Быстрый поиск

Реферат: Принципы телевизионного вещания

Содержание

Введение

1. Преобразование изображаемого объекта в электрический сигнал

2. Электронные системы телевидения

3. Разделение строчных и кадровых синхроимпульсов

4. Четкость телевизионного изображения и ширина спектра телевизионного сигнала

5. Полоса частот для передачи ТВ сигнала

6. Частоты ТВ-передач

Заключение

Список литературы

Введение

телевизионный сигнал изображение электронный

Системы телевизионного вещания непрерывно совершенствовались. Сменилось несколько поколений аппаратуры телецентров и бытовой приемной телевизионной аппаратуры: от первого – лампового до последних – цифровых, выполненных на больших интегральных схемах. С переходом от поколения к поколению менялась элементная база, улучшались качество изображения и эксплуатационные характеристики, но принципы, лежащие в основе телевидения, оставались неизменными. Что же это за принципы? Попробуем их сформулировать, приняв в качестве устройства-прототипа глаз.

1. Преобразование изображаемого объекта в электрический сигнал

Первое преобразование, которое осуществляет глаз, это – преобразование трехмерных объектов в двумерное изображение на сетчатке. Для технической реализации этого преобразования потребуется оптика, с помощью которой формируется плоское изображение в фокальной плоскости. Второе преобразование – преобразование двумерного изображения в электрический сигнал. Его можно представить состоящим из двух действий: разбиения (разложения) плоского изображения на элементы и преобразования освещенности каждого элемента в электрический сигнал. Чем меньше размеры этих элементов, тем лучше качество преобразования. Данное преобразование в глазу человека осуществляется палочками и колбочками, а в телевизионной системе – передающей камерой.

Электрический сигнал от элементов изображения передается по каналу связи (зрительный нерв) в приемник (мозг), где осуществляется (по неизвестным нам законам) обратное преобразование его в образы исходных трехмерных объектов. Зрительный нерв обеспечивает одновременную передачу сигналов от каждого элемента изображения. Образно это можно представить так: каждый элемент изображения соединен с приемником отдельным проводником.

Идея одновременной передачи сигналов от всех элементов впервые была высказана Д. Кэри в 1875 г.

В передающем устройстве на плоской панели укрепляются фотоэлементы, число которых равно числу элементов разложения. Изображение объекта проецируется на эту панель. Многожильный кабель связи соединяет каждый фотоэлемент с соответствующей ему лампочкой на приемной панели – телевизионном экране. Яркость свечения каждой лампы пропорциональна освещенности фотоэлемента.

Хорошо, когда элементов мало, а если элементов сотни тысяч, то представьте, каким должен быть канал связи. Технически гораздо проще передавать электрический сигнал последовательно, переходя от одного элемента к другому. Процесс последовательного преобразования изображения в электрический сигнал принято называть разверткой изображения. Переходить от элемента к элементу можно по любому закону, например, по спирали, начиная от центра изображения. Принцип спиральной развертки изображения был предложен П.И.Бахметьевым в 1880 г. По спиральной линии перемещался фотоэлемент.

Но первой все-таки была предложена построчная развертка – в 1843 г. А. Бэном (Шотландия) в проекте фототелеграфа электрохимического типа (“Копиртелеграф”). Он предложил производить разложение изображения на элементы путем построчной его развертки и последовательно передавать сигналы от каждого элемента вдоль строк и от строки к строке. Бэн также первым высказал идею синхронизировать развертку в передатчике и в приемнике. В проекте А. Бэна оба движения (слева направо и справа налево) были рабочими, то есть осуществлялась развертка изображения во время обоих движений. В дальнейшем в телевидении стало использоваться считывание сигнала только во время прямого хода – слева направо. А во время обратного хода луч быстро перемещался на левый край изображения.

Итак, при построчной развертке изображение передается строка за строкой, начиная, например, с левого верхнего угла изображения и кончая правым нижним. При этом толщина строки равна диаметру элемента изображения.

На рисунке ниже показано двумерное изображение и электрический сигнал, соответствующий выделенной строке.

Представим, что по строке движется электронный луч, и формируется напряжение U, пропорциональное яркости изображения. Тогда при движении по выделенной строке слева направо напряжение будет изменяться так, как показано на рисунке. Сначала оно соответствует уровню светло-серого, потом – белого, далее – светло-серого, темно-серого, черного и т.д. После считывания одной строки считывается следующая строка. Для этого электронный луч должен быстро переместиться от конца первой строки к началу второй.

Сигналы от соседних строк не на много отличаются друг от друга. Из рисунка видно, что при перемещении строки вниз немного увеличатся длительности участков, соответствующих уровням белого и черного. Вид напряжения для трех соседних строк показан ниже.

Считаем, что во время обратного хода ток луча равен нулю и напряжение равно уровню черного. Показанный на рисунке процесс называется сигналом изображения или видеосигналом.

Такой сигнал после прохождения по каналу связи поступает в приемник. В приемнике он должен быть преобразован в изображение на телевизионном экране, где каждая строка должна встать на свое место. Возникает вопрос: как в этом видеосигнале определить, когда начинается строка. Мы знаем, что начало строки совпадает с окончанием обратного хода, и значит, началу строки будет соответствовать момент перехода от уровня черного к какому-либо другому уровню. Это может быть и точка А, и точка В. Какая же из них? А если таких точек много за время считывания строки? Поэтому признак “переход от уровня черного к какому-либо другому уровню” явно недостаточен. Необходим другой признак, который не может встретиться в видеосигнале. Такой признак был найден. К видеосигналу добавили специальные синхронизирующие импульсы, уровень которых “чернее черного”. Сигнал изображения вместе с синхронизирующими импульсами стал таким.

После считывания всего изображения, когда луч приходит в правый нижний угол изображения, нужно подготовиться к последующему считыванию изображения, то есть перевести луч в левый верхний угол изображения. Этот перевод луча называется обратным ходом по кадрам. За время обратного хода по кадрам нужно передавать кадровый синхронизирующий импульс. Его уровень тоже должен быть чернее черного. Чтобы отличить его от строчного синхронизирующего импульса, его берут большей длительности.

2. Электронные системы телевидения

Первая полностью электронная система была предложена в 1925 – 1928 годах Б.П. Грабовским.

Эта система состоит только из самых необходимых элементов (см рисунок ниже), и поэтому на ее основе легче всего пояснить принцип работы.

Рассмотрим сначала работу передающего устройства. Передающая электронно-лучевая трубка содержит электрод 1 из светочувствительного материала. На этот электрод проектируется изображение объекта. Под воздействием света из него выбиваются электроны, которые стекают на электрод 2. Чем ярче свет, тем больше выбивается электронов. Вследствие этого на светочувствительном электроде формируется потенциальный рельеф. Чем ярче освещен участок электрода, тем больше выбито электронов, тем выше потенциал этого участка. Считывание потенциального рельефа осуществляется электронным лучом, который представляет собой поток электронов. Чем выше потенциал участка, тем больше требуется электронов для выравнивания потенциала и тем больше ток в цепи светочувствительного электрода. Так яркость участка преобразуется в электрический ток.

5

2

4

3

1

Приемное устройство

Передающее устройство

Электронный луч формируется электронной пушкой, состоящей из раскаленного катода 5 и анода 4 с узким отверстием, ограничивающим диаметр луча. Фокусировка осуществляется магнитным полем, создаваемым фокусирующей катушкой.

Для построчной развертки изображения требуется обеспечить перемещение луча по горизонтали для считывания строки (строчная развертка) и по вертикали для перехода от строки к строке (кадровая развертка). Такое перемещение луча осуществляется с помощью отклоняющих пластин 3 – горизонтальных и вертикальных. На отклоняющие пластины подаются пилообразные напряжения развертки.

Так как в кадре умещается целое количество строк, то генератор кадровой развертки запускается импульсами, полученными делением частоты импульсов строчной развертки.

Передаваемый сигнал содержал сигнал изображения и строчные синхронизирующие импульсы. В приемнике строчные импульсы выделялись из принятого сигнала и запускали генератор строчной развертки, а кадровая развертка запускалась импульсами, полученными делением (по частоте) строчных импульсов. Для демонстрации работоспособности системы такое построение годилось, но для приемников широкого пользования необходима была еще и кадровая синхронизация.

Судьба системы, разработанной Б.П. Грабовским, сложилась драматично. В работе ее видели только сам разработчик и небольшой круг близких ему людей. Во время перевозки системы из Ташкента в Москву для демонстрации все стеклянные детали системы разбились.

Первую работоспособную электронную телевизионную систему с высоким качеством изображения создал В.К. Зворыкин в 1930 – 1931 гг. в США. В ней использовались более совершенные передающая трубка с накоплением заряда – иконоскоп и приемная трубка – кинескоп конструкции Зворыкина. В системе Зворыкина передавались как строчные, так и кадровые синхронизирующие импульсы. Форма их показана ниже.

3. Разделение строчных и кадровых синхроимпульсов

Для выделения импульсов синхронизации в приемнике используется амплитудный селектор, на выходе которого появляются импульсы, уровень которых чернее черного. Далее эти импульсы нужно разделить на строчные и кадровые и направить их в соответствующие каналы формирования строчной и кадровой разверток. Предложенный в начале тридцатых годов принцип разделения остался неизменным и до настоящего времени.

Для выделения строчных синхронизирующих импульсов используется дифференцирующая цепь R1C1, а для кадровых синхронизирующих импульсов – интегрирующая цепь R2C2.

RC-цепи так часто вам будут встречаться дальше в различных схемах, что стоит подробнее рассмотреть физические процессы в этих цепях.

Рассмотрим простейшую RC-цепь, состоящую из резистора R, конденсатора C и импульсного источника питания V.

В исходном состоянии напряжение источника питания равно нулю, конденсатор не заряжен, напряжение на нем тоже равно нулю. Ток через резистор не течет.

В момент времени t1 напряжение источника питания изменяется скачком и становится равным Е. Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком (по той же причине, по которой нельзя изменить скачком уровень воды в кастрюле), оно остается равным нулю, и к резистору приложена разность потенциалов Е. Возникает ток I = E/R. Этот ток заряжает конденсатор. Напряжение на конденсаторе UC возрастает. Это приводит к уменьшению разности потенциалов E - UC, приложенной к резистору и к уменьшению тока через резистор I = (E - UC)/R. Конденсатор заряжается медленнее. Поэтому напряжение на конденсаторе растет со все уменьшающейся скоростью. Рост напряжения прекратится тогда, когда ток заряда (ток через резистор) станет равным нулю. А это произойдет, когда напряжение на конденсаторе станет равным напряжению источника питания. Падение напряжения на резисторе уменьшается при этом от Е до нуля. Обратите внимание, что сумма напряжений на конденсаторе и на резисторе всегда остается равной напряжению источника питания.

В момент времени t2 напряжение источника питания скачком изменяется до нуля. К резистору прикладывается напряжение 0 – UC = -Е, так как конденсатор был заряжен до напряжения, равного Е. Через резистор потечет ток –Е/R. Знак “–” говорит о том, что направление тока изменилось. И этот ток будет разряжать конденсатор. По мере разряда конденсатора ток будет уменьшаться, и напряжение на конденсаторе будет уменьшаться медленнее. В конце концов конденсатор полностью разрядится.

В зависимости от того, с какого элемента снимается напряжение, с резистора или с конденсатора, RC-цепочка называется дифференцирующей или интегрирующей. Дифференцирующей потому, что при подаче постоянного напряжения на ее вход напряжение на выходе ( на резисторе) в установившемся режиме равно нулю. (Вспомним: производная от постоянной величины равна нулю). Интегрирующей потому, что при подаче постоянного напряжения на ее вход напряжение на выходе (на конденсаторе) начинает расти по линейному закону. (Вспомним: интеграл от постоянной величины – линейная функция).

Скорость процессов определяется постоянной времени τ = RC. Считают, что конденсатор полностью заряжается за время, равное 3τ.

А теперь вернемся к задаче разделения строчных и кадровых синхронизирующих импульсов

Структура полного телевизионного сигнала (сигнал изображения + все вспомогательные импульсы) к настоящему времени стандартизована. На строчном интервале форма полного телевизионного сигнала для черно-белого телевидения показана на рисунке. Здесь использованы следующие обозначения: СГИ – строчный гасящий импульс, ССИ – строчный синхронизирующий импульс, уровень ГИ – уровень гасящих импульсов, уровень СИ – уровень синхронизирующих импульсов. Гасящие импульсы необходимы для запирания приемной трубки на время обратного хода.