МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН
Алматинский
институт энергетики и связи
Т.А.Урусова
ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЕ И
КАБЕЛЬНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Программа,
методические указания и контрольные задания
(для
студентов заочной формы обучения специальности
380540-
Радиосвязь, радиовещание и телевидение
050719-Радиотехника, радиоэлектроника,
телекоммуникации)
Алматы 2005
СОСТАВИТЕЛЬ: Урусова Т.А. Цифровое телерадиовещание и
кабельное телевидение. Программа,
методические указания и контрольные задания для студентов специальностей
380540- Радиосвязь, радиовещание и телевидение, 050719-Радиотехника,
радиоэлектроника, телекоммуникации заочной формы обучения. -
Алматы:
АИЭС, 2005. – 24с
Данная
разработка предназначена для студентов
специальностей «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», «Радиотехника,
радиоэлектроника, телекоммуникации» заочной формы обучения.
В
программе приводятся основные разделы курса «Цифровое телерадиовещание и
кабельное телевидение», которые должен
знать студент после изучения дисциплины, указания на основные моменты при
изучении различных разделов курса, способствующие усвоению теоретического
материала, и контрольные задания.
Ил.4,
табл.2 , библиогр. - 4 назв.
Рецензент:
старший преподаватель кафедры ТКС Ползик Е.В.
Печатается
по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005г.
©Алматинский
институт энергетики и связи, 2005г.
1
Общая информация о дисциплине «Цифровое телерадиовещание и кабельное
телевидение»
По
данной дисциплине предусмотрено 90
часов, из них 16 часов аудиторных
занятий, 10 часов лекционных и 6 часов лабораторных занятий, остальные часы
выделены на самостоятельную работу, которая включает решение контрольной работы
в двух частях, подготовку к
лабораторным занятиям, подготовку и сдачу зачета. Варианты заданий контрольной выбираются по последним двум
цифрам зачетной книжки.
2 Рабочая программа и общие методические указания
2.1 Введение
Цели и задачи курса
Цель
преподавания – получение студентами знаний о цифровых способах сжатия,
кодирования и передаче телевизионных и радиосигналов.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- стандарты сжатия движущихся изображений и звука;
-
преимущества передачи сигналов в цифровом виде
в сравнении с аналоговыми;
- стандарты цифрового телевещания DVB-T-S-C;
- принципы построения кабельных сетей для телевещания.
Cодержание дисциплины
2.2
Аналого-цифровое преобразование
Ортогональная
и шахматная структуры дискретизации. Форматы дискретизации: 4:2:2, 4:1:1,
4:2:0, 4:4:4. Закон различения градаций яркости Вебера-Фехнера.Рекомендация ITU 601. Методика расчета цифровых яркостного и цветоразностных сигналов. Код
Рида-Соломона. Композитный и компонентный сигнал.
Методические
указания
Шахматная
структура дискретизации наиболее приспособлена к особенностям зрительного
восприятия (учитывает анизотропность зрения) и является более экономичной.
Используемый в телевещании формат дискретизации учитывает большую
чувствительность зрения к яркостным градациям, чем к цветовым.
Вопросы
для самопроверки:
а)
какая из структур дискретизации
используется в телевещании и почему?
б)
какой из форматов дискретизации реализует изображения максимального качества?
в)
каким должно быть соотношение яркости деталей и фона, чтобы
обеспечить различимость двух
яркостных градаций?
2.3
Стандарты сжатия движущихся изображений
и звука
MPEG-1,2, уровни и профили MPEG2 .
Стандарт сжатия
изображений JPEG. Последовательность операций
при кодировании. Дискретно-косинусное преобразование. Разбиение изображения на
блоки RGB или YCrCв.
Квантование коэффициентов ДКП по таблицам. Энтропийное кодирование. I, P, B-кадры.
Масштабируемость по пространственному разрешению, по отношению с/ш, по
времени. Уровни и профили MPEG-1,2
Методические
указания
Стандарт
сжатия неподвижных изображений применим только в файлах, имеющих более 2-х
градаций яркости. Коэффициенты в таблицах квантования яркостного и
цветоразностных сигналов позволяют передавать с наилучшим качеством левый
верхний угол кадра и соответственно максимально сжимать всю остальную его
часть.
Стандарты сжатия движущихся изображений
позволяют сокращать в разной степени объем передаваемой информации, исключая
избыточность из потока данных, при этом
не ухудшая заметно качество изображения.
Вопросы
для самопроверки:
а)
в чем состоит принцип сжатия неподвижных изображений JPEG?
б)
почему абсолютные значения коэффициентов в таблицах квантования яркостного и
цветоразностных сигналов различны?
в)
что называется масштабируемостью?
2.4
Европейский стандарт цифрового телевидения DVB.
DVBT или АTSC.
Проектирование DVB. Система условного доступа. Навигаторы и гиды
в DVB. Ортогональное частотное мультиплексирование, защитные
интервалы, их назначение и параметры. Квадратурная амплитудная манипуляция.
Преимущества QFDM.
Методические
указания
Европейский
стандарт цифрового телевидения DVB,
предназначен в том числе для передачи
данных, поэтому допустимая ошибка в DVB в
сравнении с американским стандартом ATSC существенно меньше. Кроме того, DVB имеет ряд преимуществ перед ATSC: применение QFDM (борьба с отраженным сигналом при неравномерной
застройке в условиях большого города), возможность изменения скорости передачи
информации и соответственно полосы частот - адаптация её под любую страну и др.
Вопросы
для самопроверки:
а)
какова вероятность ошибки при передаче данных, применяя стандарт DVB
и АТSC?
б)
в чем сущность ортогонального частотного мультиплексирования?
в)
что определяет величина защитного интервала в QFDM?
2.5 Стандарт
кодирования видео и звука MPEG-4
Область
применения MPEG-4. Объектно-ориентированный
подход. Иерархическая структура сцены, алгоритм кодирования. Структурная схема
видеокодера. Методы кодирования прямоугольных объектов, объектов сложной формы,
синтезированных объектов. Передача мимики лица и движений тела в MPEG-4.
Методические указания
При
изучении стандарта кодирования MPEG-4 важными
моментами являются методы кодирования различных объектов, структурная
схема видеокодера, а также Facial Definition
и Facial Animation Parameters при
передаче мимики лица и
движений тела.
Вопросы для самопроверки:
а)
область применения стандарта кодирования видео и звука MPEG.
б)
что называется аудиовизуальным объектом?
в)
какие алгоритмы кодирования применяются в MPEG-4?
г)
по каким критериям осуществляется выбор метода кодирования в MPEG-4?
2.2.5
Принципы построения кабельных сетей
Развитие
сети ТВ вещания. Особенности ТВ - приема в городах. Крупные Системы
коллективного приема c трехступенчатыми и
двухступенчатыми PC. Кабельные линии, сравнение коаксиальных и ВОЛС.
Три способа построения СКТВ с коаксиальными ЛС. Различная топология построения
схем СКТВ. Американская древовидная двухкабельная сеть.
Методические
указания
При
изучении принципов построения кабельных сетей необходимо знать недостатки
приема ТВ сигнала при наземном вещании ( для условий большого города), а также
возможности сетей при различных топологиях построения. Сравнительные характеристики
коаксиальных линий и ВОЛС. Перспективное применение кабельных сетей для других
целей, кроме телевещания.
Вопросы
для самопроверки:
а) какая из топологий построения кабельных сетей
наиболее удобна и часто используется?
б) какие преимущества у древовидной 2-х кабельной
СКТВ, построенной в США?
в)
какая система распределения программ используется в «Aлма-ТВ»?
2.3 Темы лабораторных работ:
2.3.1
Измерение параметров тракта передачи ТВ
сигнала;
2.3.2
Восстановление постоянной
составляющей телевизионного cигнала.
2.3.3 Исследование гамма - корректора.
2.4 Задание для
контрольной работы:
2.4.1
Рассчитать амплитуды аналоговых
яркостного и цветоразностных
сигналов при воспроизведении
заданного (по варианту) цвета 100%
насыщенности.
2.4.2
Перевести их в цифровую форму и представить в виде двоичных кодовых комбинаций в соответствии с рекомендацией ITU 601.
2.4.3 Построить графики изменения этих сигналов во времени в
строчном периоде для тестового изображения «градационный клин» и отметить
рассчитанные значения амплитуд
сигналов.
Номер
варианта выбирается по последним двум цифрам зачетной книжки
Таблица
1
варианты
|
сигналы
|
цвета
|
1
|
26
|
51
|
76
|
ER-Y; EВ-Y
|
Желтый, голубой
|
2
|
27
|
52
|
77
|
E Y ;ER-Y
|
Пурпурный, желтый
|
3
|
28
|
53
|
78
|
EВ-Y;E Y
|
Голубой, пурпурный
|
4
|
29
|
54
|
79
|
ER-Y; EВ-Y
|
Зеленый, желтый
|
5
|
30
|
55
|
80
|
E Y ;ER-Y
|
Красный, голубой
|
6
|
31
|
56
|
81
|
EВ-Y;E Y
|
Желтый, белый
|
7
|
32
|
57
|
82
|
ER-Y; EВ-Y
|
Голубой, пурпурный
|
8
|
33
|
58
|
83
|
E Y ;ER-Y
|
Пурпурный, красный
|
9
|
34
|
59
|
84
|
EВ-Y;E Y
|
Синий, голубой
|
10
|
35
|
60
|
85
|
ER-Y; EВ-Y
|
Желтый, пурпурный
|
11
|
36
|
61
|
86
|
E Y ;ER-Y
|
Голубой, зеленый
|
12
|
37
|
62
|
87
|
EВ-Y;E Y
|
Пурпурный, черный
|
13
|
38
|
63
|
88
|
ER-Y;EВ-Y
|
Голубой, белый
|
14
|
39
|
64
|
89
|
E Y ;ER-Y
|
Желтый, голубой
|
15
|
40
|
65
|
90
|
ER-Y; EВ-Y
|
Зеленый, пурпурный
|
16
|
41
|
66
|
91
|
E Y ;ER-Y
|
Синий, пурпурный
|
17
|
42
|
67
|
92
|
EВ-Y;E Y
|
Желтый, белый
|
18
|
43
|
68
|
93
|
ER-Y; EВ-Y
|
Пурпурный, голубой
|
19
|
44
|
69
|
94
|
E Y ;ER-Y
|
Зеленый, голубой
|
20
|
45
|
70
|
95
|
EВ-Y;E Y
|
Белый, желтый
|
21
|
46
|
71
|
96
|
ER-Y; EВ-Y
|
Голубой, красный
|
22
|
47
|
72
|
97
|
E Y ;ER-Y
|
Черный, пурпурный
|
23
|
48
|
73
|
98
|
EВ-Y;E Y
|
Синий, голубой
|
24
|
49
|
74
|
99
|
ER-Y;EВ-Y
|
Желтый, синий
|
25
|
50
|
75
|
100
|
ER-Y; EВ-Y
|
Желтый, голубой
|
Рекомендация ITU 601 :
п -количество разрядов квантовании ;
п = 8, что дает 256
уровней квантования - Nкв = 28 ;
уровень черного Ey - 16 -
й уровень квантования;
уровень белого - 235-й уровень квантования;
уровней квантования - 16 снизу и 20 сверху;
резервные зоны на случай выхода значений
аналогового сигнала яркости за пределы
номинального диапазона;
на 0-м и 255-м
уровнях квантования - сигналы синхронизации.
АЦП сигнала яркости :
Y=219Е’у+16, где
Е'у — аналоговый сигнал
яркости, меняющийся 0... 1В
Y- цифровой
сигнал яркости, меняющийся от 16 до
235.
У цветоразностных сигналов
резервные зоны по 16 уровней
квантования сверху и снизу.
На АЦП поступают компрессированные цветоразностные сигналы,
формируемые:
Есr = 0,713E’R-Y,
Есв
= 0,564E’ В-Y
Есr и Есв
изменяются от
-0,5 ... 0,5 В.
АЦП
цветоразностных сигналов :
CR = 224E'CR+128=159,712 Е’R-y +128 = 160
Е’R-y +128
Св = 224Е'СВ +128 = 126,336 Е'В-Y +128=126 Е'В-Y +128
128-й уровень квантования соответствует
нулевому значению цветоразностных сигналов.
Рисунок 1
2 часть
Теоретические вопросы по вариантам
(номер варианта выбирается
по последним двум цифрам зачетной книжки)
1.
Пояснить, что называется масштабируемостью. Перечислите виды масштабируемости и
поясните их различия.
2.
Каково назначение психоакустической модели?
3.
Что означает термин «гибридное кодирование» применительно к
МРЕG-1 и МРЕG-2?
4.
Какие методы используются в МРЕG4 для передачи изображений
человеческих лиц?
5.Что
называется скремблированием, и каково его назначение?
6.
В чем состоит сущность QFDM?
7.Назначение
защитных интервалов в QFDM.
8.Многопозиционная
квадратурная манипуляция.
9.Уровни
и профили МРЕG2.
10.Каким
образом уменьшается объем информации в соответствии со стандартом сжатия МРЕG-2?
11.Опишите
метод сжатия, в котором движущиеся изображения являются совокупностью аудио и
видео объектов.
12.Опишите алгоритм
кодирования изображения в соответствии с форматом МРЕG4?
13.Назовите
известные типы кадров, какие из них не
используются для предсказания других кадров и почему?
14.Перечислите
известные Вам стандарты цифрового
телевещания, какой из них характеризуется наибольшей помехоустойчивостью?
Обоснуйте ответ.
15.Как
и почему отличаются таблицы для квантования коэффициентов ДКП для сигналов
яркости и цветности?
16.
Причины организации сети кабельного вещания в больших городах. Известные Вам
типы сетей, какое количество абонентов они могут обслуживать?
17.Каково
назначение гамма-коррекции при аналоговом и цифровом телевещании?
18.
Опишите формат дискретизации, соответствующий максимальному качеству «картинки»
по критерию разрешающей способности яркостной и цветовой составляющих сигнала.
19.Ортогональная
и шахматная структуры дискретизации ТВ сигнала. Какая из них наиболее приспособлена
к особенностям зрительного восприятия?
20.Опишите
принцип получения изображения на экране «плазменной» панели.
21.
Принцип получения изображения на экране
«жидкокристаллической» панели.
22.Перечислить
и обосновать преимущества
использования «плазменных» панелей.
23.
Условия, при которых предпочтительна организация кабельных каналов телевещания,
преимущества кабельной сети.
24.
В каком случае для соединения применяется последовательный видеостык? Обосновать ответ.
25.
Возможно ли сократить объем изображения, имеющего два уровня яркости
посредством метода сжатия JPEG? Обосновать ответ.
Контрольная работа №2
Таблица1 –кодировка вариантов к контрольной работе
Две последние цифры номера зачетной книжки
|
Номера задач
|
Первая
|
Вторая
|
1.
|
26
|
51
|
76
|
1
|
25
|
2.
|
27
|
52
|
77
|
2
|
24
|
3.
|
28
|
53
|
78
|
3
|
23
|
4.
|
29
|
54
|
79
|
4
|
22
|
5.
|
30
|
55
|
80
|
5
|
21
|
6.
|
31
|
56
|
81
|
6
|
20
|
7.
|
32
|
57
|
82
|
7
|
19
|
8.
|
33
|
58
|
83
|
8
|
18
|
9.
|
34
|
59
|
84
|
9
|
17
|
10.
|
35
|
60
|
85
|
10
|
16
|
11.
|
36
|
61
|
86
|
11
|
15
|
12.
|
37
|
62
|
87
|
12
|
14
|
13.
|
38
|
63
|
88
|
13
|
12
|
14.
|
39
|
64
|
89
|
14
|
13
|
15.
|
40
|
65
|
90
|
15
|
11
|
16.
|
41
|
66
|
91
|
16
|
10
|
17.
|
42
|
67
|
92
|
17
|
9
|
18.
|
43
|
68
|
93
|
18
|
8
|
19.
|
44
|
69
|
94
|
19
|
7
|
20.
|
45
|
70
|
95
|
20
|
6
|
21.
|
46
|
71
|
96
|
21
|
5
|
22.
|
47
|
72
|
97
|
22
|
4
|
23.
|
48
|
73
|
98
|
23
|
3
|
24.
|
49
|
74
|
99
|
24
|
2
|
25.
|
50
|
75
|
100
|
25
|
1
|
Расчет основных характеристик
и параметров разложения изображений в ТВ-системах
Задача
№ 1. Определить, требования к амплитудно-частотной характеристике
видеоусилителя видеотракта многокадровой вещательной телевизионной системы. Средняя яркость экрана телевизора
Lcp=50 кд/м2, изображение наблюдается с оптимального расстояния,
ширина экрана телевизора b = 50 см,
высота а =37 см. Относительная длительность гасящего импульса по кадру b = 0,08, по строке — a = 0,1,
развертка чересстрочная. Частота кадров fк выбрана исходя из условия незаметности мельканий
экрана, число активных строк Za выбрано исходя из различимости строчной
структуры на пороге разрешающей способности глаза.
Задача№
2.Определить номинальную четкость ТВ изображений повертикали Za, а также
частоту мельканий fм, если изображение наблюдается
на экране телевизора размером 50X40 см. Относительная длительность гасящего
импульса по кадру b =0,03, по строке a=0,08. Развертка построчная. Нижняя граница спектра ТВ
сигнала fH = 50 Гц, верхняя — fB = 5 МГц. Система ТВ предназначена для вещания.
Задача№
3. Вывести формулу и рассчитать допустимую относительную расстройку генератора
кадровой развертки с автономной системой синхронизации DfK/fK2, где DfK = fK1 - fK2 —
абсолютная расстройка генератора кадровой развертки; fK1 ; fK2 — частоты кадровой развертки на
передающей и приемной стороне. Известно, что из-за расстройки генератора
кадровой развертки появляется эффект ложного перемещения изображения вверх или
вниз. Максимальная допустимая скорость относительного перемещения (DVк/адоп < 10-4 с-1,
где DVк — абсолютная скорость ложного
перемещения вверх или вниз из-за расстройки генераторов, а —высота кадра.
Относительная длительность гасящего интервала в кадре b =0,05, fK2=50 Гц.
Задача
№ 4. Определить допустимую относительную расстройку генератора строчной развертки
с автономной системой синхронизации(Dfc/fc2)доп, где (Dfc =fc1—fc2
—абсолютная расстройка генератора
строчной развертки;
fc1; fc2
-частоты генератора строчной развёртки на передающей и на приемной стороне.
Рассматривается многокадровая
ТВ система, в которой задана допустимая скорость ложного относительного
перемещения изображения влево или вправо- ((DVс/адоп < 10-5 с-1),
возникающего из-за расстройки частоты строчного генератора, где DVс — абсолютная скорость перемещения изображения; b — длина строки. Частота строчной развертки fC2=15625
Гц, относительная длительность гасящего импульса по строке
a =0,05.
Задача
№ 5. Параметры чересстрочной развертки.
Число строк развертки z = 525, частота полей fn = 60 Гц. Определить частоту кадров,
длительности поля Тп и кадра Тк, частоту строк fz, длительность строки Н.
Задача
№ 6. Параметры чересстрочной развертки. Число строк в кадре
z = 1251, частота полей fn = 80 Гц. Определить частоту кадров fк, длительность поля Тп, длительность кадра Тк,
частоту строк fz, длительность строки Н.
Задача
№ 7. Скорость движения электронного
луча на экране кинескопа. Ширина изображения в= 50 см, длительность прямого
хода строчной развертки Тпхс = 52 мкс, длительность обратного хода строчной
развертки Тохс = 12 мкс. Определить скорость движения электронного луча по
экрану кинескопа во время прямого и обратного ходов строчной развертки.
Задача
№8. Число строк в кадре. Число строк в
кадре z = 525; число строк, затраченных в поле на обратный ход по кадру (по
вертикали в одном поле)
zoxл = 20. Определить m в формуле z = 2m + 1 и zan.
Задача
№ 9. Ширина спектра видеосигнала. Число строк в кадре z= 625; частота полей fn = 50 Гц; формат кадра
К = 4: 3 = 1,33; относительные длительности обратных ходов развертки a = 0,18, b = 0,08. Определить частоту кадров fк при
чересстрочной развертке и максимальную частоту f max спектра видеосигнала.
Задача
№ 10. Ширина спектра видеосигнала.
Число строк в кадре z = 1051, частота полей fn = 60 Гц, формат кадра К= 16 : 9
= 1,78, число строк, затрачиваемых на обратный ход по вертикали в двух полях (в
кадре) zoxk = 50. Длительность обратного хода по строке Тохс= 10 мкс.
Определить при чересстрочной развертке частоту кадров fK, частоту
строк fz, длительность одной строки Н, длительности поля Тп и
кадра Тк, длительность обратного хода по кадру (по вертикали), относительные
длительности обратных ходов по строкам и по кадрам (по вертикали) a и b.
Задача
№11. Ширина спектра видеосигнала. Развертка чересстрочная, число строк в кадре
z = 1875; частота кадров fK = 30 Гц; длительность поля Тп = 17 мс;
относительная длительность строчного обратного хода a = 0,3; формат кадра К = 16/9 = 1,78. Определить
максимальную частоту спектра видеосигнала fmax.
Ток электронного луча в
кинескопе
Ток электронного луча в
кинескопе (мкА) определяется формулой Апларда-Мосса:
Iл = КEсgк / Езq
где К, gк , q - постоянные коэффициенты; Е3- напряжение
запирания электронного луча (т.е. отрицательное напряжение на модуляторе
относительно катода, при котором ток луча Iл = 0), В;
Ес- напряжение сигнала, отсчитанное от напряжения запирания, В.
Значения коэффициентов в формуле следующие:
q =1,5.. .2; gк = 2,8.
..3,5, К = 3
Напряжение запирания Ез=0,36uа1, где uа1 - напряжение на первом аноде электронного прожектора.
Модуляционная характеристика
кинескопа
На рис., показана
модуляционная характеристика кинескопа при сеточной модуляции, т.е. когда
напряжение на катоде прожектора равно нулю, а сигнал подан на модулятор. Здесь
сигнал создает позитивное изображение (сигнал Ес имеет положительную
полярность).
Для черно-белого кинескопа
обычно Е3= -(50... 80) В, Ес= 30... 50 В; Iлмах =
150... 200 мкА. При
Iл > 150 мкА наступает
дефокусировка электронного луча.
Рис. Модуляционная
характеристика кинескопа (сеточная модуляция)
Здесь
uc=Е3, uс < 0, Е3
<0, емк =u1
½Ес½ =½Е3½-½u1½ =½E3½-½емк½.
На рис. показана схема
катодной модуляции, где сигналы u1 и u a1
направлены навстречу друг другу. Аналогично направлены сигналы Ес и
Е3. Сигнал Ес подается на катод в негативной полярности,
чтобы получить позитивное изображение на экране. При этом на белом сигнал ниже
уровня черного.
При
u1 > О, Ес < О, Е3 > О
справедлива формула ½Ес½ =½Е3½-½u1½ =½E3½-½емк½.
На рис. приведена cхема катодной модуляции кинескопа
Яркость свечения экрана
кинескопа
Сила света, излучаемого
люминофором экрана кинескопа, Iэ(кд)
определяется законом Ленарда
Iэ=К1Iл ua2n,
где n = 1...2; ua2-
напряжение на втором аноде кинескопа, В;
К1 = const - светоотдача люминофора,
кд/Вт; Iл -ток
луча, А. При n = 1
Iэ @ К1Iл ua2
= К1Рл, где
Рл = Iл ua2
мощность электронного луча,
приходящего на люминофор экрана, Вт. Яркость свечения люминофора экрана
кинескопа (кд/м2)
Lэ=Iэ/Sэ=K1Pл/Sэ,
где Sэ - площадь
экрана, м2. Обычно К1 = 8... 10 кд/Вт для черно-белых
кинескопов.
Т.о. Lэ = К1
ua2/Sэ КEсgк / Езq = N Eсgк , где
N = К1Кuа2/ (Sэ
Езq)
Lg Lэ = lgN+ gк lgEc ,
где IgN = const. На рис показана зависимость яркости свечения экрана Lэ от размаха сигнала Ес в логарифмическом масштабе.
Крутизна этой характеристики (модуляционной) равна gк т.е.
tga = gк = b/a,
где b и а взяты в
величинах логарифмов. Если масштабы по обеим осям одинаковые (в логарифмах), то
значения а и b можно брать в миллиметрах.
По закону Ламберта:
Fэ =p Io
Рисунок
Зависимость яркости свечения экрана кинескопа от размаха видеосигнала
Io =Lэ
S
э, отсюда
Fэ= pLэ S
э Lэ=Fэ/(pSэ),
но
Но, Fэ = s Рл = s (IлUa2)
В этих формулах размерности величин следующие:
/0 [кд], Рэ [лм], SЭ
[м2], Lэ [кд/м2], Рл [Вт]. Здесь s -
светоотдача люминофора, лм/Вт.
Отсюда Lэ = [( Рл/ (( Sэ)] 104 , где S э -
площадь экрана, см2;
s = pK1.
В цветном
кинескопе для люминофора красного свечения
s = 5... 10 лм/Вт; для люминофора
зеленого свечения s = 30...40
лм/Вт; для люминофора синего свечения
s = 7... 12
лм/Вт. В черно-белом кинескопе s = 30...40
лм/Вт.
Внешняя засветка
экрана кинескопа из прозрачного (t = 1) стекла снижает
контрастность изображения на нем до величины
С(t = 1) =L эmax./ L внеш = ((L эmax.)/ (p Lэ внеш),
где Lэ max -яркость свечения люминофора на белом,
кд/м2; Lэ внeш и Е э внеш - яркость и освещенность, созданные на поверхности
слоя люминофора световым потоком от внешнего источника света; р - коэффициент отражения света от слоя
люминофора (свет на него проходит через переднее стекло экрана). Если переднее стекло экрана
полупрозрачное (дымчатое) и имеет коэффициент пропускания света (t < 1, то
контрастность изображения С(t <1) возрастет:
С (t<1) = p Lэmax./ (r L э внеш t
)
Отсюда выигрыш в контрастности благодаря дымчатому стеклу равен
Кс=С(t<1)/ С(t=1)= 1/t
где Кс
>1 так как (1/t) > 1.
Задача № 12. Дан черно-белый
кинескоп, модуляция сеточная. Используя постоянные коэффициенты К= 3, 0
= 1,5, gк = 3,0 и выбрав напряжение запирания
луча Е3 = - 50 В по формуле Алларда-Мосса найти ток электронного луча при напряжениях сигнала Ес, отсчитанных
от напряжения запирания, равных
5,10,15,20,25, 35 и 50 В. Составить таблицу расчета напряжения сигнала Есук
= Ес3 (т.е. при gк
= 3) и тока луча /л (мкА), напряжения
на модуляторе относительно катода емк при заданных значениях Ес. По данным этой таблицы
построить график-модуляционную характеристику кинескопа Iл=
f(Ec),
поместив на горизонтальной оси две шкалы:
для Еси для емк (В). Определить яркость свечения экрана
кинескопа L3
(кд/м2) при токе луча /л = 300 мкА, если площадь экрана S3=
0,17 м2, напряжение на втором аноде кинескопа uа2=
18 кВ, светоотдачи люминофора s = 60 лм/Вт. Построить модуляционную характеристику кинескопа.
Задача № 13.
Коэффициент пропускания переднего стекла экрана кинескопах t= 0,3. Определить коэффициент увеличения (выигрыша)
контрастности изображения Кс на таком экране относительно контрастности при t = 1.
Задача № 14. Кинескоп
работает с сеточной модуляцией. Напряжение между модулятором и катодом u1= - 40 В.
Размах напряжения сигнала на модуляторе при модуляции сигналом с положительной
полярностью Ес= 30 В. Определить напряжение запирания Ез напряжение на первом
аноде uа1.
Задача
№ 15. Закон Ленарда. Ток луча в кинескопе Iл = 200 мкА, напряжение на втором аноде иа2=
20 кВ, светоотдача люминофора К1 = 15 кд/Вт, площадь экрана Sэ= 0,17 м2. Определить силу света /э и
световой поток Fэ, излучаемые экраном и яркость
его свечения.
Задача
№ 16. Формула Алларда-Мосса. На первом аноде кинескопа напряжение uа1 = 150
В. Напряжение видеосигнала Ес, подаваемое на кинескоп, отсчитанное от
напряжения запирания, равно 50 В. Определить ток электронного луча.
Задача
№ 17. Яркость свечения экрана кинескопа. Определить яркость свечения экрана
кинескопа, если напряжение на его втором аноде uа2 = 20
кВ, ток электронного луча Iл = 200 мкА,
площадь экрана Sэ = 1500 см2,
светоотдача люминофора
s = 50 лм/Вт.
Задача№
18. Закон Ламберта для кинескопа. Ток электронного луча в кинескопе /л = 200
мкА, напряжение на втором аноде кинескопаuа2=20 кВ,
светоотдача люминофора s = 10 лм/Вт. Определить поток Fэ,
излучаемый экраном в полусферу по закону Ламберта и светоотдачу К1(кд/Вт).
Генераторы развертки в телевизоре.
Теоретические
и методические рекомендации.
Выходной
каскад генератора строчной развертки (ГСР)
Энергия магнитного поля N (в
джоулях), необходимая для полного отклонения электронного луча по горизонтали,
определяется по формуле:
N = Lкс Imc2 / 2 ,
где Lкс - общая индуктивность пары строчных соединенных
последовательно отклоняющих катушек (ОК), Гн;
Imc - амплитуда тока,
потребляемого парой ОК, А.
Реактивная мощность,
вырабатываемая в паре строчных ОК за время строчного прямого хода ТПХС(В
А):
Р р пхс =N/ Тпхс = Lкс Imc 2/ ( 2 Тпхс)
Мощность, потребляемая
электронным лучом (вторым анодом кинескопа) от высоковольтного выпрямителя
(Вт),
Рввв = Iл Ua2 ,
где Iл- ток электронного луча, А;
Ua2- напряжение на втором аноде кинескопа, В.
Во
время строчного обратного хода, длительность которого Тохс, в контуре,
образованном строчными ОК, и состоящем из индуктивности LKC и
параллельно с ней соединенной емкостью схемы С, возникают собственные
колебания с частотой f0, период которых
T0=1/f0=2pÖ LKC C.
Длительность строчного
обратного хода, с
Тохс = То/ 2 = pÖ LKC C ,
f0 = 1/ То = 1/(2TOXC).
Во
время строчного обратного хода напряжение собственных колебаний на строчных
катушках, В
ULm = = Lкс Imc 2pfо = Lкс Imc p/Toxc
, где
wо = 2pf0 = 2p/T0 = 1/
Ö LKC C = p / Toxc .
Во
время строчного обратного хода мощность, называемая разрывной мощностью,
выделяемая на выходном транзисторе (лампе), который в это время заперт, равна:
Рраз = Imc Um= Imc( ULm+Е,б)
, где Um= ULm+Е,б
Здесь Imc-ток коллектора
в конце прямого хода, A; Е,б - напряжение питания транзистора (анода
лампы). После преобразования получим разрывную мощность (Вт)
Рраз = 2q Lкс Imc 2/ Т охс,
где
q = p/2.
Средняя
реактивная мощность в схеме за время Тохс (В А)
Р р охс @ Lкс Imc 2/ Т охс
Сравнивая,
получаем
Рраз = 2q Р р охс
Допустимое
пробивное напряжение на транзисторе на участке коллектор-эмиттер должно быть
не меньше, чем Um= ULm+Е,б
Выходной
каскад генератора кадровой развертки (ГКР)
В каждой кадровой ОК протекает
пилообразный ток с амплитудой Imк. Обычно ОК соединяются последовательно. Активное
сопротивление каждой кадровой ОК обозначим RK, эффективное значение
тока (А) в каждой ОК
I к
эфф = Imк/Ö3
Средняя
активная мощность (Вт), выделяемая в каждой кадровой ОК,
Р а ср
= Iк 2эфф Rк
Во время кадрового обратного хода в
каждом поле развертки в каждой кадровой ОК выделяется реактивная мощность (В А)
Р р охп
= Lк Imк 2/ Т охп
Здесь
Тохп - длительность обратного хода по кадрам (по вертикали) в каждом поле
развертки , с; Imк –
амплитуда тока в каждой кадровой ОК, А; Lк- индуктивность одной ОК,
Гн.
Если
n - коэффициент трансформации выходного кадрового
трансформатора (ТВК) сильно понижающего напряжение (n > 1), то перечисленное в его первичную обмотку
активное сопротивление и индуктивность каждой кадровой ОК будут:
R'K =n2 Rk; LK' = n2 Lк
В
типовом ТВК n = 30.
Задача
№19. Генератор строчной развертки в телевизоре (ГСР). В телевизоре ГСР выполнен
по схеме с одним двухсторонним ключом в виде транзистора (потери мощности в
ключе можно не учитывать). Общая индуктивность двух строчных ОК, соединенных
параллельно, LKC= 3 мГн; амплитуда отклоняющего пилообразного тока,
потребляемого парой строчных OK, Imc = 1,2 А, длительность ТПХС = 54 мкс, длительность
Тохс= 10 мкс. Ток электронного луча кинескопа Iл = 100 мкА, напряжение uа2 = 22
кВ.
Определить: 1) суммарную
энергию магнитного поля двух строчных ОК, необходимую для отклонения
электронного луча по строке;
2)
суммарную реактивную мощность, вырабатываемую в паре строчных ОК за время
прямого хода по строке Рр пхс;
3)мощность Рввв, потребляемую кинескопом на
белом поле изображения от высоковольтного
выпрямителя;
4)
частоту собственных колебаний /о в схеме;
5) напряжение ULm импульса на строчных ОК
во время строчного обратного хода;
6) разрывную мощность Рраз при q=p/2;
7) если выполнить выходной каскад с двумя
односторонними ключами (выходной каскад в
режиме D с демпферным диодом) и
принять исходные данные, приведенные выше, то чему будет равна средняя
реактивная мощность в паре строчных ОК Р р охс за время
строчного обратного хода Тохс = 10 мкс.
Задача
№ 20. Энергия магнитного поля, частота собственных колебаний, импульс
напряжения обратного хода в генераторе строчной развертки. Индуктивность каждой
строчной отклоняющей катушки /_кс = 6 мГн; обе катушки соединены параллельно;
амплитуда тока в каждой ОК 1тс - 0,5 А; длительность строчного обратного хода
Тохс = =10 мкс. Определить: 1) энергию N магнитного поля, созданную каждой ОК;
2) частоту f0 собственных
колебаний в схеме во время строчного обратного хода;
3) напряжение ULm на строчных ОК
во время строчного обратного хода;
4) разрывную мощность Рраз в
каждой ОК.
Задача
№ 21. Генератор кадровой развертки. Генератор имеет выходной трансформатор ТВК
с коэффициентом трансформации n = 25. Кадровые
ОК соединены последовательно, активное сопротивление каждой из них RK=
5 Ом, ее индуктивность Lк = 12 мГн,
амплитуда отклоняющего тока в каждой ОК Im = 0,7 А. Длительность кадрового обратного хода в
каждом поле развертки Тохп =1,4 мс, частота полей fп = 60' Гц.
Определить: 1) эффективное
значение отклоняющего тока в каждой
катушке Iк эфф;
2) среднюю суммарную активную мощность Р а
cред, выделяемую на активном сопротивлении обеих ОК;
3) суммарную реактивную мощность Р р охп,
выделяемую в обеих ОК во время кадрового
обратного хода в одном поле;
4) пересчитанные в первичную обмотку ТВК
суммарные активное и индуктивное
сопротивления обеих ОK R'K
и (wLK)'.
Задача № 22. Генератор кадровой развертки в
телевизоре. Индуктивность каждой кадровой катушки LK =5 мГн, амплитуда тока в ней Imк = 0,5 А.
Определить реактивную мощность Р р охп в каждой ОК во время
кадрового обратного хода в одном поле, длительность которого Тохп = 2 мс.
Задача
№ 23. Генератор строчной развертки в телевизоре. Энергия магнитного поля,
необходимая для полного отклонения электронного луча в кинескопе по
горизонтали (от центра экрана до края экрана), N = 3 мДж. Длительность
строчного прямого хода ТПХС = 52 мкс, длительность строчного
обратного хода Тохс= 12 мкс. Определить реактивную мощность, вырабатываемую во
время прямого строчного хода Р р пхс и частоту собственных колебаний
f0 в строчных ОК.
Задача
№ 24. Импульс напряжения строчного обратного хода в телевизоре. Общая
индуктивность пары строчных OK LKC = 3 мГн; амплитуда отклоняющего
тока, потребляемого парой этих катушек Imc= 1 А. Частота собственных колебаний в катушках во время
строчного обратного хода f0 = 50 кГц. Определить величину импульса
напряжения на катушках во время строчного обратного хода.
Задача
№ 25. Генератор кадровой развертки в телевизоре (ГКР). Кадровые отклоняющие
катушки соединены последовательно. Эффективное значение тока в них I к
эфф = 1 А, индуктивность каждой
катушки LK= 1 0 мГн, длительность обратного хода по вертикали Тохп
= 1 ,6 мс. Определить амплитуду
отклоняющего тока в катушках Imк
и реактивную мощность, выделяемую в
обеих катушках во время обратного хода по вертикали Р р охп.
Список литературы
1. Смирнов А.В.Основы цифрового телевидения:
Учебное пособие.-М.: Горячая линия – Телеком, 2001.
2. Мамаев Н.С., Мамаев
Ю.Н., Тераев Б.Г. Цифровое телевидение. Под редакцией Н.С. Мамаева - М.: Горячая
линия – Телеком, 2001.
3. Айтмагамбетов А.З., Сабдыкеева Г.Г. Цифровое
телерадиовещание: Учебное пособие.- АИЭиС, 2003.
4.
Айтмагамбетов А.З., Сабдыкеева Г.Г. Кабельное телевидение:
Учебное пособие.- АИЭиС,
2001.
Содержание
1
Общая информация о дисциплине
«Цифровое
телерадиовещание и кабельное телевидение» 3
2
Рабочая программа и общие методические указания 3
3
Перечень тем лабораторных работ 6
4
Контрольная работа №1
7
5
Теоретическая часть контрольной работы №1 10
6
Контрольная работа №2 12
Список
литературы
24
Сводный план 2005г.,поз.116
Урусова Татьяна Андреевна
ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЕ И
КАБЕЛЬНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Программа,
методические указания и контрольные задания
для
студентов специальностей
380540-
Радиосвязь, радиовещание и телевидение
050719-Радиотехника,
радиоэлектроника, телекоммуникации
заочной формы обучения
Редактор Ж.М.Сыздыкова
Подписано в печать
___.____._____.
Формат 60х84 1/16
Бумага
типографская №2
Заказ___. Цена 50 тенге.
Тираж 50 экз.
Объем- 1,5уч.из.л.
Копировально-множительное бюро
Алматинского института энергетики и связи
050013, Алматы, Байтурсынова, 126