Общие сведения о телевизионных развертках

В основе всех современных телевизионных систем лежит принцип поочередной передачи элементов изображения.

Процесс передачи изображения по элементам называется разверткой изображения, а порядок передачи отдельных элементов изображения называется способом развертки.

В телевизионном вещании принято равномерное движение раз­вертывающих элементов по параллельным линиям, называемым строками.

Все строки, располагаясь одна под другой, образуют геометри­ческую фигуру, которая называется растром.

На рис. 4. la показано образование растра. Развертывающим элементом при этом являются электронный луч кинескопа в теле­визоре и электронный луч в передающей трубке на телецентре.

Рис 4.1. Прогрессивная развертка изображения: а) образование растра; б) временной график пилообразного тока для строчной развертки; в) временной график пилообразного тока для кад­ровой развертки.

Движение развертывающего элемента (луча) вдоль оси X на­зывается строчной разверткой, а вдоль оси У — кадро­вой разверткой.

Движение луча от начала строки к концу образует прямой ход развертки, возвращение луча от конца предыдущей стро­ки к началу следующей называется обратным ходом раз­вертки.

Совокупность времени прямого и обратного ходов составляет период строчной развертки: T₇~t_nv-\-t₀^_v.

Аналогично строчной развертке кадровая развертка тоже имеет прямой и обратный ход, а период кадровой развертки Г_к = /пр+^обр.

Во время обратного хода разверток передача и воспроизведе­ние изображения не производятся, поэтому это время должно быть малым, однако практически обратный ход строчной развертки не удается сделать меньше, чем 10—12% от периода строки, а обрат­ный ход кадровой развертки 7—8% от периода кадра.

Поскольку период кадра значительно больше периода строки, то на время обратного хода кадровой развертки приходится не­сколько периодов строк, которые не участвуют в образовании растра.

Телевизионные развертки характеризуются следующими пара­метрами: числом строк разложения в одном кадре z\ числом пе­редаваемых кадров в секунду п\ форматом кадра К: отношени­ем длины строки b к высоте кадра h. Имеются два основных вида растровой развертки: прогрессивная и чересстрочная.
4.2. Прогрессивная развертка
Развертка изображения называется прогрессивной, если все строки растра прочерчиваются последовательно одна под другой, обычно слева направо вдоль каждой строки и сверху вниз от стро­ки к строке (рис. 4.1а). Слева направо луч движется за счет строч­ной развертки и, одновременно двигаясь вдоль строки, все время медленно опускается на уровень следующей строки за счет кад­ровой развертки. При большом числе строк это опускание неза­метно.

После того как будет прочерчена последняя строка, будет раз­вернут один кадр, затем луч совершит перемещение к началу первой строки растра и весь процесс повторится.

Число кадров в одну секунду должно быть не менее 45—50, так как при меньшей частоте будет наблюдаться неприятное мелька­ние изображения.

Число строк разложения определяет четкость, поэтому его же­лательно брать большим. Чем больше число строк, тем на более мелкие элементы разбивается изображение, а следовательно, луч­ше будет четкость.

На рис. 4.16, в показаны графики токов строчной и кадровой разверток для образования растра прогрессивной развертки. Фор-

ма такого тока называется пилообразной. Период пилообразного тока имеет время прямого хода /_Пр и время обратного хода /₀бр.

Эти токи одновременно создают в отклоняющих катушках та­кое магнитное поле, которое и осуществляет перемещение луча слева направо по строке и сверху вниз по кадру.

Количество кадров в одну секунду п берется равным 50, а ча­стота генератора кадровой развертки, который вырабатывает ток пилообразной формы, равна 50 Гц. Современная техника позволя­ет брать число строк разложения до 1000 и более, но такое боль­шое число строк вызывает значительное усложнение аппаратуры и ряд других трудностей.

Телевизионным стандартом СССР принято номинальное число строк разложения, равное 625, при котором получается оптималь­ный технический компромисс между качеством изображения и сложностью аппаратуры.Формат кадра К = b/h = ⁴/₃.

Частота генератора строчной развертки, который вырабатыва­ет ток пилообразной формы для отклонения луча по строке,/стр ⁼⁼ ZM.

Таким образом, параметры прогрессивной развертки следую­щие: число строк разложения 2 = 625; число кадров м = 50; формат кадра /(= 4/3; частота генератора кадровой развертки /к = 50 Гц; частота генератора строчной развертки f _CTp = ^ = 625x50 = = 31250 Гц.

Как будет показано ниже, при таких параметрах развертки по­лоса частот, которую занимает одна программа телевидения в эфи­ре, получается недопустимо большой.
4.3. Чересстрочная развертка
Для сужения полосы частот, занимаемой видеосигналом, воз­можны два способа: либо уменьшение числа строк разложения, но при этом будет меньшей четкость изображения, либо уменьшение числа кадров п₉ но при этом будет заметным мелькание изобра­жения.

Чересстрочная развертка сокращает полосу частот в два раза за счет того, что один кадр передается в два приема, подобно то­му, как в кино каждый кадр показывается два раза, в этом случае при 24 кинокадрах в секунду зритель видит 48 кадров и не заме­чает мельканий картинок.

Полный кадр при чересстрочной развертке состоит из двух полукадров или полей. За время развертки первого поля прочер­чиваются все нечетные строки, а за время развертки второго по­ля— все четные строки кадра. Это дает возможность уменьшить число кадров в секунду вдвое.

Каждое поле содержит информацию о половине элементов изо­бражения, но благодаря инерционности глаза изображение обоих полей воспринимается как слитное изображение целого кадра. При этом следует иметь в виду, что при 625 строках разложения сю­жет изображения одной строки мало отличается qt рюжета изо­бражения следующей строки.

При совмещении полей строки чередуются, образуя кадр с пол­ным числом строк z (рис. 4.2а). На рисунке число строк взято равным 15.

Рис. 4.2. Чересстрочная развертка изображения: а) образование растра; б) временные графики
Видно, что движение электронного луча в первом полукадре начинается в левом верхнем углу; луч прочерчивает первую строку, смещается под действием кадрового отклоняющего поля к кон­цу первой строки на уровень третьей строки, прочерчивает 3, 5, 7 -ю и т. д. все нечетные строки и, наконец, последнюю строку, ко­торую он прочерчивает не полностью, а половину.

Затем во втором полукадре луч перемещается на середину верхнего края, прочер­чивает половину оставшейся последней нечетной строки, смещаясь при этом на уровень второй строки, и прочерчивает все четные строки растра (2, 4, 6, 8 и т. д.).

Развертка последней четной строки заканчивается в нижнем правом углу кадра. Отсюда луч возвращается в верхний левый угол, и весь процесс начинается сначала.

Необходимая при этом форма токов кадровой и строчной раз­верток показана на рис. 4.2о.

Частота генератора, осуществляющего отклонение по кадру, должна быть равна частоте полей.Число полей берется равным 50, а число полных кадров п будет вдвое меньше, т. е. 25.

При этом получаются следующие параметры чересстрочной развертки: число строк разложения 2 = 625; число кадров п = 25; число полей 2я = 50; формат кадра /(= 4/3, частота генератора кад­ровой развертки /к = 50 Гц; частота генератора строчной развертки /_стр = 2тг = 625.25= 15 625 Гц.

Следует отметить, что число строк разложения в обоих видах разверток взято одинаковым и равным 625 для сравнения пара­метров, хотя при прогрессивной развертке число строк должно быть четным.
4.4. Частотный спектр сигнала изображения
Для определения требуемой полосы пропускания канала связи, по которому передается телевизионное изображение, необходимо знать частотный спектр телевизионного сигнала, т. е. нижнюю и верхнюю граничные частоты сигналов изображения.

Частотный спектр зависит от характера изображения и от па­раметров развертки. Нижняя граничная частота видеосигнала со­ответствует изображению, у которого минимальное число измене­ний яркости, т. е. содержащему наименьшее число деталей. Таким изображением является неподвижная картинка, состоящая из двух деталей разной яркости (рис. 4.3а). При прогрессивной развертке в течение одного кадра через нагрузку передающей трубки про­текает один импульс тока (рис. 4.36), а при чересстрочной — два. Число импульсов за одну секунду и будет представлять собой ча­стоту сигнала самой крупной детали изображения.

Поэтому нижняя граничная частота видеосигнала f_u определя­ется частотой генератора кадровой развертки как f_K.

Для определения самой высокой частоты спектра, которая соответствует самой маленькой детали изображения, берется не­подвижная картинка, имеющая максимально возможное число де­талей, равное числу элементов разложения N (рис. 4.3в). Но так как каждые два соседних элемента изображения — белый и чер­ный— дают один импульс, то верхняя граничная частота сигнала изображения будет в два раза меньше числа элементов изображе­ния, передаваемых' за одну секунду. При развертке двух соседних элементов изображения получается импульс тока с периодом Т_ъ (рис. 4.3г). Подсчитаем общее число таких импульсов в одном кадре, а затем во всех кадрах за секунду, так как это и будет верх­няя граничная частота видеосигнала.

За один период кадровой развертки передается z строк. Мини­мальная высота элемента изображения d равна высоте строки. Поэтому по высоте h уложится z элементов. Вдоль одной строки таких элементов будет в К раз больше, где К — формат кадра, рав­ный b/h, следовательно, общее число элементов в одном кадре бу­дет равно произведению числа элементов, укладывающихся по 2' высоте кадра z, на число элементов, укладывающихся по строке Кг, т. е. N = Kz².

За одну секунду передается п кадров, поэтому число элементов изображения, передаваемых за одну секунду, будет в п раз боль­ше: N_K = Kz²n, а верхняя граничная частота сигнала изображения,

Рис. 4.3. К определению верхней и нижней граничных частот видеосигнала:

а) наиболее простое изображение и его видеосигнал; б) наибо­лее сложное изображение и его видеосигнал

которая в два раза меньше числа элементов, передаваемых за од­ну секунду, будет:— X 625 X 50
для прогрессивной развертки /_в = = 13 МГц:— х 625 x 25

для чересстрочной развертки /_в = = 6,5 МГц.

Из приведенных примеров видно, что при чересстрочной раз­вертке полоса частот видеосигнала в два раза меньше, чем при прогрессивной развертке. Это обстоятельство и определило тот факт, что чересстрочная развертка применяется в телевизионном вещании всех стран мира.

Низшая частота f_u для обеих разверток равна 50 Гц.