Спектр видеосигнала

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Телевидение продолжает непрерывно развиваться, и это затрагивает все части тракта телевизионного вещания, включая и телевизионные приемники. Кратко остановимся на некоторых перспективных направлениях этого развития.

Телевидение высокой четкости (ТВЧ) на цифровой основе уже сейчас получает все более широкое распространение в США и Японии. Нет сомнений, что ТВЧ скоро придет во все развитые страны мира. Возможности для этого заложены в стандарте MPEG-2. Достоинства новых форматов телевизионной развертки не только в повышении качества воспроизведения традиционных телевизионных программ (фильмов, репортажей и т.д.), но и в возможности отображения на телевизионном экране значительно больших объемов текстовой и графической информации.

Передача видеосигнала ТВЧ на дальние расстояния (от вещательной станции до приёмника конечного пользователя) осуществляется, как правило, в сжатом цифровом виде. Сжатие видео на порядки снижает требования к ширине канала передачи (с 1,485 Гбит/с до 8--25 Мбит/с), при этом качество изображения остаётся приемлемым. Для кодирования видеосигнала в ТВЧ наиболее часто используются форматы MPEG-2 и MPEG-4/AVC. Для передачи сигнала ТВЧ в основном используются технологии цифрового телевещания (DVB), в том числе: цифровое спутниковое телевидение (DVB-S, DVB-S2); цифровое кабельное телевидение (DVB-C, DVB-C2); цифровое эфирное телевидение (DVB-T, DVB-T2). Так как вещание ТВЧ в настоящее время осуществляется в цифровом виде, то для передачи контента годится практически любой цифровой канал с достаточным уровнем качества (QoS), то есть достаточной ширины (15--25 Мбит/с для MPEG-2 или 8--12 Мбит/с для MPEG-4 -- в зависимости от степени сжатия) и гарантирующий определённый приемлемый уровень задержки сигнала (1--10 с, в зависимости от размера буфера приёмного устройства и требований к задержке сигнала).

Стереотелевидение - это не предел. В принципе, возможно создание многоракурсного телевидения, в котором наблюдаемое зрителем изображение зависит от его положения перед экраном. В такой системе требуется передавать уже не два, а существенно больше различных изображений. Приемник должен иметь средства контроля положения зрителя перед экраном и соответствующего формирования изображения из полученной по вещательному каналу информации. Первые шаги в этом направлении сделаны в MPEG-4, где изображение получается из отдельных видеообъектов, каждым из которых можно манипулировать.

Для решения задач, как правило, недостаточно формальных знаний математического аппарата, описывающего те или иные процессы в технике телевидения, так как в различных источниках даются различные подходы к их решению. Различные подходы могут приводить к появлению значительных расхождений, что в результате может привести к существенным ошибкам. В ряде случаев необходимо знание специальных методов, приемов, общих для решения определенных групп задач, умение работать со справочными материалами и ориентироваться в разнообразных справочниках, как отечественных, так и зарубежных.

Для успешного выполнения практических заданий необходимо изучить по рекомендуемой литературе разделы, касающиеся проектирования систем цифрового телевидения, в особенности методические указания к самостоятельной работе бакалавра под руководством преподавателя.

1. Развертка растра, спектр видеосигнала, получение частот строк и кадров

Цель: изучение формирование растра, спектра видеосигнала, а также формирование частоты строк и кадров.

1.1 Теоретические и методические рекомендации

синхрогенератор спектр видеосигнал

1.1.1 Чересстрочный растр

При построении чересстрочного растра общее число строк в кадре z должно быть нечетным, т.е. , где м - целое число. Одно поле растра содержит число строк . За время прямого хода развертки по кадрам (по вертикали в одном поле) развертывается активное число строк. За время обратного хода по кадрам (по вертикали) развертывается целое число строк . Таким образом . При построении растра во время обратного хода по вертикали сканирующий элемент (СЭ) движется снизу вверх, длительности прямого и обратного ходов по строкам и  сохраняются такими же, как во время прямого хода СЭ по вертикали.

1.1.2 Скорость движения электронного луча на экране кинескопа

Обозначим скорость движения электронного луча на экране кинескопа во время его прямого хода по строке и  - во время его обратного хода по строке, I - длина строки на экране, и  - длительности прямого и обратного ходов по строке.

Имеем:

 , (1)

. (2)

1.1.3 Микроструктура спектра видеосигнала

На рисунке 1 показана микроструктура спектра видеосигнала. Здесь fz - частота строк, n - номер гармоники частоты строк. Частота такой гармоники:

,

. (3)

При четных значениях n частота  является четной гармоникой частоты кадров , так как , где z - число строк в кадре (z - нечетное число). Если - нечетное число, то  - то же нечетное число (произведения нечетных чисел есть нечетные число). При нечетных значениях n частота  является нечетной гормонической частоты кадров . Четные гармоники  являются гармониками частоты полей  (четными или нечетными) и поэтому четные гармоники  складываются с гармониками частоты полей, и амплитуда суммы этих гармоник больше, чем у соседних нечетных гармоник . Четные гармоники  складываются с соседними четными гармониками частоты кадров и амплитуды этой суммы больше, чем у соседних нечетных гармоник . Поэтому спектральные составляющие, являющиеся четными гармониками , будем обозначать двумя чертами сверху, а нечетные гармоники - одной чертой сверху. На рисунке 1 показан участок спектра видеосигнала при  и при .

Рисунок 1- Участок спектра видеосигнала.

1.1.4 Число строк в кадре

Число строк в кадре z при чересстрочной развертке должно быть нечетным, т.е.:

 . (4)

Для системы телевидения на 625 строк в кадре:

. (5)

Число строк в одном поле развертке . Во время прямого хода по кадрам в одном поле развертывается активное число строк . За время обратного хода по кадрам (по вертикали) в одном поле развертывается активное число строк . Осюда следует:

, (6)

.

1.1.5 Ширина спектра видеосигнала

Максимальная частота спектра видеосигнала определяется (при одинаковой разрешающей способности сканирующего элемента по горизонтали и по вертикали, имеющего сечение в виде круга или квадрата) по формуле:

, (7)

где  - формат кадра;

l - ширина изображения;

h - высота изображения; 

z - число строк в кадре;

- частота кадров, Гц;

б - относительная длительность строчного обратного хода.

Активное число строк в кадре:

, (8)

где - число строк, развертываемых в кадре во время обратного хода по вертикали.

Здесь в - относительная длительность обратного хода по вертикали (в течение двух полей):

 . (9)

В стандарте [10]  строк при  строк, т.е.

. (10)

1.1.6 Угол охвата экрана зрением наблюдателя

Обозначим высоту экрана телевизора буквой h,ширину экрана - l, расстояние от глаз наблюдателя до экрана (расстояние наблюдения) - d, относительное расстояние наблюдения - с, формат кадров - К.

Тогда:

, (11)

. (12)

Пусть б и в - углы охвата зрением наблюдателя соответственно ширины и высоты экрана.

Имеем:

, (13)

. (14)

1.1.7 Деление частоты в синхрогенераторе

На рисунке 2 представлена схема делителя частоты в М раз, состоящая из бинарных делителей с обратным связями (ОС). Бинарный делитель без ОС делит частоту в 2 раза. Таким образом, пять последовательно включенных бинарных делителей делят частоту в  раза. При наличии ОС коэффициенты деления частоты:

Рисунок 2 - Структурная схема бинарного делителя частоты (К = 20)

, (15)

где n - число каскадов в делителе;

N - число ОС ;

ai - номера каскадов, на которые подаются напряжения ОС;

bi - номер каскада с выхода которого берется напряжения ОС.

Для делителя на рисунке 2 справедливы следующие значения:  Используя формулу (15) , для этого делителя получаем:

Размещено на Allbest.ru