close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Smirnov1

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ОСНОВЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
И ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ТЕХНИКИ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ № 1–5
Санкт-Петербург
2015
Составитель – кандидат технических наук, доцент В. М. Смирнов
Рецензент – доктор технических наук, доцент П. Н. Петров
С помощью компьютерных программ оцениваются параметры телевизионного тракта по качеству изображения тестовой таблицы, наблюдается и оценивается влияние параметров разложения и искажений на качество телевизионного изображения, а также причины
апертурных искажений и методы их устранения. При выполнении
лабораторных работ по цветному телевидению демонстрируется влияние различных искажений при формировании сигналов цветного
телевидения в различных телевизионных системах: NTSC, PAL,
SECAM.
Предназначены для студентов очной, вечерней и заочной форм обучения по направлению «Радиотехника».
Методические указания подготовлены кафедрой радиотехнических и оптоэлектронных комплексов и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.
Редактор В. П. Зуева
Компьютерная верстка Ю. В. Умницыной
Подписано к печати 22.09.15. Формат 60 × 84 1/16.
Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 3,6. Усл. печ. л. 3,3. Тираж 100 экз. Заказ № 293.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2015
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ТВ-ИЗОБРАЖЕНИЯ
Цель работы: оценки параметров и характеристик телевизионных систем с помощью тестовых сигналов, ознакомление с методами оценки качества воспроизведения телевизионных изображений
по тестовым таблицам.
Методические указания по подготовке к работе
Оценка параметров телевизионного сигнала по тестовому изображению УЭИТ осуществляется на компьютере.
Универсальная электронная испытательная таблица
Для быстрой оценки основных характеристик передающей и
приемной телевизионной (ТВ) аппаратуры, а также для проверки
качества телевизионных изображений, которое может быть обеспечено данным телевизионным трактом, используют различные
испытательные изображения. В качестве испытательных изображений применяются испытательные таблицы, специальные или
универсальные, и сюжетные изображения. Универсальные таблицы, состоящие из совокупности элементов, составляющих содержание специальных таблиц, позволяют одновременно комплексно
оценить важнейшие параметры ТВ-изображения.
Универсальная электронная испытательная таблица (УЭИТ)
предназначена для субъективного и объективного контроля и
оценки основных параметров телевизионного изображения; УЭИТ
(рис. 1.1) позволяет проверить такие параметры черно-белого изображения, как формат кадра, устойчивость синхронизации разверток, геометрические искажения, разрешающую способность, вос3
произведение градации яркости, правильность чересстрочной развертки, наличие шумов и помех. При помощи УЭИТ можно установить наличие повторов, которые могут создаваться в результате
приема отраженных сигналов или плохо согласованного антенного
фидера.
При помощи УЭИТ в цветном телевизоре можно проверить и отрегулировать статическое и динамическое сведение, динамический
баланс белого, установку нулевых точек частотных детекторов канала цветности, соответствие уровней яркостного и цветоразностного сигналов, поступающих на модуляторы и катоды кинескопа
(матрицирование).
Центровка, размер изображения, оценка геометрических искажений растра, фокусировка и четкость яркостного канала, качество синхронизации (чересстрочность развертки) определяется для
телевизора цветного изображения при выключенном блоке цветности. Проверка «чистоты» цвета и баланса «белого» производятся по
УЭИТ также при выключенном блоке цветности.
Статическое и динамическое сведение лучей масочного кинескопа производится по сетке, образованной вертикальными и горизонтальными линиями, делящими таблицу на квадраты, с учетом ее
центра. Блок цветности при этом выключен.
Универсальная электронная испытательная таблица имеет прямоугольную форму с соответствием сторон 4:3 (рис. 1.1). Обрамление таблицы образуется из чередующихся черных прямоугольников (А...Э по горизонтали и 1...20 по вертикали), яркостям которых
соответствуют минимальные и максимальные яркости телевизионного изображения. Прямоугольная форма таблицы позволяет контролировать геометрические искажения растра, а наличие в ней
окружностей помогает устанавливать изображение симметрично,
относительно обрамляющей рамки и делает более заметными нарушения линейности. Кроме того, проверка линейности может проводиться по центральным вертикальной и горизонтальной линиям,
имеющим отметки через каждые две клетки.
Сетка, нанесенная на таблицу, предназначена для контроля линейности развертки динамического сведения лучей кинескопа. Пересечение горизонтальной и вертикальной линий в серых квадратах 10, 11, Н, О обозначает центр таблицы. По точке пересечения
этих линий производится статическое сведение и устанавливается
центровка изображения.
На горизонталях в квадратах 6, 7, Б...Щ размещаются два ряда
цветных полос с разной степенью цветовой насыщенности (соответ4
ственно 25% и 75%). Размеры элементов по строке соответствуют
общепринятым в генераторе цветных полос. Порядок следования
цветов (белый, желтый, голубой, зеленый, пурпурный, красный,
синий, черный) позволяет контролировать правильность работы
цветовой синхронизации.
Ряд с чередующимися черными и белыми квадратами (16, З...У)
предназначен для проверки искажения переходных характеристик, тянущихся продолжений и многоконтурности, а также (совместно с цветными полосами в ряду 14, 15, З...У) для контроля
соответствия уровней яркостного и цветоразностных сигналов (матрицирования).
Рассмотрим параметры, общие для черно-белого и цветного изображений, а затем только цветного.
1. Линейность изображения и геометрические искажения
определяются и рассчитываются по окружностям и квадратам
таблицы. Оценивать линейность разверток по окружностям намного легче, чем по квадратам, так как нарушения формы круга
более заметны по его яйцевидной форме или форме эллипса. Если
с правой или левой стороны круга произошло сжатие или растяжение, необходимо откорректировать линейность по горизонтали. Если сжатие или растяжение заметны в верхней или нижней
части круга, следует откорректировать линейность по вертикали
и горизонтали. Однако при этом надо учитывать, что изменение
линейности по горизонтали в некоторых случаях потребует регулировки высокого напряжения.
2. Центровка и размер изображения устанавливаются по изображению таблицы УЭИТ в соответствии с форматом кадра телевизора (формат таблицы УЭИТ равен 4:3). Обрамление таблицы в виде чередующихся пересеченных и белых прямоугольников позволяет легко провести центровку и установить необходимые размеры
изображения.
Размер изображения по вертикали считается нормальным, если верхние и нижние края экрана несколько перекроют реперные
линии таблицы УЭИТ. Затем устанавливается размер изображения
по горизонтали. При этом центр таблицы необходимо располагать
в середине площади экрана кинескопа. А так как большинство современных моделей телевизоров имеют формат экрана 16:9, то при
установке размеров невозможно будет получить изображение таблицы УЭИТ по горизонтали.
Смещение изображения на экране производится подстройкой
регуляторов центровки изображения по вертикали и горизонтали.
5
6
Рис. 1.1
Центровка изображения для кинескопа осуществляется изменением величины постоянного тока, протекающего через строчные и
кадровые катушки. Не следует забывать, что центровка оказывает
влияние на статическое сведение лучей.
Для матричных панелей (ЖК, плазменные, OLED) регулировки
линейности, центровки и размера не производятся.
3. Контрастность и яркость изображения устанавливаются по
градационной полосе 8-го ряда УЭИТ от Б до Щ и являются одними
из основных характеристик как черно-белого, так и цветного изображения. Правильность установки яркости и контрастности можно определить только при условии, что чистота цвета, сведение лучей кинескопа и баланс белого по меньшей мере удовлетворительны. Для облегчения этого процесса уровень сигнала, соответствующего участку 8Б, на 3% больше уровня черного. Регулируя яркость
изображения, сначала добиваются различия в интенсивности свечения участков 8Б и 8В. Затем яркость изображения уменьшают
только до того момента, когда интенсивности свечения участков
перестанут отличаться. Контрастность устанавливают такой, чтобы как можно большее число прямоугольников было различимо,
например все десять градационных ступеней сигнала.
4. Фокусировка изображения оценивается по различимости
строк изображения на экране кинескопа и вертикальных штрихов 13-го ряда от Б до Э, а также штрихов, помещенных в малых
окружностях, с центрами 3Г, 3Ч, 17Г и 17Ч (фокусировка в центре экрана и по краям), а также белым точкам на черных деталях
10,11, Л,М и 10,11, П,Р.
Для правильной фокусировки предварительно необходимо добиться наилучшей четкости черно-белого изображения точной настройкой гетеродина. Кроме того, яркость светлых участков изображения следует сделать достаточно высокой, так как если проводить фокусировку при небольшом токе лучей, светлые участки
изображения могут быть окрашенными. Фокусировка считается
удовлетворительной, если строки растра отчетливо различимы с
небольшого расстояния. При этом при хорошей фокусировке в центре экрана неизбежна некоторая расфокусировка изображения по
краям растра. Для матричных панелей (ЖК, плазменные, OLED)
регулировка фокусировки не производится.
5. Четкость изображения по горизонтали определяется по воспроизведению вертикальных штрихов 13-го ряда от Б до Э (частоты
от 2,8 до 5,8 МГц), а на краях изображения – по воспроизведению
вертикальных штрихов в окружностях по углам экрана (частота
7
3,8 МГЦ, квадраты 3,Г...Д; 3Ц...Ч; 18,Г...Д; 18,Ц...Ч; частота 4,8
МГц, квадраты 4,Г...Д; 4,Ц...Ч; 17,Т...Д;, 17,Ц...Ч и прямоугольники 13,И...Л; 13,Р...Т).
Оценка частотной характеристики канала изображения в области низких частот производится по изображению, заключенному в
10-м ряду от С до X, в 11-м ряду от Е до Л, а также черным и белым
прямоугольниками участков горизонтального 16-го ряда. Наличие
«тянучек» характеризует искажения сигналов изображения в области низких частот.
Фазовые искажения в области высоких частот, которые проявляются в виде белой окантовки («пластики»), хорошо заметны на
изображениях белого в 10-м ряду от Е до Л, в 11-м ряду от С до Ц,
16-м ряду и на белых вертикальных линиях, которые делят таблицу на квадраты.
6. Чересстрочность развертки оценивается по белым наклонным
линиям на участках 11,Е...К и 10,С...X. Ухудшение чересстрочной
развертки (наложение соседних строк одна на другую) сопровождается изломом или появлением двух дорожек наклонных линий. В
этом случае необходимо подстроить частоту кадровой развертки
или подобрать элементы цепи формирования кадрового синхроимпульса.
Получив удовлетворительное черно-белое изображение, включают канал цветности, и гетеродин настраивают на наилучшее
цветное изображение. Оно должно быть чистым и без шумов, которые проявляются в виде перемежающихся, непрерывно роящихся черных и белых точек (имеют вид снега). Насыщенность делают
чуть меньше ее максимального значения. Регуляторы цветового
тона устанавливают в положение, обеспечивающее наилучшее
цветовоспроизведение. Это можно сделать, выключив цветность
и переместив регуляторы до получения неокрашенного черно-белого изображения. У исправного, правильно отрегулированного
телевизора изображение получается неокрашенным примерно при
среднем положении всех регуляторов.
7. Проверка настройки контура коррекции сигналов цветности
(КСЦ) может быть произведена по желто-синим и красно-голубым
штрихам, размещенным на участках от Е до X 9-й горизонтали
УЭИТ. Настройка полосы пропускания контура КСЦ определяет
равномерное пропускание цвета вдоль всего 9-го ряда от Е до X,
т. е. должны быть равномерно засвечены как светлые, так и темные штрихи. При этом переходы между цветовыми штрихами
должны быть четкими, без тянущихся цветовых продолжений.
8
При правильной настройке КСЦ цвет желто-синих и красно-голубых штрихов должен примерно соответствовать аналогичным цветам горизонталей 6 и 7 от Б до Щ таблицы УЭИТ. В этом случае
можно утверждать, что цветовая четкость нормальная, контур обратной коррекции настроен на оптимальную частоту 4,286МГц и
имеет достаточную полосу пропускания – не менее 1МГц. Если теряют окраску желтые и красные штрихи, то это означает, что контур КСЦ настроен на более высокую резонансную частоту; если же
теряют окраску синие и голубые штрихи – то на более низкую и его
нужно подстроить.
8. Проверка цветовой четкости также осуществляется по 9-му
ряду вертикальных штрихов от Е до X таблицы УЭИТ. Если цвета штрихов различаются в левом (участок 9,Е...К) и правом блоках
(участок 9,С...Х), то это соответствует четкости 0,5 МГц (разрешающая способность 55 линий). При различении цвета штрихов центрального блока (участок 9,Л...Р) четкость будет соответствовать
частоте 1 МГц (разрешающая способность 110 линий).
9. Совпадение по времени сигнала яркости и цветоразностных
сигналов, т. е. точность, с которой совпадают вертикальные градации черно-белой и цветной составляющих изображения, также
можно проверить с помощью, например, синих и желтых штрихов
9-го ряда таблицы УЭИТ. Для этого, выключив канал цветности,
отмечают положение одного из переходов, например, в полосе сине-желтых штрихов (участок 9,Л...Р). Включив канал сигнала
цветности, сравнивают положение переходов в сигнале яркости с
переходами в цветоразностном сигнале. С помощью УЭИТ можно
рекомендовать другой способ проверки совпадения по времени яркостной и цветовой информации. Необходимо обратить внимание
на яркость желтых и синих штрихов. Если желтые штрихи имеют
слева меньшую, а синие (тоже слева) большую яркость, то задержка сигнала яркости по отношению к сигналу цветности избыточна;
если желтые штрихи имеют справа меньшую, а синие (тоже справа) большую яркость, то задержка мала.
10. Проверка линейности амплитудно-частотных характеристик детекторов каналов цветности производится по сигналу радуги, помещенному на горизонтальной полосе 12-го ряда от Е до X.
Если дискриминаторы имеют достаточную полосу пропускания
(около 600 кГц) и нелинейность их АЧХ не превышает допустимых пределов (25%), то сигнал радуги воспроизводится в виде двух
цветов: зеленого (на участке 12,Е...Н) и пурпурного (на участке
12,Х...0), причем насыщенность цветов от краев радужной полосы
9
(квадраты 12,Е и 12,Х) к ее середине убывают, образуя на участке
12,Н...О область серого. Отсутствие цвета или малая насыщенность
его на участке 12,Н...О указывает на недостаточную ширину полосы пропускания канала цветности или ослабление сигнала яркости
на частотах 5,0...5,8МГц. Причиной этого может быть также отклонение частоты гетеродина селектора каналов от номинального
значения либо недостаточная ширина полосы пропускания канала
изображения (УРЧ, УПЧИ, видеодетектора, видеоусилителя). Если полоса пропускания и линейность АЧХ дискриминаторов канала цветности недостаточны, то сигнал радуги (зеленый и пурпурный цвета) будет искажаться. Смещение области серого в сигнале
радуги влево или вправо указывает на неточность настройки нулевых точек АЧХ.
Объективно контролировать нелинейность АЧХ дискриминаторов цветоразностных сигналов можно по электрическому сигналу
этой строки с помощью осциллографа с блоком выделения строки.
11. Проверка правильности установки «нуля» дискриминатора
каналов красного и синего производится с помощью сигнала 8-го ряда УЭИТ (градационная шкала яркости или серая шкала). При выключенном блоке цветности проверяется баланс белого телевизора.
Затем включают блок цветности, при этом цветовой тон черно-белого изображения 8-го ряда не должен изменяться. Если изображение
этого ряда приобрело окраску (красного, синего, зеленого или другого оттенка), то это указывает на расстройку средней («нулевой»)
частоты дискриминаторов в канале красного или синего. При включенном блоке цветности следует настроить «нуль» дискриминатора
канала красного или синего таким образом, чтобы не происходило
изменения цветового тона изображения 8-го ряда таблицы УЭИТ.
Дискриминаторы обоих цветоразностных каналов настроены
правильно, если при включении и выключении блока цветности
сигнал градационной шкалы яркости 8-го ряда Д...Ч не принимает дополнительной цветовой окраски. В противном случае для настройки дискриминаторов выключают зеленый и красный лучи
кинескопа. Если при включении и выключении тумблера цветности изменяется яркость синей полосы градаций, то, вращая сердечник контура дискриминатора синего канала, добиваются неизменяющейся яркости. Затем то же самое делают в красном канале,
выключив зеленый и синий лучи. После этого вновь включают все
лучи и проверяют установку нулей дискриминаторов.
Например, нулевые точки частотных детекторов в телевизоре
ЗУСЦТ можно установить по изображению серой шкалы на вось10
мой горизонтали УЭИТ. Серая шкала не должна иметь цветового
оттенка при выключении канала цветности.
12. Проверка коррекции цветоразностных сигналов производится по изображению цветных полос, расположенных в 6-м и 7-м
рядах от Б до Щ. Насыщенность цвета в сигналах этих полос не
превышает 30%, поэтому ограничения цветоразностных сигналов
(ЦРС) на переходах от цвета к цвету не происходит. При правильно
установленной коррекции этих сигналов в телевизоре на изображении видны четкие переходы между цветами.
При неправильной коррекции на границе переходов (особенно
на переходе от зеленого к пурпурному) появляются темные или
светлые вертикальные линии. При недостаточной коррекции ЦРС
в телевизоре на его экране в изображении цветных полос. 6-го и
7-го рядов таблицы наблюдается незначительный светлый повтор
справа от перехода, переходы становятся несколько размытыми.
Такие затянутые от цвета к цвету переходы допустимы на изображении цветных полос, помещенных в 14-м и 15-м рядах.
Наблюдая изображения цветных полос 6-го и 7-го рядов, можно правильно отрегулировать степень коррекции ЦРС в телевизоре
путем подбора элементов соответствующих цепочек.
13. Соответствие уровней яркостного и цветоразностных сигналов на электродах кинескопа можно проверить по горизонталям
14-го, 15-го и 16-го рядов УЭИТ. Это делают при включенном блоке
цветности, сравнивая яркость элементов по горизонталям 15 и 16
при двух выключенных лучах кинескопа. Сначала выключают синий и зеленый лучи. Если яркость красного цвета на этих горизонталях одинакова от Д до X, то уровень цветоразностного сигнала на
управляющем электроде соответствует уровню яркостного сигнала
на катоде кинескопа. Если яркости горизонталей отличаются, необходимо регулятором «Насыщенность» сделать их одинаковыми.
Затем выключают красный и включают синий луч кинескопа.
При этом яркости горизонталей 15 и 16 должны быть одинаковыми. В противном случае уровень одного из цветоразностных сигналов (красного или синего) устанавливают подстроечным резистором, соответствующим этому цвету и расположенным на плате
цветности так, чтобы регулятором «Насыщенность» можно было
получить необходимые уровни яркостного и обоих цветоразностных сигналов.
Различная яркость соседних строк по всему полю красных и синих прямоугольников свидетельствует о неравенстве коэффициентов усиления каналов прямого и задержанного сигналов цветности.
11
14. Воспроизведение цветных прямоугольников в неправильной
последовательности (ряды 6 и 7, 14 и 15) указывает на нарушение
нормальной работы устройства цветовой синхронизации.
15. Проверять матрицирование цветоразностного сигнала следует следующим образом. При включенном блоке цветности выключить синий и зеленый лучи кинескопа. Регулятор «Контрастность» поставить в положение, соответствующее номинальному
сигналу, а регулятором «Яркость» несколько уменьшить яркость
свечения экрана. При этом белые квадраты 16-го ряда З... К, М...О,
Р...Т будут светиться красным цветом определенной яркости, а в
14-м и 15-м рядах красным цветом равной яркости будут светиться участки Б...Ж и О...У; потенциометром регулировки размаха
сигнала в канале красного яркость свечения участков 14-го и 15-го
рядов Б...Ж и О...У установить одинаковой между собой и равной
яркости свечения квадратов З...К, М...О, Р...Т 16-го ряда.
16. Проверить матрицирование цветоразностного сигнала Е′B –
Е′Y необходимо следующим образом. Выключить красный и зеленый лучи кинескопа; регуляторы “Контрастность” и “Яркость”
поставить в положение, аналогичное предыдущей проверке (п.15).
При этом белые квадраты 16-го ряда З...К, М...О, Р...Т, а в 14-м
и 15-м рядах участки З...К, О...Р, Ф...Ц будут светиться синим
цветом. Потенциометров регулировки размаха сигнала в канале
синего нужно добиться одинаковой яркости свечения между собой
рядов З...К, О...Р, Ф...Ц 14-го и 15-го участков и равной яркости
свечения квадратов З...К, М...О, Р...Т 16-го ряда.
17. Проверить матрицирование цветоразностного сигнала E′G –
E′Y надо следующим образом. Выключить синий и красный лучи
кинескопа. Регуляторы “Контрастность” и “Яркость” установить
в положение, необходимое для проверки матрицирования сигнала
E′R – E′Y. При этом на изображении УЭИТ квадраты З...К, М...О,
Р...Т в 16-м ряду, а участок Б...Н в 14-м и 15-м рядах будут светиться зеленым цветом. Регулируя амплитуду сигнала E′G – E′Y, следует установить равномерную яркость свечения всего участка Б...Н
14-го и 15-го рядов, равную яркости свечения квадратов З...К,
М...О, Р..Т 16-го ряда.
Методы оценки качества изображения
В настоящее время для определения качества изображения широко применяются как метод экспертных оценок, так и частные
критерии качества. Метод экспертных оценок заключается в том,
что наблюдателю вначале предъявляют эталонное изображение,
12
качество которого принимается равным высшей оценке используемой шкалы, а затем изображение, которое он должен оценить. Этот
метод широко используется в телевидении. Он стандартизован для
субъективных экспертиз в документах Международного консультативного комитета по радио (МККР). Недостатком метода экспертных оценок является отсутствие математической связи между
электрооптическими характеристиками оцениваемой системы и
величиной результирующей оценки, что создает проблемы при ее
проектировании. Поэтому наряду с экспертными оценками применяются частные критерии качества воспроизводимого изображения. Характеристиками для частных критериев являются:
– разрешающая способность;
– контраст (динамический диапазон);
– число уровней квантования изображения;
– видность шума на изображении;
– резкость границ;
– линейность и т. д.
Лабораторная работа посвящена определению пороговых значений основных параметров системы, при которых искажения на
воспроизводимых изображениях еще не заметны.
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа начинается с прохождения коллоквиума.
После успешного прохождения коллоквиума можно приступать к
выполнению работы.
Открыть программу. На экране появляется после заставки основное окно, которое имеет основное меню и рабочую зону для вывода изображений. Перед выполнением каждого задания необходимо с помощью меню «файл» открыть новое изображение (рис. 1.2).
Пункт меню «влияние характеристик» позволяет выбрать исследуемую характеристику. При выборе любой характеристики открывается диалоговое окно, в котором устанавливается размер обрабатываемой части изображения. Размер обрабатываемой части изображения выбирается (рис. 1.3) как число обрабатываемых строк
от начальной до конечной и, аналогично, число элементов в строке
от начального до конечного. Далее выбирается значение исследуемого параметра и программа запускается на выполнение. Задача
состоит в наблюдении и зарисовке осциллограмм при значительных искажениях и нахождении граничного значения параметра,
при котором искажения становятся заметными или незаметными
13
Рис. 1.2
Рис. 1.3
(пороговые значения). Параметр может изменяется как в сторону
увеличения, так и уменьшения от номинального (стандартного)
значения.
Внимание. При изменении исследуемого параметра необходимо каждый
раз открывать новое изображение.
14
Программа позволяет просматривать эпюры напряжений для
сигналов яркостной составляющей или для одного из основных
цветов: красного, зеленого и синего. Для выбора сигнала необходимо активизировать соответствующую кнопку. Для выбора участка
изображения, осциллограмму сигнала которого необходимо получить, надо нажать левую кнопку мыши на движке полосы прокрутки справа от изображения и установить его в требуемое место.
Отображаемая строка на изображении обозначена черной линией,
а ее номер выводится под полосой прокрутки. При кликировании
кнопки «Выходной/Входной сигнал» в окно под изображением выводится осциллограмма. Для вывода исходного сигнала требуется
повторное нажатие кнопки мыши на кнопке «Выходной/Входной
сигнал».
1. Исследование влияния нелинейности световой характеристики телевизионной системы на качество воспроизведения изображения. Исходные изображения выводятся при значении γ = 1.
В результате выполнения эксперимента необходимо:
а) пронаблюдать изменения в изображении и зарисовать осциллограммы сигналов яркостной составляющей для градационной
полосы при γ = 1, γ << 1 (γ ≈ 0,7), γ >>1 (γ ≈ 1,7) для изображения
УЭИТ; для этого необходимо открыть изображение УЭИТ (испытательная таблица ), установить выбранное значение γ, на обработанном изображении установить движок полосы прокрутки (изображение черной линии) на середине градационной полосы (8-й ряд
УЭИТ от Б до Щ ≈ 209 строка);
б) определить и записать пороговые значения показателя γ,
определяющего степень нелинейности световой характеристики,
при которой вносимые искажения еще не заметны наблюдателю.
При проведении исследования использовать изображение стандартной испытательной таблицы УЭИТ, а также сюжетное изображение – пейзаж.
Исследования проводятся для значений γ <1 и для значений γ>1.
Исследования провести для двух вариантов:
– при наблюдении искаженного изображения наблюдатель не
имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением; для этого ведется обработка всего изображения (вариант расположения движков на рис. 1.3);
– при наблюдении искаженного изображения наблюдатель имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением; для
этого обработка ведется только для части изображения (номер конечной строки обработанного изображения в диалоговом окне ≈ 209).
15
2. Исследование влияния ограничения динамического диапазона на качество воспроизведения изображения. В результате выполнения эксперимента необходимо:
а). Пронаблюдать и зарисовать осциллограммы видеосигнала
при ограничении динамического диапазона снизу и сверху для
изображения УЭИТ. Для этого необходимо открыть изображение
УЭИТ, в диалоговом окне установить «начало динамического диапазона» – 35, « конец динамического диапазона» – 255. Результат работы программы наблюдать на градационной полосе (≈ 209
строка).
Установить «начало динамического диапазона» – 0, « конец динамического диапазона» – 225. Результат работы программы наблюдать на градационной полосе (≈ 209 строка).
б). Определить и записать минимальные значения ограничения
динамического диапазона сверху и снизу, при которых вносимые
искажения еще не заметны наблюдателю. При проведении исследования использовать изображение стандартной испытательной
таблицы УЭИТ, а также сюжетное изображение – пейзаж. Исследования проводятся отдельно для ограничения динамического диапазона снизу и сверху.
Исследования провести для двух вариантов:
– При наблюдении искаженного изображения наблюдатель не
имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения.
– При наблюдении искаженного изображения наблюдатель имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением.
Для этого обработка ведется только для части изображения (номер
конечной строки ≈ 209).
3. Исследовать влияние апертурных искажений на качество
воспроизведения изображения.
При исследовании считается, что апертура имеет одинаковый
размер по горизонтали и вертикали, поэтому изменяются одновременно условный радиус апертуры по горизонтали и вертикали. В
результате выполнения эксперимента необходимо:
а). Пронаблюдать и зарисовать осциллограммы видеосигнала
при внесении больших апертурных искажений. Для этого необходимо открыть изображение УЭИТ, в диалоговом окне установить
значение «условный радиус значения апертуры», по горизонтали
и вертикали равный 2, на обработанном изображении установить
движок полосы прокрутки (изображение черной линии) на середине 13 ряда вертикальных штрихов (≈ 345 строка).
16
б). Определить результирующую импульсную характеристику
телевизионной системы (распределение прозрачности в результирующей апертуре), при которой вносимые искажения едва заметны
наблюдателю. В результате записывается условный радиус апертуры, при котором замечаются искажения.
При проведении исследования использовать изображение стандартной испытательной таблицы УЭИТ, а также сюжетное изображение – пейзаж. Исследования провести для двух вариантов:
– При наблюдении искаженного изображения наблюдатель не
имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения.
– При наблюдении искаженного изображения наблюдатель имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением.
Для этого ведется обработка только для части изображения (номер
конечной строки ≈ 345)..
4. Исследовать влияние амплитудно-частотных искажений
на качество воспроизведения изображения. В результате выполнения эксперимента необходимо определить и записать минимальное
сокращение ширины полосы яркостной составляющей телевизионного сигнала (сигнал Y), при которых вносимые искажения еще не
заметны наблюдателю.
При проведении исследования использовать изображение стандартной испытательной таблицы УЭИТ, а также сюжетного изображения– пейзаж. Исследования провести для двух вариантов:
а). При наблюдении искаженного изображения наблюдатель не
имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения. При использовании изображения УЭИТ необходимо зарисовать осциллограммы сигналов яркостной составляющей для вертикальных штрихов 13-го ряда от Б до Э (частоты от 2,8 до 5,8 МГц) для исходного
варианта и при кратности уменьшения полосы частот по горизонтали, при которой замечаются искажения. Для этого необходимо
установить движок полосы прокрутки (изображение черной линии) на середине 13 ряда вертикальных штрихов (≈ 345 строка).
б). При наблюдении искаженного изображения наблюдатель
имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого обработка ведется только для части изображения (номер конечной строки ≈ 345).
5. Исследовать влияние фазово-частотных искажений на качество воспроизведения изображения. В результате выполнения эксперимента необходимо определить и записать минимальное значе17
ние условного радиуса импульсной характеристики канала и асимметрию, при которых вносимые искажения начинают замечаться
наблюдателем.
При проведении исследования использовать изображение стандартной испытательной таблицы УЭИТ, а также сюжетного изображения – пейзаж. Исследования провести для двух вариантов:
– При наблюдении искаженного изображения наблюдатель не
имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения.
– При наблюдении искаженного изображения наблюдатель имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением.
Для этого ведется обработка только для части изображения.
6. Исследовать влияние аддитивного флуктуационного шума
на качество воспроизведения изображения. В результате выполнения эксперимента необходимо определить минимальное значение
отношения сигнала к шуму, при котором шум еще не заметен наблюдателю.
Рис. 1.4
Для этого необходимо выбрать пункт «аддитивный флюктуационный шум», в появившемся окне выбрать изображение испытательной таблицы УЭИТ. В следующем появившемся окне выбрать
AVI файл шума, к примеру, «шум 5». На экране появятся стандартные кнопки управления Media Playr (рис. 1.4). Запустите плеер
кнопкой Play (пиктограмма  ). В левом углу изображение будет
зашумлено. Необходимо найти шум, который только начинает замечаться. Цифры в наименовании AVI файла шума обозначают
среднеквадратическое значение шума.
Поскольку в данной работе размах сигнала от черного до белого
составляет 255 уровней квантования, то отношение сигнала к шуму определяется по формуле:
255
,
ψ=
σ
где σ – среднеквадратическое значение шума, выбираемое в диалоге при изготовлении зашумленных изображений.
7. Исследовать влияние уменьшения числа уровней квантования в цифровых телевизионных системах на качество воспроизведения изображения. В результате выполнения эксперимента необ18
ходимо определить и записать минимальные число уровней квантования, при котором вносимые искажения проявляются в виде
ложных контуров на изображении.
При проведении исследования использовать сюжетные изображения – портрет и пейзаж. Записать значение числа уровней
квантования, при котором начинают замечаться искажения в виде
«ложных контуров».
Рис. 1.5
Снять осциллограммы, иллюстрирующие появление ложных
контуров на изображении плавного изменения яркости. Для этого открыть изображение «Пила» с плавным изменением яркости
(рис. 1.5). Зарисовать осциллограммы одной строки для исходного
изображения и изображения, квантованного на 32 уровня, и для
изображения, квантованного на 16 уровней.
Оформление отчета по лабораторной работе
В отчете должны быть приведены:
1. Краткое изложение содержания исследования по оценке качества изображения по УЭИТ.
2. Граничные значения параметров по каждой из исследуемых
характеристик.
3. Осциллограммы исходных и искаженных сигналов.
4. Выводы о качестве ТВ-изображений и рекомендации о необходимых регулировках и настройках телевизионной системы.
Контрольные вопросы
1. Методы оценки основных параметров ТВ-изображения по тестовым таблицам.
2. Какие характеристики ТВ-тракта можно оценить с помощью
тестовой таблицы УЭИТ?
3. Нелинейные геометрические искажения, причины их появления (пояснение должно быть графическим).
4. К каким искажениям приводит нелинейность световой характеристики телевизионной системы.
5. Как влияет на заметность флуктуационного шума на изображении вид его пространственного спектра?
19
6. Какого рода искажения вызывает квантование изображения
по яркости при недостаточном числе уровней квантования.
7. Виды искажений видеосигнала при отклонении от идеальной
амплитудно-частотной характеристики видеотракта.
8. Как проявляются апертурные искажения на изображении?
Библиографический список
1. Телевидение: учеб. для вузов / Джакония В. Е., Гоголь
А. А. и др.; под ред. Джаконии В. Е. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.
2. Быков Р. Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 399 с.
3. Красильников Н. Н. Цифровая обработка изображений. М.:
Вузовская книга, 2001. 319 с.
4. Кривошеев М. И. Основы телевизионных измерений. М.:
Связь, 1976. С. 78–123.
20
Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА ПОЛНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО
СИГНАЛА И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
Цель работы: наблюдение формы полного телевизионного сигнала, изучение состава и измерение параметров полного телевизионного сигнала; расчет верхней граничной частоты спектра телевизионного сигнала.
Методические указания по подготовке к работе
Формирование электрического сигнала изображения осуществляется за счет преобразования пространственного потока лучистой энергии (энергии света, отраженного от объекта передачи) во
временную последовательность – видеосигнал. Процесс последовательной передачи информации о каждом элементе разложения называется разверткой. Изображение, полученное в результате однократного воспроизведения всех элементов разложения, называется кадром. Совокупность дискретных элементов, формирующих
кадр, называется растром.
Для синхронной и синфазной работы телевизионной камеры и
телевизионного приемника, т. е. обеспечения идентичности положения координат точек на передающем и приемных устройствах,
необходимо генерировать и передавать специальные сигналы синхронизации. Синхронность достигается при равенстве частот разверток (последовательностей импульсов) на ПЗС-матрице и телевизионном приемнике, а синфазность – при точном совпадении фаз.
Для выполнения этих условий в телевидении используется принудительная синхронизация. Сигналы синхронизации вырабатываются в синхрогенераторе и представляют собой импульсы различной длительности и частоты. Одни импульсы синхронизации вырабатываются один раз в течение длительности строки, другие – один
раз в течение длительности кадра (поля).
При создании растра с помощью электронного луча возникает
необходимость возвращения луча в исходное положение. Это осуществляется во время обратного хода – импульсов гашения.
Исходный сигнал яркости (видеосигнал) с введенным сигналом
гашения называется телевизионным сигналом. Телевизионный
сигнал с введенными импульсами синхронизации называется полным телевизионным сигналом – ПТС (рис. 2.1).
21
а)
Полный ТВ-сигнал
Uс
Уровень белого
Tсги
12мкс
70%
25%
5%
100%
Сигнал яркости
Тс (длительность строки)Н
Tсси
4,7мкс
64 мкс
Врезки
Уровень черного
Уровень гашения
(чернее черного)
Сигнал
синхронизации
Уровень
t синхронизации
Ткги1,6мс
Строки
б)
ССИ
Уравнивающие
импульсы
Тп=20 мс
(поля 312,5 строк)
Tкси192мкс
Рис. 2.1
Если весь размах сигнала принять за 100%, то видеосигнал составляет 70%, размах синхросигналов составляет 25%. Гасящие
интервалы лежат на уровне «чернее черного». 5% запас представляет охранную зону для лучшего разделения видеосигнала и сигналов синхронизации.
При чересстрочной развертке есть различия в полевых гасящих
интервалах четного и нечетного полей (рис. 2.2).
Полный цветной телевизионный сигнал отличается от полного телевизионного сигнала введением дополнительных сигналов
опознавания цвета (цветовой синхронизации) в зависимости от системы цветного телевидения и цветоразностных сигналов, способ
передачи которых также определяется системой. Форма полного
цветного телевизионного сигнала для системы PAL при передаче
изображения цветных полос приведена на рис. 2.3.
22
Половина строки
Начало нечетного полукадра (поля)
Врезки
623
624
625
311
313
314
23
22
6
(поля)
316
315
5
4
3
2
317
310
319
336
Строчные
синхроимпульсы
Уравнивающие
импульсы
(5 штук)
335
Уравнивающие
импульсы
(5 штук)
Активные
строки
309
312
1
Начало четного
полукадра
Полевой
синхроимпульс
622
Тс
Рис. 2.2
В лабораторной работе полный цветной телевизионный сигнал
формируется генератором и через усилители-распределители подается одновременно на все телевизионные стойки и на контрольный жидкокристаллический видеомонитор. Кроме полного ТВсигнала на стойки подаются импульсы синхронизации и гашения
для внешней синхронизации осциллографов и работы лабораторных установок. Генератор может вырабатывать один из 12 тестовых сигналов: различное сочетание цветных полос, сетка, белое
поле и др. Переключение сигналов может быть автоматическим и
ручным. В работе используется ручной выбор типа сигнала в зависимости от выполняемого пункта работы (выбор сигнала осуществляет преподаватель). Для контроля формы сигнала используются
осциллографы с блоком выделения строки (БВС).
Порядок выполнения
1. Ознакомиться с лабораторной установкой и измерительными
приборами.
2. Пронаблюдать с помощью осциллографа полный ТВ-сигнал,
измерить его параметры (размах синхроимпульсов, размах видеосигнала).
Для этого установить длительность развертки 5 мс. Синхронизация развертки «Внешняя 1:1». Наблюдать на осциллографе сигнал
двух полей ТВ-изображения, произвести измерения амплитуды
23
Черно -белое
изображение
Уровень
белого
Черный
Синий
Красный
Зеленый
Лиловый
Желтый
Белый
Отображаемая строка и
видеосигнал цветного
изображения
Голубой
Цветное
изображение
Активная часть
строки
Поднесущие
цвета
Уровень
черного
Строчный гасящий
интервал (ТСГИ)
Строчный
синхроимпульс
Сигнал цветовой
синхронизации
Длительность строки
(Тс )
Рис. 2.3
полного телевизионного сигнала, синхронизирующих импульсов,
видеосигнала. Результаты записать.
3. С помощью осциллографа провести измерения параметров
строчных и кадровых синхронизирующих импульсов, строчных и
кадровых гасящих импульсов (импульсов обратного хода).
Для измерения параметров строчных импульсов установить
переключатель синхронизация развертки осциллографа в положение «БВС импульсы строк», длительность развертки установить
10 мкс. Наблюдать на экране осциллографа два периода строчной
развертки. Измерить период следования строчных синхронизиру24
ющих импульсов – Тс, длительности строчного синхронизирующего импульса – Тс.с.и и гасящего импульса – Тс.г.и, результаты записать и зарисовать форму телевизионного сигнала для двух строк.
Внимание! Для получения точных значений при проведении измерений
необходимо чтобы ручки «Развертка длительность» и «Амплитуда» находились в крайнем правом положении (защелкнуты до щелчка, при наличии
рядом контрольных лампочек, они не должны светиться).
Для измерения параметров импульсов полей переключатель
синхронизация развертки осциллографа оставить в положении
«БВС», длительность развертки установить 5 мс. Наблюдать на
экране осциллографа два периода импульсов полей. Измерить период следования импульсов полей – Тп. Для измерения длительности гасящего и синхронизирующего импульсов полей необходимо
изменять длительность развертки (постепенно уменьшать до 0,2
мс) и при этом ручкой «номер строки» на блоке выделения строки
постоянно устанавливать полевой гасящий интервал в начало развертки. Измерить полевой гасящий интервал – Тп.г.и. Уменьшить
время развертки до (0,1–0,05) мс, измерить полевой синхронизирующий импульс – Тп.с.и. Результаты записать.
Для наблюдения положения строчного синхронизирующего импульса относительно полевого гасящего интервала установить первоначально длительность развертки 5 мс и ручкой «номер строки»
на БВС установить полевой гасящий интервал в начало развертки
осциллографа. Затем, меняя длительность развертки в сторону
уменьшения и поддерживая начало импульса гашения в начале
развертки, получить на экране осциллографа сигнал от полевого
синхронизирующего импульса, двух строчных синхронизирующих импульсов и пяти уравнивающих импульсов перед ним. Меняя на БВС положение переключателя «поля» 1 или 2, пронаблюдать изменение положения строчных синхронизирующих и уравнивающих импульсов относительно полевого синхронизирующего
импульса. Результаты зарисовать.
По результатам измерения при оформлении отчета рассчитать:
– частоту следования строк
fc =
1
;
Tc
– частоту следования полей
fï =
1
;
Tï
25
– относительную длительность строчного гасящего импульса
α = Тс.г.и / Tс ;
– длительность активной части строки
Тса = Тс (1 – α);
– относительную длительность полевого гасящего импульса
β = Тп.г.и / Tп;
– число активных строк разложения изображения
Za = Z(1 – β),
где Z – номинальное число строк разложения (Z = 625).
4. По результатам измерений периодов следования импульсов
строк и полей и длительностей гасящих интервалов рассчитать частоты следования строк и кадров, а также максимальную частоту
видеосигнала fmax без поправки на обратный ход и с учетом поправок на обратный ход для существующего стандарта разложения.
Для этого необходимо рассчитать:
а) без поправки на обратный ход:
– число элементов разложения изображения в строке
Nс = kZ,
где k – формат кадра (k = 4/3);
– число элементов в кадре Nк = kZZ = kZ2;
– длительность развертки одного элемента изображения
τэ = Tс / Nс;
– максимальную частоту спектра сигнала яркости, которая
определяет верхнюю границу полосы пропускания тракта передачи сигнала яркости (МГц) определяют как:
1
fmax =
,
2τý
либо через общее число элементов изображения, передаваемых
в секунду:
kZ2 n
,
2
где n – число кадров, передаваемых в секунду (n = 25 кадр/с);
б) с учетом поправки на обратный ход:
– число элементов в активной части кадра Nк.а = kZZa.
– длительность развертки одного элемента изображения
τэ = Tс.а / Nс.
– максимальную частоту спектра сигнала яркости с учетом обратного хода по строке (МГц)
fmax ≈ 1 / 2τэ.
fmax =
26
Сравнить полученное значение fmax с уточненным теоретическим значением с учетом обратных ходов (гасящих интервалов) по
строке и по кадру fmax о.х
fmax î.õ = p
k Z2 n 1 − β
,
2 1− α
где p – коэффициент Кэлла (p = 0,814).
5. Подать на вход ВКУ сигнал «сетка» (изменение вида сигнала
делает преподаватель) и определить нелинейность по строкам и кадрам. Для этого измерить ширину самого широкого и узкого квадратов и высоту самого высокого и низкого квадратов. Оценка нелинейности по горизонтали и вертикали производится по формуле:
a−b
K =2
100%,
a+b
где соответственно а – ширина (высота) самого широкого (высокого) квадрата; b – ширина (высота) самого узкого (низкого) квадрата.
6. Для сигнала вертикальных цветных полос пронаблюдать и
зарисовать полный цветной телевизионный сигнал для двух строк
изображения. Пронаблюдать сигналы цветовой синхронизации на
задней полке строчных гасящих интервалов. Отключить цвет (отключение цвета делает преподаватель) и пронаблюдать изменение
формы сигнала.
7. При наличии цветного ТВ-приемника провести оценку качества цветного ТВ-изображения УЭИТ и настройки приемника (формат и центровку изображения, наличие нелинейных и геометрических искажений, фокусировку и четкость яркостного канала, качество синхронизации, чистоту цвета и баланс белого, динамическое
и статистическое сведение лучей, правильность работы цветовой
синхронизации, качество воспроизведения градаций серого, цветовую четкость, динамический баланс белого, чересстрочность развертки, наличие тянучек, повторов, шумов и помех). Результаты
оценки записать.
Оформление отчета по лабораторной работе
В отчете должны быть приведены:
1. Осциллограммы полного телевизионного сигнала.
2. Результаты проведенных измерений параметров ТВ-сигнала.
3. Осциллограмма полного цветного телевизионного сигнала.
4. Расчет fmax без учета и fmax о.х с учетом обратного хода по строке и кадру.
27
5. Расчет коэффициента нелинейности по горизонтали и вертикали.
6. Выводы о качестве ТВ-изображений и рекомендации о необходимых регулировках и настройках телевизионной системы.
Контрольные вопросы
1. Состав и форма полного телевизионного сигнала.
2. Обоснование выбора основных параметров ТВ-разложения:
число строк разложения, частота полей, частота кадров.
3. Нарисовать растр для чересстрочной развертки при числе
строк разложения Z = 7, и растр для Z = 7 и числе полей n = 3.
4. Какой параметр ТВ-изображения ухудшается при увеличении длительности кадрового (строчного) гасящего импульса, если
сохранять постоянным размер растра по вертикали (горизонтали)?
5. Нелинейные геометрические искажения, причины их появления (пояснение должно быть графическим).
6. Влияние конечного времени обратного хода на fmax и fmin.
Библиографический список
1. Телевидение: учеб. для вузов / Джакония В. Е., Гоголь А. А. и
др.; под ред. Джаконии В. Е. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.
2. Быков Р. Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 399 с.
3. Дворкович В. П., Дворкович А. В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика). М.: Техносфера, 2012. 1008 с.
4. Красильников Н. Н. Цифровая обработка изображений. М.:
Вузовская книга, 2001. 319 с.
5. Кривошеев М. И. Основы телевизионных измерений. М.:
Связь, 1976. С. 78–123.
28
Лабораторная работа № 3
АПЕРТУРНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ И ИХ КОРРЕКЦИЯ
Цель работы: исследование апертурных искажений и метода их
коррекции.
Методические указания по подготовке к работе
Апертурные искажения возникают в процессе преобразования
изображений в видеосигнал, а также при преобразовании видеосигнала в изображение. Причиной апертурных искажений является несовершенство преобразователей изображение-сигнал и кинескопов, обусловленных конечными размерами сканирующего
электронного луча, конечностью размеров накопительных ячеек
матриц ПЗС и рядом других причин. Кроме того, к искажениям
такого рода приводит ограниченность полосы пропускания канала
связи, несовершенство оптики и ряд других причин. Апертурные
искажения представляют собой линейные (частотные) преобразования сигнала, поэтому к ним применим математический аппарат,
разработанный для анализа частотных преобразований. Для коррекции этих искажений применяют так называемую апертурную
коррекцию, которая представляет собой линейную фильтрацию
изображений.
Самым простым видом линейной фильтрации является инверсная фильтрация, при которой частотно-передаточная функция
фильтра Kкор, корректирующего искаженное изображение, выбирается из условия:
1
,
K êîð ωx , ωy =
K èñê ωx , ωy
(
)
(
)
где Kиск(ωx,ωy) – частотно-передаточная функция, описывающая
апертурные искажения, которые были внесены в изображение,
подлежащее коррекции при его формировании (передаче).
Если шум, всегда присутствующий на изображении, пренебрежимо мал, применение инверсной фильтрации позволяет практически полностью скорректировать изображение, вследствие того,
что частотные составляющие, ослабленные при формировании
(передаче) изображения, усиливаются до своего первоначального
значения корректирующим фильтром, который принято называть
апертурным корректором.
29
Если на изображении имеется заметный уровень шума, применение инверсной фильтрации не позволяет достичь желаемой
цели, потому что при усилении частотных составляющих спектра изображения, которые были ослаблены при его формировании, усиливается также шум, при этом результирующее качество
изображения может оказаться даже ниже того, которое было до
фильтрации. Поэтому при наличии заметного уровня шума на
изображении нецелесообразно полностью корректировать апертурные искажения.
Одной из характеристик, определяющей величину апертурных
(частотных) искажений, является переходная характеристика –
реакция на передачу нормированной резкой световой границы.
Переходная характеристика Н(х,у) связана с импульсной характеристикой (распределением прозрачности в апертуре) h(x,y) интегральным соотношением:
H ( x, y ) =
+∞
∫ ∫ h ( x, y )dxdy , (1)
−∞
где х, у – декартовы координаты. В случае вертикальной границы
это выражение преобразуется к виду:
H (x) =
где h ( x ) =
+∞
∫ h ( x ) dx,
−∞
+∞
(2)
∫ h ( x, y ) dy .
−∞
При работе с цифровыми сигналами, как например это имеет
место в системах цифрового телевидения, соотношения (1) и (2) заменяются их дискретными представлениями:
=
n′
=
H ( n ∆,k ∆ )
N −1
N −1
=
k′
2
2
∑
∑
h ( n − n′ ) ∆,( k − k′ ) ∆  ,
N −1
N −1
n′=
−
k′=
−
2
2
=
H (n ∆ )
n′=
N −1
2
∑
N −1
n′=−
2
h ( n − n′ ) ∆  ,
где ∆ – шаг пространственной дискретизации изображений, который будем считать одинаковым как вдоль, так и поперек строк;
n,n′,k,k′ – номера отсчетов вдоль строки и строк.
30
Порядок выполнения работы
1. Измерение апертурных искажений для равномерного и гауссова закона распределения прозрачности апертуры и синусоидального распределения яркости на изображении.
Для этого в меню «файл» открывается изображение «Клин G»
(рис. 3.1). В меню «Влияние характеристик» выбирается «прямоугольная апертура» (равномерное распределение прозрачности).
В появившемся диалоговом окне (рис. 3.2) выбирается размер поперечного сечения апертуры (размер по горизонтали), размер по
вертикали не изменяется и устанавливается минимальным. Обработке подлежит все изображение. Для этого номер конечной строки
и конечного элемента устанавливаются максимальными (рис. 3.2).
Для каждого размера апертуры измерить и записать размах яркостного сигнала (сигнал Y) на осциллограмме для разного числа линий
и проанализировать характер изменения вида осциллограммы.
Изменение числа линий осуществляется перемещением движка на
полосе прокрутки справа от изображения (рис. 3.1). При нажатии
на кнопку «входной сигнал» в окне под изображением должна появиться осциллограмма. Размах сигнала измеряется от минимального значения до максимального. Для измерения необходимо под-
Рис. 3.1
31
Рис. 3.2
вести курсор на максимальное значение осциллограммы, справа от
осциллограммы появится значение сигнала «уровень сигнала на
осциллограмме», при подведении курсора на минимальное значение появится его значение. Необходимо найти разность между максимальным и минимальным значениями и занести ее в табл. 3.1.
Измерения произвести для 6 размеров поперечного сечения апертуры.
Внимание. При каждом изменении исследуемой характеристики исследования следует открыть новое изображение.
Провести аналогичные измерения для гауссова закона распределения прозрачности апертуры. Для этого в пункте меню «Влияние
характеристик» выбрать пункт «гауссова апертура». Дальше все
измерения проводятся аналогично предыдущим и результат заносится в табл. 3.2.
Таблица 3.1
Число
линий
200
250
300
400
500
600
700
32
Ширина апертуры по горизонтали
1
3
7
12
15
20
Таблица 3.2
Число
линий
Условный радиус апертуры
0,2
0,7
1,5
2,5
3,0
4,0
200
250
300
400
500
600
700
2. Измерение апертурных искажений для равномерного и гауссова закона распределения прозрачности в апертуре для изображения с равномерным распределением яркости в полосах.
Для этого используется тестовое изображение «Клин 1» с равномерным распределением яркости в полосах. Измерения производятся как в п. 1 сначала для равномерного закона распределения
прозрачности в апертуре для 6 размеров поперечного сечения апертуры. Результаты заносятся в таблицу, аналогичную табл. 3.1.
Затем выбирается гауссов закон распределения прозрачности
и проводятся аналогичные измерения. Результаты заносятся в таблицу, аналогичную табл. 3.2.
3. Исследовать влияние канала связи с полосой пропускания,
ограниченной прямоугольной частотной характеристикой, на искажение яркости в изображении с синусоидальным распределением яркости (тестовое изображение «Клин G»). В этом эксперименте
необходимо в п. меню «Влияние характеристик» выбрать «амплитудно-частотные искажения канала».
В открывшемся диалоговом окне изменяется кратность ограничения полосы по горизонтали. Измерения проводятся аналогично
п. 1 для разного числа линий для 5 значений кратности ограничения полосы. Результаты измерений заносятся в табл. 3.3.
4. Исследовать влияние апертурных искажений на воспроизведение сюжетных цветных изображений для двух размеров при гауссовом распределении прозрачности (рекомендуемый условный
радиус 1,5 и 4 для одновременного поперечного и продольного сечения апертуры, считаем апертуру круглой или квадратной). При
проведении исследования использовать сюжетные изображения –
пейзаж и портрет. Результаты наблюдений записать.
33
Таблица 3.3
Число
линий
Кратность ограничения полосы
2
3
5
8
12
200
250
300
400
500
600
700
5. Произвести цифровую коррекцию апертурных искажений
для случая, когда распределение прозрачности в «искажающей»
апертуре описывается гауссовым законом. С этой целью в изображение, используемое в эксперименте, должны быть предварительно внесены апертурные искажения, как в п. 4. Условный радиус
апертуры выбирается из диапазона (2–4). Затем в меню выбирается
пункт «цифровая апертурная коррекция» и в открывшемся диалоговом окне необходимо подобрать коэффициент подчеркивания
границ, чтобы скомпенсировать апертурные искажения. Результаты измерений (условный радиус апертуры и коэффициент подчеркивания границ) следует записать. В экспериментах использовать
как тестовое изображение типа «Клин G» с синусоидальным распределением яркости, так и сюжетные цветные изображения портрет и пейзаж.
6. Исследовать влияние цветного шума на апертурные искажения для случая, когда распределение прозрачности в «искажающей» апертуре описывается гауссовым законом, а само изображение содержит гауссов шум. С этой целью в изображение, используемое в эксперименте, должны быть предварительно внесены
апертурные искажения, как в п. 5, затем выбирается пункт меню
«цветной шум». Необходимо подобрать такое среднеквадратичное
значение шума, при котором происходит маскировка апертурных
искажений. При экспериментах использовать как тестовое изображение типа «Клин G» с синусоидальным распределением яркости,
так и сюжетные цветные изображения. Результаты измерений следует записать.
7. При оформлении отчета сравнить между собой результаты измерений, выполненных в п. 5 и п. 6.
34
Содержание отчета
В отчете должны быть приведены:
– цель работы;
– описание эксперимента;
– таблицы измерений;
– графические зависимости, построенные по результатам измерений;
– выводы и анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение распределения прозрачности в апертуре.
2. Дайте определение апертурно-частотной характеристики.
3. Как зависит ширина зоны размытия на изображении от размера апертуры?
4. Можно ли посредством частотных преобразований отфильтровать пространственные частоты, превышающие некоторую граничную частоту, не внося искажений при передаче более низких
пространственных частот? Если да, то какой должна быть импульсная характеристика?
5. Чем ограничивается на практике глубина апертурной коррекции реальных изображений?
Библиографический список
1. Телевидение: учеб. для вузов / Джакония В. Е., Гоголь А. А. и
др.; под ред. Джаконии В. Е. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.
2. Быков Р. Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 399 с.
3. Красильников Н. Н. Аудио-видеокомпьютерные системы и
технологии. СПб.: ГААП, 1997. 41 с.
35
Лабораторная работа № 4
ВЕЩАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Цель работы: исследование особенностей вещательных систем
цветного телевидения.
Методические указания по подготовке к работе
Различают три вида совместимости систем цветного телевидения, это прямая совместимость, обратная совместимость и техническая совместимость. Под прямой совместимостью понимают
свойство системы цветного телевидения, позволяющее просмотр ее
передач на черно-белых телевизионных приемниках в черно-белом
варианте. Под обратной совместимостью понимается возможность
просмотра передач, ведущихся черно-белыми телецентрами в черно-белом варианте на телевизионных приемниках цветного телевидения. И, наконец, под технической совместимостью понимают
возможность передачи сигналов цветного телевидения по каналам
связи, предназначенным для передачи сигналов черно-белого телевидения.
В соответствии с трехкомпонентной теорией цветового зрения
для осуществления цветной телевизионной передачи изображение
передаваемого объекта нужно разложить на три цветовые составляющие, передать каждую из них на приемное устройство и там синтезировать цветное изображение. В простейшем случае это могут быть
сигналы красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, составляющих изображение, либо сигналы, передающие цветовые коэффициенты колориметрической системы XYZ, либо какая-либо другая
тройка сигналов. Для обеспечения принципа прямой и обратной совместимости по каналу связи необходимо передавать сигнал яркости, который используется в телевизионных приемниках черно-белого телевидения для создания черно-белого изображения. Поскольку в качестве опорного равносигнального цвета выбран стандартный
источник белого С, так как он больше соответствует условиям реального освещения, яркостное уравнение имеет вид:
EY = 0,299ER + 0,587EG + 0,114 EB , (1)
где ЕY – сигнал яркости; ЕR, ЕG, ЕB – соответственно сигналы красной, зеленой и синей составляющих изображения.
Из четырех величин, входящих в формулу (1), для получения
цветного изображения, кроме сигнала яркости, необходимо пере36
дать два сигнала цветности (два цветоразностных сигнала), которые в различных системах цветного телевидения несколько различаются:
ER −=
Y ER − EY , EB −=
Y EB − EY .
Благодаря тому, что разрешающая способность зрения человека в отношении компонент цветности изображения много меньше,
чем в отношении яркостной компоненты, оказалось возможным
сигналы цветности передавать в полосе частот, которая примерно
в четыре раза меньше полосы частот, необходимой для передачи
сигнала яркости. Из теоретического анализа известно, что спектр
сигнала яркости прерывистый, содержащий гармоники, кратные
частоте повторения строк. Вокруг этих гармоник группируются достаточно узкие полосы сигналов боковых частот, обусловленных
вертикальной (кадровой) разверткой и движением деталей изображения. Это обстоятельство используют при передаче сигналов
цветного телевидения, размещая спектры сигналов цветности внутри спектра сигнала яркости, в его высокочастотной области.
При передаче сигналов цветного телевидения необходимо обеспечить линейность всей системы в целом от света до света, в противном случае неизбежны искажения цвета в синтезированных
изображениях. Поскольку кинескопы телевизионных приемников имеют нелинейные модуляционные характеристики, то перед
передачей на телецентре осуществляют коррекцию этой нелинейности путем включения в каналы красной, зеленой и синей компонент сигнала гамма-корректоров.
В настоящее время нашли широкое применение три совместимых системы цветного телевидения: NTSC, SECAM и PAL. Все они
используют для передачи сигналов цветности принцип частотного
перемежения, но различаются по способу передачи их в яркостном
канале.
Система цветного телевидения NTSC
Особенностью системы NTSC является то, что в ней для передачи информации о цвете используется цветовая поднесущая (гармоническое колебание), которая подвергается квадратурной амплитудной модуляции в балансном модуляторе двумя сигналами цветности. Цветовая поднесущая размещается в верхней части спектра
сигнала яркости. Благодаря тому, что частота цветовой поднесущей fs выбирается из соотношения:
f
fs ( 2n + 1) ñòð
=
(2)
2 ,
37
где fстр– частота строк, спектр модулированной цветовой поднесущей оказывается вложенным в спектр яркостного сигнала. Учитывая дискретность спектра яркостного сигнала на приемной стороне
с помощью гребенчатой фильтрации можно разделить сигналы,
отделив один от другого. На практике эта операция возлагается
на зрительный анализатор человека. Выбор цветовой поднесущей
в соответствии с формулой (2) приводит к тому, что фаза поднесущей от строки к строке меняется на противоположную. Поскольку
в кадре содержится нечетное число строк, то это приведет к дополнительному изменению фазы в строке от кадра к кадру. В результате помеха, создаваемая модулированной поднесущей вследствие
инерционности зрения, усредняется.
Сигнал яркости EY и передаваемые в системе NTSC сигналы
цветности EI и EQ образуются из исходных сигналов красного ER,
зеленого EG и синего EB в соответствии с уравнениями (числовые
значения коэффициентов округлены):
EY =0,3ER + 0,59 EG + 0,11EB ,
EI =0,6 ER − 0,28 EG − 0,32EB ,
EQ = 0,21ER − 0,52EG + 0,31EB .
Благодаря примененному способу балансной амплитудной квадратурной модуляции цветовая поднесущая оказывается одновременно промодулированной как по амплитуде, так и по фазе:
=
uâûõ Us sin ( ωs t + ϕ ),
UI
.
UQ
При этом информация о цветовом тоне заключена в фазе цветовой поднесущей, а информация о насыщенности цвета в ее амплитуде. Это делает систему очень чувствительной к ошибкам в передаче фазы цветовой поднесущей, к так называемым дифференциальным искажениям фазы сигнала цветности в канале связи. Отмеченный недостаток инициировал поиски других методов передачи
сигналов цветности, что в конечном итоге привело к разработке
двух других систем SECAM и PAL.
где=
Us
2 ω = 2π f ,
UI2 + UQ
; s
s а фазовый сдвиг ϕ =arctg
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа начинается с прохождения коллоквиума.
После успешного прохождения коллоквиума можно приступать
к выполнению работы.
38
Открыть программу. На экране появляется после заставки основное окно, которое имеет основное меню и рабочую зону для вывода изображений. В данной работе исследуются общие характеристики цветных телевизионных систем и вещательная система цветного телевидения NTSC.
Перед выполнением каждого задания необходимо с помощью
меню «файл» открыть новое изображение. Пункт меню «влияние
характеристик» позволяет выбрать исследуемую характеристику. При выборе любой характеристики открывается диалоговое
окно, в котором устанавливается размер обрабатываемой части
изображения. Размер обрабатываемой части изображения выбирается (рис. 4.1) как число обрабатываемых строк от начальной
до конечной и, аналогично, число элементов в строке от начального до конечного. Далее выбирается значение исследуемого параметра и программа запускается на выполнение. Задача состоит
в наблюдении искажений при больших отклонениях параметров
и нахождении граничного значения параметра, при котором искажения начинают замечаться (или не замечаться). Параметр может
изменяться как в сторону увеличения, так и уменьшения от стандартного значения.
Внимание. При каждом изменении исследуемого параметра необходимо
каждый раз открывать новое изображение.
Программа позволяет просматривать эпюры напряжений для
сигналов яркостной составляющей, одного из основных цветов:
красного (R), зеленого (G), синего (B) или для одного из цветоразностных сигналов, в зависимости от исследуемой системы.
Рис. 4.1
39
Для выбора сигнала необходимо активизировать соответствующую
кнопку. Для выбора строки изображения, осциллограмму сигнала
которой необходимо получить, надо нажать левую кнопку мыши
на полосе прокрутки справа от изображения и установить движок
в требуемое место. Отображаемая строка на изображении обозначена черной линией, а ее номер выводится под полосой прокрутки.
Сама осциллограмма выводится в окно под изображением при нажатии на кнопку «Входной/Выходной сигнал». При повторном нажатии кнопки мыши в том же окне выводится осциллограмма той
же строки, но для неискаженного (исходного) изображения. Осциллограммы выводятся разными цветами. Это дает возможность
одновременно наблюдать осциллограммы искаженного и исходного изображений.
Общие характеристики систем
1. Разложение цветного изображения на цветовые компоненты.
Разложить цветное изображение на цветовые компоненты и проанализировать полученный результат. В качестве исследуемого изображения следует выбирать изображение типа портрет (Jinka.bmp).
2. Сведение растров на экране монитора.
Сведение растров проводится на изображении таблицы УЭИТ
(испытательная таблица). Для этого выбирается пункт меню «центрирование растров». В появившемся диалоговом окне (рис. 4.2)
нажать кнопку «Ок». После обработки программой изображения
«красного», «зеленого» и «синего» растров будут рассовмещены.
При повторном выборе пункта меню «центрирование растров» необходимо выключить канал синего: нажать кнопку «Ок». На появившемся изображении будут наблюдаться рассовмещенные зеленые и красные горизонтальные и вертикальные линии. Повторно
выбрав пункт меню «центрирование растров» необходимо изменением положения движков «Центрирование...» свести изображения
красного и зеленого до получения чисто желтых линий. После этого включить канал синего и свести изображения синего и желтого,
полученного от сведения красного и зеленого до получения белых
линий.
3. Исследовать влияние нелинейности световой характеристики
телевизионной системы на качество воспроизведения цветного изображения.
В результате выполнения эксперимента необходимо:
а). Пронаблюдать изменения в изображении и зарисовать осциллограммы сигналов основных цветов: красного (R), зеленого (G),
40
Рис. 4.2
синего (B) для цветных прямоугольников (ряды 6 и 7) для исходного изображения γ = 1, при внесении больших искажений, γ << 1
(γ ≈ 0,7), γ >>1 (γ ≈ 1,7) для изображения УЭИТ. Для этого необходимо открыть изображение УЭИТ (испытательная таблица), выбрать
пункт меню «Влияние нелинейности канала», установить выбранное значение γ, на обработанном изображении установить движок
полосы прокрутки (изображение черной линии) на середине цветных прямоугольников (6–7-й ряд УЭИТ от Б до Щ ≈ 165 строка).
Полученные осциллограммы зарисовать.
б). Определить и записать пороговые значения показателя γ,
определяющего степень нелинейности световой характеристики,
при которой вносимые искажения еще не заметны наблюдателю.
Исследования проводятся на изображении стандартной испытательной таблицы УЭИТ для значений γ < 1 и для значений γ > 1,
которые устанавливаются в диалоговом окне (рис. 4.1).
Исследования провести для двух вариантов:
– при наблюдении искаженного изображения наблюдатель
не имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения (номер конечной строки устанавливается 551).
41
– при наблюдении искаженного изображения наблюдатель имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением.
Для этого обработка ведется только для части изображения (номер
конечной строки ≈ 165).
Полученные значения параметра γ записать.
Исследование системы цветного телевидения NTSC
4. Исследование влияния сокращения ширины спектра сигналов цветности I и Q.
В результате выполнения эксперимента необходимо пронаблюдать изменения в изображении и зарисовать осциллограммы
сигналов EI, EQ при максимальном сокращении ширины спектра
сигналов. Для этого необходимо открыть изображение таблицы
УЭИТ (испытательная таблица), выбрать пункт меню «Полоса EI,
EQ», увеличить кратность уменьшения полосы сигналов EI, EQ
(рис. 4.3) до максимального значения. Запустить программу нажатием кнопки «Ок». Установить движок полосы прокрутки на 235
строку таблицы УЭИТ (желто-синие и красно-голубые штрихи, размещенные на участках от Е до X по 9-й горизонтали рис. 1.1). Выбрать сигнал I, нажатием на кнопку «Входной /Выходной сигнал»
получить осциллограмму сигнала I. Повторное нажатие на кнопку
«Входной /Выходной сигнал» выведет в то же окно осциллограмму
исходного сигнала. Зарисовать полученные осциллограммы. Проделать аналогичную операцию для сигнала Q. Осциллограммы зарисовать. Убедиться, что сокращение ширины спектра сигналов
цветности не влияет на яркостную составляющую телевизионного
сигнала. Для этого провести описанные исследования для сигнала
Y. Осциллограммы зарисовать.
5. Определение порогового значения сокращения ширины спектра сигналов цветности.
Изменяя кратность уменьшения полосы сигналов EI, EQ, найти
те значения кратности уменьшения полосы, при которых искажения в изображении становятся не заметны. Исследование проводить для изображения таблицы и для двух сюжетных изображений – пейзажа и портрета. Результат записать.
6. Определение допустимого сокращения ширины спектра яркостной компоненты сигнала Y. Порядок проведения исследования такой же, как в случае сигналов цветности I и Q в п.4. При
использовании изображения УЭИТ необходимо зарисовать осциллограммы сигналов яркостной составляющей Y для вертикальных
штрихов 13-го ряда от Б до Э (частоты от 2,8 до 5,8 МГц). Для этого
42
Рис. 4.3
необходимо установить движок полосы прокрутки (изображение
черной линии) на середине 13 ряда вертикальных штрихов (≈ 345
строка). Зарисовать осциллограммы для исходного и максимально
искаженного изображений.
Изменяя кратность уменьшения полосы Y, найти граничное значение, при котором искажения едва заметны. Результат записать.
7. Исследование влияние отклонения фазы.
Исследование целесообразно проводить на изображении цветных полос (рис. 4.4) или использовать цветные прямоугольники
УЭИТ. При выборе пункта меню «Влияние фазы» в появившемся диалоговом окне поочередно установить значения отклонения
фазы (рис. 4.5) равными F = +57 град и F = –57 град (кратность
полосы сигналов EI, EQ установить равной 1). Зарисовать осциллограммы сигналов I и Q при значении фаза = 0 град и в крайних
положениях. Для наглядности, чтобы была возможность сравнить
искаженное и неискаженное изображения, обрабатывается половина изображения (номер конечной строки 250).
8. Определение порогового значения отклонения фазы.
Определение минимального изменения фазы, при котором начинают замечаться искажения цвета. Исследование проводится
для двух вариантов:
а). При наблюдении искаженного изображения наблюдатель не
имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения (номер конечной строки 551). Значение фазы изменяется от нуля до значения,
при котором замечаются искажения цвета как в отрицательную,
так и в положительную стороны. Результаты записать.
43
Рис. 4.4
Рис. 4.5
б). При наблюдении искаженного изображения наблюдатель
имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого обработка ведется только для части изображения (номер конечной строки 250).
9. Определить минимальное изменение фазы для двух сюжетных изображений – пейзажа и портрета. Ведется обработка всего
изображения. Результаты записать.
Содержание отчета
В отчете должны быть приведены:
– цель работы;
– описание экспериментов;
44
– числовые параметры, полученные при выполнении экспериментов;
– осциллограммы сигналов;
– анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы
1. Почему в вещательных системах телевидения оказалось возможным передавать сигналы цветности в существенно более узкой
полосе частот по сравнению с полосой частот, в которой передается
яркостная компонента сигнала?
2. Объяснить причины несведения лучей R,G,B.
3. Какими способами достигается незаметность цветовой поднесущей на экране телевизора в системе вещательного цветного телевидения NTSC?
4. В чем проявляется влияние фазовой ошибка при приеме сигнала цветности?
5. Как влияет сокращение ширины спектра цветоразностных
сигналов на качество изображения?
Библиографический список
1. Телевидение: учеб. для вузов / Джакония В. Е., Гоголь А. А. и
др.; под ред. Джаконии В. Е. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.
2. Дворкович В. П., Дворкович А. В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика). М.: Техносфера, 2012. 1008 с.
3. Быков Р. Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 399 с.
45
Лабораторная работа № 5
ВЕЩАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
SECAM И PAL
Цель работы: исследование особенностей вещательных систем
цветного телевидения SECAM и PAL.
Методические указания по подготовке к работе
Система цветного телевидения SECAM
В системе SECAM информация о цвете также передается на цветовой поднесущей, но в отличие от системы NTSC, во первых, используются две цветовые поднесущие:
fSR = 282fc = 4406,25 кГц,
fSB = 272fc = 4250,00 кГц,
где fSR, fSB – соответственно поднесущие цветоразностных сигналов
красного и синего; fc – частота строк.
Во вторых, в системе SECAM цветовые поднесущие модулируются цветоразностными сигналами по частоте.
В третьих, сигналы ER–Y и EB–Y передаются по очереди. Если
в одном поле в первой строке передаются сигнал ER–Y, то в третьей
строке передается сигнал EB–Y. Модулированные по частоте цветовые поднесущие размещаются в верхней части спектра сигнала
яркости. В этой системе для обеспечения незаметности поднесущих на изображении их фаза принудительно изменяется на 180°
от поля к полю и в каждой третьей строке. За счет инерционности
зрения имеет место усреднение, и, следовательно, незаметность
помехи, создаваемой цветовыми поднесущими. Поскольку для
восстановления цветного изображения требуется одновременно
располагать сигналом яркости и двумя цветоразностными сигналами, а по каналу связи одновременно передаются сигнал яркости
и только один из цветоразностных сигналов, второй цветоразностный сигнал получают путем задержки цветоразностного сигнала
от предыдущей строки. Это, конечно, понижает цветовое разрешение в направлении, перпендикулярном строкам, но для зрителя это незаметно. В системе SECAM, в отличие от системы NTSC,
сигнал яркости EY и сигналы цветности ER–Y и EB–Y образуются
из исходных сигналов красного ER, зеленого EG и синего EB в соответствии с уравнениями:
EY =0,3ER + 0,59 EG + 0,11EB , ER −Y =0,7 ER − 0,59 EG − 0,11EB ,
46
EB −Y =
−0,3ER − 0,59EG + 0,89 EB .
Однако для увеличения помехозащищенности передаче подлежат сигналы EY и DR = –1,9 ER–Y, DB = 1,5 EB–Y. Применение частотной модуляции цветовой поднесущей сделало систему SECAM
нечувствительной к дифференциальным искажениям фазы сигнала цветности в канале связи. Однако при этом возник ряд других
проблем, связанных с помехоустойчивостью системы и с ослаблением заметности цветовой поднесущей на изображении. Это потребовало введения предкоррекций, что, в конечном счете, не могло не
сказаться на качестве изображения.
Система цветного телевидения PAL
В системе PAL так же, как и в системе NTSC, информация о цвете передается путем квадратурной балансной амплитудной модуляции цветовой поднесущей с двумя сигналами цветности. Однако
в отличие от системы NTSC фаза одной из компонент переключается от строки к строке на 180° градусов. В телевизионном приемнике
осуществляются аналогичные компенсирующие переключения фазы, при этом результирующие сигналы цветности в телевизионном
приемнике получаются путем средневзвешенного суммирования
сигнала от принимаемой строки и сигнала от предыдущей строки,
который для этой цели задерживается на соответствующее время.
Благодаря описанным переключениям фазы достигается малая
чувствительность системы к дифференциальным искажениям фазы сигнала цветности в канале связи. Модулированная по частоте
цветовая поднесущая размещается в верхней части спектра сигнала яркости. В системе PAL для обеспечения незаметности поднесущей на изображении ее частота выбирается из соотношения:
fs =−
n 1 fc + fn ,
4
4
(
)
где fn – частота полей, что обеспечивает изменение фазы помехи создаваемой цветовой поднесущей в течение времени, подобно тому, как это имеет место в системе NTSC. Сигнал яркости EY
и формируемые сигналы цветности EU и EV образуются из исходных сигналов красного ER, зеленого EG и синего EB по существу так
же, как и в системе NTSC в соответствии с уравнениями:
EY =0,3ER + 0,59 EG + 0,11EB ,
EU = 0,493EB −Y ,
EV = 0,877ER −Y .
47
Различие состоит в выборе амплитуд модулирующих сигналов.
Достоинством системы PAL по сравнению с системой NTSC является
ее нечувствительность к дифференциальным искажениям фазы сигнала цветности в канале связи, а по сравнению с системой SECAM
в малой заметности цветовой поднесущей на изображении.
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа начинается с прохождения коллоквиума.
После успешного прохождения коллоквиума можно приступать
к выполнению работы.
Открыть программу. На экране появляется после заставки основное окно, которое имеет основное меню и рабочую зону для вывода изображений. В данной работе исследуются вещательные система цветного телевидения SECAM, PAL.
Перед выполнением каждого задания необходимо с помощью
меню «файл» открыть новое изображение. Пункт меню «влияние
характеристик» позволяет выбрать исследуемую характеристику. При выборе любой характеристики открывается диалоговое
окно, в котором устанавливается размер обрабатываемой части
изображения. Размер обрабатываемой части изображения выбирается (рис. 5.1) как число обрабатываемых строк от начальной до
конечной и, аналогично, число элементов в строке от начального
до конечного. Далее выбирается значение исследуемого параметра
и программа запускается на выполнение. Задача состоит в определении характера влияния исследуемого параметра при максимальных искажениях и нахождении граничного значения параметра,
при котором искажения начинают замечаться (или не замечаться). Параметр может изменяться как в сторону увеличения, так и
уменьшения от стандартного значения.
Внимание. При каждом изменении исследуемого параметра необходимо каждый раз открывать новое изображение.
Программа позволяет просматривать эпюры напряжений для
сигналов яркостной составляющей одного из основных цветов: красного (R), зеленого (G), синего (B) или для одного из цветоразностных
сигналов, в зависимости от исследуемой системы. Для выбора сигнала необходимо активизировать соответствующую кнопку. Для выбора строки изображения, осциллограмму сигнала которой необходимо получить, надо нажать левую кнопку мыши на полосе прокрутки справа от изображения и установить движок в требуемое место.
Отображаемая строка на изображении обозначена черной линией,
а ее номер выводится под полосой прокрутки. Сама осциллограмма
48
выводится в окно под изображением при нажатии на кнопку «Входной /Выходной сигнал». При повторном нажатии кнопки мыши
в том же окне выводится осциллограмма той же строки, но для неискаженного (исходного) изображения. Осциллограммы выводятся
разными цветами. Это дает возможность одновременно наблюдать
осциллограммы искаженного и исходного изображений.
Исследование системы цветного телевидения SECAM
1. Исследование влияния сокращения ширины спектра сигналов цветности R–Y и B–Y. Лучшим тестовым изображением является таблица УЭИТ (рис. 1.1) участок от Е до X 9-й горизонтали
(желто-синие и красно-голубые штрихи ≈235 строка изображения).
После открытия изображения необходимо выбрать пункт меню
«Полосы R–Y, B–Y». В появившемся диалоговом окне увеличить
кратность уменьшения полосы сигналов R–Y и B–Y (рис. 5.2) до
максимального значения. Запустить программу нажатием кнопки «Ок». Установить движок полосы прокрутки на 235 строку таблицы. Выбрать сигнал R–Y нажатием на кнопку «Входной /Выходной сигнал» получить осциллограмму сигнала R–Y. Повторное
нажатие на кнопку «Входной /Выходной сигнал» выведет в то же
окно осциллограмму исходного сигнала. Зарисовать полученные
осциллограммы. Проделать аналогичную операцию для сигнала
B–Y. Осциллограммы зарисовать. Убедиться, что сокращение ширины спектра сигналов цветности не влияет на яркостную составляющую телевизионного сигнала. Для этого провести описанные
ранее исследования для сигнала Y. Осциллограммы зарисовать.
2. Определение пороговых значений сокращения ширины спектра
сигналов цветности R–Y и B–Y. Изменяя одновременно кратность
уменьшения полосы сигналов R–Y и B–Y, найти те значения, при
которых искажения в изображении становятся едва заметны.
Рис. 5.1
49
Провести аналогичное исследование для двух сюжетных изображений – пейзаж и портрет. Результат записать.
3. Исследование вертикальной цветовой четкости. Тестовым
изображением является таблица УЭИТ граница перехода от цветных прямоугольников (ряд 15, рис. 1.1) к белой строке. После открытия изображения необходимо выбрать пункт меню «Вертикальная цветовая четкость». В появившемся диалоговом окне (рис. 5.3)
увеличить кратность уменьшения вертикальной цветовой четкости
до максимального значения. Запустить программу нажатием кнопки «Ок». Установить движок полосы прокрутки на строку таблицы
с номером 404 (или 245). Выбрать сигнал R–Y нажатием на кнопку
«Входной /Выходной сигнал», получить осциллограмму сигнала
R–Y. Повторное нажатие на кнопку «Входной /Выходной сигнал»
выведет в то же окно осциллограмму исходного сигнала. Зарисовать полученные осциллограммы. Проделать аналогичную операцию для сигнала B–Y.
Убедиться, что уменьшение вертикальной цветовой четкости не
влияет на яркостную составляющую телевизионного сигнала. Для
этого провести данные исследования для сигнала Y. Осциллограммы зарисовать.
4. Определение допустимого сокращения ширины спектра яркостной компоненты сигнала Y. Порядок проведения исследования такой
же, как в случае сигналов цветности в п.3. Исследования проводятся на тест-таблице УЭИТ. Необходимо зарисовать осциллограммы
сигналов яркостной составляющей Y для вертикальных штрихов
13-го ряда от Б до Э (частоты от 2,8 до 5,8 МГц). Для этого необходимо установить движок полосы прокрутки (изображение черной
линии) на середине 13 ряда вертикальных штрихов (≈ 345 строка).
Зарисовать осциллограммы для исходного и максимально искаженного изображений.
Изменяя кратность уменьшения полосы Y, найти граничное значение, при котором искажения едва заметны. Результат записать.
Исследование системы цветного телевидения PAL
5. Исследование влияния сокращения ширины спектра сигналов цветности U и V. Для этого необходимо открыть изображение таблицы УЭИТ, выбрать пункт меню «Полоса U, V», увеличить кратность уменьшения полосы сигналов U, V до максимального значения (рис. 5.4). Запустить программу нажатием кнопки
«Ок». Установить движок полосы прокрутки на 235 строку таблицы УЭИТ (желто-синие и красно-голубые штрихи, размещенные
50
Рис. 5.2
на участках от Е до X 9-й горизонтали). Выбрать сигнал U, нажатием на кнопку «Входной/Выходной сигнал « получить осциллограмму сигнала U. Повторное нажатие на кнопку «Входной/Выходной
сигнал» выведет в то же окно осциллограмму исходного сигнала.
Зарисовать полученные осциллограммы. Проделать аналогичную
операцию для сигнала V. Осциллограммы зарисовать. Убедиться,
что сокращение ширины спектра сигналов цветности не влияет
на яркостную составляющую телевизионного сигнала. Для этого
провести описанные исследования для сигнала Y. Осциллограммы
зарисовать.
6. Определение порогового значения сокращения ширины спектра сигналов цветности. Изменяя кратность уменьшения полосы сигналов
U,V, найти те значения, при которых искажения в изображении
становятся едва заметны.
Провести аналогичное исследование для двух сюжетных изображений – пейзаж и портрет. Результат записать.
7. Исследование вертикальной цветовой четкости. Тестовым
изображением является таблица УЭИТ – граница перехода от цветных прямоугольников (ряд 15, рис. 1.1) к белой строке. После открытия изображения необходимо выбрать пункт меню «Вертикальная цветовая четкость». В появившемся диалоговом окне (рис. 5.3)
увеличить кратность уменьшения вертикальной цветовой четкости
до максимального значения. Запустить программу нажатием кнопки «Ок». Установить движок полосы прокрутки на строку таблицы
с номером 404 (или 245). Выбрать сигнал U нажатием на кнопку
«Входной/Выходной сигнал», получить осциллограмму сигнала U.
Повторное нажатие на кнопку «Входной/Выходной сигнал» выве51
Рис. 5.3
Рис. 5.4
дет в то же окно осциллограмму исходного сигнала. Зарисовать полученные осциллограммы. Проделать аналогичную операцию для
сигнала V.
Убедиться, что уменьшение вертикальной цветовой четкости не
влияет на яркостную составляющую телевизионного сигнала. Для
этого провести описанные исследования для сигнала Y. Осциллограммы зарисовать.
8. Определение допустимого сокращения ширины спектра яркостной компоненты сигнала Y. Порядок проведения исследования такой же, как в случае сигналов цветности в п. 4. При использовании
изображения УЭИТ необходимо зарисовать осциллограммы сигналов
яркостной составляющей Y для вертикальных штрихов 13-го ряда от
Б до Э (частоты от 2,8 до 5,8 МГц). Для этого необходимо установить
52
движок полосы прокрутки (изображение черной линии) на середине
13 ряда вертикальных штрихов (≈ 345 строка). Зарисовать осциллограммы для исходного и максимально искаженного изображений.
Изменяя кратность уменьшения полосы Y, найти граничное значение, при котором искажения едва заметны. Результат записать.
9. Исследование влияние отклонения фазы. Исследование целесообразно проводить на изображении цветных полос (рис. 5.5) или
использовать цветные прямоугольники УЭИТ. При выборе пункта
меню «Влияние фазы» в появившемся диалоговом окне поочередно
установить значения отклонения фазы (рис. 5.6) равными F = +57°
и F = –57°. Зарисовать осциллограммы сигналов U и V при значении фаза = 0° и в крайних положениях.
Для наглядности, чтобы была возможность сравнить искаженное и неискаженное изображения, обрабатывается половина изображения (номер конечной строки устанавливается 250).
Рис. 5.5
Рис. 5.6
53
Убедиться, что отклонение фазы в сигналах цветности не влияют на яркостную составляющую телевизионного сигнала. Для этого провести описанные ранее исследования для сигнала Y. Осциллограммы зарисовать.
10. Определение порогового значения отклонения фазы. Определение минимального изменения фазы, при котором начинают замечаться искажения цвета, провести для двух вариантов:
а). При наблюдении искаженного изображения наблюдатель
не имеет возможности сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого ведется обработка всего изображения. Значение
фазы изменяется от нуля до значения, при котором замечаются искажения цвета при отклонении фазы как в отрицательную, так и
в положительную стороны. Результаты записать.
б). При наблюдении искаженного изображения наблюдатель
имеет возможность сравнивать его с неискаженным изображением. Для этого обработка ведется только для части изображения.
Определить минимальное изменение фазы для двух сюжетных
изображений – пейзаж и портрет. Результаты записать.
Содержание отчета
В отчете должны быть приведены:
– цель работы;
– описание экспериментов;
– числовые параметры, полученные при выполнении экспериментов;
– осциллограммы сигналов;
– анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы
1. Назовите главные отличия системы вещательного цветного
телевидения SECAM от систем вещательного цветного телевидения NTSC и PAL.
2. Почему в системе SECAM используются две поднесущие для
передачи цветоразностных сигналов?
3. Назовите главные достоинства системы вещательного цветного телевидения PAL по сравнению с системой вещательного цветного телевидения SECAM.
4. Каким образом достигается уменьшение влияния фазовых искажений при передаче цветоразностных сигналов в системе PAL?
5. Как восстанавливаются сигналы цветности в системе PAL?
54
6. Какими способами достигается незаметность цветовой поднесущей на экране телевизора в системе вещательного цветного телевидения SECAM?
7. Какими способами достигается незаметность цветовой поднесущей на экране телевизора в системе вещательного цветного телевидения PAL?
Библиографический список
1. Телевидение: учеб. для вузов / Джакония В. Е., Гоголь А. А. и
др.; под ред. Джаконии В. Е. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.
2. Дворкович В. П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика). М.: Техносфера, 2012. 1008 с.
3. Быков Р. Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 399 с.
Содержание
Лабораторная работа № 1. Изучение методов оценки качества
ТВ-изображения .......................................................................
3
Лабораторная работа № 2. Изучение состава полного телевизионного
сигнала и измерение параметров .................................................
21
Лабораторная работа № 3. Апертурные искажения и их коррекция...
29
Лабораторная работа № 4. Вещательные системы цветного
телевидения..............................................................................
36
Лабораторная работа № 5. Вещательные системы цветного телевидения SECAM и PAL...................................................................
46
55
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
2 661 Кб
Теги
smirnova
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа