Под видеосигналом понимается электрический сигнал специальной формы, посредством которого передается телевизионное изображение.
Видеосигнал, принятый для использования в настоящее время в РФ описывается ГОСТ 7845-92 [1]. Стандарт регламентирует параметры и характеристики используемого телевизионного изображения и электрического сигнала, используемого для передачи от источника телевизионного изображения к приемнику. Это позволяет добиться совместимости телевизионных устройств по видеосигналу.
Источником видеосигнала является формирователь видеосигнала. В качестве последнего могут выступать телевизионные камеры любого типа, устройства видеозаписи (видеомагнитофоны, DVD-проигрыватели, компьютеры с ТВ видеовыходами и пр.).
Приемником видеосигнала являются устройства отображения видеоинформации, в частности телевизоры и видеомониторы, работающие на любом принципе (ЭЛТ, ЖК, плазменная панель), а также устройства видеозаписи (видеомагнитофоны, записывающие DVD-проигрыватели, видеорегистраторы систем видеонаблюдения).
Мгновенное значение освещенности на фоточувствительной поверхности телевизионного фотоприемника преобразуется в мгновенное значение напряжения на выходе этого фотоприемника. Таким образом, в видеосигнале напряжение пропорционально яркости в данной точке изображения. Эта часть видеосигнала носит название сигнала яркости и используется для передачи черно-белого видеосигнала или сигнала яркости в цветном видеосигнале. Диапазон передаваемых значений яркости определяется уровнем черного и уровнем белого сигналов в видеосигнале. Уровень черного является минимальным сигналом яркости и соответствует уровню синхроимпульсов. Он же одновременно является и опорным сигналом. Уровень белого соответствует максимальному уровню передаваемой яркости (Рис. 2.1).
Кроме сигнала яркости в видеосигнале присутствуют служебные составляющие, обеспечивающие синхронизацию сигнала между источником и приемником.
Существуют два типа сигналов синхронизации – строчные и кадровые.
Сигналы кадровой синхронизации обеспечивают передачу информации о времени начала каждого поля телевизионного изображения в видеосигнале, а также информацию о типе этого поля (четное или нечетное). В соответствии с [1] период импульсов кадровой синхронизации составляет 20 мс.
Рисунок 2.1 Форма видеосигнала за периоды строки (а) и кадра (б) [1].
Сигналы строчной синхронизации необходимы для обеспечения временной привязки строк внутри сигнала поля. Положение этих сигналов в видеосигнале соответствуют началу каждой строки в телевизионном поле. Период строчных синхроимпульсов составляет 64 мкс.
Кроме сигналов синхронизации имеются гасящие импульсы кадров и строк. Они имеют те же периоды, что и синхронизирующие импульсы, но от последних отличаются длительностью. Используются эти сигналы для гашения луча ЭЛТ при обратном ходе строчной и кадровой развертки.
Кадровый синхроимпульс имеет врезки длительностью 4,7 мкс а перед ним и после него передаются уравнивающие импульсы длительность 2,35 мкс. Частота следования уравнивающих импульсов и врезок в два раза выше, чем строчная частота (Рис 2.2).
Рисунок. 2.2. Подробная структура кадрового синхроимпульса.
В случае использования цветного изображения в видеосигнал дополнительно включаются сигналы цветности и цветовой синхронизации. В настоящее время используются три стандарта цветного видеосигнала – SECAM, PAL и NTSC.
Во всех трех стандартах используется модуляция сигнала и цветовое матрицирование. Исходные сигналы трех основных цветов Er, Eg Eb (красный, зеленый и синий) преобразуются в сигнал яркости Ey по формуле:
Ey = 0,299Er + 0,587Eg + 0,114Eb,
а также в два цветоразностных сигнала по формулам:
Dr = -1,9 (Er – Ey) ; Db = 1,5 (Eb – Ey);
В системе SECAM сигналы цветности формируются посредством частотной модуляции с построчным чередованием. В видеосигнале присутствуют сигнал яркости и только один из сигналов цветности, который накладывается на сигнал яркости методом частотного уплотнения. Для этого в сигнале яркости с помощью режекторного фильтра освобождается часть спектра.
Два сигнала цветности передаются попеременно через строку. Так как для получения полной цветовой информации необходим и второй цветоразностный сигнал, то его получают из предыдущей строки с помощью линии задержки на 64 мкс (длительность одной строки).
Частотно-модулированные сигналы цветности используют различные частоты поднесущих. В строках с номерами от 23 до 310 передается красная цветоразностная составляющая Dr. Для нее частота поднесущей составляет 4406,25 МГц. В строках с номерами от 336 до 623 передается синяя цветоразностная составляющая Db с частотой поднесущей 4250,0 МГц.
Для селекции красный и синих строк используются сигналы полевой цветовой синхронизации, которые формируются в нескольких первых строках каждого поля и представляют собой немодулированные цветовые поднесущие.
В системах PAL и NTSC используется квадратурная амплитудная модуляция с подавленной поднесущей.
Сигнал яркости формируется в соответствии с формулой
Ey = 0,299Er + 0,587Eg + 0,114 Eb,
Цветоразностные сигналы:
Eu = 0,493 (Eb – Ey); Ev = 0,877 (Er – Ey);
Полный видеосигнал с учетом модуляции выражается следующий формулой:
E = Ey + Eu sin (2 n fцп) ± Ev cos (2nfцп),
Где fцп = 4433618,75 Гц – частота цветовой поднесущей.
Так как в основе данного метода лежит квадратурная модуляция, для нормальной работы синхронного детектора требуется наличие двух сигналов. В качестве одного из сигналов используется собственно сам видеосигнал, а в качестве опорного сигнала – встроенный генератор с частотой, равной fцп. Синхронизация этого генератора производится раз в строку с использованием специального сигнала-вспышки. Последний также передается в видеосигнале и располагается на задней полке строчного гасящего импульса и представляет собой несколько периодов немодулированной поднесущей fцп (Рис. 2.3). Основные параметры телевизионного изображения, принятого в РФ следующие:
- Стандарт цветности – SECAM;
- Число полей в одном телевизионном кадре – 2 (чересстрочная развертка);
- Номинальная частота полей – 50 Гц;
Рисунок 2.3. Расположение сигнала-вспышки относительно строчного синхроимпульса.
- Максимальная частота спектра видеосигнала – 6,5 МГц. Определяется наибольшей частотой изменения яркости вдоль строки.
- полный размах видеосигнала – 1 В.
- размах видеосигнала от уровня черного до уровня белого – 0,7 В.
Фактически же в РФ действуют два стандарта – SECAM и PAL.
Аналоговый видеосигнал этих стандартов используется для передачи телевизионного изображения стандартного качества с числом активных строк 575 в чересстрочном режиме. Формировать такой сигнал могут как вакуумные телевизионные трубки предыдущего поколения, так и твердотельные телевизионные формирователи изображения.