Испытательные таблицы
В современных условиях многопрограммного круглосуточного телевещания уже мало кто и помнит, когда в последний раз видел телевизионную испытательную таблицу. А ведь не так давно на широких просторах нашей страны телевизионных каналов в эфире было всего два и выключались они не только на ночь, но и на обеденный перерыв в будни! Именно тогда и можно было увидеть на экране неподвижную таблицу со странными значками, сопровождаемую непрерывно звучащей нотой ля. Для чего же нужны испытательные таблицы, что означают составляющие их линии и символы и куда они подевались в последнее время?
Электронные испытательные таблицы зародились вместе с электронным телевидением. Еще в первом опыте Бориса Львовича Розинга в 1911 году на электронную трубку передавалось изображение решетки из четырех полос, которое смело можно назвать первой таблицей. И это не удивительно, ведь именно для оценки качества передаваемого изображения, а также для настройки телевизоров, испытательные таблицы и нужны.
Сигналы...
Наряду с таблицами, для оценки качества телевизионного изображения и его настройки использовались и специальные испытательные сигналы. В мире аналоговой электроники их было легче сгенерировать на тестовом оборудовании, не прибегая к помощи видеокамер, которые, разумеется, сами вносили некоторые искажения в формируемую испытательную картинку. В профессиональном телевизионном производстве чаще используются специальные комплексы формирования испытательных таблиц, например - на передающих трубках с предварительно нанесенным изображением, что исключает оптические погрешности. Но сложность и стоимость таких комплексов еще выше.
"Сетчатое поле" - представляет собой сетку из горизонтальных и вертикальных белых линий на черном поле. Число линий сетки по горизонтали и вертикали может варьироваться в широких пределах. Этот сигнал позволяет проверить (и настроить) центровку изображения, геометрические и нелинейные искажения растра, статическое и динамическое сведение.
"Шахматное поле" - состоит из черных и белых квадратов. Назначение сигнала аналогично предыдущему. Оба сигнала используют только две градации яркости - минимальную и максимальную - и потому легко реализовывались в одном несложном генераторе сигналов, который мог собрать даже радиолюбитель средней руки.
" Серая шкала" - содержит десять вертикальных полос, яркость которых возрастает от левого края к правому. Кроме того, в нижней части кадра формируются два прямоугольника с яркостью в 15 и 100% белой полосы. Сигнал используется для проверки правильности воспроизведения градаций серого при приеме черно-белого изображения, а также баланса белого - при приеме цветного.
"Цветные полосы" - восемь вертикальных цветных полос, размещенных слева направо в определенном порядке: белая, желтая, голубая, зеленая, пурпурная, красная, синяя и черная. Испытательные сигналы, формирующие "цветные полосы", содержат нормализованные уровни сигналов яркости и цветности, а также сигнал цветовой синхронизации, что позволяет использовать его вместо сигнала "серая шкала" при отключении канала цветности. Это очень распространенный сигнал - все осциллограммы, приводимые на принципиальных электрических схемах телевизоров для регулировки и наладки, указываются для случая приема именно этого сигнала. Он позволяет контролировать и настраивать цепи высокочастотной и низкочастотной коррекции, точность нулевых точек частотных дискриминаторов, устойчивость цветовой синхронизации и т.д.
Вертикальные цветные полосы
Разрешение любой видеокамеры измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ).
ТВЛ (Телевизионные вертикальные линии) — это характеристика разрешения изображения в видео, определяющая количество горизонтальных линий в кадре. Чем выше это значение, тем более четким получается изображение.
Таблицы
Телевизионная испытательная таблица ТИТ-0249. Основное назначение этой таблицы - проверка правильности настройки черно-белых телевизоров. Она позволяет настроить размер и центровку изображения, яркость и контрастность, четкость и фокусировку. По таблице легко проверить наличие геометрических и нелинейных искажений растра.
ТИТ-0249 - это кадр прямоугольного формата 4:3, состоящий из маленьких квадратов, пронумерованных слева направо от 1 до 8 и сверху вниз от "А" до "Е". В квадратах А2, А7, Б1, Б8, Д1, Д8, Е2 и Е7 расположены маленькие треугольники - реперы для центрирования кадра. Изображение на экране телевизора имеет правильные размер и положение, если каждый репер касается края электронно-лучевой трубки. По углам расположены четыре небольших круга диаметрами примерно в полторы стороны маленького квадрата. Они служат для контроля линейности разверток. Пучки расходящихся веером линий в этих окружностях позволяют оценить четкость изображения - цифры от 3 до 6 дают информацию об этом в сотнях телевизионных линий. Например, если в районе цифры 5 отдельные лини уже не различимы и сливаются в серый клин, то четкость изображения составляет примерно 500 ТВЛ. Маленькие концентрические окружности в центре кадра и в квадратах Б2, Б7, Д2 и Д7 позволяют проверить качество фокусировки луча. В центре - большой круг диаметром почти в половину ширины экрана. Внутри - уже знакомые линии проверки четкости изображения, расходящиеся веером. По две горизонтальные и вертикальные полосы в центральном круге состоят из 10 равных частей разной насыщенности - градиентные клинья. Они дают информацию о числе различимых градаций яркости. Линии под углом 45 градусов в квадратах Б3 и Б6 показывают качество чересстрочной развертки. Черные горизонтальные полосы в квадратах Д3 и Д6 - наличие или отсутствие частотных и фазовых искажений.
Рисунок 2 - Телевизионная испытательная таблица ТИТ-0249
Универсальная электрическая испытательная таблица УЭИТ. Таблица позволяет оценить и настроить качество изображения - как цветного, так и черно-белого телевизора. Появляется возможность контролировать формат и центровку изображения, устойчивость синхронизаций горизонтальной и вертикальной разверток, геометрические и нелинейные искажения, четкость и фокусировку, тянущиеся продолжения и повторы, качество воспроизведения градаций яркости, правильность чересстрочной развертки, уровень черного. У профессионалов есть возможность оценить правильность цветопередачи при различной яркости, сведение лучей, динамический баланс белого, установку нулей частотных дискриминаторов, соответствие уровней яркостного и цветоразностных сигналов и их временное совпадение.
УЭИТ - это, по сути, расширение идеи ТИТ-0249. Сочетает в себе элементы почти всех указанных выше сигналов и таблиц. Формат кадра - 4:3. Горизонтальные полосы пронумерованы от 1 до 20, вертикальные обозначены буквами от "А" до "Э". Сетка из белых линий на сером фоне указывает на качество совмещения лучей кинескопа. Так же как и в предыдущей таблице, большой круг в центре и малые круги по углам служат для контроля геометрических искажений. По две полосы в каждом из угловых кругов позволяют проверить четкость картинки в углах растра с частотами сигналов в 3 и 4 МГц. Контроль горизонтальной четкости в целом производят по группам штрихов в ряду номер 13, группы соответствуют 330, 440, 550 и 660 линиям четкости по таблице ТИТ-0249.
Пересечение вертикальной и горизонтальной линии в центре большого круга обозначает центр кадра. Изломы или изгибы диагональных линий в черных прямоугольниках в центральной области укажут на нарушения чересстрочной развертки. Цветные полосы с 25% яркостью в верхней части кадра и с 75% - в нижней предназначены для контроля основных цветов. Сигнал "радуга" в виде полосы в большом круге - контроль ухода нулевых точек и линейности характеристик частотных дискриминаторов. Серая шкала с десятью градациями в 8 ряду - уровень черного и контраст изображения. Ряд чередующихся квадратов белого и черного цветов - обнаружение тянущихся продолжений, одиночные белые штрихи на черном фоне - контроль отраженных сигналов.
Куда они пропали?
Да, увидеть сегодня испытательную таблицу простому зрителю удается все реже и реже. Этому есть ряд причин. Во-первых, в наше коммерческое время телевидение - большой бизнес, со страшно сказать какой стоимостью секунды эфирного времени, отдавать которое часами на вещание неподвижной картинки просто так никто не будет.
Во-вторых, увеличивающаяся надежность телевизоров и встраивание в них микропроцессоров контроля и управления привели к тому, что регулировать или настраивать работу телевизора самому зрителю приходится все меньше. В-третьих, все сильнее телевизоры на основе ЖК и "плазмы" вытесняют привычные ЭЛТ, а большое количество проблем ЭЛТ, обнаруживать которые и призваны испытательные таблицы, в первых просто отсутствуют. Это и геометрические искажения, и нелинейность развертки, и сведение лучей, и фокусировка. В-четвертых, переход от аналогового телевидения к цифровому требует совершенно иных методик контроля качества изображения, а значит и принципиально иных испытательных таблиц.
Проблема оценки и сравнения качества различной электронной аппаратуры возникла, возможно, раньше появления самой этой аппаратуры. Применительно к телевизионной технике эта проблема решается с помощью специальных измерительных и тестовых таблиц. Итак, какие важнейшие типы испытательных изображений мы знаем?
Первый тип – так называемые Resolution Charts или таблицы разрешающей способности. Их основное предназначение – оценка разрешающей способности ТВ или видеокамер, дисплеев, телевизоров, теле/кинодатчиков и всего передающего и приемного тракта в целом. Х арактерный пример – отлично всем знакомая таблица 0249, долгое время использовавшаяся отечественным телевидением в качестве заставки. Другой пример – EIA Resolution Chart, фактически являющаяся стандартом для оценки разрешающей способности, разработанная ассоциацией инженеров по радиоэлектронике в 1956 году для тех же целей.
Именно эту таблицу мы используем для оценки разрешающей способности в тестах видеокамер. С помощью вертикальной миры, расположенной симметрично сверху и снизу от центра таблицы, можно измерить разрешающую способность камеры непосредственно в ТВЛ.
Качество работы апертурного корректора по горизонтали можно оценить с помощью горизонтального клина. Для более точной аппаратной оценки уровня сигнала, соответствующего частоте 200 ТВЛ, в таблице существует ряд специальных зон, заполненных вертикальными и горизонтальными штрихами, с разрешающей способностью, соответствующей 200 ТВЛ. Для оценки геометрических искажений и разрешающей способности по краям изображения используются четыре комбинированных миры, вписанных в концентрические окружности, расположенные по краям таблицы. Оценку динамического диапазона и работу систем автоматической установки экспозиции очень удобно проводить по фрагментам серого клина, вписанным в центральную окружность таблицы. Электронный вариант таблицы можно скачать по адресу: https://www.bealecorner.com/trv900/respat/EIA1956-v3.zip
Возникшие в самом начале телевизионного вещания (естественно, черно-белого), когда на первом плане стояли проблемы правильной фокусировки и геометрических искажений, эти таблицы были ориентированы на контроль и настройку именно этих параметров. Окружности в центре и по краям экрана, заполненные вертикальными и горизонтальными клиньями, позволяют довольно точно оценить и отрегулировать отклоняющие и фокусирующие системы передающей камеры и телевизионного приемника. Из других параметров тракта с их помощью можно оценить передачу так называемого серого клина – способности камеры или телеприемника корректно воспроизводить полный динамический диапазон сцены и точность настройки схем гамма-коррекции.
С появлением и массовым распространением цветного телевидения оказалось, что возможностей традиционных черно-белых таблиц совершенно недостаточно. В первую очередь, это связано с гораздо более сложной структурой полного цветового сигнала и необходимостью оценки и регулировки намного большего числа специфических параметров. Кроме того, стало очевидно, что решить задачу контроля качества работы аппаратуры и приемников цветного телевидения простой съемкой напечатанной на бумаге или кинопленке таблицы практически невозможно. Пришло время электронных испытательных таблиц.
Поясним. Испытательный сигнал, создающий изображение таблицы, не снимается передающей телевизионной камерой, а синтезируется электронным устройством (генератором). Таким испытательным сигналам не присущи специфические искажения, вносимые передающими телевизионными камерами. Они позволяют не только субъективно оценивать качество изображения непосредственно на экране телевизионного приемника, но и при помощи специальной аппаратуры измерять характеристики видеоканала. Электронные испытательные таблицы содержат элементы, позволяющие производить контроль и настройку отдельных узлов цветного телевизора. Существует большое количество вариаций испытательных таблиц, разработанных ассоциациями радиоинженеров, радиоэлектронными фирмами, телевизионными вещательными компаниями. Естественно, что формат таблицы определяется стандартом передаваемого ТВ-сигнала, поэтому внешний вид таблиц, используемых для систем NTSC, PAL или SECAM, будет несколько отличаться друг от друга. К примеру, на рис. 3 вы видите испытательную таблицу, используемую BBC, а на рис. 4 – таблицу, получаемую с испытательного генератора фирмы PHILIPS; именно эта таблица используется большинством вещательных телеканалов по всему миру. Универсальная таблица (УЭИТ), показанная на рис. 6, прекрасно знакома большинству наших читателей. Ее мы видим на наших экранах во время перерывов вещания. Кроме того, существует еще множество узкоспециализированных измерительных сигналов, как, например, сетчатое поле для проверки сведения лучей, шахматное поле (рис.5) и т.д.
А теперь на примере знакомой всем “нашей” универсальной таблицы посмотрим, что можно увидеть и понять с ее помощью. Для удобства обозначения отдельные элементы таблицы обозначены по горизонтали буквами, а по вертикали цифрами. Итак, какие параметры видеотехники можно оценить по измерительной таблице, просто на глаз, без каких-либо измерительных приборов.
Размер изображения
Рисунок -5
Как, возможно, помнит внимательный читатель, несколько лет назад, одна любопытная реклама довольно доходчиво объясняла, что на экране ТВ-приемника мы видим гораздо меньше того, чем передается на самом деле. Реально изображение на экране обрезано на 10–15 % по сравнению с передаваемым сигналом. Стандартный размер кадра устанавливается по имеющимся в таблице реперным линиям, которые совмещают с краями обрамления кинескопа. Точность настройки формата изображения можно оценить по квадратам и окружностям в составе таблицы.