3. Описание лабораторной установки
В качестве генератора периодических помех используется внешний генератор, установленный на каждом рабочем месте. Импульсные и флуктуационные помехи генерируются специальными устройствами, входящими в состав макета. Флуктуационные помехи с квадратичным или спадающим спектром имитируются путем пропускания помехи через дифференцирующую или интегрирующую цепочки с соответствующими параметрами.
4. Порядок выполнения работы
4.1. Расчет затухания
Каждый студент получает индивидуальное задание (в рамках самостоятельной работы) по расчету затухания, вносимого взвешивающим фильтром. Исходными данными для расчетов, выполняемых до проведения лабораторной работы, являются различные аналитические выражения для Gn( f ) и Ф( f ).
4.2. Исследование влияния периодических помех на качество ТВ изображения:
4.2.1. Подать на вход ВКУ ТВ сигнал от ГИТС (например, вертикальные полосы) или от АТК вместе с периодической помехой прямоугольной формы частотой 50 Гц, при которой она неподвижна на изображении. Установить на генераторе такое напряжение помехи, при котором она едва заметна или допустима (условие, соблюдаемое при всех измерениях). Качество изображения в соответствии с рекомендациями МСЭ-Р может оцениваться по шкале ухудшений: 5 – помеха незаметна; 4 – заметна, но не мешает; 3 – заметна, немного мешает; 2 – мешает, надоедает; 1 – сильно мешает.
Измерить размахи сигнала, помехи и рассчитать ОСП по выражению (2.2).
Убедиться, что при отклонении частоты помехи от 50 Гц, т.е. при fпом <> fпол , заметность перемещающейся помехи возрастает. Измерить ОСП для любых двух частот, отличающихся от 50 Гц на ± (1…5) Гц. По результатам трех измерений построить график, аналогичный представленному на рисунке 2.1, в.
Сделать вывод о заметности помех на разных уровнях яркости изображения.
4.2.2. Переключить генератор на формирование синусоидального колебания и произвести измерения, аналогичные п. 4.2.1.
4.2.3. Определить допустимый уровень синусоидальной помехи, частота которой: а) кратна частоте строк, б) удовлетворяет условию (2.3). Объяснить полученный результат.
4.2.4. Аналогично п. 4.2.1 или п. 4.2.2 измерить ОСП при подаче на вход ВКУ ТВ сигнала реального изображения вместе с периодической помехой 50 Гц. Сделать вывод о допустимом уровне помех на реальных и испытательных изображениях.
4.3. Исследование влияния случайных импульсных помех на качество ТВ изображения. Включить генератор импульсных помех и подать их в тракт ТВ сигнала. Изменяя мощность помехи, добиться изображений хорошего и плохого качества, каждый раз измеряя ОСП. Измерить ОСП для реальных и испытательных изображений.
4.4. Исследование влияния флуктуационных помех на качество ТВ изображения:
4.4.1. Измерить ОСП в каждом из ТВ сигналов, поступающих с эфира, АТК и ГИТС соответственно. Расчет невзвешенного ОСП производится по выражению (2.15), взвешенного – по (2.10) в предположении что помеха имеет равномерную спектральную плотность. Если помеха на изображении незаметна, результаты измерений будут соответствовать изображению отличного качества.
4.4.2. Включить генератор флуктуационных помех и подать их в тракт ТВ сигнала, например, от АТК. Изменяя мощность помехи, добиться изображений хорошего и плохого качества, каждый раз измеряя ОСП.
По результатам измерений и расчетов (п. 4.1) определить взвешенное ОСП для трех типов помех: с равномерным, квадратичным и спадающим спектром.
5 Вопросы для самопроверки
1. Какие виды помех наиболее характерны для ТВ трактов?
2. Назовите источники помех и их основные характеристики.
2. Как влияют на качество ТВ изображения периодические, импульсные и флуктуационные помехи?
4. Что понимают под ОСП в телевидении?
5. При каких соотношениях между частотами периодической помехи, строк и полей они создают неподвижные или перемещающиеся полосы?
6. Какие периодические помехи менее заметны: частота которых кратна или не кратна частотам развертки? Приведите пример по результатам измерений.
7. Объясните механизм меньшей заметности синусоидальной помехи, частота которой удовлетворяет условию (2.3).
8. Как зависит визуальное восприятие флуктуационных помех от распределения их энергии по спектру?
9. Почему и как зависит заметность помех от яркости ТВ экрана?
10. Объясните назначение взвешивающего фильтра.
 лабораторная работа № 3
ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ характеристик и ПАРАМЕТРОВ СКВОЗНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО КАНАЛА
1. Цели работы
Изучение методов измерения основных характеристик и параметров телевизионного оборудования; изучение состава измерительных сигналов испытательных строк и их назначения; измерение характеристик и параметров сквозного ТВ канала при использовании измерительных сигналов испытательных строк ТВ сигнала вещательной программы.
2. Краткие теоретические сведения
Между показателями качества ТВ изображения и характеристиками канала передачи ТВ сигналов существует однозначная связь, которая позволяет предвидеть возможные искажения изображения на основании анализа характеристик сквозного ТВ канала и его параметров, численно характеризующих искажения ТВ сигналов при их формировании, передаче и обработке.
Методы измерений характеристик и параметров телевизионного оборудования, базирующиеся на использовании измерительных сигналов, введенных в активные строки ТВ сигнала, широко применяются при лабораторных измерениях и настройке оборудования, а также при профилактических работах во время технологических пауз в ТВ вещании.
Во время же вещания измерительные сигналы должны быть замешаны в ТВ сигнал вещательной программы так, чтобы они не были заметны на принятом изображении. Для этого используют различные методы.
Если измерительные сигналы наложить на полный цветовой ТВ сигнал или ввести только в интервалы передачи видеоинформации, то необходимо, чтобы их уровень был настолько мал, чтобы они не просматривались на изображении и не нарушали работу ТВ тракта. При этом ввиду очень низкого уровня измерительных сигналов их можно использовать лишь при контроле характеристик, которые можно оценивать при таких условиях, например АЧХ, характеристика группового времени запаздывания и др. Для контроля нелинейных искажений такой способ неприемлем, так как размах измерительных сигналов должен охватывать диапазон между уровнями черного и белого. Сигналы такого уровня не могут накладываться на ТВ сигнал, поскольку это приводит к большим искажениям изображения.
Из-за инерционности зрения можно, эпизодически прерывая передаваемую видеоинформацию, вводить в ТВ сигнал измерительные сигналы в виде импульсов, длительность которых может достигать длительности одного поля или кадра (контрольные кадры). Метод контрольного кадра особенно эффективен, когда требуется в процессе передачи контролировать переходную характеристику в области больших времен с помощью прямоугольного импульса длительностью Тпол . Чтобы контрольный кадр был менее заметен на изображении, измерительные сигналы в двух смежных полях нужно передавать в противоположной полярности. Кроме того, в контрольный кадр можно вводить и другие измерительные сигналы. Перед выдачей сигнала потребителю контрольный кадр желательно погасить и заменить, например, сигналом предыдущего кадра, предварительно зафиксированным в запоминающем устройстве. Проведенные эксперименты показали, что при уменьшении частоты следования (1 кадр/мин) контрольный кадр становится практически незаметным.
Наибольшее распространение получили методы контроля с введением измерительных сигналов в интервал гасящего импульса полей. В этом интервале в течение нескольких строк, называемых испытательными, можно передавать измерительные сигналы, позволяющие выявить линейные и нелинейные искажения, так как размах этих сигналов может занимать весь динамический диапазон передачи видеоинформации. В интервалы гашения строк можно вводить лишь очень кратковременные сигналы.
В начале каждого поля строки гасящего импульса полей на изображении практически находят одна на другую, закрыты обрамлением экрана и незаметны. Поэтому в них и вводят измерительные сигналы. Однако при этом приходится ограничивать число строк в каждом поле, чтобы измерительные импульсы не были заметны в верхней части изображения при уменьшении размера растра по вертикали.
Так как измерительные сигналы желательно передавать в минимальном числе строк, то их делают комбинированными. Эти сигналы по возможности необходимо приближать к сигналам, используемым при периодических измерениях в ТВ канале, что позволяет, во-первых, унифицировать нормы и допуски на измеряемые характеристики и параметры, во-вторых, значительно уменьшить число и номенклатуру контрольно-измерительной аппаратуры.
В связи с широким международным обменом ТВ программами в МСЭ-Р принята Рекомендация 473, регламентирующая форму измерительных сигналов и их местоположение в ТВ сигнале. При этом приняты во внимание перспективы автоматизации контроля, а также стремление использовать вводимые сигналы не только для контроля, но и для решения ряда измерительных задач, что предъявляет повышенные требования к точности формирования сигналов. Для систем цветного телевидения с разложением изображения на 625 строк приняты сигналы, вводимые в интервалы испытательных строк, форма которых приведена на рисунке 3.1 [8].
Для задания точного местоположения составляющих измерительных сигналов каждую из строк разбивают на 32 интервала длительностью Н/32 ± 40 нс (Н – длительность строки). Интервалы отсчитывают относительно времени, соответствующего точке Он, расположенной на фронте строчного синхронизирующего импульса на уровне половины его размаха.
В строки 17 и 20 гасящего импульса полей вводят прямоугольный В2, синусквадратичный В1, сложный синусквадратичный импульс F и пятиступенчатый сигнал D1 (сигнал I), в строки 18 и 21 вводят сигналы С1 и С2 для измерения амплитудно-частотных характеристик на дискретных частотах (сигнал II), в строки 330 и 333 – прямоугольный В2, синусквадратичный В1 импульсы и пятиступенчатый сигнал с насадкой цветовой поднесущей D2 (сигнал III). В строки 331 и 334 вводят на пьедестале трехуровневый сигнал цветовой поднесущей G2 и опорный сигнал цветовой поднесущей Е (сигнал IV) (рисунок 3.1).
Сигналы опознавания пунктов введения рассмотренных измерительных сигналов вводят в строки 16 и 19 первого поля. Они состоят из четырех прямоугольных импульсов, длительность которых можно изменять в пределах 1...10 мкс дискретно через 1 мкс, что обеспечивает возможность опознавания до 10 000 пунктов.
Измерительные сигналы испытательных строк и сигнал опознавания места ввода этих сигналов являются неотъемлемой частью полного цветового ТВ сигнала. Эти измерительные сигналы вводят в канале изображения аппаратно-студийного комплекса в строки 17, 18, 330 и 331 для целей контроля характеристик и параметров сквозного ТВ тракта. Сигналы опознавания места ввода передают в строке 16. Эти сигналы не должны гаситься или заменяться другими во всех звеньях тракта передачи изображения. Кроме того, строки 22 и 335 резервируют для измерения уровня флюктуационных помех.
Для целей контроля отдельных участков ТВ канала измерительные сигналы могут быть дополнительно введены на входе магистрального канала изображения (или на входах отдельных участков этого канала) и на входе канала изображения ТВ радиопередатчика в строки с номерами 20, 21, 333 и 334 (при повторном введении сигналов ранее введенные сигналы гасятся). В строку 19 вводят сигналы опознавания места ввода этих сигналов.
Сигналы телеуправления и телеметрии, предназначенные для дистанционного управления и измерений в тракте вещательного ТВ, вводят в канал изображения аппаратно-студийного комплекса в строку 329 и в магистральном канале изображения — в строку 332. В интервале гашения полей можно передавать эталонные сигналы частоты и времени.
Приведем качественные показатели ТВ канала, которые могут быть измерены непосредственно в процессе передачи с помощью рассмотренных измерительных сигналов.
Линейные искажения
Коэффициент передачи в области нижних частот В2
Амплитудно-частотная характеристика С1 и С2
Искажения переходной характеристики в области
средних времен В2
малых времен В2 и В1
Различие усиления сигналов яркости и цветности В2 и G2,
а также В2 и F
Расхождение во времени сигналов яркости и цветности F
Нелинейные искажения
сигнала яркости D1
сигнала цветности G2
Влияние сигнала яркости на сигнал цветности:
дифференциальное усиление D2
дифференциальная фаза D2
Влияние сигнала цветности на сигнал яркости В2 и G2
3. Порядок выполнения работы
3.1. Подготовка к измерениям
После уяснения цели и содержания работы, сдачи коллоквиума включить макет и осциллограф. Используя блок выбора строки осциллографа выделить испытательные строки ТВ сигнала вещательной программы, получить и зарисовать осциллограммы измерительных сигналов.
3.2. Проведение измерений
3.2.1. Различие в усилении (РУ) δРУ сигналов яркости и цветности.
При использовании элемента G2: измеряют размахи элементов G2 и В2 – UG2 , UY и вычисляют δру в процентах по формуле
 . (3.1)
При использовании элемента F: измеряют c учетом знака экстремальные значения U1 и U2 огибающей основания (рисунок 2.2, а, б) и размах UY элемента В2 и вычисляют δру в процентах по формуле
 (3.2)
Если огибающая основания сигнала F имеет одно экстремальное значение, то U1 принимают равным нулю.
3.2.2. Расхождение во времени (РВ)  СЯ и СЦ.
По результатам предыдущих измерений значение в наносекундах вычисляют по формуле
 . (3.3)
Сделать вывод о поведении АЧХ и ФЧХ (ГВЗ).
3.2.2. Нелинейные искажения сигнала яркости δу.
При использовании элемента D1 измеряют размахи максимальной Uмакс и минимальной Uмин ступеней и вычисляют δy в процентах
δy = ((Uмакс – Uмин)/Uмакс)·100. (3.4)
3.2.4. Дифференциальное усиление δду.
Измеряют размахи цветовой поднесущей (насадки) элемента D2, выделенной полосовым фильтром 3…5 МГц (или 4,43 МГц) осциллографа: максимальный Uмакс, минимальный Uмин и соответствующий уровню гашения U0 (рисунок 3.2, а), затем вычисляют δду в процентах по формуле
 (3.5)
где х = ((Uмакс – Uо)/Uо)·100, y = ((Uо – Uмин)/Uо)·100.
Размах цветовой поднесущей измеряется в точках, соответствующих серединам ступеней.
Объяснить механизм возникновения искажений типа дифференциальное усиление.
3.2.5. Нелинейные искажения сигнала цветности δцв.
Измеряют размахи участков максимальной Ug, и минимальной U1 амплитуды элемента G2 (см. рисунок 3.1, г) и вычисляют δцв в процентах по выражению
δцв = ((Ug – 5U1)/UG)·100 (3.6)
3.2.6. Влияние сигнала цветности на сигнал яркости.
Измеряют разность уровней ΔU (см. рисунок 3.2, г) сигнала яркости (пьедестала), выделенного фильтром 0…2 МГц осциллографа из элемента G2, и вычисляют δця в процентах по отношению к размаху импульса белого
δця = (ΔU / UY)·100. (3.7)
Разность уровней ΔU измеряют между уровнями точек b12 и b15. Первая расположена в области, где цветовая поднесущая в элементе G2 имеет максимальный размах, вторая – где поднесущая отсутствует. Значение ΔU считается положительным, если уровень точки b12 выше уровня точки b15.
Объяснить механизм влияния сигнала цветности на сигнал яркости.
3.2.7. Отношение сигнала яркости к флюктуационной помехе.
Измеряют размах Uy элемента В2, размах помехи в 22-й (или 335-й) строке – квазипиковое значение Uк.п (размах шумовой дорожки) и вычисляют ψэф по формуле
ψэф = 20 lg(UyKП / UКП) = 20lg(Uy / Uп.эф), дБ (3.8)
где KП – пик-фактор, величина которого для флюктуационной помехи с нормальным законом распределения равна 6,5...7 или 16...17 дБ.
3.2.8. Неравномерность АЧХ.
Измеряют по относительному отклонению размахов пакетов синусоидальных колебаний Ui дискретных частот (элемент С2 на рисунке 3.1, б) от размаха Uc1 опорного элемента C1 и вычисляют в процентах по формуле
δi = (Ui – Uc1) / Uc1)·100. (3.9)
3.2.9. Искажения sin2-импульса. Измеряют по искажению формы элемента B1 (cм. рисунок 3.1, а); относительное изменение размаха импульса UB1 по отношению к размаху Uy элемента B2; изменение длительности tB1 импульса на уровне 0,5 его размаха по сравнению с номинальным значением, относительные размахи выбросов по отношению к Uy .
5. Вопросы для самопроверки
Какие методы используются при измерении и контроле характеристик и параметров сквозного ТВ канала в процессе передачи вещательной программы?
В чем заключаются метод контрольного кадра?
Какие свойства зрения используются для снижения заметности контрольного кадра на изображении?
Почему методы контроля с введением измерительных сигналов в интервал гасящего импульса полей получили наибольшее распространение?
Перечислите составляющие измерительного сигнала III. Для измерения и контроля каких характеристик и параметров ТВ канала они используются?
Поясните понятие искажений типа дифференциальное усиление, дифференциальная фаза.
Амплитудно-частотная характеристика канала имеет спад в области верхних частот. Какие элементы измерительных сигналов будут искажены и каким образом?
Какая взаимосвязь существует между характеристикой ГВЗ и ФЧХ?
Неидеальность каких характеристик канала приводит к появлению линейных, нелинейных искажений сигналов?
Амплитудная характеристика канала имеет отличие от идеальной формы. Какие элементы измерительных сигналов будут искажены и каким образом?
Для каких целей используется элемент Е измерительного сигнала IV?
Рисунок 3.1 – Форма и состав измерительных сигналов испытательных строк
г
в
а
б
Рисунок 3.2 – Возможные искажения формы измерительных сигналов:
а, б – элемента F; в – элемента D2 на выходе полосового фильтра 3…5 (4,43) МГц; г – пьедестала элемента G2 на выходе фильтра нижних частот 0…2 МГц.
а
U1
-U2
t
|
