Синхронизация развёртки. Выделение и разделение сигналов синхронизации развёрток
Для обеспечения синхронизации развертки в общем случае по каналу связи должна передаваться информация о текущем положении центра развертывающего элемента (РЭ). Однако это требует дополнительных частотных (а может быть и энергетических) затрат. Поэтому требуется поиск более простых методов синхронизации без существенного ухудшения качества синтеза изображения.
Методы синхронизации могут быть разделены на три типа: автономная, принудительная и автономно-принудительная.
Приавтономнойсинхронизации устройства, управляющие развертками на передающей и приемной сторонах, работают независимо друг от друга. При этом используются высокостабильные кварцевые или камертонные генераторы. Основным преимуществом является высокая помехоустойчивость.
При принудительной синхронизации развертывающие устройства управляются специальными синхронизирующими импульсами, следующими постоянно. Если эти импульсы, по какой либо причине пропадают, то работа развертывающих устройств прекращается, что приводит к пропуску строк или кадров. Помехоустойчивость принудительной синхронизации меньше, чем автономной.
При автономно-принудительнойсинхронизации на приемной стороне имеются задающие генераторы (как при автономной синхронизации), управляемые периодически синхросигналами передающей стороны. При непрерывной работе задающих генераторов пропуск отдельных синхроимпульсов не вызывает заметных искажений при наблюдении изображения.
В факсимильной аппаратуре используется преимущественно автономная синхронизация, в TV вещании - автономно-принудительная.
Определим необходимые условия реализации автономно-принудительной синхронизации в телевизионных системах.
Задача синхронизации - обеспечить синхронную и синфазную работу развертывающих элементов приемной и передающей сторон.
Нам известно, что при чересстрочной развертке синхронизация должна осуществляться по строкам и полям. Следовательно, при автономно-принудительной синхронизации в телевизионном приемнике должны быть два задающих генератора: генератор строчной развертки и генератор развертки по полям. Поэтому для определения местоположения РЭ достаточно передавать два вида синхроимпульсов: синхроимпульсы по строкам и синхроимпульсы по полям. В этом случае совместное использование задающих генераторов и синхроимпульсов позволяет обеспечить синхронную и синфазную работу приемной и передающей частей.
Итак, первое необходимое условие. С передающей стороны на приемную периодически должны передаваться специальные сигналы, представляющие собой совокупность синхроимпульсов строк и полей. Они предназначены для установления и поддержания синхронности и синфазности работы генераторов развертки.
Второе необходимое условие. Сигналы синхронизации не должны создавать помех на изображении. Это достигается тем, что сигнал синхронизации и сигнал изображения имеют существенные различия по уровню, либо времени, либо частоте.
Кроме того, сигнал синхронизации должен легко и надежно выделяться из полного телевизионного сигнала, а также обеспечивать стабильное во времени срабатывание генераторов разверток.
Исходя из вышеизложенного, рассмотрим порядок синтеза полного телевизионного сигнала черно-белого изображения.
Полный телевизионный сигнал состоит из сигнала яркости, несущего информацию об изображении, и сигнала синхронизации, необходимого для обеспечения синхронной и синфазной работы генераторов разверток передающей и приемной сторон.
Особенностью чересстрочной развертки является необходимость обратного хода луча по строке и по полю. Очевидно, в это время сигнал изображения не должен воспроизводиться на экране электронно-лучевой трубки. Это может быть достигнуто, например, запиранием электронно-лучевой трубки во время обратного хода луча. Следовательно, сигнал яркости состоит из исходного сигнала яркости и сигнала гашения.
Так как информация о яркости изображения заложена в амплитуде, то исходный сигнал яркости является аналоговым многоуровневым сигналом. Пусть изображение состоит из белой и черной полос на сером фоне (рис.3.1).
Распределение яркости L(x) этого изображения в пределах строки показано на рис.1.1, а. Если преобразование свет-сигнал производится по линейному закону u(t)=kL(x), форма исходного сигнала яркости u(t) повторяет зависимость L(x). Величина u(t) практически мала (0,01...0,1В), поэтому он подвергается усилению. При этом, с учетом межкаскадных разделительных емкостей, теряется постоянная составляющая, характеризующая среднюю яркость изображения и сигнал яркости принимает вид, изображенный на рис.1.1 б.
В конце каждой строки и каждого поля, как мы выяснили, должны передаваться гасящие импульсы. Эти сигналы замешиваются в сигнал яркости. Введение гасящих импульсов, кроме того, позволяет восстановить постоянную составляющую. Сигнал яркости с гасящим импульсом по строке приведен на рис.3.2, где введены следующие обозначения:
На рис.3.2 затемнены импульсы гашения по строке и по полю.
Из рис.1.2 видно, что уровень черного не совпадает с уровнем гасящих импульсов, между ними образуется так называемый защитный интервал (на рис.3.2 обозначен буквой b).
Из принципа чересстрочной развертки следует, что импульсы гашения по строкам и по полям отличаются по длительности. Так, активная часть кадра при полном числе строк 625 составляет 575 строк. То есть на обратный ход по кадру отводится 50 строк (25 строк в начале кадра и 25 строк в конце кадра).
Тогда при чересстрочной развертке структура кадра может быть описана формулой: 287,5+25 + 287,5+25 = 625. (1поле + 2поле = кадр).
Длительность строки Н=64 мксек, следовательно длительность обратного хода по полю с = 25Н = 25´64 = 1600 мксек.
В полученный сигнал яркости необходимо замешать синхроимпульсы. При этом необходимо разрешить два вопроса:
а) по какому параметру будут отличаться синхроимпульсы от яркостного сигнала;
б) каким образом разделить синхроимпульсы строк и полей для обеспечения синхронизации соответствующих генераторов разверток?
Структура яркостного сигнала (рис.3.2) показывает, что синхросигналы можно передавать во время обратного хода лучей, то есть во время передачи гасящих импульсов по строкам передавать синхроимпульсы строк, а во время передачи гасящих импульсов по полям - синхроимпульсы полей. Для исключения влияния синхроимпульсов на яркостный сигнал синхроимпульсы должны иметь уровень ниже уровня гашения. В этом случае, если уровень гашения поддерживается постоянным, то появляется возможность амплитудной селекции синхроимпульсов с помощью амплитудных селекторов. При таком способе смешивания увеличивается динамический диапазон телевизионного сигнала, но остается неизменной полоса частот.
Разделение синхроимпульсов строк и полей возможно двумя способами: по амплитуде и по длительности. Более эффективным является второй способ, так как в этом случае не происходит неоправданное увеличение динамического диапазона и помехоустойчивость синхроимпульсов одинакова для строк и полей.
Как разделит два сигнала по длительности? С помощью дифференциальных и интегрирующих цепей. Сущность и возможность разделения поясняется рис.3.3.
Из рисунка видно, что, если на выходе интегрирующей цепи поставить пороговое устройство, то на его выходе сигнал будет появляться только при прохождении более длинного синхроимпульса по полю.
Принцип разделения позволяет определить, что более короткие импульсы должны соответствовать синхроимпульсам строк, а более длинные - синхроимпульсам полей.
С учетом вышеизложенного структура телевизионного сигнала с синхроимпульсами имеет вид, представленный на рис.1.4.
На рисунке отмечены требования ГОСТ 7845-79 по размаху телевизионного сигнала на нагрузке 75 Ом. Этим же ГОСТом определены длительности синхроимпульсов: d=4,7 мксек - синхроимпульс строки, е=2,5Н =2,5´64=160 мксек - синхроимпульс поля. Определен также интервал между передними фронтами синхроимпульсов и гасящих импульсов: h = 1,5 мксек.
Показанный на рис.3.4 сигнал имеет положительную полярность (потенциал уровня белого выше потенциала уровня черного).
Передача такого сигнала по каналу связи имеет следующие недостатки:
- помехи в канале в основном будут влиять на белые детали, что оказывает существенное влияние на качество изображения; целесообразно было бы, чтобы помехи воздействовали на черные детали;
- помехоустойчивость синхроимпульсов достаточно низка, так как величина их уровня мала.
Оба недостатка могут быть устранены, если в канал связи передавать негативный сигнал.
С учетом того, что яркостный сигнал модулируется по амплитуде, структура полного телевизионного сигнала черно-белого изображения на выходе передатчика имеет вид, представленный на рис.1.5.
В заключение вопроса отметим, что для исключения срыва строчной синхронизации по полям структура синхроимпульсов по полям видоизменяется. Более подробно об этом будет сказано на групповом занятии.
Выводы.
1. В телевизионных системах используется автономно-принудительная синхронизация передающих и приемных устройств.
2. Для синхронизации телевизионных приемников используются два вида импульсов: синхроимпульсы по строкам и синхроимпульсы по полям.
3. Различение синхроимпульсов осуществляется по длительности с использованием дифференцирующих и интегрирующих цепей.
Рассмотрение материала лекции выявило основную особенность телевизионных систем - необходимость развертки при анализе и синтезе изображения. Эта необходимость определяет основную специфику построения элементов телевизионных систем и накладывает определенные требования к основным информационно-техническим характеристикам сигнала: полоса частот, занимаемых сигналом, вид модуляции и т.д.
Основной спецификой построения телевизионных систем является необходимость обеспечения синхронной и синфазной работы приемной и передающей телевизионных трубок.
Использованная для подготовки лекции литература:
1. Основы радиосвязи и телевидения: Учебное пособие/ В.С. Тоискин, В.В. Красильников, В.И. Петренко – Ставрополь, 2005.
2. Телевидение: Учебник для вузов/В.Е. Джакония, А.А.Гоголь, Я.В. Друзин, и др.; Под ред В.Е.Джаконии 3-е изд. Перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 2004. -616с.
3. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. Том 2. Радиосвязь, радиовещание и телевидение/Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попандтопуло В.Н., Шувалов В.П.; под ред. Профессора В.П. Шувалова. Изд. 2-е испр. И доп. М. Горячая линия-Телеком, 2004.
Особенностью чересстрочной развертки является необходимость обратного хода луча по строке и по полю. Очевидно, в это время сигнал изображения не должен воспроизводиться на экране электронно-лучевой трубки. Это может быть достигнуто, например, запиранием электронно-лучевой трубки во время обратного хода луча. Следовательно, сигнал яркости состоит из исходного сигнала яркости и сигнала гашения.
