TV Generátor návod ke cvičení z předmětu Multimediální technika a televize (X37MTT)
13. listopadu 2007
Katedra Radioelektroniky ČVUT Fakulta elektrotechnická, Technická 2, 166 27 Praha, Česká Republika
X37MTT — TV Generátor
1
1
Úvod
Cílem experimentu je seznámit se základními signály, které tvoří úplný TV signál standardu PAL a měřením jejich parametrů.
2
Úkoly 1. Stanovte hlavní časové a úrovňové parametry (napětí) signálů, které tvoří úplný TV signál standardu PAL. Zejména dobu trvání impulsů, opakovací kmitočet, atd. 2. Změřte parametry synchronizačních impulsů řádkových, půlsnímkových a také zatemňovacích impulsů. 3. Změřte parametry a vysvětlete funkci udržovacích a vyrovnávacích pomocných impulsů. 4. Zobrazte signály R, G a B testovacího signálu barevných pruhů a změřte jejich parametry včetně vzájemné polohy. Dále pak stanovte parametry rozdílových signálů Y, R-Y a B-Y. Všimněte si skutečnosti, jak se mění jasový signál v jednotlivých pruzích testovacího signálu.
3 3.1
Teoretický rozbor Trichromatické a rozdílové signály
Televizní kamera snímá obraz v trichromatickém režimu v barevných kanálech R, G a B. Tyto signály mají pro SDTV potřebnou šířku pásma 3×6 = 18 MHz. Z popisu fyziologie vizuálního vnímání však vyplývá, že detaily obrazu jsou vnímány především černobíle a barevná část obrazu je vnímána s výrazně nižším rozlišením. Z tohoto důvodu se pro přenos a ukládání obrazu nepožívají signály R, G a B, ale tzv. rozdílové signály Y, R-Y a B-Y. Jasový signál Y popisuje černobílou část obrazu a vyžaduje plné přenosové pásmo 6 MHz. Zbývající dva chrominanční signály R-Y a B-Y popisují barvu a jsou přenášeny s výrazně redukovaným pásmem. Obrázek 1 dokumentuje v diagramu XYZ CIE volbu signálových os R-Y a B-Y jako složek tzv. vektoru chrominance, který modulem resp. fází reprezentuje sytost resp. tón barvy. Obě signálové osy se protínají v tzv. referenční bílé jako počátku této souřadné soustavy. Tím je zaručeno, že při přenosu černobílého obrazu jsou oba chrominanční signály nulové. Vzájemný přechod mezi soustavami R, G, B a Y, R-Y, B-Y je dán vztahy Y 0.299 0.587 0.114 R R-Y = 0.701 −0.587 −0.114 G (1) B-Y −0.299 −0.587 0.886 B
X37MTT — TV Generátor
2
y
λ[nm]
0.6
BY os a 0
R YY
I
500
R-Y 1
0
osa
−1
−0.5
B-Y Y
−1
Ge
Q
520 0.8
0.4
2.3 5
C 1
Re 700
7.8
0.2
Be 380
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
x
Obrázek 1: Volba os signálů R-Y a B-Y v diagramu CIE. a Y 1 1 0 R G = 1 −0.509 −0.194 R-Y . B-Y 1 0 1 B
(2)
Pokud tyto rozdílové chrominanční signály dosadíme do rovnice pro výpočet jasu
Y + 0.299(R-Y) + 0.587(G-Y) + 0.114(B-Y) = 0.299R + 0.587G + 0.114B (3) vidíme, že se skutečně na přenosu jasu nepodílejí. Tím je teoreticky zaručen nulový přeslech mezi jasovým a chrominančním kanálem.
3.2
Soustavy NTSC a PAL
Obrázek 2 přibližuje experimentální stanovení potřebné šířky pásma chrominančních signálů, kdy pro hodnoty pásma nad 1,3 až 1,6 MHz se již subjektivní kvalita obrazu významně nezvyšuje. Protože se pro přenos chrominanční informace používá stejný přenosový kanál jako pro původní černobílou televizi, byl použit pro sdílení kanálu kmitočtový multiplex, tak jak znázorňuje Obrázek 3. Do pásma původního jasového signálu byla vložena pomocná tzv. barvonosná vlna, která je kvadraturně modulována oběma chrominančními signály. Charakter spekter jak jasové, tak chrominanční složky dovoluje relativně dobré oddělení těchto signálů v přijímači s přijatelným dopadem na subjektivní kvalitu obrazu.
X37MTT — TV Generátor
3
př ija
te ln ý
60
50
40
50
ch yb y
30
75
př ij
so tv a
celkový počet pozorování
70
ob at ra so e z ln tv ý a o po br zo az ro va te ln é
nepřijatelný obraz (horˇsí neˇz černobílý TV obraz)
20
25
10
poměrný počet pozorování [%]
100
77
zcela přijatelný obraz 0
0 0.1
0.15
0.2
0.25 0.3
0.4
0.5
0.75
1
1.5
2
2.5
3
4
ˇsířka pásma rozdílových sloˇzek [MHz] Obrázek 2: Potřebné kmitočtové pásmo chrominančních signálů.
jasová nosná chrominanční nosná 15625Hz
4.43MHz
řádkový kmitočet snímkový
50Hz
kmitočet
0
fh
2fh
3fh
281fh
282fh
283fh
284fh
285fh
286fh
283.5fh
Obrázek 3: Sdílení pásma jasového a chrominančních signálů.
f
X37MTT — TV Generátor Gamma korekce
4
Kamera
0 U0 U0 UR B G
UY0
Maticový obvod
0 ÷ 5MHz
U 0 a synchronizační Zpoˇ zďovací Y vedení směs
0 − U0 ) 0.877(UR Y
Dolní Propust 0 ÷ 1.3MHz
Kvadraturní modulátor
Dolní Propust 0 ÷ 1.3MHz
úplný barevný TV signál
0 − U0 ) 0.49(UB Y
Sync. impuls barvy
cos(ωt)
cos(ωt + π) sin(ωt) fh 2
Generátor barvonosné Přepínač PAL
Obrázek 4: Blokové schéma kodéru PAL. Tyto původní přenosové principy byly realizovány v barevné TV soustavě NTSC, která se dodnes používá v USA. Při praktických testech byla zjištěna vysoká citlivost soustavy NTSC na fázové zkreslení při přenosu, které se vzhledem ke kvadraturní modulaci projevuje fázovou chybou vektoru chrominance a tím i změnou tónu barvy. Na toto zkreslení je vizuální systém člověka velmi citlivý. Proto následně vyvinutá soustava PAL, jejíž uspořádání znázorňuje Obrázek 4, zařadila do řetězce korekci fázové chyby. Ve dvou po sobě následujících řádcích se přenáší stejná chrominanční informace, ale s opačnou fází jedné modulační osy. Tento princip přibližuje Obrázek 5, kde fázor F = 0.877(UR0 −UY0 )+ j0.49(UB0 − UY0 ). Fázová chyba je tak převedena na chybu přenosu modulu a tedy změnu sytosti barvy, která je mnohem méně rušivá. Vzhledem k využití kvadraturní modulace je třeba do TV signálu doplnit vzorek referenční barvonosné vlny ve formě krátkého radioimpulsu SIB (10 až 12 period), který je umístěn na zadní prodlevě zatemňovacího impulsu. Detaily jasového signálu se synchronizační směsí (úplný signál černobílé televize) resp. úplného barevného TV signálu je možno vidět na Obrázku 6 resp. 7.
X37MTT — TV Generátor
Studio vyslaný signál
5
rotace v pˇ renosovém kanále
Pˇ rijímaˇ c Pˇ rijatý signál
Fr Ft
Fr Ft
β
souˇ cet ˇ rádku n a n+1
ϕ+β
ϕ 0
2F = Fr + Fr0
0 Fr
ˇ rádek n
chyba v sytosti
F Fr0
ˇ rádek n+1 0
0
Fr0 0
ϕ−β ϕ−β
0
ϕ β Fr∗ Ft∗
Fr∗
Ft∗
Obrázek 5: Fázová korekce v soustavě PAL.
64 µS - doba 1
4.5 ÷ 4.9 µS řádkový zatemňovací impuls
25 %
0
černý řádek
0.3 0.35
1
11.8 ÷ 12.3 µS řádkový synchronizační impuls
Obrázek 6: Jasový signál s řádkovou synchronizační směsí.
U [V]
10 %
bílý řádek
1.3 ÷ 1.8 µS 100 %
75 %
zatemňovací úroveň
obrazová modulace synchronizace
řádku
X37MTT — TV Generátor
6 100 %
synchronizační impuls barvy
jasový signál 0
0 0.082 0.23 ±0.33 0.30 ±0.48
75 %
černá
0.44 ±0.44 0.5
0.75
0.75
0.52 ±0.44 0.67 ±0.48 ±0.33
bílá 1
chrominanční signál U sin(ωt + ϕ) 10 % 0
Obrázek 7: Úplný barevný TV signál (barevné pruhy — testovací signál).
4
Měření
Základním měřícím zařízením v televizní technice je specializovaný TV generátor, který produkuje specifické televizních signály. Tyto signály slouží k ověřování funkčnosti jednotlivých bloků, nebo celého TV řetězce a dělíme je na obrazové, synchronizační a zatemňovací. Jejich průběh v časové oblasti a parametry ilustrují Obrázky 6 a 7.
4.1
Přístrojové vybavení
1. TV generátor HT. 2. TV generátor Tesla BM516. 3. Osciloskop.
4.2
Postup měření
1. Změřte základní parametry řádkových synchronizačních a zatemňovacích impulsů (opakovací kmitočet, délku a vzájemnou polohu). Použijte generátor HT (výstupy Sync a Blanking). Osciloskop synchronizujte na signál Hor. Blank. 2. Pro úplný signál černobílé televize změřte úroveň bílé, černé, zatemňovacích a synchronizačních impulsů. Použijte generátor Tesla a vyberte testovací signál černobílé pruhy. Osciloskop synchronizujte na signál H Sync. 3. U signálu barevných pruhů stanovte obdobné základní parametry signálů R, G, B a Y, R-Y, B-Y. Ověřte výpočtem zda je splněna rovnice (1).
X37MTT — TV Generátor
7
Použijte generátor HT a vyberte 1. testovací signál barevných pruhů. Osciloskop synchronizujte na signál Hor. Blank. 4. Dále změřte parametry u signálu barevných pruhů SIB (amplitudu, délku a polohu impulsu) a celkový kompozitní signál PAL (doby trvání jednotlivých pruhů, amplitudu barvonosné). Použijte generátor Tesla a osciloskop synchronizujte na signál H Sync. 5. Stanovte základní parametry TV signálu typu “vertikální pruhy” nebo “mříže”. Změřte délku a opakovací kmitočet vertikálních příček mříže. Použijte generátor Tesla a osciloskop synchronizujte na signál H Sync.
Reference [1] Vladimír Vít : Televizní technika : přenosové barevné soustavy. Vydání první, BEN, 1997, 719 s, ISBN 80-86056-04-X. [2] Vladimír Vít : Televizní technika. Vydání první, SNTL, 1979, 919 s.
