Телевизионные (вещательные) системы

Первопроходцами в создании телевидения считаются профессор Петербургского технологического института Б.Л. Розинг и его ученик В.К. Зворыкин, создавший кинескоп – приемную телевизионную трубку (1929 г), иконоскоп (1931 г.) – передающую телевизионную трубку и разработал комплекс аппаратуры электронного телевидения. Во всем мире признан как «отец телевидения».

Принцип действия всех современных телевизионных систем основан на последовательном построчном разложении изображения на самые мелкие элементы (пикселы, от англ. pixel – элемент картины) и передачи о них информации. Процесс построчного преобразования яркости (и цветности в цветном телевидении) элементов изображения в электрическое напряжение – видеосигнал – называют растровой (от лат. rastrum – грабли) разверткой. При такой развертке вся площадь одного образца изображения (кадра) просматривается по двум взаимно перпендикулярным направлениям – с достаточно высокой скоростью по горизонтали (строчная развертка) и более медленной по вертикали (кадровая развертка).

8.5. Системы черно-белого телевидения.

Структурная схема черно-белого телевизионного передающего устройства без канала звукового сопровождения приведена на рис. 8.4. В передающем устройстве телевизионный сигнал формируется передающей трубкой Для построчной и кадровой развертки изображения на передающую трубку поступают два пилообразных напряжения от генераторов строчной и кадровой разверток.

Пилообразное напряжение строчной развертки отклоняет электронный луч передающей трубки по горизонтали (по строке), а пилообразное напряжение кадровой развертки осуществляет его быстрое перемещение сверху вниз (по кадру). При совместной работе обоих генераторов луч перемещается (сканирует) по экрану слева направо, прочерчивая строки изображения, а когда прочерчена последняя строка, луч скачком возвращается к началу нового кадра

. Поскольку каждая передаваемая строка должна вызывать синхронное свечение той же строки на экране телевизионного приемника, в генераторах строчных и кадровых синхроимпульсов передатчика формируются и вместе с сигналом изображения передаются прямоугольные импульсы строчной и кадровой синхронизации—синхроимпульсы (СИ). Они подаются на видеоусилитель (усилитель видеосигнала) передающего устройства, а также синхронизируют генераторы строчной и кадровой разверток соответственно.

Кроме того, для гашения луча в передающей трубке при возврате его из конца одной строки к началу другой, а также при смене кадров изображения генерируются строчные и кадровые гасящие импульсы. Синхронизирующие и гасящие импульсы должны быть согласованы по времени и поэтому они вырабатываются из колебания одного высокостабильного по частоте задающего генератора. В результате в телевизионном передающем устройстве формируется так называемый полный телевизионный сигнал (Рис. 8.5)

Практически во всех телевизионных системах видеосигнал подается на катод приемной трубки (кинескопа). Вследствие этого более темным участкам изображения должен соответствовать видеосигнал с более высоким потенциалом – уровень «черного», при котором кинескоп полностью закрыт и экран не светится. Нижней штриховой линии соответствует потенциал, называемый уровень «белого», при котором свечение экрана практически максимально. Между названным уровнями возможно размещение потенциалов видеосигнала (1), который будет передаваться без заметных искажений. Все вспомогательные сигналы располагаются в области потенциалов выше уровня «черного». Здесь размещены гасящие строчные (2) и кадровые (3) импульсы, на пьедесталах которых находятся соответственно строчные (4) и кадровые (5) синхроимпульсы. В телевизионных приемниках указанные импульсы отделяются от остального сигнала и используются для запуска разверток и гашения лучей. Представленная картина усложняется тем, что строчные синхроимпульсы передаются и во время действия кадровых импульсов. Кроме того, используются и другие вспомогательные сигналы: так называемые импульсы врезки (6) и уравнивающие импульсы, (на рисунке не показаны).

После модуляции и усиления полученный телевизионный радиосигнал либо излучается в свободное пространство, либо направляется по специальным линиям связи к телеприемникам. Звуковой сигнал передающей системы в принципе аналогичен устройству симплексной системы связи. В современных аналоговых телевизионных системах традиционно применяется амплитудная модуляция несущего колебания сигналами изображения и частотная модуляция звуковым сигналом.

Частота смены кадров в телевидении принята 25 Гц (в кино 24 Гц). Однако экран телеприемников такой системы с данной частотой смены кадров сильно мерцает и утомляет глаз человека, поэтому в реальных устройствах используют чересстрочную развертку. При этом луч сначала прочерчивает все нечетные строки, а затем – все четные строки изображения. В результате частота смены строк в кадре удваивается и эффект мерцания экрана существенно уменьшается.

В телевизионном приемном устройстве (рис.8.6) осуществляется обратный процесс преобразования принятого антенной радиосигнала в яркость изображения на экране телевизионной трубки. Модулированное электромагнитное колебание, преобразованное приемной антенной в телевизионный сигнал, поступает в селектор каналов с преобразователем частоты, с помощью которого телезритель подключает нужный канал передающей станции. В селекторе каналов также производится усиление общим усилителем радиочастоты и преобразование несущих частот сигналов изображения и звука. Затем сигналы изображения и звука вместе усиливаются в УПЧ изображения. Сигнал изображения детектируется в видеодетекторе. Здесь же происходит разделение сигналов изображения и

звука. Затем сигнал изображения усиливается в видеоусилителе и подается на кинескоп (телевизионную трубку). Промежуточная частота звукового сигнала усиливается в УПЧ звука и, после детектирования в детекторе звука и усиления в усилителе звука, подается в громкоговоритель (Гр).

Синхронность разверток электронных лучей приемника и передатчика телевизионной системы обеспечивается синхроимпульсами, которые выделяются селектором синхроимпульсов из полученного видеосигнала. Эти импульсы подаются на генераторы строчной и кадровой разверток, которые управляют перемещением электронного луча кинескопа по строкам и кадрам соответственно.

Общие параметры и характеристики систем черно-белого телевидения следующие: частота смены кадров F_к = 25 Гц; частота смены полей (развертка чересстрочная ) 50 Гц; число строк в кадре Z = 625; частота следования строк F_с = F_к Z = 25۰625 = 15 625 Гц; число элементов разложения в одном кадре n ≈ 521000; длительность развертки одной строки вместе с обратным ходом равна 64 мкс; длительность развертки одного кадра вместе с обратным ходом 0,04 с; ширина полосы частот сигнала изображения составляет около 6,5 МГц. Ширина полосы частот видеосигнала совместно с полосой звуковых частот равна 8 МГц.