Аналоговое телевидение

Ранний монохромный аналоговый приемник с большими дисками для регулировки громкости и выбора каналов и меньшими для точной настройки, яркости, контрастности, а также регулировки удержания по горизонтали и вертикали.

Аналоговое телевидение — это оригинальная телевизионная технология, использующая аналоговые сигналы для передачи видео и звука. В аналоговом телевещании яркость, цвета и звук представлены амплитудой , фазой и частотой аналогового сигнала.

Аналоговые сигналы изменяются в непрерывном диапазоне возможных значений, что означает, что электронные шумы могут присутствовать и помехи. Таким образом, при использовании аналогового сигнала умеренно слабый сигнал становится заснеженным и подверженным помехам. Напротив, качество изображения сигнала цифрового телевидения (DTV) остается хорошим до тех пор, пока уровень сигнала не упадет ниже порогового значения , при котором прием станет невозможным или станет прерывистым.

Аналоговое телевидение может быть беспроводным ( наземное телевидение и спутниковое телевидение ) или может распространяться по кабельной сети как кабельное телевидение .

все системы вещательного телевидения До появления цифрового телевидения использовали аналоговые сигналы. Ввиду более низких требований к пропускной способности сжатых цифровых сигналов , начиная сразу после 2000 года, переход на цифровое телевидение происходит в большинстве стран мира с разными сроками прекращения аналогового вещания. Несколько стран уже перешли на этот переход, а остальные страны все еще находятся в процессе, в основном в Африке, Азии и Южной Америке.

Разработка

Основная статья: История телевидения

Самыми ранними системами аналогового телевидения были механические телевизионные системы, в которых для сканирования изображения использовались вращающиеся диски с отверстиями, пробитыми в диске. Аналогичный диск восстанавливал изображение на приемнике. Синхронизация вращения диска приемника осуществлялась посредством передачи синхронизирующих импульсов с информацией изображения. В системах камер использовались аналогичные вращающиеся диски, и для работы детектора света требовалось очень яркое освещение объекта. Воспроизводимые этими механическими системами изображения были тусклыми, имели очень низкое разрешение и сильно мерцали.

Аналоговое телевидение всерьез не возникло как отрасль до разработки электронно -лучевой трубки (ЭЛТ), которая использует сфокусированный электронный луч для отслеживания линий на поверхности, покрытой люминофором . Электронный луч может перемещаться по экрану гораздо быстрее, чем любая механическая дисковая система, что позволяет получить более близко расположенные линии сканирования и гораздо более высокое разрешение изображения. Кроме того, полностью электронная система требовала гораздо меньшего обслуживания по сравнению с механической системой с вращающимся диском. Полностью электронные системы стали популярны в домашних хозяйствах после Второй мировой войны .

Стандарты

Дополнительная информация: Системы вещательного телевидения.

Системы аналогового телевидения по странам

Вещатели аналогового телевидения кодируют свой сигнал, используя разные системы. Официальные системы передачи были определены МСЭ в 1961 году как: A, B, C, D, E, F, G, H, I, K, K1, L, M и N. Эти системы определяют количество строк развертки, частоту кадров, ширину канала, полосу пропускания видео, разделение видео и звука и т. д. Схема кодирования цвета ( NTSC , PAL или SECAM ) может быть добавлена ​​к базовому монохромному сигналу. Используя радиочастотную модуляцию, сигнал затем модулируется на очень высокой частоты (ОВЧ) или сверхвысокой частоты (УВЧ) несущую волну . Каждый кадр телевизионного изображения состоит из линий развертки, нарисованных на экране. Линии имеют разную яркость; весь набор линий рисуется достаточно быстро, чтобы человеческий глаз воспринимал его как одно изображение. Процесс повторяется, и отображается следующий последовательный кадр, позволяющий отобразить движение. Аналоговый телевизионный сигнал содержит информацию о времени и синхронизации, так что приемник может восстановить двумерное движущееся изображение из одномерного изменяющегося во времени сигнала.

Первые коммерческие телевизионные системы были черно-белыми ; Начало цветного телевидения пришлось на 1950-е годы.

Практическая телевизионная система должна принимать сигналы яркости , цветности (в системе цветности), синхронизации (горизонтальной и вертикальной) и аудиосигналы и транслировать их по радиоканалу. Система передачи должна включать в себя средства выбора телевизионных каналов .

Системы аналогового вещания имеют различную частоту кадров и разрешение. Дополнительные различия существуют в частоте и модуляции аудионесущей. Монохромные комбинации, все еще существовавшие в 1950-х годах, были стандартизированы Международным союзом электросвязи (ITU) как заглавные буквы от A до N. Когда было введено цветное телевидение, информация о цветности добавлялась к монохромным сигналам таким образом, который игнорируется черно-белыми телевизорами. Таким образом была достигнута обратная совместимость .

Существует три стандарта способа кодирования и передачи дополнительной цветовой информации. Первой была американская система NTSC . Европейские и австралийские стандарты PAL во Франции и бывшем Советском Союзе , а также стандарты SECAM были разработаны позже и представляют собой попытку исправить некоторые дефекты системы NTSC. Цветовая кодировка PAL аналогична системам NTSC. Однако SECAM использует другой подход к модуляции, чем PAL или NTSC. У PAL была последняя версия под названием PALplus , позволяющая широкоэкранное вещание, оставаясь при этом полностью совместимой с существующим оборудованием PAL.

В принципе, все три системы кодирования цвета могут использоваться с любой комбинацией строк сканирования и частоты кадров. Поэтому, чтобы полностью описать данный сигнал, необходимо цитировать систему цветности плюс стандарт вещания заглавной буквой. Например, США, Канада, Мексика и Южная Корея используют NTSC-M . Япония использует NTSC-J , Великобритания использует PAL-I , Франция использует SECAM-L , большая часть Западной Европы и Австралии используют PAL-B / G , большая часть Восточной Европы использует SECAM-D / K или PAL-D/K и так далее.

Не все возможные комбинации существуют. NTSC используется только с системой M, хотя были эксперименты с NTSC-A ( 405 строк ) в Великобритании и NTSC-N (625 строк) в некоторых частях Южной Америки. PAL используется с различными 625-строчными стандартами (B, G, D, K, I, N), а также с североамериканским 525-строчным стандартом, соответствующим названием PAL-M . Аналогично, SECAM используется с различными стандартами на 625 строк.

По этой причине многие люди называют любой сигнал типа 625/25 PAL , а любой сигнал 525/30 — NTSC , даже когда речь идет о цифровых сигналах; например, на DVD-Video , который не содержит аналоговой кодировки цвета и, следовательно, вообще не содержит сигналов PAL или NTSC.

Хотя во всем мире используется ряд различных систем вещательного телевидения, применяются одни и те же принципы работы.

Отображение изображения

Растровое сканирование выполняется слева направо и сверху вниз. После сканирования экрана луч возвращается в начало первой строки.

Крупным планом изображение аналогового цветного экрана

Телевизор с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) отображает изображение путем сканирования луча электронов по экрану в виде узора из горизонтальных линий, известного как растр . В конце каждой строки луч возвращается в начало следующей строки; в конце последней строки луч возвращается в начало первой строки вверху экрана. По мере прохождения каждой точки интенсивность луча меняется, изменяя яркость этой точки. Система цветного телевидения аналогична, за исключением того, что в ней три луча сканируют вместе, а дополнительный сигнал, известный как цветность, управляет цветом пятна.

Когда было разработано аналоговое телевидение, не существовало доступной технологии хранения видеосигналов; сигнал яркости должен был генерироваться и передаваться одновременно с отображением на ЭЛТ. Поэтому было важно, чтобы растровое сканирование в камере (или другом устройстве для создания сигнала) было точно синхронизировано со сканированием в телевизоре.

Физика ЭЛТ требует, чтобы в течение конечного интервала времени точка могла вернуться к началу следующей строки ( горизонтальный обратный ход ) или к началу экрана ( вертикальный обратный ход ). Синхронизация сигнала яркости должна это учитывать.

Человеческий глаз имеет особенность, называемую феноменом Фи . Быстрое отображение последовательных сканированных изображений создает иллюзию плавного движения. Мерцание изображения можно частично устранить с помощью люминофорного покрытия с длительным послесвечением на ЭЛТ, чтобы последующие изображения постепенно исчезали. Однако медленный люминофор имеет отрицательный побочный эффект, вызывая размытие и размытие изображения при быстром движении на экране.

Максимальная частота кадров зависит от пропускной способности электроники и системы передачи, а также количества строк горизонтальной развертки изображения. Частота кадров 25 или 30 Гц процесс чередования двух видеополей изображения в каждом кадре является удовлетворительным компромиссом, тогда как для построения изображения используется . Этот процесс удваивает видимое количество видеокадров в секунду и дополнительно уменьшает мерцание и другие дефекты передачи.

Прием сигналов

Телевизионная система каждой страны будет определять количество телевизионных каналов в диапазонах частот УВЧ или УКВ. Канал фактически состоит из двух сигналов: информация изображения передается с использованием амплитудной модуляции на одной несущей частоте, а звук передается с частотной модуляцией на частоте с фиксированным смещением (обычно от 4,5 до 6 МГц) от сигнала изображения.

Выбранные частоты каналов представляют собой компромисс между обеспечением достаточной полосы пропускания для видео (и, следовательно, удовлетворительным разрешением изображения) и возможностью упаковать достаточное количество каналов в доступную полосу частот. На практике для уменьшения разноса каналов используется метод, называемый рудиментарной боковой полосой , который при использовании чистого AM был бы почти в два раза больше полосы пропускания видео.

Прием сигнала всегда осуществляется через супергетеродинный приемник : первый этап представляет собой тюнер , который выбирает телевизионный канал и сдвигает его частоту до фиксированной промежуточной частоты (ПЧ). сигнала Усилитель осуществляет усиление на каскадах ПЧ от микровольтового диапазона до долей вольта.

Извлечение звука

В этот момент сигнал ПЧ состоит из сигнала несущей видео на одной частоте и несущей звука с фиксированным сдвигом по частоте. Демодулятор восстанавливает видеосигнал. Также на выходе того же демодулятора находится новая частотно-модулированная несущая звука на смещенной частоте. В некоторых комплектах, изготовленных до 1948 года, он отфильтровывался, и звуковая ПЧ частотой около 22 МГц отправлялась на FM-демодулятор для восстановления основного звукового сигнала. В более новых наборах этой новой несущей на смещенной частоте позволялось оставаться в качестве звука между несущими , и она отправлялась в FM-демодулятор для восстановления основного звукового сигнала. Одним из особых преимуществ звука между несущими является то, что при регулировке ручки точной настройки на передней панели несущая частота звука не меняется при настройке, а остается на вышеупомянутой частоте смещения. Следовательно, легче настроить изображение без потери звука.

Таким образом, несущая FM-звука затем демодулируется, усиливается и используется для управления громкоговорителем. До появления систем NICAM и MTS передача телевизионного звука была монофонической.

Структура видеосигнала

Видеонесущая демодулируется для получения композитного видеосигнала . содержащие сигналы яркости, цветности и синхронизации. Результат идентичен формату композитного видео, используемому аналоговыми видеоустройствами, такими как видеомагнитофоны или камеры видеонаблюдения . Чтобы обеспечить хорошую линейность и, следовательно, точность воспроизведения, а также приемлемые затраты на производство передатчиков и приемников, несущая видео никогда не модулируется до такой степени, что она полностью отключается. Когда позже, в 1948 году, был введен межнесущий звук, отсутствие полного отключения несущей имело побочный эффект, позволяющий экономично реализовать межнесущий звук.

NTSC Композитный видеосигнал (аналоговый)

Каскадный дисплей, показывающий чересстрочный кадр PAL длительностью 20 мс с высоким разрешением БПФ.

Каждая строка отображаемого изображения передается с использованием сигнала, как показано выше. Один и тот же базовый формат (с небольшими различиями, главным образом связанными с синхронизацией и кодировкой цвета) используется для телевизионных систем PAL, NTSC и SECAM. Монохромный сигнал идентичен цветному, за исключением того, что элементы, показанные на диаграмме цветом (сигнал цветовой синхронизации и сигнал цветности), отсутствуют.

Часть видеосигнала PAL. Слева направо: конец строки развертки видео , передняя часть, горизонтальный синхроимпульс , задняя часть с цветовой вспышкой и начало следующей строки.

Передний порог — это короткий (около 1,5 микросекунды ) период, вставляемый между концом каждой передаваемой строки изображения и передним фронтом синхроимпульса следующей строки . Его цель заключалась в том, чтобы обеспечить напряжения стабилизацию уровней в старых телевизорах, предотвращая помехи между линиями изображения. Передняя порция является первой составляющей интервала горизонтального гашения , которая также содержит импульс строчной синхронизации и заднюю порцию .

— Задняя часть это часть каждой строки сканирования между концом (нарастающим фронтом) импульса строчной синхронизации и началом активного видео. Он используется для восстановления эталонного уровня черного (300 мВ) в аналоговом видео. С точки зрения обработки сигнала, он компенсирует время спада и время установления после синхроимпульса.

В системах цветного телевидения, таких как PAL и NTSC, этот период также включает сигнал цветовой синхронизации . В системе SECAM он содержит опорную поднесущую для каждого последовательного сигнала цветового различия, чтобы установить опорный сигнал нулевого цвета.

В некоторых профессиональных системах, особенно в спутниковых линиях связи между точками, цифровой звук встраивается в импульсы линейной синхронизации видеосигнала, чтобы сэкономить на аренде второго канала. Название этой фирменной системы — Sound-in-Syncs .

Извлечение монохромного видеосигнала

Яркостная составляющая композитного видеосигнала варьируется от 0 В до примерно 0,7 В выше уровня черного . В системе NTSC существует уровень сигнала гашения, используемый во время переднего и заднего крыльца, и уровень черного сигнала на 75 мВ выше него; в PAL и SECAM они идентичны.

В монохромном приемнике сигнал яркости усиливается для возбуждения управляющей сетки электронной пушки ЭЛТ. Это изменяет интенсивность электронного луча и, следовательно, яркость сканируемого пятна. Регуляторы яркости и контрастности определяют сдвиг постоянного тока и усиление соответственно.

Извлечение цветного видеосигнала

Тестовый сигнал генератора цветных полос

Сигналы U и V

Цветовой сигнал передает информацию изображения для каждого из красных, зеленых и синих компонентов изображения. Однако они не передаются просто как три отдельных сигнала, потому что: такой сигнал не будет совместим с монохромными приемниками, что было важным соображением при первом внедрении цветного вещания. Он также будет занимать в три раза большую полосу пропускания существующего телевидения, что потребует уменьшения количества доступных телевизионных каналов.

Вместо этого сигналы RGB преобразуются в форму YUV , где сигнал Y представляет яркость цветов изображения. Поскольку передача цветов таким способом является целью как монохромных кинофильмов, так и телевизионных систем, сигнал Y идеально подходит для передачи в качестве сигнала яркости. Это гарантирует, что монохромный приемник будет отображать правильное черно-белое изображение, где заданный цвет воспроизводится оттенком серого, который правильно отражает, насколько светлым или темным является исходный цвет.

Сигналы U и V представляют собой сигналы цветового различия . Сигнал U — это разница между сигналом B и сигналом Y, также известная как B минус Y (BY), а сигнал V — это разница между сигналом R и сигналом Y, также известная как R минус Y (RY). . Затем сигнал U представляет, насколько пурпурно-синий или его дополнительный цвет, желтовато-зеленый, является цветом, а сигнал V — насколько он пурпурно-красный или дополняющий его, зеленовато-голубой. Преимущество этой схемы в том, что сигналы U и V равны нулю, когда изображение не имеет цветового содержания. Поскольку человеческий глаз более чувствителен к деталям яркости, чем цвета, сигналы U и V могут передаваться с уменьшенной полосой пропускания с приемлемыми результатами.

В приемнике один демодулятор может извлечь аддитивную комбинацию U плюс V. Примером является демодулятор X, используемый в системе демодуляции X/Z. В той же системе второй демодулятор, Z-демодулятор, также извлекает аддитивную комбинацию U плюс V, но в другом соотношении. Сигналы цветового различия X и Z дополнительно преобразуются в три сигнала цветового различия: (RY), (BY) и (GY). Комбинации обычно двух, но иногда и трех демодуляторов были:

1. (I) / (Q), (как использовалось в серии RCA CTC-2 1954 года и серии RCA "Colortrak" 1985 года, а также в Arvin 1954 года и некоторых профессиональных цветных мониторах 1990-х годов),
2. (RY) / (Q), использовавшиеся в 21-дюймовом цветном приемнике RCA 1955 года,
3. (RY)/(BY), использованный в первом цветном приемнике на рынке (Westinghouse, а не RCA),
4. (RY)/(GY), (как используется в шасси RCA Victor CTC-4),
5. (RY) / (BY) / (GY),
6. (X)/(Z), использовавшиеся во многих приемниках конца 50-х и на протяжении 60-х годов.

В конце концов, дальнейшее матрическое преобразование вышеуказанных цветоразностных сигналов от c до f дало три цветоразностных сигнала: (RY), (BY) и (GY).

Сигналы R, G и B в приемнике, необходимые для устройства отображения (ЭЛТ, плазменного дисплея или ЖК-дисплея), получаются в электронном виде путем матричного преобразования следующим образом: R — аддитивная комбинация (RY) с Y, G — аддитивная комбинация комбинация (GY) с Y, а B представляет собой аддитивную комбинацию (BY) с Y. Все это осуществляется электронным способом. Видно, что в процессе объединения часть сигналов Y с низким разрешением компенсируется, в результате чего сигналы R, G и B могут отображать изображение с низким разрешением в полноцветном режиме. Однако части сигналов Y с более высоким разрешением не компенсируются и поэтому в равной степени присутствуют в R, G и B, создавая детали изображения с более высоким разрешением в монохромном режиме, хотя человеческому глазу они кажутся полноцветными. и изображение в полном разрешении.

Системы NTSC и PAL

Цветовые сигналы, смешанные с видеосигналом (последовательные две горизонтальные линии)

В системах цветности NTSC и PAL U и V передаются с использованием квадратурной амплитудной модуляции поднесущей. Этот вид модуляции применяет два независимых сигнала к одной поднесущей, при этом оба сигнала будут восстанавливаться независимо на приемной стороне. Для NTSC поднесущая имеет частоту 3,58 МГц. Для системы PAL это 4,43 МГц. Сама поднесущая не включается в модулированный сигнал ( подавленная несущая ), именно боковые полосы поднесущей несут информацию U и V. Обычной причиной использования подавленной несущей является экономия мощности передатчика. Более важным преимуществом этого приложения является то, что цветовой сигнал полностью исчезает в черно-белых сценах. Поднесущая находится в пределах полосы пропускания основного сигнала яркости и, следовательно, может вызывать нежелательные искажения изображения, особенно заметные в черно-белых приемниках.

Небольшой образец поднесущей, цветовая вспышка , включен в часть горизонтального гашения, которая не видна на экране. Это необходимо, чтобы дать приемнику опорную фазу модулированного сигнала. При квадратурной амплитудной модуляции модулированный сигнал цветности меняет фазу по сравнению со своей поднесущей, а также меняет амплитуду. Амплитуда цветности (если рассматривать ее вместе с сигналом Y) представляет собой приблизительную насыщенность цвета, а фаза цветности относительно эталонной поднесущей приблизительно представляет оттенок цвета. Для конкретных тестовых цветов, присутствующих в шаблоне тестовых цветных полос, точные амплитуды и фазы иногда определяются только для целей тестирования и устранения неполадок.

Из-за характера процесса квадратурной амплитудной модуляции, который создает сигнал цветности, в определенные моменты времени сигнал представляет только сигнал U, а через 70 наносекунд (NTSC) он представляет только сигнал V. Еще примерно через 70 наносекунд - -U, и еще через 70 наносекунд - -V. Таким образом, для извлечения U используется синхронный демодулятор, который использует поднесущую для кратковременного стробирования цветности каждые 280 наносекунд, так что выходной сигнал представляет собой только последовательность дискретных импульсов, каждый из которых имеет амплитуду, аналогичную исходному сигналу U при соответствующее время. По сути, эти импульсы представляют собой аналоговые выборки U-сигнала с дискретным временем. Затем импульсы фильтруются фильтром нижних частот, так что восстанавливается исходный аналоговый непрерывный сигнал U. Для V поднесущая, смещенная на 90 градусов, кратковременно стробирует сигнал цветности каждые 280 наносекунд, а остальная часть процесса идентична той, которая используется для сигнала U.

Ввод в любое другое время, кроме упомянутых выше, приведет к получению аддитивной смеси любых двух из U, V, -U или -V. Один из этих методов стробирования вне оси (то есть по осям U и V) называется I/Q-демодуляцией. Другой гораздо более популярной внеосевой схемой была система демодуляции X/Z. Дальнейшее матрирование восстановил исходные сигналы U и V. Эта схема фактически была самой популярной схемой демодулятора на протяжении 1960-х годов.

Вышеупомянутый процесс использует поднесущую. Но, как уже упоминалось ранее, перед передачей он был удален, и передается только цветность. Следовательно, приемник должен восстановить поднесущую. С этой целью во время обратного канала (периода гашения повторной трассировки) каждой строки сканирования передается короткий пакет поднесущей, известный как цветовой пакет. Генератор поднесущей в приемнике фиксируется на этом сигнале (см. петлю фазовой автоподстройки частоты ) для достижения опорной фазы, в результате чего генератор создает восстановленную поднесущую.

Тестовая карта, показывающая « ганноверские полосы » (эффект фазы цветных полос) в режиме передачи сигнала PAL-S (простой).

NTSC использует этот процесс без изменений. К сожалению, это часто приводит к плохой цветопередаче из-за ошибок фазы принимаемого сигнала, иногда вызванных многолучевым распространением, но чаще всего плохой реализацией на стороне студии. С появлением полупроводниковых приемников, кабельного телевидения и цифрового студийного оборудования для преобразования в эфирный аналоговый сигнал эти проблемы NTSC были в значительной степени устранены, в результате чего ошибка оператора на стороне студии остается единственным недостатком цветопередачи. система NTSC. В любом случае система PAL D (задержка) в основном исправляет подобные ошибки, меняя фазу сигнала на каждую последующую линию и усредняя результаты по парам линий. Этот процесс достигается за счет использования линии задержки длительностью 1H (где H = частота строчной развертки). Таким образом, ошибки фазового сдвига между последовательными линиями устраняются, а амплитуда полезного сигнала увеличивается, когда два синфазных ( совпадающих ) сигнала повторно объединяются.

NTSC более эффективно использует спектр, чем PAL, обеспечивая большую детализацию изображения при заданной полосе пропускания. NTSC Это связано с тем, что сложные гребенчатые фильтры в приемниках более эффективны с последовательностью четырехцветных кадров по сравнению с последовательностью из 8 полей PAL. Однако, в конечном итоге, большая ширина канала большинства систем PAL в Европе по-прежнему дает системам PAL преимущество в передаче большей детализации изображения.

система СЕКАМ

В телевизионной системе SECAM U и V передаются по чередующимся линиям с использованием простой частотной модуляции двух поднесущих разных цветов.

В некоторых аналоговых цветных ЭЛТ-дисплеях, начиная с 1956 года, сигнал управления яркостью ( яркостью ) подается на катодные соединения электронных пушек, а сигналы цветоразности ( сигналы цветности ) - на соединения управляющих сеток. Этот простой метод матричного смешивания ЭЛТ был заменен в более поздних твердотельных конструкциях обработки сигналов оригинальным методом матричного формирования, использовавшимся в приемниках цветного телевидения 1954 и 1955 годов.

Синхронизация

Синхронизирующие импульсы, добавляемые к видеосигналу в конце каждой строки сканирования и видеокадра, гарантируют, что генераторы развертки в приемнике остаются синхронизированными с передаваемым сигналом, так что изображение можно восстановить на экране приемника.

Схема разделителя синхронизации определяет уровни синхронапряжения и сортирует импульсы на горизонтальную и вертикальную синхронизацию.

Горизонтальная синхронизация

Горизонтальный синхроимпульс разделяет строки развертки . Сигнал строчной синхронизации представляет собой один короткий импульс, обозначающий начало каждой строки. Далее следует остальная часть строки сканирования с сигналом в диапазоне от 0,3 В (черный) до 1 В (белый) до следующего импульса горизонтальной или вертикальной синхронизации .

Формат строчного синхроимпульса варьируется. В 525-строчной системе NTSC это импульс длительностью 4,85 мкс 0 В. при напряжении с 625 строками В системе PAL импульс составляет 4,7 мкс при В. 0 Это ниже, чем амплитуда любого видеосигнала ( чернее черного ), поэтому его можно обнаружить с помощью схемы сепаратора синхросигнала , чувствительной к уровню .

Определяются два временных интервала – передний период между окончанием отображаемого видео и началом синхроимпульса и задний интервал после синхроимпульса и перед отображаемым видео. Они и сам синхроимпульс называются горизонтального гашения (или обратного хода ) интервалом и представляют собой время, в течение которого электронный луч в ЭЛТ возвращается к началу следующей строки дисплея.

Вертикальная синхронизация

Информацию о графическом варианте, предоставляемом видеоиграми, см. в разделе «Разрыв экрана» § Вертикальная синхронизация .

Вертикальная синхронизация разделяет видеополя. В PAL и NTSC импульс вертикальной синхронизации возникает в интервале вертикального гашения . Импульсы кадровой синхронизации создаются путем удлинения длины импульсов строчной синхронизации почти на всю длину строки развертки.

Сигнал вертикальной синхронизации представляет собой серию гораздо более длинных импульсов, указывающих на начало нового поля. Синхроимпульсы занимают весь межстрочный интервал ряда строк в начале и конце сканирования; никакая информация об изображении не передается во время вертикального обратного хода. Последовательность импульсов предназначена для продолжения строчной синхронизации во время вертикального обратного хода; он также указывает, представляет ли каждое поле четные или нечетные строки в чересстрочной системе (в зависимости от того, начинается ли оно в начале горизонтальной линии или в середине).

Формат такого сигнала в 525-строчном NTSC :

• импульсы предварительного выравнивания (6 для начала сканирования нечетных строк, 5 для начала сканирования четных строк)
• длинные синхроимпульсы (5 импульсов)
• импульсы пост-выравнивания (5 для начала сканирования нечетных строк, 4 для начала сканирования четных строк)

Каждый импульс предварительной или пост-выравнивания состоит из половины строки развертки черного сигнала: 2 мкс при 0 В, за которыми следуют 30 мкс при 0,3 В. Каждый длинный синхроимпульс состоит из уравнивающего импульса с инвертированными таймингами: 30 мкс при 0 В. , а затем 2 мкс при 0,3 В.

В видеопроизводстве и компьютерной графике изменения изображения часто выполняются во время интервала гашения по вертикали, чтобы избежать видимых разрывов изображения. Если это изображение в буфере кадров обновляется новым изображением во время обновления дисплея, на дисплее отображается смесь обоих кадров, что приводит к разрыву страницы на части изображения.

Горизонтальная и вертикальная фиксация

Генераторы развертки (или отклонения) были разработаны для работы без сигнала от телевизионной станции (или видеомагнитофона, компьютера или другого источника композитного видео). Это позволяет телевизионному приемнику отображать растр и отображать изображение во время размещения антенны. При достаточной мощности сигнала схема разделения синхронизации приемника будет разделять импульсы временной развертки из входящего видео и использовать их для сброса горизонтального и вертикального генераторов в соответствующее время для синхронизации с сигналом станции.

Свободные колебания горизонтальной цепи особенно важны, поскольку цепи горизонтального отклонения обычно питают обратный трансформатор (который обеспечивает потенциал ускорения для ЭЛТ), а также нити накала для выпрямительной лампы высокого напряжения, а иногда и нить накала(и). самой ЭЛТ. Без работы генератора строчной развертки и выходных каскадов в этих телевизионных приемниках не было бы подсветки лица ЭЛТ.

Отсутствие компонентов прецизионной синхронизации в раннем оборудовании означало, что схемы временной развертки иногда нуждались в ручной настройке. Если бы их свободные частоты были слишком далеки от фактической скорости линии и поля, схемы не смогли бы отслеживать входящие сигналы синхронизации. Потеря горизонтальной синхронизации обычно приводила к невозможности просмотра изображения; потеря вертикальной синхронизации приведет к тому, что изображение будет перемещаться вверх или вниз по экрану.

Старые аналоговые телевизионные приемники часто предусматривают ручное управление для регулировки горизонтальной и вертикальной синхронизации. Регулировка осуществляется в форме элементов управления удержанием по горизонтали и по вертикали , обычно на передней панели вместе с другими общими элементами управления. Они регулируют свободные частоты соответствующих генераторов временной развертки.

Медленно вращающееся вертикальное изображение демонстрирует, что вертикальный генератор почти синхронизирован с телевизионной станцией, но не привязан к ней, часто из-за слабого сигнала или сбоя в каскаде разделителя синхронизации, который не сбрасывает генератор.

Ошибки горизонтальной синхронизации приводят к тому, что изображение разрывается по диагонали и повторяется по экрану, как если бы оно было намотано на винт или парикмахерский столб; чем больше ошибка, тем больше копий изображения будет видно сразу, обернутых вокруг парикмахерского столба.

К началу 1980-х годов эффективность схем синхронизации, а также внутренняя стабильность генераторов установок были улучшены до такой степени, что в этих элементах управления больше не было необходимости. Интегральные схемы, устраняющие горизонтальное управление, начали появляться еще в 1969 году.

В последних поколениях аналоговых телевизионных приемников использовались конструкции на основе микросхем, в которых временная развертка приемника получалась с помощью точных кварцевых генераторов. В этих наборах регулировка свободной частоты любого генератора развертки была ненужной и недоступной.

Элементы управления горизонтальной и вертикальной фиксацией редко использовались в компьютерных мониторах на базе ЭЛТ, поскольку к наступлению компьютерной эпохи качество и согласованность компонентов были довольно высокими, но их можно было найти на некоторых композитных мониторах, использовавшихся в домашних или личных мониторах 1970–80-х годов. компьютеры.

Другая техническая информация

Дополнительная информация: радиовещательная техника и электроника.

Компоненты телевизионной системы

Блок-схема типичного аналогового монохромного телевизионного приемника

Тюнер — это объект, который с помощью антенны изолирует телевизионные сигналы, принимаемые в эфире. В аналоговом телевидении есть два типа тюнеров: VHF и UHF тюнеры . Тюнер УКВ выбирает телевизионную частоту УКВ. Он состоит из полосы пропускания видео 4 МГц и полосы пропускания звука около 100 кГц. Затем он усиливает сигнал и преобразует его в видеомодулированное по амплитуде промежуточной частоты (ПЧ) 45,75 МГц и частотно-модулированную звуковую несущую 41,25 МГц.

Усилители ПЧ расположены на частоте 44 МГц для оптимальной передачи частот аудио- и видеонесущих. Как и радио, телевидение имеет автоматическую регулировку усиления (АРУ). Он управляет коэффициентом усиления каскадов усилителя ПЧ и тюнера.

Видеоусилитель и выходной усилитель реализованы с использованием пентода или силового транзистора . Фильтр и демодулятор отделяют видео 45,75 МГц от звука 41,25 МГц, а затем просто используют диод для обнаружения видеосигнала. После видеодетектора видео усиливается и отправляется в синхроразделитель, а затем в кинескоп.

Аудиосигнал поступает на усилитель 4,5 МГц. Этот усилитель подготавливает сигнал для детектора 4,5 МГц. Затем он проходит через трансформатор ПЧ 4,5 МГц на детектор. В телевидении существует два способа обнаружения FM-сигналов. Один из способов — детектор соотношения . Это просто, но очень сложно согласовать. Следующий — относительно простой детектор. Это квадратурный детектор . Ее изобрели в 1954 году. Первой трубкой, предназначенной для этой цели, была трубка типа 6БН6. Он легко юстируется и прост по схемотехнике. Это был настолько хороший дизайн, что он до сих пор используется в форме интегральной схемы. После детектора он поступает на аудиоусилитель.

Синхронизация изображений достигается за счет передачи отрицательных импульсов. Сигнал строчной синхронизации представляет собой один короткий импульс, обозначающий начало каждой строки. Определяются два временных интервала – передний период между окончанием отображаемого видео и началом синхроимпульса и задний интервал после синхроимпульса и перед отображаемым видео. Они и сам синхроимпульс называются горизонтального гашения (или обратного хода ) интервалом и представляют собой время, в течение которого электронный луч в ЭЛТ возвращается к началу следующей строки дисплея.

Сигнал вертикальной синхронизации представляет собой серию гораздо более длинных импульсов, указывающих на начало нового поля. Импульсы вертикальной синхронизации занимают весь интервал строки ряда строк в начале и конце сканирования; никакая информация об изображении не передается во время вертикального обратного хода. Последовательность импульсов предназначена для продолжения строчной синхронизации во время вертикального обратного хода.

Схема разделителя синхронизации определяет уровни синхронапряжения, извлекает и обрабатывает сигналы, которые генераторы горизонтальной и вертикальной развертки могут использовать для синхронизации с видео. Он также формирует напряжение АРУ.

Горизонтальный и вертикальный генераторы формируют растр на ЭЛТ. Они управляются сепаратором синхронизации. Существует множество способов создания таких осцилляторов. Самым ранним из них является тиратронный генератор. Хотя известно, что он дрейфует, он создает идеальную пилообразную волну. Эта пилообразная волна настолько хороша, что не требуется никакого контроля линейности. Этот генератор был разработан для ЭЛТ с электростатическим отклонением, но также нашел применение в ЭЛТ с электромагнитным отклонением. Следующим разработанным генератором был блокинг-генератор, который использует трансформатор для создания пилообразной волны. Это использовалось только в течение короткого периода времени и никогда не пользовалось большой популярностью. Наконец, мультивибратор оказался, пожалуй, самым удачным. Ему требовалось больше настроек, чем другим генераторам, но он очень простой и эффективный. Этот осциллятор был настолько популярен, что его использовали с начала 1950-х годов до сегодняшнего дня.

Необходимо два генераторных усилителя. Вертикальный усилитель непосредственно приводит в движение ярмо. Поскольку он работает на частоте 50 или 60 Гц и управляет электромагнитом, он похож на аудиоусилитель. Из-за необходимости быстрого отклонения генератор строчной развертки требует мощного обратноходового трансформатора, управляемого мощной лампой или транзистором. Дополнительные обмотки обратноходового трансформатора обычно питают другие части системы.

Часть видеосигнала PAL . Слева направо: конец видеолинии, передняя часть, горизонтальный синхроимпульс, задняя часть с цветовой вспышкой и начало следующей строки.

Начало кадра, показывающее несколько строк развертки; оконечная часть вертикального синхроимпульса находится слева

Кадры видеосигнала PAL. Слева направо: кадр со строками развертки (перекрывающимися друг с другом, импульсы строчной синхронизации отображаются в виде удвоенных прямых горизонтальных линий), интервал вертикального гашения с вертикальной синхронизацией (показывается как увеличение яркости нижней части сигнала почти в самой левой части вертикальной синхронизации). интервал гашения), весь кадр, еще один VBI с VSYNC, начало третьего кадра

Анализ сигнала PAL и декодирование кадра 20 мс и строк 64 мкс

Потеря горизонтальной синхронизации обычно приводит к зашифрованному и нечитаемому изображению; потеря вертикальной синхронизации приводит к тому, что изображение перемещается вверх или вниз по экрану.

Схемы временной развертки

Дополнительная информация: Осциллограф.

В аналоговом приемнике с ЭЛТ- дисплеем синхроимпульсы подаются на схемы горизонтальной и вертикальной развертки обычно называют схемами развертки ( в США их ), каждая из которых состоит из генератора и усилителя. Они генерируют модифицированные пилообразные и параболические сигналы тока для сканирования электронного луча. Специально разработанные формы сигналов необходимы для компенсации изменений расстояний от источника электронного луча и поверхности экрана. Генераторы спроектированы так, чтобы работать в автономном режиме на частотах, очень близких к скорости поля и линии, но импульсы синхронизации заставляют их сбрасываться в начале каждой строки или поля сканирования, что приводит к необходимой синхронизации развертки луча с исходным сигналом. . Выходные сигналы усилителей временной развертки подаются на катушки горизонтального и вертикального отклонения, обернутые вокруг ЭЛТ-трубки. Эти катушки создают магнитные поля, пропорциональные изменяющемуся току, и отклоняют электронный луч по экрану.

В 1950-х годах питание для этих цепей получалось непосредственно от сети. Простая схема состояла из последовательно включенного -снижителя напряжения резистора и выпрямителя . Это позволило избежать затрат на большой трансформатор сети высокого напряжения (50 или 60 Гц) . Это было неэффективно и выделяло много тепла.

В 1960-х годах полупроводниковая технология была внедрена в схемы синхронизации. В конце 1960-х годов в Великобритании синхронная (со скоростью строки развертки) генерация энергии была внедрена в полупроводниковых приемников. конструкции

В Великобритании, где использовались простые (50 Гц) типы питания, схемы были прекращены, поскольку были введены переключающие схемы на основе тиристоров . Причина изменений в конструкции возникла из-за проблем с загрязнением электропитания, возникающих из-за электромагнитных помех , а также из-за проблем с нагрузкой из-за того, что энергия берется только из положительного полупериода формы сигнала сетевого питания.

ЭЛТ-обратноходовой источник питания

Большая часть схем приемника (по крайней мере, в конструкциях на основе транзисторов или микросхем ) работает от сравнительно низковольтного источника питания постоянного тока . Однако для правильной работы анодное соединение электронно-лучевой трубки требует очень высокого напряжения (обычно 10–30 кВ).

Это напряжение не создается напрямую схемой основного источника питания; вместо этого приемник использует схему горизонтального сканирования. Постоянный ток (DC) переключается через линейный выходной трансформатор, а переменный ток (AC) индуцируется в катушках сканирования. В конце каждой линии горизонтального сканирования магнитное поле , создаваемое током как в трансформаторе, так и в катушках сканирования, является источником скрытой электромагнитной энергии. Эту накопленную энергию коллапсирующего магнитного поля можно уловить. Обратный ток короткой продолжительности (около 10% времени линейного сканирования) как от линейного выходного трансформатора, так и от катушки строчной развертки снова разряжается в первичную обмотку обратноходового трансформатора с помощью выпрямителя, который блокирует этот счетчик. -электродвижущая сила . небольшой емкости Конденсатор подключен к устройству переключения сканирования. цепи Это настраивает индуктивности на резонанс на гораздо более высокой частоте. Это удлиняет время обратного хода из-за чрезвычайно высокой скорости затухания, которая могла бы возникнуть, если бы они были электрически изолированы в течение этого короткого периода. Затем одна из вторичных обмоток обратноходового трансформатора подает этот короткий высоковольтный импульс на Кокрофта – Уолтона генератора Умножитель напряжения . Это обеспечивает необходимое высоковольтное питание. Обратноходовой преобразователь представляет собой схему источника питания, работающую по схожему принципу.

Типичная современная конструкция объединяет обратноходовой трансформатор и схему выпрямителя в одном блоке с невыпадающим выходным проводом, известном как выходной трансформатор с диодным разделением линии или интегрированный трансформатор высокого напряжения (IHVT). так, чтобы все части, находящиеся под высоким напряжением, были закрыты. В более ранних конструкциях использовался отдельный линейный выходной трансформатор и хорошо изолированный умножитель высокого напряжения. Высокая частота (15 кГц или около того) горизонтальной развертки позволяет использовать достаточно небольшие компоненты.

Переход на цифру

Основные статьи: Переход на цифровое телевидение и цифровое телевидение

Во многих странах эфирное вещание аналоговых аудио- и аналоговых видеосигналов было прекращено, чтобы позволить повторно использовать радиоспектр телевизионного вещания для других услуг.

Первой страной, которая полностью перешла на цифровое эфирное (наземное телевидение) вещание, стал Люксембург в 2006 году, за ним в 2006 году последовали Нидерланды. Переход на цифровое телевидение в Соединенных Штатах для передачи высокой мощности был завершен 12 июня 2009 года, даты, установленной Федеральной комиссией по связи (FCC). Почти два миллиона домохозяйств больше не могли смотреть телевизор, потому что не были готовы к переходу. Переключение было отложено из-за Закона о задержке DTV . В то время как большинство зрителей эфирного телевидения в США смотрят полномощные станции (их около 1800), в США есть еще три категории телевизионных станций: маломощные радиовещательные станции, станции класса А. и телевизионные станции-переводчики . Им были даны более поздние сроки.

В Японии переход на цифровые технологии начался в северо-восточной префектуре Исикава 24 июля 2010 года и завершился в 43 из 47 префектур страны (включая остальную часть Исикавы) 24 июля 2011 года, но в префектурах Фукусима , Иватэ и Мияги переход был отложен до 31 марта 2012 года из-за осложнений, вызванных землетрясением и цунами Тохоку 2011 года и связанными с ними ядерными авариями .

В Канаде большинство крупных городов отключили аналоговое вещание 31 августа 2011 года.

Китай планировал прекратить аналоговое вещание в период с 2015 по 2021 год.

Бразилия перешла на цифровое телевидение 2 декабря 2007 года в Сан-Паулу. В 2017 году предполагалось, что Бразилия прекратит аналоговое вещание по всей стране в 2023 году.

В Малайзии Комиссия по связи и мультимедиа Малайзии (MCMC) объявила о тендерных предложениях, которые должны быть поданы в третьем квартале 2009 года на распределение УВЧ от 470 до 742 МГц , чтобы дать возможность системе вещания Малайзии перейти на цифровое телевидение. Новое распределение полос вещания приведет к тому, что Малайзии придется построить инфраструктуру для всех вещательных компаний, используя единый канал цифровой наземной передачи /телевизионного вещания (DTTB). Значительная часть Малайзии охвачена телевещанием из Сингапура, Таиланда, Брунея и Индонезии (с Борнео и Батама). С 1 ноября 2019 года все регионы Малайзии больше не использовали аналоговую систему после того, как 31 октября 2019 года штаты Сабах и Саравак окончательно отключили ее.

В Сингапуре цифровое телевидение в формате DVB-T2 началось 16 декабря 2013 года. Переход много раз откладывался, пока аналоговое телевидение не было отключено в полночь 2 января 2019 года.

На Филиппинах Национальная комиссия по телекоммуникациям потребовала от всех телерадиокомпаний прекратить аналоговое вещание 31 декабря 2015 года в 23:59. Из-за задержки с публикацией правил и норм для цифрового телевещания контрольная дата была перенесена на 2020 год. Полное цифровое вещание ожидается в 2021 году, а все услуги аналогового телевидения должны быть закрыты к концу 2023 года. Однако в феврале 2023 года NTC отложил переход ASO/DTV на 2025 год из-за того, что многие провинциальные телестанции не были готовы начать вещание цифрового телевидения.

В Российской Федерации Российская телерадиовещательная сеть (РТРС) отключила аналоговое вещание федеральных каналов в пять этапов, отключив вещание в нескольких субъектах Федерации на каждом этапе. Первым регионом, в котором аналоговое вещание отключили, стала Тверская область 3 декабря 2018 года, переход завершился 14 октября 2019 года. В переходный период ресиверы DVB-T2 и денежные компенсации на приобретение оборудования для приема наземного или спутникового цифрового телевидения были предоставлены инвалидам, ветеранам Великой Отечественной войны, отдельным категориям пенсионеров и домохозяйствам с доходом на одного члена ниже прожиточного минимума.

См. также

• Любительское телевидение
• Узкополосное телевидение
• Оверскан
• Телевизор с медленной разверткой
• Эфирное телевидение
• Телевизионный передатчик
• Вертикальный интервал гашения
• Поле (видео)
• Видеокадр
• Словарь видеотерминов

Внешние ссылки

• Измерение и генерация видеосигнала
• Синхронизация телевидения
• Стандартные частоты видеотрансляции и списки стран
• Журнал EDN, описывающий конструкцию транзисторного телевизионного приемника 1958 года.
• Разработка сигнала цветного телевидения в начале 1950-х годов, описанная двумя инженерами, работавшими непосредственно с NTSC.