Лекция2. ФОРМИРОВАНИЕ ТВ СИГНАЛА
2.1. Основные параметры стандарта вещательного ТВ
У нас в стране, как и на всем пост советском пространстве, принят стандарт вещательного ТВ со следующими основными параметрами сигналов:
1. Общее число строк в кадре – 625;
2. Число кадров в секунду –25 при через строчной развертке (рис.1.4б);
3. Число полукадров в секунду –50, по 312,5 строк в каждом полукадре;
4. Формат кадра 4/3;
5. Период строчной развертки – 64 мкс (fстр = 15625Гц);
6. Длительность СГИ – 10 -12 мкс (время обратного хода по строке);
7. Длительность ССИ – 5 - 6 мкс (0.08-0.1Н), где Н = 64 мкс;
8. Период кадровой развертки – 20 мс (fк = 50Гц);
9. Длительность КГИ – 1500-1600 мкс (время обратного хода по кадру);
10. Длительность КСИ – обычно выбирается равной 3Н = 192 мкс
2.2. СОСТАВ И ФОРМА ТВ СИГНАЛА
В состав полного ТВ сигнала вещательного стандарта, форма которого по строкам и кадрам представлена на рис.2.2,входят следующие компоненты:
1. Видео (яркостной) сигнал.
2. Строчные и кадровые гасящие импульсы (СГИ и КГИ).
3. Строчные и кадровые синхронизирующие импульсы (ССИ и КСИ).
4. Врезки в КСИ двойной строчной частоты.
5. Уравнивающие импульсы.
6. Постоянная (яркостная) составляющая.
Форма видеосигнала. Величина видеосигнала, получаемого на выходе фотоэлектрического преобразователя, является функцией времени и пропорциональна яркости передаваемых элементов изображения, например, для черно-белого изображения показанного на рис.2.1,высокий уровень сигнала соответствует белому цвету соответствует, низкий уровень- черному цвету, а промежуточные уровни сигнала - градациям серого.
Рис.2.1. Формирование видеосигнала
а) - передаваемое изображение, б)-сигнал при развертки строки а-а
Рис.2.2. Форма ТВ сигнала за период строки (а) и кадра (б)
Рассмотрим назначение составных частей полного ТВ сигнала (ПТВС).
1. Видео сигналнесет информацию о яркостях передаваемых точек изображения – это то, что мы видим на экране телевизора.
2. Строчные к кадровые гасящие импульсы (СГИ и КГИ)предназначены для гашения лучей передающих трубок и кинескопа на время обратного хода разверток по строкам и кадрам соответственно. Это необходимо для того, чтобы светлые линии обратного хода не создавали помех на изображении в виде ряби от горизонтальных линий строчной развертки и наклонных линий по экрану от кадровой. Гасящие импульсы передаются в конце каждой строки и полукадра на уровне черного(рис.2.2)
3. Строчные и кадровые синхронизирующие импульсы (ССИ и КСИ)предназначены для обеспечения синхронной (одновременной) работы развертывающих устройств не передающей и приемной стороне. Этим достигается привязка начала координат разверток по горизонтали и вертикали телевизора и передающего оборудования. Это очень важные составляющие ПТВС, поскольку отсутствие КСИ приведет к срыву кадровой синхронизации, где изображение будет бежать вверх или вниз, а отсутствие ССИ к срыву строчной синхронизации, где изображение будет бежать влево или вправо.
4. Врезки в КСИобеспечивают нормальную работу строчной синхронизации во время действия КСИ. Отсутствие врезок приведет к искажению изображения в верхней части экрана за счет срыва строчной синхронизации во время действия КСИ, так как при одинаковом размахе синхроимпульсов во время действия КСИ ССИ передаваться не будут.
5. Уравнивающие импульсы предотвращают слипание строк четного и нечетного полукадра.Дело в том, что при через строчной развертке в каждом поле разворачивается 312,5 (целое число + половина) строк, причем, если нечетный полукадр начинается с начала строки, то четный с ее половины (рис.2.3). При этом меняется интервал между соседними строчными и кадровыми синхроимпульсами. Кроме того, в КСИ нечетного полукадра находится 3 врезки, а в КСИ четного полукадра – 2. Для выравнивания импульсной картины в четном и нечетном полукадрах применяют врезки двойной строчной частоты, а также вводят специальные уравнивающие импульсы двойной строчной частоты по 5 штук до и после КСИ, как показано нарис.2.3.
6. Постоянная или средняя (яркостная) составляющая видеосигнала возникает из-за того, что видеосигнал по своей природе сигнал не гармонически, а импульсный, не симметричный, следовательно он имеет постоянную составляющую, которая зависит от передаваемого сюжета изображения и может меняться с частотой 2-3 Гц.
Если принять размах всего ПТВС за 100 %, то собственно сигнал изображения (видеосигнал) от уровня белого то уровня черного занимает 70 %, а сигнал синхронизации располагается ниже уровня черного на 30%, т.е. его уровень - чернее черного. Это обеспечивает их надежное отделение от сигналов изображения в приемнике. 
Рис. 2.3. Форма ПТВС при через строчной развертке
Таким образом, анализируя видеосигнал, можно сделать следующие выводы:
· он не является гармоническим колебанием, а имеет импульсный характер: в нем могут быть резкие перепады яркостей – границы, и участки одинаковой яркости – плоские вершины импульсов;
· исходный сигнал по своей природе униполярен (имеет одну полярность) и содержит постоянную составляющую;
· его можно представить как периодическую функцию с частотами повторения fc и fк.
2.3. СПЕКТР ТВ СИГНАЛА 
Определим границы спектра видеосигнала. Он должен содержать частотные составляющие в полосе fmin – fmax и низкие частоты в интервале 0-2 Гц, для передачи средней составляющей. Нижняя граница спектра определяется частотой полукадров, соответствующей неподвижному изображению горизонтальной белой и черной полосы. Частота этих импульсов равна частоте кадров. Невозможно придумать изображение, для сигнала которого частота была бы ниже. Таким образом нижней частотой спектра ТВ сигнала является 50 Гц.
Сложнее определить верхнюю границу. Высокие частоты определяют тонкую передачу мелких деталей изображения. Для определения верхней частоты спектра подсчитаем число пар черных и белых элементов, которое может быть передано и воспроизведено ТВ системой. Это число по строке равно kz/2, где k = 4/3 (формат кадра). Число пар в кадре – (kz/2)z., а число пар элементов, передаваемых за секунду = nkz2/2, где n – число кадров в секунду. Таким образом, верхняя частота спектра видеосигнала при прогрессивной развертке (n=50 кадров в секунду):
При использовании чересстрочной развертки частота кадров снижается в 2 раза (25Гц), поэтому верхняя частота уменьшается до 6,5 МГц.
На практике, учитывая конечность размеров электронного луча и снижение вертикальной четкости за счет строчной структуры изображения, можно еще снизить верхнюю границу без заметного ущерба качеству изображения. В формулу вводится коэффициент 0,75-0,85, а частота уменьшается до 5-6 МГц.
Одной из особенностей спектра ТВ сигнала является его дискретно линейчатой спектр состоящий из гармоник строчной частоты, вокруг которых группируются достаточно узкие полосы сигналов боковых частот (рис.2.4), обусловленных вертикальной разверткой и движением деталей изображения. Образуются дискретные зоны энергии, несущие информацию о передаваемом изображении, причем энергия этих зон уменьшается с ростом номера гармоники строчной частоты, что используются для передачи сигналов цветного ТВ.
Рис.2.4. Примерный вид спектра ТВ сигнала