Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
ã СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 1998
Предисловие
Указания охватывают основные разделы курса, раскрывающие принципы построения устройств и систем, вопросы преобразования оптического изображения в сигнал, цифровую обработку сигналов изображения в системах телевидения и др.
Работы, включенные в рассматриваемый цикл, носят исследовательский характер с расширенной программой экспериментов. Круг вопросов, подлежащих изучению, определяется преподавателем и формулируется в виде индивидуального задания. До начала лабораторного занятия рекомендуется:
· ознакомиться с методическими указаниями к работе, структурной схемой экспериментальной установки и принципами ее работы;
· изучить соответствующие разделы рекомендованной литературы и на их основе, а также с учетом полученного у преподавателя задания, составить индивидуальный план выполнения работы, включая ожидаемые результаты по разделам программы экспериментальных исследований.
К выполнению работы допускаются студенты, оформившие результаты подготовки в виде материалов к отчету, содержащих структурную схему установки и ожидаемые результаты в виде расчетов, оценочных значений, осциллограмм, рисунков, графиков и т.п.
Большинство лабораторных работ настоящего цикла предусматривают проведение измерений с использованием специализированного телевизионного осциллографа с выделением строки изображения. Методика работы с этим прибором описана в приложении.
Полученные экспериментальные результаты оформляются в форме отчета, в который необходимо включить итоги анализа и сопоставления полученных результатов с ожидаемыми, на основе чего выявить и прокомментировать расхождения. Отчет оформляется в соответствии с действующими ГОСТ.
Включение лабораторных установок следует производить с разрешения преподавателя и в присутствии лаборанта. До выполнения экспериментальных исследований необходимо изучить требования следующих документов: Инструкция по общей электробезопасности, Инструкция по технике безопасности при выполнении работ по курсу "Телевидение и обработка изображений", – и получить дополнительный инструктаж от преподавателя.
В процессе подготовки настоящих указаний использованы методические разработки, выполненные ранее Ю. М. Титовым и Г. А. Эйссенгардтом [1], [2]. Приложение составлено аспирантом А.В. Белозерцевым.
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ
ТЕЛЕВИЗИОННЫХ РАСТРОВ
Цель работы: изучение принципов построения телевизионных растров различных типов и их сравнительный анализ.
В процессе телевизионной передачи изображение объекта сканируется разлагающим элементом (апертурой) фотоэлектрического преобразователя. Разлагающий элемент формирует элементарные участки – элементы изображения. Последовательность передачи элементов изображения определяется траекторией разложения, полная реализация которой за время кадра образует телевизионный растр.
Эффективность сокращения полосы пропускания канала связи обеспечивается применением чересстрочного разложения. При этом все изображение передается не за один период вертикальной развертки, что имеет место при построчном разложении, а за несколько периодов (полей).
Чересстрочное разложение имеет ряд недостатков (межстрочные мелькания, ухудшение передачи движущихся объектов и др.), заметность которых возрастает с увеличением его кратности (числа полей в кадре). Вследствие этого в практике телевизионного вещания используют преимущественно разложение с кратностью 2.
1.1. Лабораторная установка
В состав лабораторной установки входят: блок формирования сигналов, демонстрационный и контрольный осциллографы (рисунок).
Блок формирования сигналов служит для получения сигналов горизонтального и вертикального отклонения, а также импульса подсвета, обеспечивающего визуальное наблюдение последовательности построения растров на экране электронно-лучевой трубки демонстрационного осциллографа. Контрольный двухлучевой осциллограф служит для определения фазовых соотношений и параметров сигналов в контрольных точках блока формирования. Задающий генератор блока формирования вырабатывает импульсный сигнал, частота повторения которого понижается делителем частоты полей до частоты вертикального отклонения, а делителем частоты строк – до частоты горизонтального отклонения.
Генераторы горизонтальной и вертикальной разверток формируют сигналы вертикального и горизонтального отклонения электронного пучка трубки демонстрационного осциллографа, на экране которого наблюдают получаемый растр.
 |
Возможность синхронизации с сетью реализуется схемой автоматической подстройки частоты задающего генератора в зависимости от разности фаз между напряжением питающей сети и сигналом на выходе делителя частоты полей.
Генератор импульсов подсвета вырабатывает прямоугольные импульсы переменной длительности, отпирающие электронный пучок осциллографической трубки на регулируемое время (от времени передачи одной строки до времени передачи кадра). Начало импульса подсветки совпадает с началом кадра (первого поля). Генератор запускается импульсами от делителя частоты полей, понижающего частоту вертикального отклонения до частоты кадров. Импульсы частоты кадров поступают также на генератор вертикальной развертки для формирования дополнительного ступенчатого сигнала (подставки) при построении растра с целым числом строк в поле.
На генераторы импульсов подсвета, вертикального и горизонтального отклонений подается синусоидальное напряжение с частотой сети для формирования регулируемых по амплитуде помех, вводимых в видеосигнал, строчную и кадровую развертки.
Размер наблюдаемого растра и его формат устанавливают регулировкой чувствительности демонстрационного осциллографа по входам X и Y.
На лицевую панель блока формирования сигналов выведены: органы управления частотой задающего генератора, коэффициентами деления делителя частоты строк и частоты полей; выключатели схемы синхронизации с сетью; выключатели наводок от сети на видеосигнал, строчную и кадровую развертки и ручки регулировки их уровней; выключатель и ручки регулировки параметров дополнительного ступенчатого сигнала вертикального отклонения, переключатели времени обратного хода по кадру.
1.2. Программа экспериментальных исследований
1.2.1. Подготовка к выполнению работы
До выполнения работы необходимо предварительно изучить рекомендованную литературу [3], [4] и [5, лабораторная работа № 1] и по заданию преподавателя рассчитать установочные параметры лабораторного макета; определить ожидаемые структуры растров и характер искажений при воздействии наводок от сети, характер влияния потерь на обратные ходы по строкам и кадрам на структуру растров; оформить результаты подготовки в виде материалов к отчету, содержащих структурную схему установки и ожидаемые результаты в виде расчетов, оценочных значений, ожидаемых осциллограмм и т. п.
1.2.2. Порядок выполнения работы
1. Включить лабораторную установку.
2. Настроить задающий генератор, делители частоты строк и частоты полей в соответствии с расчетом.
3. Получить на экране осциллографа требуемый растр при минимальных (нулевых) потерях на обратный ход по кадрам.
4. Включить генератор импульсов подсвета и, изменяя длительность его импульсов, проследить порядок построения полученного растра.
5. Определить влияние длительностей обратных ходов по кадрам на структуру растров. Зарисовать осциллограммы разверток и растров.
6. Включить поочередно наводку на кадровую и строчную развертки, а также на видеосигнал (яркостную наводку). Определить влияние наводки на искажения растра. Зарисовать осциллограммы соответствующих разверток с помехой, помеху и вид растра.
7. Измерить на экране контрольного осциллографа пороговые значения размахов наводок при работе генератора в режиме синхронизации с сетью и в автономном режиме.
8. Установить в макете растр с наложением строк. Ввести дополнительный ступенчатый сигнал (подставку) в кадровую развертку таким образом, чтобы получить растр без наложения строк с их равномерным распределением по растру. Зарисовать осциллограммы кадровой развертки и дополнительного ступенчатого сигнала и оценить полученное соотношение между размахом кадровой развертки и введенной подставки.
Полученные в процессе выполнения работы экспериментальные результаты оформляются в форме отчета, анализируются, сопоставляются с ожидаемыми, выявляются и комментируются их расхождения. В конце отчета формулируются общие выводы.
Лабораторная работа 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Цель работы: изучение влияния параметров фотоэлектрического преобразования на процесс формирования сигналов изображения и качество телевизионного отображения.
При последовательном поэлементном процессе фотоэлектрического преобразования оптических изображений с постоянной скоростью мгновенное значение сигнала изображения пропорционально среднему значению яркости элемента изображения. Сигналы изображения униполярны и являются функцией времени [3], [4].
Процесс формирования сигналов изображения зависит от конечных размеров фоточувствительного элемента и его интегральной чувствительности, т. е. от апертуры фотоэлектрического преобразователя. Апертурный эффект проявляется переходными процессами в сигнале изображения на резких границах оптического изображения (падение резкости отображения) и в уменьшении значения глубины модуляции сигналов с мелких деталей оптического изображения (падение четкости отображения).
Апертурные характеристики, полученные с помощью оптических тест-изображений (штриховых мир), позволяют оценить качество фотоэлектрического преобразования, разрешающую способность преобразователя при заданном значении глубины модуляции сигнала изображения [5].
Полоса частот усилительного тракта (канала связи) сигналов изображений не должна вносить ограничений в спектральное содержание сигналов при заданной скорости преобразования. Ограничение полосы частот по отношению к расчетной или увеличение скорости при заданной полосе частот канала связи приводят к искажениям формы и снижению значения глубины модуляции сигналов изображения при неизменных параметрах апертуры фотоэлектрического преобразователя.
Качество телевизионных изображений зависит от апертурных искажений фотоэлектрических и электроннооптических узлов телевизионной системы и полосы частот канала связи, согласованной со скоростью формирования сигналов изображения.
Лабораторная установка
Лабораторная установка представляет собой макет замкнутой телевизионной системы (рисунок), содержащий фотоэлектрический преобразователь типа "бегущий луч" (проекционная ЭЛТ 1, проекционная линза с фокусным расстоянием F1 2, тест-изображение 3, конденсор с фокусным расстоянием
F2 4, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 5, канал связи с фиксацией уровня сигнала изображения 6, телевизионный монитор 7 и осциллограф с выделением строки 8).
 |
Соотношения между параметрами оптической схемы:
.
Построчно перемещающееся световое пятно с экрана ЭЛТ 1 проецируется линзой 2 в плоскость тест-изображения 3, осуществляя его поэлементное сканирование. Конденсор 4 проецирует входной зрачок линзы 2 на фоточувствительную поверхность ФЭУ 5, обеспечивая пространственную инвариантность по всему полю тест-изображения поэлементного преобразования распределения прозрачности в сигнал изображения. Сигнал изображения по каналу связи 6 поступает на телевизионный монитор 7, на экране которого формируется изображение теста. Развертывающие устройства проекционной ЭЛТ и монитора работают синфазно. Сигнал изображения выделенной строки исследуется с помощью осциллографа 8.
На лабораторной установке имеются органы регулировки:
- тумблеры включения установки;
- переключатель для дискретного изменения диаметра D электронного пучка проекционной ЭЛТ;
- переключатель для дискретного изменения значения полосы пропускания частот Df канала связи;
- регулятор скорости v строчной развертки проекционной ЭЛТ;
- тумблер включения фиксации сигнала изображения.
2.2. Программа экспериментальных исследований
Изменяемыми параметрами при исследованиях являются:
- размер элемента фотоэлектрического преобразователя D;
- полоса пропускания частот Df;
- скорость формирования сигналов изображения v.
Оценке в процессе исследования подлежат:
- переходная характеристика фотоэлектрического преобразователя,
- глубина модуляции сигнала изображения М в зависимости от изменяемых параметров процесса фотоэлектрического преобразования.
,
где Umax и Umin – максимальное и минимальное значения сигналов с тест-изображения, измеренные с помощью осциллографа при включенной фиксации сигналов изображения.
Зависимость глубины модуляции сигналов изображения от числа телевизионных штрихов тест-изображения (пространственной частоты оптического сигнала) определяет апертурно-частотную характеристику (АЧХ) процесса фотоэлектрического преобразования. Для анализа результатов измерений необходимо нормировать АЧХ, оценивая изменения глубины модуляции сигналов изображения по отношению к максимальному значению на больших размерах штрихов тест-изображения (низких пространственных частотах).
2.2.1. Порядок выполнения работы
До выполнения работы необходимо предварительно изучить рекомендованную литературу [5, лабораторная работа № 2].
А. Исследовать влияние конечных размеров элемента фотоэлектрического преобразователя на процесс формирования сигналов изображения:
1. Выбрать значения v и Df таким образом, чтобы исследовать только влияние изменения D на процесс формирования сигналов изображения.
2. Получить переходные характеристики процесса преобразования при различных значениях D. Оценить инерционность преобразования как время установления сигнала от 0.1 Umax до 0.9 Umax по переходной характеристике. Провести сравнительный анализ.
3. При различных значениях D измерить глубину модуляции сигнала изображения для различного числа телевизионных штрихов и построить нормированные АЧХ. Провести сопоставительный анализ.
4. Установить vmax и повторить исследования по п. 3 для D=Dmax.
5. Провести сопоставительный анализ нормированных АЧХ для случаев Dmax, vmin и Dmax, vmax.
Б. Исследовать влияние ограничения полосы частот канала связи на процесс формирования сигналов изображения:
1. Выбрать значения v, D и размер штриха тест-изображения такими, чтобы исследовать только влияние ограничений полосы частот канала связи на процесс формирования сигналов изображения.
2. Провести измерения глубины модуляции сигнала изображения и построить нормированные АЧХ для 4 значений полосы частот. Провести сопоставительный анализ.
3. Установить vmax и повторить исследования по п. 2, сопоставив результаты с полученными в п. 3.
Отчет должен содержать результаты измерений, графики АЧХ, результаты сопоставительного анализа по пунктам исследования и обобщающие выводы.
Лабораторная работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА
Цель работы: изучение формы полного телевизионного сигнала и роли его компонент в процессе синхронизации развертывающих устройств.
Синхронизация развертывающих устройств передающей камеры и телевизионного приемника осуществляется от единого источника синхросигнала – синхрогенератора. Развертывающие устройства передающей телевизионной камеры синхронизируются непосредственно импульсами строчной и кадровой синхронизации, а синхронизация приемного устройства осуществляется сложным синхросигналом, замешанным в видеосигнал и передаваемым совместно с ним по каналу связи в виде полного телевизионного сигнала. Соотношение между уровнями составляющих полного телевизионного сигнала, их форма и расположение во времени определяются ГОСТ 7845-79.
Вид полного телевизионного сигнала (ПТВС) в той его части, где присутствует полная синхрогруппа импульсов, приведен ниже при смене первого поля (полукадра) на второе и при смене второго поля (полукадра) на первое.
3.1. Лабораторная установка
В состав лабораторной установки входят: телевизионная система, световая панель с испытательной таблицей, блок выделения и разделения синхросигнала и измерительная аппаратура. Синхрогенератор телевизионной системы наряду со стандартным синхросигналом (режим I) позволяет формировать следующие его модификации:
- без импульсов врезок (режим II);
- с импульсами врезок строчной частоты (III);
- без уравнивающих импульсов (IY);
- без уравнивающих импульсов и врезок (Y);
- без уравнивающих импульсов с врезками строчной частоты (YI).
Сформированный в системе полный телевизионный сигнал подается на блок выделения и разделения синхросигнала, содержащий амплитудный селектор, схему выделения строчных импульсов и схемы выделения полукадровых импульсов с интегрированием синхросигнала и с его неполным дифференцированием, с выходов которых полукадровые синхроимпульсы выводятся через переключатель. Сбой строчной синхронизации легче фиксируется на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ), а качество чересстрочного разложения проще контролировать в растре передающей трубки, поэтому выделенные из полного телевизионного сигнала синхроимпульсы подаются: строчные – на синхронизацию горизонтальной развертки ВКУ, полукадровые – на синхронизацию вертикальной развертки в передающей камере.
В состав измерительной аппаратуры входят стандартный телевизионный осциллограф для детального изучения формы сигналов и блок выделения сигналов трех строк – для измерения величины спаривания строк в растре передающей трубки.
3.2. Программа экспериментальных исследований
Для проведения экспериментальных исследований необходимо предварительно изучить по рекомендованной литературе [3], [4] и [5, лабораторная работа № 3] следующие вопросы:
- форму полного телевизионного сигнала;
- назначение отдельных составляющих полного телевизионного сигнала и их параметры;
- методы выделения и разделения синхросигнала;
- измерение точности построения чересстрочного растра (величины спаривания строк).
1. Настроить телевизионную систему при работе синхрогенератора в режиме I.
2. Получить на экране осциллографа участок полного телевизионного сигнала, содержащий все его составляющие, и измерить их уровни.
3. Зарисовать и сопоставить форму полного телевизионного сигнала нечетного и четного полей.
4. Изучить процесс обработки сигнала в блоке выделения и разделения синхросигнала, зарисовать осциллограммы сигналов в контрольных точках блока в нечетном и четном полях. Соответствующие осциллограммы (временные диаграммы) должны быть зарисованы друг под другом без смещения положения соответствующих импульсов по временной оси!!!)
5. Повторить исследования по п.4 при работе синхрогенератора в одном из режимов (II–YI) по указанию преподавателя.
6. Получить на экране осциллографа одновременное изображение полукадровых синхроимпульсов нечетного и четного полей, выделенных с помощью интегрирования. Для этого осциллограф поставить в режим одновременного наблюдения строк первого и второго полей с помощью переключателя БВС осциллографа. Измерить расхождение их фронтов, соответствующее временной ошибке в синхронизации полей.
7. Повторить измерения по п.6 для полукадровых синхроимпульсов, выделенных с помощью неполного дифференцирования
8. Измерить величину спаривания строк в растре передающей трубки. Для этого в макете включить блок выделения трех строк и осциллограф поставить в режим одновременного наблюдения строк первого и второго полей с помощью переключателя БВС осциллографа. Найти на тест-изображении ВКУ наклонные штрихи, выбрать один из них и перевести соответствующими ручками смещения по вертикали и горизонтали, а также переключателем масштаба развертки осциллографа подсвеченный участок на выбранный наклонный штрих, получив на экране осциллографа отклики от трех строк растра. Измерения величин спаривания оценить по временному расхождению фронтов трех откликов сигнала, получаемых от наклонного штриха. Измерения провести по середине перепада фронтов. Измерить коэффициент слипания (спаривания) строк K по формуле:
K=(A–B)/(A+B),
где A – расхождение фронтов первого и второго отклика; B – расхождение фронтов второго и третьего откликов.
9. Установить наличие (отсутствие) сбоя синхронизации строк ВКУ. (Данный пункт выполняется по указанию преподавателя.)
10. Проанализировать полученные результаты, сравнить их с ожидаемыми по пунктам программы и сформулировать соответствующие выводы.
Полученные в процессе выполнения работы экспериментальные результаты оформляются в форме отчета, анализируются, сопоставляются с ожидаемыми, выявляются и комментируются их расхождения. В конце отчета формулируются общие выводы.
Лабораторная работа 4
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЧЕРНО-БЕЛОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Цель работы: изучение методов и измерение основных параметров телевизионного изображения, оценка влияния частотных и амплитудных искажений в видеоканале.
К основным качественным параметрам черно-белого телевизионного изображения относятся:
- световые (максимальная яркость, контраст, количество воспроизводимых полутонов яркости, четкость и резкость);
- растровые (нелинейные, геометрические искажения и стабильность растра).
Большинство параметров может быть оценено по искажениям видеосигнала испытательных строк или таблиц.
Переходная характеристика (ПХ) в области малых времен (до 10…15 элементов разложения) позволяет оценить:
- резкость изображения (длительность фронта ПХ);
- окантовки (выбросы ПХ);
- пластику (длительность в ПХ участка с меньшей скоростью нарастания сигнала).
В области средних и больших времен (искажения протяженных деталей, вытянутых соответственно вдоль или поперек строчной структуры) оценивается относительный спад или подъем плоского участка видеосигнала с детали.
По апертурно-частотной характеристике в продольном направлении (зависимости глубины модуляции сигнала от пространственной частоты вертикальной штриховой миры) оценивается четкость изображения по горизонтали и разрешающая способность телевизионной системы в продольном направлении.
Оценка четкости изображения по вертикали проводится по фрагменту изображения зонной решетки Френеля по ложным узорам (муарам), возникающим на изображении вследствие интермодуляции строчной структуры с элементами зонной решетки.
Метод оценки с использованием переходной характеристики принципиально включает искажения, вызванные ограничением спектра испытательного сигнала на выходе канала. Искажения видеосигнала в канале можно оценить по форме синусквадратного импульса. Этот метод более чувствителен к регистрации искажений, так как основная энергия синусквадратного импульса сосредоточена в полосе видеоканала, изменения размаха импульса характеризуют наличие частотных искажений, а изменения формы, появление выбросов – наличие фазочастотных искажений в контролируемом канале.
Линейный градационный клин используют для измерения нелинейности амплитудной характеристики и оценки качества передачи полутонов.
Координатные (геометрические и нелинейные) искажения оценивают по воспроизведению сетки испытательной таблицы измерением максимального и минимального размеров квадратов сетки.
4.1. Лабораторная установка
В состав лабораторной установки входит видеоконтрольное устройство (ВКУ); блок видеоканала с частотным корректором с набором фильтров, моделирующих возможные искажения сигнала в канале "Норм", "Подъем ВЧ", "Завал ВЧ", "Подъем НЧ", "Завал НЧ"; генератор телевизионных испытательных сигналов (ТИС); телевизионный осциллоскоп с блоком выделения строки; измерительные линейки с оптическими реперами для измерения размеров деталей изображения.
На экране ВКУ воспроизводятся изображения универсальной электронной испытательной таблицы (УЭИТ), формируемой импульс-центром лаборатории, и ТИС. Сигнал изображения поступает на вход ВКУ через блок видеоканала.
4.2. Программа экспериментальных исследований
1. До выполнения лабораторной работы студенты должны ознакомиться с настоящими методическими указаниями и с рекомендованной литературой [3], [4], [6] и [5, лабораторная работа № 5].
2. Настроить ВКУ, получить испытательное изображение с наилучшим качеством.
3. Зарисовать осциллограмму одной из строк УЭИТ, измерить размах полного видеосигнала, размахи сигнала изображения и синхроимпульсов и их процентное соотношение в полном видеосигнале..
4. Визуально оценить продольную четкость изображения.
5. Измерить апертурно-частотную характеристику (АЧХ) по сигналам изображения от УЭИТ, зарисовать типичную осциллограмму сигнала штриховой миры и испытательного сигнала для контроля АЧХ. По результатам измерений построить АЧХ.
6. Измерить число воспроизводимых раздельно градаций яркости по испытательному сигналу градационного клина. Зарисовать осциллограмму сигнала. Оценить величину нелинейности оптимальной амплитудной характеристики видеоканала. Построить амплитудную характеристику, полученную в результате измерений.
7. Измерить параметры переходной характеристики по видеосигналу в области малых времен. Зарисовать переходную характеристику по осциллограммам сигнала черно-белого (или бело-черного) перепадов, отобразив на ней измеренные параметры..
8. Для сигнала УЭИТ повторить измерения по пп. 5, 7 при включенных в блоке видеоканала фильтрах "Подъем ВЧ", "Завал ВЧ".Кривые переходных характеристик с измеренными значениями отобразить на соответствующих рисунках аналогично пп. 5, 7. Оценить влияние частотных искажений канала на характеристики сигнала и соответствующий им вид изображения.
9. По сигналу испытательной строки измерить параметры синусквадратного импульса. Зарисовать форму импульса.
10. Повторить измерения по п. 9 при включенных в блоке видеоканала фильтрах "Подъем ВЧ", "Завал ВЧ". Оценить влияние частотных искажений канала на размах, а фазовых – на форму синусквадратного импульса. Зарисовать форму сигнала на рисунке п. 9.
11. Измерить переходную характеристику в области средних времен при частотной характеристике видеоканала "Норм". Оценить величину тянущихся продолжений.
12. Повторить измерения по п. 11 при включенных в видеоканале фильтрах "Подъем НЧ", "Завал НЧ". Оценить влияние частотных искажений канала на характеристики сигнала и соответствующий им вид изображения.
Лабораторная работа 5
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ШУМОВ И ПОМЕХ НА КАЧЕСТВО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Цель работы: изучение методов измерения шумов и помех, исследование видности шумов и помех на черно-белом телевизионном изображении.
Шумы в телевизионных системах снижают четкость и контраст изображения, сокращают диапазон воспроизводимых полутонов яркости. Уровень шумов в телевизионной системе определяется преобразователем свет-сигнал т. е. звеном, где сигнал минимален.
Отношение размаха видеосигнала к среднеквадратическому уровню шума (Uш) определяет отношение сигнала к шуму при измерении шумовой "дорожки", равной примерно 6Uш. Осциллографическим методом измеряется квазипиковое отношение сигнала к шуму. Учет влияния шумов на качество восприятия изображения возможен введением "весовых" функций шумов, учитывающих зависимости видности шумов на телевизионном экране от их спектрального состава и уровня фоновой яркости. Для измерения визуально-эквивалентного отношения сигнала к шуму в состав измерительной аппаратуры вводятся взвешивающие фильтры, реализующие весовые функции. Характеристика затухания взвешивающего фильтра (фильтра кривой видности), рекомендованного МККР и учитывающего спектральный состав шумов, может быть записана выражением
,
где G – затухание фильтра на частоте f (в децибелах); t – постоянная времени фильтра, равная 0.33 мкс.
Взвешенная оценка шумов с учетом видности на фонах разной яркости определяется выражением
,
где 
– среднеквадратический уровень шумов на черном; 
– среднеквадратический уровень шумов на сером; 
– среднеквадратический уровень шумов на белом фоне изображения.
Отношение размаха сигнала к размаху гармонической помехи определяет отношение сигнал/помеха в видеосигнале.
Заметность гармонических помех на телевизионном изображении зависит от частоты помехи и кратности частотам разложения. Для диапазона частот до 1 МГц синхронные помехи менее заметны на телевизионном экране по сравнению с несинхронными. На частотах выше 1 МГц синхронные помехи становятся более заметными.
Измерение шумов непосредственно на телевизионном изображении проводится с использованием поля сравнения, в котором уровень фоновой яркости и шумовых компонент можно калибровано перестраивать в широких пределах. Визуально добиваются идентичности восприятия изображения поля сравнения с соседними участками и считывают размах сигнала с эталонного генератора.
5.1. Лабораторная установка
В состав лабораторной установки включены видеоконтрольное устройство (ВКУ), смеситель видеосигнала и помех, генератор шума, генератор НЧ- и ВЧ-гармонических сигналов помех, измерительный аттенюатор, генератор телевизионных испытательных сигналов, узкополосный перестраиваемый фильтр для формирования квазигармонических шумов.
Для измерения визуально-эквивалентного отношения сигнала к шуму осциллографическим методом в смеситель введен амплитудный ограничитель с регулируемым порогом ограничения и фильтр кривой видности. Для измерений на экране ВКУ с помощью поля сравнения используется генератор "окна" c перестраиваемым уровнем фоновой яркости.
5.2. Программа экспериментальных исследований
1. До выполнения лабораторной работы студенты должны ознакомиться с настоящими методическими указаниями и с рекомендованной литературой [3],[4],[6] и [5, лабораторная работа № 5].
2. Настроить ВКУ, получить наиболее качественное изображение.
3. Оценить продольную четкость и число воспроизводимых градаций яркости по испытательным сигналам.
4. Ввести в видеосигнал шумы от генератора шума и определить соотношение сигнал/шум на крупных белой, серой и черной деталях изображения при пороговом уровне заметности шумов на изображении.
5. Оценить влияние на продольную четкость и число воспроизводимых градаций яркости шумов в видеосигнале. Измерить продольную четкость и число воспроизводимых градаций яркости при отношениях сигнал/шум 100, 50, 20, 10, 5.
6. Построить зависимость заметности квазипериодических шумов от частоты, перестраивая узкополосный фильтр на частоты 0.1, 0.5, 1.0, 3.0,
5.0 МГц и измеряя соотношение сигнал/шум на пороге заметности на экране.
7. Ввести в видеосигнал периодическую помеху с частотами 40, 45, 50, 55, 60, 95, 100,105, 110, 250, 500 Гц; 1, 5, 10, 16.625, 20, 50, 100, 200, 500 кГц; 1, 2, 3, 5 МГц и определить соотношение сигнал/помеха при пороговом уровне заметности для случаев синхронной и несинхронной помехи на телевизионном экране.
Лабораторная работа 6
ПРИНЦИПЫФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Цель работы: изучение особенностей формирования и использования яркостного и цветоразностных сигналов, определение координат цветности цветных полос, воспроизводимых на экране кинескопа, исследование искажений цветопередачи при отсутствии некоторых сигналов и оценка влияния шумов по каналам яркости и цветности.
В цветном телевидении информация об изображении объекта с произвольной спектральной характеристикой 
передается тремя независимыми сигналами 
, формируемыми телевизионным датчиком [3]:
где 
– спектральные характеристики чувствительности каналов передающей камеры; l – длина волны.
Международная комиссия по освещению МКО стандартизовала систему цветовых единиц XYZ, на цветовом графике которой любой цвет F отображается точкой с координатами цветности xF, yF [3]. Спектральные, наиболее насыщенные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям электромагнитных колебаний с длиной волны l, отображаются подковообразной кривой – локусом (рис. 6. 1).
На прямой, замыкающей крайние точки локуса спектральных цветов, располагаются пурпурные цвета – смеси красного и фиолетового.
Все реальные цвета имеют координаты цветности, находящиеся в пределах полученной замкнутой области. За ее пределами находится область условных, не существующих в природе цветов, спектральные характеристики излучения которых должны были бы иметь отрицательные ветви. В центре графика располагается область ненасыщенного цвета – белого. Любой другой цвет – между белым и границей области реальных цветов – имеет промежуточную насыщенность.
Смешением двух цветов можно получить любой цвет из расположенных на прямой между ними. Смешение трех цветов, не лежащих на одной прямой, позволяет воспроизвести любой цвет, находящийся в пределах цветового треугольника с вершинами в точках смешиваемых цветов.
В телевидении такие три цвета представляют собой (см. рис. 6. 1) основные цвета кинескопа – цвета свечения трех люминофоров с координатами цветности (для приемника системы NTSC):
Для правильной цветопередачи спектральные характеристики 
должны быть линейно связаны с кривыми смешения системы XYZ, а весовые коэффициенты определяются координатами xR, yR, xG, yG, xB, yB и положением равносигнального 
цвета. Как правило, в цветных кинескопах, при одинаковом возбуждении люминофоров цвет свечения экрана – белый. Для стандартизованного треугольника основных цветов кинескопа системы NTSC яркости каждого из основных цветов соотносятся: