Измерения характеристик и параметров телевизоро-в осуще ствляются на осяове государственного стандарта (ГОСТ 9021-71) по методике, предусматривающей использование понятий номинального изображения и номинального напряжения видеосигнала .

Hecyaff азобртетя

Несущая частота звука

Рис. 12. Номинальные частотные характеристики передатчика (а) и приемника (б) изображений,

В качестве номинального изображения принято изображение испытательной таблицы или шахматного поля, участки которого, соответствующие максимально белому, имеют яркость 20 кд/м^ а участки, соответствующие максимальному черному - 2 кд/м^.

В качестве номинального напряжения видеосигнала принят разумах напряжения видеосигнала от уровня черного до уровня белого на выходе телевизионного приемника (на модулирующем электроде кинескопа), соответствующий номинальному изображению.

Стандартом определены следующие разновидности по-

22 -11 -20 -10 -18-3-

>Лс1мпы

СО 500 ООО 700 S00 МГц

Рис. 13. Зависимость коэффициентов усиления /Ср (сплошная линия) и шума N (пунктирная линия) от частоты для транзисторных и ламповых селекторов ДМВ.

нятия чувствительность телевизора : чувствительность, ограниченная усилением; чувствительность, ограниченная шумами; чувствительность, ограниченная синхронизацией.

Под чувствительностью, ограниченной усилением, понимается наименьшее напряжение несущей частоты на входе приемника, при котором на его выходе (на модулирующем электроде кинескопа) получается номинальное напряжение сигнала.

Под чувствительностью, ограниченной шумами, понимается наименьшее напряжение

шесущей частоты изображения на входе телевизионного приемника, при котором отношение номинального напряжения к действующему напряжению шумов на модулирующем электроде кинескопа достигает 20 дБ.

Под чувствительностью, ограниченной синхронизацией, понимается наименьшее напряжение несущей частоты изображения на .входе телевизионного приемника, при котором сохраняется устойчивая синхронизация.

С целью снижения шумов и повышения чувствительности перед преобразовательным каскадом в обязательном порядке применяются усилители высокой частоты. Кроме снижения уровня шумов, усилители высокой частоты улучшают селективность приемников и -ослабляют проникновение колебаний гетеродина в антенну, ослабляя, такИхМ образом, помехи соседним телевизионным приемникам.

€ той же целью во входных цепях используют коэффициент связи, в 2-3 раза больший оптимального, что обеспечивает повышение отношения сигнал/шум приемника примерно в 1,5 раза.

В настоящее время чувствительность телевизионных приемников, ограниченная шумами, колеблется в пределах 80-150 мкВ, а чувствительность, ограниченная синхронизацией - в пределах 15-30 мкВ. С применением высокочастотных малошумящих транзисторов оказалось возможным создание селекторов телевизионных каналов на транзисторах с коэффициентом шума более низким, чем у ламповых селекторов (рис. 13).

5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ШУМОВЫХ ПОМЕХ НА ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

Шумовые помехи могут оказывать мешающее действие при приеме телевизионных передач двоякого рода. Попадая на управляющий электрод приемной трубки, помехи вызывают хаотические' мерцания яркости мелких участков изображения (принимаемое изображение просматривается словно сквозь пелену падающего снега). Кроме того, эти мерцания яркости размывают резкие границы деталей изображения, что приво/ит к ухудшению различимости мелких деталей, уменьшению четкости изображения, снижают контрастность и число различимых градаций яркости в изображении.

Попадая в блок развертки, шумовые помехи нарушают регулярность срабатывания системы синхронизации, что вызывает размывание изображений и снижение четкости.

Казалось бы, что при линейной модуляционной характеристике кинескопа (т. е. зависимости тока луча /а или пропорциональной ему яркости свечения экрана В от напряжения на управляющем электроде у.э), благодаря инерционности зрения и послесвечению люминофора, переменная шумовая яркость должна усредняться и давать некоторую среднюю яркость Лср (рис. 14), и дополнительная подсветка экрана должна отсутствовать. Но это не так. При передаче темных мест изображения некоторые импульсы шума уходят за линию отсечки тока трубки и происходит детектирование шумового напряжения. Положительные и отрицательные импульсы шумового напряжения уже не компенсируются и дают дополнительную шумовую подсветку темных мест изображения.

Так как модуляционная характеристика кинескопа нелинейна, то поступающее на модулятор напряжение шумов будет детекти-

роваться, в результате чего появится дополнительная шумовая составляющая яркости, снижающая контраст изображения, который вместо

теперь будет

1с Дмакс 4 ш

А 1 - D I Tin

мин Г ш

где В - яркость свечения экрана без воздействия шумов; Вт - яркость, обусловленная наличием шумов.

Шимодал подсветка скомпенси-роВалась

ШумоВая подсветка

Рис. 14. Детектирование шумов приемной телевизионной трубкой.

Уменьшение контраста изображения К приводит к уменьшению числа различимых градаций яркости /г, так как /г=1пА/б, где б - пороговый контраст, примерно равный 0,03-0,05. Кроме того, шумы выравнивают и делают незаметными небольшие перепады яркости и этим также уменьшают число различимых градаций яркости.

Помехи на изображении оказываются незаметными при отношении сигнал/шум г|)200.

При г|)100 помехи в виде перемежающихся светлых и темных точек становятся заметны, ухудшают изображение и уменьшают число различимых градаций яркости. .По мере дальнейшего снижения отношения сигнал/шум мешающее действие помех усиливается. При снижении отношения сигнал/шум ниже 15 (кроме помех типа падающий снег ) шумы вызывают дальнейшее ухудшение разрешающей способности, контраста и числа различимых градаций яркости.

По-иному воздействуют на изображение шумовые помехи, попадая в канал синхронизации. Здесь они, накладываясь на синхроимпульсы, вызывают колебание их фронтов и амплитуды (рис. 15).

Среднеквадратичное значение флуктуации фр<нтов импульсов Оф может быть найдено из выражения аф=сг/лф, где а - оредне-

квадратичное значение флуктуационной помехи, а /Сф-крутизна фронта импульса.

Относительное смещение фронтов Оф/Т=о/КфТ, где Г -период повторения импульсов.

Для кадровой синхронизации отношение Оф/Ту, мало и его можно

не учитывать. Для строчной развертки Гетр в сотни раз меньше Гк, и смещения строк друг относительно друга получатся значительными. Кроме того выделение из синхросмеси строчных и кадровых синхроимпульсов, как известно, осуществляется с помощью дифференцирующей и интегрирующей цепочек соответственно.

Интегрирующая цепочка является фильтром нижних частот, который значительно ослабляет воздействие шумовых помех на кадровую синхронизацию. Дифференцирующая цепочка, выделяющая строчные синхроимпульсы, не может защитить генератор строчной развертки от шумовых помех, и канал строчной синхронизации оказывается в большей степени подверженным действию помех, чем канал кадровой синхронизации.

Шумовая помеха, попадая в канал строчной синхронизации, вызывает хаотические временные смещения фронтов синхроимпульсов, что, в свою очередь, приводит к быстрым хаотическим смещениям строк изображения одной относительно другой и, как следствие, к падению горизонтальной четкости.

Рис. 15. Флуктуации амплитуды и фронтов синхроимпульсов под влиянием шумовых помех.

Рис. 16. Потеря четкости изображения трех вертикальных линий из-за воздействия шумовых помех на схему строчной синхронизации.

Рис. 16 дает представление о характере искажений, создаваемых шумовыми помехами, попадающими в канал строчной синхро-низапии. Принято считать, что смещения одной строки относительно другой допустимы, если М не превышает половины элемента разложения (0,5rf). Предельная относительная нестабильность при этом составит:

Л/ 0,5 . 0,5

- --6.10-*,

/ kZd 4/3.625rf

где / - длина строки; - отношение сторон экрана; Z -число строк в кадре.

Из полученной цифры следует, что при смещении строки даже на одну тысячную ее длины искажения превысят допустимые значения.

6. БОРЬБА С ШУМОВЫМИ ПОМЕХАМИ В КАНАЛЕ СИНХРОНИЗАЦИИ

Кадровая синхронизация, как уж отмечалось, защищена относительно малым смещением фронтов синхроимпульсов и интегрирующей цепочкой. Одним из наиболее действенных способов защиты строчной синхронизации от шумовых помех является замена обычной импульсной синхронизации (синхронизации мгновенного действия) так называемой инерционной синхронизацией, осуществляемой автоматической подстройкой частоты и фазы строчного генератора (АПЧиФ).

Регулирующее напряжение с

ш. у мам и и г ар- Регулируй - Палообразнб-мониками dxoi- щбе н&пря- импульснде иых сианалои же ние напряжение

Синхроимпульсы строчные

Фазовый детектор

CumprnmijibObi каароВы

Интегрирующий фильтр 9НЧ

Генержпор строчной развертки

Выхвдной каскад

Сигналы сравнения

ti,eno4K6i формирования 8ыг-нала сравнения

К строчной К

Рис. 17. Структурная схема инерционной строчной синхронизации

с АПЧиФ.

Структурная схема этой системы синхронизации приведена на рис. 17. Как видно из схемы, за амплитудным селектором следуют фазовый детектор и фильтр нижних частот с достаточно большой ностоянной времени. К фазовому детектору подводятся строчные синхроимпульсы и импульсное напряжение от генератора строчной развертки. Фазовый детектор, сравнивай по часто-ре и фазе эти колебания, вырабатывает регулирующее напряжение (/per, пропорциональное разности фаз между ними Аф=фсинх-фетр (рис. 18). Следующий за фазовым детектором интегрирующий фильтр отфильтровывает переменные составляющие входных сигналов, а также шумовые помехи и пропускает лишь регулирующее напряжение, [которое управляет частотой генератора развертки.

При непосредственной синхронизации полоса пропускания каскадов, используемых в схеме строчной синхронизации, составляет примерно 1,5 МГц. Полоса же пропускания интегрирующего фильтра системы АПЧиФ обычно не превышает 1 кГц. Таким образом, полоса пропускания канала синхронизации сужается в 1500 раз,

следовательно, во столько же раз ослабляется действие шумовых помех.

Сравнение фаз в фазовом детекторе происходит не в момент прихода данного синхроимпульса, а в течение сравнительно большого промежутка времени, определяемого постоянной времени фильтра нижних частот. Чем больше этот промежуток времени, тем ближе к нулю среднее значение шумовых флуктуации.

Но брать очень большой постоянную времени нельзя, так как при сужении полосы пропускания фильтра сокращаются и полоса захвата и полоса удержания системы АПЧиФ, и последняя начинает работать неустойчиво.

0-4IZ>

Рис. 18. Характеристика фазового детектора.

Рис. 19. Схема пропорционально-интегрирующего фильтра.

Поэтому при выборе постоянной времени фильтра нижних частот приходится принимать некоторое компромиссное решение, чтобы иметь и удовлетворительную помехоустойчивость, п достаточно широкую полосу захвата.

Чтобы переход управляемого генератора строчной развертки от несинхронного режима к синхронному происходил плавно (по апериодическому закону), без колебательного процесса, около частоты строчных синхроимпульсов применяют в качестве фильтра нижних частот не обычную интегрирующую цепочку, а так называемый пропорционально-интегрирующий фильтр (рис. 19).

Примерные значения элементов пропорционально-интегрирующего фильтра выбирают из соотношения /?iCi=i/?2C2207cTp.

В современных телевизорах полоса захвата составляет пример-яо 800-1200 Гц, а полоса удержания - не менее 1500 Гц.

7. ОСОБЕННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ГЛАЗОМ ШУМОВЫХ ПОМЕХ НА ТЕЛЕВИЗИОННОМ ЭКРАНЕ

Смешиваясь с полезным сигналом, шумовые помехи вызывают на экране телевизора хаотические мерцания яркости мелких участков изобра}кения. Мешающее действие помех при одном и том же от-

. Полосой захватка частоты строчного генератора называется полоса частот, в которой при расхождении частот синхроимпульсов и генератора строчной развертки система АПЧиФ обеспечивает переход в синхронное состояние.

2 Под полосой удержания понимается полоса частот, в которой достигнутая ранее синхронизация остается неизменной.

Рис. 20. Кривая равной видно-сти шумов различного спектрального состава.

носительном уровне и одинаковых условиях наблюдения зависит от многих факторов. Так, например, при воздействии одинаковой энергии помех в различных участках спектра низкочастотные помехи оказывают значительно большее мешающее действие, чем помехи высокочастотные. Это различие обусловлено, в первую очередь, ограниченной разрешающей способностью глаза и спадом

амплитудно-частотной характеристики приемной трубки в области высших частот видеоспектра (апертурные искажения), вызывающим уменьшение контраста мелких деталей. В результате низкочастотные помехи воспроизводятся в виде более крупных и в то же время более контрастных хлопьев снега .

По-разному воспринимаются глазом шумовые помехи с равномерным спектром шумов (передающие камеры с суперортиконами) и с косым спектром (камеры с трубками без вторично-электронного умножения, с глубокой ПШК и соответствующей коррекцией частотных искажений входной цепи).

На рис. 20 приведена кривая-равной видности шумов с равномерным (iuc/um) и косым (г|)2={/с/ш) распределением. Из рисунка следует, что одинаковая вцдность шумов в канале с супе-рортиконом и супериконоскопом получается при полосе видеотракта 3 МГц при двукратном, а при полосе 7,3 МГц при четырехкратном уменьшении уровня шумов в суперортимонном канале.

При постоянном размахе помех их наибольшее мешающее действие проявляется при значениях, соответствующих 25--40% размаха видеосигнала на темно-серых и серых у йстках изображения, а также на участках относительно большой площади.

Благодаря инерционности зрительного восприятия и послесвечения люминофора трубки, наблюдатель не замечает смены отдельных кадров. Он воспринимает телевизионное изображение, яркость которого получается линейным накоплением (суммированием) яркости отдельных кадров. В то же время яркости шумовых выбросов вследствие их случайного характера суммируются по среднеквадратичному закону. В результате наблюдаемое изображение имеет лучший вид, чем можно ожидать по измеренному значению отношения сигнал/шум в канале связи. По этой причине однокадровая фотография телевизионного изображения оказывается значительно более пораженной шумами, чем изображение, непосредственно наблюдаемое на экране трубки и воздействующее на глаз многими^-

пе Гц

Рис. 21. Зависимость выигрыша х==г|)в/\5э от частоты кадров при различном послесвечении люминофоров.

кадрами. Иными словами, зам^тность помех зависит от частоты кадров /к и времени послеовеч'ейпя люминофора т. Выигрыш в за-метности помех х (в .качестве наблюдаемого изображения) приведен на рис. 21. Ниж'няя кривая относится к люминоформу с относительно малым послесвечением.

8. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ АППАРАТУРЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

В связи с тем что качество телевизионного изображения при наличии шумовых помех определяется отношением сигнал/шум, необходимо уметь его измерять. В условиях, когда незначительные шумовые помехи существуют на фоне значительных по амплитуде полезных сигналов (сигналов изображения, гасящих и синхронизирующих импульсов или специальных испытательных сигналов), измерение отношения сигнал/шум сопряжено с известными трудностя-

0,2 0,3 0,0,5 0,7 0,31,0 2 3 5 В7МГи,

Рис. 22. Кривая весовой функции шумов, рекомендованная МККР (в центре схема взвешивающего фильтра).

ми. Эти трудности усугубляются диапазоном измеряемых значений отношения сигнал/шум (от единиц при передаче затемненных сцен до многих сотен и даже тысяч при измерении отношения сигнал/шум в видеомагнитофонах, в телевизионных радиорелейных или кабельных линиях связи). Поскольку мешающее действие шумов зависит не только от их интенсивности, но и от -частотного состава, то измерение абсолютного значения шумовых помех усложняется и по этой причине. Низкочастотные шумы оказывают значительно большее мешающее действие, чем высокочастотные.

Принято измерять не общую мощность шумовых помех, а мощность, соответствующую степени мешающего действия помех, мощность, соответствующую мешающему весу помех. С этой целью разработаны специальные взвешивающие фильтры, затухание которых растет с частотой так же, как снижается мешающее действие помех, наблюдаемых на экране телевизора (рис. 22).

Замена глаза наблюдателя соответствующим взвешивающим фильтром позволила учесть характер воздействия шумовых помех в различных участках спектра и существенно облегчила измерение помех в видеосигнале. Наряду со способами измерения шумовых помех в видеосигнале, удобными при настройке аппаратуры и в процессе ее эксплуатации, используются также способы измерения непосредственно на экране кинескопа.

Трудности измерения отношения сигнал/шум и невозможность создания какого-то универсального (пригодного для любых условий) способа измерений привели к созданию множества способов измерений, а также устройств для измерения отношения сигнал/шум.

> ничи-

Ос-цилло-граф

ФКВ

ФНЧ

Рис. 23. Структурная схема устройства для измерения отношения сигнал/шум с испытательным сигналом и частотной селекцией шумов.

Рассмотрим имеющие наибольшее применение методы измерения помех и соответствующие измерительные устройства

Измерение отношения сигнал/шум с использованием специального испытательного сигнала. Для измерения этим методом отношения сигнал/шум в телевизионном тракте необходим специальный испытательный сигнал. При попытках измерить отношение сигнал/шум с обычным видеосигналом чрезвычайно усложняется отделение напряжения шумов от напряжения полезного сигнала. Даже при отсутствии в видеосигнале сигнала изображения при равномер* ном освещении или затемнении фотокатода трубки в сигнале неизбежно присутствуют строчные и кадровые гасящие импульсы, сигналы черного пятна и неоднородностей фотокатода и мишени и, наконец, наводки строчной частоты. Спектр частот такого сигнала получается довольно широким и выделить из него шумовые помехи очень сложно. Значительно проще можно осуществить разделение сигналов помехи, если в качестве испытательного сигнала применить какой-либо простой узкополосный сигнал, например, синусоиду (рис. 23). Вершины положительных полуволн синусоиды соответст-

Подробные сведения по данному вопросу приведены, например, в книге М. И. Кривошеева Основы телевизионных измерений , ИЗД. 2-е. М., Связь , 1976.

вуют уровню белого, вершины отрицательных полуволн - уровню черного и вершинам гасящих импульсов. На вершины отрицательных полуволн в случае необходимости (для обеспечения бесперебойной работы ключевой схемы АРУ, схем фиксации и т. п.) могут быть насажены импульсы синхронизации. Естественно, частота испытательного сигнала в этом случае должна быть равна или кратна частоте строк.

Структурная схема измерительного устройства, использующего этот метод, приведена на рис. 23. На вход проверяемого участка-телевизионного тракта подается испытательный сигнал (синусоида с синхроимпульсами). С выхода проверяемого участка испытательный сигнал с шумами поступает на ограничитель, срезающий импульсы синхронизации (качество ограничения контролируется по осциллографу). После ограничителя испытательный сигнал и шумы распределяются по двум каналам. Первый канал состоит из фильтра Фь цропускающего испытательный сигнал (синусоиду частоты строк), и измерительного прибора Mi (осциллографа или пикового вольтметра), измеряющего размах полезного сигнала Uc.

Второй канал состоит из последовательно включенных фильтров 02, ФКВ И ФНЧ и измерителя эффективного напряжения шумов М2. Фильтр 02 подавляет испытательный сигнал частоты строк и пропускает только шумовые помехи. Фильтр ФКВ, имеющий характеристику затухания, соответствующую К|ривой взвешивания (см. рис. 22), производит взвешивание шумов. Фильтр нижних частот ФНЧ пропускает составляющие шумов до 6 МГц и ограничивает проникновение к измерителю М2 более высокочастотных шумов. Характеристика затухания ФНЧ приведена на рпс. 24.

Рис, 24. -Характеристика затухания ФНЧ.

S,88j- 6 6,538

Зная Uc и t/ш.эфф, получаем интересующее нас значение отношения сигнал/шум:

ш.эфф

Измерение шумов на экране кинескопа. Для измерения шумов этим методом на принимаемом изображении образуют так называемое поле сравнения-площадку с размером стороны несколько больше 0,1 высоты кадра Образование поля сравнения обеспечивается особыми импульсами, синхронными с частотой строк и кадров (рис. 25). Эти импульсы вырабатываются формирующим устройством. Фазы строчных и кадровых синхроимпульсов с помощью фазосдвигающих устройств можно изменять. При этом будут также изменяться фазы импульсов сравнения, а следовательно, самО

При меньших размерах точность измерений снижается.