Ėlektroakustika a televize. TV norma ... Petr Česák, studijní skupina 205

Transkript

1 Ėlektroakustika a televize TV norma Petr Česák, studijní skupina 205 Letní semestr 2000/200

2 . TV norma Úkol měření Seznamte se podrobně s průběhem úplného televizního signálu obrazového černobílého signálu, zejména s prokládaným řádkováním, synchronizační směsí a časovými charakteristikami. Dále si prohlédněte průběhy testovacích signálů z televizního generátoru. Seznam přístrojů TV generátor BM 56, osciloskop, výběr TV řádků TR-853, anténa, ČB monitor TESLA Schéma zapojení Úlohy. Tvar TV signálu sledujte jednak v příloze, jednak na osciloskopu. Všímejte si zejména tvaru vertikálních zatemňovacích impulsů, dob trvání významných úseků televizního signálu a rozdílů mezi lichým a sudým půlsnímkem. 2. Ze stínítka osciloskopu si obkreslete tvary průběhů TV signálu jednotlivých testovacích obrazců z TV generátoru. Vysvětlete význam těchto testů pro televizní techniku Petr Česák 205

3 Úvod Souhrn všech hodnot, které určují úplný vysokofrekvenční televizní signál, stejně jako rozložení těchto signálů v kmitočtovém spektru rádiových vln předepisuje televizní norma, která určuje základní podmínky potřebné pro návrh televizního zařízení. Norma pro televizní signál předepisuje tyto základní parametry: Obr.: Podstata prokládaného řádkování Počet snímků přenesených za sekundu Ns=25 neboli snímkový kmitočet f s =25Hz. Při této hodnotě se dosáhne spojitosti pohybu, ale obraz bliká a unavuje zrak. Kdyby se zvýšil snímkový kmitočet, např. na dvojnásobek, blikání by zmizelo, ale k přenosu obrazového signálu by byla potřebná větší šířka. kmitočtového pásma, poněvadž by se v daném časovém intervalu přenášelo více údajů. Potřeba širšího kmitočtového pásma je ovšem nežádoucí. Proto se blikání neodstraňuje zvýšeným snímkovým kmitočtem, nýbrž se zavádí tzv. prokládané řádkování (obr.), při kterém se přenášejí nejdříve liché řádky snímku a pak řádky sudé. Každý snímek se tedy přenáší postupně jako dva půlsnímky. Tím se odstraní blikání obrazu, aniž by se zvětšila potřebná šířka pásma. přenášených kmitočtů. Půlsnímkový kmitočet f ps =50Hz. Podle kinematografie je poměr šířky a výšky obdélníkového televizního obrazu stanoven na š/v=4/3. Obraz se rozkládá na n=625 řádků prokládaným způsobem. Členění obrazu na 625 řádků představuje rozumný kompromis mezi jakostí obrazu a nároky na. technické za.řízení. Poněvadž bod obrazu má šířku rovnou výšce řádku, obsahuje jeden snímek body s celkovým počtem N š = n v 2 = Při snímkovém kmitočtu f s = 25 Hz se tedy za sekundu přenese Nf s = x25=3 miliónů bodů. V krajním případě se může pravidelně střídat bílý bod s černým, takže dvěma sousedním bodům odpovídá jedna perioda obrazového signálu. Podle toho maximální kmitočet obrazového signálu u normy je asi 6,5 MHz. Nebo obecně f max = N 2 f š = n 2 v 2 s f s Řádkový kmitočet, tj. počet řádků za sekundu, je dán součinem počtu řádků ve snímku a počtu snímků přenesených za sekundu. Petr Česák 205 2

4 f ř = nf s = = 5625Hz Impulsové signály s řádkovým a půlsnímkovým kmitočtem tvoří základ tzv. synchronizační směsi. Vyrábějí se především v synchronizátoru. Oba signály lze získat dělením kmitočtu základního signálu s kmitočtem 3 250Hz 3250 f ř, f 2 = ps 3250 = Půlsnímkový kmitočet fps=50hz souhlasí s kmitočtem sítě, což je příznivé, potlačuje se rušivý vliv síťového brumu na rozkladové obvody a na jas obrazu. Zavede-li se synchronizace mezi půlsnímkovým kmitočtem a kmitočtem sítě, mluvíme o televiznírn systému spoutaném se sítí. V tomto případě jsou rušící složky v obraze nepohyblivé a neruší. Při mezinárodních televizních přenosech se však musí použít sytému odpoutaného od sítě (bez vzájemné synchronizace), poněvadž silnoproudé sítě různýchh států nejsou spolu zpravidla synchronizovány. Elektronové paprsky ve snímací elektronce a v přijímačích jsou synchronně vychylovány proudy pilového průběhu, vedenými do vychylovacích cívek. Z celkové doby řádku H = T f = = = 64 µ s ř ř 5625 se jenom po určitou aktivní část Třa=(0,8...0,82)H přenáší obrazový signál s amplitudou úměrnou jasu bodů na příslušném řádku. Po zbytek doby řádku Třz je elektronový paprsek potlačen neboli zatemněn. Během doby zatemnění řádku se přenášejí řádkové synchronizační impulsy. Pro přenos jednoho půlsnímku je vyhrazena doba V = T f ps = = = 20 ps 50 ms Pro část tohoto intervalu (max. 8%) jsou mezi jednotlivými půlsnímky elektronové stopy zatemněny a přenášejí se pulsnímkové synchronizační impulsy. Zatemněním elektronové stopy mezi jednotlivými půlsnímky na dobu delší, než je potřebná ke zpětnému běhu elektronového paprsku, se v každém půlsnímku nevyužije 25řádků, takže aktivní počet řádků snímku je jen n s =575. Úplný televizní obrazový signál, jak zatím vidíme, obsahuje kromě vlastního obrazového signálu impulsy synchronizační (řádkové a půlsnímkové) a impulsy zatemňovací, rovněž řádkové a půlsnímkové. Aby bylo možné tyto dílčí složky z úplného obrazového signálu (videosignálu) oddělit, jsou jim přiděleny různé intervaly poměrných amplitud. Vysokofrekvenční nosná vlna obrazu se úplným obrazovým signálem moduluje amplitudově. Tato modulace může být pozitivní nebo negativní. Při pozitivní modulaci přírůstek jasu přenášeného obrazu zvětší vysílanou energii. Při negativní modulaci naopak většímu jasu odpovídá menší vysokofrekvenční energie. U nás platná norma (stejně jako většina ostatních norem) předepisuje modulaci negativní. Petr Česák 205 3

5 Obr.2: Časový průběh vysokofrekvenčního napětí na vysílací anténě televizního vysílače s negativní modulací v intervalu mezi dvěma řádkovými synchronizačními impulsy Časový průběh videosignálu neboli obalové křivky vysokofrekvenčního napětí na vysílací anténě televizního vysílače s negativní modulací v intervalu mezi dvěma, řádkovými synchronizačními impulsy je vyznačen na obr.2. Rozpětí amplitud 0 až 72% vrcholové amplitudy je normou vyhrazeno pro přenos vlastního obrazového signálu. Přitom 0% největší amplitudy odpovídá největšímu jasu (úroveň bílé), kdežto 72% největší amplitudy odpovídá nejmenšímu jasu (úroveň černé). Zatemňovacím impulsům odpovídá 75% vrcholové amplitudy. Řádkové zatemňovací impulsy mají šířku rovnou 8%H (tj.,52µs) a začínají v době %H (tj.0,64µs) před synchronizačními impulsy. Pro synchronizační impulsy je vymezeno rozpětí amplitud vysokofrekvenčního napětí od 75 do 00%. Řádkové synchronizační impulsy mají šířku rovnou 9%H. Na přechodu mezi jednotlivými půlsnímky, když se elektronový paprsek vrací z dolního okraje obrazovky na okraj horní, se vysílají půlsnímkové impulsy a impulsy vyrovnávací. Časový průběh amplitudy vysokofrekvenčního napětí televizního signálu při přechodu mezi půlsnímky je vyznačen na obr.3. Půlsnímkový zatemňovací impuls má šířku 25H s přípustnou tolerancí 23 až 3H.Během tohoto intervalu se nejprve přenáší pět vyrovnávacích impulsů Se šířkou 4,5%H v odstupu 0,5H, a tedy R opakovacím kmitočtem 3 250Hz. Potom následuje půlsnímkový Petr Česák 205 4

6 Obr.3: Průběh amplitudy vysokofrekvenčního napětí úplného televizního signálu: a) při přechodu z lichého na sudý pulsnímek b) při přechodu ze sudého na lichý půlsnímek synchronizační impuls se šířkou 2,5H. Půlsnímkový synchronizační impuls je rozdělen mezerami zvanými udržovací impulsy na pět dílčích impulsů sířky asi 4%H.Udržovací impulsy mají šířku asi 9%H a opakovací kmitočet stejný jako vyrovnávací impulsy, tj. 3250Hz. Za půlsnímkovým synchronizačním impulsem následuje dalších pět vyrovnávacích impulsů. Po nich už nastupují běžné řádkové synchronizační impulsy. Asi prvních 7 těchto řádkových impulsů je ještě podloženo půlsnímkovým zatemňovacím impulsem, takže nejsou pro přenos snímku využity.často se však těchto řádků využívá k přenosu různých měřicích signálů určených ke kontrole jakosti přenosu, k porovnání úrovně bílé, k přenosu kódů pro označení studia nebo pro samočinné přepínání televizních sítí. Udržovací impulsy, které rozdělují půlsnímkové synchronizační impulsy, jsou nutné proto, aby se stále během dlouhého půlsnímkového synchronizačního impulsu udržel časový průběh, ze kterého se v přijímačích pomocí derivačních obvodů odvozují tzv. jehlové impulsy pro synchronizaci řádkových rozkladových generátorů. Stejný význam mají také vyrovnávací impulsy, během kterých se normalizuje (vyrovnává) střední úroveň signálu, takže se bez zřetele na. předcházející obrazový signál nastaví základní úroveň napětí, od které se integračním obvodem přijímače začne z půlsnímkového synchronizačního impulsu vytvářet signál pro ovládání snímkového rozkladového generátoru. To je důležité k dosažení přesného prokládání řádků lichých a sudých půlsnímků. Petr Česák 205 5

7 Obr.4: Uspořádání kmitočtového spektra televizních vysíláčů Udržovací a vyrovnávací impulsy musí mít odstup 0,5H proto, aby podle požadavku prokládaného řádkování mohly začínat půlsnímkové synchronizační impulsy lichých půlsnímků na začátku řádku, kdežto synchronizační impulsy sudých půlsnímků uprostřed řádku (viz obr.). Proto je časový interval mezi synchronizačním impulsem posledního aktivního řádku lichého půlsnímku a začátkem sudého půlsnímku roven 3,5H(viz obr.3a), kdežto při přechodu ze sudého půlsnímku na lichý činí tento interval pouze 3H(obr.3b). Řádkové rozkladové obvody jsou synchronizovány střídavě buď lichými nebo sudými udržovacími a vyrovnávacími impulsy. Televizní norma dále určuje uspořádání kmitočtového spektra televizních vysílačů. Protože nejvyšší obrazový kmitočet je značný (teoreticky 6,5MHz), bylo by třeba pro televizní vysílač s obyčejnou amplitudovou modulací vyhradit neúnosně široké pásmo kmitočtů (více než 3MHz). Proto se používá přenos signálu s částečně potlačeným dolním postranním pásmem. Uspořádání kmitočtového spektra televizního vysílače je patrné z obr.4. Pro úplný televizní signál se zvukovým doprovodem (tzv. televizní kanál) je vyhrazeno kmitočtové pásmo šířky 8MHz. Nosný kmitočet zvuku je o 6,5MHz vyšší než nosný kmitočet obrazu. Nosná vlna zvuku se zvukovým signálem moduluje kmitočtově s největším zdvihem +50kHz. Přitom se pro získání většího odstupu signálu od šumu ve vysílači zdůrazňují vyšší kmitočty obvodem s časovou konstantou 50µs což znamená, že kmitočty okolo 2kHz jsou již asi o 3dB zdůrazněny a že zesílení je na každou další oktávu zvětšeno přibližně o 6dB. Zbývá ještě umístění televizních kanálů v kmitočtovém spektru rádiových vln. Především je třeba dodržet podmínku, že při amplitudové modulaci musí být nosný kmitočet alespoň pětkrát vyšší než kmitočet modulační. Podle toho je při modulačním kmitočtu 6 MHz spodní hranice nosného kmitočtu. na kterém může být umístěn televizní kanál, asi 30 MHz. Jinak je rozmístění jednotlivých kanálů otázkou mezinárodní dohody. Petr Česák 205 6

8 Měření Průběh signálu řádek Vlastnost Měřeno Norma Napěťové úrovně (0-,5),(,5-2V)V (0-0,3),(0,35-V)V Délka zatemňovací impulsu 3µs (,8-2,3)µs Doba před synch. imp.,8µs (,3-,8)µs Délka spouštěcího impulsu 5µs ( )µs Délka řádku 65µs 64µs Napětí na katodě obrazovky(za videozesilovačem) Závěr Srovnáme-li naměřené hodnoty z televizního signálu (řádku) s TV normou zjistíme, že některé hodnoty nesplňují normou definované hodnoty (včetně napěťové úrovně signálu). Avšak vzhledem k tomu, že jsme mohli nepřesně odečítat časové údaje, mohou být námi odečtené hodnoty odlišné od skutečných tedy mohou splňovat normu. Změřili jsme průběh napětí na katodě obrazovky(za videozesilovačem). Zatemňovací impuls měl velikost 45V. Velikost napětí zobrazovaného signálu bylo 45V. Tedy na katodě se napětí měnilo v rozsahu 90V. Literatura [] Vít V.: Základy televizní techniky, SNTL Praha 987 [2] J. Vackář L.Marvánek: Radioelektronická zařízení, SNTL Praha 982 Petr Česák 205 7