2. Semnalul video complex alb negru Pe măsură ce elemental de explorare parcurge imaginea dreptunghiulară, se formează semnalul de televiziune s(t) care descrie această imagine. Acest semnal se compune din trei componente:

- semnalul video; această componentă se notează cu V - semnalul de stingere (impulsuri de stigere); se notează cu B de la blanking. - semnalul de sincronizare (impulsuri de sincronizare – synchro impulse); această parte

a semnalului se notează cu S . În totalitate sa, semnalul astfel obţinut se va numi “semnalul compozit alb negru” sau “semnalul video complex alb negru” , SVC-AN, sau semnalul VBS alb negru. 2.1. Componentele semnalului video complex alb-negru 2.1.1.Semnalul de imagine sau video (V) Semnalul care se obţine la explorarea imaginii şi care este determinat în mod univoc luminanţa acesteia poarta numele de semnal de imagine sau video.

Fig. 2.1. Formarea semnalului video

a. pentru o imagine oarecare b. pentru o imagine de tip “miră de bare verticale”

Imaginea plană, fig, 2.1., reprezintă o distribuţie oarecare de luminanţe după cele două direcţii x, y. Imaginea este explorată linie cu linie şi, de exemplu, la parcurgerea liniei “i” (coordonata y0), elemental de explorare întâlneşte distribuţia de străluciri B(x,y0). Presupunând traductorul opto-electronic liniar (vezi în acest sens şi paragraful “corecţia de gamma”) atunci tensiunea obţinută la ieşirea sa are aceeaşi formă , adică V(x) = k•B(x,y = y0).

1

Mai mult chiar, deoarece explorarea pe linie se face cu viteză constantă, x = v•t, coordonata x este proporţională cu timpul t şi în consecinţă semnalul electric V(x) are aceeaşi formă cu semnalul V(t). În concluzie, semnalul electric, funcţie de timp, obţinut de la ieşirea traductorului care urmăreşte deplasarea cu viteză constantă a elementului de explorare reproduce exact distribuţia de străluciri întâlnite de-a lungul liniei de explorare. Acest semnal constituie semnalul video. El se obţine pe durata cursei directe pe care o execută elementul de explorare, fig.2.2.. Se obişnuieşte să se spună că zonele puternic strălucitoare au nivel de alb, în timp ce zonele mai puţin strălucitoare au nivelul negru. Tipul şi polaritatea semnalului video În televiziune se vorbeşte atât de tipul sau felul semnalului cât şi de polaritatea acestuia. Semnalul video poate fi de polaritate pozitivă sau negativă. În prezent majoritatea circuitelor sunt alimentate cu tensiune pozitivă şi în consecinţă semnalul video este de polaritate pozitivă .

Fig. 2.2. Tipul semnalului video (în ambele cazuri semnalul este de polaritate negativă)

Prin tipul semnalului se înţelege modul cum se reflectă proporţionalitatea dintre semnalul V(t) pe de o parte şi nivelul de străluciri pe de altă parte. La nivelul alb, ce corespunde la strălucirea maximă, poate să corespundă valoarea maximă a semnalului sau valoarea sa minimă. În primul caz se spune că avem un semnal pozitiv, în al doilea caz, semnal negativ. Componenta medie a semnalului video Semnalul video are o componentă medie (componentă continuă) ce corespunde la luminanţa medie existentă în imagine pe porţiunea luată în consideraţie. Se poate pune în evidenţă o componentă medie pe o linie de explorare şi o componentă medie pe întreaga imagine, corespunzătoare luminanţei medii pe o linie şi respectiv luminanţei medii pe toată imaginea. Această componentă poate fi transmisă sau se poate pierde la trecerea prin diverse etaje. Existenţa sa în semnal nu este importantă decât în final, la redarea imaginii

2

pe tubul cinescop sau pe un dispozitiv echivalent, în care, dacă ar lipsi, ar deforma imaginea reală. Din această cauză, în lanţul de televiziune se prevăd circuite speciale, numite circuite de fixare a nivelului de negru, care, aşa cum se va arăta, refac şi componenta continuă.

Fig.2.3. Diferenţă de luminanţă Fig. 2.4. Diferenţă de contrast 2.1.2.Semnalul de stingere Semnalul care asigură stingerea elementului de explorare pe timpul întoarcerilor pe orizontală şi pe verticală, se numeşte semnalul de stingere sau impuls de stingere. Acest semnal arată pur şi simplu similar cu semnalul video (de fapt este o continuare a sa pe durata cursei de întoarcere , fig.2.2.) numai că amplitudinea sa trebuie astfel aleasă încât să corespundă nivelului de negru. Mai mult chiar, pentru ca stingerea să fie sigură, amplitudinea acestor porţiuni din semnale se alege ceva mai mare în valoare absolută decât cea corespunzătoare nivelului de negru ! Această porţiune din semnalul video complex se notează cu B şi pentru că există întoarcere pe linie şi pe verticală vom avea impuls de stingere pe linie, notat BH, şi impuls de stingere pe verticală, notat BV . Atunci când sunt asociate şi se vorbeşte la modul general despre ambele semnale de stigere, se vor nota BH+V şi se vor numi semnal de stingere compus., În principiu, durata impulsurilor de stingere este TiH şi TiV . În realitate, această durată se adoptă ceva mai mare decât durata efectivă a cursei inverse din semnalul în dinte de fierăstrău care comandă explorarea, pentru a evita neregularităţile de la marginea cadrului cât şi pentru a preveni efectele datorate la eventualele “alungiri” ale curselor inverse (datorate neregularităţilor circuitelor în cauză). Mărirea duratei impulsului de stingere peste durata propriu zisă a cursei inverse din semnalul în dinte de fierăstrău se manifestă prin apariţia pe acran a marginilor negre care delimitează un cadru (stânga şi dreapta pentru stigerea pe orizontală ; sus şi jos la stigerea pe verticală) 2.1.3. Semnalul de sincronizare Pentru a se asigura corespondenţa între imaginea captată şi cea redată, este necesar să se asigure sincronismul explorării între emisie şi recepţie. Acest sincronism se realizează prin

3

transmiterea în cadrul semnalului TV a unor impulsuri de sincronizare care la recepţie sunt folosite pentru declanşarea generatoarelor de explorare pe orizontală şi pe verticală. Aceste impulsuri se numesc semnal de sincronizare pe orizontală, notat SH, şi pe verticală, notat SV. Atunci când sunt associate se notează SH+V şi se numesc semnal de sincronizare compus. Amplasarea acestora, fig. 2.5. se face pe palierul impulsurilor de stingere pentru a nu fi vizibile (sunt situate “în nivelul de negru”).

Fig. 2.5. Poziţia impulsurilor de sincronizare

Fig. 2.6. Amplitudinea impulsurilor de sincronizare

Amplitudinea impulsurilor de sincronizare reprezintă 25% din amplitudinea semnalului video complex ( situate deci între nivelul 75% şi 100%), fig. 2.6. Durata lor este mai mică decât durata impulsurilor de stingere corespunzătoare, adică SH < BBH şi SV < BV.

4

Amplitudinea şi forma impulsurilor de sincronizare pe orizontală este aceeaşi cu a impulsurilor pe verticală, fig. 2.7.

Fig. 2.7. Forma impulsurilor de sincronizare pe orizontală şi pe verticală

Ceea ce diferă în mod esenţial este durata impulsurilor, vezi tabelele 2.1. şi 2.2.

Tabel 2.1. Detalii privind impulsul de sincronizare linii

525 linii / 60 Hz 625 linii / 50 Hz Durată linie , TH 63,556 μs 64 μs A+B+C Durată cursă întoarcere, TiH 10,7 μs 12 μs A Poziţie front anterior impuls SH 1,5 μs 1,5 μs B Durată impuls SH 4,7 μs 4,7 μs C Durată palier posterior 4,5 μs 5,8 μs Durate fronturi impuls SH 140 ns 200 ns

Table 2.2. Detalii privind impulsul de sincronizare verticală 525 linii / 60 Hz 625 linii / 50 Hz Durată semicadru , TV 16,68 ms =

262,5 linii 20 ms = 312,5 linii

A+B+C Durată cursă întoarcere, TiV 1,271ms = 20 linii 1,6 ms = 25 linii A Poziţie front anterior impuls SH 190,668μs =3 linii 160 μs = 2,5 linii B Durată impuls SH 190,668μs =3 linii 160 μs = 2,5 linii C Durată palier posterior 14 linii + 1,5 μs 1,28 ms = 20 linii

2.1.4. Semnalul video complex alb-negru Semnalul video complex alb-negru, SVC A-N, sau semnalul VBS sau semnalul compozit alb-negru, compus din semnalul video, semnalele de stingere BH+V şi semnalele de sincronizare SH+V , are în principiu forma din fig. 2.8. . Amplitudinea SVC A-N este standardizată la valoarea 1VVV / 75Ω. În legătură cu semnalul SVC A-N facem următoarele observaţii:

• numerotarea celor 625 linii de explorare se face începând cu linia al cărei inpuls SH coincide cu începutul impulsului SV din semicadrul impar;

5

6

7

• impulsurile de sincronizare linii, SH, se transmit şi pe durata întoarcerii pe verticală, BBV – cu scopul de a nu se pierde sincronismul oscilatoarelor locale pe durata mare a întoarcerii pe verticală.

• de asemenea pe durata impulsului de sincronizare verticală SV sunt transmise impusuri de crestare exact pe poziţia impulsurilor SH , tot cu rol de sincronizare.

• deoarece într-un semicadru sunt 312,5 linii se observă situaţia deosebită dintre semicadrul par şi cel impar - în timp ce la semicadrul impar impulsul SV este distanţat faţă de precedentul impuls SH la o distanţă de o linie (vezi linia 625 faţă de linia 1, fig.2.8.), la semicadrul par distanţa este de numai o jumătate de linie (vezi linia 313 faţă de începutul SV , fig. 2.8.). Această situaţie poate deranja funcţionarea circuitelor de separe a impulsurilor SH de impulsurile SV . Din această cauză pe durata palierului anterior al impulsului BV (2,5 TH ) , pe durata impulsului SV (tot 2,5 TH ) şi pe o durată de 2,5 TH din frontal palierul posterior, exact la mijlocul unei linii sunt transmise impulsuri similare celor de sincronizare , SH , numite impulsuri de egalizare (pre-egalizare şi post-egalizare). Aceste impulsuri, figurate punctat în fig.2.9., au o durată pe jumătate faţă de impulsurile SH şi o amplitudine egală cu acestora. Se remarcă simetria pe care o aduc acestea în ceea ce priveşte dsitanţa dintre impulsurile SH şi SV.

2.2. Spectrul semnalului de televiziune A-N 2.2.1. Componenta continuă şi refacerea sa Aşa cum a fost prezentat, semnalul SVC A-N (fie de tip pozitiv fie negativ - în fig.2.8. este de tip negativ) are în mod esenţial componentă continuă. Este posibil ca această componentă continuă să fie pierdută în timpul prelucrării semnalului în diverse etaje (cuplate în c.a.), acest lucru nefiind neapărat periculos, componenta continuă fiind refăcută odată cu fixarea nivelului de negru. Într-adevăr, semnalul SVC A-N are o particularitate distinctivă: imediat după impulsul de sincronizare (fie SH, fie SV) este palierul semnalului de stingere care trebuie să aibă un nivel fix şi anume nivelul de negru. Astfel, utilizând un circuit de axare relativ simplu, fig.2.9., semnalul fără componentă continuă, este fixat la nivelul dorit. Funcţionarea este simplă: comutatorul k este deschis aproape tot timpul; el este închis o durată mică (necesară pentru încărcarea condensatorului C cu constantă de timp mică – impedanţa de ieşire a amplificatorului) exact în momentele de esantionare marcate din fig.2.9. (momente bine determinat, deoarece se presupune că impulsurile SH au fost selectate şi separate, fiind necesare de altfel şi pentru alte operaţiuni). Prin închiderea comutatorului K, semnalul este “tras” astfel încât să atingă exact nivelul sursei E (care este ajustat încât să corespundă nivelului negru dorit). La ieşire semnalul SVC A-N are nivelul de negru fixat, dar implicit şi nivelul continuu refăcut. 2.2.2. Frecvenţele limită ale semnalului SVC A-N 2.2.2.1. Frecvenţa limită inferioară

În afară de componenta continuă, alte componente având variaţii de luminanţă de ordinul câtorva Hz, pot determina fenomene de “licărire” supărătoare şi în consecinţă de regulă nu interesează, transmiterea lor. Ca o consecinţă, frecvenţa limită inferioară pentru semnalul SVC A-N se consideră a fi de valoare 50Hz, frecvenţa de reluare a semicadrelor.

8

Fig. 2.9. Fixarea nivelului de negru

2.2.2.2. Frecvenţa video maximă Frecvenţa maximă din spectrul semnalului de televiziune depinde de cele mai mici detalii ale imaginii care sunt transmise. Detaliile având dimensiuni mai mici decât acestea nu vor putea fi redate. Pentru evaluarea acestei frecvenţe vom considera o imagine sub forma de tablă de şah, fig. 2.10., în care pătratele au latura egală cu dimensiunea minimă ce urmează a fi redată (comparabilă cu definiţia imaginii).

Fig. 2.10. Determinarea frecvenţei maxime din spectrul semnalului de televiziune

Fie Nx pătrate pe orizontală şi Ny pe verticală (pătrate albe şi negre). Numărul total de pătrate este Nx•Ny . Semnalul video rezultat după explorare va avea alura unui semnal dreptunghiular şi în cele ce urmează vom încerca să evaluăm frecvenţa acestui semnal dreptunghiular.

9

O perioadă a semnalului dreptunghiular corespunde la un pătrat alb şi unul negru, deci pe durata unui cadru vom avea (Nx•Ny)/2 perioade ale semnalului dreptunghiular ((Nx•Ny)/2 de perechi pătrat negru-pătrat alb). Un prim calcul al frecvenţei maxime , de evaluare, îl vom face dacă vom împărţi durata unui cadru , Tk = 1/fk, la numărul total (Nx•Ny)/2 de perechi pătrat negru-pătrat alb. Durata unei astfel de perechi (şi implicit perioada semnalului dreptunghiular) este deci:

2yx

K

NNTT = de unde

k

yx

TNN

f2max =

Dar pe verticală, numărul maxim de elemente distincte este Ny = z, unde z = numărul de linii de explorare. Considerând o definiţie identică şi pe orizontală, rezultă:

pzpNN yx ==

unde prin p s-a notat raportul de aspect, VHp =

H şi V notează dimensiunile pe orizontală respective verticală. Raportul de aspect (formă) are valorile 4/3 pentru televiziunea clasică sau 16/9. Cu aceste valori se calculează:

kk

fpzTpzzf 2

max 21

2== (1)

şi rezultă MHzf 5.6max ≈Se observă din forma de undă din fig.10. că astfel se calculează frecvenţa semnalului dreptunghiular care are în componenţa sa şi armonici superioare. Se constată că se poate renunţa la aportul acestor armonici deoarece, la dimensiuni aşa mici, ochiul integrează (“îndulceşte”) trecerile de la alb la negru şi invers făcând semnalul dreptunghiular mai degrabă asemănător cu unul sinusoidal! Din expresia (1) se remarcă avantajul explorării întreţesute care reduce frecvenţa maximă la jumătate faţă de situaţia unei explorări simple (neîtreţesute), deoarece în relaţie intervine intervine fk şi nu fV. În deducerea relaţiei (1) nu s-a ţinut seama de duratele întoarcerilor pe timpul cărora nu se face analiza. Un calcul mai exact se poate face ţinând cont şi de aceşti timpi. În acest caz observăm că la formarea imaginii participă numai timpul TdH din liniile active, za. Deci timpul util de formare a pătratelor nu este Tk ci numai Tutil = za•TdH :

yx

util

yx

util

NNT

NNTT 2

2

==

Dar şi numărul pătratelor se modifică acum ;; axay pzNzN == Rezultă

a

dH

aa

dHa

pzT

zpzTzT 22 ==

În această relaţie vom înlocui za şi TdH după cum urmează :

zKzzz Via )1( −=−= unde zz

TTK i

V

iV

notV ==

De asemenea

HHiHHdH TKTTT )1( −=−= unde H

iH

notH TTK =

10

Acum, înlocuind aceste valori în relaţia de calcul pentru T, se obţine : ( )( )zKp

TKpzTT

V

HH

a

dH

−−

==1

122

Inversând relaţia, se determină frecvenţa :

KH

VH

H

V fzKKpzf

KKpf 2

max 11

21

11

21

−−

=−−

= (2)

în care s-a ţinut cont de binecunoscuta legătură dintre fH şi fk, adică fH = z•fk Utilizând valorile numerice specifice standardului nostrum, se obţine:

MHzfzKK

pf kH

V 37.711

21 2

max =−−

= (3)

Relaţia (3) determină valoarea pentru frecvenţa maximă a semnalului compozit în legătură cu detaliile cele mai fine ale imaginii, comparabile cu dimensiunea unei linii de explorare.

Fig. 2.11. Redarea unor detalii foarte fine

În legătură însă cu captarea şi redarea unor astfel de detalii se pot face următoarele observaţii: este posibil ca unele detalii să se situeze ferm pe o linie (detaliile 1 din fig. 2.11.) şi atunci la redare sunt reconstituite correct; s-ar putea ca unele detalii, la fel de fine să se situeze tangent la două linii consecutive (cazul detaliilor 2 din fig. 2.11.) şi acestea la redare sunt refăcute cu dimensiune dublă ! Mai mult, camera de televiziune, fie aşezată pe un suport, fie mânuită de un operator, are unele mişcări abia perceptibile care fac ca aceleaşi detalii foarte mici să treacă aleator prin situaţiile 1 şi 2, astfel încât la recepţie fenomenul de dublare a dimensiunii să fie perceput foarte supărător. Ca urmare acestor observaţii, în practică frecvenţa maximă pentru semnalul compozit este stabilită la o valoare mai mică decât cea dată de relaţia (2), şi anume:

kH

V fzKK

Kpf 2max 1

121

−−

= (4)

Coeficientul subunitar K se numaşte “factor Kell” de la numele cercetătorului englez care a pus în evidenţă acest fenomen. Dacă se alege K=0,81 rezultă fmax = 6 MHz (valabil pentru normele D şi K) iar pentru un factor K = 0,7 rezultă fmax = 5,15 MHz (valabil pentru normele B şi G). Subliniem idea că, în

11

ambele cazuri, micşorarea benzii de frecvenţă nu duce la o înrăutăţire a performanţelor sistemului de televiziune tocmai datorită fenomenului explicat mai sus. De asemenea, remarcăm faptul că în tabelul 1.1. de la paragraful “metode de explorare” s-a adoptat un factor kell de 0,7 şi s-a calculat frecvenţa maximă utilizând altă metodă ajungându-se evident la acelaşi rezultat final ! 2.2.3. Structura spectrului SVC Faptul că imaginea este explorată periodic, linie după linie şi cadru după cadru, determină anumite particularităţi ale spectrului care sunt independente de conţinutul imaginii. Astfel, se constată că pentru imagini statice, spectrul are o structură discretă (în fond, în acest caz semnalul compozit SVC A-N este un semnal periodic).

Fig. 2.12. Spectrul semnalului de televiziune

Deosebim un spectru principal (reprezentat îngroşat în fig. 2.12.), ale cărui componente sunt plasate la multipli de fH: 0, fH, 2fH, 3fH,…În jurul fiecărei componente principale se găsesc spectre secundare (reprezentat cu linie subţire), ale căror componente sunt plasate la distanţă multiplu de . Vf±Se observă că deoarece două componente principale consecutive, de exemplu kfH şi (k+1)fH , sunt la distanţă de fH = 15625 Hz, care nu este multiplu de fV = 50 Hz, atunci componentele secundare corespunzătoare lor nu se suprapun ci se întreţes (vezi detaliu din fig. 2.12.). Acest rezultat este o consecinţă a explorării întreţesute. Odată în plus, această interpretare

12

permite înţelegerea modului în care explorarea întreţesută duce la înjumătăţirea benzii semnalului video! În cazul imaginilor în mişcare, spectrul semnalului video are o structură asemănătoare, în care componentele secundare au o pendulare de cca. 3-8 Hz ; se poate considera că o componentă secundară devine un pachet ! Lăţimea unui pachet fiind mică în comparaţie cu distanţa dintre componente, şi în această situaţie există spaţii libere în spectru . Se observă că componentele spectrale de frecvenţă mare au amplitudine foarte mică, fapt care permite: - renunţarea la componentele cu frecvenţa peste (5-6)MHz, fără a se pierde informaţie relevantă. - intercalarea unor componente care poartă alte informaţii (semnalele de crominanţă pentru sistemele color compatibile) în spaţii libere din partea superioară a spectrului.

13