5. Аналогові методи корекції й обробки тв сигналів

5.1. Передача постійної складової й низьких частот відеосигналу. Фіксуючі кола

Середня яскравість об'єкта передачі може змінюватися в широких межах від L_min до L_max. Відповідно змінюється й розмах ТВ сигналу в тракті передачі. При цьому, якщо на шляху проходження відеосигналу є хоча б один розділовий конденсатор, то відбудеться втрата постійної складової сигналу й погіршиться передача низьких частот (незалежно від того, чи дасть датчик інформацію про середню чи яскравість ні). На осцилограмі такий відеосигнал при зміні яскравості об'єкта зміщається вверх або донизу, прагнучи збалансуватися щодо лінії рівних площ (рис.5.1). При цьому змінюється положення рівнів сигналів від однаково освітлених деталей об'єкта залежно від змісту зображення. Це вимагає збільшеного майже в 2 рази розмаху амплітудної характеристики тракту, інакше неминучі нелінійні спотворення й навіть обмеження. Відеосигнал без середньої складової, поданий на кінескоп, буде відтворюватися із градаційними спотвореннями, що вимагають неперервного регулювання яскравості цього кінескопа залежно від змісту передачі.

Рис. 5.1. Осцилограми відеосигналу без втрати (верхня) та із втратою (нижня) середньої складової

Таким чином, наявність середньої складової у ТВ сигналі є обов'язковим. Однак будувати весь ТВ тракт на підсилювачах постійного струму неможливо через їх велику нестабільність.

Однак не всі кола передачі ТВ сигналу вимагають збереження інформації про постійну складову й низьких частотах у його спектрі. У ряді випадків доцільно виключити передачу постійної складової, особливо зумовленої режимом роботи кіл передачі ТВ сигналу. При цьому вкрай низькі частоти також будуть значно ослаблені. Але ступінь їхнього придушення можна контролювати за формою перехідної характеристики в області низьких частот, оцінюючи спад вершин прямокутних імпульсів у сталому режимі.

При находженні спаду вершин прямокутних імпульсів розрахунковим шляхом з використанням наближених формул можна одержати більші похибки. У багатьох випадках доцільно користуватися формулою:

де τ_п – тривалість періоду проходження імпульсів, с;

τ_і – тривалість імпульсу, с;

τ = C·(R_Г + R_H) - стала часу перехідного кола, с;

С – ємність перехідного конденсатора, Ф;

R_Г – вихідний опір генератора (попереднього кола), Ом;

R_H – опір навантаження (вхідний опір наступного кола), Ом. При находженні спаду прямокутних імпульсів від декількох послідовно включених перехідних кіл можна скористатися звичайним підсумовуванням спадів від окремих ланок

,

якщо величина загального спаду не перевищує 50%.

Для точного підрахунку загального спаду горизонтальних вершин імпульсів у багатоланковому пристрої може бути також застосована точна формула. Необхідно однак враховувати, що в цьому випадку замість τ_п/τ і τ_і/τ повинні використовуватися відповідно

τ_п/τ_екв= τ_п/τ₁ + τ_п/τ₂ +...+ τ_п/τ_п , і τ_і/τ_екв= τ_і/τ₁ + τ_і/τ₂ +...+ τ_і/τ₂ .

де τ_п – сталі часу кіл з розділовими конденсаторами.

Однак для більшої частини ТВ пристроїв потрібно зовсім неспотворена передача низьких частот аж до постійного струму. Тому ланцюга фіксації (тобто відновлення постійної складової, що забезпечує передачу середнього рівня яскравості зображення) є в різних точках відеотракту: у датчиках сигналу, у камерних каналах, у мікшерно-комутаційних пристроях, у модуляторах радіопередавальних пристроїв, у ТВ приймачах і моніторах. Без фіксуючих кіл просто неможлива правильна робота таких пристроїв, як обмежувачі ТВ сигналу або гамма-коректори.

Рис. 5.2. Робота некерованої схеми фіксації

Сучасні перетворювачі світло-сигнал (ПСС), включаючи "біжний промінь", генерують відеосигнал, у якому рівень чорного збігається з рівнем вершин імпульсів гасіння або відрізняється від нього на деяку величину, що не змінюється в процесі передачі. Це властивість ТВ сигналу дозволяє втрачати постійну складову і застосовувати в пристроях стабільні кола з розділовими конденсаторами, однак у відповідальних ділянках тракту постійну складову відновлювати за допомогою фіксуючих кіл.

Розрізняють схеми керованої й некерованої фіксації.

Некерована фіксуюча схема складається з діода VD, резистора R і конденсатора С (рис.5.2). При надходженні першого ж імпульсу (рядкового гасіння) на вхід схеми, через С и VD потече струм заряду i₃ і на конденсаторі почне накопичуватися заряд. Через кілька рядкових періодів процес стабілізується. Буде відбуватися тільки невеликий підзаряд конденсатора вершинами імпульсів гасіння, а в паузах між імпульсами конденсатор буде частково розряджатися струмом i_p, що протікає крізь R і джерело сигналу із внутрішнім опором R_i. Постійна часу кола розряду

τ_p = (R + R_i)·С = С·R_{кл.макс.}

значно перевищує постійну часу кола заряду

τ_з = (R_д + R_i)·С = С·R_кл.мін,

оскільки R » R_Д. Із цієї причини розряд у паузі відбувається повільно, а заряд під час імпульсу – швидко. У сталому режимі на виході схеми від рядків з незмінним змістом (світлих) утвориться певне значення постійної складової U_cеp1 і спад сигналу до кінця рядка ΔU. Якщо тепер на вхід схеми почне надходити відеосигнал темних рядків, то U_cеp1 миттєво змінитися не зможе й протягом декількох періодів буде відбуватися перезаряд конденсатора С, поки вершини імпульсів гасіння знову не зафіксуються на нульовому рівні. У сталому режимі утвориться нове значення постійної складової U_cеp2.

Основним недоліком схеми некерованої фіксації є неоднакова швидкість спрацьовування при зменшенні й збільшенні постійної складової у відеосигналі, причому, якщо у вхідному сигналі було різке зменшення постійної складової, то виникає так званий "відрив", коли фіксація фактично не працює й все це час існують градаційні спотворення. Інший недолік цієї схеми - перекіс вершин імпульсів гасіння U, і, відповідно, зміна яскравості зображення вздовж рядка. При практично непомітній зміні яскравості відносна величина перекосу (точність фіксації) становить 5%, тобто

.

Для знаходження величини перехідного конденсатора С варто звернутися до рис. 5.2, з якого видно, що

звідки

Так, при Т_с = 64 мкc; τ_сг= 12 мкc;  = 0,05; =100 кОм, одержимо С = 10 нФ.

Рис. 5.3. Різні схеми керованих кіл фіксації відеосигналу

Значно кращими характеристиками володіють керовані схеми фіксації. Хоча принцип роботи керованої схеми фіксації аналогічний розглянутому, вона не має відзначених вище недоліків. Головна відмінність її полягає в тому, що керування провідністю діода (або іншого ключа, встановленого замість діода) здійснюється не відеосигналом, а спеціальними керуючими імпульсами, які його надійно відмикають при будь-якому миттєвому значенні розмаху ТВ сигналу. Найпоширеніші схеми керованої фіксації, показані на рис.5.3. За допомогою схем керованої фіксації можна скорегувати нахил вершин симетричних прямокутних імпульсів частоти полів величиною навіть в 75%, що виник після розділового конденсатора, допустивши рядковий перекіс усього  = 0,01. Якщо на відеосигнал впливає синусоїдальна напруга перешкоди із частотою 50 Гц, утворюючи лінійну суму, то при  = 0,01 відношення сигнал / завада можна підвищити в 50 разів у порівнянні зі схемою без фіксації (рис.5.4).

Рис. 5.4. Осцилограми неповних відеосигналів: а) у колах з розділовими конденсаторами без фіксації; б) з фіксацією при залишковому перекосі ΔU_C>5%; в) при адитивному додаванні сигналу й фоновій мережній заваді U_ФП без фіксації

Важливим параметром пристроїв керованої фіксації є час встановлення, виражений, наприклад, у кількості рядків, за які точність фіксації  досягне заданого значення.

Рис. 5.5. Загасання перехідних процесів при перемиканнях неузгоджених джерел відеосигналів і роботі фіксуючих кіл

Це необхідно знати, наприклад, при зміні джерел сигналу з різними постійними зсувами, при імпульсній заваді у ТВ каналі і т.д. (рис.5.5). Вираз для знаходження часу встановлення фіксованого стану ТВ сигналу має вигляд

,

де , , .

Так, при А_п = 2; τ_иф = τ_рг = 12 мкс; З = 10 нФ; R_і = 10 Ом; R_кл-мін = 90 Ом; R_{кл-макс} = 100 кОм й Δ = 0,01 одержимо n = 0,5, тобто процес фіксації завершиться менше ніж за один рядок, або Т_уст = n Т_с = 0,5·64 мкс = 32 мкс.