Частотный спектр телевизионного сигнала.

Телевизионный сигнал является импульсным однополярным (так как он является функцией яркости, которая не может быть разнополярной) сигналом. Он имеет сложную форму, и его можно представить в виде суммы постоянной и гармонических составляющих колебаний различных частот. Уровень постоянной составляющей характеризует среднюю яркость передаваемого изображения. При передаче подвижных изображений величина постоянной составляющей будет непрерывно меняться в соответствии с освещенностью. Эти изменения происходят с очень низкими частотами (0-3 Гц). С помощью нижних частот спектра видеосигнала воспроизводятся крупные детали изображения. Например, минимальная частота спектра видеосигнала получится при передачи изображения, представляющего собой сочетание светлой и темной половины растра (рис.8.).

Форма сигнала (рис. 9.) представляет собой прямоугольные импульсы. Минимальная частота этого сигнала будет соответствовать при чересстрочной развертке частоте полей, т.е. fн=fп=50 Гц.

С помощью верхних частот предаются наиболее мелкие детали изображения. Такое изображение можно представить в виде чередующихся по яркости мелких черных и белых квадратов (рис.10), которые располагаются вдоль строки и имеют размеры, равные толщине луча. Это и будет наиболее сложным изображением, так как будет содержать максимальное количество элементов изображения.

Рис. 8 Рис.9 Рис.10

Для определения верхней граничной частоты такого видеосигнала можно произвести несложные расчеты: за время прямого и обратного хода кадровой развертки строчная развертка должна обойти 625 строк (принятый в нашей стране ТВ стандарт). Каждая строка может разместить (при формате кадра 4*3) 800 элементов изображения. Это будет соответствовать 400 периодам гармонических колебаний, так как один период этого колебания создается при чередовании темных и светлых элементов изображения. При движении электронного луча вдоль отдельной строки на мишени передающей трубки из-за конечных размеров считывающего луча на нагрузке будет выделятся сигнал, величина которого будет изменятся по закону, близкому к синусоидальному. Если принять, что частота смены кадров равна 50 в секунду (т.е. 50 Гц),то за 1 секунду должно быть: 50*625*400=12,5*1000000 периодов колебаний (Гц, или 12,5 МГц). Итак, заданный спектр телевизионного сигнала занимает диапазон от 0 до 12,5 МГц. Но передача сигнала со столь широким спектром спряжена со значительными техническими трудностями, поэтому, чтобы уменьшить полосу передаваемых частот , но при этом не потерять разрешающую способность по вертикали, применяется так называемая чересстрочная развертка, суть которой заключается в том, что каждый кадр разбивается на два полукадра (или поля), в течение которых передается по 312,5 строк, т.е. в два раза меньше, чем при построчной развертке. Причем в течение первого поля передаются нечетные, а в течение второго поля - четные строки. В результате верхний частотный спектр сокращается вдвое, т.е. 6,25 МГц. Ну а если учесть, что, примерно, по 25 строк каждого поля обычно не воспроизводятся, так как приходятся на время обратного хода кадровой развертки, то полоса передаваемых частот может быть определена в 6МГц. Необходимо, также отметить, что, поскольку форма видеосигнала сложна и может отличатся от синусоидальной, то это значит, что кроме основной частоты сигнал содержит и гармонические составляющие, имеющие более высокие частоты, кратные основной частоте сигнала. Однако, при передаче сигнала, соответствующего малым размерам изображения, ограничиваются передачей только основной частоты видеосигнала.