Модуляция и ширина спектра радиосигналов телевизионного вещания

Наземное телевизионное вещание согласно ГОСТ 7845-92 осуществляется с использованием ультравысоких частот в диапазоне метровых (МВ – 48,5-230 МГц) и дециметровых волн (ДМВ – 470-790 МГц). В диапазоне “МВ” ТВ радиоволны размещены соответственно:

I поддиапазон 48,5 – 6 МГц (радиоканалы 1 и 2);

II поддиапазон 76 – 100 МГц (радиоканалы 3 – 5);

III поддиапазон 174 – 230 МГц (радиоканалы 6 – 12);

IV поддиапазон 470 – 582 МГц (радиоканалы 21 – 34);

V поддиапазон 582 – 790 МГц (радиоканалы 35 – 60).

Нижняя граница частотного диапазона обусловлена технической эффективностью передачи и приема видеосигнала с максимальной частотой спектра 6 МГц, для чего необходимо, чтобы несущая радиосигнала в несколько раз превышала эту частоту. Верхняя граница диапазона ограничена длинами волн, на которых начинают сказываться значительное поглощение излучения в атмосфере и влияние ее неоднородностей.

Радионесущая изображения в указанных диапазонах амплитудно модулируется полным цветовым телевизионным сигналом с частичным подавлением нижней боковой полосы спектра, а радионесущая звукового сопровождения частотно модулируется аудиосигналом с девиацией 50 кГц, позволяя обеспечить максимальную помехозащиту для звукового сигнала высокого качества (30 – 1500 Гц).

На рис 18, а представлена огибающая спектров радиосигналов изображения и звукового сопровождения. Наименьшая полоса частот радиоканала изображения составляет 7,625 МГц (ослабление составляющих – 1,25 и 6,375 МГц относительно несущей на 20 дБ), а радиоканала звукового сопровождения – 0,25 МГц; разнос несущих частот звука и изображения 6,5 МГц (несущая частота изображения f_н.и. меньше несущей частоты звука f_н.зв. ); номинальная ширина полосы частот радиоканала ТВ вещания 8 МГц; отношение мощностей несущих изображения и звука (5:1 - 10:1).

Рис. 18

Применение различных видов модуляций радиосигналов ТВ вещания облегчает их разделение в телевизионных приемниках. Подавление нижней боковой полосы спектра радиосигнала изображения устраняет избыточность информации и дает возможность сохранить полосу частот, занимаемую ТВ каналом. Однако практически для уменьшения квадратурных искажений ТВ сигнала, возникающих в простом (линейном) амплитудном спектре приемника (характерном для начального периода вещания черно-белого телевидения) в стандарте вещания было предусмотрено оставить неподавленной небольшую часть спектра нижней боковой полосы шириной 0,75 МГц. В этом случае крупные детали, имеющие в спектре высокую энергетику гармоник, передаются без градационных (т.е. квадратурных) искажений в изображении, а искажения в мелких деталях глаз воспринимает некритично, так как имеет характеристику ФНЧ в области высоких пространственных частот. При этом для верного воспроизведения спектра видеосигнала АЧХ радиоканала изображения ТВ приемника должна соответствовать кривой рис. 18, б. В результате после детектирования радиосигнала изображения суммарное номинальное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от симметричных частот, составляющих нижней и верхней боковых полос, на любой частоте спектра в пределах 0 – 6 МГц всегда будет равно единице (в относительных единицах), согласно кривой характеристики верности рис 18, в.

В связи с большой помехоустойчивостью звукового сопровождения, передаваемого методом широкополосной ЧМ и для уменьшения помехи от него в канале изображения мощность излучения несущей звука может быть уменьшена по сравнению с несущей изображения до 10 раз.

Принцип передачи цветного изображения:

Принцип передачи цветного изображения основан на так называемой трехкомпонентной теории цветового зрения, согласно которой практически все цвета, существующие в природе, можно получить с помощью смешения трех основных - красного, зеленого, синего, - взятых в определенной пропорции. В телевидении их обозначают начальными буквами соответствующих английских слов: R (Red), G (Green) и В (Blue). Если с помощью фонарей одинаковой интенсивности источников с красным, зеленым и синим светофильтрами осветить экран таким образом, чтобы разные цвета частично совместились (рис.19), то зеленый и красный в смеси дадут желтый цвет, красный и синий - пурпурный, синий и зеленый - голубой, а место совмещения красного, зеленого и синего даст в сумме белый цвет. Если теперь в одинаковой пропорции увеличивать или уменьшать мощности всех источников, то яркость белого пятна будет соответственно увеличиваться или уменьшаться, а цветовой тон смеси при этом останется неизменным. Если же изменять мощность источников в разных пропорциях, то тогда каждый цветовой участок будет менять свой цвет, включая и белый участок. При рассмотрении каждого источника в отдельности можно отметить неодинаковую их яркость: зеленый источник будет казаться ярче красного и синего, а красный - ярче синего. Все дело в различной чувствительности глаза к яркости каждого цвета в отдельности.

Совместимость цветного телевидения:

При построении вещательного цветного телевидения кроме трех сигналов, несущих информацию о цвете, необходимо передавать и сигнал, соответствующий черно-белому изображению. Этот сигнал должен обеспечить совместимость цветного и черно-белого телевидения, т. е. возможность принимать на экране черно-белого телевизора цветную программу в черно-белом виде, а на экране цветного телевизора - черно-белую программу в черно-белом изображении. Этот сигнал называется яркостным и обозначается Еу. Он может быть получен при смешении в определенной пропорции сигналов основных цветов (обозначаются Еr,Еg и Еb). Соотношение между сигналом яркости Еу и сигналами основных цветов Еr, Eg и Eb было найдено с учетом кажущейся различной яркости основных цветов. Сигнал яркости можно выразить уравнением:

Еу = 0,30 Еr + 0,59 Eg + 0,11 Ев.

Сигнал яркости Еу формируется в специальной матрице (матрицей в цветном телевидении называют устройства, которые выполняют операции сложения или вычитания. Они могут быть выполнены с помощью резисторов и фазоинверторов). При наличии сигнала яркости Еу нет необходимости передавать все три цветовых сигнала, так как один из них всегда можно получить при сложении, используя приведенное выше соотношение между яркостным сигналом и сигналами основных цветов. В телевидении принято не передавать зеленый Еg сигнал, так как он наиболее широкополосный, в яркостном сигнале содержится 59% зеленого. Кроме того, во всех совместимых системах передаются не сигналы Еr и Eb, а так называемые цветоразностные сигналы Еr-y и Eb-y. Это связано с тем, что информация о яркости, которая содержится в цветовых сигналах Еr и Eb, излишняя, поскольку она содержится в яркостном сигнале Еy. На экране же черно-белого телевизора эти сигналы создавали бы помеху в виде мелкоструктурной сетки. Цветоразностные сигналы Еr-y и Eb-y формируются в матрицах путем вычитания сигнала Еу из сигналов Еr и Eb. Наиболее наглядно формирование яркостного сигнала Еу и цветоразностных сигналов Еr-y и Еb-у можно проследить на примере формирования испытательного сигнала цветных полос в специальных генераторах-телетестах, предназначенных для проверки и настройки телевизионных приемников. С помощью такого генератора можно получить на экране телевизора восемь цветных полос - белую (или бело-серую), желтую, голубую, зеленую, пурпурную, красную, синюю и черную. Генератор цветных полос вырабатывает три видеосигнала основных цветов, представляющие собой напряжения прямоугольной формы строчной частоты для сигнала Еg; двойной тройной для Еr и учетверенной строчной для Eb. Размах этих сигналов составляет в относительных единицах - 1 (на белой полосе) и 0,75 на других полосах при формировании белой полосы с двумя уровнями яркости (рис.20). Сигнал яркости Еу образуется путем сложения сигналов Еr, Еg, Eb и представляет собой сигнал ступенчатой ниспадающей формы. Цветоразностные сигналы Еr-у и Еb-у получаются путем вычитания из сигналов Еr и Еb сигнала яркости Еу. Дальнейшее формирование сигналов зависит от выбора системы цветного телевидения.

Частотный спектр полного цветового телевизионного сигнала:

Итак, в совместимой системе цветного телевидения передаются сигнал яркости Еу и два цветоразностных сигнала Еr-y и Eb-y. Для того, чтобы обеспечить возможность передачи цветного изображения в стандартной полосе частот, отведенной для черно-белого телевидения, используется метод уплотнения, при котором спектр частот сигналов цветности располагается в спектре яркостного сигнала (рис.21).

Для этого используется так называемая цветовая поднесущая частота, которая располагается в верхней части спектра яркостного сигнала и модулируется цветовым сигналом при передаче цветовой информации. Так как глаз не ощущает мелких деталей изображения, то полосу цветоразностных сигналов ограничивают до 1,5МГц. Передаваемые в общем спектре частот сигналы цветности и яркости могут создавать взаимные помехи. Для их уменьшения существует ряд мер. Например, поднесущая сигнала цветности располагается в верхней части спектра яркостного сигнала, что в значительной мере снижает помехи на экране черно-белого телевизора, так как проявляются лишь в виде мелкоструктурной сетки, что менее заметно. Существуют и другие способы снижения уровня помех.