Тоискин В.С., Красильников В.В., Петренко В.И. Основы радиосвязи и телевидения: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

191

Сигналы опознавания строк необходимы для обеспечения синфазной

работы кодирующего и декодирующего устройств. При передаче E

) в

приемнике должен работать соответствующий тракт.

Сигналы цветовой синхронизации (опознавания строк) представляют

собой пакет цветовых поднесущих, модулированных импульсами трапецеи-

дальной формы. На рис. 4.1 показано изменение частоты сигналов опознава-

ния. Сигналы опознавания передаются только во время гасящих импульсов

полей и занимают строки с 7 по 15 в нечетных полях и с 320 по 328 в

четных

полях. На рис. 4.2 показана форма сигналов опознавания для первого и вто-

рого поля первого (нечетного) кадра. Сигналы расположены между синхро-

импульсами строк.

С учетом вышеизложенного, спектр полного телевизионного сигнала

цветного изображения имеет вид, представленный на рис. 4.3.

+350 кГц

t,мкс

10,5 15 1,5

10,5 18 1,5

t,мкс

-350 кГц

Н=64 Н=64

“Красная” строка “Синяя” строка

Рис. 4.1. Сигналы цветовой синхронизации

192

1 поле

7 8 15

2 поле

320 321 328

Рис. 4.2. Сигналы цветовой синхронизации

н. из.

н.зв

-1,25

-0,75 0 6,0 6,5 f, МГц

8,0 МГц

Рис. 4.3. Спектр полного ТВ сигнала цветного изображения

4.3. Система цветного телевидения SECAM

Рассмотрение принципов построения систем цветного телевизионно-

го вещания позволяет непосредственно перейти к рассмотрению вопросов

технической реализации этих принципов в системе цветного телевидения,

используемого в нашей стране. Это система SECAM (Sequentiel Couleur Avec

Memoire), в русской транскрипции - СЕКАМ. Разработка системы была на-

чата в 1953 г. французским инженером Анри де Франсом. В

дальнейшем ра-

боты над совершенствованием системы проводились совместно француз-

скими и советскими специалистами. После испытаний и доработок, 1 октяб-

ря 1967 года было начато регулярное вещание по этой системе одновремен-

но в СССР и Франции. В настоящее время стандарт SECAM принят также в

ряде других стран Восточной Европы, Азии и Африки.

Отличительным признаком системы

SECAM является поочередная

передача двух цветоразностных сигналов через строку на поднесущей при

непрерывной передаче сигнала яркости.

193

Последовательная передача частотно-модулированных сигналов при

непрерывной передаче сигнала яркости практически освобождает систему

SECAM от фазовых искажений (как в NTSC из-за квадратурной модуляции),

влияющих на качество цветопередачи, а также от перекрестных искажений

между сигналами и связанных с ними искажений цветового фона (так как в

каждый момент времени в системе SECAM передается только

один сигнал

цветности).

В системе SECAM каждый цветоразностный сигнал модулирует по

частоте свою поднесущую. Сигналы SECAM при опорном белом формиру-

ются в следующем виде (ГОСТ 7845-79):

- яркостный сигнал:

= 0,30E

+ 0,59E

+ 0,11E

;

- цветоразностные сигналы:

= -1,9(E

- E

);

= 1,5(E

- E

где E

, E

- сигналы основных цветов, подвергнутых γ-коррекции.

Для формирования полного телевизионного сигнала цветного изо-

бражения в системе SECAM нашла применение схема кодирующего устрой-

ства, представленная на рис. 4.4.

Схема содержит два синфазно работающих электронных коммутато-

ра (ЭК), один из которых (ЭК

) используется для коммутации цветоразност-

ных сигналов, а второй (ЭК

) - для коммутации опорных сигналов генерато-

ров цветовых поднесущих (ГЦП). Канал сигнала цветности лишь частично

сохраняет два параллельных канала, состоящих из устройств замешивания

(УЗ) сигналов опознавания строк (СОС), уравнивающих усилителей (УУ) и

низкочастотных предкорректоров (НЧПК). После ЭК

сигналы D

и D

че-

редуются от строки к строке и проходят через общий канал, содержащий

фильтр нижних частот (ФНЧ), амплитудный ограничитель (АО

), на который

подается сигнал генератора импульсов пьедестала (ГИП), частотно-

модулированный генератор (ЧМГ), коммутатор фазы цветовой поднесущей

(КФЦП), амплитудный ограничитель (АО

), высокочастотный предкоррек-

тор (ВЧПК).

Канал яркостного сигнала включает корректор перекрестных иска-

жений (КПИ) и широкополосную линию задержки (ШЛЗ). Полный цветовой

телевизионный сигнал E

формируется в устройстве суммирования (УС)

сигналов яркости E

, цветности E

и сигнала синхронизации приемника.

В устройстве замешивания (УЗ) во время обратного хода по кадру в

цветоразностные сигналы замешиваются сигналы опознавания строк. В

уравнивающих усилителях (УУ) формируются цветоразностные сигналы D

и D

, которые далее корректируются в низкочастотном предкорректоре

194

(НЧПК). В результате предкоррекции на фронтах цветоразностных сигналов

появляются выбросы, которые необходимо ограничивать.

R-Y

B-Y

УЗ

УУ

УЗ

НЧ

ПК

НЧ

ПК

ЭК

ГЦП

СОС

ФНЧ

ИЦКИЦК ГИП

АО

ЧМГ

ИСК

АО

ВЧ

ПК

КПИ ШЛЗ

УС

CCП

КФ

ЦП

стр

пл

стр

Рис. 4.4. Структурная схема кодирующего устройства: УЗ

,УЗ

- устройство

замешивания с СОС (сигналами опознавания строк); УУ

, УУ

- уравнивающие

усилители; НЧПК

, НЧПК

- низкочастотные предкорректоры; ЭК

, ЭК

- электронные

коммутаторы; ГИП - генератор импульсов пьедестала; КФЦП - коммутатор фазы

цветовой поднесущей; ВЧПК - высокочастотный предкорректор; ГЦП - генератор

цветовой поднесущей; КПИ - корректор перекрестных искажений; ШЛЗ -

широкополосная линия задержки; УС - устройство суммирования; ИЦК - импульсы

централизованной коммутации полустрочной частоты; ИСК - импульсы срыва колебаний

После согласования уровней входных сигналов первый электронный

коммутатор (ЭК

) обеспечивает непрерывное чередование цветоразностных

сигналов в последующих цепях. Коммутатор управляется симметричными

прямоугольными импульсами централизованной коммутации (ИЦК) полу-

строчной частоты, используемыми для синфазного управления всеми цепя-

ми. В ФНЧ происходит ограничение сигнала по спектру (1,5 МГц). Включе-

ние ФНЧ способствует также ослаблению коммутационных помех.

Амплитудный ограничитель (АО

) необходим для ограничения раз-

маха сигналов опознавания строк и выбросов, возникающих на фронтах цве-

торазностных сигналов вследствие низкочастотной предкоррекции и, следо-

вательно, для ограничения частотного диапазона сигналов после модуляции.

Генератор импульсов пьедестала (ГИП) необходим для обеспечения

одинаковых значений девиаций частоты для обоих цветоразностных сигна-

лов.

Непосредственная стабилизация средних частот колебаний

ЧМГ с

заданной точностью не удается. Поэтому в схеме используется импульсная

автоподстройка по сигналам опорных генераторов (ГЦП

и ГЦП

), которая

позволяет стабилизировать не только средние частоты, но и начальные фазы

колебаний. Высокостабильные опорные колебания цветовых поднесущих с

195

неизменными фазами в начале каждой строки выделяются кварцевыми

фильтрами из спектра частот кратковременных импульсов ударного возбуж-

дения, в свою очередь синхронизируемых импульсами частоты строк.

Второй электронный коммутатор (ЭК

), управляемый импульсами

централизованной коммутации, работает синфазно с ЭК

и обеспечивает че-

редование через строку сигналов опорных частот цветовых поднесущих. Ав-

топодстройка частоты и фазы колебаний ЧМГ по опорным частотам произ-

водится во время обратного хода по строкам, когда модулирующие цвето-

разностные сигналы равны нулю и, следовательно, должна генерироваться

средняя частота одной из поднесущих.

Цветоразностные сигналы модулируют цветовые поднесущие

, f

с заданными девиациями частот. В конце каждой строки колебания ЧМГ

срываются импульсом срыва колебаний (ИСК).

Коммутатор фазы цветовой поднесущей коммутирует фазу на 180

от

поля к полю и в каждой третьей строке (либо через каждые три строки),

уменьшая заметность сигналов цветовой поднесущей на изображении и

обеспечивая частотное перемежение ее спектра со спектром яркостного сиг-

нала. Размах сигналов в последовательных строках выравнивается вторым

амплитудным ограничителем (АО

В высокочастотном предкорректоре (ВЧПК) сигнал цветности под-

вергается амплитудным предыскажениям, которые уменьшают размах сиг-

налов, а, следовательно, и перекрестных искажений цветность-яркость, обу-

словленных влиянием помех в яркостном канале со стороны сигнала цветно-

сти, на цветах с малой относительной яркостью.

Перекрестные искажения яркость-цветность обусловлены помехами

в канале цветности со

стороны яркостного сигнала. Они имеют пороговый

эффект, проявляющийся в резком увеличении паразитной девиации частоты

и, как следствие, появлении импульсной помехи на выходе частотного де-

тектора в случае сближения амплитуд высокочастотных составляющих спек-

тра яркостного сигнала и сигнала цветовой поднесущей. Из-за интегрирую-

щего действия низкочастотных предыскажений импульсные помехи от мел-

ких

деталей растягиваются на изображении в виде резко очерченных цвет-

ных тянущихся продолжений. Корректор перекрестных искажений (КПИ)

обеспечивает необходимые соотношения между уровнями сигнала и помехи.

Следовательно, в зависимости от относительного уровня высокочастотных

компонентов могут регулироваться как ослабление сигнала яркости, так и

усиление сигнала цветности.

Широкополосная линия задержки (ШЛЗ) с полосой пропускания

Δf = 7,3 МГц и временем задержки Δt = 0,4...0,7 мкс служит для выравнива-

ния времени распространения сигналов в яркостном канале по отношению к

каналу цветности.

Итак, кодирующие устройства системы SECAM позволяют полно-

стью реализовать принципы колориметрического кодирования. Непосредст-

196

венное техническое исполнение кодирующего устройства приводит к необ-

ходимости введения ряда дополнительных элементов для исключения по-

бочных эффектов, возникающих при использовании конкретных устройств.

Прием сигналов в системе SECAM осуществляется в декодирующем

устройстве, где сигнал цветного изображения преобразуется в сигналы

управления цветным кинескопом.

Структурная схема декодирующего устройства иллюстрируется

рис. 4.5. Сигнал цветного изображения после

видеодетектора (ВД) разделя-

ется на два канала. Через широкополосную линию задержки сигнал поступа-

ет в яркостный канал, содержащий режекторный фильтр (РФ). Сигналы

цветности отфильтровываются в канал цветности с помощью полосового

фильтра (ПФ).

ВД

ПФ

КВЧП

АО

ШЛЗ

УЛЗ

ГКИ

АО

ЧД

КНЧП

АО

СОС

ЧД

И С

КНЧП

РФ

ЭК

R-Y

G-Y

B-Y

стр

пл

Рис. 4.5. Структурная схема декодирующего устройства: ВД - видеодетектор; ПФ -

полосовой фильтр; КВЧП - корректор высокочастотных предыскажений; АО -

амплитудный ограничитель; УЛЗ - ультразвуковая линия задержки; ЭК - электронный

коммутатор; АО - амплитудный ограничитель; ЧД - частотный детектор;

КНЧП - корректор низкочастотных предыскажений; М - матрица; С - сумматор;

И - интегратор; СОС - схема опознавания строк; ГКИ - генератор коммутирующих

импульсов; ШЛЗ - широкополосная линия

задержки; РФ - режекторный фильтр

Канал цветности включает общую часть, электронный коммутатор и ка-

налы цветоразностных сигналов. Общая часть, в которой цветоразностные

сигналы D

и D

передаются на поднесущих, чередуясь через строку, со-

держит полосовой фильтр (ПФ), корректор высокочастотных предыскаже-

ний (КВЧП), амплитудный ограничитель (АО) и ультразвуковую линию за-

держки (УЛЗ) сигнала цветности на время передачи одной строки.

Электронный коммутатор (ЭК) перераспределяет прямой и задержан-

ный сигналы таким образом, что на одном его выходе всегда выделяется

197

красный, а на другом - синий цветоразностные сигналы. Таким образом, на

первый амплитудный ограничитель (АО

) поступает всегда красный, а на

второй (АО

) - синий цветоразностные сигналы. Два параллельных канала

цветоразностных сигналов содержат амплитудные ограничители (АО), час-

тотные детекторы (ЧД) и корректоры низкочастотных предыскажений

(КНЧП). Третий цветоразностный сигнал восстанавливается в матричной

схеме (М) из сигналов E

R-Y

и E

B-Y

в соответствии с соотношением:

G-Y

= - (0,51E

R-Y

+ 0,19E

B-Y

). (4.5)

Рассмотрим более подробно работу электронного коммутатора (ЭК). Он

управляется генератором коммутирующих импульсов (ГКИ), синхронизи-

руемым импульсами частоты строк. Правильность фазирования коммутатора

обеспечивается схемой опознавания строк (СОС), на которую поступают

сигналы опознавания, прошедшие сумматор (С) и интегратор (И), а также

импульсы частоты полей f

поля

Особенности декодирования сигнала цветного изображения иллюстри-

руются рис. 4.6.

Из рис. 4.6 видно, что сигналы управления цветным кинескопом (E

R-Y

B-Y

, E

G-Y

) непрерывно формируются из цветоразностных сигналов двух со-

седних в поле строк. При чересстрочном разложении это сопровождается че-

тырехкратным расширением (два раза - за счет того, что кадр передается за

два поля, и два раза за счет того, что цветоразностные сигналы передаются

поочередно) поперечных размеров элемента, несущего информацию о цвет-

ности изображения.

Продольные размеры этого элемента обратно пропор-

циональны полосе передаваемых частот и также превышают (примерно в 4

раза) размеры яркостного элемента.

Широкополосная линия задержки (ШЛЗ) служит для выравнивания

времени распространения сигналов в широкополосном яркостном канале и

узкополосном канале цветности. Однако вследствие ограничения выбросов

длительность и задержка фронтов цветоразностных сигналов не остаются

постоянными. Они

растут с увеличением насыщенности. Задержка выбира-

ется из условия совмещения фронтов яркостного и цветоразностного сигна-

лов на уровне 0,5 от максимального, соответствующего 75% размаха сигна-

лов основных цветов.

Режекторный фильтр (РФ) служит для подавления сигнала цветности в

яркостном канале. АЧХ фильтра обеспечивает наибольшее подавление под-

несущих на частотах передачи желтого цвета (f=4,020

МГц) сигналом

=-1 и голубого цвета (f=4,686 МГц) сигналом D

=1, на которых после

предкоррекции сигналы цветности достигают наибольшего размаха. При пе-

редаче черно-белого изображения режекторный фильтр отключается.

Амплитудный ограничитель является двусторонним и служит для ком-

пенсации неравномерности АЧХ и устранения импульсных помех.

Амплитудные ограничители (АО

и АО

) служат для уравнивания раз-

махов прямого и задержанного сигнала и подавления импульсных помех.

198

Изменением уровня ограничения достигаются регулировка насыщенности

цветов, а также запирание канала цветности при неправильном фазировании

электронного коммутатора (ЭК) или приеме сигналов черно-белого телеви-

дения.

УЛЗ

1 2

стр

R B R B R B R B R B

R B R B R B R B RB

1 a 2 б

R R R R R R R R R

1 a 2 б 1 a 2 б 1 a 2 б 1 a 2 б

2 a 1 б

B B B B B B B B B

2 a 1 б 2 a 1 б 2 a 1 б 2 a 1 б

стр

а) б)

Рис. 4.6. Схема (а) и диаграммы (б)работы электронного коммутатора

Схема опознавания строк (СОС) служит для коррекции фазы цветовой

коммутации, отключения режекторного фильтра в яркостном канале и запи-

рания амплитудных ограничителей канала цветности при приеме черно-

белого изображения.

Коррекция фазы цветовой коммутации достигается подачей дополни-

тельного импульса на генератор коммутирующих импульсов, собранный по

схеме симметричного триггера.

Опознавание строк может основываться на

определении полярности

сигналов опознавания на выходе каналов “красного” или “синего” цветораз-

ностных сигналов. Для повышения помехоустойчивости цветовой синхрони-

зации используются суммирование и последующее интегрирование выход-

ных сигналов обоих каналов. Сигналы опознавания цвета вводятся на пере-

дающей части до инвертирования “красного” цветоразностного сигнала, по-

этому во время передачи красного цвета частота

генератора будет увеличи-

ваться, а во время передачи синего цвета - уменьшаться. Изменение частоты

сигнала во время передачи сигналов цветовой синхронизации показано на

рис. 4.7.

199

“R”

“B”

Рис. 4.7. Изменение частоты в сигналах цветовой синхронизации

В декодирующем устройстве сигналы цветовой синхронизации посту-

пают на частотный детектор (ЧД), причем ЧД открываются лишь при отри-

цательном напряжении. Принцип выделения сигналов опознавания показан

на рис. 4.8.

f ЧД “R” U B

t t

B R

f ЧД “В” U R

t t

B B

Рис. 4.8. Работа ЧД при поступлении сигналов опознавания

Итак, основной особенностью приема сигналов в системе SECAM явля-

ется поочередный прием (от строки к строке) цветоразностных сигналов.

Основным элементом декодирующего устройства, обеспечивающим одно-

временное воспроизведение цветоразностных сигналов на экране электрон-

но-лучевой трубки, является электронный коммутатор. Важным условием

приема сигналов в системе SECAM является исключение “обратной” рабо-

ты, когда цветоразностные сигналы из

-за неправильной работы электронно-

го коммутатора поступают не на соответствующие “пушки” электронно-

лучевой трубки. Для исключения обратной работы в схему декодирующего

устройства вводится схема опознавания строк.

200

4.4. Система цветного телевидения NTSC

4.4.1. Сущность системы NTSC

NTSC (National television system of colour - национальная цветная теле-

визионная система) - первая система цветного телевидения, нашедшая прак-

тическое применение. Разработана она в США и принята для вещания в 1953

году. В настоящее время вещание по этой системе ведется кроме США также

в Канаде, Японии, на Кубе и ряде стран Центральной и Южной Америки

(Боливия, Венесуэла, Мексика и

др.).

При создании NTSC были выработаны основные принципы передачи

цветного изображения по телевидению, которые в той или иной степени ис-

пользованы во всех последующих системах.

В системе NTSC полный телевизионный сигнал содержит в каждой

строке составляющую яркостного сигнала

и сигнал цветности, переда-

ваемый с помощью поднесущей, лежащей в полосе частот сигнала яркости.

Отличие от системы SECAM состоит в том, что поднесущая промодулиро-

вана в каждой строке двумя цветоразностными сигналами

(

R-Y

, E

B-Y

Чтобы цветоразностные сигналы не создавали взаимных помех, в NTSC

применяется метод

квадратурной амплитудной модуляции.

Обычный амплитудно-модулированный сигнал может быть представлен

как сумма несущей и боковых составляющих. Использование амплитудной

модуляции для передачи видеосигнала в цветном телевидении нецелесооб-

разно, так как при отсутствии сигналов цветности поднесущая сохраняется,

что создает сетку помех на черно-белых участках изображения. Этот недос-

таток может быть устранен, если использовать амплитудную

модуляцию с

подавленной несущей, при которой в сигнале остаются только боковые со-

ставляющие.

Геометрически амплитудно-модулированный сигнал с подавленной не-

сущей может быть представлен как геометрическая сумма амплитуд боко-

вых составляющих, вращающихся в противоположные стороны. Если ам-

плитуды боковых составляющих одинаковы, то суммарный вектор, соответ-

ствующий амплитуде огибающей модулированного сигнала, меняется

от

минимального до максимального значения, но всегда имеет одно направле-

ние. Амплитуда огибающей сигнала на выходе модулятора равна амплитуде

модулирующего сигнала. При отсутствии последнего сигнал на выходе мо-

дулятора равен нулю, что полностью исключает помехи от поднесущей на

неокрашенных участках цветного изображения. При одинаковом размахе

высокочастотного сигнала на выходе модулятора

использование АМ с по-

давленной несущей позволяет передать вдвое большую амплитуду модули-

рующего сигнала, чем при обычной АМ. Поэтому модуляция с подавленной

несущей дает выигрыш в 6 дБ для отношения сигнал/шум.

Существуют разные методы получения амплитудно-модулированного

сигнала с подавленной несущей. В NTSC для этого применяются симмет-