Лабораторная работа № 2 Изучение параметров видеосигнала Цель работы: исследовать форму полного телевизионного сигнала с помощью осциллографа. Лабораторное оборудование: генератор испытательных телевизионных сигналов Ласпи ТТ-03, телевизионный приемник SONY KV-21V5K, цифровой осциллограф Актаком АСК-2205. Краткие теоретические сведения Для упрощения процесса ознакомления целесообразно рассмотреть сначала структуру телевизионного сигнала во временном интервале, где отсутствуют кадровые гасящие импульсы (КГИ). Форма полного телевизионного сигнала, соответствующего одному периоду строчной развертки Тz, представлена на рисунке 2.1. Рисунок 2.1 – Форма полного телевизионного сигнала положительной полярности в строчном интервале Изм. Лист Разраб. № докум. Утв. Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Гарматов В.Ю Ре-Семенов В.В. ализация Н.контр. задачи Провер. Подпись Изучение параметров видеосигнала Лит. Лист Листов 26 37 ИКТС-Tb31 В интервале времени Тz1, соответствующем прямому ходу строчной развертки, передается видеосигнал, представляющий собой совокупность электрических импульсов, пропорциональных яркости передаваемых элементов изображения. Уровень видеосигнала, соответствующий минимальному значению яркости, называется уровнем черного, а уровень, соответствующий максимальному значению яркости, – уровнем белого. Между этими уровнями располагаются все остальные значения видеосигнала, соответствующие промежуточным значениям яркости. Свет по своей природе униполярен, так как яркость не может быть отрицательной величиной. Видеосигнал, являясь величиной, пропорциональной яркости изображения, также униполярен, т.е. изменяется в одну сторону от нулевого значения и, следовательно, имеет «постоянную» составляющую, пропорциональную средней яркости передаваемого изображения. Если уровню белого соответствует максимальное значение сигнала, а уровню черного – минимальное, то полярность такого сигнала называется положительной, а сигнал – позитивным. В обратном случае видеосигнал имеет отрицательную полярность и является негативным. Величина полного телевизионного сигнала определяется его размахом, т.е. разностью между максимальным и минимальным значениями напряжения (Umax), и выражается в вольтах. Чтобы обратные ходы разверток не были заметны на изображении, необходимо яркость в это время сделать минимальной. Для этой цели в видеосигнал во время обратного хода строчной и кадровой разверток вводятся специальные строчные гасящие импульcы (СГИ) и КГИ, длительность которых соответствует длительности обратных ходов строчной и кадровой разверток. По форме ГИ представляют собой прямоугольные импульсы. Второе назначение ГИ заключается в передаче «постоянной» составляющей телевизионного сигнала. С этой целью амплитуда СГИ меняется в соответствии с величиной напряжения «постоянной» составляющей. Строчные и кадровые синхроимпульсы (ССИ, КСИ), передаваемые по каналу связи, не должны мешать передаче видеосигнала, поэтому их располагают на Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист вершинах ГИ в так называемой области «чернее черного». Различие между ними состоит в частоте повторения и длительности: частота повторения ССИ соответствует частоте строк fz, а длительность равна 4,7 мкс, частота следования КСИ равна 50 Гц при длительности 160 мкс. В полном телевизионном сигнале за опорный принимается уровень ГИ. Он создает границу между областью передачи видеосигнала и областью передачи сигналов синхронизации. Если принять весь размах полного телевизионного сигнала Umax за 100%, то согласно стандарту амплитуда синхронизирующих импульсов (СИ) всегда должна составлять 30% от этого максимума вне зависимости от содержания изображения. Это постоянство амплитуды обеспечивает надежное их отделение от видеосигнала в телевизорах с помощью амплитудных селекторов, которые представляют собой амплитудные ограничители. Уровень белого видеосигнала при положительной полярности отстоит от максимального уровня полного телевизионного сигнала (контрольного уровня белого) на 10...15%, а между уровнем черного и уровнем ГИ располагается охранная полоса, составляющая от 0 до 7% от Umax. Охранный уровень в области белого предохраняет канал связи от перегрузок. Охранная полоса в области черного необходима для предохранения синхронизирующих импульсов от попадания импульсных помех из области видеосигнала. Структура полного телевизионного сигнала во время передачи КГИ показана на рисунке 2.2. Рисунок 2.2 – Форма полного телевизионного сигнала отрицательной полярности на кадровом интервале Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Строки кадра нумеруются последовательно числами от 1 до 625, начиная от передачи фронта КСИ в первом поле. Первым считается то поле, у которого фронты КСИ и ССИ совпадают. При чересстрочной развертке первое поле включает строки с 1 по 312 и половину 313 строки, а второе поле включает вторую половину строки 313 и строки с 314 по 625. Для исключения нарушений строчной синхронизации ССИ следует передавать и во время КГИ, и в течение КСИ. Поэтому ССИ во время передачи КСИ помещаются внутри него в виде врезок, из которых в телевизорах формируются обычные ССИ. Разделение сигналов синхронизации строк и полей (кадров) в телевизионном приемнике после отделения их с помощью амплитудного селектора с целью направления к соответствующим генераторам разверток осуществляется с помощью дифференцирующей и интегрирующей цепей. Причем дифференцирующая цепь, имеющая постоянную времени значительно меньше длительности ССИ (RдифCдиф ≪ 4,7 мкс), используется для выделения сигнала синхронизации строк, а интегрирующая цепь с постоянной времени RинтCинт ≈ 160 мкс позволяет выделять КСИ (рисунок 2.3, а). Рисунок 2.3 – Выделение КСИ с помощью интегрирующей цепи: а – принципиальная схема интегрирующей цепи; б – кривая интегрирования синхронизирующих импульсов За время действия ССИ напряжение на выходе интегрирующей цепи незначительно возрастает, а затем спадает (рисунок 2.3, б). В результате интегрирования последовательности синхронизирующих импульсов полей напряжение на вы- Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист ходе цепи достигает почти максимального значения. Следовательно, здесь разница в длительности импульсов строк и полей преобразуется в разницу их размахов (рисунок 2.3, б). При чересстрочной развертке (число строк z в кадре всегда нечетное) структуры сигнала синхронизации для первого и второго полей каждого кадра одинаковы, но имеется и различие. Оно заключается в том, что начала разверток по строкам смещены в соседних полях на 0,5 Н, где Н – условное обозначение периода строчной развертки, равное 64 мкс. По этой причине интервал между последним ССИ и началом импульса синхронизации одного поля равен 3 а для другого поля 3,5 Н.Это обусловливает и соответствующий временной сдвиг строчных врезок относительно фронта КСИ. В результате форма сигнала синхросмеси четных и нечетных полей оказывается неодинаковой. Из-за этого формы интегрированных импульсов (на выходе интегрирующей цепи) для четных и нечетных полей также будут различными. Так как порог ограничения для выделения КСИ из совокупности интегрированных импульсов постоянный (Uогр на рисунке 3.3, б), то при синхронизации кадрового генератора такими импульсами может произойти нежелательный сдвиг во времени начала обратных ходов развертки по полям. Наличие такого сдвига приведет к частичному нарушению чересстрочной развертки, которое проявляется в частичном спаривании четных и нечетных строк. Спаривание строк ухудшает качество изображения. Становится заметной строчная структура, уменьшается четкость по вертикали. Поэтому необходимо так изменить форму сигнала синхросмеси, чтобы исчезло различие между кривыми интегрирования четных и нечетных полей. Для этого перед каждым КСИ размещается передняя (lуи = 2,5Н), а после него задняя (nуи = 2,5 Н) последовательности уравнивающих импульсов, следующих с двойной строчной частотой 2fz = 31250 Гц. С такой же частотой следуют и врезки в течение интервала КСИ. Длительность как врезок, так и уравнивающих импульсов составляет 2,35 мкс. При этом приведенная на рисунке 3.2 форма полного телевизионного сигнала обеспечивает сохранение стабильной синхронизации по строкам во время следования гасящих импульсов полей. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Осциллограммы сигналов, которые формирует телетест Ласпи ТТ-03, представлены на рисунках 2.4 и 2.5. Рисунок 2.4 – Осциллограммы сигналов телетеста Ласпи ТТ-03 Рисунок 2.5 – Осциллограммы остальных сигналов телетеста Ласпи ТТ-03 На данных осциллограммах отчетливо виден принцип формирования сигналов: градации яркости, синхронизирующие и гасящие импульсы. Также очевидно что телетест формирует сигналы положительной полярности. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Ход работы Сформируем с помощью телетеста Ласпи ТТ-03 тестовые сигналы для телевизионного приемника SONY KV-21V5K и осциллографа Актаком АСК-2205. Сигнал белого поля формируется, когда все кнопки отжаты. Рисунок 2.6 – Сигнал белого поля Рисунок 2.7 – Осциллограмма сигнала белого поля Как видно из рисунка 2.7, яркость изображения пропорциональна величине сигнала. Поэтому уровень сигнала белого поля соответствует максимальному – уровню белого. Сигнал черного поля формируется при нажатии кнопок Изм. Лист № докум. Подпись Дата и ОТиВ.040000.000 ЛР . Лист Рисунок 2.8 – Сигнал черного поля Рисунок 2.9 – Осциллограмма сигнала черного поля Уровень сигнала черного поля (рисунок 2.9) минимален (соответствует уровню черного), так как яркость черного цвета минимальна. Сигнал шахматного поля формируется при нажатии кнопки . Рисунок 2.10 – Сигнал шахматного поля Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Рисунок 2.11 – Осциллограмма сигнала шахматного поля Строка сигнала шахматного поля представляет собой чередующиеся области черного и белого цвета. Поэтому осциллограмма такого сигнала (рисунок 2.11) состоит из одинаковых импульсов прямоугольной формы, причем их длительность равна расстоянию между ними, так как клетки шахматного поля имеют одинаковый размер. Вершины импульсов расположены на уровне белого, а основания – на уровне черного. Комплексный испытательный сигнал формируется при помощи кнопки . Рисунок 2.12 – Комплексный испытательный сигнал Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Рисунок 2.13 – Осциллограмма комплексного испытательного сигнала Строка комплексного испытательного сигнала представляет собой чередующиеся области черного и белого цвета. Поэтому осциллограмма такого сигнала (рисунок 2.13) состоит из импульсов прямоугольной формы, которые имеют разную длительность. Если строка приходится на горизонтальную белую полосу, то ее осциллограмма имеет вид, показанный на рисунке 2.7. Сигнал вертикальных полос градаций яркости формируется при нажатии кнопки . Рисунок 2.14 – Сигнал вертикальных полос градаций яркости Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Рисунок 2.15 – Осциллограмма сигнала вертикальных полос градаций яркости Строка сигнала вертикальных полос имеет восемь уровней яркости, что отчетливо видно на осциллограмме (рисунок 2.15). Проанализировав осциллограмму данного видеосигнала, можно выделить в ней сигнал изображения, строчные гасящие и синхроимпульсы (рисунок 2.16). Рисунок 2.16 – Форма полного телевизионного сигнала вертикальных полос Строчные синхроимпульсы располагаются на вершине гасящих. Это нужно для того, чтобы они не мешали передаче видеосигнала. Гасящие импульсы передаются во время обратного хода развертывающего луча для затемнения экрана. Их высота меняется в зависимости от постоянной составляющей сигнала. Чем она больше, тем выше амплитуда гасящих импульсов. Измерим с помощью осциллографа длительность и амплитуду основных составляющих сигнала вертикальных полос (рисунок 2.17). Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист Рисунок 2.17 – Длительность и амплитуда основных составляющих сигнала вертикальных полос Вывод. В данной работе мы получили осциллограммы различных видеосигналов, нашли на них гасящие и синхронизирующие импульсы, выяснили способ формирования черно-белого изображения, определили амплитуду и длительность основных составляющих видеосигнала. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ОТиВ.040000.000 ЛР Лист
