Спектральный состав телевизионного сигнала

⇐ ПредыдущаяСтр 23 из 59Следующая ⇒

Характерной особенностью телевизионного сигнала является широкий диапазон частот, занимаемый видеосигналом. Спектр частот видеосигнала ∆ f определяется разностью между верхней f_В и нижней f_н граничными частотами:

∆ f = f_B - f_H.

Нижняя граничная частота видеосигнала соответствует передаче неподвижного изображения, имеющего минимальное число изменений яркости. Наиболее простым является неподвижное изображение, состоящее из двух деталей разной яркости, имеющих горизонтальную границу раздела. Такое изображение имеет одно изменение яркости при передаче одного кадра изображения. При чересстрочной развертке за нижнюю границу спектра f_H следует принять частоту, равную числу полей, передаваемых в секунду, т.е. f_H = 50 Гц. Эта нижняя граница спектра сохраняется и при передаче любого сложного изображения, что объясняется условиями покадровой передачи изображения.

Верхняя частота спектра образуется при передаче максимально сложного изображения. Из анализа условий передачи наиболее сложного с точки зрения детальности телевизионного изображения следует, что верхняя частота спектра f_B определяется выражением:

f_B ≈ 0, 5k_фz²f_к,

где k_ф - формат телевизионного изображения, равный 1, 33; z - число строк разложения, равное 625; f_K - частота смены кадров, равная 25 Гц при чересстрочной развертке. Расчет, выполненный по вышеуказанному соотношению, показывает, что f_B ≈ 6, 25 МГц. Верхняя частота определяет степень воспроизведения контуров мелких деталей телевизионного изображения. Это объясняется тем, что в горизонтальном направлении телевизионное изображение не имеет дискретной структуры. Поэтому горизонтальный размер элемента изображения определяется длительностью его передачи τ _эл, которая обратно пропорциональна верхней граничной частоте спектра телевизионного сигнала f_B, т.е. f_B = 1/2τ _эл. С увеличением верхней частоты спектра длительность элемента уменьшается, а горизонтальная четкость увеличивается. Следовательно, четкость изображения по горизонтали определяется полосой пропускания телевизионной системы, которая практически соответствует верхней граничной частоте спектра f_B, так как f_H ≈ f_B.

Рис. 6.4. Структура линейчатого спектра телевизионного сигнала

По аналогии с вертикальным разрешением горизонтальная четкость часто оценивается числом воспроизводимых телевизионных линий (твл) или элементов (отсчетов).

Поскольку полоса частот, занимаемая спектром телевизионного сигнала, прямо пропорциональна числу передаваемых в секунду кадров, то применение чересстрочной развертки позволяет сократить эту полосу фактически в два раза.

Кроме основного спектра телевизионного сигнала, распространяющегося от 50 Гц до примерно 6, 25 МГц, имеется еще небольшой участок в границах от 0 до 2...3 Гц. Этот участок спектра соответствует так называемой «постоянной» составляющей телевизионного сигнала, которая пропорциональна изменениям средней яркости телевизионного изображения. Например, при длительной передаче изображения испытательной таблицы средняя яркость не меняется, поэтому частота сигнала «постоянной» составляющей равна нулю. Однако во многих случаях, особенно при передаче кинофильмов по телевидению, средняя яркость телевизионного изображения меняется практически с частотой 2...3 Гц. Непосредственная передача сигнала «постоянной» составляющей в телевизионной системе не представляется возможной, так как многокаскадные видеоусилители не пропускают электрические сигналы с частотами, близкими к нулю. Поэтому в телевизионной аппаратуре передача «постоянной» составляющей осуществляется косвенным путем, с помощью амплитудной модуляции (AM) СГИ ее спектр оказывается перенесенным в область основного спектра телевизионного сигнала. Затем сигнал «постоянной» составляющей усиливается и передается совместно с основным телевизионным сигналом.

Телевизионный сигнал при передаче неподвижного изображения является периодическим. Его спектр имеет линейчатый дискретный характер и состоит из частоты полей f_п и ее гармоник, частоты строк f_z и ее гармоник, а также боковых компонент, расположенных по обе стороны от каждой из гармоник частоты строк (рис. 6.4). Текущее значение частоты спектральных составляющих телевизион-' ного сигнала (f_T) можно представить в виде выражения

f_т=k_нf_z±m_нf_п,

где k_н и m_н принимают целые значения 0, 1, 2, 3. Составляющие k_нf_z (гармоники строчной частоты) образуют первичный спектр телевизионного сигнала или основные частоты. Амплитуды основных спектральных составляющих с ростом частоты убывают по экспоненциальному закону. Около каждой из основных частот спектра группируются боковые составляющие, обусловленные кадровой разверткой и движением деталей изображения. Они образуют вторичный спектр с частотами m_нf_п, кратными частоте кадровой развертки.

Амплитуды составляющих вторичного спектра также убывают по экспоненциальному закону. Соотношение между амплитудами составляющих первичного и вторичного спектров зависит от вида изображения и расположения его относительно растра. Практически отношение максимума энергии к минимуму в спектре видеосигнала в зависимости от содержания изображения составляет величину от 2 до 35 дБ.

Если в изображении имеются преимущественно вертикальные линии или полосы, перпендикулярные горизонтальной оси, практически вся энергия будет сосредоточена в составляющих первичного спектра с частотами k_нf_z. В целом основная энергия видеосигнала сосредоточена около гармоник f_z и образует дискретные зоны энергии, несущие информацию о передаваемом изображении.

При передаче подвижных изображений дискретная структура каждого из участков спектра, расположенного по обе стороны от гармоник строчной частоты, нарушается, и указанные участки приобретают сплошной непрерывный характер. Однако скорость смены кадров в телевизионной системе значительно превосходит скорость движения объектов в телевизионных изображениях, поэтому незаполненные промежутки в спектре сохраняются, а структура спектра по-прежнему остается почти периодической.

Такая структура спектра в принципе позволяет совместить два и более аналогичных сигналов. Нетрудно представить, что если второй телевизионный сигнал имеет такой же дискретный спектр, но его отдельные участки по частоте размещены в промежутках первого, то оба сигнала можно передать в одном канале связи и затем вновь разделить. Это свойство спектра видеосигналов использовано в цветном телевидении.

⇐ Предыдущая 18 19 20 21 222324 25 26 27 Следующая ⇒