Структура и свойства видеосигнала

Приближенную оценку для f _в можно получить по формуле

(1.30)

где f _к =1/Т _к – частота кадров. Выражение (1.30) выведено в предположении, что для передачи информации о распределении освещенности на двух соседних элементах изображения, один из которых освещен, а другой затемнен, достаточно одного периода верхней граничной частоты f _в спектра видеосигнала, причем положительная полуволна соответствует освещенному элементу, а отрицательная – затемненному. Такое предположение справедливо, т.к. из-за ограниченной разрешающей способности (остроты) зрения глаз не различает неравномерности распределения яркости внутри элемента изображения, если угловой размер элемента меньше d ₀. Недостаток формулы (1.30) состоит в том, что она не учитывает влияние конечного времени обратного хода строчной (t _с) и кадровой (t _к) разверток (как это не учтено и на рисунках 1.7 и 1.8). Уточненная формула для верхней граничной частоты имеет вид

(1.31)

где β =t _к /T _к – относительное время обратного хода кадровой развертки; α =t _с /T _с – относительное время обратного хода строчной развертки.

Выражения (1.30) и (1.31) справедливы для построчной и чересстрочной разверток. Двукратное сокращение полосы частот видеосигнала при переходе к чересстрочной развертке происходит за счет того, что сохранить незаметность мельканий ТВ экрана удается при двукратном уменьшении частоты кадров (мелькания экрана при чересстрочной развертке происходят с частотой полей f _п =2 f _к).

На рисунке 1.9 показана структура видеосигнала и его связь с геометрическими и яркостными характеристиками изображения. Из рисунка видно, что полное представление о структуре видеосигнала можно получить, рассматривая его в двух масштабах – в масштабе строки T _c и в масштабе кадра T _к =zT _c.

Из рисунка также видно, что видеосигнал состоит из двух компонент – информационного сигнала изображения (сигнала яркости) и служебных сигналов, к которым относятся строчные и кадровые гасящие и синхронизирующие импульсы.

 

Рисунок 1.9 – К пояснению структуры видеосигнала

Во время прямого хода кадровой развертки длительностью t _пк =(1- β)Т _к формируются активные строки. Число активных строк в кадре z _акт =(1-β)z. В каждой строке также можно выделить время прямого хода длительностью t _пс =(1-α)Т _с и время обратного хода t _c =α Т _с. Во время прямого хода в активных строках формируется сигнал изображения, содержащий информацию о распределении освещенности (яркости) вдоль текущей строки. Во время обратного хода сточной развертки передаются служебные сигналы – строчный гасящий импульс (СГИ) длительностью t _c и расположенный на его вершине строчный синхронизирующий импульс (ССИ) длительностью τ _c. Полярность видеосигнала принято считать положительной, если большим значениям яркости соответствуют большие значения сигнала, при этом гасящие и синхронизирующие импульсы отрицательны (см. рисунок 1.9).

На рисунке 1.10 представлена близкая к реальной осциллограмма видеосигнала (отрицательной полярности) с указанием уровней и длительностей для ТВ стандарта России (ГОСТ 7845-92). Из рисунка видно, что сигнал изображения (яркости) и служебные сигналы разнесены не только во времени, но и по амплитуде (т.е. по динамическому диапазону). Действительно, сигнал изображения может принимать любые значения от уровня белого (0 %) до уровня черного (65–67%), а служебные сигналы расположены в диапазоне уровней от 70% (уровень гасящих импульсов) до 100% (уровень синхроимпульсов), причем синхроимпульсы располагаются на вершинах гасящих импульсов. Разделение сигналов изображения и служебных во времени и по динамическому диапазону позволяет надежно изолировать их друг от друга и избежать взаимных помех, а также обеспечить сравнительно простое выделение синхросигнала из видеосигнала.

Рисунок 1.10 – Форма видеосигнала в масштабе строки

 

Обращаясь вновь к рисунку 1.9, видим, что после окончания прямого хода по кадру формируется кадровый гасящий импульс (КГИ) длительностью t _к, на вершине которого располагаются кадровый синхронизирующий импульс (КСИ) и ССИ, относящиеся к пассивным строкам кадра. Совмещенная последовательность строчных и кадровых синхроимпульсов называется синхросмесью (СС), которая передается в составе видеосигнала и предназначена для синхронизации блока разверток ТВ приемника. Для обеспечения устойчивости синхронизации принимаются специальные меры, приводящие к существенному усложнению синхросмеси в окрестности КСИ, причем наибольшее усложнение имеет место при чересстрочной развертке (см. рисунок 1.11).

Усложнение состоит во введении уравнивающих импульсов и врезок в кадровом синхроимпульсе, идущих с двойной строчной частотой. В результате форма синхросмеси в окрестности КСИ оказывается совершенно одинаковой для четных и нечетных полей, хотя передний фронт КСИ в четных и нечетных полях сдвинут по отношению к ССИ на полстроки. Выделение КСИ из синхросмеси в ТВ приемнике осуществляется с помощью интегрирующей цепи, на выходе которой форма КСИ (см. рисунок 1.12) за счет уравнивающих импульсов не зависит от номера поля (полукадра), что приводит к высокому качеству чересстрочного разложения и обеспечивает максимальную четкость изображения по вертикали.

Рисунок 1.11 – К пояснению структуры синхросмеси

 

Рисунок 1.12 – Назначение уравнивающих импульсов