Дослідження телевізійних випробних сигналів

1.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕЛЕВІЗІЙНИХ ВИПРОБНИХ СИГНАЛІВ
Методичні вказівки
до лабораторної роботи з дисципліни
"Основи телебачення"
для студентів базового напряму 0907 "Радіотехніка"
спеціальності 7.090701 "Радіотехніка"
Затверджено
на засіданні кафедри
радіоелектронних пристроїв та систем
Протокол № 9 від 12.01.2011 р.
Львів – 2011

2.

2
Дослідження телевізійних випробних сигналів. Методичні вказівки до
лабораторної роботи з дисципліни "Основи телебачення” для студентів
базового напрямку 0907 “Радіотехніка” спеціальності 7.090701 “Радіотехніка”
//Укл. Мінзюк В.В., Шклярський В.І. Львів: Видавництво Національного
університету “Львівська політехніка”, 2010. – 14 с.
Укладачі:
Мінзюк В.В., асист.
Шклярський В.І., к.т.н., доц.
Відповідальний за випуск І.Н. Прудиус, докт. техн. наук, проф.
Рецензенти
Гоблик В.В., к.т.н., доц.
Оборжицький В.І., к.т.н., доц.

3.

3
1.МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є вивчення сигналів, які використовуються для перевірки
роботи вузлів формування телевізійного сигналу в телевізійних приймачах та
відео-контрольних пристроях і роботи телевізійного каналу зв’язку.
2.ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Важливим показником роботи телевізійного приймача чи відеоконтрольного пристрою є якість зображення на екрані. Ця якість залежить,
зокрема, від того, як формується телевізійний сигнал і наскільки
використовуваний телевізійний канал відповідає встановленим вимогам до
нього. Для перевірки правильності функціонування сигналу вузлами
формування телевізійного каналу використовують спеціальні сигнали, які
вводяться у повний телевізійний сигнал.
2.1. Сигнали для перевірки роботи вузлів формування телевізійного
растру.
Телевізійним
растром
називають
сукупність
горизонтальних
паралельних один до одного рядків розгортки. При формуванні растру під
впливом ряду причин виникають спотворення, які знижують якість зображення.
Серед цих спотворень прийнято виділяти два основні типи: нелінійні та
геометричні.
Нелінійні спотворення пов’язані з непостійністю швидкості руху
світного променя по екрану в різних його місцях. Найчастіше швидкість руху
променя є більшою на краях екрану, ніж в центрі, відповідно при передаванні
зображення, що складається з рівних за величиною фрагментів, на
приймальному екрані одержимо фрагменти певного розміру в центрі екрану і
збільшеного розміру на його краях.
Для контролю та вимірювання величини нелінійних спотворень
використовують декілька типів простих сигналів, з допомогою яких на екрані
формують спеціальні зображення, зручні для проведення оцінки або
вимірювань. На рис. І,а показано зображення, зручне для вимірювання
нелінійності по горизонталі.
Очевидно, що випробний сигнал, який необхідно подати на катодномодуляторний вузол кінескопа, повинен являти собою послідовність
прямокутних імпульсів, частота яких повинна бути кратною частоті рядків.
Частина такого сигналу, що відповідає одному рядку розгортки тривалістю Т р,
показана на рис. 1,б. На рисунку зображені також рядкові імпульси
синхронізації та гасіння. Кількість смуг, що будуть сформовані на екрані
N T pn / Ti
Де Тpn - тривалість прямого ходу рядкової розгортки,

4.

4
Ті - період прямокутних імпульсів сигналу, або наближено:
N T p / Ti .
а)
б)
Tі
u
t
x
TP
Рис. 1. До вимірювання нелінійності рядкової розгортки
Якщо врахувати що тривалість прямого ходу складає основну частину
періоду, вимірюючи ширину смуг на екрані х знаходять найбільше та
найменше значення хmax, хmin за якими визначають коефіцієнт нелінійних
спотворень по горизонталі:
x x min
Bx 2 max
100% .
x max x min
а)
y
Точність визначення коефіцієнта нелінійних спотворень залежить,
зокрема, від числа смуг в зображенні і при збільшенні числа смуг до певного
значення зростає. Однак при подальшому збільшенні числа смуг, а, отже,
зменшенні ширини смуги, точність починає падати, оскільки зростає похибка
вимірювання ширини смуги. Оптимальне значення числа смуг знаходиться в
межах N = 15 - 20.
Для вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень по вертикалі
використовують зображення, показане на рис. 2,а. Випробувальиий сигнал в
цьому випадку повинен мати вигляд прямокутних імпульсів, кратних частоті
кадрової розгортки. Він показаний на рис 2,б, причому для спрощення рисунку
імпульси синхронізації та гасіння як рядкові, так і кадрові не вказані.
б)
u
Ti
t
TK
Рис.2. До вимірювання нелінійності кадрової розгортки

5.

5
За аналогією з попереднім випадком, кількість горизонтальних смуг
N TK / Ti
а коефіцієнт нелінійності по вертикалі
y ymin
By 2 max
100%
ymax ymin
Щодо точності визначення цього коефіцієнта, то залишиться в силі
міркування, викладені вище.
Формуючи суміш описаних вище сигналів, створюють зображення
шахового поля (див. рис. З), за допомогою якого можна визначити нелінійнісгь
як по горизонталі, так і по вертикалі.
Рис. 3. Зображення шахового поля для визначення нелінійності розгорток
Геометричні спотворення растру - це відхилення форми растру від
прямокутної, вони обумовлені так званою дисторсією відхильної системи,
неправильним функціонуванням схем корекці її геометричних спотворень,
несиметричним розташуванням відхилювальної системи, чи котушок в самій
відхилювапьній системі, тощо. Найбільш характерні спотворення мають назви:
"подушкоподібні", "бочкоподібні", типу "паралелограм", типу "трапеція",
можливою є одночасна дія двох і більше видів спотворень. Характер
геометричних спотворень подушкоподібного типу, бочкоподібного типу та
типу трапеція показано відповідно на рис. 4,а,б,в.
б)
l
в)
lmax
hmax
hmax
h
lmax
h
lmax
h
l
a)
Рис.4. Геометричні спотворення растра: а) подушкоподібні; б) бочкоподібні; в)
трапецевидні

6.

6
Щоб одержати кількісну оцінку спотворень, вимірюють по екрану
кінескопа характерні елементи відхилення форми одержаного растру від
прямокутної, наприклад, при вимірюванні подушкоподібних спотворень
вимірюють значення hmax та lmax (див. рис. 4,а) а значення, наприклад,
коефіцієнту геометричних спотворень по горизонталі знаходять за формулою
G x ( l max / h ) 100%
Звідси бачимо, що виміряти геометричні спотворення можна не
використовуючи спеціальних сигналів, а проводячи виміри безпосередньо по
краях сформованого растру. Однак, можна також скористатися описаними
вище сигналами, здійснюючи виміри спотворень за крайніми верхньою,
нижньою та боковими лініями зображення смуг чи шахового поля, адже часто
краї растру знаходяться за межами екрану.
Більш універсальним випробний сигнал, з допомогою якого на крані
кінескопа формують так зване сітчасте поле: сукупність білих або чорних
вертикальних та горизонтальних ліній. З допомогою сітчастого поля зручно
вимірювати не тільки нелінійні та геометричні спотворення, але і суміщення
растрів та якість зведення трьох променів в приймачах та відео-контрольних
пристроях кольорового зображення. Лінії сітки є білими в межах всього поля
екрану кінескопа тільки при умові, що промені зведені належним чином, а
растри в трьох основних кольорах суміщені. На рис. 5 показано характер
сигналу, який треба подати на катодно-модуляторний вузол кінескопа для
одержання сітчастого поля (імпульси гасіння та синхронізації кадрові та
рядкові умовно не показані).
u
…
……
t
Tp
TКЗ
Tpn
Tpn
To
Tк
Tкз
Рис.5. Часові діаграми сигналу для отримання сітчастого поля
На рисунку використано такі позначення: Тpn - тривалість прямого ходу
рядкової розгортки, Ть - тривалість, що відповідає віддалі між вертикальними
лініями сітчастого поля, Тr - тривалість, що відповідає віддалі між

7.

7
горизонтальними лініями сітчастого поля, Ткз - тривалість зворотного ходу
кадрової розгортки, Тк - період кадрової розгортки. Зауважимо, що при
черезрядковій розгортці такий сигнал формується для обох полів (півкадрів)
розгортки і тому горизонталь-і лінії сітки на екрані складаються з двох рядків
розгортки. Для перевірки відтворення на растрі градацій яскравості формують
сигнал, показаний на рис. 6.
u
рівень білого
рівень чорного
t
ТР
Рис. 6. Часові діаграми сигналу для отримання градацій яскравості
Такий сигнал формується в кожному рядку розгортки, тому на екрані
буде зображення вертикальних смуг, яскравість яких стрибкоподібно
змінюється від чорного рівня до білого через ряд відтінків сірого різного
насичення. Сходинки сигналу роблять, як правило, рівновисокими, а їх загальне
число рівне десяти. Аналогічний сигнал використовують також при контролі
приймачів та відео-контрольних пристроїв кольорового зображення. При цьому
можна контролювати не тільки відтворення градацій яскравості, встановлення
рівня чорного, але і чистоту кольору, динамічний баланс білого, роботу
дискримінаторів в декодуючому пристрої.
2.2. Сигнали для перевірки характеристик телевізійного каналу.
Під телевізійним каналом розуміємо сукупність технічних засобів між
виходом перетворювача світло-сигнал та входом перетворювача сигнал-світло.
Телевізійний канал неминуче вносить спотворення. Розглянемо два типи
звичайно вживаних випробних сигналів. На рис. 7 показано сигнал, який
використовують для перевірки амплітудно-частотної характеристики
телевізійного каналу або його окремих частин.
Цей сигнал передають під час зворотного ходу кадрової розгортки в 18
та 21 рядках і спостерігають на виході відповідної ланки телевізійного каналу
за допомогою осцилографа. На рисунку вказані також частотні заповнення в
телевізійний сигнал, які показують якість телевізійного зображення. До складу
сигналу входять рядковий імпульс синхронізації РІС та рядковий імпульс
гасіння РІГ. Складова сигналу с1 - це опорні прямокутні імпульси, складова с 2 пакети синусоїдальних коливань з частотами, що вказані на рисунку, вони
відповідають рядові точок частотної характеристики. При нерівномірній
амплітудно-частотній характеристиці каналу розмах коливань в пакетах на буде

8.

8
однаковим. Вимірявши розмах сигналу в пакеті, його порівнюють з розмахом
опорних імпульсів і, користуючись вказаними значеннями частот, будують
амплітудно-частотну характеристику.
С2
С1
0,5 1,0 2,0 4,0 4,0 5,0
РІГ
РІС
МГц
ТР = 64
Рис. 7. Часові діаграми сигналу для вимірювання АЧХ телевізійного каналу
Спотворення поділяють на лінійні та нелінійні, а для контролю
використовують спеціальні сигнали.
Лінійні спотворення оцінюють за допомогою амплітудно-частотних та
фазо-частотних характеристик, або за перехідними характеристиками.
Нелінійні спотворення породжуються нелінійними властивостями підсилювачів
телевізійного сигналу, а також при різних його перетвореннях і обробках.
Нелінійні спотворення поділяють на статичні - ті, які не залежать від частоти
сигналу, та динамічні, що залежать від частоти сигналу. З першими пов’язана
якість відтворення градацій яскравості та кольору великих ділянок зображення,
з другими - здатність передавати дрібні елементи зображення та якість
передавання сигналу колірності. Нелінійні спотворення оцінюють за
амплітудною характеристикою телевізійного каналу.
Складова сигналу Si- це синусквадратний імпульс з тривалістю на рівні
0,6 від розмаху Ico, що відповідає двом тривалостям одного елемента
зображення ( ел = 83 нс), форма цього імпульсу, визначається виразом
U 0 sin 2
t при 0 t 2T ;
u(t)
2T
0 при t 0, t 2T .
де t - поточний час;
Т - тривалість імпульсу на рівні 0,6.
З допомогою цього імпульсу контролюють сигнали в ділянці малих
часів. Форма імпульсу показана на. рис. 8, а иа рис. 9 показано його
спектральну функцію S(f). З останнього рисунку бачимо, що майже вся енергія
спектральних складових імпульсу зосереджена в межах смуги частот 0 fв, що
справедливо при Т=2 ел тобто при ел = 1 / 2 fв.. Тому навіть порівняно незначні
відхилення амплітудно-частотної характеристики каналу суттєво впливають на

9.

9
форму імпульсу до виході каналу: змінюються розмах, тривалість імпульсу,
можуть з'явитися викиди, користуючись трафаретом, за осцилограмою
імпульсу проводять допусковий контроль телевізійного каналу.
u(t)
1,0
S(f)
0,5
0,5
0
T
T
2T t
0
f
fв
Рис.8. Форма імпульсу для визначення
параметрів сигналу
Рис. 9. Енергія спектральних
складових імпульсу
На рис. 10 показано випробувальний сигнал, який передається в 17 та 20
рядках, тобто також під час зворотного ходу кадрової розгортки.
B2
10
B1
F
0,166
D1
2
4 мкс
ТР = 64
Рис.10. Часова діаграма випробувального сигналу
Складова сигналу F - це складний синусквадратний імпульс, який
формують, об’єднуючи синусквадратний імпульс і високочастотне коливання
(4,43 мГц), модульоване за амплітудою
Прямокутний імпульс Вг тривалістю 10 мкс використовується для
контролю перехідної характеристики телевізійного каналу в ділянках малого та
середнього часу. Він служить також опорним імпульсом, по відношенню до
якого можна оцінювати амплітудні зміни інших складових сигналу.
Телевізійний канал спотворює форму імпульсу В2, наприклад, фронти можуть
видовжитися, плоска вершина мати нахил, можуть з’явитися викиди напруги.

10.

10
Ці спотворення не повинні перевищувати певних допусків, які звичайно
задають трафаретом, накладеним на екран осцилографа.
Синусквадратний імпульс з сигналом яскравості і дозволяє
контролювати якість проходження по телевізійному каналу сигналу яскравості
зображення, високочастотна складова відповідає; сигналові колірності і, отже,
дозволяє оцінити роботу каналу в відношенні передавання кольору. Зокрема,
контролюють різницю в підсиленні сигналів яскравості та кольору, а також
розходження в часі між сигналами яскравості та кольору.
Складова сигналу D використовується для перевірки лінійності
амплітудної характеристики каналу з точки зору проходження сигналу
яскравості, Ця складова сигналу являє. собою рівновисокі сходинки, що
відповідають п’яти градаціям яскравості. При наявності нелінійності розмахи
окремих сходинок будуть відрізнятися, для контролю та вимірювання цих
спотворень користуються осцилографом. Коефіцієнт нелінійності каналу
яскравості
Y [( U max U min ) / U max ] 100%
де Umax та Umin відповідно розмах найбільшої та найменшої зі сходинок сигналу.
3. ЗАВДАННЯ ДО РОЗРАХУНКУ
3.1. Визначити частоту імпульсів, які треба використати в випробному
відеосигналі, якщо необхідно одержати:
а/ зображення у вигляді десяти вертикальних смуг;
б/ зображення у вигляді десяти горизонтальних смуг.
Тривалості прямих ходів кадрової та рядкової розгорток вважати
такими, що дорівнюють відповідно 20 мс та 50 мкс.
3.2. Обчислити значення коефіцієнту нелінійних спотворень зображення
по горизонталі, якщо виміряні значення найширшої та найвужчої смуг в
зображенні дорівнюють відповідно 20 та 18 мм.
3.3. Обчислити потрібну тривалість /на рівні 0,3/ синусквадратного
імпульсу випробного сигналу, якщо найвища частота смуги частот
телевізійного каналу дорівнює 10 МГц.
4. ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ
Структурна схема лабораторної установки показана на рис. 11. Вона
складається з генератора випробних сигналів ГВС типу ФОС - І, телевізійного
приймача ТП та осцилографа 0, що має режим виділення телевізійного рядка.
Необхідні сполучення між цими блоками здійснюються в процесі виконання
роботи.

11.

11
ГВС
ТП
О
Рис. 11. Структурна схема лабораторної установки
5. ЗАВДАННЯ ДО ЕКСПЕРИМЕНТУ
5.1. Дослідити характер випробного сигналу при формуванні
зображення шахового поля;
5.2. Дослідити характер випробного сигналу при формуванні
зображення сітчастого поля.
5.З. Дослідити характер випробного сигналу при формуванні
зображення вертикальних смуг різних градацій яскравості.
5.4. Дослідити характер випробного сигналу, що використовується для
перевірки амплітудно-частотної характеристики телевізійного каналу.
5.5. Дослідити характер випробного сигналу, що використовується для
перевірки перехідної характеристики та лінійності амплітудної характеристики
телевізійного каналу.
6. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
6.1. Під’єднати з’єднувач, що сполучений з антенним входом
телевізійного приймача, з високочастотним виходом генератора випробних
сигналів, а вихід відеосигналу цього генератора - з входом осцилографа.
6.2. Ввімкнути живлення блоків, що входять в установку.
6.З.. Поставити генератор випробних сигналів в режим формування
шахового поля.
6.4. Ввімкнути селектор телевізійного приймача на перший канал і при
необхідності налаштувати канал на одержання стійкого зображення.
6.5. Органами керування осцилографа вибрати з телевізійного растру
рядок, що відповідає формуванню на екрані телевізора першої зліва клітини
шахового поля білого кольору. Зарисувати з екрана осцилографа характер
відеосигналу, що відповідає цьому рядку, виміряти і вказати на рисунку часові
параметри характерних частин відеосигналу. Повторити експеримент,
вибравши з телевізійного растру рядок, що відповідає формуванню на екрані
телевізора першої зліва клітини шахового поля чорного кольору. Зарисувати
характер зображення на екрані телевізора, що відповідає дослідженому
сигналу.
6.6. Перевести генератор випробних сигналів в режим формування
сітчастого поля.
6.7. Органами керування осцилографа вибрати з телевізійного растру
рядок, що відповідає формуванню вертикальних ліній сітчастого поля, а потім горизонтальних ліній. Для обох випадків зарисувати з екрана осцилографа
характер випробних сигналів, їх часові параметри та характер зображення на
екрані телевізора, що відповідає цьому випробному сигналу.

12.

12
6.8. Перевести генератор випробних сигналів в режим формування
вертикальних смуг різних градацій яскравості. Зарисувати з екрана
осцилографа характер відеосигналу, що відповідає періоду рядкової розгортки
та періоду кадрової розгортки. Виміряти та вказати на рисунках часові
параметри сигналу.
6.9. Вимкнути живлення генератора випробних сигналів, розімкнути
з’днувач, за допомогою якого на телевізійний приймач подається сигнал від
генератора випробних сигналів, та під’єднати до антенного входу приймача
антену. Вхід осцилографа під’єднати до виходу відеосигналу телевізійного
приймача.
6.10. Налаштувати телевізор на канал, по якому іде передача
телевізійної програми.
6.11. Органами керування осцилографа виділити послідовно рядки, в
яких передаються описані вище випробні сигнали для перевірки роботи
телевізійного каналу.
6.12. Зарисувати осцилограми сигналів з врахуванням помітних
спотворень, виміряти та вказати на рисунках часові та амплітудні параметри
сигналів.
6.ІЗ. Користуючись даними, що відповідають рис. 7, побудувати
амплітудно-частотну характеристику телевізійного каналу.
6.14. Вимкнути живлення телевізійного приймача та осцилографа.
7. ЗМІСТ ЗВІТУ
7.1. Результати розрахунків.
7.1. Структурна схема лабораторної установки.
7.3. Осцилограми сигналів з поясненнями, чого вони стосуються та
схематичні рисунки зображень на екрані телевізора, що відповідають цим
сигналам.
7.4. Рисунок амплітудно-частотної характеристики телевізійного каналу.
8. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
8.1. Який характер мають випробні відеосигнали, за допомогою яких
можна сформувати зображення вертикальних та горизонтальних смуг? Як
співвідносяться частоти цих сигналів з частотами рядкової та кадрової
розгорток?
8.2. Які параметри зображення на екрані телевізійного приймача можна
контролювати (вимірювати) за допомогою сітчастого поля?
8.3. Як визначають коефіцієнт нелінійних спотворень растру по
горизонталі?
8.4. Чому для контролю телевізійного каналу зручно використовувати
синусквадратний імпульс?
8.5. В чому проявляється нелінійність амплітудної характеристики
телевізійного каналу на випробному сигналі?

13.

13
Список рекомендованої літератури
1. Телевидение. Учебник для вузов / Под. Ред. Джаконии В.Е. -М.
Горячая линия. – Телеком. 2002. – 640 с. Ил..
2. Самойлов В.Ф. Транзисторные генераторы телевизионной развертки. М.: Связь, 1969.
3. Основи телебачення. Конспект лекцій з дисципліни “Основи
телебачення” для студентів базового напряму 6.0907 “Радіотехніка”. / Уклав:
З.Д. Грицьків - Львів: Видавництво Національного університету “Львівська
політехніка”, 2006.
4. Безверній І.Б. Процесори UOC для сучасних масових телевізорів
//"Радіоаматор". 2005 р. №5; 2005, №8.
5. Методичні вказівки до лабораторної роботи.
6. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. – М.: Радио и
связь, 1989. – 608 с.

14.

14
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕЛЕВІЗІЙНИХ ВИПРОБНИХ СИГНАЛІВ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи з дисципліни
"Основи телебачення”
для студентів базового напряму 0907 «Радіотехніка»
спеціальності 7.090701 «Радіотехніка»
Укладачі
Редактор
Мінзюк В.В., асис.
Шклярський В.І., канд. техн. наук, доц.
Шклярський В.І.,
Комп’ютерне верстання
Шклярський В.І.,

15.

15

16.

16