Основы видеоэлектроники. Аналоговая видеозапись: Учебное пособие. Часть II

1

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

О СН О В Ы В И Д Е О ЭЛЕ К Т РО Н И К И . А Н А ЛО ГО В А Я В И Д Е О ЗА ПИ СЬ

Час ть II У чебное пос обиес пецкурс апо с пециал ьнос ти « Радиоф изика» (511500)

В О РО Н Е Ж 2003

2

У тверж дено научно-м етодичес ким с оветом ф изичес кого ф акул ьтета протокол № 8 от 13 м арта 2003 года

Сос тавител и: К ош ел ев А .Г., Бобреш ов А .М ., В оробьев А .М .

У чебно-м етодичес кое пос обие подготовл ено на каф едре эл ектроники ф изичес кого ф акул ьтетаВ оронеж с кого гос ударс твенного универс итета Реком ендуетс я дл я м агис тров и с тудентов 5 и 6 курс ов дневного и вечернего обучения

3

СО Д Е РЖ А Н И Е 1. Запис ь пол ного Т В с игнал а… … … … … … … … … .… … … … … … … ..… .3 2. Запис ь без м еж с трочны хпром еж утков… … … … … … … … … … … ...… .7 3.К ом пенс ация вы падений… … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..14 4. Д вухканал ьная видеозапис ь… … … … … … … … … … … … … … … … … … 17 4.1.Запис ь тел евизионного с игнал авы с окой четкос ти… … … … … … … … .18 4.2.К ом понентная запис ь… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .19 Литература… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .… … ...22

1. З а пис ь по лно г о ц в е то в о г о те ле в изио нно г о с иг на ла

4

О с новной пробл ем ой запис и и вос произведения пол ного цветового тел евизионного с игнал а с ис тем PAL и NTSC я вл я етс я требование вы с окой врем енной с табил ьнос ти, необходим ой дл я обес печения правил ьной цветопередачи. Д ругой труднос тью дл я вс ех трех с ис тем (вкл ю чая с ис тем у SECAM, которая м енее чувс твител ьна к врем енной нес табил ьнос ти – врем енны м ис каж ения м ) я вл я етс я требование дос таточно ш ирокой пол ос ы пропус кания . Н иж е будут рас с м отрены разл ичны е эл ектронны е м етоды обработки с игнал ов дл я с ниж ения ис каж ений цветопередачи и ум еньш ения ш ирины пол ос ы [1, 5]. Чувс твител ьнос ть с игнал ов с ис тем PAL и NTSC кврем енны м ис каж ения м м ож ет бы ть ум еньш ена перекодированием с игнал ов в с игнал ы с ис тем ы SECAM. О днако дл я проф ес с ионал ьны х ус тройс тв данное реш ение неприем л им о, так как перекодирование приводит к ухудш ению качес тва, а такж е кневоз-м ож нос ти ком пенс ации вы падений (в с ил у чувс твител ьнос ти к ним с игнал ас ис тем ы SECAM). Предл агал ис ь и другиес ис тем ы запис и с м ал ой чувс твител ьнос тью к врем енны м ис каж ения м , наприм ер так назы ваем ая с ис тем а FAM [5] с перекодированием , но и она не оправдал а возл агаем ы е на неенадеж ды . М етоды кодирования , не требую щ ие с пециал ьной обработки, ос нованы на том , что опорны й с игнал , вос произведенны й с м агнитной л енты , и тел евизионны й с игнал подвергаю тс я одним и тем ж е врем енны м ис каж ения м . Т аким образом , наибол ее цел ес ообразно ос ущ ес твл я ть с инхронизацию вос производим ы м с л енты опорны м с игнал ом генератора цветовой поднес ущ ей с пом ощ ью Ф А ПЧ с относ ител ьно м ал ой пос тоя нной врем ени и бол ьш ой пол ос ой захвата. В ос с тановл енная таким с пос обом цветовая поднес ущ ая ис пол ьзуетс я дл я декодирования с игнал а цветнос ти. При этом тел евизионны й с игнал не с одерж ит ис каж ений цветопередачи, пос кол ьку они вы зы ваю тс я ф азовы м и с двигам и вос произведенной опорной поднес ущ ей и с игнал ом цветнос ти. О бы чны й дем одул ированны й ЧМ дем одул я тором с игнал цветнос ти, ес тес твенно, им еет нел инейны е ис каж ения , при этом врем енны е ис каж ения превы ш аю т допус тим ое значение, определ я ем ое зам етнос тью ис каж ений цветопередачи. В ос ем ьдес я т периодов с игнал а цветовой вс пы ш ки (прим ерно 2,5 м кс) даю т непос редс твенно инф орм ацию тол ько о врем енны х ис каж ения х, находя щ ихс я в предел ах м енее чем 4 % дл ител ьнос ти с троки. Н е с ущ ес твует никакой увереннос ти в том , что в активной час ти с троки м еж ду с игнал ом цветовой с инхронизации (цветовой вс пы ш кой) и вос произведенной м одул ированной цветовой поднес ущ ей не возникает ф азового с двига. Т аким образом , необхо-дим ас ис тем а, даю щ ая пос тоя нную инф орм ацию о врем енны х ис каж ения х. Д л я этихцел ей наибол ееприем л ем пил от-с игнал . Пил от-с игнал ом с л уж ит какая -нибудь с убгарм оника поднес ущ ей, которая разм ещ аетс я ниж е пол ос ы передачи ЧМ с игнал а: в пол ос е 500 - 700 М Гц. Д ля его ф орм ирования ис пол ьзуетс я генератор поднес ущ ей, с инхронизированны й входны м с игнал ом цветовой вс пы ш ки при запис и, и дел ител ь час тоты . При вос произведении пил от-с игнал с инхронизирует такой ж егенератор.

5

Пос тоя нная врем ени ф азовой автоподс тройки час тоты (Ф А ПЧ) м ал а, поэтом у вос с тановл енная поднес ущ ая отс л еж иваетизм енения с корос ти гол овка-л ентаи обес печиваетдекодированиес игнал ацветнос ти (с цел ью перекодирования ) без ис каж ений цветопередачи. Н а рис . 1 показана с труктурная с хем а с ис тем ы , в которой с пом ощ ью декодирования с игнал а цветнос ти, вос произведенного с л енты , и повторного кодирования с табил ьной цветовой поднес ущ ей ф орм ируетс я пол ны й цветовой тел евизионны й с игнал с ис тем ы PAL.

Т ел евизионны й с игнал 1

В ос производя щ ая гол овка

1

Запис ы ваю щ ая гол овка

1

У с ил ител ь + 1

+

Сигнал я ркос ти

634 кГц

1

1

1

1

Ч М с игнал

2

на7

1

1

1

Запис ь 1

Ч М канал вос произведения 4

1

К одер

4,43 М Гц

B-Y

R-Y

1

Д екодер

1 Генератор

5 Ф ил ьтр верхних час тот

1

1 3

Запис ь

Ф ил ьтр ниж них час тот

2

1

1

Сигнал цветнос ти

1

1

634 кГц

1

1

1

Ф ил ьтр ниж них час тот 3

4,43 М Гц

О порны й с игнал

Генератор

1

3

1

В ос призведение

2 Д ел ител ь

В ос призведение

Рис .1. К ом пенс ация ис каж ений цветопередачи К ом пенс ация ис каж ений цветопередачи, ос нованная наис пол ьзованиипил отс игнал а с декодированием и повторны м кодированием с игнал а цветнос ти. В реж им е запис и генератор 1 ж ес тко привя зан по ф азе квходном у опорном у с игнал у. Д ел ител ь час тоты 2 дел итчас тотуцветовой поднес ущ ей, наприм ер, на с ем ь, и с ф орм ированны й таким образом пил от-с игнал запис ы ваетс я на л енту. При вос произведении пил от-с игнал , вы дел енны й ф ил ьтром 3, подаетс я в качес тве опорного с игнал а в кол ьцо Ф А ПЧ генератора 1. В кол ьцо Ф А ПЧ входит такж е дел ител ь час тоты 2. И з пол ного тел евизионного с игнал а на вы ходе ус ил ител я канал а вос произведения 4 ф ил ьтром вы с оких час тот 5 вы дел я ю т цветовую поднес ущ ую , затем декодирую т с игнал цветнос ти, ис пол ьзуя в качес твеопорного с игнал апил от-с игнал , апотом вновь с пом ощ ью кодирую щ его ус тройс тваф орм ирую тс игнал цветнос ти, м одул ируя с табил ьную цветовую поднес ущ ую . Сигнал ы я ркос ти и цветнос ти с овм ещ аю т и пол учаю т пол ны й цветовой тел евизионны й с игнал . Т ел евизионны й с игнал с

6

ум еньш енны м и врем енны м и ис каж ения м и м ож но пол учить и без ЧМ детектирования врем енны х ош ибокпил от-с игнал а, запис анного на л енту одноврем енно с ЧМ с игнал ом . Пус ть fц п — час тота запис ы ваем ой цветовой поднес ущ ей , fц п - час тота вос производим ой с врем енны м и ис каж ения м и цветовой поднес ущ ей , f п с и fп с — с оответс твенно час тоты запис ы ваем ого и вос производим ого пил от-с игнал ов. При запис и

λr = v / f , При вос произведении

f ′ = v в / λк = Сигнал я ркос ти

1

1 1

1

+

В о сп р о изв. ТВ сигна л

12 Ф ил ьтр ниж них час тот

vв f. vз

f'ц с+nfп с+fп с

1

11 5 Ф ил ьтр f'ц в Преобра1 зовател ь верхних час тот час тоты

1

6 Ф ил ьтр верхних час тот

9 Преобразовател ь час тоты

10 Ф ил ьтр ниж них час тот

О т к о р р ек т ир . ТВ сигна л

fц п +dfц п _dfп с

1

В о сп р о изв. п ило т -сигна л

1

7 Преобразовател ь час тоты

1

8 Ф ил ьтр верхних час тот

1

nfп с+f'п с nfп с+df'п с

3 Преобразовател ь час тоты

4 Ф ил ьтр верхних час тот

1

2 У м нож ител ь час тоты

1 Генератор пил отс игнал а

Рис . 2.Структурная с хем аподавл ения врем енны хис каж ений Т аким образом , изм енениечас тоты

∆f = f ′ − f = (

vв − 1) f vз

(1)

пропорционал ьно запис анной час тоте. Н а рис . 2 предс тавл ена с труктурная с хем а ещ е одной с ис тем ы подавл ения врем енны х ош ибок, ос нованная на ис пол ьзовании пил от-с игнал а. Пил от -

7

с игнал fп c ф орм ируетс я кварцевы м генератором 1. С пом ощ ью ум нож ител я час тоты 2, реал изованного, наприм ер, в видеФ А ПЧ, пол учаю тс игнал с час то-

nf п с . Пос л епреобразования час тоты в 3 и ф ил ьтрации в 4 час тотас игнал а будет равна nf п с + f п′с . Пос л едую щ ие преобразование час тоты в 5 и ф ил ьтрация в 6 с игнал а цветовой поднес ущ ей с час тотой fц п позвол я ю т той

пол учить с игнал с час тотой

f A = f ц ′п + nf п с + f п′с ,

а из вос произведенного пил от-с игнал а (пропущ енного через 7, 8) пол учаем с игнал с час тотой

f B = nf п с + f п′с .

Преобразованиечас тоты в 9 и ф ил ьтрации в 10 даю т

f А − f B = f ц′п + f п с − f п′с = f ц п + ∆f ц п − ∆f п с.

(2)

Т аким образом , ес л и Δƒ аж ения час тоты цветовой поднес ущ ей ц п = ∆f п с ис к подавл я ю тс я . О чевидно, что из-за завис им ос ти врем енны х ис каж ений от час тоты вос производим ого с игнал а (1) равенс тва не пол учаетс я , таккакс ам у цветовую поднес ущ ую в качес тве пил от-с игнал а невозм ож но запис ать. В м ес те с тем м ож но запис ать какую -нибудь гарм онику ил и с убгарм онику, которая попадаетзапредел ы с пектраЧМ сигнал аи из которой потом ум нож ением ил и дел ением час тоты м ож но пол учить с инф азную с врем енны м и ис каж ения м и поднес ущ ую . Е с тес твенно, что в пол ученном таким образом пол ном цветовом тел евизионном с игнал е наруш аетс я ж ес ткая с вя зь м еж ду с игнал ам и с инхронизации, с игнал ом я ркос ти и цветовой поднес ущ ей, пос кол ьку вы ш еуказанны е с игнал ы я ркос ти и с инхронизации в с ис тем е не корректирую тс я . 2. З а пис ь бе з м е ж с тро чны х про м е ж утко в В традиционны х с ис тем ах видеозапис и значител ьная час ть поверхнос ти м агнитной л енты не ис пол ьзуетс я , а заним аетс я м еж с трочны м и пром еж уткам и. Д авайте рас с м отрим необходим ос ть таких м еж с трочны х пром еж утков и возм ож нос ть их пол ного ис кл ю чения . Н аш и рас с уж дения будут кас атьс я с ис тем с преобразованием цветовой поднес ущ ей. Н а рис . 3 показана завис им ос ть ам пл итуды с игнал а на вы ходе вос производя щ ей гол овки с дл иной рабочего зазора 50 м км при вос произведении с игнал а, запис анного на м агнитную дорож ку ш ириной 50 м км с о с корос тью 5 м /с , от час тоты дл я трех с л учаев с м ещ ения гол овки: гол овка находитс я непос редс твенно на дорож ке, с м ещ ена на рас с тоя ния 2,5 и 25 м км от края дрож ки. В идно, что в пол ос е час тот, ис пол ьзуем ы х дл я запис и, пом еху от с ос едней с трочки запис и м ож но с читать допус тим ой и в том с л учае, когда

8

с трочки запис и рас пол агаю тс я впл отную друг кдругу. Пом ехи, попадаю щ иев пол ос упреобразованного канал ацветнос ти, им ею тбол ьш ую м ощ нос ть. О днако и здес ь они относ ител ьно м ал ы , так как даж е небол ьш ого увел ичения м еж с трочного пром еж утка (в рам ках приведенного прим ера) бы л о бы дос таточно дл я обес печения необходим ого ос л абл ения наведенны х с ос едней с трочкой запис и пом ех. Т аким образом , ш ирина м еж с трочны х пром еж утков, с ос тавл я ю щ ая 50... 100 % от ш ирины с трочекзапис и, необходим а тол ько дл я того, чтобы пом ехи, возникаю щ иеотс ос еднихс трочекзапис и, нем еш ал и даж е тогда, когдагол овканеточно с л едуетпо с трочкезапис и. Сам ы м прос ты м с пос обом ум еньш ения коротковол новы х пом ех, возникаю щ их в с л учае с хода гол овки с о с трочки запис и, я вл я етс я чередование направл ения нам агничивания с ос едних с трочек запис и (рис .4а). Согл ас но вы раж ению

btgβ , s ={ dtgβ ,

если если

b≤d , b≥d ,

где: s – ш иринарабочего зазора; b – ш иринал енты ; d – дл инарабочего зазора; β – угол м еж дузазорам и запис ы ваю щ ей и вос производя щ ей гол овок, ес л и рабочий зазор (предназначенны й дл я вос произведения 2-й с трочки запис и) движ етс я по 1-й с трочке запис и, захваты вая ее на ш ирине Δd, то эквивал ентная ш ириназазора

s ′ = ∆dtg 2 β и π sin( ∆dtg 2 β ) Φш ∆d λ = π Φ0 d − ∆d . ∆dtg 2 β λ

(3)

В идно, что при м ал ом значении Δd (из-за коэф ф ициента Δd (d – Δd) и при бол ьш ом значении Δd (из-за увел ичения зазора) с игнал пом ехи незначител ен, однако в пос л еднем с л учае - тол ько на коротких вол нах запис и (рис . 4б). В с л едс твие азим утал ьного накл она гол овки эквивал ентная ш ирина зазора увел ичиваетс я такж е и дл я пол езного с игнал а ( sγ = s / cos λ , где γ - угол м еж дурабочим зазором и пря м ой, перпендикул я рной движ ению гол овки), но, ο

пос кол ьку угол ( β ≤ 15 ) обы чно м ал , этим м ож но пренебречь, так как увел ичениезазоранедос тигаети 3,5 %

9

Φ x ( z) Φ x 0 , дБ 5

10

2

5

10

2

5

f, М Гц

- 20

- 30

- 40

- 50

- 60

25 м км

2,5 м км

0

Рис .3. Завис им ос ть м агнитного потока, находя щ егос я в вос производя щ ей гол овке, рас пол ож енной ря дом с нам агниченной дорож кой ил и назаданном от нее рас с тоя нии, от час тоты . Ш ирина дорож ки и дл ина рабочего зазора вос производя щ ей гол овки равны 50 м км , относ ител ьная с корос ть гол овка-л ента 5 м /с [5] . Т аким образом , азим утал ьны й накл он рабочего зазора не приводит к с ущ ес твенны м наруш ения м и с пос обс твует раздел ению с игнал ов я ркос ти, находя щ ихс я нас ос еднихс трочкахзапис и. Перед ознаком л ением с м етодам и ком пенс ации пом ехотс игнал ов цветнос ти необходим о с казать, что запис ь без м еж с трочны х пром еж утков ис пол ьзуетс я в таких с ис тем ах, где на отдел ьной с трочке запис и запис ы ваетс я цел иком пол е тел евизионного с игнал а, причем таким образом , чтобы с трочны е с инхроим пул ьс ы на л енте с оздавал и л инии, перпендикул я рны е с трочкам запис и, и с ос едние тел евизионны е с троки нечетны х и четны х пол ей рас пол агал ис ь друг под другом . Первы й с пос об ком пенс ации пом ехи бы л впервы е реал изован в ф орм ате Beta ф ирм ы Sony. О н ос нован напринципеперем еж ения с пектров.

10

Рис . 4. Н аправл ениерас пол ож ения рабочихзазоров гол овокзапис и и вос произведения нанаходя щ ихс я ря дом с трочкахзапис и в с ис тем ахзапис и без м еж с трочны х пром еж утков (а ) и вл ия ние чередования направл ения нам агничивания на уровень пом ех от с ос едней с трочки запис и в с л учае с хода гол овки с о с трочки запис и на рас с тоя ние Δd (б). Парам етром я вл я етс я дл ина вол ны запис и. Е с л и, наприм ер, ш ирина с трочки запис и d = 48 м к м и относ ител ьная с корос ть гол овка— л ента с ос тавл я ет 5 м с ‾¹ , то на кривой d/λ = 48 начас тоте5 М Гц проя вл я етс я пом еха В пос л едую щ их прим ерах рас с м атриваетс я запис ь пол ного цветового тел евизионного с игнал ас ис тем ы NTSC. Запис ь ос ущ ес твл я ю ттаким образом , что у каж дого второго (четного) пол я пос трочно м еня ю т на 180° ф азу преобразованной поднес ущ ей. Пос трочная с м еназнаков анал огичнаум нож ению напря м оугол ьны й с игнал с час тотой fст р /2 и ам пл итудой ±1. Спектр данного с игнал а

G (t ) =

∞

∑c

l = −∞

2 l −1

exp[( 2l − 1)(ω ст р / 2t ]

( 4)

exp[ j ( ±ω ц п ± kω ст р )t ]

(5)

с пектр первого пол я

F1 (t ) =

∞

∑A

k = −∞

k

11

и по анал огии – второго пол я

F2 ( t ) =

∞

∑B

m = −∞

m

exp[ j ( ±ω ц п ± mω ст р )].

(6)

Т аким образом , дл я запис анны хчетны хпол ей

F2′(t ) =

∞

∞

∑ ∑B

m = −∞ l = −∞

И з с опос тавл ения

m

1 C 2 l −1 exp{ j[ ±ω ц п + (l ± m − )ω ст р ]t} 2

F1 (t )..и..F2 (t ) видно, что с ос тавл я ю щ

(7)

иес пектра

F2′(t ) рас пол ож ены м еж дус ос тавл я ю щ им и с пектра F1 ( t ) . А это означает, что эти двас игнал ам огутбы ть раздел ены с пом ощ ью гребенчатого ф ил ьтра. Н еобходим ы й гребенчаты й ф ил ьтр вы пол ня етс я нал инии задерж ки наодну тел евизионную с троку (1H) (рис .6). Час тоты пол ного подавл ения с игнал а ) =0 п р и τ= Н: пол учаю тс я какреш ения уравнения cos ω t + cos (ω t+τ fо = (n - 1/2)fст р . При вос произведении нечетны х пол ей, ес л и с м ещ ение гол овки с о с трочки запис и равно Δ d, то вос производим ы й с игнал

u11 = (1 − ∆d ) F1 + ∆dF2′, ,

с ос тавл я ю щ ая его ∆dF2′ м ож ет бы ть подавл ена гребенчаты м ф ил ьтром . При вос произведении F'2 с игнал им еетвид

′ = (1 − ∆d ) F2′ + ∆dF1 , u12

однако здес ь необходим о провес ти обратную пос трочную с м ену знаков. Пос л е коррекции с игнал приним аетвид

u12 = (1 − ∆d ) F2 + ∆dF1′, его ∆dF1′ удал я етс я гребенчаты м ф ил ьтром .

с ос тавл я ю щ ая Схем а пос трочного изм енения знаков м ож ет бы ть объединена с о с хем ой преобразования поднес ущ ей. Пос трочноеизм енениезнаков цел ес ообразно реал изовы вать в с игнал еfц п + nfст р , которы й ис пол ьзуетс я дл я преобразования час тоты . Гребенчаты й ф ил ьтр с л инией задерж ки с л едует ус танавл ивать в цепи прохож дения уж е вос с тановл енного (обратноепреобразование) до ном инал ьной час тоты с игнал а. Принцип запис и с игнал ов с ис тем ы PAL тот ж е. Н о пос кол ьку здес ь период с ос тавл я етдвес троки, при кодировании производитс я изм енениеф азы на180° одного из цветоразнос тны хс игнал ов в начал екаж дой с троки, ас л едовател ьно, и ф азы поднес ущ ей. См ещ ение с пектров двух пол ей дол ж но бы ть равно (n/2 + 1/4)fс тр. Это дос тигаетс я с пом ощ ью преобразования час тоты поднес ущ ей от пол я кпол ю . Д л я ф орм ата запис и Beta с двиг час тоты поднес ущ ей дл я первого пол я (44 + 1/8)fст р , адл я второго (44 - 1/8)fст р .

12

2

+

τ= Н 1

Рис .5. Гребенчаты й ф ил ьтр дл я подавл ения ча ст о т (n –½)fст р : 1– л иния задерж ки нас троку(1Н); 2 – с ум м ирую щ ий ус ил ител ь В озникаю щ ие от с ос едней с трочки запис и с ос тавл я ю щ ие пом ех удал я ю тс я гребенчаты м ф ил ьтром с л инией задерж ки надвес троки (2 Н). Д л я того чтобы принцип перем еж ения с пектров м ож но бы л о прим енить и дл я с игнал ов с ис тем ы SECAM, необходим о час тично преобразовать с труктуру с игнал а: И с кл ю чить изм енения ф азы поднес ущ ей на 180° в каж дой третьей с троке, вс л едс твие чего в с пектре с игнал а цветнос ти м ощ нос ть будет концентрироватьс я начас тотахnfст р /6. При ис кл ю чении ком м утации ф азы с игнал ацветнос ти концентрация м ощ нос ти проис ходит на час тотах nfст р /2. Преобразовать поднес ущ иечас тоты таким образом , чтобы м еж дус ос едним и пол я м и возникал а разнос ть час тоты (n/2 + 1/4)fст р , бл агодаря чем у будет возм ож но перем еж ение с пектров. В ы бранны м и час тотам и я вл я ю тс я : - f RA = ( 44 − 1 / 8) f ст р ,. f BA = (54 − 1 / 8) f ст р , дл я нечетного пол я - А; - f RB = (44+ 1/8)f ст р , fВ В = (54+ 1/8)fст р , дл я четного пол я - В . О бес печивать задерж ку каж дого второго кадранаврем я с троки. Т ем с ам ы м дос тигаетс я то, что на л енте ря дом вс егда оказы ваю тс я те с троки, которы е нес ут анал огичную цветовую инф орм ацию , т. е. с одерж ат одну и ту ж е поднес ущ ую . Д л я обес печения возм ож нос ти обратного преобразования задерж анны е кадры в интервал е гас я щ его им пул ьс а пол ей им ею т м етки с игнал ы опознавания . В ф орм ате VHS дл я с ис тем ы PAL и NTSC- м етод перем еж ения с пектров я вл я етс я так ж е, как и дл я вы ш еприведенны х с л учаев, инс трум ентом дл я ис кл ю чения пом ех. О днако в техничес ком отнош ении он реал изуетс я иначе. Сигнал ы с ис тем ы NTSC запис ы ваю тс я таким образом , что в пол е А ф азы с л едую щ ихдруг задругом с трокс м ещ аю тс я вперед на90°, ав пол еВ - на 90°назад. При вос произведении с двиг ф аз проис ходитв обратном направл ении и возникаю щ иепом ехи удал я ю тс я гребенчаты м ф ил ьтром с врем енем задерж ки 1Н . Д л я нагл я днос ти на рис .7 показана с хем а реал изации данного м етода. В пол еА ф азаподнес ущ ей пос трочно с м ещ аетс я на90˚ вперед, ав пол еВ – на90˚ назад. Н априм ер, ес л и вм ес тес (i +1)-й с трокой пол я А вос произвес ти и с игнал с троки В i +1 по отнош ению к пом ехе от В i оказы ваетс я в противоф азе и подавл я етс я при с ум м ировании. А нал огично производитс я ком пенс ация пом ех при запис и с игнал ас ис тем ы PAL.

13

Спос об, реал изованны й в с ис тем езапис и с игнал аPAL, отл ичаетс я отпреды дущ его л иш ь тем , что пос трочны й с двиг ф аз на90°ос ущ ес твл я етс я тол ько в пол е А, а пол е В ос таетс я без изм енения . При вос произведении производитс я обратны й с двиг ф азы в пол е А, а дл я ф ил ьтрации пом ех здес ь ис пол ьзуетс я гребенчаты й ф ил ьтр с л инией задерж ки надвес троки (2 Н ). Преим ущ ес твом м етода ф азового с двига я вл я етс я то, что с двигать час тоту поднес ущ ей не требуетс я . В ы бранны е час тоты : NTSC~40fCTp, PAL — 40fст р + 1953 Гц. (В реком ендация хМ ЭК они с оответс твую т(40+ 1/8)fст р .). Запис ь с игнал ов с ис тем ы SECAM в ф орм ате VHS значител ьно упрощ ена: час тоты поднес ущ их дел я тс я на 4 и запис ы ваю тс я без каких-л ибо допол нител ьны хпреобразований. Бл агодаря относ ител ьно м ал ом укоэф ф ициентудел ения час тотазапис ы ваем ого с игнал а попадает в диапазон 1 М Гц, в котором пом ехи от с ос едних с трочек запис и ещ едос таточно м ал ы .

В о сст а но вле ние ф а зы

Ai+3

Ai+2

Bi+3

Bi+2

Ai Bi+1

A i+1

A i+1 Линия за дер ж к и на 1Н

Bi

Ai

B i+1

B i+1

Bi

A i+ A i+1 B i+ B i+1

+

0

Рис .6. Схем аком пенс ации пом ехв ф орм атеVHS. В пол еА ф аза поднес ущ ей пос трочно с м ещ аетс я на90 градус ов вперед, ав пол еВ – на90 градус ов назад.Т акнаприм ер, ес л и вм ес тес (i+1)-й с трокой пол я А вос произвес ти и с игнал с троки B i+1, то пом ехаотB i+1 по отнош ению кпом ехеB i оказы ваетс я в противоф азеи подавл я етс я при с ум м ировании. А нал огично производитс я ком пенс ация пом ехпри запис и с игнал ас ис тем ы PAL

14

3. К о м пе нс а ц ияв ы па де ний Поверхнос тны е деф екты видеол ент, а такж е, наприм ер, загря знения вы зы ваю т наруш ение контакта гол овки с л ентой, вс л едс твие чего ам пл итуда вос производим ого с л енты с игнал а м ож ет ум еньш атьс я ниж е порога ЧМ . В резул ьтате на вы ходе ЧМ дем одул я тора возникаю т с игнал ы пом ех бол ьш ой ам пл итуды , которы е вы зы ваю т на тел евизионном изображ ении м ерцаю щ ие пом ехи, ухудш ая с убъективное качес тво передачи. (В ы падением в проф ес с ионал ьной видеозапис и назы ваетс я ум еньш ениеуровня вос производим ого ЧМ с игнал абол еечем на20 дБ в течениеинтервал аврем ени нем еньш его 3 м кс.). Н аибол ее прос той м етод ус транения этих пом ех, вы званны х вы падением , закл ю чаетс я в зам ене пораж енного вы падением с игнал а каким -л ибо другим с игнал ом , наприм ер уровнем черного ил и с ерого. Это ос ущ ес твим о навы с оких час тотахвкл ю чением в интервал евы падения м ул ьтивибратора, час тотакоторого равна час тоте ЧМ с игнал а, с оответс твую щ его требуем ом у уровню видеос игнал а, ил и организацией с ел ективной обратной с вя зи в ограничител е, вс л едс твие чего с хем а с ам овозбуж даетс я на ж ел аем ой час тоте, ес л и уровень входного с игнал апониж аетс я ниж еопредел енного порогового значения . А нал огичны м с пос обом м ож но в интервал е вы падения зам енить пораж енны й учас токвидеос игнал авидеос игнал ом определ енного уровня . Д л я этого ЧМ с игнал пос л е с л абого ил и с овс ем без ограничения подаетс я на ам пл итудны й детектор, при ум еньш ении с игнал а на входе которого ниж е определ енного уровня ф орм ируетс я управл я ю щ ий с игнал дл ител ьнос тью равной ил и нес кол ько бол ьш ей, чем дл ител ьнос ть вы падения . Этот с игнал м ож ет ис пол ьзоватьс я дл я управл ения с пециал ьной с хем ой ф иксации уровня , с игнал с которой зам ещ аетпораж енны й учас токвидеос игнал а[5]. ЧМ

с игнал

ЧМ с игнал

А нал изатор уровня

А нал изатор уровня

Т В с игнал

τ =Н

τ =Н

Т В с игнал а)

б)

Рис .7..Принципы ком пенс ации вы падений

Т В с игнал

15

Бол ее с л ож ная ком пенс ация вы падений позвол я ет значител ьно ул учш ить качес тво тел евизионного изображ ения . О на ос нована на том , что обы чно с игнал ы л ю бы х двух с м еж ны х с трокм ал о отл ичаю тс я друг от друга. Поэтом у ес л и учас токс игнал а одной с троки, пораж енны й вы падением , зам енить анал огичны м учас тком преды дущ ей с троки, то с игнал будетказатьс я непреры вны м . Н а рис .7 предс тавл ены принципы ком пенс ации вы падений в с л учае видеозапис и с игнал а черно-бел ого тел евидения ил и пол ного цветового тел евизионного с игнал а с ис тем ы NTSC, отл ичаю щ иес я м ес том вкл ю чения л инии задерж ки. При запис и с игнал а черно-бел ого тел евидения этот принцип реал изуетс я дос таточно прос то. Д ем одул ированны й тел евизионны й с игнал подаетс я на л инию задерж ки на с троку (1 Н). Е с л и вы ш еопис анны й обнаруж ител ь вы падений регис трирует дл ител ьнос ть вы падения с игнал а, бол ьш ую м иним ал ьно допус тим ого значения (2 ... 3 м кс), то он на это ж е врем я перекл ю чает перекл ю чател ь, бл агодаря чем у на вы ход через л инию задерж ки пос тупает с игнал преды дущ ей с троки. Е с л и коэф ф ициентпередачи л инии задерж ки м ож етбы ть с хорош им прибл иж ением ус тановл ен равны м единице и врем я задерж ки дос таточно точно вы держ иваетс я , то с ис тем а с пос обна ком пенс ировать вы падение дл иной в нес кол ько с троктаким образом , что вс е пораж енны е с троки зам еня ю тс я одной и той ж епос л едней неис каж енной с трокой. М етод, ил л ю с трируем ы й рис . 7, пригоден и дл я ком пенс ации вы падений с игнал а цветнос ти с ис тем ы NTSC, но не прием л ем в с ис тем ах PAL и SECAM. В то врем я какв первом с л учаес игнал ы цветнос ти с ос еднихс трокотл ичаю тс я друг от друга тол ько вс л едс твие изм енения с одерж ания кадра, в других с ис тем ахс игнал ы цветнос ти отл ичаю тс я и при одинаковом с одерж ании кадра: в с ис тем е PAL ф аза поднес ущ ей м еня етс я в каж дой с троке; в с ис тем е SECAM с ос едние с троки с одерж ат разл ичны е цветовы е поднес ущ ие. Поэтом у в этих с ис тем ах дл я ком пенс ации вы падений необходим ы бол еес л ож ны ес хем ны ереш ения . Н а рис . 8, а показана с труктурная с хем а с ис тем ы ком пенс ации вы падений с игнал а PAL. Сис тем а вкл ю чает в с ебя две л инии задерж ки на с троку (1Н ). О дна л иния задерж ки - ш ирокопол ос ная (она пропус кает пол ны й цветовой тел евизионны й с игнал ), другая - с узкой пол ос ой пропус кания (она ос ущ ес твл я ет задерж ку тол ько вы дел енного с игнал а цветнос ти). Т аким образом , порож денны й вы падением с игнал зам еня етс я с оответс твую щ им учас тком с игнал а я ркос ти преды дущ ей с троки и с оответс твую щ им учас тком с игнал а цветнос ти второй преды дущ ей с троки. Сис тем а обес печивает зам ену пол ной с троки, ес л и пом еха поя вл я етс я в с трочном с инхроим пул ьс е ил и в опорном с игнал ецветовой вс пы ш ки. При ком пенс ации вы падений при вос произведении с игнал ас ис тем ы PAL (а) с игнал задерж иваетс я ш ирокопол ос ной л инией задерж ки 4, затем в 3 раздел я етс я на с игнал я ркос ти и с игнал цветнос ти, которы й в 2 задерж иваетс я ещ е на одну с троку (1 Н), и, наконец, с л ож ение пол ученны х с игнал ов дает пол ны й цветовой тел евизионны й с игнал , которы м м ож но зам енить пораж енны й вы падением учас токс игнал а.

16

При ком пенс ации с игнал а с ис тем ы SECAM (б) с хем а анал огична приведенной на рис . 8б; л иния задерж ки 1 и ф ил ьтр ниж них час тот 2 обес печиваю т зам ещ ение пораж енного, с игнал а я ркос ти; вы дел енны й ф ил ьтром верхнихчас тот3 с игнал цветнос ти, задерж анны й надвес троки (2 Н) л инией задерж ки 4, допол ня етс я в с ум м аторе5 с игнал ом я ркос ти, в резул ьтате чего пол учаетс я пол ны й цветовой тел евизионны й с игнал , с одерж ащ ий цветовую инф орм ацию второй предш ес твую щ ей с троки. Т акое реш ение, ес тес твенно, пригодно и дл я с игнал а с ис тем ы PAL, но в этом с л учае необходим о объединить управл ениеперекл ю чател я м . К 1и К 1.

Рис . 8.Структурная с хем ас ис тем ы ком пенс ации вы падений с игнал аPAL (а) и SECAM (б) При вос произведении с игнал а с ис тем ы SECAM нел ьзя производить перекл ю чение в активной час ти с троки. При перекл ю чении час тотно-м одул ированной цветовой поднес ущ ей возникает переходны й процес с (пом еха) дл ител ьнос тью в нес кол ько м икрос екунд, дейс твиекоторого им ееттотж епоря док, что и вы падение. Сл едовател ьно, при вы падении в с игнал ецветнос ти с ис тем ы SECAM необходим о зам еня ть цел ую с троку, в то врем я какв с игнал е я ркос ти — тол ько пораж енны й учас ток. Д анное техничес кое реш ение, даю щ ее с убъективно прием л ем ы ерезул ьтаты , показано нарис . 8б. О тм етим , что необходим ос ть зам ены цел ой с троки я вл я етс я наибол ее с ерьезны м ограничением качес тва видеозапис и с игнал ов с ис тем ы SECAM. М ож ет с л учитьс я и то, что в с л едую щ их друг за другом с троках возникнут кратковрем енны е и находя щ иес я какраз над гранью чувс твител ьнос ти обнаруж ител я вы падения . В этом с л учае зам ена цел ой с троки вы зы вает цветовы е ис каж ения уж енабол ьш ей пл ощ ади кадра.

17

Е щ е бол ее с ерьезны е ис каж ения изображ ения возникаю т в с ис тем ах, в кото-ры х не раздел я ю тс я с игнал ы я ркос ти и цветнос ти и пораж енная вы падением с троказам еня етс я с игнал ом , задерж анны м надвес троки. 4. Дв ух ка на ль на яв иде о за пис ь При вс ем м ногообразии ф орм и м етодов ис с л едований в обл ас ти с оздания видеом агнитоф онов нового покол ения одной из наибол ее важ ны х я вил ас ь пробл ем а перехода от одноканал ьного с пос оба накл онно-с трочной запис и видеоинф орм ации к двухканал ьном у парал л ел ьном у с пос обу, что позвол я ет реш ить ря д принципиал ьны х техничес ких задач: - рас ш ирить диапазон запис ы ваем ы хчас тот(вы с окая четкос ть изображ ения ), обес печить раздел ьную (ком понентную ) запис ь я ркос тной и цветовой с ос тавл я ю щ их тел евизионого с игнал а), эф ф ективно ис пол ьзовать циф ровы ем етоды запис и. В ос нову двухканал ьной запис и пол ож ена двухканал ьная м агнитная гол овка, которая дол ж на отвечать с л едую щ им техничес ким требования м : им еть вы с окую с тепень эл ктром агнитную развя зки м еж ду канал ам и; м иним ал ьную вел ичину относ ител ьной врем енной нес табил ьнос ти (врем енны х ис каж ений); - вы с окую технол огичнос ть. В работах[3,4 ] показаны разл ичны ем еж ду с обой конс труктивно-технол огичес киеподходы в реш ении данной пробл ем ы . В данной работе рас с м отрим варианты прим енения двухканал ьной запис и анал огового видеос игнал авы с окой четкос ти (HDTV). 4.1.З а пис ь ТВ с иг на ла в ы с о ко й че тко с ти фо рм а та W-VHS Н а рис .9 дана упрощ енная с труктурная с хем а запис и на м агнитную л енту тел евизионного с игнал а вы с окой четкос ти с ис тем ой W-VHS [2] в пол ос е с игнал а от 20 до 30 М Гц. м одиф ицированного ф орм ата NTSC. Черес с трочная разверткас одерж ит1125 с трок, активны м и из которы хя вл я ю тс я 1032 с троки. И зображ ение Т В1 525 с трок И зображ ение Т ВЧ 1125 с трок

1-я дорож ка

1 2

Раздел ение с игнал а

И зображ ение Т В2 525 с трок

3

л ента

2-я дорож ка звуковая дорож ка

Рис . 9. У прощ енная с труктурная с хем азапис и Т В с игнал а вы с окой четкос ти с ис тем ой W-VHS О с обеннос тью данного ф орм ата запис и я вл я етс я то, что ис ходны й с игнал раздел я етс я (преобразуетс я ) надвавидоизм ененны хизображ ения по 525 с трок в каж дой развертки и с игнал ы запис ы ваю тс я на м агнитную л енту

18

одноврем енно (парал л ел ьно) на две дорож ки, с оответс твенно, V1 и V2 (рис .10). А . Запис ь я ркос тной с ос тавл я ю щ ей с игнал а Д орож каV1 Д орож каV2

Y1 Y3 Y5 Y7… … … … … … … … … … Y2 Y4 Y6 Y8… … … … … … … … … …

В . Запис ь цветной с ос тавл я ю щ ей с игнал а Д орож каV1

R1 R3 R5 R7… … … … … … … … … …

Д орож каV2

B2 B4 B6 B8… … … … … … … … … …

Рис . 10.Схем ам етодаодноврем енной раздел ьной запис и я ркос тной и цветовой с ос тавл я ю щ ихТ В с игнал а К ром е того, эта с ис тем а производит с ж атие во врем ени я ркос тной с ос тавл я ю щ ей с игнал а (Y) и цветоразнос тны х с игнал ов (R-Y, B-Y), ис пол ьзуя затем м етод м ул ьтипл ексирования (рис 11). А . Я ркос тны й с игнал Y1

Y2

В . Ц ветной с игнал (R-Y)1

(R-Y)2

(B-Y)1

(B-Y)2

К О М ПРЕ ССИ Я СИ ГН А ЛА

Рис .11. М етод м ул ьтипл ексирования

19

В процес с е обработки я ркос тной с ос тавл я ю щ ей тел евизионного с игнал а вы с окой четкос ти, с огл ас но ф орм ата W-VHS, проис ходит раздел ение каж дой с троки (Y1, Y2, … Yn) на две дорож ки и запис ь их на м агнитную л енту. Ц веторазнос тная с ос тавл я ю щ ая с игнал а (R-Y) подаетс я в канал V1, в то врем я какцветоразнос тная с ос тавл я ю щ ая с игнал а(В -Y) подаетс я в канал V2. Ш ирина каж дой запис анной дорож ки ф орм ата W-VHS равна одной третьей ш ирины дорож ки с тандартазапис и VHS. К ром етого, наанал огичной (третьей дорож ке) ос ущ ес твл я етс я запис ь час тотно-м одул ированного ил и циф рового с игнал а. 4.2. К о м по не нтна яв иде о за пис ь При рас чете с игнал ограм м ы ф орм ата ком понентной запис и тел евизионного с игнал а на м агнитны й нос ител ь учиты вал ос ь требование м аксим ал ьного ис пол ьзования парам етров с игнал ограм м ы и с хем отехники ф орм атаVHS [4,7]. Д л я вы я вл ения оптим ал ьны х парам етров ком понентной запис и видеос игнал а, т.е. одноврем енной запис и я ркос тной и цветовой с ос тавл я ю щ ихв тел евизионного с игнал а, с оответс твенно наотдел ьны хс ос еднихдорож ках, бы л проведен рас чет с тепени взаим овл ия ния с игнал ов м еж ду с ос едним и дорож кам и. При этом с читал ос ь, что запис ь, с оздаю щ ая пом еху дорож ки, произведена с азим утал ьны м угл ом α, а час тично вос производитс я видеогол овкой с азим утал ьны м угл ом равны м нул ю и я вл я ю щ им с я наибол ее оптим ал ьны м дл я наш его с л учая (рис . 12). Е

Р1

А′

А

& & В& 3

Z C

dz

α В2

α Z F Р2

Ztg α

Е′

В1

В′

F΄ Х

0

εP2

(1-ε)Р2

D V/f p V/F н

G G΄ Рис . 12. Парам етры с игнал ограм м ы ком понентной запис и Т В с игнал а Здес ь л инии А В и А ΄В ΄ с оответс твую т пол ож ения м на м агнитном нос ител е рабочего зазора в м ом ент запис и на дорож ке ш ириной Р1 пол ож ител ьны х ам пл итудны х значений гарм оничес кого с игнал а пом ехи час тотой Fp. Рас с тоя ние м еж ду л иния м и А В и А ΄В ΄ в направл ении дорож ки запис и (по ос и Х ) равно дл иневол ны запис и λ = V/fр. Линии EF и E΄F΄ надорож кеР1 и л инии FG и F΄G΄ yна с трочке Р2 с оответс твую т пол ож ению рабочих зазоров видеогол овок в м ом ент запис и с трочны х с инхроим пул ьс ов Fн .Линия СD, с оответс твую щ ая рабочем у зазору видеогол овки В Г2, проходит через начал о

20

координат вы бранной с ис тем ы отс чета XOZ и с овпадает с ос ью Z. При этом рабочий зазор В Г2 захваты вает при вос произведении дорож ку запис и Р1 по ш ирине εP2 (ε