Обработка видеосигналов при записи

Схема канала обработки видеосигнала при записи.На рис. 10.11 представлена функциональная схема обработки видеосигнала при записи на магнитную ленту в формате VHS.

Рис. 10.11. Функциональная схема канала обработки видеосигнала при записи: ФНЧ – фильтр нижних частот; ФВЧ – фильтр верхних частот; ПФ – полосовой фильтр; СП – схемы предыскажений; ЧМ – частотный модулятор; АО – амплитудный ограничитель; АРУ – усилитель с автоматической регулировкой усиления; См – смеситель, Г– гетеродин

Яркостный сигнал Y подвергается предыскажениям (линейным и нелинейным) в схеме предыскажений СП. После этого он преобразуется в высокочастотный модулированный по частоте сигнал ЧМ-Y (рис.10.5). Паразитная АМ в этом сигнале устраняется амплитудным ограничителем АО. Далее фильтр верхних частот ФВЧ подавляет составляющие сигнала яркости, находящиеся в полосе частот, где записывается низкочастотный сигнал цветности (рис. 10.7.).

Сигнал цветности С усиливается усилителем с автоматической регулировкой усиления АРУ и преобразуется в низкочастотный сигнал цветности НЧ-С преобразователем частоты, состоящем из смесителя См и гетеродина Г. Далее этот сигнал усиливается и ограничивается по амплитуде. Фильтр нижних частот ФНЧ подавляет составляющие сигнала цветности, оказавшиеся в полосе частот, где записывается частотно-модулированный сигнал яркости (рис. 10.7).

Сигналы ЧМ-Y и НЧ-С, полученные на выходах каналов яркости и цветности, суммируются и через вращающийся трансформатор подаются на вращающиеся магнитные головки.

Предыскажения сигнала в канале яркости.Стандартные (линейные) предыскажения вводятся для улучшения отношения сигнал/шум в области верхних частот сигнала яркости. Дело в том что, в области верхних частот модуляции (1…3 МГц для формата VHS) при детектировании ЧМ сигнала ухудшается отношение сигнал/шум за счет роста уровня шума с увеличением частоты на выходе частотного детектора. Стандартные предыскажения повышают уровень верхних составляющих сигнала (рис. 10.12) и компенсируют потери.

Рис. 10.12. Амплитудно- частотная характеристика каскада стандартных высокочастотных предыскажений

При передаче резких изменений сигнала яркости на выходе схемы предкоррекции появляются выбросы напряжения (рис.10.13). Эти выбросы могут привести к выходу частоты сигнала ЧМ-Y за пределы установленных значений девиации частоты несущей ЧМ сигнала (рис. 10.9). При воспроизведении сигнала ЧМ демодулятор не воспринимает эти скачки частоты несущей. В результате на черно-белых перепадах появляются черные короткие штрихи, существенно понижающие качество воспроизводимого изображения. Для устранения этого недостатка после схемы предкоррекции ставится двухсторонний ограничитель сигнала.

Рис. 10.13. Выбросы напряжения на выходе схемы предыскажений

Динамическая (нелинейная) предкоррекция сигнала яркости вводится при записи для повышения четкости изображения. Эти предыскажения повышают уровень составляющих сигнала яркости малой амплитуды в области высоких частот (рис.10.14). Как указывалось ранее, верхняя боковая полоса ЧМ сигнала яркости срезается почти полностью, а нижняя ограничивается частотой 1 МГц. За счет этого падают разрешающая способность и отношение сигнал/шум вос- производимого сигнала. Для улучшения частотной характеристики и повышения отношения сигнал/шум вводят предыскажения ЧМ сигнала: нижняя боковая полоса ЧМ сигнала яркости (после частотного модулятора) увеличивается по амплитуде.

Преобразование частот в канале цветности.Частотно-модулированный сигнал яркости занимает высокочастотную область спектра, в формате VHS примерно от 1,3 МГц до 5,0 МГц (рис. 10.7). Для записи информации о цветности остается низкочастотная область спектра. Преобразование сигнала цветности в эту область осуществляется методом гетеродинирования. Частота и фаза гетеродина выбираются таким образом, что бы уменьшить влияние перекрестных помех.

Учитываются перекрестные помехи двух видов:

- перекрестные помехи между сигналами яркости и цветности,

- перекрестные помехи от соседних строчек (дорожек) записи.

В системах цветности PAL, NTSC уменьшение перекрестных помех первого вида возможно за счет использования особенности спектрального состава

Рис.10.15. Перемежение спектров сигналов яркости и цветности: Y – яркостный сигнал; V – красный цветоразностный; U – синий цветоразностный

Благодаря тому, что спектры яркостного сигнала и цветоразностных сигналов не совпадают по частотам, имеется возможность их разделения при воспроизведении. Однако, если частоту гетеродина выбрать произвольно, это свойство сигналов яркости и цветности может быть утрачено.

С целью сохранения свойств перемежения спектров частота гетеродина должна быть привязана к строчной частоте Fн. Достаточно хорошие результаты получаются, если частота гетеродина выбирается отличной от кратной строчной частоты на Fн/8

Fг=kFн+Fн/8,(10.6)

где k– целое число.

При записи яркостного сигнала уменьшение перекрестных помех от соседних строчек достигается различным азимутальным разворотом видеоголовок, в стандарте VHS этот разворот составляет ±6°. Благодаря азимутальному развороту, видоголовка А считывает сигнал яркости только со строчки записанной видеоголовкой А. Соседние строчки, записанные видеоголовкой В, практически не считываются, и перекрестные помехи в значительной степени подавляются. Однако этот метод эффективен только в высокочастотной области спектра сигнала, т.е. при малой длине волны записи.

Информация о цветности записывается в относительно низкочастотной области спектра, где азимутальный метод подавления перекрестных помех от соседних строчек записи мало эффективен. Поэтому для подавления перекрестной помехи от соседних строчек используется система фазового кодирования: в четных полях фаза поднесущей цветности при записи вращается от строки к строке на 90° назад, при воспроизведении этот сдвиг компенсируется аналогичным сдвигом фазы поднесущей вперед.

Идея подавления перекрёстных помех путём использования системы фазового кодирования заключается в следующем. Воспроизводимый сигнал получается как сумма двух сигналов, взятых из разных телевизионных строк, причем фазы поднесущей цветности этих сигналов при считывании их с правильно выбранной дорожки записи совпадают, что приводит к суммированию сигналов, а при считывании с соседних дорожек отличаются по фазе на 180°, что приводит к их вычитанию, т.е. к компенсации помехи:

- правильно выбранная дорожка: U=U1+U2@2U1;

- соседние дорожки: U=U1-U2@0

Рассмотрим этот вопрос более подробно. Допустим, видеоголовка А считывает сигнал нечетного поля с n-ной строчки записи ln. В этом сигнале фазы поднесущей цветности совпадают с периодом в две телевизионные строки. Поэтому при сложении прямого сигнала с задержанным на две строки происходит их суммирование. На соседних дорожках записи l(n-1) и l(n+1) записаны четные поля, где фазы поднесущей сдвинуты системой фазового кодирования на 180° с периодом в две телевизионные строки. Эти сигналы создают перекрестную помеху при считывании головкой А строчки ln. При сложении перекрестных помех (прямой и задержанной на две строки) они компенсируются.

Тот же эффект получается при считывании головкой В четных полей. Благодаря коммутации фазы поднесущей в чётных полях при декодировании полезные сигналы при суммировании прямого и задержанного на две строки сигналов складываются, а помехи с соседних строчек (дорожек) вычитаются.

Сумматор прямого и задержанного сигналов, используемый в канале воспроизведения, называют гребенчатым фильтром. Гребенчатый фильтр позволяет не только уменьшить уровень перекрестных помех, но и улучшить отношение сигнал/шум в канале цветности.

Указанные выше требования к ослаблению перекрестных помех приводят к необходимости довольно сложного устройства гетеродина, а именно осуществляется синхронизация колебаний гетеродина двумя сигналами:

- сигналом цветовой синхронизации;

- сигналом строчных синхроимпульсов.

По каждому из сигналов производится фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ). Функциональная схема ФАПЧ приведена на рис. 10.16.

Рис.10.16. Схема ФАПЧ: ФД – фазовый дискриминатор; ОГ – опорный генератор; РЧ – регулятор частоты

Опорный генератор ОГ стабилизирован кварцем. Фазовый дискриминатор ФД вырабатывает управляющее напряжение, определяемое разностью фаз сигнала синхронизации и колебаний опорного генератора. Регулятор частоты РЧ производит автоподстройку частоты опорного генератора.

Функциональная схема синхронизированного гетеродина представлена на рис. 10.17. Значения частот расставлены для формата VHS.

Рис. 10.17.Схема получения колебаний гетеродина: ОГ –опорный генератор с ФАПЧ; ВГ- вспомогательный генератор с ФАПЧ; ФЧС – формирователь четырехфазного сигнала; ВПЧ – вспомогательный преобразователь частоты

Опорный генератор ОГ с ФАПЧ вырабатывает колебания с частотой 4.43 МГц, синхронизированные сигналом цветовой синхронизации. Эти колебания поступают на первый вход вспомогательного преобразователя частоты ВПЧ. Вспомогательный генератор ВГ с ФАПЧ вырабатывает колебания с частотой 321 Fн (Fн – строчная частота), синхронизированные сигналом строчной синхронизации. Формирователь четырехфазного сигнала ФЧС делит частоту поступающих на него колебаний в 8 раз и производит коммутацию фазы от строки к строке в чётных полях. Полученное переменное напряжение с частотой 0.627 МГц подается на второй вход вспомогательного преобразователя частоты ВПЧ, на выходе которого выделяется колебание суммарной частоты 5.06 МГц, подаваемое на смеситель канала цветности (рис.10.11). После смесителя выделяется сигнал разностной частоты 0.627 МГц, представляющий собой низкочастотный сигнал цветности НЧ-С, синхронизированный по фазе сигналами цветовой синхронизации и строчной синхронизации. Поднесущая этого сигнала имеет необходимую фазовую модуляцию от строки к строке.