение ϕ ще бъде:

12. 2 112 2.5harctg arctgl

ϕ °= = ≈

Следователно

11 560160

Z реда= =

Фиг. 1.26 Определяне на редовете в телевизионния растър

Общо взето детайлността се увеличава с увеличаването на броя на

редовете, но е установено че забележимото нарастване на детайлността на изображението G∆ е пропорционално на относителното нарастване на броя на редовете z

zG az∆

∆ = /1.25/

Като се интегрира (1.25) може да се определи детайлността lnG a z C= +

Стойностите на коефициента a и интеграционната константа С може да се определят от граничните условия: 1/ Минимална детайлностGmin=0 ще се получи при z = 1 (един ред). От тук следва, че С = 0. 2/ Максимална детайлност Gmax=1 ще се получи при z=zmax и следователно

max

1ln

az

=

След заместване на a и C в израза за G се получава max

lnln

zGz

=

Изразът съвпада с практически получената крива за оценка на детайлността от наблюдателите на телевизионното изображение, фиг. 1.27

Фиг. 1.27 Зависимоста на детайлноистта G от броя на редовете в растъра z

Установено е, че разлагането на изображението на около 600 реда е достатъчно за осигуряване на добро качество. При стандартни характеристики на разлагане z = 625 реда, формат k = 4:3 и наблюдаване на изображението от разстояние l =

5.h, където h е височината на изображението, видимата детайлност G = 0,88. По-нататъшното увеличаване на броя на редовете не води до съществено нарастване на субективната оценка за детайлността на изображението, но създава значителни технически трудности. Реалната детайлност във вертикална посока зависи от взаимното разположение на елементите на изображението спрямо растъра фиг 1.28

В случай a системата може да възпроизведе z черно-бели елементи. В случай δ , когато предаваните елементи са разположени между два телевизионни реда е възможно да се възпроизведат два пъти по-малко z/2 елементи при пълен контраст. Количествено реалната детайлност във вертикална посока се определя като средно аритметично от броя редове, които съответстват на граничните случаи

0.5 0.752

Z Z Z+=

Фиг. 1.28 Реална детайлност във вертикална посока

Реалната детайлност в хоризонтална посока не зависи от взаимното разположение на елементите на изображението спрямо растъра, тъй като по направление на реда преходът между отделните елементи е плавен. Реалната детайлност в този случай се определя от крайните размери на развиващия лъч по отношение на минималните възпроизводими елементи от изображението и от широчината на честотната лента, която се осигурява от телевизионната система. 1.7.4 Информационна оценка на телевизионното изображение.

Както е известно теорията на информацията изучава количествените закономерности при предаването, съхраняването и обработването на информация. Тя позволява да се оцени ефективността на различните

комуникационни системи, да се установят условията за съгласуване на източника на информацията с канала за свръзка и получателя на съобщението.

Несъмнен интерес представлява количеството информация в едно изображение, което се формира по електронен път. Ако приемем за информационен елемент предаването на един ТВ кадър, може да се определи вероятността за предаване

на кой да е кадър от цялото множество М на всевъзможни картини. Количеството информация Б в съобщение за някакво събитие (в случая

телевизионния кадър) се определя от вероятността р на това събитие (да се предава този кадър):

J = - log2 p [дв. ед.] (1.27) Знакът (-) пред логаритъма е поставен, за да бъде количеството информация

винаги положително число, тъй като вероятността р ≤ 1. Нека да приемем, че предаваме едно изображение, което се състои от N

елемента. Ако всеки един елемент може да приема само една градация на яркостта, то тези N елемента ще формират само едно изображение.

Ако всеки един от всичките N елемента може да приеме m градации на яркостта, тогава общото количество изображения, които може да се формират

от N елемента ще бъде: M = mN (1.25)

Ako N = 5. 105 = 500 000 елемента; и m = 8 градации на яркостта, тогава М = 85.105 възможни изображения. Тук са включени и най-безсмислени комбинации от яркости на отделните елементи.

Вероятността да се предава едно от тези изображения е нищожно малка: p = 1/M (1.29)

Количеството информация за разглеждания случай ще бъде: J = - log2 p = - log2 8 500 000 = 1,5. 106 [дв.ед.]

При цветни изображения един елемент на многоцветното изображение се състои от три елемента на основните цветове (червен, зелен и син).

Следователно броят на комбинациите Мс от елементите на трите основни цвята с различна яркост в един кадър ще бъде:

Mc = mc3.Nc (1.27)

където mc е броя на яркостните градации за всеки един от основните цветове; Nc - броя на елементите във всяко от едноцветните изображения.

Като се приеме, че mc = m и Nc = N , може да се запише: Мс = М3

Последното равенство показва, че възможното количество възпроизводими цветни телевизионни изображения в сравнение с монохромните (черно-бели) изображения, при равни други параметри се увеличава М2 пъти. При това с

увеличаването на детайлността (N), отношението Мс/М също нараства. Количеството информация в един цветен кадър ще бъде:

Jc = log2 Mc = log2 M3 = 3.log2 M = 3. J (1.31) На практика отделните ТВ кадри не се различават много един от друг и

елементите на изображението са силно корелирани. Опитно е установено, че съществува корелация между 5 до 50 елемента в ред в зависимост от сюжета.

Статистическите връзки метду съседните елементи на телевизионното изображение се проявяват в това, че при квантоване на сигнала на m нива /градации на яркостта/, вероятността след нивото i да следва ниво j i≠ е малка. Вероятността за нови стойности pнов за реални изображения не превишава 0,1

11

m

нов iji j

p p= =

= − ∑

Автокорелационната функция на сигнала се определя от общата формула:

Ако времето на реализация Т = Т1 е ограничено, се получава оценката на автокорелационната функция:

където 1τ е отместването във времето. Автокорелационните функции имат максимум при 1 0τ = и спадат примерно по експоненциален закон при увеличаване на 1τ . Средните стойности на нормираната оценка на автокорелационната функция на яркостния сигнал за сюжетите на телевизионните изображения са 0,97 за съседни елементи в телевизионния ред и 0,92 за съседни кадри. Тези данни показват, че в реалните изображения има едри в сравнение с развиващия елемент детайли, за които яркостта е постоянна. Открива се възможността чрез използуване на методите за статистическо кодиране на изображенията да се стесни честотната лента, която заема предавания телевизионен сигнал.

1.8 Телевизионен сигнал Напрежението, получено в изхода на фотоелектрическия преобразовател, което съответствува на яркостите на следващите един след друг в процеса на телевизионната развивка елементи от изображението, се нарича сигнал на изображението или видеосигнал. Поради характера на телевизионната развивка, а именно полезната информация се предава в определени отрязъци от времето (правия ход на развиващия елемент), сигналите от изображението имат подчертан периодичен характер. Този характер се запазва и при подвижни изображения, тъй като се предава информация за твърде бавни движения на обектите по отношение на телевизионната развивка. Сигналите от изображението са импулсни сигнали, защото в процеса на фотоелектрическото преобразуване трябва да се предават различни по характер яркостни преходи.Те са и еднополярни сигнали, тъй като отразяват яркостта, която е еднополярна. Следователно сигналите от изображението имат средна (постоянна) съставна, която е пропорционална на средната яркост (фона) на изображението. Когато на увеличаването на яркостта съответства нарастване на напрежениетона видеосигнала говорим за положителен поляритет на сигналите от изображението Видеосигнала е с отрицателен поляритет, когато на увеличаване на яркоста съответства намаляване напрежението на сигнала.

Променливата съставна на сигналите от изображението се състои от отделни импулси с различна форма и продължителност, обусловени от размерите и яркостта на детайлите на предаваното изображение. С увеличаване на размера на предавания детайл ще съответствуват импулси на видеосигнала с по-гопяма продължителност и обратно. Характерна особеност на сигналите от изображението е сравнително широкия честотен спектър, който те заемат. Така описани, сигналите от изображението може да се представят чрез ред от хармонични съставни. Ширината на честотната лента на сигналите от изображението ще се определя от компонентите на този ред, чиито амплитуди не може да бъдат пренебрегнати като достатъчно малки. От съществено значение е определянето на максималната maxf

и минималната честота minf на видеосигнала от изображението, които трябва да се предадат, за да се осигури качествено телевизионно изображение. Горната гранична честота от спектъра на видеосигналите се определя от най-дребните детайли в предаваното изображение,Условно, за най-слоино телевизионно изображение се приема шахматно поле с размер на клетките, равен на размера на развиващия елемент, фиг. 1.29. Детайлността на това изображение се приема за 100%.

Броят на елементите на разглежданото изображение ще се определя от (1.22). При развивката на изображението ще се получат импулсни сигнали, на които

ако се отчете само първата хармонична, ще съответствуват

2

2 2N kz=

пълни периода на видеосигнала. Тъй като за 1s се предават пълни кадъра на изображението, горната гранична честота maxf ше се определи с израза:

2

max 2nkzf =

/1.35/ На практика поради крайните размери на развиващия лъч и намаляване на детайлността във вертикална посока вследствие редовата структура на растъра

и както е показано в (1.24) в израза за maxf се въвежда корекция с коефициента р - 0,7 -- 0,92.

2

max 2nkzf p=

/1.36/ При използуване на прогресивна развивка и к = 4 : 3, z=625 реда, n=50 kадьра

2

max50.4.625 13

2.3f MHz= =

Честотната лента в този случай се оказва много широка. Сигнал с такава широка честотна лента трудно се обработва - усилва и предава без забележими изкривявания. Чувствително би се намалил и броят на телевизионните канали в определения честотен диапазон. По тези причини за телевизионно разпръскване се използува презредовата телевизионна развивка, за която броят на кадрите n= 25 и при к = 4 : 3, и= 625 реда, горната гранична честота е:

2

max25.4.625 6.5

2.3f MHz= =

С отчитане на корекционния коефициент р , съгласно /1,36/ горната гранична честота на сигналите от изображението за нашия стандарт се приема равна на.6МНz Долната гранична честота minf на честотния спектър на сигналите от изображението ще се определя от най-бедното на детайли изображение, фиг. 1.30.

Фиг. 1.30 Определяне на долната гранична честота на видеосигнала

Сигналът, съответствуващ на това изображение се представя във вид на импулси с период на следване, равен на времето за предаване на един кадър при прогресивна развивка или един полукадър при презредова телевизионна развивка.

min1 1 50k n

f HzT T

= = =

1.8.2. Пълен телевизионен сигнал

За осъществяване на телевизионното предаване е необходимо едновременно със

сигналите от изображението да се предават различни спомагателни импулси: гасящи импулси, предназначени за "гасене" на електронния лъч в предавателната и приемна телевизионни тръби по време на обратния ход на хоризонталаната и вертикалната развивки, синхронизиращи импулси за синхронизация на хоризонталната и вертикалната развивки в предавателната и приемна телевизионни тръби.. При предаване по канала за свръзка на телевизионната система за разпръскване, редовите /РСИ/ и полукадровите /ПКСИ/ синхронизиращи импулси се обединявт в така наречената сложна синхронизираща смес (ССС). При предаване на цветно изображение допьлнйтелно се вклвчат сигнал за цветност и сигнали за цветова синхронизация. Тези два вида сигнали имат различен характер за трите стандартизирани системи за цветна телевизия. За предаване на данни и за динамичен контрол на параметрите на телевизионния тракт освен изброените съставки се включват служебни сигнали, поместени в определен интервал по време на обратния ход на вертикалната развивка. Пълният телевизионен сигнал /ПТС/ съдържа сигналите от изображението, гасящите импулси, синхронизиращите импулси и допълнителните сигнали, фиг. 1.31. Формата на пълния телевизионен сигнал се избира от условията за максимално опростяване на приемника като при това се осигури устойчива синхронизация и висока шумоустойчивост на телевизионното приемане.

Фиг. 1.31 Състав на ПТС

Редовите гасящи импулси /РГИ/ са с продължителност 12±0,3 sµ . Времето за нарастване на фронта на РГИ е 0.3 0.1 sφτ µ= ± . Полукадровите гасящи импулси /ПКГИ/ имат продължителност 25.Н+12 sµ ; където- Н = 64 sµ е продължителността на един телевизионен ред. Времето за нарастване на фронта на ПКГИ е 0.3 0.1 sφτ µ= ± Желателно е гасящите импулси да имат минимална продължителност, тъй като те определят неактивното време на телевизионната развивка. Но намаляването на обратния ход на развивката под определена граница води до усложняване на генераторите за развивка. Нивото на гасящите импулси съответствува или превишава в малка степен ниво "черно" на сигналите от изображението. При определяне формата и параметрите на синхронизиращите импулси се обръща внимание на следните изисквания - СИ трябва да се отделят лесно от останалите съставки на ПТС

- СИ не трябва да се виждат от телевизионния зрител и не трябва да смущават изображението; - РСИ и ПКСИ трябва лесно да се разделят едни от други; - СИ трябва да осигуряват точна синхронизация на развивките на предавателната и приемна телевизионни тръби при възможно най-голяма шумоустойчивост. Най-пълно изпълнение на посочените изисквания се осигурява от правоъгълни синхронизиращи импулси по редове и полукадри, разположени върху съответните гасящи импулси като е прието да се нарича на ниво "по-черно от черното". Те не смущават изображението и са незабележими за зрителя, защото съвпадат по време с обратния ход на лъча. Тогава не се предава зрителна информация и освен това синхронизиращите импулси запушват по-силно кинескопа. Лесно се изпълнява отделянето им от останалите съставки с методите за амплитудна селекция. Разделянето на двата вида синхронизиращи импулси се извършва на базата на различната им продължителност и различната честота на повторение. Редовите синхронизиращи импулси /РСИ/ се предават с редова честота 15625zf Hz= и имaт пролглжителнoст 4.7 0.2 sµ± при продължителност на фронта на импулса 0.2 0.1 sφτ µ= ± . РСИ се разполагат по-близо до началото на РГИ, за да се облекчи работата на генератора за развивка в телевизионния приемник. На практика предният фронт на СИ определя началото на обратния ход на лъча. За цялото време на обратния ход екранът трябва да е угасен от гасящия импулс. Ако СИ беше изместен в дясно, то за обратния ход на лъча в кинескопа няма да достига време за пълно гасене. РСИ не трябва да се разполагат непосредствено в левия край на РГИ, за да не влияе съдържанието на изображението и преходните процеси върху синхронизацията. Поради тези причини РСИ започва малко по-късно от РГИ и завършва по-рано, като се образува предна и задна площадка на РГИ - фиг. 1.32,а.

Фиг. 1.32 РГИ и РСИ

Предната площадка С на РГИ е с продглиителност 1.5 0.3 sµ± Задната площадка на РГИ се използува за предаване на информация за средната /постоянна/ съставна на сигналите от изображението. В системите за цветна телевизия на задната площадка на РГИ се предават специални сигнали вгв вид на пакет немодулирана цветова подносеща честота, фиг. 1.32 б. Полукадровите синхронизиращи импулси /ПКСИ/ се предават с честота на

полукадрите и имат продължителност 2.5H=160 sµ при продължителност на фронта на импулса 0.2 0.1 sφτ µ= ± Разделянето на двата вида синхронизиращи импулси се извършва с диференциращи /отделят кратките РСИ/ и интегриращи /отделят широките ПКСИ/ вериги. При интегрирането разликата в продължителността на импулсите се превръща в разлика на размаха им, фиг. 1.33

. Фиг. 1.33 Разделяне на синхронизиращите импулси

Способът за отделяне на ПКСИ с помощта на интегриращи вериги се характеризира освен с простотата си и с голяма шумоустойчивост. Смущенията, които най-често имат характер на тесни импулси се подтискат от интегриращата верига и не предизвикват нежелано сработване на схемата за развивка. Недостатък на интегриращата верига е лошия фронт на отделеният интегриран ПКСИ. За частично подобряване на фронта на импулса се използува многозвенно интегриране. Продължителността на ПКСИ няколкократно превишава периода на хоризонталната развивка. Както се вижда от фиг 1.31 а,б използуването на сигнал с такава цорма не осигурява синхронизация т генератора за хоризонтално отклонение в приемника за времето на импулса за вертикална синхронизация. В резултат на това първите РСИ-и след прекъсването не могат да синхронизират генератора и няколко телевизионни реда в началото на кадъра /в горната част на изображението/ ще бъдат несинхронизирани. За осигуряване на непрекъсната синхронизация на ГХО, в синхронизиращия импулс за вертикално отклонение се формират "врезки”-импулси с редова честота, задният фронт на които съвпада с момента, в който трябва да бъде предния фронт на РСИ - фиг. 1.34 в,г. Продължителността на врезката е 4,7 ± 0,2μs.

. Фиг.1.34 ‘Врезки в синхронизиращия импулс за вертикално отклонение

При презредова телевизионна развивка началото на II полукадър е отместено по отношение на началото на I полукадър с половин телевизионен ред . В този случай началото на ПКСИ за I полукадър ще съвпада с началото на съответния РСИ, фиг.1.35а, а началото на ПКСИ за II полуkадьр ще бъде в средата между два РСИ, фиг. 1.35,6. Съответно в двата полукадьра временното разстояние от началото на ПКСИ до първата врезка ще бъде различно. Тази разлика във формата на сигналите ще доведе до различие в интегрирания ПКСИ, фиг. 1.35 в.

Фиг. 1.35 Нарушаване на презредноста в следствие различие в ПКСИ

Синхронизацията на генератора за вертикално отклонение се извършва при определено ниво на ПКСИ. По тази причина различната форма на синхронизиращите импулси ще доведе до неточна презредност на растъра и до сдвояване на редовете. Освен това в зависимост от нивото, при което се синхронизира генератора, временното отместване между двата полукадьра ще се променя в интервала 1t t∆ ÷∆ , което ще доведе до неустойчива презредност на развивката. За отстраняване на това нежелано явление е необходимо формата на отделената сложна синхронизираща смес /ССС/ да бъде еднаква за двата попукадъра. Това се постига като врезките в ПКСИ се правят с двойната редова честота.. За да се отстрани и влиянието на различното разположение на РСИ на предната площадка на ПКГИ, от които се получава различен остатъчен заряд на интегриращия кондензатор, на предната площадка на ПКГИ с продължителност 2,5 Н = 160μs се помества пакет от 5 броя предни изравнителни импулси,

предавани с двойната редова честота. Продължителността на изравнителния импулс е 2.35 0.1 sµ± За пълна идентичност и на задните фронтове на интегрирания синхронизиращ импулс, в ССС след ПКСИ в продължение също на 2,5Н се разполага пакет от 5 бр. задни изравнителни импулси. Врезките и изравнителните импулси се препават с двойната редова честота, която е два пъти по-висока от основната честота на РСИ. Затова на практика не се нарушава правилната синхронизация на ГХО в телевизионния приемник. Формата на сложната синхронизираща смес, съгласно приетия у нас стандарт е представена на фиг. 1.36. За двата полукадъра сигналите са еднакви, с което се изключват посочените неудобства и се осигурява точна презредност. По-лесно се формира ССС. Със стрелки са показани моментите на редова синхронизация. Представена е и приетата номерация на редовете като I полукадър е този, в който началото на ПКСИ съвпада с началото на РСИ.Във II полукадър началото на ПКСИ е отместено по отношение на поредния РСИ с половин ред Н/2. Описаната форма на ССС е разработена по отношение възможността за отделяне на ПКСИ с опростени интегриращи вериги и получаване на устойчива презредова развивка. Ако за отделянето на ПКСИ се използуват по-сложни схеми, формата на сигнала може да бъде съществено опростена чрез отстраняване на изравнителните импулси и врезките.

В системата за цветна телевизия СЕКАМ III на задната площадка на ПКГИ в продължение на девет реда по време на обратния ход на лъча във вертикална посока се предават сигнали за цветова синхронизация както следва: от 7 до 15 ред по време на I полукадър и

от 320 до 326 ред по време на II полукадър. За динамичен контрол на параметрите на телевизионния тракт по време на телевизионната програма и за предаване на двоична информация за телевизионните информационни системи от типа " ТЕLЕТEХT"сe използуват специфичните особености на пълния телевизионен сигнал - наличието на временни интервали, свободни от предаването на важна за изображението информация. Динамичният контрол на параметрите на телевизионния тракт се основава на получаване на измервателна информация с помощта на кратковременните контролни /еталонни/ сигнали. Те се предават в състава на ПТС, едновременно с видеосигналите от изображението. Еталонните сигнали или служебната информация се предават по време на задната площадка на ПКГИ. За целта се използуват определен брой телевизионни "изпитателни " редове, стандартизирани от МККР и ОИРТ. Това са: 16 до 21 ред по време на I полукадър и 329 до 334 ред от II полукадър. Разпределението на редовете е както следва: 16, 329 - сигнали за опознаване източника на програмата или пункта, в който се включват международни контролни сигнали; 17,18 - международни контролни сигнали,"Teletext" 330, 331 19,20,21 - национални контролни сигнали 332,333,334

Еталонните сигнали, които имитират характерните особености на сигналите от изображението, не се забелязват от зрителя и не смущават изображението. В пункта за контрол и измерване изпитателните сигнали се отделят чрез методите за временна селекция и доставят там необходимата информация за състоянието на участъка или целия тракт, през който са преминали. Разпределението на нивата в ПТС е предоставено на фиг.1.37.

Фиг.1.37 Нива в ПТС

1.8.3. Структура на спеитъра на телевизионния сигнал

Познаването на енергийния спектър на електрическия сигнал в изхода на фотоелектрическия преобразовател позволява да се оцени правилно ефективността на предаването, да се различи телевизионното предаване от другите видове свръзки, да се оценят изкривяванията, внасяни от процеса на електрооптичния анализ, правилно да се отдели полезната част от безкрайния

спектър на сигнала, Р.Мегtz и Р.Gгау са изследвали през 1934 г. процеса на електрооптичния анализ, изхождайки от това, че може да представят предаваното изображение нато функция на разпределението на яркостта В в плоскостта на изображението, т.е. ( ),L x y При това променливите x и у- в процеса на развивката на изображението се явяват функции само на времето t . Процесът на телевизионната развивка може да се представи или като постъпателно-възвратно движение на развиващия елемент в полето на изображението на обекта, или като непрекъснато постъпателно движение на развиващия елемент по продължение на повтарящи се полета на едно и също предавано изображение. При теоретичното разглеждане на въпроса второто представяне е за предпочитане, тъй като се избягва необходимостта от сложното математическо представяне на постъпателно-възвратното движение на развиващия елемент. Разглежданият метод на теоретично изследване е основан на следните предположения: 1. Обектът е неподвижен. 2. Предаването се извършва безкрайно дълго време. В такъв случай процесът на електрооптичния анализ се представя като движение на развиващия елемент по поле от еднакви изображения, всяко едно с ширина b и височина h , повтарящи се ∞ дглго както по оста х , така и по оста y , фиг.1.38.

Фиг. 1.38 Представяне на развивката при електрооптичния анализ

Математически това означава, че функцията на разпределение на яркостта В(х,у) периодически се повтаря по продължение на оста х с период, равен на дължината на реда b и по продължение на оста у с период, равен на височината на кадъра h. Най-опростен случай на разглеждане ще ни предостави изображение с косинусоидално разпределение на яркостта, фиг. 1.39 а. Ако по оста z представим яркостта В , разглежданият случай може да се представи чрез пространствено разпределение на яркостта, фиг. 1.39. б.

Фиг. 1.39. Косинусоидално разпределение на яркостта в изображението

Ако по дължината на един ред се разполагат k косинусоиди, а по височината на кадъра – m косинусоиди, моме да се запише:

След като яркостта се изменя с период, равен на дължината на реда b , то функцията Bx(х,у) моме да се разложи в ред на Фурие по променливата х .

След изместване на разстояние h , функцията ще бъде същата. Следователно, тя е периодична функция и по у , фиг.1.40.

Фиг. 1.40 Периодичност на функцията на яркоста

Или съгласно първоначалните приеманания моше да се напише:

Следователно, амплитудата на съставящите на яркостта периодически ще се повтаря през интервали y h∆ = и може да се представи по следния начин:

Като заместим израза за амплитудата (1.40) във функцията за яркостта (1.39) се получава:

Тъй като

Ако се обозначи

изразът за B(x,y) (1.41) може да се представи във вида:

Където

Окончателно за функцията В(х,у) може да се запише:

Сигналът в изхода на предавателната телевизионна тръба е пропорционален на яркостта на изображението

Ако вместо х и y се въведат текущите координати на електронния льч ξ и η за положението му във всеки момент от времето

и ги заместим в израза за яркостта, се получава:

Това е електрическия сигнал на предаваното оптическо изображение. Тъй като се интересуваме от спектъра на този сигнал, то честотите, които се образуват в изхода на фотоелектрическия преобразовател са:

Тъй като zx f

bV

= е честотата на хоризонталната развивка, а n

y fh

V=

- честотата на вертикалната развивка, изразът за спектгра на честотите може да се представи във вида

Този израз представя честотите на хармоничните съставящи, на видеосигнала от изображението и показва, че спектърът има дискретен характер. Най-общо спектърът на телевизионния сигнал се състои от основни честоти, кратни на честотата на редовете fz и образуващи първичната структура на спектъра и вторични спектри, простиращи се до ±∞ от двете страни на всяка от основните честоти на разстояние

фиг.1.41 Спектър на неподвижно изображение

Количеството на хармоничните и тяхното ниво зависи от съдържанието на изображението. Нивото им бързо намалява с увеличаване на поредния номер на к и m . Най-често k≠0 и m≠0. Ако k=0 , m≠0 което съответства на постоянна яркост в хоризонтална посока. Спектърът ще съдържа само хармоничните на вертикалната развивка fn, 2 fn, 3 fn и т.н. Отрицателните честоти нямат реален смисъл. Ако k≠0 и m=0 постоянна яркост във вертикална посока. Спектърът на сигнала ще се състои само от хармоничните на редовата честота fz, 2 fz, 3 fz и т.н. Как ще се променя спектъра при предаване на подвижни изображения? Нека да се предава изображение на обект, движещ се отгоре надолу със скорост V . При развивката на това изображение импулсът на видеосигнала ще има период Т , по-голям в сравнение с периода на вертикалната развивка Тк . С пристигането на развиващия лъч отново в точката от растъра, която сме разглеждали, изображението се е преместило напред и е необходимо допъл-нително време /Т - Тк/, за да догони лъчът изображението. Съотношението между периодите е

кгдето Vк е скоростта на вертикалната развивка, или

Съответствуващото отклонение на честотата ще бъде

Ако подвижният обект изминава височината на кадъра h за 0,5s тогава:

Аналогично ще се променя честотата на хармоничните на редовата честота при движение на обект от изображението в хоризонтално направление.

Ако подвижният обект изминава ширината b на изобразява -ния кадър за 0,5 s се получава:

Разгледаният пример показва, че в случая спектралните линии ще се преместват в границите на 4Hz . При предаване на подвижни изображение се получава разширение на спектралните линии /спектралните линии ще заемат известна честотна ивица, която е сравнително много тясна/ и дискретният характер на спектъра се запазва. Наличието на дискретни честоти и незапълнени пространства в енергийния спектър на телевизионния сигнал както и бързото намаляване на амплитудата на хармоничните с увеличаване на поредния им номер, позволява в една предварително определена честотна лента да се предават едновременно няколко независими виде-осигнала. Подобен похват се използува в системите за цветна телевизия и за решаване на редица други задачи.

1.8.4. Предаване на телевизионните сигнали. Ретранслация чрез изкуствени спътници на Земята

Радиосигналът за телевизионно разпръскване се състои от сигнал на

изображението и сигнал на звуковия съпровод. В настоящия момент за телевизионно разпръскване с помощта на земни

предавателни станции се използуват радиовълни от метровия и дециметровия диапазон примерно от 50 до 1000 MHz при амплитудна модулация на носещата честота на предавателя за изображението.

По-ниски честоти не се използуват, тъй като горната гранична честота на сигналите от изображението трябва да бъде 5 до 10 пъти по-ниска от носещата

честота. Освен това наличието на явлението "фадинг" при разпространението на КВ и свързаните с него изкривявания в мястото на приемане, налага за телевизия да се използуват ултра къси-вълни /УКВ/. Честотният диапазон, определен за телевизионното разпръскване, условно се разделя на пет обхвата съгласно "Регламента за радиосвръзкяте": I обхват 48.5 до 84МHz, включващ 1 до 3 ТВ канали; II обхват 84 до 100MHz , включващ 4 и 5 ТВ канали; III обхват 174 до 230MHz , включващ 6 до 12 канапи; IV обхват 470 до 606МHz , включващ 21 до 37 ТВ канали; V обхват 606 до 860МНz , включващ 38 до 69 ТВ канали.

В съответствие с приетата терминология I, II и III обхвати се наричат "метрови", а IV и V - "дециметрови". Амплитудната модулация на носещата честота на изображението води до образуване на две странични честотни ленти - горна и долна. Вследствие на това, спектърът на сигналите от изображението след амплитудната модулация се удвоява и става много широк /12MHz/. Това създава сериозни трудности при обработването на сигнала с минимални изкривявания. Намалява броя на теле-визионните канали, които може да се разположат в честотния обхват, отделен за телевизия.

В телевизионното разпръскване, за съкращаване на честотния спектър със запазване качеството на изображението и увеличаване броя на ТВ канали в обхвата, определен за телевизия, в предавателя за изображението се използва амплитудна модулация с частично подтисната долна странична лента

Пълното подтискане се осъществява сравнително трудно и освен това биха се внесли големи фазови изкривявания в сигнала. Подтискането започва от -0,75МHz и завършва при -1,25MHz . Както се вижда на фиг. 1.39 а нискочестотните съставни на телевизионния сигнал се предават с двете си честотни ленти и предаването им не е съпроводено с изкривявания. Високочестотните съставни се предават еднолентово само с горната странична

лента и при тях се получават характерни "квадратурни" изкривявания. На прак-тика тези изкривявания се пренебрегват, тъй като са слабо забележими при дребните детайли от изображението, информацията за които се пренася от ВЧ съставни на спектъра на телевизионния сигнал.

Едновременно с квадратурните; възникват и фазови изкривявания. Пълна корекция на фазовите изкривявания с отчитане на несиметрията на характеристиката може да се осъществи само в радиосигнала на изображението, където може да се извърши отделна корекция на сигналите от всяка странична лента.

Разликата в предаването на НЧ и ВЧ съставящи води до това, че те се предават с различна мощност. Корекцията на тези амплитудно- честотни изкривявания се извършва на радиочестота чрез придаване на определена форма на АЧХ на приемника В болшйнството телевизионни стандарти се използува негативна модулация Фиг. 1.40 а, при която увеличаването на яркостта в телевизионното изображение съответствува на намаляване на нивото на носещата вълна.

фиг

Негативната модулация на предавателя за изображението има следните предимства в сравнение с позитивната: 1 -Смущенията от импулсен характер се проявяват като тъмни точки върху изображението, които са по-слабо забелижими в сравнение с белите точки, които биха възникнали при позитивна модулация. 2 - Синхронизиращите импулси се предават винаги при една и съща, максимална мощност на предавателя. Това позволява лесно да се построи система за автоматично регулиране на контраста /АРК/ в телевизионния приемник. 3- Средната мощност на предавателя е значително по-малка от върховата, тъй като в реални изображения преобладават сигнали, съответствуващи на ниво "сиво".

При използуване на негативна модулация защитата на канила за синхронизация в приемника срещу импулсни смущения се осъществява чрез използуване на специални схеми и вериги за инерционна синхронизация на генератора за хоризонтално отклонение.

Минималната стойност на радиосигнала на изображението, съот-

ветствуваща на ниво "бяло" е 10 до 12% /никога не се използува 100% дълбочина на модулацията/. Това ниво на ВЧ трептения е необходимо за нормалната работа на телевизионния приемник-осигурява се получаването на втората междинна честота на звуковия съпровод (6,5 MHz ).

Поляризацията на електромагнитните вълни, излъчвани от ТВ предавател може да бъде хоризонтална или вертикална. Предпочита се хоризонтална поляризация, защото влиянието на импулсните промишлени смущения е по-слабо. Не е изключена и вертикална поляризация - за намаляване на взаимните смущения между съседно работещи предаватели.

За всвки телевизионен разпръсквателен канал освен телевизионния сигнал се предава и сигнал за звуков съпровод.

С цел повишено качество на звуковия съпровод, шумоустойчивост и минимално влияние между изображението и звука, звуковият съпровод се предава чрез честотна модулация на предавателя за звуковия съпровод. Носещата честота на предавателя за звуковия съпровод е разположена на 6,5 ± 0.001 MHz по-високо от носещата честота на предавателя за изображението. Ширината на честотната лента на звуковия канал е 250KHz при девиация на честотата Δf=50KHz

В ТВ разпръскване се използуват два предавателя за изображението и за звуковия съпровод. Те работят с обща антена чрез използуване на разделителни или антенни филтри. Едно примерно изпълнение на разделителен филтър е представено на фиг. 1.41, където λиз е средната дължина на вълната на радиосигнала на изображението, а λзв- дължина на вълната на носещата на звуковия съпровод. Радиосигналът на изображението Uиз постъпва по фидера 1 в главния Фидер 2 и от там към антената. Първият филтриращ елемент /режекторен филтър/, образуван от отрязъците 3 и 4, не влияе на сигнала на изображението Uиз. Входното съпротивление на филтъра /точка а/ от страна на канала на изображението за вълната λиз, се стреми към безкрайност, тъй като филтърът се състои от четвъртвълновия отрязък 3, даден на късо. Късото съединение на краищата му се създава от дадения на късо полувълнов отрязък 4 /наричан "шлейф" или "резонатор"/. Вторият филтър, състоящ се от отрязъците от линия 5 и 6 за сигнала на изображението Uиз има същите параметри както и първия и също не влияе на изходния сигнал

Фиг 1.44 разделителен антенен филтър

на изображението по главния фидер. Сигналът на изображението постъпва без затихване към антената и не попада в изхода на канала за звуковия съпровод през втория режекторен филтър. Радиосигналът на звуковия съпровод Uзв по фидера 7 през отрязъка от линия 5 на втория филтър също постъпва в главния фидер 2. Шлейфът 6 на втория режекторен филтър не влияе на преминаването на сигнала Uзв , тъй като дължината на този, даден на късо шлейф е 3/4λзв, вследствие което входното му съпротивление в точката b клони към безкрайност. Радиосигналът на звуковия съпровод не може да попадне към изхода на канала за изображението, тъй като от точка 5 по посока на неговото включване входното съпротивление на главния фидер клони към безкрайност по следните причини: дължината на дадения на късо шлейф 4 е 3/4λзв и входното му съпротивление клони към безкрайност. По тази причина четвъртвълновият отрязък 3 за сигнала Uзв се оказва отворен на края и входното му съпротивление в точката а клони към нула. Дължината на участъка а-b от главния фидер е кратна на нечетен брой 1/4λзв и тъй като в края /в точка а/ той е даден на късо, то входното му съпротивление в точка b клони към безкрайност. Следователно, и радиосигналът на звуковия съпровод по главния фидер може да постъпи само към антената. По този начин се постига сумиране на двата радиосигнала вчв фидера без те да си влияят взаимно. Подтискането на всеки от радиосигналите във входа на другия е от порядъка на 25-30 dВ. Може да се използуват и разделителни филтри, построени на базата на мостови схеми. Обикновено съотношението между мощностите на предавателя за изображението и предавателя за звука е 10 : 1 или 5 : 1. Това се обяснява с факта, че честотната лента, заемана от сигнала на изображението е чувствително по-широка от честотната лента на звуковия съпровод. Номиналната ширина на честотната лента на радиоканала на телевизионно разпръскване съгласно стандарт ОИРТ е 8MHz. Зоната на обслужване от

телевизионния предавател се определя от границите в които е възможно сигурно.телевизионно приемане. Радиовълните от метровия и дециметровия диапазони, използувани за телевизионно разпръскване се разпространяват основно праволинейно и изпитват много слаба рефракция в атмосферата. Затова радиусът на действие на телевизионния предавател се определя от пряката /оптическа/ видимост между предавателната и приемна антени съгласно известния израз:

където r0 е разстоянието на пряката видимост между предавателната и приемна антени, отчетено в km ; h1- височина на предавателната антена, в m h2„- височина на приемната антена в m На практика радиовидимостта малко превишава оптическата видимост поради частичната дифракция на радиовълните и слабата рефракция в ниските слоеве на атмосферата. Увеличението е около 15% и в този случай изразът /1,46/ приема вида:

Увеличаването на излъчваната от предавателя мощност позволява да се

повиши напрегнатостта на полето в зоната на радиовидимостта, но почти не разширява радиуса на действие на предавателя Оформят се четири основни зони на електромагнитното поле в зависимост от условията за разпространение на метровите и дециметровите вълни. Те са разположени на различни разстояния от предавателната антена.

Близка зона-- Простира се на няколко километра от телевизионния предавател. Характеризира се с голяма неравномерност на полето във вид на периодични максимуми и минимуми, получавани от интерференцията между прекия и отразения лъч от повърхността на Земята, в мястото на приемане. Мястото на предавателната антена трябва да се избира така,че в близката зона да няма гъсто населени райони. Зона на дифракционно поле. Това е зоната на устойчиво телевизионно приемане. Границите на зоната се определят с изразите (1.46) и (1.47). Зад радиохоризонта напрегнатостта на полето бързо намалява.

Зоната на тропосферното поле е на 100-150km до 800 -1000km от предавателя. Създава се вследствие дифузно отражение на радиовълните от нееднородности в долните слоеве на тропосферата. Височината на тропосферата се променя от 8 - 10 km в полярните области до 16-18kм в тропиците. Тропосферното поле е слабо и не може да осигури уверено телевизионно приемане, но то е достатъчно да създаде съществени смущения за друг предавател и трябва да се отчита при планиране и построяване на телевизионната мрежа.

Зона на йоносферното поле. Това поле е обусловено от отражение на радиовълните от слоя F2 намиращ се на височина 240 -400km , от

нееднородностите на слоя D, разположен на височина 60 – 90km /през нощта слоя 0 изчезва и отражение се получава от йонизирания слой Е, разположен на височина 90 – 120km / а също от спорадичния слой Еs , образуващ се понякога на височината на слоя Е.

Йоносферно разпространение може да настъпи за радиовълните от I ТВ обхват през дневните часове на летните месеци и при засилена слънчева активност. Напрегнатостта на йоносферното поле в отделни моменти може да достигне стойности за създаване на значителни смущения и даже за телевизионно приемане. Далечината на разпространение вследствие йоносферно отражение може да достигне няколко хиляди километра.

Радиусът на действие на телевизионните предаватели обикновено не превишава 60-80km. Не е ефективно зоната на телевизионно разпръскване да се увеличава чрез строеж на високи телевизионни кули, тъй като това е свързано с големи капиталовложения.

Разшряването на зоната на ТВ разпръскване се извършва чрез използуване на радиорелейни, кабелнии космически линии за свръзка. Всеки един от тези видове свръзка притежава достойнства и недостатъци, които определят и областта на приложение.

Обикновено линиите за свръзка се използуват комплексно. Освен телевизионни, пренасят и други сигнали - телефонни, телеграфни, фототелеграфнии т.н. По този начин съществено се повишават технико-икономическите им показатели.

Радиорелейни линии

Радиорелейните линии използуват обхвата от 100 MHz до 10 GHz в съответните канали за радиорелейна свръзка.

Радиорелейната линия /РРЛ/ се състои от система приемо-предаватепни станции, разположени на разстояние 30 - 8Оkm една от друга в зависимост от терена. Всяка станция има антенна кула или мачта с височина 40 – 100m , където се монтира антенна система, приемна и предавателна апаратура и електрозахранване.

Болшинството междинни РРС по трасето работят без обслужващ персонал като за контрола и управлението на апаратурата в тях се използува система за телесигнализация и телеуправление.

Характерните особености при използуването на РРЛ за пренасяне на телевизионни сигнали са следните:

- Сравнително малки капиталовложения за строителство и експлоатация. - Възможност за отклоняване на сигналите за телевизионната програма от

междинните пунктове с цел обслужване на съответния район. - Сравнително кратки срокове за строителство. - Използуването на РРЛ с дължина, по-голяма от няколко хиляди

километра е неудобно поради големия брой ретранслации, което води до натрупване на изкривяванията в сигнала, неподлежащи на корекция.

Кабелни линии за свръзка

В кабелни магистрали се използуват специални коаксиални кабели с подобрени параметри. Но независимо от това широколентовите ТВ сигнали претърпяват голямо и неравномерно затихване. За коригиране на затихването и изкривяванията се използуват междинни устройства за преобразуване, корегиране и усилване на сигналите. Основен недостатък на кабелните магистрали е високата стойност на строителството и натрупването на изкривяванията с увеличаване на разстоянието.

В настоящия момент в редица страни се развиват системи за кабелна телевизия, с цел да се осигури висококачествено изображение в зони, където приемането на ТВ програми от ефира е затруднено /планини, определени зони в големи градове и др./.

В перспектива строежи на кабелните линии за свръзка ще се извършва с използуване на световоди от стъкловлакно. Оптическите линии за свръзка с използуване на световоди имат важни технико-икономически преимущества пред другите видове линии за свръзка. Те са особено пригодни за предаване на телевизионни сигнали и предаване на данни поради широката честотна лента на пропускане, високашумоустойчивост, висока степен на електромагнитна съвместимост с другите видове канали за свръзка.

В момента световодните линии за свръзка се намират в стадий на експлоатация на експериментални образци.

Космически линии за свръзка. Ретранслация чрез ИСЗ

Космическата линия за свръзка може да се разглежда като РРЛ с един междинен пункт. Тя включва:

1. Земна предавателна станция. установена на ИСЗ. 2. Междинна, радиорелейна станция, установена на ИСЗ. 3. Система от голям брой земни приемни станции, разположени на голямо

разстояние една от друга, фиг 1.45 Космическата линия за пренасяне на ТВ сигнали се характеризира със

следните особености: - В следствие голямятя височина на спътника се осигурява предаване на сигнала на големи разстояние.

- Приемането се осъществява едновременно на огромни територии, навсякъде където е осигурена радиовидимост на ИСЗ с предавателния и приемния пункт.

- Наличието само на една междинна станция /разположена на ИСЗ/ води до малки изкривявания на сигнала.

-Космичещите линии за свръзка са универсални по отношение на предаваната информация. Вследствие широколентността и голямата си пропускателна способност те се използуват за обмен на телевизионни и радиопрограми, за предаване на многоканални телефонни съобщения, телеграфни и фототелеграфни сигнали и друга цифрова информация. ,

- Създава се възможност за сигурна свръзка с труднодостъпни райони.

Фиг 1.45 Космическа линия за ТВ разпръскване

Изборът на орбитата на свързочния ИСЗ е важен въпрос, свързан с

продължителността на радиосеанса, енергийните възможности на спътника и сложността на оборудването на земните станции. Във връзка с това в настоящия момент се използуват основно два вида орбити: стационарна и елиптична. Идеята за използуване на ИСЗ като ретранслатори на ТВ програми е изказана в СССР 10 години преди изстрелването на първия изкуствен спътник на Земята. Първият проект, обнародван в 1950 година и публикуван в 1960 г. се е отнасял до ИСЗ с период на обиколката 24 часа по кръгова екваториална орбита. Прието е такъв спътник на Земята да се нарича стационарен или синхронен. Определянето на орбитата му се извършва въз основа на третия Закон на Кеплер които гласи: Квадратите на периодите на въртене на планетите около слънцето, са пропорционални на кубовете на средните им разстояния до Слънцето. Ако този закон се отнесе до изкуствен спътник на Земятя, той ще изглежда по следния начин

където R0, е радиусът на кръговата орбита; G= 6,67 . 10-11m3/kg.s2 -гравитационна константа; М = 5,98 . 1024 kg - маса на Земята. Като се заместятG и M и се приемеТ=24 часа се лолучава R0 =42180km от центъра на Земята. Височината на орбитата над повърхността на Земята ще бъде: H= R0 - Rз = 42180 - 6380 = 35800 km Спътник, изведен на такава орбита в плоскостта на Екватора и движещ се в посока на въртенето на Земята ще се окаже неподвижно висящ над дадена точка от земната повърхност в областта на Екватора. Характерните особености при използването на ИСЗ в геостационарна орбита са: Продължителността на радиосеанса. е неограничена в денонощието;

- Устройството и експлоатацията на земните станции се опростява, тъй като спътникът е неподвижен е и не е необходимо непрекъснатото му следене ; - С един спътник се покрива огромна територия /около 160%/ от полусферата Земята /Това представлява около 35% от общата повърхност на Земята. ; - Три синхронни спътника в екваторлална орбита разположени на 120° един от друг осигоряват създаване на глобална система, обхващаща почти цялятя земна повърхност с изключение на полярните райони – северно от 730 сш и южно 730

юш. Типичен пример за свързочен спътник използуващ елиптична орбита е ИСЗ "Молния". Елиптичната орбита е разполгжена под ъгъл 65° спрямо плоскостта на Екватора с апогей от 39557km над средната част на територията на СССР. Перигеят е 548km над южното полукълбо, фиг. 1.44. Периодът на обиколката е 12 часа като радиосеанс се осъществява в рамките на 8 - 9 часа. Бордовите антени през цялото време трябва да бъдат насочени към Земята. Земната приемна антена следи движението на ИСЗ. Честотният диапазон, в който работи свързочния спътник "Мопния", включен в системата "Орбита" е 0,8 до 1 MHz. Мощността на предавателя на спътника е 40 W.

В настоящия момент в орбита около Земята работят около 90 свързочни ИСЗ от типа "Интелсат 4", "Интелсат 5", "Молния", "Радуга", "Екран" и др. Провеждат се успешни експерименти и се разработва необходимата апаратура за осъществяване на директно телевизионно приемане ст Космоса. При тегло на ИСЗ в орбита от 600kg до 2500kg много перспективен честотен диапазон за непосредствено ТВ разпръскване чрез ИСЗ е диапазона 11,7 - 12,55GHz. Проблемите, които трябва да се решат в настоящия момент са:разпределението на честотния спектър /особено за Европа/, малки габарити и ниска стойност на индивидуалните приемни ТВ устройства. Усилията на научно-техническите работници са насочени към създаване на подходящи интегрални схеми, построени на базата на галиев арсенидGa As, способни да работят до 70GHz.

2. ТЕЛЕВИЗИОННИ СИСТЕМИ

2.1. Апаратно-студиен номпленс

Апаратно-студийния комплекс /АСК/ е съвкупност от технически средства за формиране на пълния, телевизионен сигнала на звуковия съпровод за телевизионната програма.

Структурната технологична схема, фиг. 2.1 на АСК съдържа апаратно-студийни блокове /АСБ/, блок за видеозапис, блок за кино-производство и телекино проекция, апаратна за външни програми, централна апаратна, подвижни телевизионни станции /ПТС/ и много спомагателни служби /филмотека, видеотека, работилница за декорации, електрозахранване ит,н,/

Апаратно-студийният блок е основно звено в АСК. Тук са съсредоточени почти всички източници на телевизионен сигнал: студийни камери и телекинопроектори със съответните им камерни канали, генератори на електронни изпитателни таблици.

Видеомагнетофоните като правило се разполагат в специализиран блок за видеозапис и възпроизвеждане, но в някои случаи се включват в състава на АСБ

. Фиг 2.1 Апаратно студиен комплекс

Тези източници на сигнал, заедно със съответната им апаратура за

управление, контрол и синхронизация, а също звуковото, осветителното и друго спомагателно оборудване се монтират в телевизионни студия, телекино апаратни, апаратни за видеозапис и възпроизвеждане, режисьорски и

технически апаратни. Блокът за външни програми съдържа изходи на междуградски и

международни линии за свръзка. Към този блок се отнасят и подвижните телевизионни станции /ПТС/.

Блокът за телекино проекция.е предназначен за демонстриране по телевизията на художествени, научнопопулярни и документални филми. Използуват се специални кино-машини за демонстриране на 35mm, 16mm, 8mm, филми. Централната апаратна е основния диспечерски и контролен пункт в АСК. В нея окончателно се формират сигналите на телевизионната програма със съответните комутации и контрол на параметрите на сигналите. Телевизионните,студия са специално оборудвани помещения, предназначени за създаване на фрагменти от програмата при провеждане на художествени, музикални, обществено-политически, учебни и др. предавания. В студията се разполагат телевизионните предавателни камери, микрофони, осветителна техника, климатични, инсталации и други спомагателни устройства. Към помещенията се поставят особено високи изисквания по отношение на акустичните им свойства, оптимална реверберация, висока звуко и вибро-изолация.

За получаване на оптимални акустични характеристики, размерите на студията - дължина С , ширина b и височина А трябва да отговарят на така нареченото "златно сечение"

В зависимост от възможностите за създаване на определени телевизионни

програми- брой на изпълнителите и сценичните площадки, телевизионните студия условно се класифицират по следния начин:

- Голямо телевизионно студио Има площ от 600 до 1000m2 с 5-6 камерни канала. Предназначено е за художествени и обществено-политически предавания с голям брой участници. Може да се установят повече от 10 сценични площадки.

- Средно телевизионно студио . Има площ от 300 до 450 m2 с 4-5 камерни канала. Обикновено се установяват до 10 сценични площадки. Малко телевизионно студио. Има площ от 100 до 200m2 с 3-4 камерни канала. Предназначено е за обществено-политически, музикални, детски и други предавания с не много голям брой участници.

- Макетно дикторско студио- Предназначено е за солови изпълнения, детски предавания, демонстриране на макети и др. Има площ от 60 до 80m2. Обикновено се разполагат 2 камерни канала.

Към системата за осветяване в телевизионните студия се поставят редица характерни изисквания. Светлинните източници трябва да имат точно определен спектрален състав на излъчването. В системите за черно-бяла телевизия за правилно предаване на полутоновете на цветните обекти е необходимо резултантната спектрална характеристика на осветителните тела и предавателната камера да съответствува на спектралната характеристика на

зрението. В системите за цветна телевизия, правилно предаване на цветността на

обектите ще има само при осветяването им със стандартен източник на бял цвят МКО тип Dб500 с цветова температура 6500°К. Тъй като на практика такива осветителни тела се изпълняват много трудно, се извършва коригиране на спектралната характеристика на камерата със светофилтри.

Фиг 2.2 структурна схема на АСК

Примерна структурна схема на АСК за черно-бяла телевизия е представена на фиг 2,2

След фото-електрическия преобразовател в камерата, сигналът от изображението се усилва в предварителния усилвател, разположен в предавателната камера, непосредствено след товарното съпротивление на фото-електрическия преобразовател.

По камерния кабел сигналът от изображението постъпва в междинния усилвател /МУ/, разположен в камерния канал в техническата апаратна. Формата и нивата на сигнала след МУ се контролират с осцилоскоп , а изображението - с монитор /М/-видеоконтролно устройство. От изхода на МУ сигналът постъпва в смесител-комутатор /СК/. Тук постъпват сигналите от всички източници. В СК се извършва комутиране /избиране на източника на сигнала/, регулиране на нивото и плавно смесване на сигнали от различни източници. Обикновено се създава възможност за въвеждане на специални визуални ефекти "спец-ефекти", за художествено обогатяване на изображението. Изходното изображение и тук се контролира с монитор /М/.

В линейния усилвател /ЛУ/ се ограничават нивата в сигнала от изображението и след прибавяне на сложната синхронизираща смес се формира пълния телевизионен сигнал /ПТС/.

След ЛУ ПТС постъпва към централната апаратна и от там, към предавателя за изображението.

Формирането на сигнала за звуковия съпровод се извършва съгласно фиг. 2.2 б. Източници на звуков сигнал са висококачествени микрофони и магнетофони. Всеки микрофон има собствен микрофонен предусилвател.

Сигналите от микрофоните и магнитофоните постъпват в смесител -комутатор /СК/. С него звукорежисьорът извършва избор на необходимия сигнал и комутиране или смесване на различни звукови източници. Тук също може да се въвеждат допълнителни звукови ефекти като изкуствена реверберация, подчертаване или подтискане на отделни участъци от звуковия честотен спектър и т.н.

В линейният усилвател /ЛУ/ се извършва компресиране на динамичния диапазон, контролиране и точно установяване на нивото на сигнала за звуковия съпровод. След ЛУ сигналът постъпва към предавателя за звуков съпровод.

2.2 Камерен канал. Предавателни телевизионни камери.

Камерният канал има три основни съставни части предаватлна

телевизионна тръба, предIварителен усилвател и междинен усил вател, Фиг.2,3 Към камерния канал се отнасят и съответните токозахранващи и видеоконтролни устройства.

Фиг 2.3 Камерен канал

Предавателната телевизионна тръба и предварителният усилвател са монтирани в предавателната телевизионна камера.

Предварителния усилвател се разполага в непосредствена близост до предавателната тръба и осигурява усилване на сигналите от изображението, която се получават върху товарното съпротивление RТ от 10 – 20mV до 200 - ЗООmV. При такова ниво на сигнала се обезпечава необходимото отношение сигнал /шум по камерния кабел, който съединява предавателната камера с меж-динния усилвател.

Предварителният, усилвател е изграден от следните блокове: входно устройство /ВхУ/, което най-често е изпълнено като схема за противошумова корекция, усилвателно стъпало /У/. Стъпало за корекция на честотната характеристика на входното устройство /КЧХ/, Инверсно стъпало за получаване на сигналите от изображението с различен поляритет /И/, Видеоконтролно устройство, визьор на предавателната телевизионна камера /М/.

Междинният усилвател се намира в техническата апаратна. В него се извършват основните корекции на видеосйгналите и усилването им до 0,7\/ /1V/. В междинния усилвател към сигналите от изображението се прибавят смес гасящи импулси /СГИ/.

Междинният усилвател съдържа: Апертурен коректор /АК/ за коригиране на изкривяванията в сигналите от изображението, които се дължат на крайните размери на развиващия лъч в предавателната тръба, Гама-коректор / γ/ за коригиране на нелинейните изкривявания в сигналите от изображението. Смесително стъпало ∑- в него към сигналите от изображението се прибавят смес гасящи импулси /СГИ/. Преди извършване на γ -корекцията и смесването,

се възстановява постоянната съставна на сигналите от изображението в схеми за възстановяване на постоянната съставна /ВПС/. След това се ограничават ниво "черно" и ниво "бяло" в сигнала и последният се усилва до ниво 0,7V /1V/—/У2/. За контрол на изображението от дадената камера се използува ви-деоконтролно устройство - монитор /М/.

От изхода на камерния канал видеосигналът постъпва към смесител-комутатора заедно със сигналите от други източници.

В системите за цветна телевизия телевизионният тракт след кодиращото устройство, т.е. там където има съвместим сигнал, е еднакъв с тракта за черно-бяла телевизия. До участъка, където се формира съвместимия сигнал /кодиращото устройство/ структурата на апаратурата е различна в зависимост от вида на предавателната телевизионна камера.

В системата за ЦТВ се използуват 4-тръбни и 3-тръбни камери. В четири-тръбните камери всяка предавателна тръба съвместно с индивидуален предварителен усилвател формира съответно яркостен сигнал Еу с честотен спектър с ширина 6MHz и сигнали на основните цветове ЕR, EG, EB с честотен спектър с ширина 1.5MHz. Тези сигнали след обработване в камерния канал постъпват в кодиращо устройство където от тях се нормира яркостен сигнал Еу и сигнал за цветност.

Оптическата система на камерата е значително по-сложна в сравнение с черно-бяла камера като освен указаните елементи съдържа и цветоразделителна система за разделяне на многоцветното изображение на три едноцветни.

Основно преимущество на четири-тръбната камера са по-леките изисквания към точността на оптическото и електрическото съвместяване на едноцветните изображения. Развитието на радиоелектронната техника в настоящия момент, наличието на надеждни и стабилни градивни радиоелементи позволи създаването на по-опростени и удобни за експлоатация три-тръбни камери от типа YRB.

За репортажни цели или за нуждите на приложни телевизионни системи както и при космическите изследвания използуването на много-тръбни телевизионни камери не винаги е подходящо. В тези случаи намират приложение телевизионни камери, изпълнени с една предавателна тръба, работеща в съчетание с щрихов цвето-разделитепен филтър или с последователно разделяне по полета видеосигналите на едноцветните изображения. За репортажни цели и за битово приложение вече масово се произвеждат телевизионни камери с твърдотелни фотоелектрически преобразователи.

2.3 Особености на телевизионните видеоусилватели

Важна и най-голяма по обем част на телевизионната система е видеоусилвателния тракт, който се явява връзка между фото-електрическия и електрооптичния преобразователи.

Телевизионите видеоусилватели се използуват за усилване на

видеосигналите по напрежение и мощност, за формиране на телевизионите сигнали със зададени нива, за корекции и въвеждане в видеосигнала на различни импулсни сигнали и т.н.

Особеностите на телевизионния сигнал се определят от заловените принципи за предаване на телевизионни изображения. В частност формата на сигнала, който съдържа информацията за яркостта и цветността в изображението има импулсен характер. Честотният спектър, който заема е сравнително широк. По тази причина телевизионните видеоусилватели се построяват на базата на апериодични RС - усилватели, като се вземат допълнителни мерки за изравняване на АЧХ и ФЧХ при ниски и високи честоти. Теорията на видеоусилвателите се разглежда в специализираната литература.

Към телевизионните видеоусилватепи се поставят следните основни изисквания:

- Да имат равномерна амплитудо честотна характеристика /АЧХ/ в работната чеототна лента

- Да работят стабилно без самовъзбуждане. - Да имат малък собствен шум. В някои точки от телевизионния тракт

като предварителния усилвател на камерния канал е необходимо да се подобри отношението сигнал/шум.

- Да имат линейна амплитудна хавактеристика Uизх=f(Uвх), т.е.. съотношението между нивата във видеосигнала в изхода на видеоусилвателя да съответства точно на съотношението на нивата на сигнала във входа му за всички усилвани честоти. Трябва да се обърне внимание и на факта, че всяко изменение във формата на усилвания видеосигнал неизбежно предизвиква изменение на спектъра му - променя се изходното съотношение на спектрални-те съставящи като се появяват нови.

- Да имат линейна фазово-честотна характеристика т.е. закъснението на сигнала в дадена честотна лента трябва да е равно на нула или да е постоянна величина. В противен случай в телевизионното изо6ражение настъпват значителни изкривявания. Например, ако се разгледа процесът на развивката - Електронният лъч в кинескоп с хоризонтален размер lx= 32сm се движи със скорост

Ако закъснението за някоя честота е tz = 1μs , то елементите от изображението, съответствуващи на тази честота ще се изместят на разстояние

При предаване и приемане на сигналите за цветна телевизия възникват

специфични изкривявания, наречени диференциални. Сигнали, които се различават по честота или ниво, на което са разположени, преминават за различно време през дадено видео-усилвателно стъпало или

канал за свръзка. В резултат на това възникват амплитудни и фазови изкривявания с нежелан ефект върху сигнала за цветност. Различават се два вида диференциални изкривявания: Изкривявания тип "Д и ф е р е н ц и а л н о у с и л в ан е" Характеризират зависимостта на коефициента на усилване на видеоусилвателя за високочестотен сигнал от нивото на което е разположен

Природата на тези изкривявания се илюстрира от фиг. 2.4. На фиг. 2.4 б високочестотният синусоидален сигнал не е претърпял изкривявания тип "диференциално усилване". При наличието на изкривявания тип "диференциално усилване", фиг.2.4 в, стойността им се определя от израза (2.1)

Фиг 2.4 Изкривявания „ Диференциално усилване”

където m e минималната, а M - максималната амплитуда на високочестотния синусоидален сигнал на цветовата подносеща честота в изхода на проверяваната за изкривявания апаратура.

- Излривяванията тип "Д и ф е р е н ц и а л н а ф а з а” характеризират зависимостта на стоийността на фазовото отместване на високочестотния сигнал от нивотор на което тои е разположен.

Диференциалната фаза Δφа се измерва в градуси като разлика между максималното и минимално фззово отместване за цветовата подносеща честота на различни нива на линейно-изменящ се или стъпаловиден сигнал в изхода на видеоусилвателя.

(2.2) Изкривявания "диференциална фаза" може да възникнат на много места в

телевизионния тракт-предаватели, видеомагнетофони, линии за свръзка, междинно-честотния усилвател в телевизионните приемници и др. Доста е трудно да се поддържа нивото на изкривяванията в допустимите норми. Промени на фазата в границите ±5° /във временно закъснение това е

приблизително 3пs / може да предизвикат забележими изкривявания в цветността, които в голяма степен зависят от съдържанието на изображението.

Ако сигналът, представен на фиг. 2.4.а се подаде към транзисторния усилвател от фиг. 2.5, промените на тока през транзистора, вследствие яркостния сигнал, ще предизвикат промяна на активната и реактивна съставни на входния /базовия/ импеданс. Тези промени, заедно с изходния импеданс на предидущото стъпало ще променят фазата на високочестотния сигнал с цветова подносеща като предизвикат диференциално-фазови изкривявания. В подобни видеоусилвателни стъпала чрез прилагане на отрицателна обратна връзка по ток, изкривяванията "диференциална фаза" намаляват значително.

Фиг 2.5 промяна на входния импеданс при диференциални изкривявания

Друга причина за диференциално-фазови изкривявания е ограничението

на сигнала за цветност, фиг. 2.6., ноето може да възникне с промяна на нивото на яркостния сигнал или при промяна на амплитудата на цветовата подносеща честота.

Ограничението на синусоидата променя амплитудата й като предизвиква поява на хармонични. При премахване на хармоничните /от ограничената честотна лента на канала/ фазата на основното трептение ще зависи от характера и степента на ограничението. Когато ограничението е косо /симетрично по отношение на амплитудата на синусоидалния сигнал/ не се получава промяна на

Фиг 2.6 диференциална фаза в следствие ограничение

фазата, но при наклон на ограничението надясно се получава фазово изпреварване, а при наклон наляво - фазово закъснението отношение на входния сигнал.

Този вид изкривявания възниква в амплитудните ограничители или при претоварване на видеоусилвателните стъпала - на практика във всяко стъпало, което обработва пълен сигнал за цветна телевизия и работи в нелинеен режим или в стъпало със зависимост на импеданса му от нивото на обработвания сигнал,

Фазови и диференциално-фазови изкривявания настъпват и от нелинейности на амплитудната и фазова характеристика на лентовите филтри. Например в лентовия филтър, представен на фиг.2.7а съставен от паралелно свързани индуктивност, капацитет и съпротивление се получава следното: за резонансната честота филтърът представлява активно съпротивление.

При по-високи и по-ниски честоти се проявява положителна и отрицателна реактивна проводимост, фиг. 2.7.6, която ще предизвика закъснение и изпреварване на фазата за съответните честоти по отношение на резонансната честота. По тази причина ефективното време за преминаване на входния сигнап през филтъра ще се променя с честотата на сигнала.

За честотно модулирани сигнали диференциалните изкривявания също се отчитат, защото с промяна на нивото на яркостния сигнал, се получава паразитно отклонение на честотата. Променливите закъснения в цветовата подносеща честота се отразяват върху качеството на цветното телевизионно изображение.

Фиг. 2.7 диференциално-фазови изкривявания в лентови филтри

2.4 Предаване на сигнала, пропорционален на средната яркост на

изображението

Характерна особеност на видеосигналите от изображението е наличието на постоянна /средна/ съставна, която определя средната яркост на изображението.

Големината на постоянната съставна може дълго време да остане непроменена, например при предаване на неподвижни изображения или при изображения, в които се запазва относително постоянно съотношение между бялото и черното при бавно изменящ се сюжет.

Следователно, за най-ниска честота на промяна на постоянната съставна може да се счита нулевата честота.

Големината на постоянната съставна се променя когато се сменя предаваното изображение или при значително изменение в съотношението между площта на черното и бялото в изображението. Най-високата честота на промяна на постоянната съставна е от порядъка на 2 до 3 Hz , Ако честотата на промяната е по-висока, то до стойността на критичната честота на трепкане, промяната й ще се възприема като неприятно трепкане на изображението.

За изясняване на значението и особеностите на постоянната съставна може да се разгледа сигнала, който съответствува на два крайни случая на съотношението между бялото и черното в изображението - бяла ивица на черен фон и черна ивица на бял фон, фиг. 2.8. Вижда се, че на еднакви яркости, съответствуват еднакви нива в сигналите от изображението, като се разполагат несиметрично по отношение на оста на времето.

Известно е, че всеки еднополярен сигнал представлява алгебрична сума от два сигнала: променлива съставна; големината на която се определя от моментните й стойности във времето, и постоянна съставна, големината на която остава непроменена в разглеждания временен_интервал.

На практика сигнала в изхода на предавателната телевизионна тръба е малък и за усилването му се използува многостъпален видеоусилвателен тракт. След преминаване на сигнала през разделителна верига, съдържаща последователно включен кондензатор, Фиг. 2.9, постоянната съставна се губи като преминава само променливата му съставна. Такъв сигнал е прието да се определя като "сигнал с изгубена постоянна съставна".

На фиг. 2.10 е представена модулационната характеристика на кинескопа /зависимостта на яркостта на екрана от напрежението на управляващия електрод/. Тази фигура илюстрира характера на изкривяванията в телевизионното изображение, възпроизведено от видеосигнал с изгубена постоянна съставна: черният и белият фон от двете изображения ще има приблизително еднаква яркост и ще се появят големи контрастни изкривявания, които са недопустими.

Както беше казано, сигналите на постоянната съставна заемат честотния спектър от 0 до 2-3Нz . Естествено, тези ниски честоти ще бъдат изгубени при преминаване на видеосигнала през кондензатора на първата разделителна верига, поради ограничената времеконстанта Cp,Rp . Настъпват изкривявания при ниски честоти, които се определят с познатия израз:

За да бъдат Мнч малки, е необходимо времеконстантата да бъде голяма, което е невъзможно в съвременния видеоусилвателен тракт.

В телевизионните системи предаването на информацията за постоянната съставна се извършва по косвен начин. Ако със сигнала на постоянната съставна, фиг. 2.11.б на

Фиг. 2.9 Разделителни RC – вериги във видеоусилвателите

видеосигнала, фиг. 2.11.а, се модулират по амплитуда спомагателни импулси, фиг. 2.11.в и след това те се сумират линейно /без модулация/ с променливата съставна на видеосигнала, ще се получи видеосигнал, фиг. 2.11.г, в който информацията за постоянната съставна ще се съдържа в размаха на спомагателните импулси.

Ако със специални схеми, наречени "фиксиращи", за възстановяване на постоянната съставна /ВПС/ се осигури подреждане на

Фиг 2.10 Яркостни изкривявания при „ изгубване” на постоянната съставна на

видеосигналите

върховете на спомагателните импулси на едно ниво, постоянната съставна ще се възстанови, фиг. 2.11.Д.

На прантика се усилва променливо токов сигнал и където е необходимо се възстановява прстоянната сьставна, фиг. 2,12.

За удовлетворително възпроизвеждане формата на постоянната съставна е необходимо честотата на спомагателните импулси да превишава 5-10 пъти честотата на постоянната съставна, или честотата на спомагателните импулси, трябва ла бъде по-висока 30Hz.

Практически като спомагателни импулси се използуват включените в пълния телевизионен сигнал редови гасящи импулси РГИ които са с много по-висока честота. С постоянната съставна се модулира по амплитуда задната площадка; на РГИ.

По този начин, ако размахът на РГИ съответствува на стойността на постоянната съставна, или се различава от нея с постоянна величина, следвайки измененията й, то фиксирането на нивото на задната площадка на РГИ ще доведе до възстановяване на постоянната съставна на сигналите от изображението.

Фиг 2.12 Видеоусилвателен тракт за предаване на постоянна съставна

Тъй като нивото на РГИ съответствува на ниво "черно" или се отличава от него с една постоянна скорост, то често процесът на фиксация на нивото на РГИ се нарича фиксиране на ниво "черно".

Този процес се осъществява от фиксиращи схеми или схеми за възстановяване на постоянната съставна /ВПС/.

Работата на тези схеми се основава на установяване в определена точка от телевизионния тракт и в определени моменти от време на точно определен потенциал. Този потенциал се съхранява до следващия момент на фиксация, независимо от потенциала, който точката има между моментите на фиксация. Съществуват различни схеми за възстановяване на постоянната съставна, различаващи се по точността на установяване на потенциала, на който се фиксира задната площадка на РГИ.

Най-съвършени са управляемите мостови схеми за възстановяване на постоянната съставна.

На фиг. 2.13 е представена най-елементарната неуправляема фиксираща схема с полупроводников диод.

Фиг 2.13 Неуправляема фиксираща схема

Постъпващият към схемата отрицателен РГИ отпушва диода Д. Кондензаторът Ср се зарежда от протичащия ток iз с показания поляритет. Времеконстантата ( ) piAiзар CRR +=τ се избира така, че за времето на РГИ кондензаторът Сp да се зареди до вьрховата му стойност. Обикновено

РГИзар t31

=τ

След преминаване на РГИ, диодът Д се запушва от заряда на кондензатора. Между РГИ кондензаторът ще се разрежда незначително през Ri и Rp, но Rp >> Ri

Следващите РГИ ще дозареждат кондензатора като по този начин нивото на РГИ в изхода на схемата ще бъде равно приблизително на нивото на масата. Недостатък на тази схема е инертността й. При бързи изменения на размаха на РГИ , зарядът и разрядът, на кондекзатора не може да следва изменението на постоянната съставна. Схемата има лоша шумоустоичивост. Не фиксира точно определено нива.

Управляемите схеми за възстановяване на постоянната съставна са лишени от този недостатък, тъй като процесът на фиксиране на нивото на РГИ се управлява не от телевизионния сигнал, а от специални ключови управляващи импулси, които се формират от РГИ или от РСИ. Типична схема от този вид е ключовата мостова управляема схема за възстановяване на постоянната съставна, представена на фиг. 2.14.

Фиг 2.14 Мостова управляема схема за възстановяване на постоянната съставна

Мостът, образуван от диодите Д1, Д2 и съпротивленията R1 и R2 , служи

за бързо зареждане и разреждане на кондензатора С по време на задната площадка на РГИ. При отсъствие на видеосигнал мостът се балансира така, че потенциалът на точка б да е равен на потенциала на точка а, който определя потенциалът на фиксиране на задната площадка на РГИ.

При постъпване на ключовите управляващи импулси, съвпадащи. по време със задната площадка на РГИ, кондензаторите С1 и С2 се зареждат през диодите, а след това в периода между импулсите се разреждат бавно през съпротивленията R1 и R2, като поддържат диодите.в запушено състояние /С1 = С2>> С/.

При наличие на видеосигнал, през кондензатора С за времето на задната площадка на РГИ потенциалът на точка б може или да се увеличи, или да се намали, или да се запази същия. Ако нивото на поредния РГИ се е увеличило в сравнение с предидущия, то потенциалът на точка б ще нарастне и кондензаторът С ще започне да се разрежда през диода Д2 докато потенциалът на точката б се изравни с потенциала на точка а .

Ако нивото на РГИ се е намалило, тогава кондензаторът С ще започне да се зарежда през диода Д1 докато потенциалът на точка б отново се изравни с потенциала на точка а .

По този начин се осигурява бързо, безинерционно фиксиране на нивото на задните площадки на РГИ при голяма времеконстанта на разреждане на кондензатора С за времето на активния интервал на реда.

Управляемите фиксиращи схеми се използуват широко в предавателната апаратура на телевизионната система. В телевизионните приемници обикновено се използуват неуправляеми схеми или се използува; галванична връзка между видеодетектора и кинескопа. Широко се използват и ключови транзисторни схеми за възстановяване на постоянната съставна фиг. 2.15

Фиг 2.15 Ключова транзисторна схема за възстановяване на постоянната

съставна

2.5 Гранична чувствителност на телевизионна система. Противошумови корекции.

Телевизионните сигнали в изхода на фотоелектрическия преобразовател

/предавателната телевизионна тръба/ са със сравнително малък размах. За осъществяване на телевизионно предаване се налага те да бъдат усилени десетки или стотици хиляди пъти.

При големи коефициенти на усилване на сигнали с широк честотен спектър е необходимо да се обърне внимание на няколко вида неизбежни смущаващи сигнали. Те се усилват заедно с полезния сигнал и когато нивото му е ниско може да причинят недопустими изкривявания в телевизионното изображение.

Смущаващите сигнали може да се разделят на две основни групи: 1 - смущения от външни източници като недостатъчна филтрация на

захранващите напрежения, влияния на странични вериги и т.н. 2 - вътрешни, флуктуационни смущения - дробов ефект на сигналния ток

на ФЕП /предавателна телевизионна тръба, ФЕУ/, топлинен шум в товарното съпротивление на предавателната телевизионна тръба, дробов ефект от фототока и тока на активния елемент в първото усилвателно стъпало на телевизионната система. В настоящия момент първата група смущения може да се сведе до минимум или да се премахне напълно.

Втората група смущения е свързана с произвеждането и усилването на телевизионните сигнали. Тези смущения възникват в самия вход на телевизионната система и са основната причина, която ограничава нейната чувствителност.

Необходимо е да се определят оптималните стойности на елементите,

параметрите и решимите на входните вериги на телевизионната система, при които да се получи най-голямата възможна стойност на отношението сигнал/шум – ψ

ш

рср

UU −=ψ

където рсрU − е размаха на полезния видеосигнал от изображението; шU средна стойност на напрежението на всички смущения.

Теоретично и експериментално е установено, че при ψ ≥30-50 се осигурява качествено възпроизвеждане на телевизионното изображение.

Във входа на телевизионната система, където нивото на полезния видеосигнал е много ниско, смущенията не могат да бъдат сведени до нула. Очевидно е, че съществува някакво минимално ниво на полезния видеосигнал, над което се осигурява превишаване над нивото на напрежението на смущенията при отношение ψ =30 до 50. Съответствуващия на този сигнал минимален светлинен поток Φmin определя граничната чувствителност на телевизионната система.

Въздействието на шумовете върху изображението зависи не само от ψ , но и от спектралния им състав.

Ако фотоелектрическия преобразовател е предавателна тръба от типа суперортикон или фотоелектрически умножител /ФЕУ/,сигналния ток има стойност десетки до стотици микроампери. В този случай полезният сигнал превишава много шумовите фпуктуации във входните вериги на усилвателните стъпала и отношението сигнал/ шум се определя само от шумовете на източника на сигнала /предавателната тръба или ФЕУ/.

Когато фотоелектрическия преобразовател е предавателна тръба от типа видикон или плумбикон със сигнален ток от порядъка на 0,1 - 0,3μA, съществено влияят шумовете във входните вериги на първото видеоусилвателно стъпало.

На фиг. 2.16 е представена схемата на включване на предавателната телевизионна тръба към предварителния усилвател, изпълнен с полеви транзистор. Предавателната тръба може да се разглежда като генератор на ток с голямо вътрешно съпротивление / RiT в 106 до 107 /. При условие, че Rт <<RiT, сигналният ток практически не зависи от големината на товарното съпротив-ление. Следователно, напрежението на видеосигнала Uc върху товара в областта на ниските честоти ще бъде пропорционално на товарното съпротивление:

Стойността на шумовото напрежение кето възниква в товарното

съпротивление на предавателната телевизионна тръба RT се определя по известната формула

където к = 1, 38 . 10-23 J/deg е константа на Болцман; Т - абсолютната температура /К0/;

F - честотна лента на пропускане на видеоусилвателя

Фиг 2.16 Включване на предавателната тръба към предавателния усилвател

Аналогично се определя и дробовия шум на усилвателното стъпало:

където Rш е еквивалентното шумово съпротивление на първото стъпало на_ предварителния усилвател: Rш.<RT. За триод за полеви транзистор

, където S е стръмността на характеристиката на триода или транзистора. Тъй като шумовете на товарното съпротивление и усилвателя не са корелиращи, общата стойност на шумовото напрежение ще се определя от сумата:

Отношението сигнал/шум ще бьде равно на:

Тук трябва да се обърне внимание на факта, че стойността на ψ е пропорционална на TR /при Rш<<RT./ Следователно, с увеличаването на RT, ще се увеличава и отношението сигнал/шум, като се отчита, че RT<< RiT Но колкото RT е по-голямо, толкова шунтиращото действие на С2 ще се проявява по-силно. Паразитният товарен капацитет във входа на телевизионния видео-усилвателен тракт се определя от сумата на изходния капацитет на предавателната телевизионна тръба, монтажният капацитет и входният капацитет на първото стъпало на предварителния усилвател. Обикновено С2 ≤ 20 до 40 рF. Честотната характеристика на входната верига, представена на фиг. 2.16 се определя с израза:

Тя е силно спадаща с нарастване на честотата, което води до значителни

изкривявания на спектъра на сигнала в областта на високите честоти. Компенсацията на честотните изкривявания във входната верига се извършва в по-следващите стъпала на предварителния усилвател с помощта на електрическа верига с обратна честотна характеристика:

Резултатната честотна характеристика, фиг. 2.16, се получава равномерна в работната честотна лента.

По този начин същността на простата противошумова корекция предложена от Г. В. Брауде се състои в максимално допустимо увеличаване на товарното съпротивление RT /на практика, до 100 — 200*kΩ/, при което все още се изпълнява условието RiT,>>RT , с компенсация на спадането на честотната характеристика в едно от последващите усилвателни стъпала.

Фиг 2.17 Честотна характеристика на входната верига

В резултат на простата противошумова корекция се получава: 1/ Увеличаване на отношението сигнал/шум във входа на предварителния усилвател вследствие нарастване на товарното съпротивление. 2/ Намаляване на влиянието на шумовете на първото усилвателно стъпало вследствие повишаване на нивото на полезния сигнал във входа му. 3/ Допълнително намаляване на забележимостта на смущенията поради

преразпределение на отношението сигнал/шум в спектъра на сигнала: при НЧ, където влиянието на C∑ е минимално, стойността на сигнала е най-голяма и отношението с/ш е максимално. При ВЧ нивото на сигнала спада и отношението с/ш намалява. Но зрението на човек е най-чувствително към нискочестотните смущения и указаното разпределение на отношението с/ш води до значително снимаване на забележителността на шумовете в изображението.

Фиг 2.18 Коригиране на честотните изкривявания на входната верига

На фиг. 2.18 е представена една от възможните схеми на стъпало за корекция на честотните изкривявания във входната верига. Повдигането на честотната характеристика с нарастването на честотата се осъществява с веригата R4,R5,C2

Отношението сигнал/шум при разгледаната проста противошумова корекция може да се изчисли по следния начин: Стойността на топлинния шум от товарното съпротивление RT в изхода на предварителния усилвател с отчитане на (2.5) е:

където Ко е коефициента на усилване на предварителния усилвател. Дробовият шум, предизвикан от първото усилвателно стъпало, в изхода на предварителния усилвател, с отчитане на неравномерността на честотната характеристика на коригиращото стъпало е:

където Δ2ПFC∑RT . Приближението е извършено, тъй като Δ2/3 >> 1 Средната стойност на шумовото напрежение в изхода на усилвателя ще бъде:

а отношението сигнал/шум

Простата противошумова корекция позволява да се повиши отно-шението"сигнал/шум в сравнение с некоригиран усилвател 3 до 5 пъти. Недостатък на схемата е, че при изравняване на честотната характеристика не може да се получи голям коефициент на усилване по напрежение.

Използува се и схема на сложна противошумова корекция. При нея се отчита факта, че товарният капацитет С∑ има две основни съставки С∑ =Сизх + Свх където Сизх е изходния капацитет на предавателната тръба; Свх — входен капацитет на първото стъпало на предварителния усилвател.

В изхода на предавателната телевизионна тръба се включва П-образен LС филтър, образуван от индуктивността L и паразитните капацитети Сизх и Свх, фиг. 2.18. Разделянето на паразитните капацитети в схемата на сложната противошумова корекция и така формирания товар на предавателната телевизионна тръба осигурява повишаване на отношението с/ш в сравнение с простата схема 2 до 2,5 пъти.

Фиг 2.19 Сложна противошумова корекция

Трептящият кръг във входа иа предварителния усилвател се настройва на

честота fрез

На фиг. 2.20 са представени честотните характеристики на входната верига без корекция Mвх, при включване на П-филтъра на сложната противошумова корекция Мн1|, честотната характеристика на стъпало с режекторен филтър, фиг. 2.21

Фиг 2.20 Честотна характеристика при сложна противошумова корекция

За получаване на необходимата форма на честотната характеристика на

стъпало със сложна противошумова корекция освен стъпало, което осигурява плавен подем на честотната характеристика, фиг. 2.18, с увеличаване на честотата, се въвежда и коригираща верига с режекторен кръг. Усилвателно стъпало с коригираща верига от този тип е представено на фиг. 2.21.

Фиг 2.21 Коригираща режекторна верига

Кръгът L1R5,С3 по висока честота е включен паралелно на товарното колекторно съпротивление на транзистора Т. За резонансната честота съпротивлението на кръга е минимално и се осигурява рязко намаляване на изходния сигнал, с което се компенсират из-кривяванията, внасяни от входния филтър. Кръгът се настройва на резонансната честота на входния П-филтър

С кондензатора С3 кръгът се настройва на fрез≈0,7fв .Променливото съпротивление R5 позволява да се променя Q - фактора на кръга и следователно, формата на честотната характеристика. С настройката на коригиращите стъпала от фиг. 2.17 и фиг. 2.20 се компенсират честотните изкривявания, внасяни от входната верига и се получава равномерна честотна характеристика на целия предварителен усилвател. За корекция на честотните изкривявания, причинени от входната верига,се използуват и честотно-зависими делители на напрежение, притежаващи честотна характеристика от вида /2.9/, фиг. 2.21.

Фиг 2.22 Честотно зависим делител на напрежение

Принципът на действие на честотно зависимия делител на напрежение е следния: R2<<R1 , а специално включеният капацитет С1≈ С2, където С2 е входния капацитет на следващото стъпало. При ниски честоти влиянието на тези капацитети може да се пренебрегне, тъй като те са с малка стойност, като изходното напрежение ще се определя от съотношението

Следователно, коефициентът на предаване на делителя ще бъде значително по-малък от единица и ще се получи отслабване на нискочестотните съставни и шума.

В същото време при високи честоти ще се проявят реактивните съставни с капацитивен характер /шунтиращото действие на R1, и R2 на практика се пренебрегва/. Коефициентът на предаване на делителя приблизително се определя от отношението

Ако С1≈ С2 високочестотните съставни ще отслабнат само два пъти като

се осигури амппитудно-честотна характеристика, съответствуваща на Mk от фиг. 2.17.

2.6. Апертурни изкривявания и тяхната корекция

Апертурните изкривявания в телевизията се дължат на крайните размери на сечението на електронния лъч в плоскостта на развивката и неравномерната плътност на тока в сечението. Проявяват се като загуба на детайлност, намаляване на контраста на дребните детайли в изображението и размиване на границите между яркостните преходи.

Апертурните изкривявания са особено силни в предавателните телевизионни тръби. В съвременните кинескопи с голяма площ на екрана апертурните изкривявания на практика се пренебрегват. Всеки тип предавателна телевизионна тръба се оценява от апертурната си характеристика, фиг. 2.23. Тя показва намаляването на дълбочината на модулацията на сигнала с намаляване на размерите на детайлите от изображението.

Например, ако се предават 500 черни и 500 бели елемента в един телевизионен ред /m е броят на двойките елементи/, нивото на сигнала, получен от предавателна тръба тип суперортикон намалява до 0,42, а в тръба от тип видикон - до 0,2 от максималната стойност.

Тези изкривявания по своето въздействие приличат на амплитудночестотни изкривявания е телевизионния тракт при високи честоти вследствие реактивни елементи. Съществено различие е

Фиг 2.23 Апертурни характеристики

че апертурните изкривявания не се съпровождат с фазово-честотни изкривявания. По тези причини корекцията на апертурните изкривявания трябва да се извърши от верига, честотната характеристика на която е обратна на апертурната характеристика, т.е. има съответния подем в областта на високите честоти при линейна фазова характеристика.

Особеностите на апертурните изкривявания се поясняват от Фиг. 2.24.

Фиг 2.24 Апертурни изкривявания

При развивка на изображението на бяла вертикална ивица на черен фон

от симетричен лъч с диаметър dA , импулси на видео-сигнала е също симетричен спрямо вертикалната ос. Следователно е четна функция и последователността от такива импулси може да бъде представена в ред на Фурие, съдържащ само косинусоидални съставни. Съответната апертурна характеристика трябва да се апроксимира от четна функция.

Съществуват няколко метода за формиране на такива честотни

характеристики. Един от тях е основан на използуване на диференциращи вериги.

Същността на диференциалната апертурна корекция се заключава в следното. Апертурната характеристика се апроксимира с функцията

2

0ay e

ωω

− =

където ω0 е честотата, при която нивото на сигнала намалява е пъти. Графиката на функцията е представена на фиг. 2.25. Тя съответствува на разпределението на плътността на електроните в сечението на развиващия електронен лъч.

Фиг 2.25 Графика на функцията

2

0ay e

ωω

− =

Изразгт (2.14) може да се представи във вида

кгдето a1= !11

, a2 = !21

, a3 = !31

и т.н. Веригата за апертурна корекция трябва да има честотна характеристика, обратна на (2.15).

В такъв случай резуптантния коефициент на предаване до гранична честота ω0 ще бъде постоянен, тъй като уаyk=1

На фиг. 2.26 eпредставена схема, която илюстрира описания метод за създаване на апертурен коректор с честотна характеристика, съгласно (2.16) без фазови изкривявания.

Фиг 2.26 Апертурен коректор

Входното напрежение Uвх постъпва в няколко канала, първият от които-

канала на основния сигнал е двустъпален усилвател -усилва входното напрежение без обръщане на фазата като създава в изхода напрежение

Вторият канал - канала на втората произеодна-сьдържа двустъпална

диференцираща верига / Cjω1

>>R / и едностъпа.ен усилвател. Тук входното напрежение се диференцира два пъти и се усилва с обръщане на фазата му на 180° като изходното напрежение ще бъде пропорционално на квадрата на честотата

Третият канал на четвъртата производна-сьдържа четири стъпална диференцираща верига и двустъпален усилвател, който усилва без обръщане на фазата четирикратно диференцираното входно напрежение и създава изходно напрежение, пропорционално на четвъртата степен на честотата

Четвъртият канал на шестата производна съдържа шестстъпална диференцираща RС верига и едностгпален усильател. Създава изходно напрежение, пропорционално на шестата степен на честотата и т.н.

Тези напрежения се сумират върху общ товар и общото изходно напрежение ще бъде равно на

Относителният коефициент на предаване на апертурния коректор ще бъде равен на

Ако се положи

и т.н. така описаната схема ще извършва апертурна корекция, съгласно (2.16).

На практика обикновено се използуват по-сложни диференциращи вериги, осигуряващи по-голям коефициент на предавне при запазване на линейна фазова характеристика, за сметка на използуване на допълнителни елементи. Използуват се и вериги за двойно диференциране, които позволяват да се получи сигнала от втората производна, като схемите на апертурните коректори често се ограничават с формиране само на втората производна на сигнала, влиянието на другите съставни бързо намалява с нарастването на честотата /номера на производната/, тъй като в намаляващия степенен ред винаги а1 > a2>aЗ

Интерес представлява разглеждането на диференциалната апертурна корекция временна.гпедна точка. Да предположим, че се предава яркостен преход, фиг. 2.27а, с рязка граница между черно и бяло. Вследствие апертурните изкривявания сигналът U1 в изхода на предавателната телевизионна тръба ще има вида, представен на фиг. 2.276. Сигналите на първата и втората производни са представени на фиг. 2.27 в и г. Сумирането на

Фиг 2.27 Диференциална апертурна корекция

входния сигнал U1 със сигнала от втората производна, взет с отрицателен поляритет, фиг. 2.27д, позволява получаване на сигнала U4 с подобрена стръмност на фронта, което е еквивалентно на повдигане на честотната характеристика при високи честоти.

На фиг. 2.28 епоказана опростена схема на диференциален апертурен коректор с използуване на коригиращ сигнал от втора производна.

Сигналът постъпва към входовете на двата транзистора T1 и T2 през разделителните кондензатори С1 и С2. В колекторната верига на Т1 е включен кръгът L1 С3 , настроен на горната гранична честота, като верига за двойно диференциране. Действително при

Фиг 2.28 Схема на Диференциален апертурен коректор

настройка на този кръг на горната гранична честота, честотната му характеристика за честоти по-ниски от граничната е близка по форма до квадратична парабола. Това позволява да се получи втората производна на сигнала.

Основният сигнал постъпва към изхода от товара на емитерния повторител през индуктивността L1 . Необходимият поляритет на коригиращия сигнал се осигурява от транзистора Т1, изпълняващ роля на фазоинвертор. Съпротивлението R9 е антипаразитно. То предотвратява образуването на паразитен трептящ кръг от индуктивността L1, и входния капацитет СВХ2 на следващото стъпало, като по този начин се избягва нежелано повдигане на честотната характеристика.

Така разгледаните физически явления и математически изводи се отнасят до апертурните изкривявания и тяхната корекция в хоризонтално направление на телевизионната развивка. Съществуват и други методи и устройства за хоризонтална апертурна корекция, които постигат същата цел.

В предавателните телевизионни тръби наред с апертурните изкривявания в хоризонтална посока възникват и апертурни изкривявания във вертикална посока. За коригиране на тези изкривявания се използува вертикална апертурна корекция. Същността й се състои в това, че от изходния видеосигнал е необходимо да се отстрани паразитната информация от двата съседни елемента във вертикално направление, т.е. от основния сигнал трябва да се извади сумата на паразитната видеоинформация, съдържаща се в сигнала от растровите елементи на предидущия и следващия телевизионни редове. Тази задача се решава с използуване на точни закъснителни линии. Вертикалните апертурни коректори са значително по-сложни в схемно и конструктивно отношение от хоризонталните.

2.7. Нелинейни /градационни/ изкривявания на телевизионния сигнал. γ -

характеристика. Корекция на нелинейните изкривявания

Нелинейните изкривявания на телевизионния сигнал възникват в предавателната тръба, стъпалата на видеоусилвателния тракт, модулатора и високочестотните стъпала на телевизионния предавател, усилвателните стъпала на телевизионния приемник и кинескопа.

В системите за черно-бяла телевизия тези изкривявания водят до неправилно възпроизвеждане на яркостните преходи, а в системите за цветна телевизия и до изкривявания в цветността на изображението.

За съхраняването на подобието на възпроизведеното изображение с оригинала е необходимо обезпечаване на право-пропорционална зависимост между яркостите на съответните точки в двете изображения:

За изгпьлнение на това изискване, амплитудната характеристика на

цялата телевизионна система "от светлина до светлина", т.е. от фотокатода на предавателната телевизионна тръба до екрана на кинескопа, трябва да бъде линейна.

Болшинството от изброените по-горе елементи на телевизионната система обикновено чрез рационално конструиране не внасят забележими нелинейни изкривявания. Това са видеоусилвателния тракт, модулатора на предавателя, видеодетектора и междинно-честотния усилвател в телевизионния приемник.

Двата крайни елемента на телевизионната система - предавателната телевизионна тръба и кинескопа са силно нелинейни елементи. Те определят степента на нелинейните изкривявания в телевизионния сигнал. Амплитудната /светлинна/ характеристика на предавателната телевизионна тръба представлява зависимостта на сигналния ток от осветеността на фотокатода iсиг=φ(E). Тъй като осветеността на фотокатода е пропорционална на яркостта на обекта В0б, а напрежението върху товарното съпротивление на предавателната тръба е пропорционално на сигналния ток, може да се запише, че Uc=φ(В0б) . На практика светлинната характеристика на предавателната тръба се апроксимира с израза

където γ1 е коефициент гама-степенен показател, който определя формата на светлинната характеристика.

Амплитудната характеристика на кинескопа определя зависимостта на яркостта на светене на екрана от напрежението на модулиращия електрод Bиз=F(Uc). Тази зависимост e достатъчна за практиката точност се апроксимира

с фуннцията

Ако се приеме, че останалите звена от телевизионната система са линейни, то общата γ -характеристика на системата "от светлина до светлина" може да се определи като се замести от (2.18) в (2.19)

където

Гама-характеристиката на телевизионната система за различни стойности

γ , съгласно (2.20) е представена на фиг. 2.28. Стойностите на γ за различните елементи са представени в Таблица 2.1.

Нелинейните изкривявания при предаване на яркостните градации не винаги водят до влошаване качеството на визуално възприеманото изображение. Причината е в това, че възприеманото телевизионно изображение е почти винаги с понижен констраст по отношение на предавания образ. Експериментално е установено, че

Фиг 2.29 γ- характеристики на ТВ система

в системи за черно-бяла телевизия най-висококачествено изображение се получава при γ = 1,3 до 1,5. При такава γ - характеристика телевизйота система подобрява контраста в светлите части от изображението.

В системите за цветна телевизия нелинейните изкривявания в общата амплитудна характеристика "от светлина до светлина" са недопустими, тъй като водят до изкривявания в цветовия тон и наситеността на цвета в изображението. В системите за цветна телевизия γ =1.

Корекцията на нелинейните изкривявания в изображението,т.е. получаване на определена форма на γ - характеристиката Виз=kВоб на телевизионната система се извършва от стъпало с управляема нелинейна амплитудна характеристика. Това стъпало се нарича гама-коректор и се включва в междинния усилвател на камерния канал. В камерните канали за цветна телевизия, за всеки от каналите за цветност и в яркостния канал се включва отделен γ -коректор.

С включване на γ -коректора общият коефициент γ на телевизионната система ще се определи като

където - γ1 е гамата на предавателната телевизионна тръба; - γ 2- гамата на кинескопа; - γ3 -гамата на коректора.

В схемите на гама-коректорите обикновено се използува амплитудно-зависима отрицателна обратна връзка, нелинеен товар,илн амллитудно-зависими делител на напрежение за получаване на управляема линейносг. В тази връзка е наложително използуването нелинейни елементи. Нелинейни свойства притежават електронните лампи, транзисторите, варисторите, диодите и др. Като нелинеен елемент в гама-коректорите най-често се използуват сили-циеви полупроводникови диоди поради стабилността в параметрите им, малките размери и ниска стойност

Във всйчкй случаи преди гама-коректора е необходимо да се възстанови постоянната съставна на сигнала. По този начин той винаги ще съответства на определена точка от амплитудната характеристика на гама-коректора, независимо от съдържанието на изображението.

На фиг. 2.30 представена схема на γ -коректор, използуваща амплитудно-зависима отрицателна обратна връзка, възникваща от нелинейно съпротивление в емитерната верига на транзистора.

Нелинейното съпротивление се образува от диодите, към които

се подават различни запушващи напрежения от захранващия източник Ес. С увеличаване на нивото на входния сигнал, напрежението в емитера на транзистора се увеличава, диодите последователно се отпушват и шунтират съпротивлението RE . Като следствие от това дълбочината на отрицателната обратна връзка намалява и коефициента на усилване на стъпалото се увеличава. Необходимата форма на амплитудната характеристика на гама-коректора се получава чрез използуване на няколко диода и избираме на определени запушващи потенциали в катодите им чрез съпротивленията R4, R5 , R6 .

В схемата на фиг. 2.31се използува нелинеен товар в колекторната верига. Коефициентът на усилване се променя вследствие изменението на товарното съпротивление на стъпалото. Като нелинеен товар се използуват диоди, които се отпушват последовател

Фиг 2.30 γ- коректор с амплитудно зависима отрицателна обратна връзка

но с увеличаването на нивото на входния сигнал.

В схемите на гама-коректори с амплитудно-зависим делител на напрежение, фиг. 2.32 се използува подобен принцип.

Фиг 2.31 γ- коректор с нелинеен товар

Ено от раменатана делителя се шунтира от последователно отпушващи

се диоди, вследствие което се постига нелинейна форма на амплитудната характеристика на коректора.

Амплитудните характеристики на приведените схеми на гама-коректори с известно приближение изпълняват необходимата форма

затова за получаване на достатъчно плавна характеристика е необходимо да се включат по-голям брой диодни вериги.

Обикновено за коректор с коефициент γк = 0,45 са достатъчни три вериги, а за коректор с коефициент γк = 0,3 - не по-малко от 5 вериги.

Фиг 2.32 γ- коректор с амплитудно-зависим делител на напрежение

2.8 Синхрогенератор

Основен възел в предавателната страна на телевизионната система е синхрогенератора. Той изработва всички необходими импулси, които управляват работата на телевизионната система: инпулси за осъществяване синхронната и синфазна работа на генераторите за телевизионна развивка в предавателната телевизионна камера и телевизионните приемници, управляващи импулси в схемите за възстановяване на постоянната съставна, за комутация и т.н.

Импулсите, които изработва синхрогенератора може да серазделят в следните групи

- Редови водещи импулси РВИ. Това са синхронизиращи им пулси с честота на редовете. Използуват се в апаратно-студийния комплекс;

- Полукадрови водещи импулсл /ПВИ/. - синхронизиращи импулси с честота на попукадрите. Предназначени са за използуване в апаратно-студийния комплекс;

- Смес гасящи импулси /СГИ/ с честота на редовете и полукадрите. Гасящи импулси за приемната телевизионна тръба;

- Сложна синхронизираща смес /ССС/ - импулси за хоризонтална и вертикална синхронизация на развивката в телевизионния приемник;

- Импулси и сигнали, необходими за формиране на сигнала за цветна телевизия.

Първите два вида импулси са предназначени за предавателната апаратура. По тази причина те не се нормират от стандарта, но формата и временното им разположение трябва да съответствуват на определените от стандарта граници. Формата на тези импулси е обикновено правоъгълна, но може да бъде и триъгълна със стръмен преден фронт.

Смес гасящи импулси и сложната синхронизираща смес се предават едновременно със сигналите от изображението към телевизионите приемници.

Във всички съвременни синхрогенератори се осигуряват следните режими на_работа:

- Автономен режим с кварцово стабилизиран, задаващ генератор. Това е основния режим на работа на синхрогенератора;

- Управляем, водим режим. Това е режим, при който честотата на задаващия генератор се синхронизира от външен синхрогенератор. Този режим се използува в случаите на предаване на външна програма: от международен или междуградски обмен, от подвижна телевизионна станция и др.;

- Автономен режим на работа, синхронен с честотата на захранващата мрежа. В този случай честотата на задаващия генератор се подстройва така, че полукадровата честота да е синхронна с честотата на захранващата мрежа. В настоящия момент при широкото развитие на международния обмен на телевизионни програми синхронизацията с честотата на мрежата няма ефект. Режимът се използува в случаите, когато е необходимо да се намали влиянието на смущенията от "мрежов брум" в изображението: смущенията стават неподвижни на телевизионния екран.

Структурната схема на синхрогенератора е такава, че да се решат следните три .основни" функций.

1.)Осъществяване на твърда връзка между честотите, от които се формират всички изработени импулси. Тази задача се решава а задаващата част на синхрогенератора.

2.) Установяване на необходимата форма и временни съотношения в генерираните импулси. Това се осъществява във формиращото устройство.

3.) Разпределяне на всеки вид от изработените импулси с няколко изхода към потребителите. Разпределението на импулсите се извършва в усилвател-разпределител на синхронизиращи импулси.

Сега телевизионните системи за разпръскване използуват презредова телевизионна развивка. При нея всеки кадър се състои от два полукадъра като честотата на вертикалната развивка е равна на честотата на полукадрите fп=2fk. Тази честота е свързана с броя на редовете в полукадъра и честотата на редовете чрез следното съотношение

За да се свърже редовата честота fz с честотата на полукадрите е

необходимо редовата честота да се раздели на z/2 т.е. на броя на телевизионните редове в полукадъра. Но известно е, че в полукадъра се съдържат непълен брой телевизионни редове и способ за делене на честота с дробен коефициент на деление не съществува. За това се постъпва по следния начин: Задаващият генератор работи на двойната редова честота 2f2 = 31250Hz. Когато тази честота се раздели на z= 625, в изхода на схемата за делене ще се получи полукадровата честота fп = 50Hz .

За получаване на честотата на редовете fz = 15625Hz , честотата на задаващия генератор се дели на 2, фиг. 2.32.

В изхода на задаващата част на синхрогенератора се получават три напрежения с честоти: - двойната редова честота 2 fz = 31250 Нz ; - редовата честота fz = 15625 Нz ; - честота на полукадрите fz = 50 Hz .

Като делители на честота може да се използуват различни устройства. Най точно работят делителите на честота построени на базата на двоични броячи с тригерни клетки. Известно е , че всяка тригерна клетка.има коефициент на деление 2. Чрез последователно включване на голям брой тригернй клетки може да се получи произволно голям коефициент на делене но тои ще бъде кратен на две. В телевизионите синхрогенератори коефициентът на деление трябва да бъде нечетно число.

Фиг. 2.33 Функционална схема на синхрогенератор Оказва се, че двоичен брояч от последователно свързани тригерни клетки може да работи и с нечетен, произволен по стойност коефициент на деление чрез въвеждане на обратни връзки от изхода на един от делителите към входа на други делители. Същността на този способ се състои в това, че импулсът на обратната връзка не съвпада по време с импулсите във входа на схемата поради закъснението във времето. В такъв случай импулсът на обратната връзка предизвиква допълнително сработване на делителя, към който се подава. Така се изменя общият коефициент на депение. Изменението зависи от кое звено се взема импулса за обратна връзка и от броя на обратните връзки. Резултантният коефициент на деление от брояч с тригерни клетки при използуване на обратни връзки може да се изчисли с израза

където m е броят на последователно включените двоични делители; N- броят на обратните връзки; ai-пореден номер на тригера,към който се подава обратната връзка; bi-пореден, номер на тригера, от който се взема сигнала за обратна връзка.

Изразът под знака ∑ показва каква част от 2m представлява намалението на кратността на деление.

На фиг. 2.34 е представена използуваната в синхрогенераторите схема на делител на честотата с тригери, осигуряващ деление 25 пъти.

Коефициент на деление на тази схема е

Два последователно включени делителя 25 : 1 осигуряват деление 625 : 1 пъти, фиг. 2.35

.

Фиг. 2.36. Временни съотношения между импулсите от синхрогенератора

В различните стандарти за разлагане на телевизионното изображение се използуват следните кратности:

625 =5x5x5x5 525 = 5x5x3x7 405 =5x9x9 819 =9x7x13 Виgда се, че броят на редовете, на които се разлага телевизионното изображение е определен от възможността той да се получи от малък брой нечетни множители. Формиращото устройство на синхрогенератора е най-сложната и голяма по обем част. За презредова телевизионна развивка входни импулси за формиращата част са импулси с двойната редова честота, редовата честота и полукадровата честота. В изхода на устройството се получават импулсите за управление на телевизионната система. Те се разделят на две групи, - високочестотни с редовата fz двойната редова честота fz, и нискочестотни -с честота на полукадрите fл. Временните съотношения на тези импулси са представени на фиг. 2.35. Формиращото устройство е изградено от различни логически схеми и импулсни генератори. Третата част в структурната схема на синхрогенератора е усилавател-разпределителя на синхронизиращи импулси. За тази част е характерно, че на един вход има от 3 до 6 изхода. Изходните импулси запазват напълно амплитудните и временни съотношения на входните импулси. Поляритетът на изходните импулси или се запазва, или се обръща на 160°.

2.9. Основни принципи на цветната телевизия

Човек възприема заобикалящите го предмети и явления чрез зрителната си система ахроматични /неоцветени/ и хооматични /цветни/. Ахроматични цветове са белия и черния и междинните сиви тонове. Към хроматичните се отнасят всички останали цветове. Субективни характеристики на хроматичните цветове са яркостта, цветовия тон и наситеността на цвета,

Цветовия тон се определя от преобладаващата спектрална съставна, което позволява да се различи един цвят от друг.

Наситеността или чистотата на цвета характеризира примеса на бял цвят в него.

Цветовият тон и наситеността на цвета характеризират цветността на светлинния поток независимо от яркостта и се явяват субективни параметри. Съответствуват им физическите параметри, -преобладаващата дълмина на вълната на електромагнитното трептение λ и наситеността на цвета р .

Наситеността на цвета р се определя от относителното съдържание на спектралните съставящи в даден цвят:

където Фλ е светлинния поток на дадения цвят; Фδ-светлинния поток на белия

цвят. Ако Фδ >> Фλ , то р → 0 . При Фδ Р<< Фλ, чистотата на цвета р→1. Спектралните цветове имат максимапна наситеност р-1. Наситеността на ахроматичните /сиви/ цветове е равна на нула.

Яркостта се определя от светлинния поток, който попада на ретината. Условно цветовете се делят от зрителната система на тъмни и светли. Към тъмните цветове се отнасят: синия, виолетовия, тъмночервения. Към светлите цветове - жълтия, зеления, си- . ньо-зеления.

Както беше посочено в 1.6.1 съвременната представа за цветовете и тяхното възприемане се основава на трикомпонентната теория аа цветовото зрение.

Експериментално е установено, че трикомпонентната теория е справедлива само при наблюдаване на обекти със сравнително големи размери. В телевизията за едри по размери детайли се приемат тези, за възпроизвеждането на които са необходими повече от 10 до 15 елемента на изображението.

Детайли от изображението с размери до 3 - 4 елемента се възприемат само с яркостта си като черно-бвли.

Зрителната система на човек е по-чувствителна към изменението на яркостта и по-малко към изменения в цветността на обектите. При благоприятни условия е възможно да се различават до 500 - 600 градации на яркостта и до 180 цветови оттенъка.

Принципът на съвременната цветна телевизия, цветен печат, цветно кино и цветна фотография се базира на смесването на няколко цвята /обикновено три/ за получаване на всички или почти всички цветове в оригинала.

При възпроизвеждането на сложен цвят, в телевизията практически може да се използуват три способа за смесване на цветовете, фиг. 2.36: оптическо смесване, пространствено смесване и бинокупярно смесване.

Оптическото смесване може да бгде реализирано чрез едновременно или последователно смесване на светлинните потоци, фиг. 2.36 а,б. При последователното оптическо смесване, фиг. 2.36.6, пред правоъгълния отвор се върти диск с червен / R /, зелен /G / и син / В / светофилтри, през които се наблюдава изображението в правоъгълния отвор.

Ако интензитета на светлинните потоци е еднакъв,се получава възприятие за бял цвят. От смесването на синия и зеления потоци ще се получи синьо-зелено, от зеления и червения - жълто и т.н.

фиг. 2.37 Оптическо смесване на цветове

Пространственият способ за смесване на цветовете се състои в излъчване

на елементарни светлинни потоци с последователно изменящ се цвят от точки или тънки ивици, фиг. 2.37 в,г. Вследствие ограничената разделителна способност, зрителната система реагира едновременно на група точки или ивици, при достатъчно малки размери на отделните елементи. В резултат възниква възприятие за сумарния цвят от групата елементарни светлинни потоци.

Бинокулярният слособ на смесване се основава на отделно възбуждане на едноименни участъци от ретината на лявото и дясното око, в резултат на което възниква усещане за нов цвят. Този способ може да намери приложение в система за стереоцветна телевизия.

Законите на Грасман, изказани в 1853 г. позволяват аналитичното разглеждане на възприемането и получаването на цветовете. Тези закони, потвърдени експериментално се формулират по следния начин:

1. Всеки цвят моме да бъде възпроизведен чрез смесване на три основни цвята, избрани така, че нито един от тях не може да бъде получен при сумиране на другите два.

2. Идентичността на първичния и получения чрез сумиране цвят се запазва, ако на изменението на яркостта на първичния цвят съответствува пропорционално изменение на яркостите на основните цветове в сместа.

3. Два еднакви цвята, независимо от това по какъв способ са получени, се изменят по един и същи начин ако към тях се прибавя или изважда трети цвят /два светлинни потока с различен спектрален състав, но с еднакъв визуален ефект са колориметрично тъждествени/.

Експериментално е установено, че всеки цвят F може да се представи като сума от съставящите на основното колориметрично уравнение

където R , G и В са обозначенията на избраните основни цветове, с размерност -

мощност; r’, g’ и b' -коефициенти, които определят количеството на основните цветове в дадения светлинен поток. Наричат се модули на цвета; F —условен единичен цвят, цветността на който съвпада с цветността на сместа; f’ -модул на цвета F.

Модулът на получения чрез смесване цвят е равен на сумата от модулите на основните цветове в сместа f’=r’+g’+b’

сл. 1

''

''

''

=++fb

fg

fr

Отношенията r

fr=

''

, g

fg

=''

, b

fb

=''

са коефициентите, които показват в какви съотношения трябва да се смесят основните цветове, за да се получи даден цвят.

bBgGrRF ++= /2.25/ където r+g+b=1

Съгласно препоръките на международната комисия по осветеност-та /МКО/ като основни цветове са избрани монохроматичните цветове: - червен / R / с дължина на вълната λR=700nm; - зелен / G/ с дължина на вълната λG=546.1nm ; - син / B / с дължина на вълната λB=435.8nm.

В колориметричната система RGB, уравнението /2,25/ позволява всеки цвят да се изобрази чрез точка в площта на равностранен триъгълник, във върховете на който са разположени основните цветове R, G и B. Този цветови триъгълник има височина, равна на единица. Системата RGB е приета от всички страни за колориметрични измервания. В нея за бял цвят е приет равноенергетичния бял цвят тип Е, за който r=g=b= 1/3. Изследванията са показали, че в системата RGB за получаването на някои цветове един от компонентите трябва да бъде с отрицателен знак, което затруднява изчисленията. Вторият недостатък е, че за изчисление на яркостта е необходимо да се знаят и трите компоненти.

Системата RGB е неудобна за изчисления и ролята й е ограничена основно при нормиране свойствата на цветовото зрение. По-широко се използува стандартизираната от международната комисия по осветеността /МКО/ в 1931 г. системаХУZ. Тя се използува за цветови изчисления и има чисто теоретичен характер, тъй като основните й цветове не могат да бъдат реализирани. Те са по-наситени от спектралните цветове, което на практика е неосъществимо.

В основата на системата ХУZ са заложени следните принципи: 1. Относителните коефициенти на спектралните цветове трябва да бъдат

положителни. 2. Яркостта на даден цвят трябва да се определя напълно от една от

компонентите му. 3. Координатите на равноенергетичния бял цвят да са равни. Основното

колориметрично уравнение тук е: F=mF=x’X+y’Y+z’Z /2.27/ където X , Y , Z. са условни /несъществуващи/ цветове; х',у',z' - компоненти на потока F' ; m - модул на цвета; F - цветност на потока.

В тази система се използува цветови график, фиг. 2.38, във вид на равнобедрен правоъгълен триъгълник, във върховете на който са разположени основните единични цветове X , У и Z . Сумирането им в съответните пропорции позволява получаването на всички реални цветове с каква да е наситеност и цветови тон.

фиг 2.38. Цветови график

Геометричното място на точките на монохроматичните наситени цветове

представлява подковообразна крива, наречена л о к у с. Локусът се разполага във вътрешността на триъгълника XYZ . Точките на синия / В / и червения / R/ цветове са съединени с права линия, на която са разположени пурпурните /не-спектрални/ цветове. Точките на основните цветове на системата х,у и z са разположени извън локуса. Тяхната наситеност се оказва по-голяма от 100%, което няма физически смисъл, но позволява провеждане на удобни теоретични изчисления както беше посочено по-горе. Точката на белия равноенергетичен цвят Е е пресечната точка на медианите на триъгълника и има координати х = у = 0,333 ...

На цветовия график е представена и точката на опорния бял цвят тип D6500 с координати х = 0,313 и у = 0,329. Той е Европейския еталонен светлинен

източник за цветна телевизия. Пространството в центъра на диаграмата е областта на белите цветове с

различни оттенъци. Всички реални цветове са разположени във вътрешността на локуса и

цветността им се определя от положителни значения на координатите х и у. Наситеността на цветовете е толкова по-малка, колкото по-бпизо се намират те до областта на белите цветове.

Цветовият график позволява удобно изпълнение на много колориметрични изчислений. Например, по зададени координати на анализиран цвят може да се определи неговия цветови тон при предварително приет опорен бял цвят. Цветовият тон на анализирания цвят се определя от пресечната точка на кривата на спектралните цветове с права, прекарана през опорния бял цвят и координатите на анализирания цвят. Точката на пресичане на правата линия с кривата от срещуположната страна на диаграмата, определя цветовия тон на допълнителния цвят.

За анализиран цвят F с координати х = 0,450 у = 0,433 цветовият тон се определя от λ=580nm

Допълнителният цвят се определя от λ=480nm Наситеността на анализирания цвят F се определя като отношение на

дължините на отсечките "опорен бял цвят - анализиран цвят" към "опорен бял цвят - монохроматичен цветоопределящ тон".

При смесване на два цвята може да се възпроизведат всички цветове, разположени на правата, която съединява точните с координати на смесваните цветове.

В случай на смесване на три или повече цветове, областта на възпроизводимите цветове ще се определя от площта на многоъгълника, върховете на който се определят от смесваните цветове.

За телевизията най-голям интерес представлява използуването на три основни цвята. Очевидно е, че броят на възпроизводимите цветове ще бъде толкова по-голям, колкото по-голяма е площта на триъгълника.

В системите за цветна телевизия като основни са приети цветовете на луминофорите в кинескопите, избрани така, че да осигуряват максимална площ на триъгълника с гарантирана възможност за техническа реализация и добро светоотдаване. Основните цветове имат следните координати: Червен /RT / х = 0,67, у = 0,33 - Y2O3Eu Зелен /GT / х = 0,21, у = 0,71 Zn2SiO4Mn Син /ВT/ х = 0,14, у- 0,08 -ZnSAg

В цветната телевизия с помощта на предавателната теливизионна камера чрез оптическо разделяне се получават сигналите на основните цветове ЕR , EG и EB . Те съдържат информация за червената, зелената и синята съставки на многоцветното предавано изображение. Съвкупността на тези три сигнала за времето на един кадър на цветното изображение съдържа пълната информация

за цвета на предаваната сцена. Способът на предаване на тази информация от предавателната

страна до приемника се нарича система за цветна телевизия. Едно от основните изисквания към съвременните системи за цветна

телевизия е те да бъдат съвместими със системита за черно-бяла телевизия. Изискването за съвместимост е предизвикано от технико-икономически

съображения и означава: 1.Възможност на приемниците за черно-бяла телевизия да приемат цветна

програма в черно-бял вид. /Права съвместимост/. 2. Възможност на приемниците за цветна телевизия да осигуряват

висококачествено черно-бяло изображение от приети сигнали за черно-бяла телевизия /Обратна съвместимост/.

3. Възможност за предаване на сигнали за цветна телевизия в честотната лента за„черно-бяла телевизия. /Професионална съвместимост/. Експерименталната работа във връзка със създаването на съвременните системи за цветна телевизия е показала, че информацията за цвета в телевизията силно зависи от размерите на оцветените елемента з изображението като:

- трикомпонентността на цветовото зрение е в сила само за големи обекти, които при телевизионно предаване изискват честотна лента от 0 до 0,5MHz. За тях е необходимо използуване и на трите основни цвята;

- цветът на обекти със средни размери, възпроизвеждани ( от видеочестоти в диапазона от 0,5 до 1,5 MHz може да бъде получен от смесване само на два цвята - оранжев и синьо-зелен;

- дребните детайли, изискващи видеочестоти от 1,5 до 6MHz се вьзприемат от зрителя само с яркостта си, безцветни. За тях не е необходимо да се предава информация за цвят.

Изискването за съвместимост и тези особености налагат в системите за цветна телевизия да се използуват същите параметри на разлагане както при черно-бяла телевизия, като пълния телевизионен сигнал съдържа сигнал за яркост и сигнал за цветност. Сигналите за яркост и цветност се предават по канал за свръзка със стандартна ширина на честотната лента. Използува се уплътнение на дискретния спектър на яркостния сигнал със сигнала за цветност.

Независимо, че има проекти за около тридесет системи за цветна телевизия в настоящия момент са стандартизирани и се използуват на практика само три системи: 1. NTSC – National Television System Commiti 2. PAL – Phase Alternation Line 3. SECAM – Sequence de Couleurs Avec Memoire

2.10. Яркостен сигнал и сигнали на цветовата разлика

В съвременните съвместими системи за цветна телевизия пълният телевизионен сигнал трябва да съдържа компонента, която да създава нормално черно-бяпо изображение с правилно предаване на яркостните градации на

цветния обект. Тази компонента се нарича яркостен сигнал и се означава обикновено Ey , Uу или Y

Яркостният сигнал, съгласно (2.25) се получава от смесване в определени пропорции на сигналите на трите основни цвята.

С отчитане на характеристиките на опорния бял цвят тип D6500 /светлинен източник с цветова температура 6500°К, съответствуващ на светлината на дневно заоблачено небе/ и цветовите координати на пуминофорите Rг , GT , Вт , Фиг. 2.37, яркостният сигнал ще бъде равен на Ey = 0.30ER+0.59EG+0.11EB /2.28/

Ако обект на предаване е "бяло поле" с равномерен спектър на светлинния поток и сигналите на трите едноцветни изображения: червено, зелено и синьо са с еднакво ниво ER = EG = EB= 1 , то и Еу = 1.

Ако обект на предаване е "червено поле" със 100% наситеност, сигналите на основните цветове ще бъдат ЕR = 1, ЕG = ЕB = 0, а яркостният сигнал Еу = 0,30.

Съответно за "зелено" и "синьо" поле със 100% наситеност, яркостният сигнал ще бъде Еy = 0,59 и Еу = 0,11, съгласно(2.28).

Изразът за формирането на яркостния сигнал и съотношението на основните цветове в него в известна степен съответствуват на спектралната характеристика на зрението при възприемане на монохроматични, равноенергетични излъчвания. Създава се възможност цветните предмети да се различават на екрана на приемника за черно-бяпа телевизия по яркост.

Тъй като яркосиня сигнал трябва максимално да се приближава до стандартния сигнал за черно-бяла телевизия, честотната лента, която той заема е 6MHz. Този сигнал, съгласно (2.28) се формира в пасивна матрица, фиг. 2.39, която представлява делители на напрежение с общ товар.

При достатъчно големи стойности на съпротивленията R1, R2 и R3, по отношение на съпротивлението R4 , делителите са взаимно независими. Ако

фиг. 2,39 Матрица за формиране на Ey

в изхода на матрицата се получава яркостния сигнал Eу . За да работи приемника за цветна телевизия, при формирането на

цветното изображение е необходимо да съществуват сигналите на трите едноцветни изображения. За осигуряване на това изискване при наличието на яркостен сигнал в приемната страна, е достатъчно да се предават само два от сигналите за цветност, например E R и EB . Третият сигнап ЕG може лесно да се получи от (2.28) чрез матрициране.

На практика не е целесъобразно предаване на сигнали на основните

цветове. Те са широколентови сигнали / Δf= 0 до 6MHz / и освен полезната информация за цветност съдържат излишна информация за яркостта, пренасяна от яркостния сигнал ЕУ .

В съвременните системи за цветна телевизия за пренасяне на информацията за цветността на изображението се използуват така наречените сигнали на цветовата разлика. Те се получават като от съответните сигнали на основните цветове се извади яркостния сигнал

На сигналите на цветовата разлгка не съответстват реални цветове в

природста. Характерна тяхна особеност е, че не съдържат информация за яркост. Те са получени по математически път.

Използуването на сигналите на цветовата разлика има определени преимущества пред използуването на сигнали на основните цветове за пренасяне на информацията за цветност:

- Заемат 4 пъти по-тясна честотна лента /Δf= 0 до 1,5MHz/. - Равни са на нула за бяло и сиво. - Разположени са симетрично спрямо абсцисната ос. Нямат постоянна

съставна. - Амплитудата им е по-малка от тази на сигналите на основните цветове, Цветоразностният сигнал ЕG.Y не се предава в системите за цветна

телевизия, нивото му е малко, което се обясняза с това, че основна компонента в яркостния сигнал е зеления цвят. Отношението сигнал/шум при предаване на ЕG-у е значително по-ниско в сравнение с Е R-Y и Е B-Y.

Предават се сигналите Е R-Y и Е B-Y за пренасяне на цветовата информация. Третият сигнал на цветовата разлика ЕG-у се получава в приемника от сигналите Е R-Y и Е B-Y съгласно израза (2.30). ЕG-у =-0.51 Е R-Y – 0.19 Е B-Y Това се доказва по следния начин:

но тъй като r+g+b=1 то 1-g = r+b

Тогава Y

gbrB

gbR

grYG +

+−−=−

Или )()( YB

gbYR

grYG −−−−=−

Ако се заместят стойностите r=0.30 , g=0.59 , b=0.11 за сигнала G-У се получава

)(19.0)(51.0 YBYRYG −−−−=− В приемника от трите сигнала на цветовата разлика и яркостния сигнал

ЕУ лесно се получават сигналите на основните цветове ER , EG , EB RYYRYYR EEEEEE =+−=+− GYYGYYG EEEEEE =+−=+− BYYBYYB EEEEEE =+−=+−

На фиг. 2.40 са представени матрични схеми, използувани за формиране на сигналите на цветовата разлика, съгласно (2.29), фиг. 2.40.а и (2.30), фиг. 2.40,6.

Фиг. 2.40 Матрица за формиране на сигналите на цветовата разлика

В стандартизираните системи за цветна телевизия понастоящем се

формират яркостен сигнал и два сигнала на цветовата разлика, които се използуват за получаване както на цветни, така и на черно-бели изображения. Спектърът на яркостния сигнал се уплътнява със сигнала за цветност на базата на особеностите при възприемане на цветни изображения. Както беше показано в изходното изображение е необходимо да се оцветят само едрите по площ де-тайли. Дребните детайли, които съответствуват на честоти по-високи от 1,5 МНz.се възпроизвеждат в черно-бял вид, с което не се влошава общото качество на цветното изображение.

В тази връзка в световната практика се използува два вида кодиране на

цветовата информацияхизползуване на сигналите Е R-Y, Ев-у и с използуване на сигналите EI и EQ.

При първия способ двата сигнала на цветовата разлика трябва да имат еднакви честотни ленти. Ако се стесни ширината на спектъра на единия от тях, качеството на цветното изображение ще се влоши чувствително вследствие получаването на цветни окантовки от преходните процеси.

Като се отчитат особеностите на цветовото зрение и ширината на честотната лента на някои национални стандарти с цел подобряване на съвместимостта опитът е показал, че може да се получи високо качество на цветното телевизионно изображение при използуване на подходящо избрани сигнали на цветовата разлика с различна ширина на честотната лента.

Единият от тези сигнали, означен с EI, е широколентов / Δf =0 до 1,3 MHz /и е разположен в областта на оранжевите и синьо-зепените цветове. Другият сигнал EQ - е теснолентов / Δf=0 до 0,6MHz/.

където a1 = 0,87695; а2 = 0,49283; cos 33°=0.83667; cos 57°=0.54464;

Като се заместят тези стойности в (2.32) за EI, и EQ се получава

Множителите а1, а2, соs 33°, соs57° в (2.32) са въведени поради това, че

сигналите EI и EQ се използуват в системата за цветна телевизия NTSC с квадратурна модулация на цветовата подносеща честота. Най-добри, резултати при използуване на сигнали за цветност с различна ширина на честотната лента са били получени когато осите на EI и EQ изпреварват осите на Е R-Y Е B-Y с 33°.

Изпитателно изображение "Вертикални цветни ивици, подредени по степента на намаляване на яркостта"

Последователността на формиране и преобразуване на сигналите в

системите за цветна телевизия най-удобно се представя при разглеждане на изпитателното изображение "Вертикални цветни ивици". Това изпитателно изображение включва трите основни цвята: червен / R /, зелен / G /, син / В /, трите им допълнителни цвята: синьо-зепен / C/, виолетов /M/, жълт / У / и бяла и черна ивица. При показаното на фиг. 2.41 подреждане на цветните ивици яркостният сигнал Еу представлява стъпаповидна, монотонно понижаваща се градация от бяло до черно.

Допълнителните цветове имат координати на цветовия график, фиг. 2.28 определени от точките на пресичане на страните на триъгълника Rг , GТ , BT с прави, преминаващи през точката на опорния бял цвят D и върховете на този триъгълник: синьо-зелен / С / - х = 0,1657, у = 0,3107

виолетов / M / - х = 0,3456, у = 0,1770 жълт / У / - х = 0,4506, у = 0,5112

Изпитателният сигнал "Вертикални цветни ивици, подредени по степента на намаляване на яркостта" се използува за изчисления, настройки и контрол на работата на апаратурата з телевизионния тракт.

Трябва да се обърне внимание че сигналите на цветовата разлика притежават симетрия от втори род по отношение средата на реда, /т.е. равни по стойност и обратни по знак/, а яркостният сигнал - същата симетрия относно средата на реда и ниво 0,5. Това създава практически удобства при контрола и настройката на кодиращите устройства с помощта на осцилоскоп.

Сигналите за това изпитателно изображение се формират по електрически път от "Генератор за цветни ивици”.

фиг. 2,41. Сигнали за изображение “вертикални цветни ивици,подредени по

степента на намаляване на яркоста”

2.11. Принцип на постоянната яркост

В линейна система за цветна телевизия / γ=1 / е в сила принципа на

постоянната яркост. Той е бил разработен в периода 1953 -1954 г. при създаването на системата NTSC и използуван в следващите системи.

Принципът на постоянната яркост гласи: Пипната яркост на изо-бражението се определя само от яркостния сигнал. /Отделеният в приемника сигнал за цветност не трябва да влияе върху яркостта на възпроизвежданото изображение/.

Изпълнението на този принцип осигурява три основни преимущества: 1. Ако в канала за цветност възникнат шумове или смущения, те не

трябва да предизвикват изменение в яркостта на възпроизвежданото изображение.

2. Ограничението на честотната лента на сигнала за цветност не влияе на предаването на резките яркостни преходи и дребните детайли в черно-бял вид.

3. В приемниците за черно-бяпа телевизия точно се възпроизвежда яркостта на предавания обект.

За доказателство може да се разгледа следния случай: Нека изходните сигнали от предавателната камера в линейна телевизионна система, съответствуващи на анализирания цвят да бъдат ER , EG и EB . В такъв случай яркостния сигнал ще бъде:

BGRY EEEE 11.059.030.0 ++= а сигналите на цветовата разлика

BGRYR EEEE 11.059.070.0 −−=− BGRYB EEEE 89.059.030.0 −−−=−

При въздействие на смущение Δ върху всеки от сигналите цветовата разлика, изразите (2.35) ще приемат вида: ( ) ∆+−−=∆− BGRYR EEEE 11.059.070.0 ( ) ∆+−−−=∆− BGRYB EEEE 89.059.030.0 В приемника сигналите на основните цветове при наличието на смущението Δ ще бъдат

( ) ∆+=+= ∆−∆ RYYRR EEEE ( ) ∆+=+= ∆−∆ BYYBB EEEE

( ) ( )∆−∆−∆ −−= YBYRYG EEEE59.011.0

59.030.0

След съответното преобразуване за ЕGΔ се получава:

∆−=∆ 59.041.0EG GE

Яркостта на анализирания цвят, която ще се възпроизведе от сигналите ERΔ , ЕGΔ , EBΔ ще бъде равна на

тьй като

По този начин, независимо от появяването на смущение в сигналите на

цветовата разлика, яркостта на изображението не се променя. Може да се направи извод, че яркостта на изображението няма да се

промени ако се появи смущение само в единия от качалите за цветност. Реализирането на принципа на постоянната яркост се обезпечава при

построяването на телевизионния приемник: сигналите постъпващи нъм кинеснопа от блока за цветност трябва да бъдат така балансирани, че да не променят яркостта.

При предаване на сигналите на цветовата разлика ER-Y и EB-Y или техни линейни комбинации, от които те се възстановяват в приемника, яркостта на възпроизвежданото изображение се определя с израза (2.36) .

Тук ER-Y , EB-Y и EG-Y са сигналите в изхода на канала за цветност заедно с

всички смущения и изкривявания. Първият член в (2.36) отразява яркостта, обусловена от яркостния сигнал, вторият член - яркостта обусловена от сигнала за цветност

За изпълнение на принципа на постоянната яркост е необходимо и достатъчно изпълнението на условието

или представено по друг начин

Изрази (2.38), който съответствува на (2.30) се реализира в матрична

схема в приемника, формираща сигнала EG-Y За съжаление, на практика поради нелинейността на кинескопа

принципът на постоянната яркост не се изпълнява напълно. Често се получава така, че част от яркостта на изображението се предава с канала за цветност. Това води до непълно използуване на преимуществата на принципа на постоянната яркост.

В частност, тъй като честотите по-високи от 1,3 – 1.5МНz не преминават през канала за цветност, яркостта на съответните детайли няма да се предаде.

Характерът на този вид изкривявания може лесно да се покаже при γ=2. В този случай яркостта на съответните луминофори (например червения) може да се представи по следния начин:

( ) ( )2230.030.030.0 222YRYRYYYRYRR EEEEEEB −−− ++=+==

Общата възпроизведена от кинескопа яркост ще бъде ( ) ( ) ( )2222 11.059.030.011.059.030.0211.059.030.0 YBYGYRYBYGYRYYBGR EEEEEEEEBBBB −−−−−− ++++++++=++=

Изрази във вторите скоби, както следва от (2.37), е равен на нула или

общата яркост ще се определя от две събираеми: яркост, предавана с яркостния сигнал /изразът в първите скоби/ и яркост, прибавена от сигнала за цветност /третите скоби/. Втората част е равна на нула за "бяло", но нараства с увелича-ването на наситеността на цветовете, вследствие което ще се получават получените по-горе недостатъци.

2.12. Система за цветна телевизия NTSC

Системата NTSC е едновременна съвместима система за цветна телевизия, в която се предава яркостния сигнал и епнз цветова пояносеиа честота, разположена в неговия спектър, която е квадратурно модулирана с два сигнала на цветовата разлика.

Тази система е разработена в САЩ през периода 1950-53г. от Националния комитет за телевизионна система, съкратено NTSC на базата на разработки на отделни фирми. Системата е стандартизирана в САЩ от 1954 г., по-късно в Канада и Япония. В настоящия момент системата NTSC е стандартизирана в редица страни на Американския континент.

В системата NTSC с пълният сигнал за цветност се нормира от трите гама-коригирани сигнала на основните цветове ER, EG , EВ , които образуват яркостния сигнал.

'''' 11.059.030.0 BGRY EEEE ++= и два сигнала на цветовата разлика

''' 75.027.0 YRYBI EEE −− +−= ''' 48.041.0 YRYBQ EEE −− +=

които модулират с квадратурна балансна модулация цветова подносеща честота и се предават едновременно с яркостния сигнал.

Пълният сигнал, кодиран по система NTSC е ( ) ( )[ ] 33cos33sin ''' ++++= tEtEEE sIsQYNTSC ωω /2.41/

Яркостният сигнал се предава в честотна лента до 4,2MHz при 525 реда в изображението и честота на попунадрите 60Hz .

Сигналът за цветност се образува от двата сигнала на цветовата разлика EI

’ и EQ’ , модулиращи с квадратурна балансна модулация цветовата

подносеща честота. Ширината на честотната лента за сигнали EQ’ е 0,4МHz , а

за сигнала EI’-1,ЗMHz.

В системата за цветна телевизия NTSC цветовата информация се предава в горния край на честотната лента, заемана от яркостния сигнал, чрез уплътняване на спектъра му. Уплътняването на спектъра на яркостния сигнал се извършва с помощта на модулирана цветова подносеща честота, всичките хармонични на която се разполагат в празните места на енергийния спектър на яркостния сигнал, фиг. 2.42, фиг. 2.43

. Фиг. 2.42 Разпределение на енергията в честотната лента на яркостния сигнал

Честотата на цветовата подносеща се избира нечетна кратна на редовата

честота fs=(2n+1)fz/2 където n е цяло число.

фиг. 2.43 Избор на цветовата подносеща в системата NTSC

Цветовата подносеща честота в система NTSC е избрана равна на 455

хармонична на половинката на редовата честота

MHzMHzff ZS 58.3579545.3

215734455

2455 ≈===

За намаляване забележимостта на смущаващата структура от цветовата

подносеща честота върху екрана на приемник за черно-бяла телевизия и особено при приемане на цветни изображения на големите оцветени площи от изображението, фазата на сигнала на цветната подносеща периодичко се променя. В система NTSC цветовата подносеща честота се явява нечетна хармонична и на половината на кадровата честота, вследствие което в едно поле се разполагат цяло число синусоиди плюс още половин период. По тази причина в следващия кадър фазата на синусоидата на цветовата подносеща ще бъде отместена на 180°. В резултат на това и вследствие инертността на зрението ще се получава компенсация на яркостното смущение от подносещата честота.

На фиг. 2.44 е представена структурната схема на задаващата част на

синхрогенератор за система NTSC . Сигналът от задаващия генератор за цветовата подносеща честота fS,

постъпва към делител на честота с коефициент на деление 455 : 1. Той е съставен от три делителя с коефициенти на деление съответно 13 ; 7 и 5. От изхода на този делител сигналът с честота fZ/2 постъпва към умножител на честотата с коефициент на умножение 4. От изхода му сигналът е с честота 2fZ Двойната редова честота се дели в синхрогенератора z пъти за получаване на честотата на полукадрите fП и 2 пъти за получаване на честотата на редовете fZ .

Квадратурната модулация на цветовата подносеща в система NTSC се използува за едновременно предаване на двата сигнала ЕI

’ и ЕQ’ . Същността

на балансната квадратурна модулация се състои в това, че всеки от сигналите ЕI

’ и ЕQ’ се подава на свой балансен модулатор. Към двата модулатора се

подават и сигнали с цветова подносеща честота, отместени по фаза на 90° един спрямо друг, фиг. 2.44.а. След като подносещата се модулира по амплитуда двата сигнала се сумират и образуват резултантен сигнал, който има фаза и амплитуда, зависещи от стойностите на сигналите ЕI

’ и ЕQ’.

На векторната диаграма, фиг. 2.45 б tUtUE SSS ωω sincos 21 += /2.43/

или ( )ϕω += tUE SSmS sin /2.44/

където 22

21 UUU Sm += 2

1

UUarctg=ϕ

фиг. 2.44 Задаваща част в синхрогенератора за система NTSC

Фиг. 2.45 Квадратурна модулация

В системата NTSC големината на вектора USm определя наситеността на

цвета, а фазата му φ- цветовия тон. Вьв векторната диаграма, фиг. 2.45.6 са използували сигналите ЕI

’ и ЕQ

’ вместо ER-Y и EB-Y.Сигналите ЕI’ и ЕQ

’са избрани на базата на експериментални изследвания вместо ER-Y и EB-Y при разработването на системата NTSC . Векторите им изпреварват векторите на сигналите ER-Y и EB-Y с ъгъл 33° . За това

( ) ( ) 33sin33cos '' +++= tEtEE SQSIS ωω

където 14.1

'' YRI

EE −= 03.2

'YB

QEE −=

Както беше посочено, при квадратурната модулация резултантния сигнал

за цветност се променя накто по амплитуда, така и по фаза векторите на цветовете за изпитателното телевизионно изображение "Вертикални цветни ивици" може нагледно да бъдат представени на векторната диаграма в полярна координатна система фиг. 2.46.

фиг. 2,46 Векторна диаграма в NTSC

Показани са положенията и относителните размери на резултантния сигнал за цветност за трите основни и трите допълнителни цвята. За "бяло" сигналите на цветовата разлика са равни на нула, т.е. точката за бялото ще се намира в началото на координатната система.

На векторната диаграма са представени и цветовете I и Q . Векторът на сигнала ЕI

’ съответствува на синьо-зелени и оранжево-червени оттенъци,в областта на които зрителната система възприема цвета на средните по площ елементи от изображението. Останалите цветове, в това число и съответствуващите на положението на вектора на ЕQ

’ се различават само в едрите по площ детайли. Това позволява честотна лента 1,3 - 1,5 MHz да се съхрани само за сигнала ЕI

’ , а за сигнала ЕQ’ честотната лента да се съкрати до

0,4 - 0,5MHz. На фиг. 2.47 е показан спектъра на телевизионния сигнал, излъчван от

предавателя по стандарт NTSC . Сигналът ЕQ’ се предава с две странични ленти

до 0,5MHz , а ЕI’ има подтисната горна странична лента до 0,5MHz. Долната

странична лента за него е до 1,ЗМHz.

фиг.2.47 Радиочестотен спектър в NTSC

Най-съществения елемент в приемника за цветна телевизия е блока за цветност. Тук от пьлния телевизионен сигинал се отделя сигнала за цветност и се извършва декодиране с цел да се получат сигналите на основните цветове ЕR

’ , EG

’ и EB’ . От тях се възпроизвеждат трите едноцветни изображения, които

чрез пространствено събирателно смесване от зрителната система създават възприятие в наблюдателя за многоцветното изображение, което се предава.

Опростената функционална схема на блока за цветност в приемник по система NTSC е представена на фиг. 2.48.

От лентов филтър /ЛФ/, който пропуска честотите от 2,5 до 4MH се отделя сигнала за цветност. Той постъпва към два синхронни детектора /СД1/ и /СД2/. Към вторите входове на синхронните детектори се подава сигнал от местен генератор на цветовата подносеща честота, /ГЦП/ Сигналът с fS, се подава директно в канала за отделяне на Е B-Y ипрез фазовъртящо устройство /90°/ в канала за отделяне на ER-Y.

фиг. 2,48 Декодиращо устроиство в NTSC

За синхронното детектиране е необходимо да се възстанови сигналът с

цветова подносеща, който отсъствува в излъчения от телевизионния предавател сигнал с правилна фаза. За това на задната площадка на редовия гасящ импулс РГИ се предава пакет немодулирана цветова подносеща честота, фиг. 2.49, който носи информация за честота и фазата на подтисната подносеща. Вижда се, че "пакета" на задната площадка на РГИ е образуван от 8-10 периода на fS и има размах, равен на 0,9 - 1,1 от размаха на синхронизиращия импулс.

Този сигнал в системата NTSC се явява сигнал за цветова синхронизация и се използува за синхронизиране на местния кварцов генератор /ГцП/ в блока за цветност.

Фиг. Цветова синхронизация в NTSC

Напрежението в изходите на синхронните детектори се явява

произведение от входните напрежения. В изхода на единия детектор ще се получи:

В този израз 0,5 соsφ е продукт на синхронното детектиране и

съответствува на сигнала EB-Y , след ограничение на честотната лента от филтгра /Ф2/.

В другия детектор

Тук 0,5 sinφ е продукт на синхронното детектиране и съответствува на

сигнала ER-Y след ограничение на честотната лента от филтъра /Ф1/. В матрични схеми /М1/ и /M2/ се нормират съответно сигналите E’ G-Y и

ER’ , EG

’ , EB’

Използуването на квадратурна модулация в системата NTSC поставя високи изисквания към параметрите на телевизионния тракт, особено по отношение на диференциалните изкривявания.

Изкривяванията "диференциална фаза" предизвикват влошаване в цветопредаването. Отклонения в границите ±5% от фазовата характеристика е канала за свръзка, водят до забележими изменения в цвета.

При наличие на "диференциално усилване" се променя наситеността на цветовете.

2.13. Система за цветна телевизия PAL

Системата за цветна телевизия PAL е създадена през периода 1962 - 1966 г. в ГФР от Валтер Брух. Наименованието на системата е съставено от първите букви на думите в английската фраза пРhase Alternation Line ", която означава "ред с променена фаза". Системата е стандартизирана от 1966 г. в редица страни на Западна Европа и в останалата част на света.

Системата РАL може да се разглежда като по-нататъшно усъ-вършенствуване на системата NTSC като се различава от последната по това, че фазата на сигнала ER-Y се променя със 180° ~ в началото на всеки телевизионен ред изразът за пълния сигнал, кодиран по система РАL ще бъде

tEtEEE SYRSYBYPAL ωω cossin '''−− ±+= /2.46/

Във връзка с това в системата са въведени още някои изменения с цел ла се намали чувствителността на сигнала за цветност към фазовите изкривявания.

Яркостният сигнал Е’ Y се предава в честотна лента до 6 МНz при 625 телевизионни реда и честота на полукадрите fП=50Hz .

Сигналите на цветовата разлика тук се използуват с компресионни коефициенти и се означават като

'' 493.0 YBU EE −= '' 877.0 YRV EE −=

Честотната лента, която заемат е еднаква за двата сигнала и равна на 1,3МНz на ниво 3 dB .

От векторната диаграма, представена на фиг. 2.50 се вижда, че резултантния вектор US променя знака си: той е положителен в “четните” редове и отрицателен - в"нечетните."

Както и в системата NTSC , и в система РАL се използува балансна модулация на подносещата честота от двата сигнала на цветовата разлика. За детектиране на сигнала за цветност се използуват два синхронни детентора, към които се подава сигнал с цветова подносеща честота. Фазата на сигнала е поднссеща честота се подстройва от предавания на задната площадка на РГИ. Пакет от 8-10 периода на цветовата подносеща честота.

Фиг.2.50 Квадратурна модулация в PAL

Съществува разлика при определяне на стойността на цветовата

подносеща честота fS

MHzMHzfff ПZS 43.4433619.421

41284 ≈=+

−=

Такова съотношение между fS и fZ прави по-слабо забележими смущенията в черно-бялото изображение, но изисква fS да се поддържа с точност ± 1 Hz.

Опростена блокова схема на кодиращото устройство за система РАL е представена на фиг. 2.51.

От входните сигнали ER , Е'G , ЕB в матрицата М се образуват сигналите E'Y и ЕR.Y /ЕV /, ЕB'.Y /Е'U / . Сипалите на цветовата разлика се подават към два балансни модулатора БМ1 и БМ2- Към балансния модулатор на сигнала EU, се подава цветова подносеща с фаза φ=0° а кcм балансния модулатор на сигнала E'V - с фаза φ= ± 90°. изходните сигнали от балансните модулатори се сумират

и образуват сигнала за цветност ES. Пълният телевизионен сигнал ЕРАL се получава от сумирането на

яркостния сигнал Е'у преминал през закъснителна пиния ЗЛ и сигнала за цветност ЕS

фиг.2.51 Кодиращо устроиство в PAL

В стандартната схема на декодиращо устройство по система PAL се

използува закъснителна линия, с време на закъснение, равно на един телевизионен ред. Това създава възможност да се сумират или изваждат сигналите за цветност в два съседни реда. В резултат информацията за двата сигнала на цветовата разлика се разделя преди синхронните детектори, т.е. отделят се сигналите ЕR.Y cosωSt и ЕB.Y sinωSt

Ако сигналите в два съседни реда са n ред ЕB.Y sinωSt + ЕR.Y cosωSt (n+1) ред ЕB.Y sinωSt - ЕR.Y cosωSt

при сумиране се получава 2ЕB.Y sinωSt при изваждане се получава 2 ЕR.Y cosωSt

При това един от сигналите променя поляритета си всеки ред.

Фиг. 2.52 Декодиращо устроиство в PAL

При декодиране на сигнала за цветност в стандартен блок за цветност,

фиг. 2.52 пълният сигнал постъпва към лентов филтър /ЛФ/ с лента на пропускане от 3 до 5MHz. След лентовия филтър, сигналът за цветност постъпва към суматорите ∑ през фазообръщащо стъпало 180° и закъснителна линия за 64μs . След суматорите всеки от отделените квадратурни сигнали постъпва в свой синхронен детектор. Към синхронните детектори постъпва и сигнал с цветова подносеща честота от кварцов генератор /КГ/,фазата на който се синхронизира от предавания на задната площадка наРГИ пакет немодулирана цветова подносеща честота. Освен това, пакета с fS управлява работата на комутатора /К/ за превключване фазата на подносещата честота от 0° на 180° От детектираните сигнали

'YRE − и

'YBE − в матрицата М се формира

сигнала '

YGE − . Принципът, заложен в система РАL за обработване на сигналите, води до

компенсиране на възникнали фазови изкривявания. Например, ако в канала за свръзка възникне фазова грешка +δ- в реда n сигналът US+δ ще се различава по цветови тон от изходния сигнал US, ,фиг. 2.53. Следващият n+1 ред ще съдържа сигнал, при който

'VE , ще се различава по фаза със 180° и изходния сигнал би

заел положението ∗SU . Тъй като информацията в два съседни реда на практика

не се различава, то грешката δ ще съществува и в n+1 ред и резултантният вектор тук ще бъде

∗−δSU

В приемника сигналите в два съседни реда се сумират, като при това фазата на сигнала във втория ред се променя на 180°. Както се вижда от векторната диаграма на фиг. 2.53 при сумирането на сигналите US+δ и

∗−δSU от

двата съседни реда n и n+1 се получава резултантен вектор ES , при който фазовото изкривяване δ е компенсирано.

По този начин системата РАL се оказва нечувствителна към изкривявания "диференциална фаза" до 40°.

фиг. 2.53 Компенсиране на фаззови греки в PAL

2.14. Система за цветна телевизия SECAM

Системата SECAM е създадена във Франция през периода 1953— 1956 г.

от Henri de Franse . Тя преминава през няколко фази на развитие с варианти SECAM I, II, III

Настоящият вариант на системата, разработен съвместно от съветски и френски научни работници и инженери в периода 1965—66г е известен под наименованието SECAM III или кратко SECAM.

Системата за Цветна Телевизия SECAM - последователност на цветовете със запомняне е съвместима система, при която сигналите на цветовата разлика ER-Y и ЕB-у се предават отделно в последователни телевизионни редове при непрекъснато предаване на яркостния сигнал ЕY.

Сигналите на цветовата разлика се предават чрез честотна модулация на цветова подносеща честота.

Последователното предаване на сигналите на цветовата разлика изисква в декодиращото устройство в приемника да има закъснителна линия с време на закъснение, равно на продължителността на един телевизионен ред /Н = 64μs / и електронен комутатор, Вследствие действието на тези два елемента липсващата цветова информация за даден ред се попълва с информация от предидущия ред като се създава възможност за формиране на третия сигнал на цветовата разлика ЕG.Y .

Основната идея на система SECAM се илюстрира от фиг. 2.54,а разположението на сигналите във времето, отнесено към фиг.2.54 е представено на фиг. 2.55

Входни сигнали за системата са 'RE ,

''

GE и 'BE .В кодиращата матрица М-

се формират яркостния сигнал ЕY' и сигналите на цветовата разлика '

YRE − и '

YBE − . Последователното предаване на сигналите на цветовата разлика, фиг. 2.55,в се осъществява от електронния комутатор ЕК1. Той превключва с честота fZ/2 . След ограничаване на честотния спектър на сигналите

'YRE − и

'YBE − до 1,5 МНz в

нискочестотен филтър /НЧФ/, те постъпват към честотния модулатор /ЧМ/ където модулират честотно цветовата подносеща честота f0 . В смесително стъпало ∑ се формира пълния сигнал за цветна телевизия, който се предава по канала за свръзка.

В декодиращото устройство в приемника след видеусилвателно стъпало /ВУ/ с помощта на лентов филтър /ЛФ/ се отделя сигнала за цветност. Той постъпва към единия вход на електронния

фиг.2.54 Функционална схема на система SECAM

фиг. 2.55 Предаване на цветовите сигнали при SECAM

комутатор ЕК2 директно, фиг. 2.55 г, а към другия вход, след като премине през закаснителна линия /ЗЛ/ с време на закъснение 64μs , фиг. 2,55 д. По този начин се осигурява едновременно съществуване на двата сигнала на цветовата разлика като непредадената информация се попълва с информация от предидущия ред. Електронният комутатор ЕК2, който работи синхронно и синфзно с комутатора ЕК1 в кодиращото устройство, разделя сигналите за цветност в два самостоятелни канала /"червен" и "син"/. В изходите на честотните демодулатори ЧД1 и ЧД2 се получават сигналите на цветовата разлика

'YRE − и

'YBE − . От тях в матрицата М2 се формира третия сигнал на цветовата разлика

ЕG.Y От яркостния сигнал и трите сигнала на цветовата разлика е изходната матрица М3 се формират изходните сигнали на трите основни цвята ЕR’ , ЕG’ и ЕB’. Система SECAM се характеризира със следните особености:

1. Сигналът за цветност представлява цветови подносещи честоти, които се модулират честотно от сигналите на цветовата разлика ER-Y и ЕB-у.

2. Използуването на честотна модулация изисква последователно предаване на сигналите на цветовата разлика през ред. С това се премахват интерференционните смущения между каналите ER-Y и ЕB-у

3. В декодиращото устройство в приемника се използува елемент за запаметяване - закъснителна линия и електронен комутатор. Съвместната работа на тези две устройства осигурява едновременното съществуване на двата сигнала ER-Y и ЕB-у. След електронния комутатор те се разделят в отделни канали.

4. Използуването на закъснителна линия и електронен комутатор води

до двукратно повторение на цветовата информация в два съседни реда. Поради това вертикалната цветова разделителна способност намалява два пъти. Но от това практически качеството на цветното телевизионно изображение не се влошава, защото вертикалната цветова разделителна способност остава два пгти по-висока от хоризонталната цветова разделителна способност. Освен това за реални телевизионни изображения информацията в два съседни реда почти не се различава.

5. Яркостният сигнал Еу се предава непрекъснато в честотна лента до бMHz . Сигналите на цветовата разлика се предават последователно през ред с честотен спектър в границите от 0 до 1,5 МНz .

Сега стандартизираната система SECAM се различава от първоначалния вариант по използуването на две цветови подносещи честоти, различаващи се една от друга с 156,25kHz

kHzMHzff ZOR 240625.4282 ±== kHzMHzff ZOB 225000.4272 ±==

където fZ= 15625Hz ± 0,016Hz е честотата на редовата развивка. Сигналите в система 5ЕСАМ при опорен бял цвят тип се формират в

следния вид: - яркостен сигнал

'''' 11.059.030.0 BGRY EEEE ++= -сигнали на цветовата разлика

'' 9.1 YRR ED −−= '' 5.1 YBB ED −=

където ЕR’ = ЕG

’ = ЕB’ = 1,0 са γ - коригирани сигнали на червеното, зеленото и

синьото едноцветни изображения при у =0,45. Коефициентите /-1,9/ и /+1,5/ за сигналите на цветовата разлик са избрани

така, че при предаване на цветове със 75% амплитуда и 100% наситеност, максималните стойности на сигналите

'RD и

'BD ще бъдат равни на 1 и ще

осигуряват номинална девиация при честотната модулация. Ширината на честотната лента на сигналите на цветовата разлика е равна

на 1,5MHz. Девиацията на честотата на цветовата подносеща в редовете със сигнал

'RD е

kHzf R 9280 ±±=∆ при 1' ±=RD в редовете със сигнал

'BD

л kHzf B 7230 ±±=∆ при 'BD =±1.0

Честотно модулираните сигнали за цветност в изхода на честотния модулатор се определят с изразите:

където UR и UB са постоянни амплитуди, равни на 23% ± 2,5% от размаха на яркостния сигнал EY приет за 1,0.

Индексът на честотната модулация /отношението между максималната девиация на честотата и горната гранична честота на модулиращия сигнал/ при

SECAM се оказва по-малък от 0,5. По тази причина спектърът на ЧМ сигнал практически не се различава от спектъра при амплитудна модулация /АМ/. Честотните ленти, заемани от сигналите за яркост и цветност при система SECAM са представени на фиг. 2.55.

Поради отрицателния знак на 'RD , максималната девиация за този сигнал

е около долната гранична честота на сигнала за цветност, докато максималната девиация за

'BD е около горната гранична честота. По този начин,с използуване

на две цветови подносещи честоти общата честотна лента на сигнала за цветност не се увеличава, независимо, че двата модулиращи сигнала са с противоположен поляритет. Такова изпълнение подобрява шумоус-тойчивостта на системата и позволява сравнително лесно осъществяване на система за цветова синхронизация.

фиг. 2.56 Радиочестотен спектър в система SECAM

На фиг. 2.57 са представени цветовите подносещи честоти, девиацията на честотата и относителните амплитуди на сигнала за цветност за основните и допълнителните им цветове.

Кодиращо устройство по система SECAM

Опростена блокова схема на кодиращо устройство по система 5SECAM е представена на фиг. 2.58. Предназначението на отделните блокове е както следва:

1. Кодираща матрица, в която се формират яркостния сигнал Еу' и сигналите на цветовата разлика

'RD = -1,9 /ЕR.Y / и

'BD =1,5/ЕB-Y /.

2. Закъснителна линия с време на закъснение 0,4μs. Осигурява закъснение в яркостния канал, еднакво със закъснението в канала за цветност.

3. Смесител за яркостния сигнал, сигнал за цветност и сложната синхронизираща смес /ССС/.

4. Пълен телевизионен сигнал, кодиран по система SECAM , в изхода на кодиращото устройство.

5 и 6. Стъпала за предварителна корекция по видеочестота. Тази корекция се осъществява като сигналите на цветовата разли

фиг. 2.57 Честотна модулация в SECAM

фиг. 2.58 Кодиращо устроиство в SECAM

ка преминават през верига, коефициентът на предаване на която е:

където f е текущата честота в / kHz / f1=85kHz

Предварителната корекция по видеочестота се състои в повдигане на високочестотните съставни от спектъра на сигналите на цветовата разлика с цел повишаване на отношението сигнал/шум при високи честоти. Аиплитудно-честотната характеристика, съгласно /2,48/ е представена на фиг. 2.59. Най-голям подем в характеристиката е за честота 800 kHz /9,2 dB /.

7. Честотен модулатор за редовете със сигнал 'RD и централна цветова

подносеща честота fOR. 8. Честотен модулатор за редове със сигнал

'BD и централна цветова

подносеща честота fOB

9. Електронен ключ, превключващ с честота fZ/2 , който осъществява последователността на предаване на сигналите на цветовата разлика

'RD и

'BD .

фиг.2.59 Предварителна корекция по видеочестота /преемфазис/

10. Стъпало за комутиране фазата на цветовата подносеща честота на

160° в началото на всеки трети ред и в началото на всеки полукадър /КФ/. Тъй като стойностите на немодулираните цветови подносещи честоти са кратни на честотата на редовете, при предаване на бял цвят те създават на екрана неподвижно смущаващо изображение във вид на вертикални ивици. При периодичната комутация на фазата на цветовата подносеща честота се получава

взаимна компенсация на забелемимостта на смущаващото изображение. 0° 0° 160° 0° 0° 180° в I полукадър 160° 180° 0° 180° 180° 0° във II полукадър.

11. Генератор за управляващи импулси за комутация на фазата в стъпалото 10 /ГКИ/.

12. Стгпало за предварителна корекция по висока честота "антиклош". Относителният комплексен коефициент на предаване на стъпалото е равен на:

( )Fj

FjjfK ВЧ 26.11161

++

= /2.49/

където 0ffF =

при MHzf 286.40 = С високочестотната корекция нивото на цветовата подносеща честота за "бяло" се установява на около 23% от размаха на яркостния сигнал. При девиация на цветовата подносеща от модулиращите сигнали, амплитудата й нараства. С това се подобрява съвместимостта на системата SЕСАМ , като същевременно се осигурява по-високо отношение сигнал/шум за наситените цветове.

Амплитудно-честотната характеристика на стъпалото за предварителната високочестотна корекция е представена на фиг.2.60.

След предварителната ВЧ корекция сигналът за цветност получава паразитна амплитудна модулация и има вида, представен на фиг. 2.61.

13. Лентов филтър с честотна лента ± 1,5 MHz по отношение на цветовите подносещи честоти.

14. Стъпало за гасене на цветовата подносеща честота в определени интервали на телевизионната развивка - по време на редовите синхронизиращи импулси и по време на полукадровите син

фиг 2.60 Предварителна корекция по висока честота

хронизиращи импулси с изключение на редовете 7 до 15 и 320 до 328, в които се предават сигнали за цветова синхронизация.

15. Генератор на сигнали за цветова синхронизация Цветовата синхронизация осигурява синфазна работа на електронните комутатори в кодиращото и декодиращото устройства и изключване на блока за цветност в приемника, ако приетият сигнал не е кодиран по система SECAM . За тази цел в пълния тмевизионен сигнал при система SECAM се включват сигнали за цветова синхронизация /СЦС/. Те се предават във всеки полу-кадър в девет последователни реда по време на обратния ход на лъча във вертикална посока, а именно:

от 7 до 15 ред по време на I полукадър и от 320 до 328 ред по време на II полукадър. Сигналите за цветова синхронизация, фиг. 2.60, представляват пакети от

цветовите подносещи честоти, амплитудно модулирани от импулси с трапецовидна форма. Поляритетът на импулсите е такъв, че при предаване на редовете със сигнал

'RD съответствуват положителни импулси, а при редовете

със сигнал 'BD - отрицателни.

Размахът на модулиращите импулси е такъв, че се получават граничните стойности на девиацията на честотата: за сигнала

'RD f= fOP + 0,350 =4,756 МНz

за сигнала 'BD f=fOB - 0,350 = 3.900MHz

фиг.2.61 Пълен телевизионен сигнал, кодиран по SECAM

16. Симетричен тригер, изработващ управляващи импулси за /9/ с честота fZ/2

фиг 2.62 Декодиращо устроиство по SECAM

16. Симетричен тригер, изработващ управляващи импулси за /9/ с честота fz/2

Декодиращо устройство по система SECAM

Декодиращото устройство е предназначено за формиране сигналите на основните цветове ЕR , ЕG и ЕB, от пълния сигнал за цветна телевизия, кодиран по система SECAM .

На ФИГ. 2.62 е представена опростена блокова схема на декодиращо устройство по система SECAM.

Предназначението на отделните блокове е: 1. Режекторен филтър. Предназначен е да подтиска спектъра на

сигнала за цветност в яркостния канал. Нормираната АЧХ на яркостния канал с режекторния филтър, ФИГ. 2.62, е с такава форма, че да осигури максимално подтискане на сигналите за цветност, като се запази детайлността на черно-бялото изобра-жение, формирано от яркостния сигнал.

Фиг.2.62 Декодиращо устроиство по SECAM

2. Закъснителна линия за 0,7µs . Необходима е за осигуряване

едновременност на широколентовия яркостен сигнал и теснолентовия сигнал за цветност в изходната декодираща матрица М2 Това се пояснява от идеализираните преходни характеристики на яркостния

канал и на канала за цветност, фиг. 2.63. На фигурата t1 и t2 са съответно времената за установяване на сигналите от 0 до 1,0. За осигуряване на едновременност е необходимо сигналите u1, да закъснее с време t3 така, че 0,5t1+t3=0.5t2 , откъдето t3=0.5(t2-t1) При приетите параметри за стандартно декодиращо устройство времето на закъснение t3 е от 0,6µs до 0,8µs.

Фиг.2.64. Сходимост във времето на сигналите в яркостния канал и в канала за цветност

3. Изходен видеоусилвател в яркостния канал 4. Лентов филтър, отделящ честотно модулирания сигнал за цветност от

спектъра на пълния телевизионен сигнал. Честотната лента на пропускане на филтъра е около 3MHz.

5. Филтър за обратна корекция по висока честота "клош филтър". Филтърът има обратна характеристика на представената на ФИГ. 2.59. Коефициентът на предаване на филтъра съответства на резонансната крива на единичен трептящ кръг с качествен фактор Q=16 и резонансна честота f0 = 4,286 MHz

Фиг.2.63 АЧХ на яркостния сигнал

6. Ултразвукова закъснителна линия за 64µs с толеранс

± 40ns . Закъснителната линия представлява звукопровод, най-често от стъкло, в двата края на който са залепени пиезопреобразователи; ФИГ. 2.64. При подаване на видеосигнал, в пиезопреобразователите възникват механични трептения с ултразвукова честота. Тези трептения във вид на напречни вълни се разпрос-

траняват в звукопровода с определена скорост / Vt= 2547m/s /. Те въздействуват на изходния пиезопреобразовател и в него се образуват електрически сигнали. Дължината на акустичния път в стъклото е около 162,6mm за получаване на закъснение на сигнала от 64µs. Използуването на ултразвук с честота 4 до 5 MHz позволява поради малките дължини на вълните да се получат слабо разходими ултразвукови лъчи при неголеми сечения на звукопроводите. Резонансната честота на пиезопреобразрвателитв е около 4,43 MHz , честотната лента на пропускане на УЗЛ е в границите 2,0 до 2,5 MH. Отслабването на сигнала е от 8 до 20dB.

Фиг.2.65 Ултразвукови закуснителни линии

7. Електронен комутатор за разделяне на сигналите на цветовата разлика в самостоятелни канали, като с помощта на УЗЛ за 64µs се осигурява едновременното съществуване на ЕR-Y и ЕB-Y.

8 и 9. Двустранни амплитудни ограничители за сигналите за цветност в двата канала.

10 и 11. Честотни дискриминатори за двата сигнала за цветност. Тук се възстановяват изходните сигнали ЕR-Y и ЕB-Y с еднакъв поляритет. За тази цел двата честотни демодулатора имат огледално обратни честотни характеристики, фиг. 2.65.

фиг.2.66 АЧХ на честотните дискриминатори в декодиращото у-во

При това положителната девиация на подносещата честота ще предизвика в изходите на двата честотни демодулатора нарастване на потенциалите с различни знаци.

12 и 13. Обратна корекция по видеочестота съответно за сигналите ЕR-Y и ЕB-Y. Формата на АЧХ на тези стъпала е обратна на честотната характеристика от ФИГ. 2.58.

Усилването за сигналите на цветовата разлика е такова, че да се получи:

14.Матрица за формиране на сигнала E’G-Y , съгласно (2.30)

15. Изходна декодираща матрица за формиране на сигналите E’

R , E’G . E’

B. 2.15. Сравнение на системите за цветна телевизия

При идеални условия за предаване на сигналите и трите системи

осигуряват високо качество на изображението. При наблюдаване от стандартно разстояние /5-6 височини на изображението/ трудно се прави разлика по коя система се създава изображението.

Системата NTSC притежава много добра съвместимост, добра хоризонтална и вертикална разделителна способност, устойчива е по отношение на щумове и смущения. Обезпечава се сравнително опростено предаване и приемане на сигналите. Основни недостатъци са нейната чувствителност към изкривявания от тип "диференциална фаза" и изискването за ширината на честотната лента,когато трябва да се премахнат взаимните смущения между двата сигнала на цветовата разлика. Основно достойнство на системата PAL е нечувствителността й към диференциално-фазовите изкривявания. Допуска се грешка във фазата на сигнала за цветност до ±40°. Предавателната апаратура е по-усложнена в сравнение със систематаNTSC. Приемникът е също по-сложен, тъй като в него се използува ултразвукова закъснителна линия с висока точност и стабилност, и електронен комутатор. Недостатъците се компенсират от удобствата при видеозапис. Освен това дългите линии за свръзка не създават трудности както при NTSC. Приемникът по система РАL не е чувствителен към ехо-сигнали. При многолъчево приемане изкривяванията на фазата и амплитудата на сигнала на цветност не създават

недопустими изкривявания. 169

Основното достойнство на РАL пред NTSC са намалените изкривявания на цветовия тон, но това е за сметка на малко намаляване на съвместимостта и понижена вертикална цветова разделителна способност. Системата SECAM е относително защитена срещу диференциалните изкривявания /"диференциална фаза и диференциално усилване"/. Приемниците са сравнително опростени в декодиращата си част. В тази връзка по-усложнено е кодиращото устройство в предавателната страна. Смесването и комутацията на сигналите в апаратно-студийния комплекс е усложнено, но видеозаписа и пренасянето на сигналите по дълги линии за свръзка е облекчено.

170

3. ЕЛЕМЕНТИ НА ТЕЛЕВИЗИОННИТЕ СИСТЕМИ

3.1. Телевизионни фотоелектрически преобразователи

Телевизионният фотоелектрически преобразовател е преходно звено между обектива на предавателната камера, който създава оптичното изображение на предавания обект и видеоусилвателния тракт на телевизионната система.

Фотоелектрическият преобразовател превръща оптическото съдържание на обекта във временна последователност от видеосиг-нали с определени параметри като се осигурява възможност за обратно преобразуване или за управление на изпълнително устройство.

Фотоелектрическото преобразуване се осъществява чрез съвместното действие на трансформирането на светлинната енергия на всеки от участъците на оптическото изображение в елементарни електрически токове и средствата за развивката им във времето.

По принципа на дайствието си телевизионните фотоелектрически преобразуватели се делят на три групи:

1.Предавателни телевизионни тръби. 2.Твърдотелни фотоелектрически преобразователи. 3. Фотоелектрически преобразователи с моментно действие. Предавателните телевизионни тръби са, най-разпространената група

фотоелектрически преобразователи. Те са електровакуумни прибори, в които се извършва развивка на изображението с електронен лъч. Болшинството от тях използуват принципа на натруп-|ване на електрическите заряди. Най-характерни за тази група прибори са тръбите, използуващи външния фотоефект /фотоемисия на електрони/ с типичен представител суперортикона; използуващи вътрешния фотоефект/ ефект на фотосъпротивление / различните видове видикони, и с фотодиоден слой - ллумбикон, кремникон и други.

Предавателните тръби, използуващи принципа на натрупване на електрическите заряди имат висока чувствителност, и универсалност. Те се

използуват при различни условия на осветяване както в границите на видимата светлина, така и в инфрачервената и ултравиолетовата област.

Най-важните параметри които трябва да притежават съвременните предавателни тръби за цветна телевизия са:

1 Висока чувствителност в целия спектър на видимата светлина 171

2. Висока идентичност на характеристиките "светлина-сигнал" на

предавателните тръби и независимост на тези характеристики от големината на сигнала. При различие на тези характеристики по-голямо от 2% или при изменение на диапазона от осветености, в камерата за цветна телевизия не може да се осигури динамичен баланс на "бялото". Това означава, че при изменение на освете-ността на обекта на предаването, ще се променя цветността на телевизионното изображение, което е недопустимо.

3. Висока точност на съвместяване на растрите. Изисква се идентичност на геометричните характеристики на изображенията, получавани от предавателните тръби и стабилността им в процеса на експлоатация.

4. Отсъствие на паразитни сигнали и постоянство на чувствителността на растъра.

5. Малка инертност на сигнала. 6 Възможност за работа в широк светлинен диапазон. Това е особено

важно при извънстудийни предавания. 7. Ниско ниво на собствените шумове в изхода на тръбата. 8. Малки размери и простота, в експлоатацията. Твърдотелните

фотоелектрически преобразователи имат редица преимущества а сравнение с електровакуумните прибори: малки размери, високи технически показатели, високо отношение сигнал/ шум. Независимо,че те все още са в етап на разработване,вече се използуват в телевизионната технология. Произвеждат се фотоматрици за цветни и черно-бели видеосигнали.

Механичните системи, използувани в началните етапи от развитието на телевизията са били с моментно действие. Нивото на сигнала, създаден във фотоелемента при механична телевизионна система, например с диск на Нипков се определя от количеството светлинна енергия, попадаща на фотокатода за времето на предаване на един елемент от изображението. В този случай средният светлинен поток ФЕ за всеки елемент от изображението ще бъде равен на:

където ф0 е общият светлинен поток, а

N- броят на елементите, на които се разлага изображението /N≈ 500000 елемента/.За такава система е характерна ниската чувствителност.

172

Към системите с моментно действие се отнасят предавателната тръба тип "дисектор" и "системата с бягащ лъч".

Характерна особеност на дисектора е линейната зависимост между стойността на сигналния ток и осветеността на мишената на тръбата, която се изисква в много случаи на приложни телевизионни системи. Съществен недостатък на дисектора е ниската му чувствителност.

Системата с "бягащ лъч" се използува в специализирани телевизионни системи и в устройствата за демонстриране на КИНОФИЛМИ по телевизията.

3.2. Принцип на натрупване на електрическите заряди

Повишаването на ефективността, на фотоелектрическите преобра-

зователи със съхраняване на основния принцип на телевизията /последователно във времето предаване на информацията за отделните елементи от изображението/ може да се осъществи по два начина:

1. Целият светлинен поток Фо да се съсредоточи в пространствения ъглов размер на един елемент от изображението. В този случай светлинното петно се премества по изображението на обекта е съответствие със закона на телевизионната развивка. Този начин е реализиран в системите "бягащ лъч", които са с моментно действие.

2. Разпределяне на общия светлинен поток Фо по цялото изображение като преобразуването "светлина-електрически заряд" се осъществява в продължение на цял телевизионен кадър, а реализирането на получения електрически заряд се извършва за времето на предаване на един елемент.

Тази идея характеризира принципа на натрупване на електрическите заряди, изказан най-напред от Б. Л. Розинг в 1907 г. и точно формулиран в 1928 г. от Ч. Ф. Дженкинс.

На ФИГ. 3.1 е представена схема, която илюстрира принципа на натрупване на електрическите заряди. При осветяване на фотоелемента, токът протичащ през веригата IФ зарежда последователно включения кондензатор С до потенциал, който се определя от големината на светлинния поток Ф , попадащ на фотоелемента и времето на зареждане на кондензатора.

Ако зареждането на кондензатора се извършва за времето на един кадър TK и фотоелемента работи в режим на насищане, т.е. в участъка Uф1-Uф2 на волт-

амперната си характеристика, ФИГ.3.2. 173

Фиг.3.1 Натрупване на електрически заряди

то зарядът на кондензатора ще бъде

Напрежението, до което ще се зареди кондензатора е равно на

кгдето ε е интегралната чувствителност на фотоелемента.

Фиг.3.2 V-A характеристика на фотоелемент

При затваряне на ключа К в момента t= ТK кондензаторът се разрежда бързо през товарното съпротивление RT , върху което се образува импулс на напрежението Uсигн . Ако кондензаторът се разреди напълно за времето на предаване на един елемент от изображението tв , то намалението на електрическия му заряд ще бъде

QP=ipte (3.3) 174

където iР е средния разряден ток.

Като се сравнят (3.2) и (3.3) се вижда, че

Ако се пренебрегне обратния ход на развивката може да се запише, че

където /N е броят на елементите, на които се разлага телевизионното изображение. Вижда се, че при използуване на натрупване на електрическите заряди чувствителността на фотоелектрическия преобразовател се повишава N пъти /като N≈ 500 000/.

Еквивалентната схема на прибор, който реализира принципа на натрупване на електрическите заряди е представена на фиг.3.3.

Фиг.3.3 Еквивалентна схема на ФЕП с натрупване на електрическите заряди

Всяка една от всичките N на брой елементарни клетки съдържа отделен

фотоелемент и отделен заряден кондензатор. Източни- 175

кът на захранващо напрежение Е и товарното съпротивление RT са общи за всички клетки. Зарядният ток, протичащ през кондензаторите С1 ,С2, С3 ... С се определят от елементарните светлинни потоци ф1, , фг , ф3 , ... фм. За времето на един кадър т, кондензаторите ще се заредят до различни стойности на напрежението.

Разреждането на кондензаторите през товарното съпротивление RT се извършва последователно в съответствие с положението на превключвателя П, който има N контакта.

Напрежението на сигнала UСИГН върху товарното съпротивление ще представлява последователност от остри импулси, ФИГ. 3.4. На практика поради ограничената честотна лента на видеоусилва-телния тракт се получава "изглаждане" на сигнала и той приема вида, показан с пунктир.

Ролята на превключвателя П в предавателните телевизионни тръби се изпълнява от развиващия електронен лъч.

Фиг.3.4 Напрежение на сигнала върху товарното съпротивление RT

1.3. Потенциал на изолиран екран

В предавателните телевизионни тръби, използуващи принципа на натрупване на електрическите заряди, преобразуването на оптическото изображение в електрически сигнал се осъществява с помощта на електронен лъч, който извършва телевизионна развивка по повърхността на един изолиран екран - мишена. Мишената е тънка пластина, изработена от диелектрик или полупроводник и покрита от едната си страна с тънък слой метал. Тя изпълнява роля на натрупващ елемент в предавателните телевизионни тръби.

176

При бомбардиране на изолирана мишена от електронен лъч, на нея се установяват определени потенциали, които оказват голямо влияние при работата на предавателните тръби. Големината на тези потенциали се определя от коефициента на вторично-електронна емисия на мишената където п1 е броят електрони попадащи на мишената, пг - броят на избитите от

мишената

електрони. На ФИГ. 3.5 е представена зависимостта на коефициента на вторично-електронна емисия σ от енергията на електроните, бомбардиращи мишената, а също и изменението на потенциала UM на изолираната мишена относно катода в зависимост от ускоряващото напрежение U0 . Характерни са две критични точки Uкр1 и Uкр2 , които коефициентът на вторично-електронна емисия й σ=1. При ниски скорости електроните притежават малка енергия, поради което попадайки на мишената те не са в състояние да избият много вторични електрони и като следствие σ<1 С увеличаване на ускоряващото напрежение Uq енергията на електроните нараства и при Uq = Uкр1 σ става равна на 1. При По-нататъшно нарастване на ускоряващото напрежение коефициентът σ σ = отначало расте, а след това започва да намалява, тъй като първичните електрони, притежавайки големи скорости проникват дълбоко във вътрешността на мишената и там отдават своята енергия на вторични електрони, които след като изразходват своята енергия при сблъскванията, не са в състояние да достигнат повърхността. При Uq = Uкр коефициентът σ отново става равен на 1, като при по-нататъшно увеличаване на ускоряващото напрежение е по-малък от 1. Когато потенциалът на мишената е равен на потенциала на катода, на мишената няма да попадат електрони. В този случай условно се приема, че σ = 1. Целият участък на кривата може да се раздели на три зони: 1, 0 < Uq≤ Uкр1 - зона на бавни електрони; 2. Uкр1 < Uq≤ Uкр2 - зона на бързи електрони; 3. Uq > Uкр2 - зона на граничния потенциал. В зоната на бавните електрони σ<1, n2<n1 . При работа в тази област случайният потенциал на изолираната мишена ще намалява. Равновесният потенциал UM1 се установява

177

фиг.

малко по-нисък от потенциала на катода, тъй като някои електрони имат енергия, достатъчна, за да постигнат до повърхността на мишената. Равновесният потенциал UM1 е по-нисък от потенциала на катода с 1 до 3 V. В зоната на бързите електрони е σ >1 и n2>n1 и затова винаги има излишък от избити електрони. В този случай потенциалът на мишената ще се определя от потенциала на този електрод, към който се отправят електроните. В частност това може да бъде анода. Докато потенциалът на мишената е по-малък от по-тенциала на анода Uq2 , избитите вторични електрони вследствие ускоряващото поле ще попадат на анода. Ако потенциалът на мишената стане по-висок от потенциала на анода Uq2 тогава избитите вторични електрони ще попадат в спиращото поле и ще се връщат на мишената като намаляват нейния потенциал. По този начин равновесният потенциал UM2 ще бъде с 1 до 2V по-висок от потенциала на анода, тъй като вторичните електрони, притежавайки някаква начална скорост преодоляват спиращото поле. В третата зона σ<1 и следователно ако потенциалът на мишената се намира в тази област, той ще намалява докато σ = 1. Равновесен потенциал за тази зона е Uкр2 . Този

178

потенциал се явява и граничен, тъй като в стационарен режим не може да се превиши. В съвременните предавателни телевизионни тръби комутацията на потенциалния релеф като правило се извършва от бавни електрони. В този режим предавателната тръба се характеризира с по-висока чувствителност в

сравнение с режима на бързи електрони, при който вторичните електрони хаотично попадат на повърхността на мишената като намаляват дълбочината на потенциалния релеф и създават шум.

3.4. Суперортикон В съвременните камери за черно-бяла телевизия се използуват предавателни тръби тип суперортикон - най-чувствителната предавателна телевизионна тръба, в която се използува външния фотоефект. Високата чувствителност се осигурява вследствие използуването на пренасяне на изображението от полупрозрачния фотокатод на двустранна натрупваща мишена. Извършва се телевизионна развивка с лъч от бавни електрони със следващо вътрешно усилване на сигналите от изображението с вторично-електронен умножител /ВЕУ/, монтиран в тръбата. Суперортиконът е разработен през 1945-1946 г. в САЩ на базата на предложената от Г. В. Брауде /СССР/ в 1938 г. двустранна мишена. В суперортикона са оформени три секции: фиг.3.6:

- секция за пренасяне на електронното изображение; - секция на комутация; - секция за вторично-електронно усилване.

Секцията за пренасяне се състои от полупрозрачен фотокатод 1, нанесен на вътрешната повърхност на предната плоска част на стъклена колба, ускоряващ електрод 2 и двустранна мишена 3. Ускоряващия електрод е оформен като къс метален цилиндър, разположен близо до фотокатода. Мишената представлява тънка стъклена пластина от полупроводниково стъкло с дебелина 3 –5μm и дребноструктурна метална решетка, разположена на 20 – 100μm пред двустранната мишена. Решетката съдържа до 200 отвора на mm2 и има прозрачност за електроните 70%. Секцията на комутация се образува от спиращ електрод 4, фокусиращ електрод 5 и цилиндър на умножителя 6. Спиращият електрод е къс цилиндър, разположен близо до мишената. Фокусиращият електрод се изпълнява като метално покритие, нанесено на вътрешната страна на колбата. Цилиндърът на умножителя е разположен пред секцията

179

фиг.3.7 Суперрортикон

на ВЕУ. Секцията за вторично-електронно усилване конструктивно обединява

електронния прожектор 7 и вторично-електронен умножител 8. Електронният прожектор се състои от нагреваем катод, управляващ електрод и анод. В центъра на анода има отвор с диаметър 40 –50nm, през който преминава електронния лъч. Анодът изпълнява роля на първи динод на умножителя. Разположеният пред него цилиндър на умножителя обезпечава пълно отвеждане на електроните от първия динод към следващия. Обикновено се използуват пет или седем-стъпални вторично-електронни умножители.

Последен електрод на умножителя е колектора , във веригата на който е включено товарното съпротивление RT . Върху него се получават сигналите от изображението. Вторично-електронният умножител усилва сигналния ток няколко стотин пъти.

Към външните устройства, необходими за нормалната работа на суперортикона се отнасят фокусиралата бобина 9, отклоняваните бобини 10 и коригиращите бобини 11, които компенсират отклоненията в траекторията на електронния лъч вследствие технологични неточности при производството на тръбата.

Принципът на работа на суперортикона е следният: Когато на фотокатода се проектира оптично изображение, от неговата по-

180

върхност започва фотоелектронна емисия, която формира електронно изображение. В електростатичното поле /при еднородно магнитно поле, създавано от фокусиращата бобина 9/ електронното изображение се пренася на двустранната мишена. Фотоелектроните преминават през дребноструктурната решетка и бомбардират мишена като предизвикват вторично-електронна емисия от повърхността й. Вторичните електрони попадат на решетката, която има потенциал 1-2 V. На бомбардираната страна на мишената се образува потенциален релеф. Този потенциален релеф от лявата страна, благодарение на електростатичната индукция и напречната проводимост на мишената от полупроводниково стъкло, се пренася и на дясната повърхност на пластината. Развиващият електронен лъч от бавни електрони, попадащ от едната страна на мишената изравнява потенциалния релеф от двете й страни.

Електроните от развиващия лъч, движейки се в забавящо поле достигат с нулева скорост до дясната повърхност на мишената като се насочват към нея почти перпендикулярно. Мишената има положителни заряди и при тяхната неутрализация развиващият лъч изразходва част от електроните си. Останалите електрони се оказват в ускоряващо поле и се отправят към анода, образувайки обратен лъч, който е модулиран по плътност. Ускорените електрони от обратния лъч избиват от анода на прожектора вторични електрони, които постъпват в умножителя. Усипеният от ВЕУ сигнален ток образува върху товарното съпротивление сигнал на изображението, при това на тъмните

детайли от изображението съответствуват максимални стойности на тока в обратния лъч, а на светлите - минимални стойности на тока.

Формирането и усилването на сигнала за един елемент от изображението се пояснява от ФИГ. 3.8. Принципът на работа на двустранната мишена, предложена от Г.В. Брауде се пояснява от ФИГ. 3.9, която представя еквивалентната схема на един елемент от мишената. Кондензаторът С1 представя капацитета на елементите от мишената и решетката. Капацитетът С2 е образуван от лявата и дясната повърхност на мишената. Диелек-трик на този кондензатор е материалът на мишената. Съпротивлението Rе , което шунтира С2 представя напречната проводимост на полупроводниковото стъкло. Кондензаторът С3 представя капацитета между участъците от дясната страна на мишената и спиращия електрод. Капацитетът С2 е много по-голям от капацитетите на С1 и С3, тъй като дебелината на мишената е много по-малка от разстояние-

181

фиг.3.8 Принцип на работа на суперотикона

то между решетката и мишената, и спиращия електрод и мишената. Освен това диелектричната константа на стъклото е 80 пъти по-голяма в сравнение с вакуум.

Фиг.3.9 Заместителна схема на двустранната мишена

Когато в С2 вследствие вторично-електронната емисия възникне електрически заряд, по закона на електростатичната индукция той се разпределя обратно пропорционално на капацитетите на

182

последователно включените кондензатори. Следователно падение на напрежението върху С2 няма да има и зарядът на дясната пластина на кондензатора ще бъде същия както на лявата му пластина. Напречната проводимост на мишената също подпомага изравняването на зарядите от двете й страни. Статичната светлинна характеристика на суперортикона е представена на ФИГ. 3.10. Началният участък на характеристиката е

фиг.3.10. Светлинни характеристики на суперортикона

представен чрез линейна зависимост между сигналния ток и осве-теността на фотокатода. Тази зависимост се обяснява от факта, че при малки осветености потенциалът на мишената остава по-нисък от потенциала на решетката и всички вторични електрони, избити от фотоелектроните, се поемат ефективно от решетката. Увеличаването на осветеността води до увеличаване на потенциалния релеф и следователно, големината на сигнала.

Статичната светлинна характеристика има ясно изразена област на насищане. Тя се получава при големи осветености, при които потенциалът на мишената се изравнява с потенциала на решетката и последната не може да приема вторичните електрони от лявата страна на мишената.

Динамичните характеристики на суперортикона са представени на ФИГ. 3.10 с пунктир. Семейството на тези криви характеризира образуването на сигнала в режим на насищане, при осветености, които значително превишават точката на пречупване на статичната характеристика. Обяснява се с факта, че при големи осветености когато се получи наситеност на тока от вторичните електрони само част от тях достигат до решетката, като голямата част се връщат на мишената. Връщащите се електрони попадат не само на участъка, от който са избити, но и на съседни участъци.

183

От осветените участъци ще се избиват по-голям брой електрони в сравнение с тъмните и тъй като те не се връщат на участъците от които са избити, а се разпределят в съседни участъци, потенциалът на осветените участъци ще бъде по-висок от този на неосветените. С увеличаването на осветеността динамичните светлинни характеристики се отместват надясно.

Спектралната характеристика на суперортикона се определя от спектралната чувствителност на фотокатода. За черно-бяла телевизия спектралната характеристика трябва да е близка до кривата на спектралната чувствителност на зрението.

Суперортиконът притежава висока чувствителност и разрешаваща способност. Работата на тръбата е свързана с използуване на сложни схемни решения и голям брой регулировки. Размерите на суперортикона са сравнително големи, като тръбата е със сложно устройство за производство и усложнена експлоатация. Срокът на работа на стандартен суперортикон е в границите от 200 до 750 часа. Суперортиконът е чувствителен към външни въздействия -вибрации, удари, промени на температурата.

Принципът на работа на суперортикона определя и някои характерни изкривявания като неравномерност на сигнала по дължината на телевизионния ред, тъмни окантовки около ярки детайли от изображението и др. Основните параметри на някои типове суперортикони са показани в Таблица 3.1.

Article I. Тип

Диамет

ър на

колбата

mm

Спектрална

област nm

Работна осветен

ост lx

Разреш. способ. линии

Сигнал/ шум

Прилож.

ЛИ-17 77 400-800 0,2-0,5 500 15 навън

ЛИ-218 77 - 0,5 625 23 навън

ЛИ-221 115 - 1,8 625 60 студио

184

3.5 Видикон

Видиконът е предавателна телевизионна тръба, използуваща вътрешния фотоефект. Като материали за фотомишената се използуват аморфен селен, съединения на антимон и сяра, съединения на олово, селен, кадмий и др. Характерна е опростената конструкция на тръбата, ФИГ. 3.11.

Фиг.3.11 Видикон

На вътрешната повърхност в предната плоска част на стъклена колба 3 е нанесена полупрозрачна сигнална пластина 1, покрита със слой фотосъпротивление 2 - това е фотомишената. Пред мишената е разположена решетка 4, съединена с втория анод 5, която е предназначена за създаване на еднородно електрическо поле в областта на мишената.

Формирането, фокусировката, корекцията и отклонението на развиващия електронен лъч се осъществява както при суперорти-кона. Тръбата може да работи както с бавни, така и с бързи електрони. Във втория случай коефициентът на вторична емисия от фотосъпротивлението е по-малък от 1.

Принципът на работа на видикона се пояснява от схемата на фиг. 3.11. Под действието на електронния развиващ лъч потенциалът на дясната пластина на всеки от елементарните кондензатори на мишената См се изравнява с потенциала на катода. След преминаване на лъча кондензаторът започва да се разрежда през

185

шунтиращото го фотосъпротивление Rе . По този начин на осветените елементи от мишената кондензаторите ще се разреждат бързо, а на тъмните - по-бавно. При следващия цикъл на комутация за изравняване на потенциала на мишената, за светлите места ще е необходим по-голям ток в сравнение с тъмните.

Фиг.3.12 Заместителна схема на видикон

Видиконът се характеризира със сравнително голяма инертност. Различават се два вида инертност - фотоелектрическа и комутационна. Първата е свързана с инертността на процеса на фотопрово-димостта: при изменение на осветеността на мишената, изменението на проводимостта й се извършва за крайно време.

Комутационната инертност е свързана с недостатъчната големина на тока в развиващия електронен лъч. Поради това за един цикъл на развивката потенциалният релеф не може да се снеме напълно. Остатъчният сигнал от няколко предидущи кадри при предаване на подвижим обекти,създава опашки в изображението. Инертността се проявява по-силно при ниски осветености.

Светлинните характеристики на видикона са представени на ФИГ. 3.13. Видикон, работещ в режим на бързи електрони, допуска значително по-големи изменения на напрежението на сигналната плас-

186

тина и затова може да работи в голям светлинен диапазон.

Фиг.3.13 Светлинни характеристики на Видикон

В режим на бавни електрони видиконгт се характеризира с по-висока чувствителност.

Спектралните характеристики на видикона зависят от материала на фотопроводящия слой и могат да обхванат много широк диапазон: от инфрачервено до рентгеново излъчване.

Опростената конструкция, ниската стойност, малките размери и маса, в съчетание с високата чувствителност обуславят широкото приложение на видикона в специализираните телевизионни системи. В системите за телевизионно разпръскване видикони се използуват при демонстриране на КИНОФИЛМИ,ТЪЙ като в теле-кино машините се осигуряват високи осветености, при които инертността на видикона намалява.

Параметри на някои видикони са представени в. Таблица 3.2.

Article II Тип

Диамет

ър на

колбата

mm

Спектрална

област nm

Работна осветен

ост lx

Разреш. способ. линии

ЛИ-415 25 380-710 30 600 ЛИ-421 25 400-700

1,5 600

ЛИ-418 4445

38 25

410-675 -

70 60

800 -

187

3.6. Плумбикон

Плумбиконът за разлика от видикона има трислойна фотопрово-дяща мишена с р-i-п структура. Характеризира се с линейна светлинна характеристика и малка инертност. Устройството на мишената е представено на ФИГ. 3.13. От вътрешната страна на лицевата част на стъклена колба 1 е нанесена прозрачна сигнална пластина 2. Върху сигналната пластина е нанесен прозрачен слой от полупроводник 3 с проводимост от тип п , а след това слой от тип i с дебелина 10 – 15nm 4. Върху този слой е нанесен много тънък слой 5 с р -проводимост. Слоят i е изпълнен от оловен окис /РbO / и има много високо съпротивление на тъмно /не по-малко от \1018Ωcm /. При комутация от електронен лъч слоят р получава потенциала на катода, р-п преходът преминава в по-запушено състояние, което допълнително увеличава съпротивлението на неосветената ми-шена. Слоят от полупроводник тип р има по-висока проводимост от чистия оловен окис. По тази причина, за да се предотврати изтичане на заряди между елементи на мишената с различен потенциал, този слой има много малка дебелина.

При осветяване на мишената основната част от светлинния поток се поглъща от слоя i , като предизвиква генерация на

188

зарядни носители в него. Благодарение на голямата напрегнатост на електрическото поле в слоя I , двойките носители лесно се разделят без да рекомбинират и бързо преминават през зоната на този слой. Този процес позволява слоят i да се изпълни с 3 - 5 пъти по-голяма дебелина в сравнение с мишената при обикновения видикон, без опасност от разпръскване на зарядите на мишената и по този начин да се намали стойността на елементарните капацитети См.

Фиг. 3.14 Мишена на плумбикон

Това намалява и комутационната инертност.

Ппумбиконът притежава редица достойнства: - голяма чувствителност /може да работи при осветеност на мишената 1 -

2 lx /; - висока разрешаваща способност, близка до разрешаващата способност

на 115mm суперортикон; - малка инертност; - голяма равномерност на сигнала в полето на изображението, поради

малкия ток при неосветена мишена; - висока стабилност на светлинните характеристики. Плумбинонът,

благодарение на тези си свойства се използува широко във висококачествените предавателни камери за цветна телевизия.

Силикон

Силиконът, както и плумбикона се различава от стандартния видикон по структурата и свойствата на фотомишена. В тази тръба мишената представлява подредена фотодиодна матрица от няколко стотин хиляди силициеви

ФОТОДИОДИ изпълнена върху пластина от монокристапен силиций по методите на планарната технология. В сравнение с плумбикона притежава по-висока чувствителност, по-голям светлинен диапазон, повишена температурна устойчивост на мишената.

Развитието на силикона е довело до създаване на суперсиликон - тръба със секция за пренасяне на електронното изображение от фотокатод на мишената, което води до по-голямо увеличение на чувствителността /повече от 100 пъти в сравнение с силикона/.

189

3.7. Моноскоп

Моноскопът е електронно-лъчева предавателна телевизионна тръба, предназначена за формиране на сигнала само за едно изображение, нанесено на нейната мишена. Моноскопът не съдържа фоточувствителен слой и натрупваща мишена. Работи на принципа на моментното действие. Преобразуването на изображението в електрически сигнали е основано на процеса на вторично-елек-тронна емисия.

Мишената на моноскопа 1, ФИГ. 3.15, се изработва от алуминий. На повърхността на алуминиевата пластина се създава тънък слой алуминиев окис върху който със специални бои се нанася изображението. Коефициентът на ична емисия σ от повърхността на мишената се променя в съотвегствие с нанесеното изображение.

Фиг.3.15 Моноскоп

Електроните, излитащи от катода 2, попадат в силно ускоряващо поле, създавано от източниците Е1 и Е2 Разликата в потенциалите между катода 2 и колектора /анода/ 4 е от 1100 -1200 V. Потенциалът на колектора относно мишената е положителен и обикновено се избира в границите +100 до 250 V. По този начин всички вторични електрони, избити от мишената се събират от

колектора. Големината на сигналния ток се определя от разликата I2-I1, . Тъй като i2=σi1 . сигналният ток може да бъде определен от съотношението Iсигн. = I2-I1= I1(σ-1), от което се вижда, че големината на полезния сигнал се определя

190

от диапазона на изменение на коефициента на вторично-епектронна емисия σ на мишената.

Моноскопът осигурява високо отношение сигнал/шум, висока детайлност на изображението, добро предаване на градациите на яркостта. По тези причини се използува като източник на еталонен изпитателен сигнал за измервателни цели и настройки на телевизионната апаратура. Обикновено моноскопът създава изображение на изпитателна телевизионна таблица.

З.8. Предаване на кинофилми по телевизията

Значителна част от обема на телевизионната програма заема демонстрирането на КИНОФИЛМИ - пълнометражни художествени, научнопопулярни, хроникални и др. Киноматериали се използуват и като кратки фрагменти в предавания, подготвяни с други източници на телевизионна програма. Използуването на киноматериали разширява програмните възможности на телевизията.

В настоящият момент за телевизионни кинопредавания се използват 35тт, 16тт и 8тm филми. Кинофилмите с ширина 35тт се използуват за игрални, художествени филми. Те притежават най-високи качествени показатели. С 35 тт кинофилми в телевизията се предават филми, получени от кинематографията или изработени за телевизията игрални филми.

Филмите с ширина 16mm се използуват много по-често в телевизията, тъй като техните параметри практически не ограничават качествените показатели на телевизионното изображение със стандарт на разлагане 625 реда. Използуването им е икономически изгодно, тъй като при еднакъв обем на телекинопредаването разходът на филмов материал е приблизително пет пъти по-малък в сравнение с използуването на 35 тт филми.

Използуването на 8тт филми е продиктувано от икономически съображения за сметка на известно намаляване на качеството на изображението.

Телевизионното изображение, получавано от различните видове филми се различава по детайлността си, качеството на предаване на яркостните преходи и наличието на шум в изображениeто.

Независимо от някои общи принципи между киното и телевизията, телевизионната демонстрация на кинофилми се характеризира с редица, особеност, най-важните от които са:

1. Броят на кадрите, които се предават за 1s в киното са 24, а в телевизията - 25 /съответно при 48 и 50 трепкания на

191

изображението за секунда, в киното чрез използуване на обтюратор, а в телевизията - от презредовата телевизионна развивка/. Различието се преодолява сравнително лесно чрез увеличаване на скоростта на движение на филма от 24 на 25к/s . Това съответствува на съкращаване на времето за демонстрация на филма с 4%, като малко се променя тоналността на звуковия съпровод. Промените практически са незабележими за зрителното и слуховото възприятие на човек.

2.Форматът на кинокадъра поради необходимостта от нанасяне на звукова пътечка е 11 : 8, а форматът на телевизионното изображение е 4 : 3. Вследствие тази разлика около 3% от площта на кинокадъра не се предава. Практически това също не влошава качеството на изображението, тъй като не се предават периферни части.

3. В киното и телевизията съществува разлика в съотношенията между времето за прожекция и времето за придвижване на филма, и правия ход на развивката и времето за гасене на обратния ход на развивката във вертикална посока.

Тази разлика предизвиква значителни технически трудности, които налагат специфична работа на телекинопроектора.

Интерес представлява временната диаграма за смяната на кадрите в киното и телевизията, ФИГ. 3.15. В киното прожекцията на неподвижния кадър се извършва за 31,1 ms , без да се отчита затъмнението от обтюратора, а преместването на филма се извършва за 10,6ms /25% от пълния кадър/.

Съответните времена в телевизията са: време на правия ход на развивката във вертикална посока Т1 = 18,4ms и време на обратния ход - Т2 = 1,6ms- /8% от продължителността на полукадъра/.

От съпоставянето на временните диаграми се вижда, че долната част на кадъра ще се предава при закрит обтюратор, което ще предизвиква появяване на неподвижна широка хоризонтална тъмна ивица с понижен контраст. Ако не са изравнени скоростите на придвижване на филма и на смяната на кадрите в телевизията, тази ивица щеше да се премества от горе на долу със скорост 1Нz .

За да се избягнат посочените изкривявания би трябвало времето за придвижване на филма да се съкрати до 1,6 ms , т.е. около 6 пъти. Но в обикновените кинопроектори ще се предизвика увеличаване на усилието, прилагано от грайфера върху между-перфорационните ивици 36 пъти. Филмът /особено 35 тт / не

192

фиг.3.16 Временна диаграма за кинопрожекция и телевизия

може да издържи това усилие. Съиременните телекино проектори се разделят на два основни |вида:

- със скокообразно движение на филма; - с плавно движение на филма. При пгрвия тип се използуват кинопроектсри със стандартно време за

придвижване на филма. При тях се използуват телевизионни камери, в които процесът на натрупване на електрическите заряди се извършва не непрекъснато, а за определен интервал от време. Реализирането на зарядите /образуването на сигналите от изображението/ се извършва за времето на правия ход на развивката като предавателната тръба работи "по памет".

Върху мишената оптическото изображение се прожектира с голяма осветеност обикновено по време на полукадровия гасящ импулс. Използуването на видикони, характеризиращи се със сравнително голяма инертност, позволява експозицията на отражението да се извърши и за по-голямо време - до 50% от продължителноста на полукадъра като по този начин се облекчава синхронизацията на телекинопроектора.

Този метод е известен като метод на "импулсното осветяване”, Използува се предавателна телевизионна тръба с натрупване на електрическите заряди, най-често видикон. Импулсното

193

осветяване се осъществява или механически чрез обтюратора на киномашината или чрез електрическа обтюрация в предавателната тръба. Опростената оптическа схема на телекино проектора, работещ по метода на "импулсното осветяване" е представена на ФИГ. 3.16 а. Временните диаграми на работата - на ФИГ. 3.17 б.

Фиг.3.17 а, б. Телекинопроектор с „импулсно осветяване на филма”

Към втория вид кинопроектори се отнасят тия, иоито използуват метода на "бягащия лъч". Те осигуряват висококачествено изображение, в което отсъствуват паразитни сигнали. Такива кинопроектори служат за демонстриране на цветни кинофилми или диапозитиви. Фотоилектрическият преобразовател в този случай е с моментно действие.

Кинокадърът се осветява от немодулиран светлинен лъч с голям интензитет, движещ се по закона на презредовата телевизионна

194

развивка. Такъв немодулиран растър с голяма ярност се осигурява от специален проекционен кинескоп с плосък екран /70 -120 cm2 / с яркост 300 – 700 cd/m2 и много малко послесветене /5 . 10-7 до 1 . 10-6 s /.

Фокусираният светлинен лъч при преминаване през филма променя интензитета си в зависимост от плътността на дадения елемент от кинокадъра и чрез кондензорна леща се насочва към светочувствителния слой на фотоелектронен умножител, в който се формират сигналите на изображението.

При телевизионната кинопроекция по метода на "бягащ лъч" филмът се движи равномерно със скорост 25 кадъра/s . Бягащият светлинен лъч следи

движението на кинокадъра така, че за времето на преместване на един кинокадър, последният се осветява два пъти по закона на презредовата телевизионна развивка.

Практически методът с "бягащ лъч" се изпълнява в много варианти. Всичките са доста сложни като изискват висока точност на изпълнение на системата.

Най-широко разпространена е системата "бягащ лъч" с оптическо разделяне на изображението, ФИГ. 3.17. Тук обтюраторите 0р1 и 0р2 последователно скриват светлинния поток през оптичните системи като се формира два растъра в плоскостта на филма, съответно на предаването на I и II полукадър от телевизионната развивка. Проекцията на "бягащия" растър в плоскостта на кино-кадъра е намалена два пъти във височина, т.е. при неподвижен или върху един кинокадър се разполагат два полукадъра на ТВ развивка. Това се осигурява и от отместените една спрямо друга h/2 оптични проекционни системи. Тъй като посоките на движение на филма и на вертикалната развивка са противоположни, при равномерно движение на филма със скорост 25 к/s, кинокадърат ще бъде развит във вертикална посока за времето на единия полукадър, а за двата полукадъра - два пъти по зако на презредовата развивка.

Фиг.3.18. Система „бягащ лъч” с оптическо разделяне на изображението

195

3.9. Телевизионни електрооптични преобразователи

Телевизионните електрооптични преобразователи превръщат

електрическите сигнали от изображението в оптическо изображение. Те може да се разделят на устройства за непосредствено наблюдение, в които наблюдаваното изображение се синтезира на екрана на самия прибор и проекционни, при които изображението се проектира върху отделен екран, ФИГ. 3.19.

Първите от тях се разделят на вакуумни и безвакуумни. В настоящия момент най-разпространени са вакуумните електронно-лъчеви тръби - кинескопи. Кинескопите биват черно-бели или цветни като цветните се разделят на трилъчеви и еднолъчеви. С помощта на кинескопите се създават

изображения с площ до 0,25т2 . Без-вакуумните електрооптични преобразователи /екрани/ може да бъдат реализирани на базата на електролуминесценция в лентови луминофори, газоразрядни екрани, динамичното разсейване на светлината в течни кристали и др. Трябва да се отбележи, че все още не се произвежда конкурентно способен на кинеснопа и с приемливи работни параметри безвакуумен прибор. Необходимо е да се решат крупни научно-технически въпроси, свързани с разработване на ефтина технология за изработване на екрани с голяма площ, повишаване на надеждността и срока на експлоатация, повишаване на ефективността на светоотдаване при приемлива консумирана мощност, намаляване на инертността на течнокристалните екрани и т.н.

Като се обърне внимание на голямата технологична и конструктивна съвместимост на безвакуумните прибори с интегралната технология при производство на съвременните телевизионни приемници, вероятно до края на века някои от разработваните видове ще достигне необходимите параметри и ще започне серийно производство на безвакуумни електрооптични преобразователи.

Проекционните възпроизвеждащи устройства са предназначени за създаване на изображения с големи размери: до няколко десетки квадратни метра. Това са проекциончи кинескопи, електронно лъчеви модулатори на светлинен поток и лазерни проекционни кинескопи.

Като проекционни кинескопи се използуват ЕЛТ, работещи при високи напрежения /60 - 80 КV/ и големи токове на развиващия лъч. Синтезира се изображение с голяма яркост, което се проектира върху екран с помощта на светлосилни обективи.

196

фиг.3.18 Видове телевизионни електрооптични преобразователи

197

Работата на електронно-лъчевите модулатори на светлинен поток е основана на модулацията на интензитета на светлинен поток с голяма мощност от видеосигналите на изображението. Модулацията се осъществява чрез изменение на оптическите свойства на материала на модулатора от действието на електронен лъч. Тези устройства /тип "Ейдофор" или "Аристон"/ възпроизвеждат черно-бе-ли или цветни изображения върху екран с размери до 50m2 при висока яркост, детайлност и контраст: контраст К = 100 : 1, де-тайлност до 1000 реда. Характеризират се с големи размери и тегло, със сравнително сложно обслужване.

В лазерния проекционен кинескоп вместо луминофорен екран се използува пластина от монокристален попупроводникик, при въздействие от електронен лъч се възбужда по ярко излъчване с голяма интензивност. При изменение на интензитета на електронния лъч се променя и интензитета на лазерното изльчване. Лазерният екран притежава насочено кохерентно излъчване с яркост, която превишава многократно яркостта на кинескопите. Дължината на вълната на лазерното излъчване зависи от типа на използувания полупроводник и може да се променя в широки граници.

3.9.1. Кинескопи за черно-бяла телевизия

Кинескопите са електронно-лъчеви прибори с луминофорни екрани, в

които се осъществява преобразуване на енергията на развиващия електронен лъч в светлинно излъчване. Синтезът на изображение върху екрана на кинескопа се осигурява от отклонението на електронния лъч съгласно закона на телевизионната развивка, и модулация на плътността на лъча от сигналите на изображението.

Най-разпространени са кинескопите за непосредствено наблюдение на изображението. Произвеждат се с правоъгълни екрани и големина на диагонала от 4 ст до 100 ст . Схемата на кинескопа е представена на фиг. 3.20.а. От вътрешната повърхност на предната лицева част на стъклена колба 1 е нанесен екран 2, който представлява слой луминофор от основно вещество /смес от кадмиев и цинков сулфид/ и активатори, най-често сребро. Например състав 0,4ZnSAg ; 0.6ZnCdSAg осигурява бял цвят на светене на екрана. При продължително наблюдаване на изображението белият цвят предизвиква най-малка умора на зрителите.

Луминофорният слой е покрит от тънък слой алуминий, 3 с дебелина 0,05 - 0,5μm. Алуминиевият слой е "пгозрачен" за раз-

198

фиг. 3.20. Кинескоп за „черно-бяла” телевизия

виващия електронен лъч като предпазва екрана от вътрешчи отражения и предотвратява разрушаване на луминофора от тежки отрицателни йони. Светоотдаването на метапизираните екрани е приблизително 2 пъти по-голямо от неметализираните - алуминиевия слой се явява като огледална повърхност за светлинния поток, възбуждан в резултат на луминссценцията.

В шийката на кинескопа е монтиран електронен прожектор 4. Вторият анод на прожектора е свързан с проводящо покритие 5, Нанесено на вътрешната повърхност на колбата и шийката. Изводът на втория анод 6 е направен в колбата, а на останалите електроди - в цокъла към шийката 7.

Електронният прожектор, ФИГ. 3.19.б, представлява система от цилиндрични електроди като съдържа: отоплителна жичка 1, термокатод 2 , модулатор 3, ускоряващ електрод 4, фокусиращ електрод 5 и втори анод 6.

199

Върху шийката на кииескопа се монтира отклоняваща система 8, която формира магнитно отклоняващо поле с необходимата конфигурация. Отклоняващата система съдържа две двойки отклоняващи бобини със специална форма. През бобините протичат отклоняващи токове, изработвани от генераторите за телевизионна развивка. Двете двойки бобини са разположени взаимно перпендикулярно. Конструктивно бобините за хоризонтално отклонение са разположени по-близо до шийката на кинескопа, а върху тях се разполагат бобините за вертикално отклонение. Бобините на отклоняващата система имат обвивка от феромагнитен материал с малки загуби. Тази феромагнитна обвивка повишава чувствителността на отклоняващата система, т.е. отклонението на лъча на даден ъгъл може да се осъществи при по-малък брой ампер-навив-ки.

Кинескопите с ъгъл на отклонение 110° имат отклоняваща система с доста сложна форма, ФИГ. 3.19.в. Отклоняващата система има цилиндрична част а и разширяваща се част б , обхващаща плавния преход от шийката към колбата на кинескопа.

В кинескопите с голям ъгъл на отклонение на електронния лъч, радиусът на кривината на екрана 2-3 пъти превишава радиуса на сферата на отклонение на лъча. Освен това повърхността на екрана е съставена от няколко криви повърхности с различен радиус на закръгление. Ако не се вземат специални мерки, периферните части на растъра са разтеглени по отношение на централ-ната част. Появяват се така наречените симетрични изкривявания. Тези изкривявания се намаляват чрез използуване на s-образна форма на отклоняващите токове.

Важни параметри на отклоняващата система са броят амперна-вивки, индуктивността на отклоняващите бобини и коефициента на симетрични изкривявания.

За 110° системи тези параметри може да се определят от следните изрази: - отклоняващите ампер-навивки за две бобини:

където q=r/l отношението между радиуса на кривината на екрана и радиуса на отклонение на лъча; d1 -входен диаметър на отклоняващата система.

200

е еквивалентната дължина на отклоняващите бобини; b,d2- дължина и изходен диаметър на разширяващата се част на системата; а-дължина на цилиндричната част на системата; Ua2- напрежение на втория анод на кинескопа.

- индунтивността на двете отклоняващи бобини:

където а, е еквивалентната дължина на бобините, съгласно3.5; wоб - броят навивки на двете бобини.

- коефициент на симетрични изкривявания:

Където φ е ъгълът на отклонение на лъча / φ - 110°/2 /.

Модулационната /светлинна/ характеристика е много важна за кинескопа. Тя представлява зависимостта на средната яркост на екрана от напрежението между модулатора и катода, ФИГ. 3.20. Аналитично тази характеристика се изразяг със степенна функция от вида:

Където γ=2 до 3 е степенен поназател за кинескопа; a- коефициент на пропорционалност; Ug- напрежение на молулатора по отношение на катода; Ug0-запушващо напрежение, при което токът на електронния лcч се намалява до нула.

При подаване на сигналите от изображението към веригата модулатор-катод, е необходимо да бъде възстановеиа постоянната

201

съставна на сигналите. В противен случай ще възникват значителни

изкривявания при възпроизвеждане на градациите на яркостта. Нивото на гасящите импулси обикновено се фиксира на напре-жението на запушване на кинескопа. В реални условия работният диапазон на управляващото напрежение се ограничава от –70V /за най-тъмните части от изображението/ до -30V /за най-светлите части/. При това токът на лъча е в границите от 100 до 150μA. По-големи стойности на тока ще предизвикват разфокусировка на лъча и опасност от прогаряне на екрана.

Фиг. 3.21 Модулационна характеристика на кинескоп

3.9.2. Кинескопи за цветна телевизия

Кинескопите за цветна телевизия в зависимост от способа за получаване на едноцветните изображения се разделят на следните видове:

- трилъчев кинескоп с цветоразделителна маска и мозаечен екран от луминофори с червено, зелено и синьо светене;

- трилъчеви кинескопи с цветоразделителна решетка и ивичест екран от три вида луминофори /с червено, зелено и синьо излъчване/;

- индексни кинескопи с външно цветоуправление и ивичест екран, който съдържа три групи луминофор с червено, зелено и синьо излъчване и допълнителна група ивици, притежаващи ултравиолетово излъчване или повишен коефициент на вториччо-електрон-на емисия. Външното цветоуправление се осъществява като се използуват сигналите от допълнителните "индексни" ивици.

202

Най-разпространени са първите две групи кинескопи. В зависимост от броя електронни прожектори кинескопите се разделят на:

- трилъчеви трипрожекторни или еднопрожекторни;

- еднолъчеви еднопрожекторни. Трилъчевите кинескопи за цветна телевизия може да бъдат с Δ-

разположение на електронните прожектори /делта кинескопи/, за които е характерно, че осите на трите електронни прожектора пресичат плоскостта, перпендикулярна на оста на кинескопа във върховете на един равностранен триъгълник.

Оказва се, че по-удобно е електронните прожектори да се разположат в една плоскост - компланарно или линейно разположение на електронните прожектори. В настоящия момент най-перспективни са трилъчевите кинескопи с компланарно разположение на електронните прожектори и ивичест екран с три вида луминофорни ивици.

Трилъчевият кинескоп с цветоразделителна маска, фиг3.21б, съдържа електронно-оптична система 1, цветоразделителна маска 2 и мозаечен луминофорен екран 3.

Електронно-оптичната система съдържа три отделни прожектора с Δ- разположение, наклонени под около 1° по отношение оста на кинескопа. Всеки електронен прожектор има оксиден нагреваем катод, модулатор, екраниращ електрод, фокусиращ електрод и анод. Анодите на трите прожектора са съединени с общ цилиндър, във вътрешността на който са разположени три двойки полюсни накрайници, използувани за радиалната сходимост на трите лъча. Анодите са съединени с проводящото покритие от вътрешната по-върхност на колбата и алуминиевия слой върху екрана.

Фокусиращите електроди са също съединени и имат общ извод в цокъла както и другите електроди. Изводът на анода е направен в колбата на кинескопа.

Екранът на трилъчевия кинескоп с маска представлява мозайка от луминофорни зрънца с червено, зелено и синьо излъчване, Подредени в строго определен ред като триади. Например, в ки-нескоп с диагонал от 59 см екранът съдържа около 1500000 лу-минофорни зрънца, подредени в 500000 триади. Поради особенос-тите на цветовото зрение на човека, от определено разстояние зрителят не възприема светенето на отделните зрънца, а триадата се определя като елемент на телевизионното изображение.

Цветоразделителната маска е изпълнена от нисковъглеродна листова стомана с дебелина 0,15мм и съдържа около 500000

203

фиг. 3.21

204

отвора с диаметър, приблизително 0,25мм , разположени срещу геометричните центрове на луминофорните триади. Маската е разположена на около 12мм от екрана и има същата кривина. Маската осъществява цветоразделяне като обезпечава попадане на всеки от лъчите на съответния му луминофор.

Кинескопът осигурява качествено цветно изображение само при условие, че трите лъча преминават едновременно през даден отвор на маската при кой да е ъгъл на отклонение. Това условие се изпълнява при едновременно коригиране траекториите на трите лъча с помощта на системата за статична и динамична сходимост 5. Тази система, ФИГ. 3.22.а съдържа постоянни магнити за статична сходимост в центъра на екрана и електромагнити за динамична сходимост - при кой да е ъгъл на отклонение. Конструктивно устройствата за статична и динамична сходимост са обединени. Устройството за динамична сходимост съдържа три електромагнита, всеки от които има по две намотки. П-образните магнитопроводи на електромагнитите се разполагат срещу полюсни на-крайници в електронните прожектори в шийката на кинескопа, през отворите на

които преминават съответните електронни лъчи. През намотките протичат токове с параболичн форма с честота на редовете и честота и честота на полукадрите като създават електромагнитни полета, които коригират траекторията на лъчите при телевизионната развивка..

Постоянните магнити за статична сходимост са поставени в средната част на П-образните магнитопроводи. Със завъртане на постоянните магнити се променя магнитното поле между полюсните накрайници и се осигурява радиално преместване на лъчите.

Тъй като електронните прожектори са разположени във върховете на равностранен триъгълник, то само с радиално преместване не може да се осигури сходимост на трите лъча. Необходимо е и тангенциално преместване на един от лъчите. Такова преместване се извършва за "синия" лъч с помощта на постоянен мегнит за "регулиране положението на синия лъч", ФИГ. 3.22.б, разположен на шийката на кинескопа в близост до катодно-модулаторния възел.

На шийката на кинескопа са разположени и магнитите за "регулиране на чистотата на цвета”.6. Те коригират нарушенйята в чистотата на цвета,"обусловени от технологични неточности при монтирането на електронните прожектори по отношение на маската.

Конструктивно магнитите за регулиране чистотата на цвета 205

фиг. 3.23 Устроиства за регулиране в трилъчевия „Δ-кинескоп”

са изпълнени като два намагнитени пръстена, позволяващи преместване както един спрямо друг, така и по дължината на шийката на кинескопа, ФИГ. 3.22.В. Чрез промяна на интензитета и посоката на магнитното поле, създавано от двата магнита в шийката на кинескопа, се създава възможност за едновременно променяне на траекторията и на трите лъча.

Отклоняващата система 4 е обща за трите лъча. Тя е изчислена за по-големи мощности на отклонение в сравнение с кинескопа за черно-бяло изображение. Тук диаметърът на шийката е 38тт вместо 29,5мм. Сумарният ток на трите лъча е 600 -700μА. Ускоряващото напрежение на втория анод е 25КV вместо 18КV. Отклоняващата система на трилъчевия кинескоп с маска може да се премества по шийката на кинескопа в границите на 15 тт , което е необходимо при регулирането на чистотата на цветовете.

Съществени недостатъци на трилъчевия кинескоп с маска се явяват необходимостта от сложна динамична сходимост на трите лъча, ниска ефективност при използуване токовете на лъчите /около 85% от електроните се поемат от цветоразделителната маска

206 и енергията им се губи във вид на топлина/ поради което не може да се получат големи яркости на екрана. Трудно се изработват кинескопи с малки размери на екрана. Големият брой регулировки усложнява експлоатацията на трилъчевия кинескоп с маска.

Предложени са и са разработени много варианти и конструкции кинескопи, осигуряващи по-ефективно използуване на електронния лъч. Типичен представител на този вид кинескопи е трилъчевият кинескоп с цветоразделителна решетка и ивичест екран от три вида луминофори с червена, зелена и синя светлина ФИГ. 3,21а.

Кинескопът е известен под името "трилъчев хроматрон". Той е с компланарно разположение на електронните прожектори. Трите лъча достигат до луминофорния екран през фокусираща решетка. Екранът е образуван от вертикални ивици луминофори на трите основни цвята - червен, зелен и син. Фокусиращата решетка представлява вертикални проводници, успоредни на луминофорните ивици като на една триада съответствува един отвор от решетката. На решетката и на екрана се подават различни напрежения, поради което между тях се създава електростатично поле във вид на серия електронни лещи, благодарение на което повече от 90% от електроните достигат до екрана. По този начин при по-малки токове на лъчите се осигурява по-голяма яркост на екрана.

Разновидност на трилъчевия хроматрон е кинескопът, разработен от фирмата " Sony " - Япония от тип "ТРИНИТРОН". Той е еднопрожекторен трилъчев кинескоп с компланарно разположение на трите лъча - R , G и В , от които единият / G / е централен и двата / R и В / са странично разположени, 3. Луминофориият екран е нанесен на предната цилиндрична повърхност на колбата. Пред екрана е разположена цветоразделителна /апертурна/ решетка, ФИГ. 3.23.

Луминофорният екран 1 е образуван от вертикални ивици луминофори R , G , B , които образуват триади. Цветоразделител-ната решетка 2 е изпълнена като система от вертикални прорези в тънък метален лист, който има цилиндрична форма. Броят на прорезите е равен на броя на луминофорните триади.

Двата крайни лъча са разположени така, че да сключват ъгъл от около 1° по отношение на централния лъч и всеки да възбужда собствения си луминофор. Принципът на управление на цвето-прадаването е аналогичен на използувания в трилъчевия кинескоп с маска.

Характерна особеност на тринитрона е електронния прожектор. С него са свързани и основните преимущества на тръбата: висока

207

фиг.3.24 Тринитрон

яркост, голяма детайлност на изображението, висока наситеност на цвета, а също опростена и стабилна сходимост на лъчите. Необходима е по-малка мощност за отклонение на трите лъча - диаметърът на шийката на тринитрона е 29 тт

Електронният прожектор съдържа три отделни катода 4, разположени в една плоскост. Останалите електроди са общи за трите лъча: модулатор 5 с три отвора, екранна решетка 6 с три отвора, фокусиращ електрод /първи анод/ 7, втори анод с две секции 8 и 9, електронна призма за електростатична сходимост на лъчите с вътрешни 10 и външни 11 пластини и вътрешно проводящо по-критие 12. Цветоразделителната решетка и екрана имат еднакъв потенциал.

В тринитрона трите лъча преминават през централната част на главната фокусираща леща, образувана от електродите с голям диаметър 7,8,9. Аберацията е малка, с което се осигурява добра фокусировка на лъчите и като следствие увеличаване на работния ток и яркостта на изображението /до 2 пъти по отношение на три-

208

лъчевия Δ -кинескоп/ при запазване на детайлността. За осигуряване на статична сходимост на лъчите е необходимо да се

регулира напрежението на външните пластини 11 / Un / , които са съединени

общо. Вътрешните пластини 10 имат потенциала на втория анод. Между тях преминава без отклонение централния лъч. Страничните лъчи преминават между вътрешните и външните пластини. За динамична сходимост на лъчите на външните пластини се подава параболично напрежение с честота на редовете.

В периода 1972-1975 г. започна производството на така наре-чените кинескопи със самосходимост на трите лъча. При тях отклоняващата система се закрепва към кинескопа в процеса на произ-водството и се доставя като комплект. В литературата тези кинескопи са известни като PIL-Precision In Line кинескопи. За тях не са необходими външни схеми за динамична сходимост на лъчите, което значите че опростява конструкцията, експлоатацията и нас-тройката на телевизионния приемник. В момента се произвеждат та-кива кинескопи с диагонал на екрана от 38 до 67cm и ъгли на отклонението 90° и 110°.

Фиг.3.25. “PIL- кинескоп” с компланарно разположение на трите прожектора

Оптичната сходимост на лъчите се осъществява с помоща на постоянни

магнити. Динамичната сходимост се обезпечава автома-тично от отклоняващата система при 90°-те кинескопи или чрез отоплителна намотка при 110°-те.

Подобно на тринитрона с изключение на катодите, останалите катоди са общи за трите лъча. Трите прожектора са компланарно разположени и луминофорният екран има ивичеста структура. Използува се цветоразделителна прорезна маска с голяма точност и с голяма механична зправина на

209 маската съответствува триада отрязъци от луминофорните ивици. Отделните триади са отделени чрез поглъщащо светлинната покритие /екранът е от матричен тип/. За отстраняване на моаровите изкривявания съседните прорези в маската и съответствуващите им луминофорни триади са отместени във вертикална посока на половин стъпка на маската.

Този кинескоп изисква много толяма точност при производството, но се характеризира с редица преимущества: повишена яркост, висока детайлност, слабо влияние на хоризонталната съставна на магнитното поле на Земята върху еднородността на цветопредаването по екрана.

3.10. Телевизионни приемници

Съвременните телевизионни приемници трябва да изпълняват следните функции:

- да приемат радиосйгналите на изображението и звуковия съпровод; - да осигуряват избирателно усилване на сигналите от изображението до

необходимото за работа на кинескопа ниво, а сигналите на звуковия съпровод - до нивото, което е необходимо за работа на звуковъзпроизвеждащата система;

- да отделят от пълния телевизионен сигнал сложната синхронизираща смес и да разделят синхронизиращите импулси по редове от синхронизиращите импулси по полукадри;

- да създават необходимите линейно-изменящи се токове с честота на редовете и честота на полукадрите за осъществяване на синхронизирана телевизионна развивка в кинескопа;

- да преобразуват електрическите сигнали на изображението във вкзуално изображение и сигналите на звуковия съпровод, в качествен звук;

- да осигуряват електрозахранване на електрическите вериги в схемата на телевизионния приемник.

За половин вековното съществуване на телевизията схемата на телевизионните приемници не е претърпяла съществени изменения. Това се обяснява с факта, че заложените основна принципи на телевизията се явяват в настоящия момент оптимални и не са се изменили в голяма степен.

При развитието на приемната телевизионна техника основно се променят градивните елементи и детайли. Телевизионните приемници, изпълнени на базата на електронни лампи се замениха с тран-

210

211

- Създават се условия за автоматизиране на производствените процеси и високоефективна технология.

- Не се изисква висококвалифициран персонал за настройката на телевизионните приемници при производството и сервиза в процеса на експлоатацията им.

В процеса на развитие известни промени претърпя и структурната схема на телевизионните приемници . Тъй като изображението и звука в телевизията се предават със сравнително близки носещи честоти /за стандарт ОИРТ разликата в честотите е 6,5 МHz целесъобразно е при приемането им да се използуват общи блокове и устройства: антеннофидерен тракт, високо честотен усилвател преобразовател на честотата сега телевизионните приемници се строят по суперхетеродинна схема/, междинно-честотен усилвател и т.н.

Първоначално телевизионните приемници се построяваха по така наречената двуканална схема, за която е характерно, че сигналите в изхода на преобразователя:

- на изображението с честота fми=fx-fси

- на звуковия съпровод с честота fмзв=fx-fcзв където fx е честотата на хетеродина, се усилват от самостоятелни междинно-честотни усилватели. При усвояването на високочестотните канали се оказало, че за да се осигури качествен звуков съпровод е необходима висока стабилност на работата на хетеродина.

За премахване на това неудобство сега телевизионните приемници се построяват по едноканална схема, в която се използува общ междинно-честотен усилвател за изображението и звуковия съпрбвод. В този случай след междинно-честотния усилвател се извършва второ преобразуване на честотите, в резултат на което от междинните честоти на изображението fми и на звука fмзв се отделя сигнал с втората междинна честота на звука, равна на разликата fми- fмзв = 6,5МHz . За стандарт ОИРТ fми =38MHz fмзв = 31,5MHz . Каналът на звуковия съпровод съдържа усилвател на втората

междинна честота на звука, амплитуден ограничител премахващ паразитната амплитудна модулация, честотен детектор, нискочестстен усилвател за звуковите сигнали и високоговорител, ФИГ. 3.26.

212

фиг.3.26 Функционална схема на ТВ приемник

Структурната схема на телевизионен приемник за цветна телевизия е представена на ФИГ. 3.25. Вижда се, че схемата съдържа блок за управление /БУ/, блок за обработване на сигналите /БОС/, блок за синхронизация и развивка /БСР/.

В блокът за управление /БУ/ се включват оперативните органи за управление, избирането и настройката на отделните телевизионни програми чрез всевълновия селектор на телевизионни канали /ВСТК/, приемното и изпълнителното устройства на системата за дистанционно управление на телевизора, ако има такава.

В изхода на ВСТК се получават междинно-честотни сигнали за изображението и звуковия съпровод. Те постъпват в общия междин-но-честотен усилвател /ОМЧУ/, който основно определя избирателността и

чувствителността на телевизионния приемник. При второто преобразуване на честотата се отделят сигналите на звуковия съпровод, които постъпват в канала на звука.

Отделеният от видеодетектора пълен телевизионен сигнал постъпва в широколентовия яркостен канал, който съдържа няколко стъпален видеоусилвател и закъснителна линия /ЗЛ/ за 0,6-0,8μs.

След предварително усилване от видеоусилвателното стъпало ВУ-1 пълният телевизионен сигнал се подава към блока за цветност /БЦ/. Тук се извършва декодиране на сигнала за цветност с цел да се получат сигналите на цветовата разлика ER-Y , EG-Y и EB-Y . В настоящият момент съществуват различни схеми за изпълнение на блока за цветност. Те непрекъснато се усъвършенствуват за повишаване на техническите, експлоатационните и икономически показатели. Видът на сигналите, управляващи работата на кинескопа се определя от използуваната схема.

Схемата за автоматично регулиране на контраста /АРК/ в приемниците за цветна телевизия осигурява постоянство на размаха на яркостния сигнал и на сигнала за цветност в изхода на видеодетектора независимо от случайните промени на напрегнатостта на електромагнитното поле в мястото на приемане. Едновременно с това, трябва да се осигури шумоустойчивост и независимост на действието на АРК от съдържанието на изображението. За увеличаване на отношението сигнал/шум при приемане на слаби сигнали се използува схема за задръжка на управляващото напрежение на АРК за високочестотния усилвател във ВСТК.

Блокът за синхронизация и развивка /БСР/ съдържа амплитуден отделител, в който от пълния телевизионен сигнал се отделят синхронизиращите импулси по редове и полукадри. Те синхронизират съответните генератори за телевизионна развивка във вертикално направление /ГВО/ и в хоризонтално направление /ГХО/.

214

Генераторът за вертикално отклонение /ГВО/ произвежда линейно-изпенящ се ток с честота на полукадрите, който протичайки през бобините за вертикално отклонение, осъществява вертикалната телевизионна развивка. Изпълнява и следните допълнителни функции: формиране на импулси на напрежението за блока за динамична сходимсст на лъчите /БДС/ в трилъчевия Δ - кинескоп формиране на гасящи импулси за обратния ход на лъчите във вертикална посока, формиране на управляващ импулси за блока за цветност и др. Генераторът за хоризонтално отклонение /ГХО/ е много важен блок в схемата на телевизионния приемник. Едновременно с основната си функция - произвеждане на хоризонтално отклоняващ ток, тук се получава високо напрежение за захранване на втория анод на кинескопа, високи напрежения за захранване на други електроди на кинескопа и осигуряване на тяхната стабилност при изменение на захранващото напрежение. От ГХО се получава импулси с честота на редовете за захранване на ключовата схема на АРК за

управление в блока за цветност, за гасене на обратния ход на редовата развивка, за блока за динамична сходимост /БДС/> за синхронизацията и др. Токозахранващият блок /ТЗ/ трябва да осигури необходимите захранващи напрежения. При това пулсациите на захранващите напрежения и разсейваните магнитни полета трябва да бъдат минимални. Сега широко се използуват икономични безтрансформаторни захранващи блокове с импулсни стабилизатори на напрежението. Основно устройство, което определя технико-икономическите показатели на телевизионния приемник в трицветния кинескоп. Сега широко се използуват трилъчеви кинескопи със самосходимост, компланарно разположение на трите лъча и ивичест екран от три вида луминофор /за червено, зелено и синьо светене/. Съвременният телевизионен приемник трябва да осигурява възможност за редица допълнителни функции: - за включване на устройства за битов видеозапис и възпроизвеждане; - възможност за възпроизвеждане на допълнителна буквено-циф-рова и графична информация; - автоматизиране на управлението, чрез използуване на микропроцесорни схеми. При построяването на телевизионните приемници все по-голямо внимание се обръща на комфорта за зрителите в процеса на експлоатацията: стереофонично звуковъзпроизвеждане, възможност за

215 проверяване на програмата по други телевизионни канали чрез допълнителен кадър в основното изображение, дистанционно управление на телевизионния приемник и др.

Системите за дистанционно управление на телевизорите посредством кабел бяха много популярни в началото на седемдесетте години. Неудобствата на тези системи бяха премахнати чрез използуване ултразвукови, а по-късно и инфра-червени системи за дистанционно управление. Интерес представляват системите за дистанционно управление със звуково активиране. Произвеждат се приемници, които изпълняват команди на един или два различни гласа. Те притежават речник от около 30 думи като "усилване", "канал", "изключване", номерата на телевизионните канал и др телевизионният приемник може да отговори с "Прието" или “Повтори”

В апаратно-студийните комплекси се използват видеокгнтролни устройства /монитори/ за контрол на телевизионното изображение. За разлика от телевизионния приемник мониторът се захранва с немодулирани видео и звукови сигнали които се характеризира като телевизионен приемник без високочестотна част. Обикновено мониторите притежават по-високи качествени показатели от телевизионните приемници по отношение на контраста, детайлността, нелинейните и геометрични изкривявания в изображението и др.

3.10.1. Високочестотен блок в телевизионните приемници

Високочестотният блок на телевизионните приемници сега се оформя като всевълнов селектор на теллевизионните канали /ВСТК/. Високочестотният блок се състои от входни устройства високо- честотен усилвател, смесител и хетеродин, предназначението му е да осигури селективност /избирателност/ и усилване на сигналите от изображението и звуковия съпровод за метровия и дециметровия диапазони и да преобразува тези сигнали в сигнали с по-ниски междинни честоти.

Входни устройства. Телевизионната приемна антена се съединява с входа на телевизионния приемник посредством коаксиален или симетричен антенен фидер. Необходимо е входното съпротивление на телевизионния приемник да е равно на вълновото съпротивление на фидера като при използуване на симетричен фидер, входа на приемника да бъде също симетричен. Ако това условие не е изпълнено няма да се предава максималната енергия по фидера, и се получават отражения на сигнала, които ще предизвикат растърни

216

изображения. При нарушаване на симетрията, фидерът също ще приема сигнали и тъй като той е по-близо от антената, приетите от него сигнали ще изпреварват основните сигнали, което ще предизвика размиване на изображението.

Входните устройства притежават резонансни свойства. Те от- делят само полезните сигнали, постъпили от антената и осигуряват съгласуване на антенния фидер с входа на първото стъпало на високочестотния усилвател. Тъй като входното съпротивление на транзисторите е сравнително ниско, входните кръгове се шунтират силно като се намалява качественият им фактор и се влошава избирателността им.

Комбинациите от капацитивна и индуктивна връзка на резонансните кръгове определя вариантите на изпълнение на входните устройства, ФИГ. 3.27. За правилно съгласуване се използува частично включване както във входа, така и в изхода.

При удовлетворяване на изискването за добро отношение сигнал/ шум от високочестотния усилвател, не може да се осигури необходимата избирателност от входното устройство поради ниското входно съпротивление на транзистора на високочестотния усилвател /ВЧУ/. В най-добрия случай Δf 10 до 15MHZ. За подобряване на избирателността във входното устройство се включват режекторни филтри, отстраняващи смущенията по междинна честота, ФИГ. 3.27.

Високочестотен усилвател. Усилва сигналите на изображението и звуковия съпровод при добро отношение сигнал/шум, ФИГ. 3.28. Работата на ВЧУ силно зависи от вътрешната обратна връзка в транзистора при високи честоти. Тази обратна връзка води до самовъзбуждане на усилвателя и не позволява реализиране на големи коефициенти на усилване. Използуват се специални схеми за неутрализация на обратната връзка. При използуване на качествени високочестотни транзистори високочестотният

усилвател се изпълнява по схема "общ емитер". В противен случай най-често се използува включване на транзистора в схема "обща база".

Регулирането на усилването на ВЧУ се извършва от управляващо иапрежение постъпващо от системата за автоматично регулиране на контраста /АРК/.

217

фиг.3.27 Основни схеми на входни устроиства

фиг.3.28 Режекторни филтри за междинна честота

218

фиг.3.29 Функционална схема на високочестотната част на

супеорхетеродинен телевизионен приемник

Смесител и хетеродин, В смесителя,от сигналните честоти и честотата на хетеродина се образуват междинните, честоти на изображението fми. и на звуковия съпровод fмзв , ФИГ. 3.28. Смесителят се изпълнява както по схема "общ емитер", така и по схема "обща база", като стръмността на преобразуване е приблизително еднаква в двата случая.

Хетеродинът генерира сигнал с честота,по-висока от сигналните честоти на изображението и звука. Поради това междинната честота на изображението е по-висока от междинната честота на звука: обезпечава се широколентност на ВСТК, по-добра защита срещу огледални смущения и др.

Необходимо е хетеродина да работи стабилно при изменение на захранващите напрежения и температурата. За получаване на точните стойности на междинните честоти е необходимо да се осигури плавно изменение на честотата на хетеродина в определени граници.

Хетеродинът най-често се изпълнява по триточкова капацитивна схема. При приемане на сигнали в IV и V телевизионни обхвати /де-циметрови

вълни/ се използуват колебателни системи с разпределени параметри. Във веригите с разпределени параметри, отрязъците от линии притежават индуктивност, капацитет и активно съпротивление, разпределени по дължината на линията. Геометрич-

219

ната дължина на линията е съизмерима с дължината на вълната. Четвъртвълнов отрязък от линия, затворен на късо или полувълнов

отрязък, отворен на края, притежават свойства на трептящ кръг при резонанс на токове. Геометричната дължина на такава линия може да се намали, чрез включване на кондензатор към отворения й край. Кондензатор с променлив капацитет позволява настройването на този трептящ кръг на необходимата чес-тота.

3.10.2. Общ междинно-честотен усилвател на сигналите от изображението и звука

Общият МЧУ в суперхетеродинните телевизионни приемници в най-

голяма степен определя качествените показатели на цветното телевизионно изображение.

По отношение на МУ в радиоприемниците, телевизионният ОМЧУ притежава някои харатерни особености:

- широка честотна лента / Δf= 5.8MHz за приемник по система SECAM /; - усилва една странична лента, т.е. fми не е разположена в средата на

пропусканата честотна лента; :,

- усилват се два различни сигнала: на изображението и на звуковия съпровод;

- за нормално амплитудно демодулиране е необходим сигнал на входа на видеодетектора с размах 1 до 3V. След смесителя напрежението с междинна честота е от 0,5mV до 3mV. Следователно, необходимото усилване по напрежение е от 1000 до 6000 пъти;

- междинната честота е много по-висока и се избира от следните съображения:

1.Междинната честота трябва да бъде няколко пъти по-висока от горната гранична честота на модулиращия видеосигнал. Тъй като fв = 5,5 - 6,0MHz, то долната граница за избиране на fм е около 30MHz

2.Горната граница за избиране на fм е по-малка от 40MHz защото носещата честота за 1 телевизионен канал е 48,5MHz и е необходимо да се отдели защитна ивица за минимално проникване.

3.Честотата на хетеродина, необходима за получаване на междинната честота, не трябва да съвпада с някоя от честотите на телевизионните канали, за да не се получават интерференционни смущения.

220

4. Хармоничните на fм и fx също не трябва да интерферират помежду си, а също и с други честоти.

5. Огледалните честоти при определена fм че трябва да съвпадат със сигналните честоти за някои телевизионни канали.

6. Обратното излъчване на сигнала с fм трябва да бъде минимално. 7. Вътрешната интерференция в приемника трябва да бъде минимална. В приемниците по система SECAM се отделя особено внимание за

подтискането на fмзв във входа на, видеодетектора за да не се получи биене между сигнала за звуков съпровод и сигнали те на цветовите подносещи честоти. Тези биения създават в изхода на видеодетектора смущаващи сигнали с честоти в границите 1,75 MHz до 2,6MHz, които не могат да се отстранят в следващите стъпала на приемника и биха създали силно забележимо смущаващо изображение във вид на решетка върху екрана на кинескопа.

Особеностите на ОМЧУ в суперхетеродинния телевизионен приемник с общ канал на изображението и звука определят и формата на амплитудно-честотната му характеристика. За формата на АЧХ оказват влияние и особеностите при предаване на сигналите от изображението, както беше посочено в 1.6.4.

В телевизионния предавател частично се подтиска долната странична лента като при това нискочестотните съставни от спектъра на видеосигналите се предават двулентово, а високочестотните съставни - еднолентово, ФИГ. 3.30,а.

При детектиране на радиосигнал, амплитудите на страничните ленти се сумират. При детектиране на сигнал с частично подтисната долна странична лента, тези честоти, които се предават с две странични ленти, ще бъдат с удвоен размах по отношение на честотите, предавани с една странична лента, ФИГ.

3.30.б. За отстраняване на тези изкривявания АЧХ на радиотракта на телевизионния приемник трябва да е такава, че да се осигури подтискане на fси с 50%, ФИГ. 3.30.В. В този случай детектираният сигнал е без изкривяване в спектъра, ФИГ. 3.30.Г. Тъй като междинно-честотната характеристика в максимална степен определя избирателните свойства на телевизионния приемник, тя трябва да притежава идеализираната форма, представена на фиг. 3.31. В приемника по система SECAM , за да не се получат смущаващи сигнали от биенето на fмзв и fцв междинно-честотната ха-

221

фиг.3.30. Връзка на радиочестотната с междинночестотната характеристика

фиг.3.31 АЧХ на ОМЧУ 222

рактеристика по отношение на входа на видеодетектора трябва да има вида, представен на фиг, 3.31. В този случай междинната честота на звука fмзв - 31,5 MHz се подтиска до 40dB . Получаването на междинно-честотната характеристика се осигурява от 3-5 стъпални усилватели с подходящо настроени резонансни кръгове и режекторни филтри от следните видове:

- единични трептящи кръгове, настроени на различни честоти; - свързани кръгове, най-често от тип "бифилярно навити крьгове;

- сложни филтри от тип М, Т, П и др.; - филтри със съсредоточена селективност /ФСС/.

Фиг.3.32 Междинно-честотна характериситика в приемник за цветна телевизия

Всички съвременни приемници използуват различни видове филтри със съсредоточена селективност. Примерно изпълнение на ФСС е представено на ФИГ. 3.32.

Реженцията на смущаващи сигнали с честота 41 MHz се осигурява с кръга L1С1, за честотата 31,5MHz - с L2C2 , за 30,0MHz с кръга L5C7 и за честотата 39,5MHz - с помощта на режекторния Т-мост, образуван от елементите R1 , R2 ,С5 , С6 и L4 . Плоската част на междинно-честотната характеристика се формира от кръговете L3С3С4 и L6С8 .

223

фиг.3.32 Филтър за формиране на МЧ-характеристика

Общ МЧУ, изпълнен с линейна интегрална схема ТDA 440

Междинно-честотният усилвател се състои от три части: - Разделителен усилвател, изпълнен с транзистор. - Филтър със съсредоточена селективност. - Регулируем междинно-честотен усилвател с видеодемодулатор.

Функционалната схема на МЧУ е представена на ФИГ. 3.34. Трите части се монтират върху обща печатна платка, оформена като

сменяем модул в схемата на телевизионния приемник. Чрез разделителния усилвател се осигурява лесна взаимозаменяемост на

всевълновия селектор на телевизионните канали, без да е необходима допълнителна настройка или да се извършва минимална такава. Коефициентът на усилване на този усилвател /около 16dB / компенсира затихването на ФСС като остава известен допълнителен запас от усилване.

ЛИС тип ТDА 440 е силициева монолитна линейна интегрална схема, оформена в пластмасов корпус с 16 извода, подредени в два реда.

Интегралната схема съдържа следните функционални стъпала: - регулируем междинно-честотен усилвател с голям коефициент на

усилване; 224

фиг.3.34. МЧУ с линейна ИС TDA 440

225

- синхронен демодулатор с усилвател-ограничител и възстановител на носещата /междинната/ честота на изображението;

- видеопредусилвател за позитивен и негативен видеосигнал; - ключово автоматично регулиране на контраста, /АРК/; - усилвател за автоматичното регулиране на контраста с регулируема

задръжка на АРК за ВСТК; - стабилизатор на напрежение. Междинно-честотният усилвател е тристъпален като първите две стъпала

са обхванати от системата за АРК. Автоматичното регулиране на усилването за първото стъпало е със задръжка. По този начин в изхода на третото стъпало се осигурява постоянно ниво на изходния сигнал при големи изменения на входния сигнал, като при това отношението сигнал/шум остава постоянно за целия обхват на действие на АРК.

Междинно-честотният усилвател е обхванат от постояннотокова отрицателна обратна връзка /ООВ/ от изхода на третото стъпало към входа на интегралната схема /изводи 1, 16/. Веригата на ООВ за високочестотните съставни се премахва чрез включване на кондензатора С1 = 2,2nF между изводи 2 и 15 на ИС.

Сигналът с междинна честота се демодулира с помощта на синхронен детектор. Синхронният детектор има редица предимства пред обикновения диоден амплитуден демодулатор:

- по-добра линейност на детектирането; - по-добра работа при слаб сигнал с шумове; - по-ниско ниво на междинната честота в изходния сигнал; - по-малки интермодулационни изкривявания между междинната честота

на звуковия съпровод и цветовите подносещи честоти. Немодулираната носеща /междинна/ честота fми=38MHz , необходима за

синхронното детектиране се получава чрез усилвател-ограничителя, който работи с настроен на междинната честота трептящ кръг /L1C3/.

Полученият в изхода на синхронния детектор видеосигнал се усилва от видеоусилвателите така ,че в изходите на ИС 11 и 12 има видеосигнал с отрицателен и положителен поляритет, което улеснява връзката на междинно-честотния усилвател с останалите стъпала на телевизионния приемник.

Видеоусилвателните стъпала усилват сигнала 2 пъти /6dB/ при честотна лента Δf ≥ 8MHz . Изходният сигнал с отрицателен поляритет. /извод 11 на ИС/ е с фиксирано ниво "черно" /с възстановена постоянна съставна/. Ключовата схема за АРК работи с импулса на обратния ход на хо-

226

ризонталната развивка с отрицателен поляритет и с размах около 3 Vр-р. Управляващото напрежение за АРК се подава към второто стъпало на МЧУ директно, а за първото стъпало на МЧУ - със задръжка: така се осигурява постоянно отношение сигнал/шум при различно ниво на входния сигнал.

В интегралната схема е включена и схема за АРК със задръжка за ВСТК. Задръжката на АРК може да се регулира чрез външно променливо съпротивление /R1 към извод 6/. АРК за ВСТК е за транзистори с р-n-р проводимост /германиеви мезатранзистори или силициеви планарно-

епитаксиални транзистори със същия тип проводимост, които се характеризират с много добра стабилност на шумовите параметри при повишена температура/.

В интегралната схема ТDА 440 е вграден температурно компенсиран стабилизатор на напрежение. По този начин се осигуряват постоянни характеристики на усилвателя, независимо от измененията на напрежението на външния захранващ източник. Основните вериги на ЛИС, от които зависят параметрите на схемата се захранват със стабилизирано напрежение - това са МЧУ, ключовата схема за АРК, усилвателите на АРК със задръжка за вътрешните и външни вериги. Някои от основните параметри на ТDА 440 са: Захранващо напрежение 10,5 до15V Входно напрежение 200μV за изходен видеосигнал 3,3 Vр-р Лента за пропускане на видеоусилвателя 10MHz Входен импеданс 1,4kΩ/2рF Обхват на АРК 55dB Диференциално усилване 10% Диференциална фаза 10° Консумация 57 mА През 1978г. са създадени филтрите с повърхностни акустични вълни /ПАВ/. /SAW Surface Acoustic Wave/. Сега те се използват масово като междинно-честотни филтри и в други радиотехнически устройства за честотна област от 10MHz до 1000MHz. Изпълняват се като тънка пластинка от пиезоелектрически кристал, на повърхността на който чрез вакуумно разпрашаване се нанасят две системи от алуминиеви електроди – входен Пр1 и изходен Пр2 преобразователи, фиг. 3.35.

Фиг. 3.35 Структура на пиезокерамичен филтър с повърхностна акустична

вълна Входният сигнал, подаден към преобразователя Пр1, създава в кристала променливо електрическо поле,което предизвиква механични деформаци, разпространяващи се се като повърхностни акустични вълни. В изходния преобразовател Пр2 се извършва обратното преобразуване на акустичните вълни в електрически сигнали. Преобразувателите не притежават честотна избирателност, която се определя от конфигурацията им. Включването на филтъра с ПАВ в МЧУ е показано на фиг. 3.36. Тези силтри са евтини, не изискват настройка, осигуряват много точно формиране на АЧХ, при висок коефициент на правоъгълност и голяма идентичност в характеристиките

на отделните филтри, имат малки размери.

Фиг. 3.36. Включване на филтър с ПАВ в МЧУ на ТВ приемник

3.10.3. Яркостен канал в приемник по система SECAM

Видеодетекторът демодулира сигналите на изображението в честотна

лента до 6MHz с минимални линейни и нелинейни изкривявания. В преобразователя за втората междинна честота на звуковия съпровод се отделя честота 6.5MHz като разлика от междинните честоти на изображението и звука.

Схемата на видеодетектора трябва да удовлетворява следните 227

- Входният-импеданс на видеодетектора трябва да бъде постоянен в

работната честотна област; - Времеконстантата на товара на видеодетектора трябва да бъде

значително по-голяма от периода на междинната честота; - Коефициентът на предаване на видеодетектора трябва да бъде постоянен

в работната честотна област. Използуват се високочестотни корекции на амплитудно-честотната характеристика на видеодетектора.

От изхода на видеодетектора пълният телевизионен сигнал постъпва в яркостния канал и от него към кинескопа към блока за цветност към синхронизиращите устройства и към системата за АРК.

Яркостният канал в приемника за цветна телевизия значително се различава от видеоусилвателя в приемниците за черно-бяла телевизия. Обобщената структурна схема на яркостен канал, представена на ФИГ. 3.34, показва характерните особености:

- Яркостният сигнал трябва да се усили до 70 - 110 Ур_р с честотен спектър не по-тесен от 6MHz.

- Постоянната съставна на ярностния сигнал трябва да се подава към модулиращия електрод на кинескопа или да се възстановява там.

- Яркостният сигнал трябва да закъснява в яркостния канал за време в границите от 0,4μs до 0,8 μs.

- В яркостния сигнал трябва да се подтиска сигнала на цветовите подносещи честоти с помощта на режекторни кръгове. За повишаване на шумоустойчивостта режекцията се извършва с два кръга за честотите 4,02 МНz

и 4,67МНz. Честотите на режекция са определени компромисно между допустимото намаляване на детайлността на изображението и нивото на смущенията от цветовите подносещи честоти,ФИГ. 3.35.

При приемане на черно-бяла телевизионна програма, автоматично или ръчно режекторните кръгове се изключват за подобряване на детайлността на изображението.

Закъснението на яркостния сигнал се получава от широколентова закъснителна линия с време на закъснение 0,7 μs.

Известни са два способа за модулация на лъчите в кинескопите за цветна телевизия: модулация със сигналите на цветовата разлика ER-Y ,EG-Y и EB-Y И модулация със сигналите на основните цветове ER , EG и EB

При първия способ, ФИГ.З.З9 яркостният сигнал се подава към трите катода на кинескопа, а на трите управляващи електрода се

228

Фиг.3.37. Яркостен канал в приемник по система SECAM

подават трите сигнала на цветовата разлика. Достойнствата на този способ са:

- отпада необходимостта от три матрици, тъй като матрицирането се извършва в съответните прожектори на кинескопа;

- изходните усилватели на сигналите на цветовата разлика са теснолентови / Δf= 1,5MHz /; Недостатъци на способа са:

- размахът на сигналите на цветовата разлика почти двойно превишава амплитудата на сигналите на основните цветове;

- необходими са четири изходни видеоусилвателя; - по-сложно регулиране на баланса на "бяло". Достойнствата на втория способ, ФИГ. 3.40, са:

- използуват се само три изходни видеоусилвателя за сигналите от изображението;

- осигурява се по-точно възпроизвеждане на цветовете; - по-лесно се възстановява постоянната съставна,

229

Фиг.3.38. АЧХ на яркостен канал

Може да се посочат следните недостатъци: - и трите изходни видеоусилвателя са широколентови; - в схемата на телевизора трябва да се включат още три матрици; - трите канала трябва да имат еднакви параметри.

Фиг.3.39. Модулация със сигналите на цветовата разлика 230

При използуване на интегрални схеми обикновено се предпочита втория

способ, тъй като усложненията в блока за цветност не предизвикват технологични и експлоатационни затруднения.

Фиг.3.40 Модулация със сигналите на основните цветове

3.10.4. Генератор за вертикално отклонение на електронния лъч

В предавателните и приемни телевизионни тръби обикновено се използва магнитно отклонение на електронния пъч. За тази цел на предавателната телевизионна тръба или на шийката на кинескопа се поставя отклоняваща система, състояща се от две двойки бобини: една двойка - за отклонение на лъча в хоризонтална посока, другата двойка бобини - за отклонение на лъча във вертикална посока.

За създаване на отклоняващо магнитно поле през бобините протичат линейно-изменящи се токове съответно с честота на редовете и полукадрите, ФИГ. 3.41.

Периодът на изменение на отклоняващия ток включва времето на правия ход на лъча Т1, в течение на който токът се изменя линейно /участъка аб/ и обратния ход на лъча Т2 /участъка ба/.

231

фиг.3.41 Линейно-изменящ се ток за вертикално отклонение

Времето Т2 е значително по-кратно от Т1 - лъчът се връща бързо в

изходното си състояние. Тъй като по време на обратния ход лъчът се гаси,

законът на изменение на тока през отклоняващите бобини в участъка бв може да се различава от линейния.

Генераторът за вертикално отклонение на електронния лъч /ГВО/ работи с честотата на полукадрите fп =50Hz . Тази честота е 312,5 пъти по-ниска от редовата честота и това води до съществени различия в условията на работа на генератора за вертикално отклонение в сравнение с този за хоризонтално отклонение.

Променливите токове и напрежения, създавани от ГВО, рязко се различават от синусоидалните. Ако се отчете и 20-та хармонична, което е практически напълно достатъчно за правилното възпроизвеждане на формата на импулсите, горната гранична честота се получава сравнително ниска, равна на fв = 1000Hz . Това позволява да се опрости конструкцията на генератора за вер-тикално отклонение, тъй като паразитните капацитети и загубите от вихрови токове във феромагнитните сърцевини практически не влияят върху работата на генератора за развивка.

Поради ниската работна честота, в бобините за вертикално отклонение се развива незначителна реактивна мощност. Във връзка с това товарът на изходното стъпало - отклоняващите бобини, може да се разглежда като активен и индуктивността да се пренебрегне за времето на правия ход на лъча. За времето на обрат- 232 ния ход на лтъча Т2 бързото изменение на тока поражда значителни по стойност импулси на напрежението върху индуктивността. В този момент от време отклоняващите бобини не може да се разглеждат като чисто активен товар. На фиг. 3.42 е представена еквивалентната схема на бобините за вертикално отклонение.

Фиг. 3.42 Екввалентна схема на бобините за вертикално отклонение

Може да се определи формата на напреженията в тази схема при зададена форма на отклоняващия ток.

Линейно-изменящият се ток през бобините има форма, показана на ФИГ. 3.40,а. Напрежението, приложено в двата края на бобините съдържа активна и

реактивна съставни: Където

В съответствие с формата на тока, изобразена на ФИГ. 3.40,а за времето на

правия и обратния ход на лъча може да се напишат следните линейни уравнения:

233

фиг.3.43 Токове и напрежения в бобините за вертикално отклонение

прав ход

обратен ход

След заместване на (3.11) и (3.12) и (3.10) се получават следните изрази за напреженията: прав ход

обратен ход

На ФИГ. 3.43.б,в са представени формите на напреженията, описани

математически с изразите (3.13) и (3.14), а на ФИГ. 3.40Г - сумарното напрежение Uоб= UR+UL . Вижда се, че напрежението UL1 е незначително в сравнение с напрежението UR1 върху активното съпротивление на бобините. По време_на обратния ход, импулсът на напрежението UL2 е със значително по голям размах.

Линейно-изменящото се управляващо напрежение, необходимо за вертикално отклоняващите бобини в реалните схеми на ГВО се формира с помощта на достатъчно мощно изходно стъпало. На ФИГ. 3.44 е представена функционалната блокова схема, по която най-често се изпълняват генераторите за вертинално отклонение на електронния лъч.

Тази блокова схема съдържа генератор 1, който се синхронизира директно от полукадровите синхронизиращи импулси и формира линейно-изменящото се напрежение. Усилвателната част в схемата на генератора включва предварителен усилвател 2, който осигурява необходимата мощност за възбуждане на изходното стъпало 3 -усилвател на мощност.

Във всички съвременни схеми за вертикално отклонение се включват вериги за корекция 4. Те обхващат отделни стъпала или целия усилвател, като по този начин се компенсират изкривявания-та, внасяни от усилвателната част и се осигурява необходимата линейност на растъра във вертикална посока.

В зависимост от схемата и режима на работа изходните стъпала в ГВО се разделят на еднотактни, двутактни и ключови. Еднотактните стъпала /трансформаторни, дроселни, с токоста-билизиращ транзистор/ работещи в режим "клас А" се характеризират със значителна консумация на енергия, поради което се използват сравнително рядко в съвременните модели на телевизионни приемници.

235

фиг.3.44 Генератор за вертикално отклонение

Сега се използуват две основни разновидности на двутактни изходни

стъпала: построени с транзистори с еднаква проводимост, фиг.3.45,а и с транзистори с различна проводимост, ФИГ.3.45,б.

За работа на първия вид крайни стъпала е необходимо към базите на транзисторите да се подадат линейно-изменящи се импулсни напрежения с прстивоположен поляритет /отместени едно спрямо друго по фаза на 180°/. Такъв режим на управление за изходното стъпало се осигурява от фазоинверсното стъпало с транзистора Т1.

За управление на стъпалото, изпълнено с транзистори от различна проводимост, се използва сигнал, получен от стъпало с "общ емитер". Разгледаните изходни стъпала са двутактни усилватели с паралелно управление.

Транзисторните изходни стъпала може да се построят и по схема с последователно управление фиг 3,45.в. Управляващият сигнал в такова стъпало се подава към базата на транзистора в едното рамо Т1, като от товара му R5 през кондензатора С1 - към базата на транзистора Т2 от второто рамо. По този начин отпада необходимостта от фазоинверсно стъпало. Недостатък на това стъпало е ниският КПД /по-малък от 50%/, тъй като стъпалото работи в решим клас А. В двутактните стъпала, работещи в режим клас В /илиАВ/, схемите на които са представени наФИГ. 3.42.а,б транзисторите работят последователно. Отклоняващият ток за първата половина от правия ход се формира от единия транзистор, а за втората половина - от другия. За обезпечаване на необходимата линейност

236

фиг 3.45 Изходни стъпала в ГВО

на изображението в средната част на растъра се изисква точна съгласуваност в работата на двата транзистора. По тази причина чрез съпротивителни делители се осигурява малко базово предна-прежение, с което се изключва влиянието на нелинейните начални участъци на входните волтамперни характеристики на транзисторите.

По-ефективно съгласуване на работата на транзисторите в дву-тактното изходно стъпало се осигурява чрез използване на превключващ диод, фиг.3.45.г който управлявя включването на отклоняващите бобини към изходното стъпало. За времето от втората половина на правия ход под действието на управляващото на-прежение е открит транзистора Т3 и през него и бобините протича нарастващ ток. Диодът Д-1 в това време е закрит и транзисторът Т2 е изключен от товара. В края на обратния ход диодът

237

се отпушва и включва бобините към транзистора Т2, в резултат на което през тях протича ток за времето на първата половина на правия ход. Захранващо напрежение за транзистора Т2 в този случай се осигурява от заряда на кондензатора C1

Използването на двутактни изходни стъпала без трансформатор и схеми на задаващи генератори без блокинг-трансформатор, позволява генераторите за вертикално отклонение да се изпълняват по интегрална технология.

3.10.5. Генератор за хоризонтално отклонение на електронния лъч

Генераторът за хоризонтално отклонение създава в отклоняващите бобини линейно-изменящ се ток с честота на редовете fz = 15625Hz , необходим за отклонение на електронния лъч в хоризонтална посока. Освен тази основна задача, генераторът за хоризонтално отклонение /ГХО/ в телевизионния приемник служи за получаване на постоянни и импулсни напрежения, необходими за захранване на кинескопа и редица стъпала в схемата на приемника.

Съвременните генератори за хоризонтално отклонение се построяват на базата идеализираната схема с двустранен ключ, представена на" фиг. 3.43,а.

Фиг.3.46 Заместителна схема за генератор за хоризонтално отклонение 238

където L е индуктивността на отклоняващите бобини; Cn,-капацитет, определящ продължителността на обратния ход на лъча Тобр; К - ключ; R - еквивалентно съпротивление на загубите в бобините, трансформатора, транзистора, изолацията; Ек- захранващо напрежение.

Ако се приеме за улеснение R = 0, то при затваряне на ключа К в момента t0 , ФИГ. 3.43.б, постоянното напрежение Ен ще бъде приложено към индуктивността L , тъй като капацитетът Сn моментално се зарежда до напрежение Ек. В този случай токът през индуктивността L нараства линейно в участъка t0 до t1 .

По време на правия ход на лъча върху индуктивността е приложено

напрежение

След диференциране на (3.15) се получава

В момента t1 ключът К се отваря. Образува се трептящ кръг LСn като токът по време на обратния ход Тобр / t1 до t3 / се изменя по косинусоидален закон. Намалявайки той достига нулева стойност в момента t2 , променя посоката си и отново започва да се увеличава по абсолютна стойност. Ако ключът К остане отворен, токът в кръга ще има формата, показана с пунктир:

Напрежението върху индуктивността L за времето на обратния ход Т0бр ще се променя по синусоидален закон, ФИГ. 3.43,В.

239

Важен параметър, определящ пригодността на даден транзистор за работа в крайно стъпало за хоризонтално отклонение е стойността на импулса на напрежението вгрху индуктивността по време на обратния ход на лъча ULобрmax От 3.17

Следователно

Тъй като Тпр»Тобр отрицателният импулс на напрежението върху индуктивността значително превишава напрежението на захранващия източник ULобрmax » Eк

В края на обратния ход, в момента t3 ключът К отново се затваря. Захранващият източник шунтира кръга LCn като прекратява колебателния процес и токът през бобината L отново ще се изменя линейно в участъка от t3 до t4 .В началото до момента t4 токът ще намалява по абсолютна стойност като тече от бобината към източника /обозначено с пунктир на ФИГ. 3.43,а/, като че ли източникът се "дозарежда" от енергията, запасена в бобината.

Във втората част на правия ход на лъча от t4 до t5 посоката на тока се променя като бобината L консумира енергия от източника Ек и я запасява.

По този начин ключът К трябва да пропуска ток в две посоки като в идеализираната схема формирането на линейно-изменящ се ток се извършва без консумиране на енергия от източника. В реалните схеми електрическите процеси не се извършват между

240

чисто реактивни епементи: захранващият източнин, двустранният ключ и индуктивността притежават крайни активни съпротивления, поради което се изразходва значителна мощност.

Ако се пренебрегне за времето на правия ход на лъча влиянието на капацитета Сп се вижда, че нарастването на тока в случая на активно съпротивление на загубите R в схемата, се извършва не по линеен закон, а по експонента

Нелинейността намалява с увеличаване на времеконстантата τ=L/R. Тази нелинейност в реалните схеми се компенсира от обратната нелинейност на електронните прибори, работещи като двустранен ключ. По-неприятно е, че наличието на съпротивлението R е причина за значителни активни загуби в схемата на ГХО.

Блоковата схема на генератор за хоризонтално отклонение е представено на ФИГ. 3.47.

Фиг.3.47 Генератор за хоризонтално отклонение

Тя включва генератор 2, изработващ импулси с редова честота за управление на изходното стъпало 4. Изходното стъпало изисква значителна мощност за възбуждане, което налага между генератора и изходното стъпало да се включи едно стъпало за предварително усилване /буферно стъпало/ - 3. Към изходното стъпало 4 се включват отклоняващите бобини ОБ. През тях протича отклоняващия ток. Към това стъпало се включва и изходен трансформатор. Възникващите в него импулси на напрежението по време на обратния ход на лъча захранват високоволтовия изправител 5. В него се изработва постоянно високо напрежение за захранване на втория

241

анод на кинескопа. За синхронизация на генератора се използва инерционна схема за

автоматична донастройка на честотата и фазата на редовата честота – 1. Изходното стъпало за хоризонтално отклонение работи в ключов режим. При разглеждане на работата му е необходимо да се отчита влиянието на всички паразитни капацитети, тъй като те оказват съществено влияние върху работата на стъпалото.

За подобряване на симетрията на двустранния ключ, паралелно на изходния транзистор Т се включва достатъчно мощен полупроводников демпферен диод Д, ФИГ. 3.49,а. При формиране на тока през отклоняващите бобини по време на първата половина на правия ход на лъча, обратния ток на транзистора iкб се сумира с тока на диода iД , ФИГ. 3.48.

Фиг.3.48 Симетриране на отклоняващия ток с помоща на демпферен диод

Еквивалентната схема на изходното стъпало е представена на Фиг. 3.49.б, а временните диаграми на токовете и напреженията - на ФИГ. 3.49.в. Изходният транзистор Т и демпферният диод Д са представени на еквивалентната схема съответно чрез ключовете К1 и К2. Чрез индуктивността L в еквивалентната схема са представени индук-тивността на отклоняващите бобини, паралелно свързаната индук-тивност на изходния трансформатор, а капацитета Сn представя сумата от капацитета на кондензатора, определящ

продължителността на обратния ход на лъча, капацитета на транзистора и димпфер-ния диод, еквивалентния капацитет на трансформатора и монтажния капацитет. Ек е захранващият източник.

Ако се приеме, че ключовете са идеални, те ще се характеризи- 242

фиг.3.49 Токове и напрежения в изходното стъпало на ГХО

рат с неограничено бързодействие, нулево съпротивление в затворено състояние и безкрайно голямо съпротивление в отворено състояние. Когато К1 се затвори /транзисторът се включи/ в момента t0 захранващото напрежение Ек се прилага към индуктивността L - ФИГ. 3.46,в. Токът през индуктивността нараства линейно,ФИГ.

243

З.49.В5. При това скоростта на нарастване зависи от съпротивлението на отклоняващите бобини за постоянния ток и съпротивлението на транзистора /ключа К1/ при насищане. В момента t1 токът през К1 достига върховата си стойност, определена с израза (3.22)

Тук tвкл е времето в интервала от t0 до t1 фиг.3.46в. В типовите схеми за

хоризонтално отклонение обикновено tвкл≈30μs При отварянето на ключа К1 в кръга, образуван от индуктивността и

капацитета, енергията е разпределена така, че максималната част е съсредоточена в индуктивността и минимална част - в капацитета Сп. В този

момент токът през индуктивността L променя посоката си и започва да зарежда кондензатора Сп, като върху него се получава импулс на напрежението с

размах, който се определя с израза: където Ек е захранващото напрежение;

ТПр е времето на правия ход на лъча - сумата от времената, през които е отпушен транзистора / t0 до t1 /и демпфера / t3 до t4 /; Т0бр е времето на обратния ход.

По време на обратния ход на лъча / t1 до t3 / напрежението върху кондензатора достига една върхова стойност и след това започва да намалява, ФИГ. 3.46В5 - в кръга LCn се извършва колебание на енергията между двата елемента. Токът през индуктивиостта през времето на обратния ход представлява полупериод от косинусоида /ФИГ. 3.46В5 за времето от t1 до t3 с резонансната честота на трептящия кръг. Честотата, с която се изменя този ток се определя от времето за обратния ход на лъча, обикновено 9 до 11μs, но за намаляване на размаха на импулса, Тобр може да се увеличи до 14 μs.

Когато напрежението върху кондензатора Сп се понижи и промени поляритета си, се затваря ключът K2 . Това означава, че в този момент към демпферния диод в реалната схема е приложено напрежение в права посока. През диода и индуктивността L про-

244

тича ток, докато се изразходва енергията, натрупана в кондензатора Сп при колебателния процес за времето от t1 до t3. Този ток, заедно с обратния ток на транзистора iкб образува първата част от правия ход на лъча, ФИГ. 3.46В3.

Максималният размах на тока през диода се определя с израза:

където Iоткл е размаха на тока, който протича през отклоняващите бобини; T - времето на нарастване на тока в демпфиращата верига; tД- времето на пропускане на диода. Ако T/tД размахът на IД ≈0.41откл

Когато демпферният диод пропуска ток от t3 до t4 , напрежението върху транзистора и демпфера е с положителен поляритет и колекторен ток през транзистора не протича. С прекъсването на тока през демпфера, напрежението върху диода и транзистора се приближава до стойността на захранващото напрежение и тъй като нарастването е в отрицателна посока, започва протичане на колекторен ток през транзистора.

По този начин демпферният диод работи по време на първата половина на правия ход на лъча и увеличава размаха на тока през системата. При това токът,

протичащ в противоположни посоки през първата и втората половина на правия ход е симетричен спрямо оста на времето t , ФИГ. З.49В5. На ФИГ. 3.50 е представена транзисторна схема на генератор за хоризонтално отклонение с дроселно включване на отклоняващите бобини и получаване на високо напрежение. Високото напрежение се създава чрез трансформация на импулсите на напреженито по време на обратния ход на лъча от изходния трансформатор Тр. От вторичната намотка на трансформатора, която е със значително по-голям брой навивки от първичната, повишеното импулсно напрежение се изправя от високоволтов изправител, изпълнен по схема с умножение на напрежението. Останалите високи напрежения / U1 и U2 /се получават чрез изправяне и филтриране на импулсни напрежения, снемани от други намотки или чрез изводи от една обща вторична намотка на

245

трансформатора за хоризонтално отклонение. Поляритетът на тези напрежения се определя от посоката на включване на диодите Д2 и Д3. Отклоняващите бобини са включени към колектора на транзистора и заземени през разделителен кондензатор Сs който създава и " S " - корекция на отклоняващия ток за компенсиране на хоризонталните геометрични изкривявания в кинесuопа.

Фиг.3.50 Изходно стъпало на ГХО

3.10.6. Синхронизиращи устройства

Синхронизиращите устройства в телевизионния приемник отделят редовите и полукадровите синхронизиращи импулси от пълния телевизионен сигнал, извършват разделяне на двата вида импулси и осигуряват шумоустойчива синхронизация на генераторите за вертикално и хоризонтално отклонение на електронния пъч в кинеско-па.

Функционалната схема на синхронизиращите устройства е представена на ФИГ. 3.51. Пълният телевизионен сигнал от видеоусилвателя /ВУ/ постъпва в амплитуден отделител /АО/, който отделя сложния синхронизиращ сигнал, представляващ смес от РСИ и ПКСИ. В разделителни вериги /РВ/ се извършва разделяне на редовите синхронизиращи импулси /РСИ/ и полукадровите синхронизиращи импулси./ПКСИ/ като с тях се осъществява синхронизация на съответните генератори за телевизионна развивка.

246

фиг.3.51 Синхронизиращи устроиства в телевизионен приемник

За да се извърши отделяне на синхронизиращите импулси, режимът на

амплитудния отделител, фиг. 3.49,а се избира така, че синхронизиращите импулси да се ограничават от две страни: отгоре поради насищането на транзистора и отдолу - от отсечката на колекторния ток, ФИГ. 3.52.б.

Режимът на отсечката трябва да удовлетворява условието, в колекторната верига на транзистора да не преминават гасящите импулси и сигнали от изображението, съответствуващи на минимална яркост. В противен случай проникналите в изхода гасящи импулси и сигнали от изображението ще въздействуват върху генераторите за развивка като импулсно смущение.

Ограничаването на синхронизиращите импулси отгоре от насищането на транзистора осигурява независимост на размаха им в изхода на АО от размаха на пълния телевизионен сигнал на неговия вход. При това режимът на синхронизация на генераторите за развивка няма да зависи от измененията на напрегнатостта на по-лето в мястото на приемане и промените на усилването на приемника. Ще се ограничават и шумовете, насложени върху синхрони-зиращите импулси.

Насищането на транзистора в АО трябва да се обезпечава при възможния минимален размах на входния видеосигнал, ФИГ.3.52,В. Този режим се осигурява чрез включване на сравнително голямо по стойност товарно съпротивление в колектора на транзистора.

Режимът на отсечка се осъществява чрез подходящо определяне параметрите на входната верига.

247

фиг.3.52 Амплитуден отделител

За точно отделяне на синхронизиращите импулси е необходимо да се

осъществи фиксация на ниво във веригата на базата на амплитудния отделител, ФИГ. 3.52,Г. Ролята на фиксиращ диод изпълнява преходът база-емитер на транзистора. При определена времеконстанта на базовата верига, нивото на отсечка се поддържа малко по-високо от ниво "черно".

На ФИГ. 3.52,б.в, е показан процесът на отсечка на сигналите от изображението в амплитуден отделител, изпълнен с транзистор с р-п-р проводимост. Поляритетът на видеосигнала във входа на АО е такъв, че транзисторът да се отпушва от синхронизиращите импулси. Процесът на фиксирането на ниво в базовата верига е следния: при наличието на диода Д в схемата на ФИГ. 3.52,Г, съпротивлението на веригата между точките а-б е различно когато диода е отпушен /от отрицателно напрежение/ и когато е запушен /от положително напрежение/. По този начин изходният сигнал ще съдържа постоянна съставна, която отмества сигнала в областта на положителните стойности, ФИГ. 3.52,б.

248

Импулсните смущения може да нарушат нормалната работа на амплитудния отделител. Например, при появяване на смущаващ импулс с голям размах, базовият капацитет С1 се зарежда до голяма стойност на напрежението и блокира АО. За времето на разреждане на кондензатора след прекратяване на импулса ще бъдат загубени следващите синхронизиращи импулси. С цел да се намали времето, за което се блокира АО от смущаващи импулси с голям размах, последователно е базовата верига на транзистора на АО се включва една паралелна RC група / R2С2 на Фиг. 3.49,а/ със значително по-малка времеконстанта τR2C2=30-40μs от времеконстантата на базовата верига R3C1 . Обикновено τR3C1=10 до 50μs

Принципът на действие на тази група е основан на това, че при постъпване във входа на АО на смущаващ импулс с размах, превишаващ

нивото на синхронизиращите импулси, кондензаторът С2 бързо се зарежда, практически до върховата стойност на смущаващия импулс. При това потенциалът на С1 почти не се променя, тъй като С1 » С2- След преминаване на смущаващия импулс, С2 бързо се разрежда през R2 и тъй като С1 не е променил заряда си, амплитудният отделител обработва нормално следващите синхронизиращи импулси.

Съпротивлението R1, включено в базовата верига на транзистора на ФИГ. 3.52.а, служи за намаляване влиянието на амплитудния отделител върху видеоусилвателя. Максималната стойност на R1 се ограничава от допустимото влошаване на фронтовете на синхронизиращите импулси, защото R1 заедно с входния капацитет на АО образува нискочестотен филтър.

В изхода на амплитудния отделител се получава сложен синхронизиращ сигнал, който представлява смес от РСИ и ПКСИ. Тази последователност от синхронизиращи импулси не може да бъде непосредствено използвана за синхронизация на генераторите за хоризонтална и вертикална телевизионна развивка защото проникването на РСИ във веригата за синхронизация на ГВО и обратно, нарушава синхронизацията в телевизионния приемник. Разделянето на полукадровите от редовите синхронизиращи импулси се извършва чрез методи за временна селекция основани на разликата в продължителността на двата вида импулси, ПКСИ обикновено се отделят с помощта на интегриращи вериги. Схемата на еднозвенна интегрираща верига е показана на ФИГ. 3.50. При постъпване на правоъгълен импулс във входа на веригата

249

фиг.3.53 Еднозвенна интегрираща верига

с размах Uвх , изходното напрежение ще бъде

Вследствие разликата в продължителността на полукадровите и редовите синхронизиращи импулси

размахът им в изхода на схемата ще се различава в зависимост от

времеконстантата на интегриращата верига RС . При tРСИ <RC <tПКСИ размахът на UПКСИизх е чувствително по-голям от размаха на интегрирания редови синхронизиращ импулс UРСИизх

Отношението Кс се нарича коефициент на подтискане на редовите синхронизиращи импулси. Зависимост където 1С е ширината на РСИ е представена на ФИГ. 3.54.

Относителното подтискане на РСИ в изхода на еднозвенна интегрираща верига нараства с увеличаване на времеконстантата RС Но при увеличаване на времеконстантата над 40μs / RC>40 μs / недопустимо се увеличава продължителността на фронта на ПКСИ, понижава се устойчивостта на синхронизацията и се нарушава през-редността на развивката.

250

фиг.3.54 Зависимост на коефициента на подтискане на РСИ от отношението RC/tc

При максимално допустима на практика продължителност на Фронта на

ПКСИ τф=75μs се получава времеконстанта

В този случай коефициентът на подтискане на РСИ, отчетен от графика на ФИГ. 3.54 е равен на 8, което е недостатъчно за качествено отделяне на ПКСИ. За удовлетворително отделяне на ПКСИ е необходимо коефициентът на подтискане на РСИ да бъде Кс ≥ 25. Тази стойност не може да се постигне с помощта на еднозвенна интегрираща верига без влошаване на фронта на ПКСИ. По тази причина се използуват многозвенни интегриращи вериги /двузвенни или тризвенни/, съставени обикновено от еднакви звена. В такъв случай при по-малка времеконстанта RC се получава по-висок коефициент Кс, при запазване на допустимата продължителност на фронта на ПКСИ. При правоъгълен входен импулс, изходното напрежение за мно-гозвенните интегриращи вериги ще бъде съответно:

- за двузвенна интегрираща верига 251

- за тризвенна интегрираща верига

Отделените полукадрови синхронизиращи импулси чрез директна синхронизация въздеистват непосредствено на задаващия генератор за вертикално отклонение, като определят момента на неговото сработване.

Недостатък на директната импулсна синхронизация е лошата й шумоустойчивост: всеки смущаващ импулс, попаднал във веригата за синхронизация ще въздействува на задаващия генератор. Особено чувствителен към импулсни смущения е генераторът за хоризонтално отклонение при отделяне на РСИ с помощта на диференцираща верига, докато наличието на многозвенна интегрираща верига на входа на генератора за вертикално отклонение силно намалява въздействието на импулсните смущения в него.

Висока шумоустойчивост на синхронизацията на ГХО се осигурявя чрез използуване на инерционна схема за редова синхронизация, Принципът на действие на тази схема се основава на сравнение на честотата на редовите синхронизиращи импулси със собствената честота на генератора за хоризонтално отклонение в един фазов детектор, като в резултат се иработва управляващо напрежение, което се използува за донастройка на честотата на задаващия генератор за хоризонтално отклонение, ФИГ. 3.55.

Управляващото напрежение, изработвано от фазовия детектор се усреднява във времето. То е резултат от действието на голям брой синхронизиращи импулси и краткотрайните, хаотично възникващи импулси, както и изкривяване или пропадане на отделни синхро-импулси, няма да влияят на стабилността на развивката.

Фиг.3.55 Инерционна схема за редова синхронизация 252

За изглаждане на променливата съставна на управляващото на-прежение

в изхода на фазовия детектор се включва нискочестотен филтър. При равенство на честотите и фазите на РСИ и импулсите от ГХО напрежението в изхода на фазовия детектор е равно на ну-ла. В този случай към задаващия генератор за хоризонтално отклонение не се подава управляващо напрежение за коригиране на грешка и честота му не се променя.

Ако по някакви причини честотата на задаващия генератор се промени, схемата за инерционна синхронизация изработва управляващо напрежение с такъв поляритет и стойност, че то като въздействува на задаващия генератор, да изравни честотата му с честотата на РСИ.

За начално установяване на честотата на задаващия генератор в схемата за инерционна синхронизация се предвижда ръчно регу лиране на редовата честота.

Действието на схема за инерционна синхронизация се обяснява с ФИГ. 3.56, където е изобразен симетричен фазов дискриминатор. За нормалната му работа е необходимо да се подадат два еднакви по размах и с противоположен поляритет редови синхронизиращи импулси. В средната точка между диодите на дискриминатора се подава линейно-изменящо се напрежение, което се формира от положителни импулси, съвпадащи с времето на обратния ход на лъча от трансформатора за хоризонтално отклонение /ТХО/ с помощта на интегрираща верига R4C4 .

Фиг.3.56 Фазов дискриминатор в ГХО 253

За времето на действие на РСИ диодите се отпушват и кондензаторите С1

и С2 се зареждат през транзистора на фазоинверсното стъпало. След преминаване на РСИ тези кондензатори се разреждат през товарните съпротивления на дискриминатора и транзистора на фазоинверсното стъпало. Тъй като схемата на дискриминатора е симетрична /С1=C2 и R1=R2 / то разрядните токове са еднакви по стойност и с противоположна посока. Следова-телно, ако в средната точка на свързване на диодите не се подава ЛИН за сравнение, или подаденото ЛИН за времето на РСИ преминава през нулата /положение 1 на ФИГ. 3.54/, управляващото напрежение в изхода на дискриминатора /точка А/ ще бъде равно на нула: това съответствува на равенството на честотите и фазите на сигналите от ГХО и РСИ.

Ако ЛИН е отместено по фаза спрямо РСИ, то в т. А ще се получи напрежение на грешката, пропорционално на фазовото отместване. Това напрежение, което се явява управляващо за генератора, възниква по причина, че в момента на пристигане на РСИ, сравняващото напрежение в общата точка на диодите не е равно на нула. В положение 2 на ФИГ. 3.54 UД1 > UД2 , а в положение 3 UД1 < UД2. При това се изменят разрядните токове на кон-дензаторите С1, С2 и спадовете на напрежение върху товарните съпротивления вече няма да са еднакви: в точка А се получава напрежение на грешката, което управлява честотата на задаващия генератор за хоризонтално отклонение.

Фиг.3.57 Сигнали във фазовия дискриминатор 254

В изхода на фазовия дискриминатор се включва нискочестотен филтър.

Параметрите му трябва да осигуряват максимален обхват на синхронизация при достатъчна шумозащитеност на системата. Най-опростен филтър се явява обикновената интегрираща верига. Но използуването на RC -вериги прави системата за инерционна синхронизация неустойчива, тъй като е възможно възникване на колебателен процес при установяване на режима за синхронизация. За избягване на тези процеси се използуват по-сложни филтри, с които се изключват трептящи процеси в системата при осигуряване на необходимата шумозащитеност. Такива филтри обикновено се наричат пропорционално-интегриращи. На ФИГ. 3.56 пропорцио-нално-интегриращият филтър е съставен от елементите R3 , C3 С5. Съпротивлението R3 е включено против възникването на паразитни трептения. 3.10.7. Автоматично регулиране на контраста в телевизионните приемници

Системата за автоматично регулиране на усилването в телевизионните

приемници /известна като автоматично регулиране на контраста АРК/ има задачата да осигури нормално телевизионно изображение при различни условия на приемане. Условията на приемане са много разнообразни поради широкия честотен диапазон, използуван за телевизионно разпръскване. Известно е, че съществуват постоянни и случайни изменения на напрегнатостта на полето. Вторите не се подчиняват на никакви закономерности и не могат да се компенсират ръчно.

АРК се прави чрез промяна на, усилването на високочестотните и междиночестотните усилвателни стъпала.

В телевизията не може да се използват обикновените схеми за АРУ. Изходното напрежение на видеодетектора представлява обвиващата крива на сигнала с междинна честота, като съдържа постоянна съставна, носеща информация за средната яркост на изображението.

Ако се използува познатата от радиоприемниците система за АРУ, тя ще се старае да поддържа някаква средна постоянна яркост на изображението, независимо от нивото на носещата честота на сигнала, което в телевизията ще предизвика недопустимо изкривяване в изображението. АРК в телевизията трябва да изработва управляващо напрежение, пропорционално само на нивото на носещата честота. Такова

255

подходящо ниво е нивото на синхронизиращите импулси, които винаги се излъчват при максимална мощност на предавателя за изоб-ражението. Телевизионната техника широко се използува ключовата схема за АРК. Тя се характеризира със следните особености:

1. Напрежението за АРУ е пропорционално на високочестотното напрежение, съответстващо на синхронизиращите импулси, независимо от

картинното съдържание. 2. Схемата е с добра шумоустойчивост. 3. Схемата работи при синхронизирано телевизионно изображение.

На ФИГ. 3.58 е представена схемата за ключово АРК, характеризираща се с висока шумоустойчивост и достатъчно бързодействие. Тя осигурява нормална работа на телевизионния приемник при изменение на приемания сигнал. Ключовото стъпало за АРК е изпълнено с транзистора Т1 в режим на стробиран усилвател. В колектора се подават положителни импулси, съвпадащи с времето на обратния ход на лъча, от генератора за хоризонтално отклонение. В базата на транзистора през ограничително съпротивление R1, постъпва пълния телевизи-онен сигнал от видеоусипвателя. Тук се подава и компенсиращо отрицателно напрежение през съпротивлението R2 и потенциометъ-ра R3, , с който се установява режима на работа на ключовото стъпало.

Фиг. 3.58 Схема за АРК 256

По време на правия ход на лъча в хоризонтална посока Т1 е запушен. За

времето на съвпадане на положителния импулс в колектора със синхронизиращия импулс по редове в базата на транзистора, последният се отпушва и кондензаторът С1 се зарежда до напрежението върху съпротивлението R4 . Стойността на това напрежение е пропорционална на размаха на видеосигнала, подаван в базата. В интервала между синхронизиращите импулси / правия ход на лъча / С1 се разрежда през R5, , като зарежда кондензатора С2, който е с голяма стойност /10μF /. Напрежението вър-ху C2 е пропорционално на размаха на видеосигнала в продължение на няколко реда и служи за управление на работата на постоянно-токовия усилвател, изпълнен с транзистора Т2.

Товар на този транзистор е съпротивлението R8 . Увеличаването на размаха на видеосигнала предизвиква нарастване на положителното напрежение в базата на T2 и по-голямо отпушване на последния. При това напрежението в колектора намалява и предизвиква намаление на базовото преднапрежение на транзисторите в регулиращите стъпала. Работните точки на транзисторите се преместват в областта на насищане, където стръмността

намалява. По този начин се намалява усилването на приемника. АРК е със задръжка. Изходното напрежение започва да се под-държа

постоянно при Uвх= 150 до 300 μV/ . Стойността на за-дръжката се регулира с потенциометъра R3.

Работата на системата за АРК се характеризира от графика, представена на ФИГ. 3.59, който изобразява зависимостта на Uизх от Uвх при три различни положения на плъзгача на R3

Фиг.3.59 Характеристики на АРК 257

3.11. Видеозапис

Специфична особеност на магнитния запис на телевизионни сигнали в

сравнение с магнитния звукозапис е необходимостта от много широка честотна лента. За звукозапис е достатъчна честотна лента от 40Hz до 12kHz /8 октави/ , докато за запис на телевизионни изображения са необходими 17 - октави- от 50Hz до 6.5MHz.

За всяка моментна стойност на честотата на сигнала / , съответства определена дължина на вълната λ , записана на магнитната лента. Очевидно е, че при постоянна стойност на честотата / , големината на дължината на вълната - λ ще зависи от скороста на записа

Ако за магнитен запис на изображението се използува апаратура за

звукозапис, скоростта на движение на лентата би трябвало да се увеличи до 200m/s . Очевидно е, че такава скорост на движение е практически неосъществима. Намаляването на скоростта на движение на лентата може да бъде постигнато за сметка на записваната минимална дължина на вълната. Стойността на λ може да се намали чрез намаляване на работния процеп на магнитната глава.

Ако се намали минималната дължина на вълната върху лентата при запис на

телевизионно изображение до 6μm то необходимата скорост за видеозапис ще бъде 40m/s . На практика обикновено се изпълнява условието

където а е геометричния размер на ширината на процепа.

Ефективната ширина на процепа при прецизно изпълнение на магнитните глави може да бъде с 10 - 15% по-голяма от геометричните му размери. По тази причина може да се приеме, че ефективната ширина на процепа е равна на а . Ако в (3.29) заместим вместо λ , стойността на λmin от (3.30) се получава

258

Увеличаването на максималната честота при видеозапис се постига чрез увеличаване на скоростта на движение на лентата, тъй като намаляване на ширината на процепа води до рязко намаляване на ефективността на магнитната глава.

Съвременните магнитни глави за запис и възпроизвеждане на видоесигнали се произвеждат с ширина на процепа от 1 до 3μm. Ефективната ширина на процепа в голяма степен зависи от състоянието на магнитния слой на носителя. Ако магнитния слой не е достатъчно тънък, с отдалечаване от плоскостта на главата, магнитното поле ще се разпространява извън пределите на работния процеп а , като по този начин ще се увеличава ефективната ширина на процепа. Тва ще доведе до влошен запис на високочестотните съставни на видеосигнала. Магнитният слой на лентата трябва да :бъде тънък и много гладък, защото само в този случай може да се осигури добър механичен контакт с работната повърхност на маг нитната глава. В тази връзка от съществено значение е и материала на основата на лентата. Сега се използуват магнитни ленти с дебелина на основата до около 25μm.

Най-важен параметър на видеозаписващото и видеовъзпроизвеждащото устройство е честотната му характеристика. Например, честотната характеристика видеолента - магнитна глава с пренебрегване на загубите може да бъде представена с права линия, наклонена по отношение на абсцисната ос,

като наклонът е 6db/окт. фиг. 3.57. 259

фиг 3.60 При записване на синусоидален сигнал остатъчният магнитен поток върху магнитната лента ще бъде

При възпроизвеждане се извършва преобразуване на измененията на магнитния поток по координатата x в изменение на сигнала във времето t . Ако се пренебрегнат загубите, може да се напише израза за магнитния поток в магнитопровода на главата

Електродвижещата сила, която ще се индуктира в намотката на главата при движение на магнитната лента се представя с израза:

където w е броят на навивките. Ако се приеме, че скоростта на движение на лентата спрямо магнитната глава е постоянна, то от (3.32) се вижда, че амплитудата на е.д.с. ще се изменя пропорционално на честотата на сигнала. Ако честотата на сигнала се увеличи два пъти, което съответствува на повишаване на честотата с една октава, е.д.с. също нараства два пъти, /което съответствува на увеличаване на напрежението с 6dB/. Честотната характеристика при видеозапис зависи от редица фактори: честотните свойства на видеоглавата, свойствата на магнитната лента, условията на механичен контакт на лентата с повърхността на видеоглавата и др. За много малки дължини на вълната, за времето на преминаване на елемента от видеолентата по дължината на магнитното попе на записващата глава,сигналът може да се промени и даже да измени поляритета си. Влиянието на сигнала с

обратен поляритет върху полето води до известно намаляване на намагнитеноста на елемента, т.е. действува като изтриващо поле. По този начин се намалява ефективността на видеозаписа за високочестотните съставни на сигнала. При различни съотношения на дължината на вълната на записвания сигнал и работната ширина на процепа при възпроизвеждане, ще се променя магнитния поток във видеоглавата,

260

обусловен от напрегнатостта на магнитното поле по дължината на лентата. Този процес ще предизвика резки неравномерности на честотната характеристика с максимуми и минимуми в областта на високите честоти, ФИГ. 3.60 - с пунктир. Отклонението на честотната характеристика от закона 6dB на октава в областта на ниските честоти е предизвикано от това, че при възпроизвеждане на сигнали, дължината на вълната на които е съизмерима с дължината на механичния контакт на видеоглавата, всяка половинка на последната изпълнява самостоятелна роля: възниква взаимодействие на два потока, които предизвикват неравномерност на честотната характеристика в областта на нис-ките честоти. Освен това магнитните потоци от нискочестотните съставни на сигнала може да се затварят или във феромагнитния екран на главата или през въздуха, извън сърцевината. Тези фактори също водят до намаляване на е.д.с. на видеовъзпроизвеждащата глава в областта на ниските честоти, където честотната характеристика е също неравномерна с максимуми и минимуми. Наклонът й в тази област може да достигне до 18 dB на октава. Известно е, че при магнитен запис на сигнали възникват честотни изкривявания, които се дължат на самия принцип: електро-движещата сила намалява при ниски честоти, а при високи честоти изкривяванията се дължат на саморазмагнитване, конфигурацията на полето на записващата глава и др. Тези изкривявания се компенсират чрез подбиране на формата на честотните характеристики на усилвателите за запис и възпроизвеждане. По-големи технически трудности възникват при записване на широкия честотен диапазон на телевизионните сигнали. Необходимо е този динамичен честотен диапазон да се транслира в спектър, който може да бъде записан на магнитна лента без големи загуби. Ако телевизионният спектър се измести с 0,5 MHz по-високо,той ще заема 3,5 октави и ще се улесни записването на ниските честоти. За транслиране на спектъра се използува някаква модулация. За видеозапис идеална би била такава модулация, при която преместването на спектъра няма да предизвика разширяване на честотната лента. Ако се използува амплитудна модулация, например с подтискане на едната странична лента, възниква паразитна амплитудна модулация от нееднаквия механичен контакт между лентата и главата, нееднородностите на лентата и др., и рязко намалява отношението сигнал/шум. Не е възможно да се отдели паразитната АМ от полез-

261

ната модулация.

При използуване на честотна модулация, възникващата паразитна амплитудна модулация лесно се премахва чрез ограничение. За съкращаване на ширината на честотната лента на ЧМ сигнал се вземат специални мерки: носещата честота се избира близо до горната модулираща честота, спектъра на горната странична лента частично се подтиска, девиацията на честотата Δf се избира така, че индексът на модулацията

за ниските честоти да бъде по-голям от единица, а при високи честоти - по-малък от единица. В съвременната апаратура за видеозапис и възпроизвеждане на магнитната лента се записва сигнал, който е модулиран по честотата от пълния сигнал за цветна телевизия. Разпределението на честотите в транслирания спектър за широколентов магнитен видеозапис, представено на ФИГ. 3.58, е следното:

- честота, съответствуваща на нивото на синхронизиращите импулси - 7,16 MHz.

- честота, съответствуваща на нивото на гасящите импулси - 7,8MHz. - честота, съответствуваща на ниво "бяло" - 9,3MHz

фиг.3.61 Транслиране на спектъра на ТВ сигнал

Сега се използуват два основни метода за видеозапис на магнитна лента - с напречен запис / Quadruplex / и с диагонален запис /Helical/. В апаратурата за напречен запис и възпроизвеждане се изпол-

262

зуват четири магнитни глави, монтирани по периферията на въртящ се диск, отместени на 90° една спрямо друга, ФИГ. 3.59. Скоростта на въртене на диска е 250 об/min , а скоростта на придвижване на лентата –39.7cm/s . Използува се лента с ширина 50,8mm като направлението на движение на лентата и направлението на записа сключват

ъгъл около 90°. С помощта на вакуум и специален водач, на лентата се придава цилиндрична Форма в областта на въртящия се диск с магнитните глави. В резултат от постъпателното движение на лентата и въртеливото движение на главите се образуват напречни пътечки на записания видеосигнал. На една пътечка се записват 16-17 телевизионни реда, като за записване на един полукадър са необходими около 20 последователни пътечки. Апаратурата за напречен видеозапис е сложна и скъпа, поради което се използва изключително в условията на апаратно-студийните комплекси.

Фиг. 3.59 Напречен видеозапис

263

В края на 50-те години стремежът за опростяване на видеомагнетофона е довел до създаване на апаратура за диагонален запис с една или две магнитофонни глави, ФИГ. 3.60. Във видеомагнетофоните с две глави лентата обхваща малко повече от половината на направляващ цилиндър, съставен от две половинки, разположени една над друга с тесен процеп между тях. В процепа се върти диск с две глави. На една наклонена пътечка се записват видеосигналите на един полукадър. При използуване на една магнитна глава лентата се движи,обвивайки направляващ цилиндър на 360° /тип "α " или тип "Ω"/. Недостатък тук е големият ъгъл, с който лентата обхваща направляващия цилиндър. Възникват деформации и неравномерно натягане на лентата по ширина. Всички съвременни битови видеомагнитофони използуват диагонален запис. Ширината на лентата е 12,65mm или 19mm . Сега магнитната лента за битовата

видеозаписваща и възпроизвеждаща апаратура се използува във вид на видеокасети. Независимо че съществуват много варианти на изпълнение на видеокасетите настоящия момент най-разпространени са три основни вида: - VHS (JVC) със скорост на запис 4,85 m/s и линейна скорост на лентата 2,339cm/s - VCR-LP (Рhilips) със скорост на запис 8,1m/s и линейна скорост на лентата 6,56сm/s - Вetamax (Sony) със скорост на запис 6,6m/s и линейна скорост на лентата 1,873сm/s. Всеки формат използва свои оригинални касети и не е възможна заменяемост. Видеокасетите са удобни за експлоатация и съхранение на магнитната лента. Определен технологичен и експлоатационен интерес представлява видеозаписа на диск /видеодиск, видеограмофон/. Перспективни са няколко технологии, всяка от които се характеризира с определени оригинални технически решения.

264

фиг.3.70 Диагонален видеозапис 265

3.12. Цифрова телевизия

Усъвършенстването на телевизионната технология изисква прилагане на

нови, по-ефективни методи за създаване, консервиране и предаване на телевизионните сигнали.

Отдавна в телевизията се използува аналогов видеосигнал на изображението. Той се получава в изхода на фотоелектрическия преобразовател и съответствува на разпределението на яркостите в изображението. Основно изискване при предаване на телевизионните сигнали е те да претърпят

минимални изкривявания. Но, при формирането и обработването на видеосигналите в телевизионната система, сигналите претърпяват изкривявания, които се натрупват с увеличаването на броя на обработките. Особено силно тези изкривявания се проявяват при съставянето на телевизионната програма чрез електронен монтаж на видеозаписи. При многократен презапис на фрагменти от програмата силно се влошава отношението сигнал/шум. Аналоговите телевизионни сигнали ограничават по-нататъшното увеличаване на качеството на електронния монтаж и възможностите за различни специални ефекти.

Посочените ограничения може да се преодолеят чрез използуване на цифрова форма на телевизионния сигнал. Цифровите методи за предаване на изображения вече напускат рамките на изследователските лаборатории и се прилагат не само в специализирани телевизионни системи, но и в системите за телевизионно разпръскване.

Цифровата телевизия е област от телевизионната техника, в която операциите по обработване, консервиране и предаване на телевизионните сигнали са свързани с преобразуването им в цифрова форма.

Основните преимущества на цифровата телевизия пред аналоговата са следните:

- лесна регенерация на сигнала чрез замяна на изкривените импулси с неизкривени в кой да е участък от телевизионния тракт;

- централизиран автоматичен контрол и управление на апаратурата в телевизионната система с използуване на управляваща изчислителна машина;

- прилагане на методите за цифрова филтрация с помощта на ЕИМ за възстановяване на изображения, изкривени по различни причини: доплеров ефект, турбулентност на атмосферата и др., които се проявяват при космически линии за свръзка и при някои специализирани телевизионни системи;

266

- възможност за автоматизирано производство на цифрова телевизионна апаратура без използуване на високо квалифициран ръчен труд, тъй като ще се използуват интегрални схеми, които не изискват индивидуална настройка;

- повишаване на ефективността на телевизионното предаване за сметка на намаляване на статистическата и психовизуалната изли-шъчност в телевизионното съобщение чрез оптимално кодиране на видеосигнала;

- създава се възможност за използуване на унифицирани апаратно-студийни комплекси, които работят с единен стандарт за цифрово кодиране. По този начин сигналите на несъвместимите една с друга системи за цветна телевизия NTSC, PAL, SECAM в рамките на АСК ще се обработват в цифров вид по единна технология. В изхода на такива АСК с цифрово-аналогов преобразовател, це се получат стандартните сигнали на посочените по-горе системи;

- въвеждането на единен стандарт за цифров видеозапис значително ще облекчи международния обмен на телевизионни програми при повишено качество на телевизионното изображение. Това е много важно при създаване на

ФОНДОВИ И архивни материали. Увеличава се продължителността на съхранение на такива материали.

В настоящия момент се обособяват два вида системи за цифрова телевизия:

1. Аналоговият телевизионен сигнал се преобразува в цифров вид само за цифрова обработка /в АСК, в преобразователите на телевизионни стандарти, в различните видове коректори и т.н./, за видеозапис на телевизионни сигнали, или за предаване по цифрови канали за свръзка. След това сигналът отново се преобразува в аналогов вид. В този случай се използуват съществуващите телеви-зионни предаватели и телевизионни приемници.

2. Преобразуването на предаваното изображение в цифров сигнал и на цифровия сигнал в изображение на приемния екран се извършва непосредствено във фотоелектрическия и електрооптичния преобразовател. Във всички звена на тракта телевизионната, информация се предава в цифров вид. В настоящия момент се използуват цифрови телевизионни системи от първия вид.

На ФИГ. 3.61 е представена структурна схема на цифрова телевизионна система. Във входа на тракта за цифрова телевизия от фотоелектрическия

267

фиг.3.73 Цифров ТВ приемник

преобразовател /ФЕП/ постъпва аналогов сигнал. В кодиращо устройство /кодер на ТВ сигнал/ аналоговият сигнал се преобразува в цифров вид и постъпва в предавател, който в най-общия случай съдържа кодер на канала и устройство за преобразуване на сигнала. Преминавайки през канала за свръзка,цифровият сигнал постъпва в приемник. Той съдържа устройство за обратно преобразуване на сигнала и декодиращо устройство на канала. Кодерът и декодерът на канала осигуряват защитата от грешки в канала за свръзка. В устройствата за преобразуване на сигнала, характеристиките на цифровия

сигнал се съгласуват с характеристиките на канала за свръзка. В декодиращото устройство /декодер на ТВ сигнал/ се извършва обратното преобразуване на цифровия сигнал в аналогов, който постъпва към електрооптичния преобразовател /ЕОП/.

В най-общия случай за предаване на цифрови сигнали се използува импулсно-кодова модулация /ИКМ/. При това кодерът на ТВ сигнал е аналогово-цифров преобразовател /АЦП/. При преминава-

268

не от аналогова форма на сигнала в цифрова се извършват три основни преобразувания, ФИГ. 3.62:

1. Дискретизация във времето; 2. Квантоване по ниво; 3. Кодиране, т.е. цифрово представяне на избраните нива.

При диснретизацията, от аналоговия ТВ сигнал, ФИГ. 3.62,а, се формира импулсен сигнал, който представлява множество отчети, ФИГ. 3.62,б. В съответствие с теоремата на Котелников, когато е необходимо да се предаде аналогов сигнал с ограничен спектър не е необходимо да се предават изцяло всички негови непрекъснати изменения. Достатъчно е да се знаят само

определени негови моментни /дискрети/ стойности през временен интервал Т, който е свързан с горната гранична честота fгр на спектъра на предавания сигнал със зависимостта

По такъв начин отчетите за моментните стойности на телевизионния сигнал трябва да се извършват с честота на дискретизация, най-малко два пъти по-висока от горната гранична честота на ви-деоспектъра. В резултат се получават серия отделни импулси, т.е. телевизионният сигнал се представя чрез множество дискретни стойности. Временният интервал Т между отделните отчети се нарича интервал на дискретизация.

На практика предаването на всички отчети не е необходимо, тъй като зрителната система на човека има ограничена разрешаваща способност към малки изменения на яркостта. Това позволява целият диапазон от стойности, които може да приемат отделните отчети да се раздели на определен брой нива. Ако броят на тези дискретни нива е достатъчно голям, така че разликата между две съседни нива да не се забелязва от зрителя, се създава възможност вместо предаване на всички отчети, да се предава само определен брой от техните дискретни стойности.

Полученият брой отчети се закръглява до най-близкото от целият брой фиксирани нива, наричани нива на квантоване, ФИГ. 3.62,в. Тези нива разделят целият диапазон на изменение на размаха на отчетите на определен брой интервали, които се наричат стъпки на квантоване. Това преобразуване се нарича квантоване. На всяко

269

фиг. 3.62

270

ниво на квантоване съответствува определена област, която заема размаха на отчетите. Границите между тези области се наричат прагове на квантоването, фиг. 3.62,в. За предаване на сигнал за цветна телевизия с високо качество са необходими примерно 256 нива на квантоване. При по-малък брой градации, поради дискретното предаване на яркостта възникват паразитни контури в изображението. Цветното изображение се създава чрез съвместяване /налагане/ на структурите на дискре-тизация на яркостния сигнал и на сигналите за цветност. Ако на всяко ниво на квантоване се присвои съответен номер, информацията за квантованите по нива отчети може да се предава като набор от цифри. При този процес се използува двоична брои-телна система, при която за записване на номерата се използуват само символите 0 и 1, ФИГ. 3.62,г. На 1 съответствува наличие на импулс, а на 0 - отсъствие на импулс. С увеличаването на броя нива на квантоване, ще са необходими по-голям брой

символи за записване на номерата им. При приетите 256 нива на квантоване е необходимо да се извърши осем-разрядно кодиране /28 = 256/, т.е. всеки номер може да бъде записан чрез осем символа. Операциите, свързани с преобразуването на аналоговия телевизионен сигнал в цифров вид /дискретизация, квантоване, кодиране/ е прието да се наричат цифрово кодиране на телевизионния сигнал. Декодиращото устройство на ТВ сигнал извършва обратните операции. Непрекъснатият аналогов телевизионен сигнал съдържа информация за отделните елементи на изображението и може да приема коя да е стойност в диапазона от 0 до 1. В цифровия телевизионен сигнал на всеки елемент от изображението съответствува група импулси, всеки един от които приема само две стойности - 0 или 1, ФИГ. 3.62,Д. ОТ това следва и главното предимство на цифровото кодиране - висока защитеност срещу изкривяване и шумове. Това се обяснява с факта, че в приемната страна не са толкова съществени изкривяванията във формата на отделните импулси, а само наличието или отсъствието на импулс в даден момент от времето. Сега основен недостатък на цифровата телевизия в сравнение с аналоговата, е необходимостта от много по-широка честотна лента на пропускане на канала за свръзка. Това се обяснява с високата скорост на предаване на цифровия сигнал, измервана с

271

броя на двоичните символи в секунда / bit/s /. Тъй като. fгр = 6MHz , е необходимо да се предават повече от 12 милиона отчета в секунда. Всеки отчет се предава с помощта на 8 импулса. Следователно, по канала за свръзка се предават около 100 милиона импулса в секунда /100 Mbit/s /. Необходимата ширина на честотната лента на канала за свръзка е по-голяма от 100 MHz, Основен проблем в цифровата телевизия е намаляване няколко пъти скоростта на предаване на символите в цифровия сигнал. Проблемът се решава чрез отстраняване излишъчността в телевизионния сигнал и прилагане на ефективни методи за модулация. Различава се структурна, статистическа и физиологическа изли-шъчност на телевизионния сигнал. Структурната се определя от закона на телевизионната развивка и се създава основно от гасящите интервали. Статистическата излишъчност е предизвикана от корела-ционните връзки между елементите на сигнала в един телевизионен ред, в съседни редове и в съседни кадри. Физиологическата излишъчност се определя от информацията, която не може да се възпри-еме от зрителната система на човека. Трудно е да се определи точна граница между трите вида излишъчност. Най-перспективни от гледна точка на съкращаване на обема на сигнала /честотната лента/ и шумоустойчивост, в настоящия момент се явяват преобразуванията на Фурие, Адамар и други, но даже за малки фрагменти от

изображението, те са много сложни. Изисква се изпълнение на голям обем изчисления, които трябва да се изпълнят в реален мащаб на времето. Усъвършенстването на съвременните телевизионни приемници ще се развива чрез внедряване на цифрови методи за обработване на сигналите, за управление и контрол на работата на отделните блокове. На цифрова обработка ще се подлагат сигнали с видео и звукови честоти, сигнали на телевизионната развивка и за управление. Въпреки наличието на бързодействуващи паралелни АЦП икономически не е изгодно те да се вграждат в битов телевизионен приемник. По тези причини цифрова обработка се извършва за видеосигнали с честотна лента до 6 MHz и звукови сигнали с най-висока честота - до 15kHz. Блоковата схема на цифров телевизионен приемник е представена на ФИГ. 3.63. Блоковете с цифрова обработка на сигналите са защриховани.

272 фиг 3.73 Цифров ТВ приемник

След цифровата обработка сигналите трябва да се преобразуват в

аналогови, за да въздействуват на стъпала, които работят с аналогови сигнали - краен нискочестотен усилвател за звуковия съпровод, видеоусилватели за управление на трилъчевия кинескоп за цветно изображение, крайни мощни стъпала за хоризонтална и вертикална развивки.

Цифровите устройства в телевизионния приемник се контролират от управляващ микрокомпютър, който изпраща команди към трите цифрови процесора. Управляващият микрокомпютър извършва и автоматично регулиране на телевизионния приемник по данни, заложени в паметта му при производството на приемника. Освен това, зрителят може да въвежда в паметта данни за необходимите радиоканали, нива на яркостта, силата на звука, наситеност на цветовете и т.н.

В канала на изображението широколентовите АЦП и ЦАП се обе- 273

диняват в една интегрална схема, наречена видеокодек. За опростяване на кодека се използува метод, при който със седемразряден АЦП се получават същите практически резултати както и при осем разрядно кодиране на телевизионния сигнал. Това се налага, тъй като разредността от икономическа гледна точка е особено важна. Същността на метода се състои в това, че опорното напрежение на АЦП се изменя по време на всеки втори ред с половината на младшия разряд. Следователно, сигнал с определена яркост ще се преобразува в първия ред към по-ниското ниво, а във втория ред - към по-високото. Стойностите на яркостта в двата съседни реда се интегрират от зрителната система на човек. Създава се субективно възприятие за градация по яркост, която съответствува на разрешаващата способност на осембитово число.

Във видеопроцесора яркостният сигнал и сигналите за цветност се разделят чрез цифрова филтрация. Сигналът за цветност се декодира като автоматично се установява размаха на сигналите със съхранение на опорните нива "бяло" и "черно". След ЦАП аналоговите сигнали постъпват в декодираща матрица откъдето сигналите на червеното, зеленото и синьото едноцветни изо-бражения, усилени от изходни видеоусилватели, постъпват към три-лъчевия кинескоп.

В процесора за синхронизация и развивки се отделят синхронизиращите импулси, извършват се необходимите обработки за фазово сравнение и формиране на управляващи напрежения за вертикална и хоризонтална синхронизация. Изработват се сигнали за корекция на геометричните изкривявания на растъра.

Звуковият процесор може да обработва стерео сигнал и осигурява висококачествен звуков съпровод. Изходните звукови сигнали се усилват от мощни усилватели клас D .

При цифрова обработка на сигналите в телевизионния приемник се създава възможност да се подобри качеството на изображението чрез премахване на повторните изображения, които се появяват при лоши условия на приемане, премахване на неприятните трепкания на яркостта и др. Включването на управляващ микрокомпютър създава възможност за управление на телевизионния приемник от зрителя при по-голям комфорт.

274

2. ПЕРСПЕКТИВИ В РАЗВИТИЕТО НА ТЕЛЕВИЗИЯТА

Понятието "телевизия" е много обширно. Както климатичната инсталация в телевизионното студио, така и космическата ракета за извеждане в орбита свързочен спътник на Земята, имат отношение към телевизионната технология. Независимо от това телевизионната технология може да се раздели на пет области:

1. Технология на формиране на телевизионни и звукови сигнали. Тук се включват предавателните телевизионни камери с техните оптични системи, фотоелектрически преобразователи и допълнителни устройства, осветителната

техника, телекино проекторите, генераторите на знаци и символи, микрофони. 2. Технология на телевизионното разпръскване и пренасяне на

телевизионни сигнали. Тази технология се използува за пренасяне на телевизионните сигнали от мястото на тяхното формиране, съхранение или обработване до мястото, където те ще се използват. Радиолиниите за свръзка, наземни или космически, кабелните линии и телевизионните предаватели в съответните честотни обхвати, определят тази област.

3. Съхранение /консервация/ на телевизионните сигнали. Осигуряване на запаметяване на телевизионните сигнали от части на секундата до десетки години. Видеозаписът на магнитна лента и видеодиска са аспекти от тази технология като съществуват и специализирани полупроводникови интегрални схеми или електрон-но-лъчеви тръби.

4. Технологията на обработване на телевизионните сигнали включва различните видове комутация и смесване на телевизионните сигнали на изображението и звуковия съпровод, цифровата обработка и създаване на визуални и звукови ефекти, редактирането и корекция на изкривяванията в изображението и звука.

5. Технологията на телевизионното възпроизвеждане осигурява възможността телевизионната информация да бъде възприета от органите на чувствата на човека.

Важна задача за развитието на телевизионната технология е разработването на обща теория на телевизионното предаване, в която да се оценят статистическите свойства на телевизионните изображения, някои психофизиологически особености при възприемането на телевизионни изображения, създаване на математически модели и алгоритми към тях за обработване на изображени-

275 ята с цел повишаване на качеството им и по-ефективно използуване на телевизионните канали за свръзка.

Във всяка една от посочените пет области на телевизионната технология има редица задачи, които трябва да се решат от специалистите по телевизия и телевизионна техника. От друга страна развитието на съвременната и бъдещата телевизия е двустранно свързано с нивото на научните изследвания и развитието на технологията в отраслите на микроелектрониката, оптоелектрониката, цифровата обработка на информация и др.

Важно направление е развитието на телевизията е реализацията на холографните методи за формиране на изображения, пространствената филтрация за обработка и възстановяване при разпознаване на образи и т.н.

В съвременните телевизионни системи последователното предаване на информацията за отделните елементи се извършва без да се отчитат връзките между съседните елементи, телевизионни редове и кадри на изображението. Проблемата тук се състои в това, чрез използуване на статистическите особености на изображенията и особеностите на зрителната система на човека би могло да се осъществи телевизионно предаване в по-тясна честотна лента и

по-ефективно да се използват съществуващите канали за свръзка. Изискванията за съкращаване на честотната лента /времето на предаване/

или намаляване на отношението сигнал/шум, което е равносилно на намаляване на енергията на сигнала, могат да бъдат обединени в едно общо изискване: повишаване на пропускателната способност на системата за предаване на изображения.

Последното десетилетие се характеризира с интензивно развитие на цифровите способи за обработване и предаване на информация, тъй като те притежават някои по-големи възможности в сравнение с аналоговите способи:

- Регенерация на сигнала в междинни пунктове или в процеса на обработването му като при това шумове не се натрупват и смущенията под определено ниво, практически не влияят на полезния сигнал.

- Възможност за съкращаване на времето за предаване чрез използуване на статистическо кодиране на сигналите или преобразуване на честотната лента за времето на предаване.

- Универсалност на способа за предаване - телевизионната ин-формация се предава редом с другите видове съобщения по единна цифрова система за свръзка.

- Възможност за обработване на изображенията с помощта на 276

епектронно-изчислителни машини и микропроцесорни устройства.

Сега основен недостатък на цифровата телевизия е необходимостта от значително по-широка честотна лента на канала за свръзка в сравнение с аналоговата телевизия.

За повишаване на качеството на телевизионното изображение сега са създадени и се разработват системи за телевизия с висока детайлност. При тях изображението с формат 5:3 се разлага на 1125 реда като по качество не отстъпва на изображение, създавано от 35mm кинофилми. Тези системи в момента са несъвместими със съществуващите системи за телевизионно разпръскване, тъй като изискват ширина на канала за свръзка в границите на няколко десетки мегахерца.

В перспектива, ако се постави задача да се възпроизведе изображение с висока детайлност на голям екран с цел качествено възпроизвеждане на текстове с обикновен типографски шрифт, броят на редовете на развивката трябва да се увеличи например до 2500. В такъв случай честотната лента на канала за свръзка ще превишава 100 MHz.

За осигуряване на такива широколентови канапи за свръзка се предвижда използване на космически линии с директно приемане от изкуствени свързочни спътници на Земята в комбинация с влак-несто-оптически линии. При експериментални изследвания за предаване на сигнали за телевизия с висока детайлност с честотна лента от 30 МНz чрез влакнесто-оптична линия за свръзка загубите са били 3dB/km, докато при използуване на коаксиални кабели загубите достигат до 36dB/km.

За още по-голямо приближение на телевизионното изображение до

реалните изображения, които човек възприема в природата се извършват изследвания в две направления:

- Първото от тях предвижда получаването на обемна картина от зрителя при точно определен ъгъл на наблюдение на изображението т.е. зрителят трябва да е разположен в точно определено място или област на наблюдение.

- Второто направление има за цел да се достигне илюзията на разглеждане на изображението при преместване на зрителя. При употреба на понятието "телевизионно изображение" тук трябва да се уточни, че става дума за илюзорно, неосезаемо копие на предавания обект.

За определяне на качествените показатели на такива "изображения" е необходимо да се разработят съвършено нови субективни и обективни способи за оценка, контрол и измерване.

277

Неврофизиолози, психолози, неврокибернетици и специалисти по телевизия, с по-далечна перспектива изследват пътищата за безвредно въздействие върху човешкия организъм на сигнали, които биха възбудили чувства като обоняние, вкус, осезание, възприемане на стереозвук и т.н. при наблюдаване на бъдещите телевизионни изображения. Предполага се, че необходимата информация за създаване на тези ефекти ще се предава чрез уплътнение на телевизионния сигнал.

Развитието на телевизията и телевизионната техника в бъдеще, несъмнено ще доведе до по-пълно усвояване на космическото пространство и Световния Океан за благото на човечеството.