12.8. Zasada transmisji telewizyjnej Transmisja obrazu wraz z towarzyszącym mu dźwiękiem jest realizowana przez zespół urządzeń stanowiących tor nadawczy i odbiorczy, przedstawiony w sposób schematyczny na rys. 12.16. Część nadawcza składa się zasadniczo z dwóch oddzielnych układów: nadajnika fonii (dźwięku) i nadajnika wizji (obrazu). cześć' nadawcza fonii!obl'fody W!JSClOwe) ~ Układ syntezy toni i obrazu, L J heterrxf< na CleŚ'; nadawcza wizji V Czesc odbiorcza Rys. 12.16. Układ transmisji obrazu i dźwięku 165
Nadajnik fonii jest taki sam jak nadajnik sygnału radiowego z rys. 12.14a. Nadajnik wizji składa się z: przetwornika obrazu na tzw. całkowity sygnał wizyjny, modulatora, wzmacniacza W.cz., anteny nadawczej sygnału wizyjnego. Częstotliwości nośne: sygnału wizji - nw i sygnału fonii - n! W danym standardzie telewizyjnym różnią się o stałą wartość n!- nw = " gdzie f,jest tzw. częstotliwością różnicową. Część odbiorcza składa się z: filtru pasmowoprzepustowego, anteny, obwodów wejściowych, układu przemiany częstotliwości, demodulatora AM. Układy te pełnią takie same funkcje jak w odbiorniku radiowym superheterodynowym. Sygnał po zdemodulowaniu jest podawany na układ syntezy obrazu i dźwięku, którego budowę i zasadę działania opiszemy w dalszej części książki. Układ ten powoduje odtworzenie obrazu na ekranie kineskopu i dźwięku w głośniku telewizora. 12.8.1. Analiza obrazu i dźwięku Oglądany przez nas obraz telewizyjny czy kinowy składa się z wielu kolejno następujących po sobie obrazów. Wykorzystuje się tutaj zjawisko bezwładności oka ludzkiego. Polega ono na tym, że jeżeli obrazy docierające do naszych oczu będą się pojawiały z częstotliwością większą niż 10 obrazów na sekundę, to powstanie wrażenie ciągłości obrazu. Właściwie dobrane obrazy składowe wywołują złudzenie ruchu wyświetlanych na ekranie elementów. Obrazy te przedstawiają wówczas kolejne fazy ruchu. Na potrzeby transmisji obrazu drogą radiową dzieli się go na cienkie linie i nadaje jedną po drugiej w czasie przeznaczonym na przesłanie danego obrazu (25 obrazów na sekundę, po 625 linii w obrazie). Analiza obrazu, realizowana przez kamerę telewizyjną, polega na utworzeniu dla danego elementu obrazu odpowiadającego mu sygnału elektrycznego analogowego lub cyfrowego (ciąg liczb - próbek). W sygnale takim danemu elementowi obrazu musi być w jednoznaczny sposób przypisana informacja o jego jaskrawości i ewentualnie kolorze oraz o położeniu na obrazie. Utworzony sygnał może być odtworzony bezpośrednio (zsyntetyzowany) lub zapisany, 166
w celu późniejszego przesłania, przetworzenia lub odtworzenia. Uzyskuje się to w wyniku przebiegania strumienia elektronowego punkt po punkcie analizowanej linii obrazu. Przetwarzanie obrazu, a tym samym jego odtworzenie w odbiorniku, jest tym dokładniejsze, im mniejsze są elementy poddane analizie (tj. węższe linie obrazu). Na rysunku 12.17a przedstawiono przykładowy analizowany obraz, na rys. 12.17b sygnał elektryczny analogowy odpowiadający linii zaznaczonej z boku rysunku strzałką, a na rys. 12.17c - sygnał elektryczny cyfrowy odpowiadający tej samej linii. aj Biały Jasnoszary Ciemnoszary b1 Jr J Y li li Poziom ~ -l1t d J[ bieli ---.!---..w...-ll-lllllli -+ 1'lr -~ - - : : Poziom _ r J Jasn05zar;:- - - - - i ~o:~::'o_-+----- -szary Poziom--* - - - - - - - czarny e) --l-lł----~-l- W@m_.llill~11 Elementy czarne : Pionowe tirue odnosmk! Rys. 12.17. Analiza obrazu: a) obraz, na którym zaznaczono strzałką analizowaną linię; b) sygnał analogowy odpowiadający tej linii; c) sygnał cyfrowy Na pierwszy rzut oka sygnał cyfrowy jest zupełnie niezrozumiały - niepowiązany logicznie z treścią analizowanej linii. W rzeczywistości jest to ciąg bitów jednoznacznie opisujący w sposób cyfrowy jaskrawość (i ewentualnie kolor) każdego punktu analizowanej linii. W dalszej części rozdziału będziemy się zajmować tylko sygnałami analogowymi, ponieważ przed zsyntetyzowaniem sygnał cyfrowy jest zamieniany na sygnał analogowy. Przesyłanemu sygnałowi, odpowiadającemu np. drugiej linii obrazu, musi odpowiadać odtworzony (zsyntetyzowany) w odbiorniku sygnał, dający na ekranie tę samą linię obrazu (warunek synfazowaści pracy). W celu zapewnienia współbieżności pracy nadajnika i odbiornika, prócz sygnału luminancji (to jest sygnału o jaskrawości aktualnie analizowanego punktu), przesyła się impulsy synchronizacji poziomej i pionowej. 167
W celu zmniejszenia migotania przesyłanego obrazu dzieli się go na dwa półobrazy: w pierwszym nadaje się linie nieparzyste, a w drugim - parzyste. W rezultacie w odbiorniku uzyskuje się 50 półobrazów na sekundę, po 312,5 linii (stąd częstotliwość linii - 312,5 x 50 = 15 625 Hz, a częstotliwość pola = 50 Hz - ilość półobrazów na sekundę). Sygnał luminancji (o pasmie od 15625 Hz do 6 MHz) i sygnał synchronizacji, rozdzielone poziomem napięcia, tworzą całkowity sygnał wizji (CSW). Przed przesłaniem do odbiornika sygnał CSW moduluje amplitudowo sygnał nośny wizji o częstotliwości przydzielonej stacji nadawczej. Jednocześnie z sygnałem wizji w nadajniku jest tworzony sygnał fonii. Drgania akustyczne docierające do mikrofonu są zamieniane na impulsy elektryczne, które po wzmocnieniu we wzmacniaczu m.cz. modulują falę nośną fonii. Częstotliwość nośna fonii jest w polskim standardzie o 6,5 MHz większa niż częstotliwość nośna wizji. Zmodulowane sygnały: fonii (częstotliwościowo) i wizji (amplitudowo) są emitowane przez antenę nadawczą w postaci fal elektromagnetycznych i docierają do anten odbiorczych. 12.8.2. Synteza obrazu i dźwięku Zadaniem odbiorczego układu syntezy obrazu i dźwięku jest takie przetworzenie sygnału wejściowego, aby obserwator otrzymał całą zawartą w nim informację. Sygnał wejściowy jest przebiegiem elektrycznym powstałym przez zsumowanie dwu sygnałów: całkowitego sygnału wizyjnego (CSW) i tzw. sygnału różnicowego fonii, otrzymanego w wyniku przetworzenia w demodulatorze AM sygnału częstotliwości pośredniej fonii. Na rysunku 12.18a przedstawiono widmo sygnału wejściowego dla tego układu. Zakres pasma do 6 MHz zajmuje sygnał CSWw swoim naturalnym pasmie, a zakres od 6,25 do 6,75 MHz zajmuje sygnał różnicowy fonii. Na rysunku 12.18b przedstawiono schemat funkcjonalny układu syntezy obrazu i dźwięku, składający się z toru wizji i toru fonii. Na wejściu każdego toru znajdują się filtry oddzielające sygnał CSW dla toru wizji i sygnał różnicowy fonii dla toru fonii. Omówimy oddzielnie oba te tory. Zadaniem toru fonii jest odtworzenie dźwięku towarzyszącego obrazowi. Sygnał częstotliwości różnicowej fonii, po wydzieleniu w filtrze pasmowoprzepustowym (6,5 MHz), jest podawany na wzmacniacz p.cz. fonii, a następnie do demodulatora FM, na wyjściu którego uzyskuje się sygnał o częstotliwości akustycznej. Sygnał ten po wzmocnieniu we wzmacniaczu akustycznym wysterowuje głośnik, który wytwarza drgania dźwiękowe. Zwróćmy uwagę, że schemat funkcjonalny toru fonii jest podobny do układu odbiornika radiowego o bezpośrednim odbiorze sygnału zmodulowanego częstotliwościowo (FM) o częstotliwości nośnej 6,5 MHz. Syntezę obrazu przeprowadza się w taki sam sposób jak jego analizę. Obraz odtwarza się, wyświetlając kolejno linię po linii danego półobrazu, co zachodzi w wyniku jednoczesnego modulowania jaskrawości plamki świetlnej na ekranie kineskopu oraz odchylania jej w poziomie i w pionie. 168
a) u. csw OL----------------~~~~-------r~M~Hz b) FP.P \ > 6,5 MHz Demodulator FM >mcz. Tor fonii csw Uwe ---;-:--+ +f~ FDP 6MHz > Tor wizji FDP 100kHz Generator tmod u. f-----t synchroni- zacji wydzielania V impulsów '-- -' synchronizacji Generator synchronizacji H Cewki odchylania pionowego Cewki odchylania poziomego Rys. 12.18. Układ syntezy obrazu i dźwięku: a) widmo sygnału wejściowego; b) schemat funkcjonalny Modulację jaskrawości plamki uzyskuje się w wyniku sterowania wydajnością wyrzutni elektronów, za pomocą odpowiednio wzmocnionego sygnału wizji (w pewnym uproszczeniu). Częstotliwość odchylania poziomego w polskim standardzie wynosi 15 625 Hz, a pionowego 50 Hz. Zadaniem układów odchylania poziomego i pionowego jest uzyskanie liniowego w funkcji czasu odchylania plamki na ekranie, synfazowo z przychodzącymi impulsami synchronizacji. Taki efekt może być spowodowany tylko podobnym odchylaniem strumienia elektronów, które uzyskamy, sterując cewki odchylające przebiegiem prądu zbliżonym do liniowego. Niewielkie korekty kształtu przebiegu prądu, dokonywane w praktycznych układach, mają na celu zapewnienie liniowego odchylania plamki. Amplituda przebiegu prądowego musi być tak dobrana, aby zapewnić właściwe rozmiary syntetyzowanego obrazu. 169
Znajdujący się w torze wizji filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej 6 MHz wydziela z sygnału wejściowego całkowity sygnał wizyjny. Po wzmocnieniu sygnał ten steruje katodę kineskopu, modulując jaskrawość świecenia plamki. Filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej ok. 100 khz wydziela natomiast z sygnału wejściowego sygnał synchronizacji zawierający pozostałości sygnału wizyjnego. mpulsy synchronizujące pionowe (V) i poziome (H) sterują układ synchronizujący i odchylający ruch plamki świetlnej na ekranie kineskopu. Pytania kontrolne 1. Jakie znasz sposoby zapisu sygnału elektrycznego? 2. Jakie są podstawowe parametry wzmacniaczy? Podaj ich definicje. 3. Przedstaw różnice między wzmacniaczem idealnym a rzeczywistym. 4. Omów zasadę działania modulatora (na dowolnym przykładzie). 5. Na czym polega przemiana częstotliwości? 6. Co to jest demodulator i do czego służy? 7. Jak tworzy się obraz telewizyjny? 8. Omów procesy zachodzące w nadajniku i odbiorniku telewizyjnym. 9. Porównaj budowę i działanie odbiornika radiowego z bezpośrednim odbiorem i odbiornika superheterodynowego.