4. Телевизионная развертка изображений

От способа и параметров развертки зависит качество воспроизведения изображения: четкость, ощущение слитности движения в движущихся изображениях, отсутствие мельканий.

В системах ТВ-вещания используется чересстрочный способ развертки. Особенностью этого способа является формирование полного кадра изображения из двух полукадров. В течение каждого полукадра передается половина общего числа строк; сначала с нечетными номерами, а затем — с четными. Строки второй половины размещаются между строками первой. Частота следования полукадров (кадровой развертки) выбирается равной частоте питающей сети — 50 Гц. При этом мелькания изображения не воспринимаются зрителем, так как имеют частоту, превышающую критическую частоту, фиксируемую органами зрения (46...48 Гц). Частота смены кадров (25 Гц) также удовлетворяет условию восприятия слитности движения, возникающему при последовательной передаче статических фаз движущихся изображений с достаточно высокой частотой (16...18 Гц).

Четкость изображения в направлении, поперечном строкам, характеризуется смещением двух соседних строк и зависит от числа строк в кадре. По стандарту, принятому в Советском Союзе, в кадре 625 строк. Нетрудно видеть, что благодаря чересстрочному способу развертки при фиксированной четкости частота следования строк снижается в 2 раза.

Спектр ТВ-сигнала. Четкость черно-белого изображения вдоль строки определяется длиной ее отрезка, на котором возможен перепад яркости свечения экрана кинескопа. Ясно, что при заданной скорости развертки длина этого отрезка составляет величину, обратно пропорциональную ширине спектра видеосигнала. Спектр ТВ-сигнала показан на рис. 43, а, на котором F_C, F_K —частоты строчной и кадровой разверток. Как видно, основная часть спектра сосредоточена в области нижних частот. В этой полосе (до 2,5 МГц) расположены составляющие спектра, соответствующие крупным элементам изображения. Высокочастотные составляющие, обладающие малой энергией, несут информацию о малоразмерных деталях. Для обеспечения высокой четкости изображений полоса ТВ-канала выбирается достаточно широкой. Номинальная ширина спектра ТВ-сигнала составляет 6 МГц.

При передаче изображения по радиоканалу используется АМ-несущая с частичным подавлением одной боковой полосы. В системах вещательного ТВ совместно с изображением передается ЧМ звуковое сопровождение. Стандартная полоса частот, отводимая ТВ-каналу, составляет 8 МГц (рис. 43, б).

Рис. 43

Полный телевизионный сигнал. Вид сигнала на интервале одной строки показан на рис. 44. Сигнал изображения передается только в течение части периода следования строк. Эта часть периода соответствует прямому ходу развертки. Время обратного хода используется для передачи синхроимпульсов (СИ), управляющих работой генератора строчной развертки в приемнике. Для исключения прочерчивания на экране кинескопа обратного хода луча кинескоп запирается гасящими импульсами (ГИ). В конце каждого полукадра передается кадровый СИ, запускающий генератор кадровой развертки, и кадровый ГИ, запирающий трубку на время обратного хода кадровой развертки. Кадровые импульсы имеют сложную форму и большую длительность, существенно превышающую период следования строк (СИ — в 2,5 раза, ГИ — в 25 раз). Различие в длительности строчных и кадровых СИ используется для их селекции в приемнике.

Рис. 44

В полном сигнале диапазон возможных значений амплитуды (динамический диапазон) разделяется на две области: информационную, ограниченную уровнями «белого» и «черного», и область СИ и ГИ, расположенную выше уровня черного. Благодаря такому разделению динамического диапазона в приемнике посредством селекции по амплитуде обеспечивается выделение СИ из полного ТВ-сигнала.

В передаваемом по радиоканалу полном сигнале, как показано на рис. 44, используется негативный характер зависимости между амплитудой и яркостью, при котором наибольшей яркости (уровню «белого») соответствует наименьшая амплитуда. Такой способ модуляции обладает рядом достоинств. В частности, упрощается задача построения АРУ, которая в этом случае поддерживает постоянным верхний уровень СИ. Кроме того, снижается средняя мощность, излучаемая передатчиком, так как в изображениях обычно преобладает белый цвет. Уменьшается также влияние флуктуационных помех на качество изображения, так как всплески помехи, превышающие уровень черного, создают на экране кинескопа темные штрихи, менее заметные для зрения, чем белые.

Преобразование цветного изображения в электрические сигналы. Цветная, передающая ТВ-камера отличается от черно-белой в основном конструкцией оптического узла и наличием трех передающих ЭЛТ (рис. 45). Оптический узел, помимо объектива, содержит цветоразделительную систему, предназначенную для разложения многоцветного изображения на три одноцветных в основных тонах. Разделение цветов осуществляется с помощью цветоизбирательных дихроичных зеркал, обладающих способностью отражать составляющие света одного цветового тона и пропускать составляющие других цветов.

В системе из трех передающих трубок многоцветные изображения преобразуются в соответствие с их яркостью в видеосигналы красного зеленого и синего цветов.

Приведем краткие сведения о передающих ЭЛТ, применяемых в цветном и черно-белом ТВ. Из всего многообразия ЭЛТ, различающихся видом используемого фотоэлектрического эффекта, конструкцией и характеристиками, наибольшее распространение получили ЭЛТ типа суперортикон и видикон. Достоинствами суперортиконов являются высокая чувствительность и малая инерционность, недостатком — сложность конструкции и эксплуатации.

Рис. 45

Видиконы также обладают высокой чувствительностью и имеют простую конструкцию, удобны в эксплуатации. Недостаток видиконов — повышенная инерционность. Суперортиконы находят широкое применение в системах вещательного ТВ, видиконы — в прикладном ТВ, а также в портативных репортерских камерах.

Преобразование электрических сигналов в видимое изображение. Многоцветное изображение как композиция трех одноцветных в основных тонах образуется 'непосредственно в кинескопе. Наибольшее распространение получили трехцветные кинескопы с теневой маской. Экран такого кинескопа имеет мозаичную структуру, состоящую из люминофоров с красным, зеленым и синим свечением. Число зерен таких люминофоров весьма велико: 1200 000 на экране с размером по диагонали 59 см. В цветном кинескопе имеются три электронных прожектора, лучи которых модулируются сигналами, несущими информацию о компонентах изображения одного из основных цветов. Управляемые общей отклоняющей системой электронные лучи прочерчивают на экране растр. Для исключения ошибочной засветки люминофоров лучами несоответствующих им цветов служит теневая маска.

Теневая маска — тонкая металлическая диафрагма с большим числом отверстий устанавливается в колбе кинескопа между экраном и электронными прожекторами (рис. 46). Зерна люминофоров разного цвета группируются по три (в триады). Каждая триада размещается строго определенным образом против отверстия в маске так, чтобы все три луча, сходящиеся в плоскости маски, облучали сквозь отверстие только люминофоры своего цвета.

Рис. 46

Прозрачность маски для электронных лучей невелика (10...15%) - поэтому в масочных кинескопах для получения требуемой яркости необходимо (высокое анодное напряжение (до 25 кВ). Применение высоковольтных источников питания несет опасность возникновения рентгеновского излучения. В качестве меры защиты от рентгеновского излучения для изготовления колбы - кинескопа используется стекло специальных сортов с добавлением тяжелых металлов (свинца, стронция). В настоящее время разработаны цветные кинескопы, свободные от отмеченных недостатков. Однако эти кинескопы пока еще не обеспечивают требуемого качества изображения и не получили широкого применения.