TV norma

..
..
..
..
..
9.4.2001
Elektroakustika a televize
TV norma
.
.
.
.
.
.
Petr Česák, studijní skupina 205
Letní semestr 2000/2001
.
.
.
.
..
..
..
..
..
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 516, osciloskop, výběr TV řádků TR-1853, anténa, ČB monitor
TESLA
Schéma zapojení
Úlohy
1. 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
1
9.4.2001
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.1: Podstata prokládaného řádkování
Počet snímků přenesených za sekundu Ns=25 neboli snímkový kmitočet fs=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.1), 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 fps=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 2 4
n = 625 2 ≅ 520800
3
v
Při snímkovém kmitočtu fs = 25 Hz se tedy za sekundu přenese Nfs=520 800x25=13
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 =
1
1š 2
n fs
⋅ N ⋅ fs =
2
2v
Řádkový kmitočet, tj. počet řádků za sekundu, je dán součinem počtu řádků ve
snímku a počtu snímků přenesených za sekundu.
Petr Česák – 205
2
9.4.2001
f ř = nf s = 625 ⋅ 25 = 15625 Hz
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 31 250Hz
fř =
31250
31250
, f ps =
2
5⋅5⋅5⋅5
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 = Tř =
1
1
=
= 64 µs
f ř 15625
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 ps =
1
1
=
= 20ms
f ps 50
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 ns=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
9.4.2001
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 10 až 72% vrcholové amplitudy je normou vyhrazeno pro přenos
vlastního obrazového signálu. Přitom 10% 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 18%H (tj.11,52µs) a začínají v době 1%H
(tj.0,64µs) před synchronizačními impulsy. Pro synchronizační impulsy je vymezeno
rozpětí amplitud vysokofrekvenčního napětí od 75 do 100%. 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 31H .Během tohoto intervalu se nejprve přenáší
pět vyrovnávacích impulsů Se šířkou 4,5%H v odstupu 0,5H, a tedy R opakovacím
kmitočtem 31 250Hz. Potom následuje půlsnímkový
Petr Česák – 205
4
9.4.2001
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 41%H .Udržovací
impulsy mají šířku asi 9%H a opakovací kmitočet stejný jako vyrovnávací impulsy, tj.
31250Hz. Za půlsnímkovým synchronizačním impulsem následuje dalších pět
vyrovnávacích impulsů. Po nich už nastupují běžné řádkové synchronizační impulsy. Asi
prvních 17 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
9.4.2001
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.1). 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 13MHz). 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
9.4.2001
Měření
Průběh signálu – řádek
Vlastnost
Napěťové úrovně
Délka zatemňovací impulsu
Doba před synch. imp.
Délka spouštěcího impulsu
Délka řádku
Měřeno
(0-1,5),(1,5-2V)V
13µs
1,8µs
5µs
65µs
Norma
(0-0,3),(0,35-1V)V
(11,8-12,3)µs
(1,3-1,8)µs
(
)µs
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
[1]
[2]
Petr Česák – 205
Vít V.: Základy televizní techniky, SNTL Praha 1987
J. Vackář – L.Marvánek: Radioelektronická zařízení, SNTL Praha 1982
7
9.4.2001