§ 3.8. Частотный спектр сигнала изображения

При отсутствии потерь на время обратного хода и постоянной скорости развертки по строкам и по кадрам координаты передаваемых элементов изображения

изменяются пропорционально времени t. В линейной системе фототок пропорционален освещенности элементов изображения . С учетом (3.39) и (3.12) имеем

Слагаемые, заключенные в круглые скобки, в соотношении (3.40) имеют размерность частоты

и определяют частотный спектр телевизионного сигнала. Последний имеет дискретную структуру и содержит гармоники с номерами кратные частоте горизонтальной развертки около каждой из которых группируются гармоники с номерами кратные частоте вертикальной развертки частном случае, когда освещенность изображения изменяется только по вертикали, в спектре сигнала сохраняются лишь гармоники частоты вертикальной развертки . И несмотря на то что теоретически спектр сигнала с учетом апертурной фильтрации оказывается узкополосным Если освещенность изображения изменяется только по горизонтали, в спектре сохраняются лишь гармоники частоты горизонтальной развертки и спектр оказывается широкополосным.

В случае, когда освещенность изображения изменяется и по строкам и по кадрам, составляющие спектра (3.41) группируются около гармоник частоты горизонтальной развертки (рис. 3.16, а), огибающая которых зависит от распределения освещенности вдоль строк В свою очередь огибающие боковых спектров зависят от распределения освещенности в поперечном направлении.

При построчном разложении отношение частоты горизонтальной (строчной) развертки к частоте вертикальной (кадровой) развертки

характеризуется целым числом и определяет полное число строк в кадре На интервале между двумя соседними гармониками частоты строчной развертки укладывается целых интервалов частоты кадровой развертки, и, следовательно, при перекрытии боковых спектров частоты их гармонических составляющих совпадают (рис. 3 16, 6). Суммирование составляющих с , следовательно, принадлежащих различным компонентам пространственных частот телевизионного изображения, и их передача сигналом одной и той же частоты создают на изображении посторонние узоры — муары.

Рис. 3 16. Спектры сигналов: в общем виде при построчном (6) и чересстрочном разложении, при полустрочном и четвеотьстрочном сдвиге цветовой поднесущей

При чересстрочном разложении вертикальная развертка происходит с частотой полей и отношение частоты горизонтальной развертки к частоте вертикальной развертки

не является целым числом. Оно содержит целую часть определяющую целое число строк в поле, и дробную часть (строки в поле) (см. рис. 3.4, в). В этом случае передаются:

за первое поле строк,

за два поля строк,

за полей — полное число строк в кадре, после чего цикл заканчивается. Поскольку и -целые числа, то и произведение должно быть целым числом. Таким образом, условие определяет кратность чересстрочного разложения, т. е. число полей в кадре .

В случае чересстрочного разложения на интервале между

двумя гармониками частоты горизонтальной (строчной) развертки укладывается интервалов частоты вертикальной развертки (частоты полей) и при перекрытии соседних боковых спектров их гармонические составляющие перемежаются. Таким образом, увеличение в раз времени передачи кадра, содержащего полей, сопровождается уплотнением в раз частотного спектра сигнала.

В случае разложения на два поля в кадре с дробной частью строки в поле гармонические составляющие из нижнего бокового спектра гармоники частоты строчной развертки располагаются строго посредине между составляющими верхнего бокового спектра гармоники (рис. 3.16, в), и частотный спектр сигнала уплотняется в два раза.

Передача движущихся изображений сопровождается амплитудной модуляцией гармонических составляющих и появлением около каждой из них дополнительных боковых полос, ширина которых зависит от скорости движения и обычно не превышает ±3 Гц.

В системах цветного телевидения с уплотнением спектра сигналы цветности передаются на цветовой поднесущей, расположенной в верхней части полосы частот, отведенной для передачи яркостного сигнала Частотное перемежение спектров сигналов яркости и цветности может достигаться методами частотной или фазовой синхронизации либо коммутацией фазы цветовой поднесущей [9].

При частотной синхронизации цветовой поднесущей с полустрочным сдвигом, используемой, например, в американской системе цветного телевидения, частота поднесущей выбирается как нечетная гармоника полустрочной частоты. В таком случае поднесущая располагается строго посредине между двумя соседними гармониками частоты строк и одновременно посредине интервала между двумя соседними гармониками частоты кадров (рис. 3.16, г). Последнее обусловлено тем, что при чересстрочной развертке с двумя полями число строк в кадре должно быть нечетным, и. следовательно, между двумя соседними гармониками частоты строчной развертки располагается нечетное число интервалов, равных частоте кадров При этом и все боковые гармонические составляющие спектра сигналов цветности, определяемые тем же стандартом разложения, располагаются строго посредине между гармониками частотного спектра яркостного сигнала.

Перейдя от частот к временам получим откуда , следовательно, на полном периоде частоты строчной развертки, включая и время обратного хода, укладывается нечетное число полуперкодов частоты цветовой поднесущей Таким образом, сигнал цветовой поднесущей с полустрочным сдвигом создает на изображении помеху, имеющую точечную структуру, полярность которой изменяется на противоположную от строки к строке, а вследствие нечетного числа строк в кадре и от кадра к кадру Полный цикл передачи сигналов цветовой поднесущей закапчивается за два кадра (четыре поля) и

соответствует дополнительному двукратному уплотнению спектра телевизионного сигнала.

В случае частотной синхронизации цветовой поднесущей с четвертьстрочным сдвигом, используемой, например, в западно - германской системе цветного телевидения, частота поднесущей

располагается между соседними гармониками со сдвигом на четверть периода частоты строк и кадров (рис. 3.16, (3). При этом и боковые гармоники спектра сигналов цветности располагаются между гармониками частотного спектра яркостного сигнала со сдвигом на четверть периода частоты кадров. Фаза цветовой поднесущей и точечная структура создаваемой ею помехи изменяются от строки к строке, а вследствие нечетного числа строк в кадре — и от кадра к кадру — на четверть периода. Полный цикл передачи сигналов цветовой поднесущей заканчивается за четыре кадра (восемь полей) и соответствует четырехкратному уплотнению спектра сигнала. Дополнительный сдвиг на половину периода частоты полей переносит поднесущую в интервал между двумя соседними гармониками частоты кадров, не нарушая сдвига на четверть периода, и ослабляет заметность точечной структуры помехи, создаваемой цветовой поднесущей.

При фазовой синхронизации начальная фаза цветовой поднесущей должна изменяться на 180° в начале каждой строки независимо от соотношения между ее частотой и частотами развертки, а следовательно, и независимо от фазовых соотношений в конце строки. При этом сигнал немодулированной цветовой поднесущей имеет фазовые скачки в начале каждой строки и повторяется с периодом, равным времени передачи двух строк. Частотный спектр такого сигнала, имеющего нечетную симметрию, содержит лишь ряд нечетных гармоник полустрочной частоты и, следовательно, удовлетворяет условию частотного перемежения со спектром яркостного сигнала. Для передачи сигнала немодулированной цветовой поднесущей с фазовыми скачками необходима полоса частот относительно средней частоты

В случае коммутации фазы цветовой поднесущей ее начальная фаза изменяется также на Фаза может коммутироваться в начале каждой строки либо, как в отечественной системе цветного телевидения, в начале и в конце каждой третьей строки или через каждые три строки. При этом в отличие от фазовой синхронизации средняя частота цветовой поднесущей выбирается кратной частоте строчной развертки. После коммутации фазы штриховая структура цветовой поднесущей преобразуется на изображении в менее заметную точечную. С учетом чересстрочности разложения и предусмотренного стандартом изменения частот цветовых поднесущих через строку полный период повторения сигналов немодулиронанных цветовых поднесущих занимает во времени 6 кадров

(12 полей), а в пространстве 12 строк изображения и соответствует шестикратному уплотнению спектра сигнала.

Номинальное значение частоты цветовой поднесущей выбирают на основании компромисса между необходимостью ее повышения с целью ослабления заметности на экранах приемников черно - белого телевидения и достаточного удаления от верхней границы спектра яркостного сигнала, определяемого полосой частот сигналов цветности.