11.2 Спектр частот телевизионного сигнала

Сигнал изображения, полученный в процессе развертки с по­мощью передающей телевизионной трубки, называется видео­сигналом. Для определения спектра видеосигнала необходи­мо установить низшую и высшую частоты спектра.

На рисунке 11.5,а приведен простейший пример неподвижного изо­бражения в виде двух горизонтальных полос – белой и черной. Как видно из рисунка, сигнал, соответствующий этому изображе­нию, представляется в виде импульсов с периодом следования , равным времени передачи кадра.

Рисунок. 11.5 - К определению нижней (а) и верхней (б) границ спектра частот те­левизионного сигнала

Частота этих импульсов (первая гармоника в соответствую­щем этим импульсам ряду Фурье) будет равна частоте смены кадров. При заданной частоте кадров невозможно придумать неподвижное изображение для сигнала, частота первой гармоники которого была бы ниже частоты кадров. Таким образом, нижняя частота спектра телевизионного сигнала .

При чересстрочной развертке изображение рисунка 11.5,а практи­чески будет одинаковым как в четном, так и в нечетном полу­кадре. В связи с этим при чересстрочной развертке за нижнюю границу спектра следует принять частоту, равную числу полукад­ров, т. е. 50 Гц.

Верхняя граница спектра телевизионного сигнала определяет­ся мельчайшими деталями изображения, которые еще могут быть воспроизведены на экране кинескопа. В кинескопе должна быть возможность сфокусировать электронный луч так, чтобы его диа­метр был равен толщине одной строки. Для определения верх­ней частоты подсчитаем число пар черных и белых элементов на изображении «шахматной доски», состоящей из клеточек, верти­кальный и горизонтальный размеры которых равны диаметру раз­вертывающего луча (рисунок 11.4,б). Число пар таких клеточек, пе­редаваемых в секунду, и определит верхнюю границу спектра те­левизионного сигнала.

Число пар элементов по горизонтали определяется длиной строки, зависящей от формата изображения. Стандартное соотношение ширины экрана к его высоте в телевидении, как и в кино выбрано равным 4:3. При этом число пар элементов составит ; число пар во всем кадре . Так как частота кадров при чересстрочной раз­вертке равна 25 Гц, общее число пар элементов, передаваемых в секунду, составит

6500000. Таким образом, верхняя частота те­левизионного сигнала равна 6,5 МГц.

Расчет верхней частоты производят по формуле

где – число строк; – частота кадров.

Из формулы видно, что чересстрочная развертка дает воз­можность в 2 раза уменьшить полосу частот, занимаемую видео­сигналом. Кроме того, квадратичная зависимость полосы частот от числа строк накладывает жесткие ограничения на их выбор. Так видеосигнал французского телевидения с числом строк 819 занимает полосу частот около 11 МГц, что вызывает ряд серьез­ных трудностей при их передаче. Практика показывает, что верх­няя частота телевизионного сигнала может быть уменьшена на 15…20% без заметного ущерба для качества передачи. При этом = 5... 6 МГц.

Экспериментальные исследования, проведенные в последнее время, показали, что телезрители предпочитают формат ТВ кадра с отношением сторон 16:9. Широкоформатное ТВ изображение существенно более комфортно при его рассматривании, чем традиционные форматы 4:3. Главная причина этого заключается в особенностях зрительного восприятия человека. В этом случае увеличивается угол зрения в горизонтальном направлении, что ведет к росту объема воспринимаемой информации. При этом в восприятии участвуют периферические области сетчатки, которые уменьшают заметность границ изображений, повышают различимость отображаемых объектов, а также усиливают впечатление объемности и относительного пространственного расположения рассматриваемых объектов. Поэтому в перспективных ТВ системах используется формат кадра 16:9. В свою очередь это приведет к некоторому увеличению верхней граничной частоты спектра ТВ сигнала (примерно в 1,33 раза).

Строчная структура телевизионного сигнала приводит к тому, что спектральные составляющие не распределены в указанном диапазоне частот равномерно, а группируются вокруг гармоник строчной частоты в сравнительно узкие полосы боковых частот, обусловленные кадровой разверткой и сигналами, несущими ин­формацию о передаваемом изображении (рисунок 11.6). Наличие «пустых» зон в спектре видеосигнала используется для передачи информации о цвете в цветном телевидении.

Рисунок 11.6 - Спектр видеосигнала