Реферат: Принципы телевизионного вещания

Рассмотрим сначала работу передающего устройства. Передающая электронно-лучевая трубка содержит электрод 1 из светочувствительного материала. На этот электрод проектируется изображение объекта. Под воздействием света из него выбиваются электроны, которые стекают на электрод 2. Чем ярче свет, тем больше выбивается электронов. Вследствие этого на светочувствительном электроде формируется потенциальный рельеф. Чем ярче освещен участок электрода, тем больше выбито электронов, тем выше потенциал этого участка. Считывание потенциального рельефа осуществляется электронным лучом, который представляет собой поток электронов. Чем выше потенциал участка, тем больше требуется электронов для выравнивания потенциала и тем больше ток в цепи светочувствительного электрода. Так яркость участка преобразуется в электрический ток.

5 2 4 3 1

Приемное устройство

Передающее устройство

Электронный луч формируется электронной пушкой, состоящей из раскаленного катода 5 и анода 4 с узким отверстием, ограничивающим диаметр луча. Фокусировка осуществляется магнитным полем, создаваемым фокусирующей катушкой.

Для построчной развертки изображения требуется обеспечить перемещение луча по горизонтали для считывания строки (строчная развертка) и по вертикали для перехода от строки к строке (кадровая развертка). Такое перемещение луча осуществляется с помощью отклоняющих пластин 3 – горизонтальных и вертикальных. На отклоняющие пластины подаются пилообразные напряжения развертки.

Так как в кадре умещается целое количество строк, то генератор кадровой развертки запускается импульсами, полученными делением частоты импульсов строчной развертки.

Передаваемый сигнал содержал сигнал изображения и строчные синхронизирующие импульсы. В приемнике строчные импульсы выделялись из принятого сигнала и запускали генератор строчной развертки, а кадровая развертка запускалась импульсами, полученными делением (по частоте) строчных импульсов. Для демонстрации работоспособности системы такое построение годилось, но для приемников широкого пользования необходима была еще и кадровая синхронизация.

Судьба системы, разработанной Б.П. Грабовским, сложилась драматично. В работе ее видели только сам разработчик и небольшой круг близких ему людей. Во время перевозки системы из Ташкента в Москву для демонстрации все стеклянные детали системы разбились.

Первую работоспособную электронную телевизионную систему с высоким качеством изображения создал В.К. Зворыкин в 1930 – 1931 гг. в США. В ней использовались более совершенные передающая трубка с накоплением заряда – иконоскоп и приемная трубка – кинескоп конструкции Зворыкина. В системе Зворыкина передавались как строчные, так и кадровые синхронизирующие импульсы. Форма их показана ниже.

3. Разделение строчных и кадровых синхроимпульсов

Для выделения импульсов синхронизации в приемнике используется амплитудный селектор, на выходе которого появляются импульсы, уровень которых чернее черного. Далее эти импульсы нужно разделить на строчные и кадровые и направить их в соответствующие каналы формирования строчной и кадровой разверток. Предложенный в начале тридцатых годов принцип разделения остался неизменным и до настоящего времени.

Для выделения строчных синхронизирующих импульсов используется дифференцирующая цепь R1C1, а для кадровых синхронизирующих импульсов – интегрирующая цепь R2C2.

RC-цепи так часто вам будут встречаться дальше в различных схемах, что стоит подробнее рассмотреть физические процессы в этих цепях.

Рассмотрим простейшую RC-цепь, состоящую из резистора R, конденсатора C и импульсного источника питания V.

В исходном состоянии напряжение источника питания равно нулю, конденсатор не заряжен, напряжение на нем тоже равно нулю. Ток через резистор не течет.

В момент времени t₁ напряжение источника питания изменяется скачком и становится равным Е. Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком (по той же причине, по которой нельзя изменить скачком уровень воды в кастрюле), оно остается равным нулю, и к резистору приложена разность потенциалов Е. Возникает ток I = E/R. Этот ток заряжает конденсатор. Напряжение на конденсаторе U_C возрастает. Это приводит к уменьшению разности потенциалов E - U_C , приложенной к резистору и к уменьшению тока через резистор I = (E - U_C )/R. Конденсатор заряжается медленнее. Поэтому напряжение на конденсаторе растет со все уменьшающейся скоростью. Рост напряжения прекратится тогда, когда ток заряда (ток через резистор) станет равным нулю. А это произойдет, когда напряжение на конденсаторе станет равным напряжению источника питания. Падение напряжения на резисторе уменьшается при этом от Е до нуля. Обратите внимание, что сумма напряжений на конденсаторе и на резисторе всегда остается равной напряжению источника питания.

В момент времени t₂ напряжение источника питания скачком изменяется до нуля. К резистору прикладывается напряжение 0 – U_C = -Е, так как конденсатор был заряжен до напряжения, равного Е. Через резистор потечет ток –Е/R. Знак “–” говорит о том, что направление тока изменилось. И этот ток будет разряжать конденсатор. По мере разряда конденсатора ток будет уменьшаться, и напряжение на конденсаторе будет уменьшаться медленнее. В конце концов конденсатор полностью разрядится.

В зависимости от того, с какого элемента снимается напряжение, с резистора или с конденсатора, RC-цепочка называется дифференцирующей или интегрирующей. Дифференцирующей потому, что при подаче постоянного напряжения на ее вход напряжение на выходе ( на резисторе) в установившемся режиме равно нулю. (Вспомним: производная от постоянной величины равна нулю). Интегрирующей потому, что при подаче постоянного напряжения на ее вход напряжение на выходе (на конденсаторе) начинает расти по линейному закону. (Вспомним: интеграл от постоянной величины – линейная функция).

Скорость процессов определяется постоянной времени τ = RC. Считают, что конденсатор полностью заряжается за время, равное 3τ.

А теперь вернемся к задаче разделения строчных и кадровых синхронизирующих импульсов

Структура полного телевизионного сигнала (сигнал изображения + все вспомогательные импульсы) к настоящему времени стандартизована. На строчном интервале форма полного телевизионного сигнала для черно-белого телевидения показана на рисунке. Здесь использованы следующие обозначения: СГИ – строчный гасящий импульс, ССИ – строчный синхронизирующий импульс, уровень ГИ – уровень гасящих импульсов, уровень СИ – уровень синхронизирующих импульсов. Гасящие импульсы необходимы для запирания приемной трубки на время обратного хода.

В телевидении используется негативный сигнал. Это означает, что с увеличением амплитуды сигнала яркость изображения падает. Передача негативного сигнала повышает помехоустойчивость канала изображения. Импульсные помехи оказываются в области черного и создают на экране кинескопа черные точки, которые менее заметны, чем яркие светлые.

На рисунке ниже показана часть полного телевизионного сигнала (а) с кадровыми гасящим 3 и синхронизирующим 1 импульсами. Так как во время обратного хода по кадрам должна поддерживаться строчная синхронизация, то при передаче кадровых гасящих импульсов передаются также и строчные синхроимпульсы. Во время кадрового синхроимпульса 1 строчные синхроимпульсы передаются так называемыми врезками 2.

3

Сначала схемой селекции выделяется полный синхросигнал (б). Для выделения импульсов строчной синхронизации он подается на дифференцирующую цепь. Так как постоянная времени дифференцирующей цепи много меньше длительности строчных синхроимпульсов то все положительные перепады дадут на выходе цепи положительные всплески (в). Отрицательные импульсы, образованные от отрицательных перепадов, не имеют никакого значения, так как убираются ограничителем. Таким образом формируется строчный синхросигнал ( г ).

Для выделения кадрового синхроимпульса полный синхросигнал (а на нижнем рисунке) пропускается через интегрирующую цепь. Во время прихода импульсов конденсатор заряжается, а во время паузы разряжается. Постоянная времени цепи сравнима с длительностью кадрового синхроимпульса 1 и много меньше длительности строчного синхроимпульса. Поэтому от импульсов строчной синхронизации напряжение на выходе интегрирующей цепи изменяться практически не будет. А за время длинного кадрового импульса напряжение на выходе интегрирующей цепи будет увеличиваться, и сформируется импульс (б на нижнем рисунке), который используется для синхронизации генератора кадровой развертки.

4. Четкость телевизионного изображения и ширина спектра телевизионного сигнала

В 1948 году в СССР был принят стандарт телевидения (625 строк и 25 кадров в секунду). Затем этот стандарт стал общеевропейским.

Почему было выбрано 625 строк?

Чем больше строк, тем более четким будет изображение, тем меньшие детали изображения можно рассмотреть. Нужно ли стремиться к возможно большему количеству строк, или можно установить какой-то предел? В первых электронных телевизионных системах число строк составляло 300 – 400, а затем было увеличено. В стандарте США до 525, в стандарте СССР до 625, а в стандарте Франции даже до 819. Означает ли это, что французы наслаждаются самым качественным изображением, а американцы должны чувствовать себя обделенными?