Материал: Исследование кодирующего устройства системы вещательного телевидения. методические указания к лабораторной работе. Зеленин И.А

12

Из таблицы следует, что экстремальные значения для сигнала E'_R–Y в первом случае находятся в пределах от +0,7 (при передаче красного) до –0,7 (при передаче голубого), а для сигнала E'_B–Y – от +0,89 (при передаче желтого) до –0,89 (при передаче синего). Если сигналы E'_R–Y и E'_B–Y подать на частотный модулятор, то девиация частоты при передаче сигнала E'_B–Y будет больше, чем при передаче E'_R–Y, что означает недоиспользование динамического диапазона модулятора. Введение масштабных коэффициентов позволяет устранить этот недостаток. Действительно, с учетом К_R и К_B экстремальные значения модулирующих сигналов оказываются равными:

(П1.4)

Следовательно, девиация частоты при передаче обоих сигналов будет одинаковой.

Коэффициенты К_R и К_B выбраны так, чтобы при передаче цветов с 75 %-ной яркостью максимальные абсолютные значения сигналов D'_R и D'_B были равны единице и создавали номинальные значения девиаций частот при последующей частотной модуляции. Как видно из табл. П1.1 максимальные и минимальные значения сигнала E'_R–Y составляют +0,53 и –0,53, а сигнала E'_B–Y – +0,66 и –0,66 соответственно. Тогда 1 = 0,53·К_R и 1= 0,66 · К_В; откуда K_R =1,9; К_В =1,5.

Таким образом, коэффициенты компрессии обеспечивают равные максимальные значения цветоразностных сигналов, следовательно одинаковые максимальные (номинальные) значения девиаций частот.

13

f₁ = 85 кГц (установлено экспериментально);

k = 3.

Эти предыскажения называют низкочастотными потому, что их производят в первичном спектре цветоразностных сигналов, т. е. до частотной модуляции.

15

Поскольку уровень высокочастотных составляющих значительно меньше, чем низкочастотных, то такие предыскажения не вызывают увеличения индекса модуляции, а лишь выравнивают значение девиации частоты цветовой поднесущей по спектру. Это означает, что за счет увеличения глубины модуляции на верхних частотах повышают отношение сигнал-помеха.

На приемной стороне для коррекции внесенных частотных предыскажений в тракт цветоразностных сигналов включают корректирующий фильтр с частотной характеристикой, имеющей спад в области верхних частот. Полная коррекция будет иметь место в том случае, если частотная характеристика корректирующего звена в приемнике (декодере SECAM) будет обратной характеристике предыскажающего звена в передающей части (кодере) системы:

. (П1.7)

Корректирующая цепь приемника, ослабляя верхние частоты продетектированных сигналов, восстанавливает их исходный спектр и одновременно подавляет наиболее заметные на выходе ЧМ канала высокочастотные компоненты шумов. Таким образом, шумовые помехи, поступающие в приемник вместе с ТВ сигналом, после прохождения корректора (фильтра) цветоразностных сигналов окажутся значительно ослабленными.

Общий выигрыш в значении отношения сигнал-помеха за счет введения низкочастотных предыскажений и последующей их коррекции составляет приблизительно 9 дБ.

16

На рис. П1.1,a приведены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) предыскажающего | | и корректирующего | | фильтров, а рис. П1.1,б иллюстрирует влияние предыскажений и их коррекции во временно́й области, т.е. на форму цветоразностных сигналов. Наибольший подъем АЧХ цепи предыскажений имеет место на частоте 800 кГц (9,2 дБ). Правый склон АЧХ (на частотах выше 800 кГц) создают фильтром нижних частот (ФНЧ), ограничивающим спектр цветоразностных сигналов.

П1.4. Предыскажение сигнала цветности (высокочастотное предыскажение)

Сигнал цветности (ЧМ сигнал) подвергают высокочастотному (ВЧ) предыскажению, суть которого заключается в увеличении амплитуды поднесущей по мере отклонения ее частоты от центрального (номинального) значения. Высокочастотным предыскажением его называют потому, что его вводят после частотной модуляции. Такое предыскажение создают фильтром с относительным комплексным коэффициентом передачи напряжения

(П1.8)

и модулем коэффициента передачи в децибелах

(П1.9)

17

а)

б)

Рис. П1.1. Предыскажение и коррекция цветоразностных сигналов:

а – амплитудно-частотные характеристики цепей предыскажений на передающей стороне – в кодере – К_НЧ.К ( f ), коррекции на приемной стороне – в декодере – К_НЧ.Д ( f ) и амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот K_ФНЧ ( f ); б – влияние предыскажений и последующей их коррекции на форму цветоразностных сигналов

18

где k₁ и k₂ – постоянные коэффициенты; k₁ = 16, k₂ = 1,26;

f ^* – обобщенная расстройка, f ^*= f /f₀ – f₀ /f;

f – текущая частота, кГц;

f₀ = (4286 ± 20) кГц.

Как и в случае низкочастотного предыскажения, в приемном устройстве (декодере SECAM) необходимо иметь корректирующий фильтр с АЧХ, обратной частотной характеристике цепи ВЧ предыскажения.

Как известно, спектр шумов (помех) на выходе частотного детектора (ЧД) имеет треугольную форму, т.е. уровень сигнала от помехи U_П на выходе ЧД прямо пропорционален разности между средней частотой настройки f_настр. и частотой помехи f_П (рис. П1.2), что ухудшает качество цветного изображения. Поэтому подъем частотной характеристики в области больших значений девиации частоты цветовой поднесущей (рис. П1.3) приводит к повышению помехозащищенности. В частности, это улучшает отношение сигнал-помеха на цветовых переходах, а также для пурпурного, красного и синего цветов, имеющих относительно небольшую яркость и наиболее заметные шумы.

U_П

f_П – f_настр.

Рис. П1.2. Спектр шумов на выходе частотного детектора при отсутствии предыскажения сигнала цветности

19

а)

б)

Рис. П1.3. Предыскажение и коррекция сигнала цветности:

а – амплитудно-частотные характеристики предыскажающего фильтра на передающей стороне – в кодере – К_ВЧ.К ( f ) и корректирующего фильтра на приемной стороне – в декодере – К_ВЧ.Д ( f ) с девиациями частот; б – влияние предыскажения и коррекции на форму сигнала цветности

20

Предыскажение сигнала цветности также улучшает совместимость системы, так как поднесущая при передаче малонасыщенных деталей изображения становится менее заметной. Это объясняется тем, что уровень сигнала цветности мал, девиация частоты незначительна и вся энергия ЧМ сигнала приходится на минимум кривой предыскажения. В то же время и на крупных однородно окрашенных участках изображения со средней насыщенностью цветов девиация частоты и размах сигнала остаются небольшими и не ухудшают совместимости системы.

Форму АЧХ амплитудного высокочастотного предысказителя практически реализуют режекторным контуром с резонансной частотой f₀ = .4286 кГц и добротностью Q ≈ 16.

П1.5. Применение двух цветовых поднесущих частот

В системе SECAM для передачи информации о цветности применяют две поднесущие частоты: f_OR и f_OB. Номинальные значения частот цветовых поднесущих (частот покоя) при отсутствии модуляции составляют:

f_OR = 282 f_стp = (4406,25 ± 2) кГц для строк с сигналом D'_R,

(П1.10)

f_OB = 272 f_стp= (4250,00 ± 2) кГц для строк с сигналом D'_B.

Частоты f_OR и f_OB кратны частоте строчной развертки f_стр и отличаются друг от друга на 10 ее гармоник.

Опыт эксплуатации ТВ системы SECAM показал, что при передаче большинства сюжетов шумы преобладают на красном цвете. Поэтому цветовые поднесущие были выбраны

так, чтобы частоты, при помощи которых передают красный

21

цвет как в сигнале D'_R, так и в сигнале D'_B, попали в область минимума кривой предыскажающего фильтра (см. рис. П1.3). Таким образом, выбор различных поднесущих частот обеспечивает минимальный уровень помех на красном цвете, где их заметность наибольшая.

П1.6. Уменьшение перекрестных искажений

Полный размах цветовой поднесущей на частоте минимума f₀ коэффициента передачи фильтра высокочастотного предыскажения должен составлять (23±2,5) % от размаха яркостного сигнала между уровнями гашения и белого. Это значение выбрано компромиссно, чтобы одновременно удовлетворить требованиям совместимости и помехозащищенности системы SECAM, а также уменьшить перекрестные искажения сигналов яркости и цветности.

При передаче стандартного белого цвета D₆₅₀₀ цветоразностные сигналы D'_R и D'_B равны нулю, но при этом амплитуды немодулированных поднесущих для красной и синей строк составляют

(П1.11)

Используя график на рис. П1.3, нетрудно определить

Частоты передачи сигналов цветности для цветов с малой относительной яркостью (пурпурного, красного) располагаются в области, близкой к средней частоте f₀. Это уменьшает

22

размах сигналов, а следовательно, и перекрестные искажения цветность-яркость, обусловленные влиянием помех в яркостном канале со стороны сигнала цветности (т.е. возникающих из-за биений между сигналами цветности и высокочастотными составляющими яркостного сигнала), на цветах с малой относительной яркостью. В то же время некоторое увеличение размаха сигнала цветности, следовательно, и перекрестных искажений цветность-яркость на цветах с бо́льшей относительной яркостью оказывается менее заметным.

Перекрестное искажение яркость-цветность – это искажение сигнала цветности, вызываемое составляющими спектра сигнала яркости, лежащими в полосе частот сигнала цветности. Такое искажение имеет пороговый эффект, проявляющийся в резком увеличении паразитной девиации частоты и импульсной помехи на выходе частотного детектора в случае сближения амплитуд высокочастотных составляющих спектра яркостного сигнала и сигнала цветовой поднесущей. Из-за интегрирующего действия низкочастотной коррекции в декодере SECAM импульсные помехи от мелких деталей растягиваются на изображении в виде резко очерченных тянущихся продолжений.

Корректор перекрестных искажений (КПИ) обеспечивает необходимые соотношения между уровнями сигнала и помехи. Следовательно, в зависимости от относительного уровня высокочастотных компонентов можно регулировать как ослабление сигнала яркости, так и усиление сигнала цветности.

Рассмотрим принцип коррекции, основанный на частичном подавлении спектральных компонентов сигнала яркости в полосе частот сигнала цветности, когда амплитуды этих компонентов превышают определенный допустимый уровень и возникает опасность образования перекрестных помех. На