Содержание к диссертации
Введение
1. Выбор вещательной стереотелевизионной системы
1.1. Основные требования к вещательным стереотелевизионным системам
1.2. Классификация вещательных стереотелевизионных систем .
1.3. Оценка некоторых систем вещательного стереотелевидения
1.4. Постановка задачи 27
2. Выбор метода передачи сигнала стереопары на поднесущей
2.1. Сведения о частотном расположении основных информационных параметров передаваемого объекта
2.2. Методика оценки весовой функций распределения информации о глубине деталей передаваемого объекта
2.3. Передача высокочастотных составляющих видеосигнала на поднесущей
2.4. Разработка устройства восстановления спектра в приемнике системы ПАЛ
2.5. Разработка устройства восстановления спектра
в приемнике системы СЕКАМ
3. Анализ возможных вариантов построения вещательных стереотелевизионных систем(канал ЦТ ПМ) 67
3.1. Оценка искажений, присущих системе ПАЛ, при передаче стереотелевизионных изображений 67
3.2. Канал цветности системы ПАЯ при передаче стереотелевизионных изображений . 70
3.3. Стереотелевизионная система с фазо-балансной модуляцией поднесущей 73
3.4. Возможные варианты вещательной системы на основе сочетания системы ПАЛ и системы с фазовой модуляцией поднесущей 77
3.5. Оценка помехоустойчивости систем, построенных на основе ІШ, в режиме передачи стереотелевизионных изображений 79
4. выбор СТС, предназначенной для работы по стандартному каналу цт системы секам
4.1. Выбор параметров канала цветности при передаче стереотелевизионных изображений
4.2. Основные варианты использования канала цветности системы СЕКАМ для передачи левого изображения стереопары
4.3. Оценка помехоустойчивости системы СЕКАМ в режиме передачи черно-белых стереотелевизионных изображений .
5. Выбор СТС на основе двухсистемного оборудования цт секам и ПАЛ
5.1. Теоретическое обоснование
5.2. Экспериментальная проверка помехоустойчивости СТС и возможности передачи на поднесущей высокочастотных составляющих левого изображения стереопары
Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложения
- Классификация вещательных стереотелевизионных систем
- Методика оценки весовой функций распределения информации о глубине деталей передаваемого объекта
- Канал цветности системы ПАЯ при передаче стереотелевизионных изображений
- Оценка помехоустойчивости системы СЕКАМ в режиме передачи черно-белых стереотелевизионных изображений
Введение к работе
В решениях партии и правительства республики Гвинеи относительно пятилетнего плана "Основные директивы экономического развития страны на период 1973-1978 г.г.? были сформулированы главные задачи по дальнейшему развитию связи в стране. В частности, принято решение по построению первой радиотелевизионной станции для обслуживания столицы и морской зоны страны и по созданию первой земной космической станции в этой зоне. С 1977 года регулярным телевизионным вещанием охвачена столица и территория Нижней Бвинеи в районе до 100 км. В директивах пятилетнего плана на 1978-1983 г.г. содержатся решения по дальнейшему развитию сети телевидения и улучшению качественных показателей телевизионных передач по всей стране. Соответствующим решением национального совета с 1980 года осуществляется модернизация действующей станции (для полного перехода к цветному телевидению и расширения зоны уверенного приема), а также первый этап построения сети телевидения внутри страны (т.е. строительство радиотелевизионных центров в городах Лабе, Киндии, Маму и Фаране и их соединяющей сети РРЛ). В настоящее время конакрийский телецентр соединен через ИСЗ со многими странами мира, о чем свидетельствует представление населению Конакри возможности просмотра цветных телевизионных изображений высокого качества в течение Олимпийских игр 1980 года из Москвы. С 1980 г. включена регулярная программа учебного телевидения для учащихся начальной школы, средних классов, лицеев и высших учебных заведений. Развитие учебного телеви дения в Гвинее занимает особое место в связи с тем, что:
1. Наблюдается большая плотность обучающихся в стране.
2. Факультеты вузов перераспределены на периферийные зоны от столицы в зависимости от потребностей народного хозяйства.
3. Телевидение включается в общий процесс ликвидации неграмотности.
Под намеченным улучшением качественных показателей телевизионных передач подразумевается не только улучшение известных характеристик изображения, но и получение новых, приближающих зрителей к есшественным условиям наблюдения. В условиях республики Гвинеи представляет интерес проведение первых опытных стереотелевизионных передач по каналу ЦГ, а также организация определенных стереотелевизионных учебных программ в этой стране.
В настоящее время известно большое количество стереотелевизионных систем и устройств вещательного стереотелевидения. Большинство этих систем отвечает в той или другой степени требованиям совместимости, как свидетельствуют работы /1-24; 28-35/. Основными задачами при внедрении стереотелевизионной системы по стандартному каналу ЦТ являются:
1. Обеспечение возможно большей детальности передаваемого пространства.
2. Стремление ко все более полной прямой и обратной совместимости стереотелевизионной системы с приемниками цветного и черно-белого телевидения.
3. Стремление к минимальным переделкам существующего оборудования ЦГ.
Не представляет особой трудности доказать, что совместное выполнение указанных задач чрезвычайно сложно и носит противоречивый характер /1-4/. Такое положение связано с уровнем развития средств связи (степенью декорреляции сигнала изображения, способом обработки сигналов изображений, стоимостью приемных узлов), с насыщенностью каналов связи все более возрастающими потоками информации, с относительно большой шириной полосы частот сигналов стереопары, а также с необходимостью плавного перехода от двумерных к объемным изображениям, что экономически более целесообразно. Характер противоречия при разрешении указанных трех условий зависит от конкретных вариантов предложенных методов передачи стереотелевизионных изображений по стандартному каналу ЦТ. Так, например, у стереотелевизионных систем, использующих подне-сущую цветности для передачи информации о втором сигнале стереопары, происходит заметный обмен между объемами информации о глубине деталей и цветовой информации, что требует компромиссного решения построения варианта СТС /1-3/. Имеются также многие описанные в работе /3/ варианты стереотелевизионных систем, в которых информация о параллаксе заложена в информации о цветности деталей объекта передачи. При этом обеспечивается цветопередача объемного изображения, но детальность пространства ограничивается на уровне крупных деталей, а совместимость с цветными телевизорами отпадает при просмотре двумерных изображений. В целом полное выполнение одного или нескольких из названных трех условий при совместном их решении всегда приводит в той или иной степени к нарушению остальных для всех известных в настоящее время вещательных стереотелевизионных систем. Однако из проводимых теоретических исследований и опыта эксплуатации можно наметить другое направление снижения стоящих препятствий /1,4,7/: это передача черно-белой стереопары с большей детальностью глубины пространства или обеспечение цветопередачи при минимальной детальности глубины пространства. В обоих случаях можно обеспечить достаточные для практики условия совместимости и минимальных переделок узлов. Об этом свидетельствуют системы, предложенные в работах /4,7/. Действительно, предпочтение отдается тому другому параметру (глубине деталей пространства или цветопередаче) только применительно к поставленной цели передачи стереотелевизионных программ.
В частности, при передаче художественной стереотелевизионной программы цветовая информация, детальность передачи глубины и точность воспроизведения пространственных соотношений входят в сочетание, и общее качество изображения подвергается субъективной оценке. В ряде же случаев учебного телевидения детальность передачи глубины представляет больший интерес нежели цветопередача пространственных деталей. В настоящее время приложено много усилий по улучшению показателей стереоэффекта и цветопередачи совместимой стереоцветной телевизионной системы, предложенной в работе /7/. Однако опыт ее эксплуатации свидетельствует о весьма низком количестве планов, обеспечиваемых этой системой. Об этом свидетельствуют проводимые сотрудниками кафедры телевидения ЛЭИС им.проф.М.А.Бонч-Бруевича совместно с ЛРТЦ 29 марта 1983 г., а также проводимые за рубежом опытные стереотелевизионные передачи /24/. Имеется немало предложенных систем вещательного стереотелевидения, обеспечивающих весьма хорошее качество цветопередачи и стереоскопических параметров, но, к сожалению, не отвечающих требованиям совместимости и удобства эксплуатации, а в некоторых случаях и степени переделок приемных узлов /4,6/.
К вышесказанному можно прибавить некоторые замечания, представляющие интерес при разработке стереотелевизионных систем, использующих стандартный канал ЦТ. Действительно, во многих странах, в том числе и в республике Гвинее, действует телевизионное оборудование, построенное по двум системам ЦТ. В частности, поставленное Гвинее телевизионное оборудование фирмами "Томсон" (Франция), "Ампекс" (США), "Телефункен" (ФЕТ) и "Филлипс" (Гол - 8 ландия) построено по системам СЕКАМ и ПАЛ. В этом отношении исследования и разработка стереотелевизионных систем применительно к каналам ЦТ СЕКАМ и ПАЛ представляют большой интерес с целью рекомендации для республики Гвинеи более подходящей СТС для учебных целей.
Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методов повышения пропускной способности, возможности передачи по стандартным цветным каналам СЕКАМ и ПАЛ нового качества - объема и обеспечения надежности и высокой помехоустойчивости функционирования рассматриваемых систем передачи аналоговых сообщений по каналам связи с постоянными параметрами.
На основании сравнительного анализа совместимых СТС показано, что в настоящее время в качестве стереотелевизионной системы в республике Гвинее может быть использована система с цветоизби-рательным методом сепарации изображений стереопары.
Улучшение качественных показателей стереотелевизионных изображений в такой системе может быть осуществлено за счет обеспечения стереоэффекта не только на крупных, но и на мелких деталях объекта передачи, а также за счет более рационального использования канала на поднесущей цветности путем разработки более помехоустойчивых вариантов СТС, оптимизации параметров канала в режиме передачи стереопары и разработки вариантов СТС с меньшими требованиями к характеристикам тракта передачи. Под этим углом зрения в диссертационной работе рассмотрены и последующие задачи.
Исследованы вопросы выбора метода передачи сигнала стереопары на поднесущей стандартного канала ЦТ. Рекомендован подходящий метод освещения передаваемой сцены для улучшения воспринимаемого стереоэффекта. В результате исследований зависимости показателей информации о глубине деталей от частотных свойств сигналов стереопары и тракта передачи рекомендована частотная область высокочастотных составляющих узкополосного несовместимого сигнала стереопары для системы СЕКАМ в диапазоне от 2,9 МГц до 4,4 МГц (от 3 МГц до 4,3 МГц в случае системы ПАЛ) для передачи по каналу связи путем переноса спектра. Разработаны устройство декодирования высокочастотных составляющих несовместимого сигнала стереопары для различных вариантов приемников системы ПАЛ и СЕКАМ, а также соответствующие СТС, обеспечивающие стереоэффект не только на крупных деталях, но и на мелких деталях передаваемого пространства.
Проведены исследования возможных вариантов построения вещательных стереотелевизионных систем, использующих канал ЦТ ПАЛ. На основании исследования помехоустойчивости системы рекомендованы два наиболее подходящих способа использования канала системы ПАД для передачи черно-белой стереопары в зависимости от параметров передаваемой информации на поднесущей. Предложена стереотелевизионная система с фазовой модуляцией поднесущей. Проведена разработка варианта предложенной СТС с фазовой модуляцией. Установлено, что допуски к дифференциально-амплитудным и дифференциально-фазовым искажениям предложенной СТС превосходят допуски лучшего варианта системы ПАЛ. Разработана методика оценки возможных СТС. В результате установлено, что наиболее приемлемым является вариант СТС, в котором высокочастотные составляющие левого изображения передаются по системе с фазовой модуляцией поднесущей, а на приеме часть спектра совместимого сигнала дополняет левое изображение.
Проведены исследования по определению параметров системы СЕКАМ в режиме передачи черно-белой стереопары, в результате которых рекомендованы новые коэффициенты компрессии и исходные частоты девиации поднесущих.
В результате уточнения параметров системы СЕКАМ намечается улучшение помехоустойчивости и совместимости системы. Разработа - 10 ны способы оценки возможных вариантов СТС, использующих стандартный канал системы СЕКАМ, в результате чего рекомендована СТС.
Исследованы системы черно-белого стереотелевидения, использующие канал ЦТ СЕКАМ и ПАЛ,с учетом особенностей телевизионной сети в республике Гвинее. В соответствии с этим рекомендовано избрать для передачи черно-белых программ учебного стереотелевидения систему с фазовой модуляцией поднесущей, а для проведения опытных стереотелевизионных передач - СТС, использующую стандартный канал системы СЕКАМ в условиях Гвинеи.
Разработана методика экспериментальной оценки помехоустойчивости СТС, использующих канал системы СЕКАМ. Установлено, что можно распространить общность оценки помехоустойчивости и на случай системы ПАЛ. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден способ улучшения помехоустойчивости системы путем частичного,; подавления его высокочастотных составляющих относительно низкочастотных.
Показано, что в целом рекомендуемые СТС, использующие каналы системы ПАЛ и СЕКАМ практически равноценны, что вызывает необходимость их сравнительной оценки по дополнительным параметрам с учетом особенностей построения сети телевидения в данной стране.
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что общее качество и четкость изображения при ограничении спектра частот несовместимого сигнала стереопары в полосах от 0 до 1,5 МГц и от 2,9 до 4,4 МГц не уступает качеству и требуемой четкости (для обеспечения стереоэффекта на мелких деталях) того же изображения в полной полосе частот.
Диссертация содержит /22 страниц текста, 23 рисунков, 3 таблиц, 3 приложения и список литературы (60 наименований).
Основные положения, представляемые к защите:
I. Методом переноса спектра несовместимого сигнала стерео - // пары можно передавать низкочастотные и высокочастотные составляющие обоих сигналов стереопары, что обеспечивает стереоэффект не только на крупных, но и на мелких деталях объекта передачи, а также полную прямую совместимость с черно-белыми телевизорами и частичную совместимость с цветными приемниками ЦТ. С этой целью оптимальными являются частотные области от 0 до 1,5 МГц и от 2,9 до 4,4 МГц для системы СЕКАМ, а также зоны от 0 до 1,3 МГц и от 3 до 4,3 МГц для системы ПАЛ.
2. Обеспечиваемый системой минимальный параллакс определяется условием неискаженной передачи разности в длительности соответствующих видеоимпульсов сигналов стереопары. Следовательно, необходимо, чтобы тракт передачи и воспроизведения обеспечил неискаженную передачу фронтов, более коротких, чем фронты, содержащиеся в сигнале о мелких деталях. Поэтому при возможности передавать высокочастотные составляющие несовместимого сигнала стереопары на поднесущей рекомендовано подбирать частоты не свыше 5-6 МГц. Максимальный параллакс - информация преимущественно низкочастотная - представляет больший интерес при опознавании крупных деталей объекта.
3. Получена принципиальная возможность преобразования системы ПАЛ в последовательную систему с фазовой модуляцией поднесущей. Стереотелевизионная система, построенная на этой основе, превосходит систему ПАЛ по допускам на амплитудные и фазовые искажения.
4. В режиме кодирования черно-белой стереопары по каналу системы СЕКАМ целесообразно изменять параметры канала путем введения коэффициентов компрессии и исходных частот девиации поднесу-щих, определяемых равенствами.
За счет этого ожидается улучшение помехоустойчивости и совместимости системы.
5. При условии обеспечения стереоэффекта на крупных и мелких деталях лучшей СТС (канал СЕКАМ) является стереотелевизионная система, в которой низкочастотные составляющие и высокочастотные составляющие несовместимого сигнала стереопары передаются соответственно по каналам (R - У) и (В - Y).
6. Экспериментально показано, что общее качество и четкость стереоизображения при ограничении спектра несовместимого сигнала в полосе от 0 до 1,5 МГц и от 2,9 до 4,4 МГц не уступают качеству и требуемой четкости (для обеспечения стереоэффекта на мелких деталях) того же объемного изображения в полной полосе частот.
7. Частичное подавление детектируемых высокочастотных составляющих относительно низкочастотных несовместимого сигнала стереопары приводит к улучшению помехоустойчивости, а также к устранению гармонической помехи, настроенной на центральную геометрическую частоту диапазона высокочастотных составляющих узкополосного сигнала стереопары.
8. В условиях республики Гвинеи целесообразно учебные и опытные стереотелевизионные передачи черно-белых программ проводить соответственно по системе с фазовой модуляцией поднесущей и по СТС, использующей стандартный канал системы СЕКАМ.
Классификация вещательных стереотелевизионных систем
В настоящее время известно немалое количество предложенных систем и устройств вещательного стереотелевидения. Большинство этих систем отвечает в той или другой степени требованиям совместимости. Об этом свидетельствуют работы /1-24, 28-35/. Рассмотрим лишь системы, у которых обеспечиваются достаточная совместимость с черно-белыми телевизорами и для которых просмотр стереопары проводится на экране цветного телевизионного приемника. В настоящее время с точки зрения внедрения вещательного стерео - -телевидения такие системы могут оказаться ближе к реальным, так как не требуют сложных переделок цветных телевизионных приемников. Вопрос проекции ТВ изображений на большом экране представляет интерес, если учесть возможность использования вещательных систем для учебного телевидения.
На практике имеется много параметров, по которым можно условно проводить классификацию вещательных стереотелевизионных систем. Выбор конкретных параметров зависит от поставленной задачи. Для удобства выбора системы стереотелевидения, отвечающей требованиям поставленной цели, приведена общая классификация, в которую входят как черно-белые стереотелевизионные системы, так и цветные стереотелевизионные системы, В дальнейшем их удобно обозначать соответственно через СТС и СЦТС.
На основе работ /1-4, 6-13, 16-24, 29, 30, 34/ можно привести следующую классификацию:1. По типу используемого датчика: двухобъективные и одно-объективные камеры для съемки объекта с двух позиций. Сюда можно отнести и используемый тип разложения, как это вытекает из работы /37/, что имеет значение для некоторых параметров стереотелевизионной сстемы.2. По способу кодирования и передачи сигналов стереопары. Можно разделить все системы черно-белого и цветного стереотелевидения на последовательные и одновременные. К первой подгруппе относятся последовательные системы по кадрам, по полям, по строкам, по группам строк, по элементам или группам элементов, а также все последовательно-неравномерные системы передачи изображений стереопары. Такие системы позволяют получить на приеме два равноценных цветных изображения. В основном эти системы несовместимы. Однако за счет усложнения приемного устройства последовательно-неравномерная система обеспечивает известную степень совместимости с черно-белыми телевизорами /2,3,6/. - В зависимости от метода передачи последовательные системы могут оказаться несовместимыми по изображению или по полосе частот. Имеются и системы стереоцветног телевидения последовательные по передаче цветовых сигналов и одновременные по передаче сигналов стереопары, а также системы одновременные по передаче цветовых сигналов и последовательные по передаче сигналов стереопары. Они несовместимы по полосе частот /1,2/. В литературе известно много одновременных стереотелевизионных систем монохромных и цветных. Последние могут быть одновременными по передаче цветовых сигналов и сигналов стереопары /1,4,5/. Одновременным системам особенно характерны известные способы уплотнения спектра сигнала. В случае черно-белого стереотелевидения (СТО для передачи двух сигналов по общему каналу связи может быть предложено несколько способов /1,4/: двусторонняя модуляция несущей частоты, использование поднееущей частоты, квадратурная модуляция несущей сигналами левого и правого изображений стереопары. Данные варианты возможно передавать в стандартной полосе частот. Можно также обеспечить стереоэффект на мелких деталях при использовании двусторонней или квадратурной модуляции- несущей. При двусторонней модуляции несущей в телевизионном приемнике предъявляются очень жесткие требования к стабильности работы ограничителей по уровню. Кроме того, данная система модуляции требует усложнения как схемы передатчика (необходимы два модулятора, два ограничителя и смеситель), так и схемы телевизоров. Данный способ также более чувствителен к нелинейным и фазовым искажениям в радиоканале, чем при передаче одного телевизионного сигнала. В случае же квадратурной модуляции несущей не обеспечивается совместимость с черно-белой и цветной вещательными системами.
Эффективным методом уплотнения спектра является передача второго сигнала стереопары в спектре первогосШирокое применение
Методика оценки весовой функций распределения информации о глубине деталей передаваемого объекта
Однако следует отметить, что информация о цвете и объеме разделены не полностью. Проведенные исследования в работе /35/ показывают примерное распределение информации по частоте (рис.2.1)
На основании проведенных исследований в работе /3/ и в отличие от последней здесь необходимо учитывать реальную возможность канала связи для передачи выделяемых высокочастотных составляющих. Для этого следует учитывать ограничение передаваемого спектра сигнала на поднесущей до 1,5 МГц (или 1,3 МГц для системы ПАЛ). Отсюда вытекает целесообразность определить более подходящую частотную область подлежащих передаче высокочастотных составляющих. Критерием при выборе будут служить: ожидаемая информация о глубинном расположении деталей объекта и простота соответствующей СТС. При выборе частотной зоны с точки зрения максимальной информативности о глубине деталей целесообразно вести разработку весовой функции распределения информации по частоте, примерно от 3 до 6,5 МГц. Такая оценка сделана экспериментально в первом приближении в работе /3/; при этом использовались фильтры высоких частот. Однако это не позволяет учитывать реальную возможность канала связи для передачи после определения весовой функции оптимальной частотной зоны.
В ходе субъективной оценки содержащейся информации о глубине на высоких частотах в работе /3/ было установлено, что изменение полосы высокочастотных составляющих от 3 до 5 МГц незначительно влияет на качество воспроизводимых изображений. Это значит, что нет прямой пропорциональности между передаваемой полосой высоких частот и качеством воспроизводимого изображения (объемного). Кроме того, здесь следует учитывать реальную возможность канала связи при передаче этих составляющих. Имеется канал на поднесущей, шириной в 1,5 МГу для СЕКАМ и 1,3 МГц для ПАЛ. Поэтому вопрос в первом приближении состоит в нахождении весовой функции передаваемой информации о глубине деталей в зависимости от частоты, при условии, что ширина передаваемых частот равна 1,5 МГц. В качестве нижней границы подлежащих исследованию частот выбирается частота Г0 =0,12 МГц, определенная в работе /35/ (рис. 2.1). Естественно, что данная весовая функция зависит от многих других факторов.
К числу параметров, оказывающих то или иное влияние на восприятие объема в зависимости от передаваемых высокочастотных составляющих, можно отнести общеизвестные факторы, влияющие на стереоэффект. Это, например, характер освещения, цветовой контраст поверхности предметов, зависимость порога глубинного зрения от яркости наблюдаемых предметов или от продолжительности наблюдения, линейность отклонения лучей передающей и приемной трубок, центровка растров левого и правого изображений стереопары на мишенях передающих трубок, оптические параметры передающей и приемной частей, переходная характеристика полного телевизион ного тракта, рельефность передаваемого объекта и др.
Для упрощения анализа следует считать постоянными все перечисленные факторы, кроме объектов передачи. Они будут входить в качестве параметров, т.е. иметь определенные постоянные значения в ходе анализа. Удобнее будет при этом отдельно рассматривать случай неподвижных и подвижных объектов передачи. Это объясняется в основном изменением спектрального состава подвижных объектов во времени. Как известно /25/, при подвижном изображении спектр сигнала становится менее дискретным, вследствие появления новых составляющих. Для имеющейся определенной системы разложения в стандартных системах ЦТ спектральный состав неподвижного (подвижного) изображения зависит от передаваемого объекта, его пространственных частот, распределения градаций яркости на нем.
Прежде всего целесообразно выяснить связь между величиной параллакса и спектром частот. Помимо оптической части, часто используемой для анализа параллакса, здесь нужно выяснить связь параллакса с образуемым видеосигналом левой и право- камеры. С этой целью построим простую диаграмму съемки объекта и полученного в результате видеосигнала на рис.2.2. Сюжет представляет собой объект, имеющий протяженность по глубине АВСд . Для простоты можно полагать, что ABIICDIIXXII Х,Х2 . Кроме того, полагаем, что освещение объекта производится от источника бокового света. Для наглядности удобнее взять участок ВС с некоторым наклоном относительно У у .На фотокатодах трубок объект проектируется в виде AiBfCfDfH А2В2Сгдг, На рис.2.26 представлены зависимости видеосигнала от времени. Для простоты полагаем, что объект представляет собой равномерный фон (серый); Cf , Сг - расстояния плоскостей CD , А& соответственно от плоскости объективов 0л0п ; А , Вг - углы проекции отраженного потока света от плоскости ВС соответственно к объективам 0Л и 0п . Объект Пояснение образования сигнала параллакса помещен на черном фоне.
Поскольку обычно камеры в основном располагаются симметрично относительно продольной оси объекта передачи, это приводит к примерно равномерному распределению яркости деталей на изображении для обеих камер. Поэтому следует считать одинаковую яркость отраженного света от А В и С В на объективе 0Л к 0п . В результате размах соответствующего видеосигнала от них одинаковый для обеих камер и равен Ц0 . Кроме того, время прохода луча по плоскостям, параллельным х х , одинаковый. Действительно, согласно теореме Талеза, имеет место следующее равенство:.
Канал цветности системы ПАЯ при передаче стереотелевизионных изображений
В предыдущем параграфе был рассмотрен вариант использования канала цветности в случае одновременной передачи сигналов USA и Цъл . При последовательной их передаче (по полям или по кадрам) или при передаче только одного, например, сигнала и$л, можно провести такой анализ со статистической позиции. Для простоты полагаем, что передача равномерного поля изображения осуществляется гармоническим сигналом Цл (t) = С/тл COS с )л t % Где UmA -амплитуда, а СОА - круговая частота полезного сигнала левого изображения. Можно также полагать, что по каналам (R -У) и (8-У) действует напряжение шума П с одинаковой дисперсией (о , например, с нормальным распределением. Обозначим отношение сигнала к шуму по осям (В - У), ( R - У) и по результирующему сигналу (рис.3.1) соответственно через Пс П3кП0. Не трудно установить, что дисперсия суммарной помехи равна:
Поскольку по (В-У) и (/?-У) передается одинаковая информация UA(t), то фаза суммарного сигнала будет постоянна для оп-ределенных коэффициентов компрессии и1 и иг .На рис.3.2 в - фаза флуктуационной помехи.
Как следует из диаграммы рис.3.1, отношения /70, /7С и /ls определяются следующими формулами:
К выбору канала для передачи левого кадра стереопары при наличии флуктуационных шумов
Сравнение Пс и /7S дает предложение каналу с большим значением коэффициента компрессии, поскольку % зависит от отношения Of/ к # . Для наглядности сравнения на рис.3.2 приведен график зависимости /7S по каналу (/?-У) от фазы .
Следует отметить, что изменение Ч о не приводит к изменению Д, при постоянстве суммарной величины квадратов коэффициентов
Значение % = 90 или 0 равносильно использованию только одного канала (R -Y) или (В -Y). Поскольку дополнительно к этому имеется поворот фазы (/? -У) от строки к строке, что улучшает помехозащищенность по этому каналу, то целесообразно передавать информацию по (/? -Y); канал (в- ») можно при этом выключать.
Однако с целью очищения на приеме полезного сигнала от шумов можно использовать канал (В -Y) для передачи шумов канала. Детектированный щум по (В -У) используется для управления уровнем ограничения нижних значений полезного сигнала после синхронного детектора. Со статистической позиции это допускается благодаря достаточной корреляции между каналми (/?-Y) и (B-Y) по среднему уровню флуктуационных шумов, если считать, что уровень шумов от самого ограничителя достаточно низкий.
В дальнейшем необходимо объединять решения по пунктам 3.1 и 3.2 и оценить их на основе более широкого круга параметров с целью окончательного выбора СТС. Рассмотрим описание предложенной автором СТС, способной устранить некоторые характерные недостатки системы ПАЛ.
Как широко известно в литературе /25,26/, система ПАЛ очень чувствительна к дифференциально-амплитудным искажениям, что приводит к искажению сигнала UA стереопары. Можно полностью устранить указанный недостаток путем построения системы с постоянной амплитудой передаваемого сигнала на поднесущей. При имеющемся оборудовании с амплитудно-балансной модуляцией в системе ШШ это можно сделать переходом на последовательную систему с фазовоі модуляцией поднесущей с детектированием полезного сигнала по одной только оси, например С/?-У) (рис.3.3).На рис.3.3 ил(Іі) и Ул(])- случайные мгновенные значения сигнала цА (і) в моменты ±і и tj ; ]/ -и% Ui) , il-ufU:) соответствующие значения вспомогательного сигнала у1-ил ft) Это приводит к заложению информации о сигнале Цл (і) в изменении фазы У- (і) от 0 до 90 или от 0 до (-90) при повороте фазы канала (/?-V), если С1Л является однополярным. Если передаваемый сигнал является двуполярным (например, цветоразностный сигнал в случае ЦТ), то фаза меняется тоже от -90 до +90.Рассмотрим канал системы с фазовой модуляцией поднесущей.
Передающая часть системы с фазовой модуляцией поднесущей . Она отличается от кодирующего устройства системы ПАЛ включением блока формирования вспомогательного сигнала 1-ul(t) . Поэтому на рис.3.4 приводится лишь структурная схема данного блока. На рисунке: КТЛ - телевизионная камера левого изображения; U0 -опорный потенциал, взятый за единицу с точки зрения совместимости и помехозащищенности системы.
В качестве формирователя сигнала Ll\ (і) можно использовать диодные схемы (например, кольцевой модулятор). Для формирования сигнала V и0г- ил1(і) можно применить обычные схемы ft -корректоров при подходящем выборе крутизны сквозной амплитудной характеристики.
Для обеспечения автоматического восстановления амплитуды сигнала на поднесущей необходимы следующие узлы (приемник ПМД):I. После блока разделения сигналов сигналы 2.U и 2V (рис. 3.5) суммируются и проходят через делитель для получения U и V (здесь вместо них имеют место ил (і) и \1-U%(t)). Полученный сигнал подвергается автоматической регулировке каскадом АРУ для восстановления единичного суммарного сигнала. Скорректированный сигнал детектируется синхронным детектором канала ( R-Y). Данная схема способна автоматически компенсировать фазовые сдвиги до 80. Практически дифференциально-амплитудные искажения могут допускаться до 90 и больше."
На основе того, что с одной стороны возможно построить гибридные системы с помощью оборудования системы ПАЛ, а с другой имеется несколько спектров сигнала Цл , подлежащих передаче, то и имеется множество вариантов СТС на этой основе. Основные среди них следующие:1. Передача сигнала Ufa по системе ПАЛ. В этом случае, как принято в ходе анализа предыдущих параграфов (п.п.3.1, 3.2), і/рл передается по каналу (R -У). При этом спектр передаваемой информации о параллаксе равен 1,3 МГц. Возможная "борьба полей" при просмотре стереопары снижена. Такой вариант требует всего лишь один переключатель в приемнике. Допуск на дифференциально-амплитудные искажения СТС соответствует нормам ПАЛ , т.е. 25-40%. Допуск на фазовые искажения - 40. Действие импульсной помехи длительностью порядка одной строки компенсируется.2. Передача С/дл по каналу (R-У) по системе ПАЛ. Хотя и здесь спектр сигнала UBA равен 1,3 МГц, но от него ожидается больше информативности о глубине.(см.гл. 2, п.п.2.1, 2.2). При этом, если не приняты меры специальные, "борьба полей" увеличивается. Данная система СТС требует три новых узла в приемнике (переключатель, смеситель и полосовой фильтр). Допуск на амплитудные и фазовые искажения, а также на действие импульсной помехи тот же, что и в предыдущем случае.3. Передача Ush по (Д-Y), U uo (В-У) по системе ПАЛ. При этом ширина спектра сигнала вдвое больше. Ожидается некоторое улучшение стереоэффекта. Влияние "борьбы полей" снижено. Однако, даже в таком случае, как показывает опыт, нельзя полностью изба
Оценка помехоустойчивости системы СЕКАМ в режиме передачи черно-белых стереотелевизионных изображений
Вследствие использования обоих каналов (R - У) и (В -У) обеспечивается полная четкость по вертикали. Спектр передаваемого сигнала левого изображения ограничивается полосой от 2,9 МГц до 4,4 МГц. Данный вариант требует, так же как и предыдущий, четырех новых узла. Вследствие передачи одних высокочастотных составляющих с учетом весовой функции видности шумов /52/, наблюдается заметное снижение приведенных шумов.
Однако данная СТС требует на приеме отдельной подачи синхронизирующих сигналов, а также дополнительных мер по снижению "борьбы полей".7. Передача сигналов U$A по (/? -V) и {В -Т). с добавлением Ufan к сигналу левого изображения в приемнике.В основном, данная СТС предлагается для выравнивания световых нагрузок стереопары в предыдущей системе. Здесь также спектр передаваемой информации о левом изображении ограничен полосой 1,5 МГц. Однако сама информативность канала о параллаксе не хуже предыдущего варианта. Действительно, при передаче лишь высокочастотных составляющих это сказывается на крупных горизонтальных границах, а вертикальные границы передаются с четкостью, соответствующей составляющим сигнала U$л . Сама же информация о глубине больше ожидается в вертикальных переходах. Следовательно, передача составляющих U A по каждой строке улучшает полученную информацию о параллаксе. Здесь требуется, кроме четырех ранее известных узлов, один фильтр низких-, частот для выделения сигнала Ugin. Для снижения количества требуемых узлов приемника можно предложить следующую СТС.8. Передача сигнала U gfi по ( Я-У) и (6-У) и просмотрстереопары через штриховые цветные очки.
В отличие от предыдущего варианта, здесь не требуется фильтр низких частот. Для обеспечения устойчивости левого изображениятребуется лишь подавать после детекторов синхронизирующие импульсы в цепь сигнала 1/#л . Просмотр стереопары через штриховые очки приводит к смеси низкочастотных спектров сигналов Цл ж Un , что устраняет и "борьбу полей". Ожидаемая информация о глубине та же, что у предыдущего варианта.
Применение частотной модуляции и соответствующих корректирующих узлов в системе СЕКАМ приводит к тому, что спектр шумов оказывается не плоским. В настоящее время разработаны методы оценки помехоустойчивости с учетом корректирующих звеньев и весовой функции видности шумов системы СЕКАМ при кодировании плоских цветных изображений /25,26,51/. Проведенный в данной работе расчет учитывает соответствующие параметры канала и сигнала при передаче черно-белой стереопары по каналу СЕКАМ. К числу таких параметров относятся коэффициенты компрессии, перенос части передаваемого на поднесущей спектра, а также распределение передаваемых частотных областей между двумя поднесущими F0R и r03 . Как следует из формулы (4.1), коэффициенты компрессии равны +2 и -2. Обратное восстановление сигнала на приеме уменьшает в 4 раза мощность флуктуационных шумов, что в некоторой степени улучшает помехоустойчивость по сравнению со случаем двумерных цветных изображений (где Qi = -1,9; CL = +1,5). При оценке помехоустойчивости необходимо учитывать особенности преобразования спектра шумов в процессе восстановления составляющих полезного сигнала Ц$л, Здесь также учтена относительная большая плотность шумов для ка нала (8-У) с меньшей номинальной девиацией частоты, чем в канале (/? -V). Кроме того, следует учитывать распределение шумов как бы в объеме при наблюдении трехмерных изображений, как это следует из работы /I/. Наблюдается их относительное уменьшение. Наконец, следует учитывать использование красного или голубого люминофоров для просмотра изображения сигнала, передаваемого на поднесущей.
В данном случае помехоустойчивость определяется в виде суммарных приведенных шумов для единичного полезного сигнала.
Порядок расчета полных приведенных шумов: Расчет проводится по аналогии с предыдущей главой и включает следующие этапы: 1. Определяется плотность напряжения шумов (о /йпосле частот ных: детекторов по следующей формуле где j - девиация частоты; (D - плотность напряжения шумов на входе полосового фильтра канала цветности;! hf - номинальная девиация частоты; U0- амплитуда поднесущей в канале связи. ІО ({) приобретает треугольное распределение по частоте. Значения плотности шумов (о и б после ЧМ детекторов по каналам передачи сигналов С/рл и U$А соответственно равны значениям Є фпо этим каналам при пере даче плоских цветных изображений /25/. 2. Определяется плотность мощности шумов по каналам на под несущей с учетом действия звеньев коррекции высокочастотных и низ кочастотных искажений по следующей формуле: где (uSi (f)t 0$ (f) - определяются по формуле (4.2); Кнч t Квч - соответственно значения функций коррекции низкочастотных и высокочастотных предыскажений. Данные, значения приведены в табл.4.I согласно /25/. 3. Приведенная плотность мощности шумов определяется по сле дующей формуле: где Ф(4) - весовая функция видности шумов, определяемая, согласно работе /52/, по формуле (3.5) предыдущей главы. Для удобства вычислений за единицу взято значение, отвечающее номинальной девиации: Как нетрудно убедиться, (fj9 ty- (f) и г (fi равны значениям, определенным по работе /25/, для соответствующих каналов при пе-редаче плоских цветных изображений. Значения $ (f) определяются в диапазоне от 2,9 МГц до 4,4 МГц. Для вычисления берутся значения у с интервалами через 50 кГц. 4. Определяются значения приведенных шумов с помощью графика функций 0"/ (f) и (op (f). Для этого необходимо провести интегрирова ние этих функций в соответствующем диапазоне частот. Для этого необходимо вычислить площадь под кривой @"г э (f) и определить соответствующую среднюю ординату п . Приведенная мощность шумов определяется по следующей формуле где X. - максимальная и -fn минимальная частота диапазона; А/І - приведенные шумы без учета пересчета коэффициентов ком-прессии соответственно по каналам передачи сигнала Ц л и L/дл С учетом пересчета коэффициентов компрессии приведенные шумы станут: где /ід средняя ордината кривой &$\(4)\ & = 2 - коэффициент компрессии, вводимый при передаче. 5. Определяются приведенные шумы по каналу цветности Для этого необходимо определить приведенные шумы сначала без учета влияния люминофоров по формуле (4.7): По аналогии с предыдущей главой, учитывается влияние люминофоров с помощью весовых коэффициентов сС , /i , ]f видности шумов в красном, зеленом и синем люминофорах соответственно, как это следует из работы /25/. При возбуждении красного люминофора узкополосным сигналом UA приведенные шумы канала цветности определяются по формуле (3.13): Если сигнал Цл возбуждает голубой люминофор, то шумы станут, согласно формуле (3.12): 6. Приведенные шумы по каналу яркости, по которому передает ся сигнал правого изображения U„ , определяются по формуле (3.6): О На основании проведенных в главе 3 расчетов приведенные шумы по каналу Y определяются по формулам (3.12) и (3.13) в зависимости от возбуждаемого люминофора сигналом Uп . 7. Полные.- приведенные шумы для определенного варианта СТС определяются по формуле (3.14):
Похожие диссертации на Методы передачи стереотелевизионных изображений по вещательному каналу цветного телевидения
