EXPLORAREA ÎN TELEVIZIUNE

Transcript

1 Cursul 5 EXPLORAREA ÎN TELEVIZIUNE Cuprins 1. Principii ale explorarii in televiziunea anlogica 2. Parametri rastrului TV 2.1. Rastrul TV si determinarea parametrilor rastrului 2.2. Influenta parametrilor rastrului TV asupra unor indici de calitate TV Introducere Obiective Explorarea in televiziune asigura citirea informatiilor despre imaginea captata la nivelul senzorului de imagine din camera TV iar la receptie asigura formarea imaginii TV pe ecranul dispozitivului de redare a imaginilor (tub cinescop, ecrane cu LCD, cu LED sau cu plasma). Parametri rastrului sunt aceesi atat la televiziunea analogica cat si la televiziunea digitala si prezinta importanta in definirea standardelor TV si in asigurarea trecerilor de la TV analogic la TV digital standard sau TV digital de inalta definitie si foarte important la implementarea televiziunii 3D. Dupa parcurgerea acestei unitati de invatare studentii vor fi in masura: Sa defineasca rastrul TV cu elementele sale componente liniile si cadrele. Sa reprezinte forma rastrului TV si a semnalelor care determina fenomenul de explorare Sa justifice matematic parametri rastrului TV Sa cunoastca importanta si influenta parametrilor rastrului asupra caliatii imaginii TV Timpul mediu de studiu Timpul mediu de studiu individual este de 2 ore 1. Princii ale explorarii în televiziunea analogica Explorare este un proces de parcurgere dupa reguli bine stabilite a suprafetei ecranului dispozitivului de redare a imaginilor, displayul. Acest dispozitiv poate fi un tub cinescop, dispozitiv specific televiziunii analogice, in

2 care fluxul de electroni care bombardeaza ecranul acoperit cu luminofor este deplasat (baleiat) sub forma de rastru, pe suprafata interioara a acestuia, suprafata prevazuta cu luminofor. Explorarea TV sau baleiajul TV este denumit in literartura de specialitate ca Rastrul TV. Rastrul TV asigura refacerea imaginii ca imagine TV prin bombardare cu flux de electroni modulat in intensitate a stratului de luminofor care relizeaza emisia luminoasa alb negru sau color dupa caz. Acest fenomen este caracteristic televiziunii analogice. In cazul televiziunii digitale explorarea este tot de tip rastru, cu parametri identici, standardizati, dar accesarea elementelor de imagine se face prin alte procedee adecvate dispozitiveleor de captare sau de afisare moderne. Explicatiile asupra formari rastrului si a explorarii sunt prezentate pentru clasicul baleiaj de televiziune fundamentul explorarii TV actuale. Procesul de explorare in tubul cinescop se desfasoara sincronizat cu procesul de explorare a senzorului de imagine din dispozitivul video captor al camerei de televiziune. Sincronizarea se realizeaza cu ajutorul impulsurilor de sincronizare inserate repetitiv in structura semnalului video complex (SVC). Deplasare / baleierea fluxuli de electroni se produce sub actiunea unui camp electromagnetic generat de catre ansamblul bobinelor de deflexie dispuse pe gatul tubului cinescop. Exista doua perechi de bobine de deflexie, cate o pereche pentru fiecare axa de deplasare, pe orizontala si pe verticala, fiecare fiind parcursa de cate un curent liniar variabil (crescator in timp) cu forma de dinte de ferastrau avant parametri de timp proprii. Câmpul electromagnetic creat de bobinele de deflexie prezinta doua componente electromagnetice simultane, o componenta verticala şi una orizontala, fiecare actionand asupra fascicolului de electroni cu forte specifice determinand fenomenul de baleiaj / deplasare / explorare a fascicolului de electroni pe suprafata senzorului de imagine sau pe suprafata display-ului. Deci, fascicolul de electroni se va deplasa dupa o rezultanta care îi permite crearea rastrului de televiziune. Se poate vorbi despre doua actiuni produse simultan denumite: explorarea pe orizontala si explorarea pe verticala. Explorarea pe orizontala duce la formarea liniilor TV iar explorarea pe verticala duce la formarea cadrelor TV. Liniile si cadrele TV formeaza rastrul de televiziune. Explorarea pe orizontala Circuitele de baleiaj orizontal (BO) sunt destinate pentru a produce prin bobinele de deflexie un curent în forma de dinte de fierastrau (ddf) cu frecventa de repetitie de Hz. Curentul ddf este un curent lent variabil crescator (fig. 1.1) care genereaza un câmp magnetic variabil ca intensitate in timp, în cicluri de 64 μs. Curentul de deflexie şi circuitul principial pentru formarea acestuia pentru baleiajul pe orizontala sunt reprezentate în figura 1.1. Procesul complet al formarii tensiunii de baleiaj pe orizontala in blocul de baleiaj sub actiunea Page 2

3 impulsurilor de stingere sincronizare sunt prezentate in figura 1.2, mai multe detalii vor fi prezentate in sedintele de laborator. Câmpul electromagnetic produs de bobina de deflexie deviaza spotul de electroni emis de catodul tubului cinescop cu atât mai departe de centrul ecranului cu cât câmpul este mai intens, deci cu cât curentul de deflexie este mai mare. Pentru curent de deflexie nul, spotul bombardeaza centrul ecranului. Pentru a devia spotul catre limita stânga a ecranului este necesar un curent negativ de intensitate -Im, iar pentru a devia spotul catre marginea din dreapta ecranului tubului cinescop (vazut din fata) este necesar un curent pozitiv de intensitate +Im. Variatia curentului de deflexie de la valoarea Im la +Im reprezinta cursa directa a deflexiei (baleiajului / explorarii) pe orizontala a carei durata T dh este de 52 μs. De la o margine la alta a ecranului (de la dreapta la stânga) spotul de electroni trebuie deviat într-un timp foarte scurt de 12 μs şi corespunde cursei inverse T ih a baleiajului orizontal pentru a se relua procesul de generare a liniei TV. O linie de baleiaj orizontal TV, careia îi corespunde o perioada completa T h, are durata: T h = T dh + T ih = 52 μs + 12 μs = 64 μs Spotul de electroni este blocat pe durata cursei inverse de linii, cu ajutorul impulsurilor de stingere din SVC, astfel ca sunt vizibile pe ecran numai liniile TV trasate în timpul cursei directe. Fig. 1.1 Principiul formarii curentului de baleiaj orizontal Elementele L şi C ale circuitului din figura 1.1 stabilesc independent de valoarea tensiunii U şi a curentului I, durata cursei inverse de linii precum şi raportul de c.c.a. 7,5 între tensiunea Uc la care se încarca condensatorul C în timpul cursei inverse şi tensiunea de alimentare a circuitului. Page 3

4 Fig. 1.2 Principiul formarii tensiunii dinte de ferastrau pentru explorarea pe orizontala Explorarea pe verticala Baleiajul vertical este destinat sa asigure deplasarea pe verticala (pe cadre) a spotului de electroni din tubul cinescop. Blocul de baleiaj vertical genereaza o tensiune baza de timp ( tensiune dinte de fierastrau - tddf-) care alimenteaza bobinelor de deflexie pe verticala BV (fig.1.3).. R K E + descarcare încarcare C U Cursa directa Cursa inversa t [μs] 18,4 μs 1,6 μs Fig.1.3 Principiul formarii tensiunii de baleiaj pe verticala Principiul de formare a tensiunii dinte de fierastrau este prezenta în figura 1.3 în care elementele R şi C formeaza circuitul de formare a tddf. Condensatorul se încarca pe durata τ î = RC. Durata de încarcare a Page 4

5 condensatorului de la sursa de alimentare E corespunde cursei directe de cadre de 18,4 ms şi este controlata prin valoarea rezistentei R de tip semireglabil. Descarcarea condensatorului C prin comutatorul electronic K este mult mai mica şi corespunde cursei inverse de cadre de 1,6 ms (1.600 μs). Circuitul de formare a tddf asigura prin elementele sale R, C generarea unei tensiuni liniar variabile, crescatoare, în forma de dinte de fierastrau. Aceasta tensiune este corectata ca forma cu ajutorul unui circuit de integrare avand constanta mare de timp, conectat ca circuit de reactie între bobinele de deflexie şi circuitul de formare a tensiunii dinte de ferasrau. Acest proces este un proces de corectie in S pentru compensarea distorsiunilor de neliniaritate (numite distorsiuni geometrice) pe verticala imaginii. Rastrul TV este format din linii si din cadre TV. Dupa modul in care linii dintr-un cadru TV sunt parcurse, se definesc doua tipuri de explorare: explorarea progresiva si explorarea intretesuta. - Explorarea progresiva. In acest caz explorarea presupune parcurgerea linie cu linie totalitatea numarului de linii specifice tipului de televiziune( 625 linii pentru TV Standard sau 1125 linii pentru TV de inalta definitie norma europeana CCIR (fig. 1.4). Inceput de prima linie TV si de cadru TV Cursa inversa cadru TV Prima linie TV Cursa directa Cursa inversa de linie TV Ultima linie Tv Sfarsit de cadru TV Fig. 1.3 Principiul formarii rastrului TV progresiv - Explorarea intretesuta. In acest caz numarul de linii este impartit in doua subcadre: unul impar (teoretic contine liniile impare) si unul par (teoretic contine liniile impare). Prin explorare se asigura realizarea subcadrului impar si apoi a subcadrului par, in asa fel incat sa se asigure fenomenul de intertesere a subcadrelor. Prin intreteserea liniilor subcadrelor se asigura acoperirea intergii suprafete a senzorului Page 5

6 de imagine, in cazul captarii imaginilor, si respectiv a intregii suprafete a display-ului, in cazul refecerii imaginii ca imagine TV (fig. 1.4). Inceput de cadru impar Prima linie din cadrul impar Cursa inversa cadrul impar Prima linie ½ din cadrul par Cursa inversa cadru par Ultima linie ½ din cadrul impar Ultima linie din cadrul par Fig. 1.4 Principiul formarii rastrului intretesut (nu a fost trasate cursele inverse de linii, doar cele de semicadre cu linie-punct) 2. Parametri rastrului TV 2.1. Rastrul TV si determinarea parametrilor rastrului Rastrul TV Rastrul TV reprezinta o succesiune de linii luminoase paralele si echidistante dispuse pe orizontala, obtinute prin bombardarea unui ecran luminiscent cu un fascicul de electroni. Rastrul este format din linii şi cadre. Cadrul reprezinta totalitatea liniilor care acopera la un moment dat suprafata ecranului. In sistemele TV digitale, prevazute cu dispozitive de afisare fara flux de electroni, este cazul dispozitivelor LCD, LED si plasma explorarea se realizeaza prin acesarea puntuala a elementelor de imagine cu ajutorul unor combinatii de semnale de forma dreptunghiulara cu parametri adecvati procesului. Toate standardele moderne de televiziune utilizeaza explorarea întretesuta, care duce la îngustarea benzii de frecventa necesara transmiterii imaginii, de la 13,5 MHz la 6,75 MHz. Un cadru complet, format din 625 de Page 6

7 linii (pentru normele europene) este descompus în doua câmpuri cu numar impar de linii,fiecare avand câte 312 linii şi jumatate (1/2). Liniile celor doua câmpuri se intercaleaza linie cu linie (se întretes) şi creeaza imaginea, datorita persistentei luminoforului şi a proprietatii de integrare temporala a sistemului vizual uman (ochiului) in cazul dispozitivelor CRT. Parametri tehnici ai explorarii: numarul de linii dintr-un cadru TV, frecventele de explorare pe verticala şi pe orizontala, durata curselor directe (active) şi inverse pe linii şi pe cadre pot fi justificati prin determinari sau pe cale experimentala. Pentru TV Digital acesti parametri sunt parametri de explorare care determina rezolutia imaginii prin numarul de elemente din imagine, adica de esantioane din cadrul TV, determinat atat de numarul de esantioane corespunzator unei linii TV, pe orizontala, cat si de numarul de esantioane corespunzator pe verticala prin numarul de linii dintr-un cadru TV. Determinarea parametrilor rastrului TV Frecventa de cadre f C. A fost aleasa frecventa de 50 Hz pentru ca îndeplineşte doua conditii: prima, are valoare mai mare decât frecventa limita de interpolare temporala a sistemului vizual uman pentru perceptia continuitatii imaginii, şi a doua, este egala cu frecventa de alimentare a retelei nationale în vederea eliminarii intereferentelor (intermodulatia). Aceasta frecventa de 50Hz poate asigura pe verticala ecranului numarul minim de informatie, o zona alba si o zona neagra. Durata unui cadru T C. Se determina din relatia: 1 1 TC = = = 20ms (1.24) f 50 C Durata cadrului TV este formata din durata activa (sau cursa directa) T Cd şi durata de întoarcere (sau cursa inversa) T Ci,, aflate în relatia: T C = T Cd + T Ci Durata cursei inverse a cadrului a fost stabilita la valoarea a 25 de durate de linii. Ştiind ca durata unei linii este T H = 64μs atunci se poate determina: T Ci = 25 64µ s = µ s ; TCd = TC TCi = µ s 1.600µ s = µ s = 18, 4ms (1.25) Numarul de linii Z dintr-un cadru TV. Pentru aceasta urmarim reprezentarea din figura şi tinem seama de faptul ca puterea de separare a ochiului este: S = 1 0 ψ Page 7

8 in care: ψ reprezinta unghiul minim sub care sunt percepute dinstinct doua puncte ale imaginii, numit şi unghiul rezolutiv. l Fig Determinarea numărului de linii de exploatare Distanta optima de vizionare a imaginii de televiziune este L = (4-5)h, distanta la care unghiul dintre axele a doua linii vecine este mai mic sau cel putin egal cu unghiul rezolutiv al ochiului ψ. Unghiul rezolutiv al ochiului, în conditiile normale de vizionare a imaginii de televiziune, are valoarea ψ = (1 la 1,5) minute. Cu aceste considerente se determina din figura numarul de linii al imaginii: α Z = (1.26) ψ in care: α = 2 arctg h h = arctg arctg 2L 2 5 h = Cu valorile considerate se obtine: α = (10 la 12) 0 pentru care observatorul bine plasat vede intreaga verticala a ecranului TV. Astfel, numarul de linii este: la14 Z = = ( ) linii (1.27) Numarul de linii ales pentru un cadru TV este Z = 625 = 5 4, deci un semicadru TV va fi alcatuit din 312,5 linii. Durata unei linii TV este calculata ca raport intre durata unui cadru TV si numarul de linii al unui semicadru, cazul rastrului intretesut adoptat: T TC 20ms = = = 64 s (1.28) 312,5 312,5 H µ Page 8

9 Durat unei linii TV este formata din durata cursei directe T Hd şi durata cursei inverse T Hi. Durata cursei inverse depinde functional de parametrii inductanta şi capacitate ai blocului de baleiaj orizontal. Pentru valorile L = 3mH şi C = 4nF se obtine valoarea standardizata a cursei inverse de linii T Hi = 12 μs. Ca urmare durata cursei directe a unei linii TV va fi: T = TH THi = 64 µ s 12µ s = 52 s (1.29) Hd µ Frecventa de linii TV se determina: 1 1 F = = = 15. Hz H T 64µ s 625 H (1.30) In concluzie, parametri rastrului TV au justificari bazate pe norme si standarde TV. Valorile parametrilor prezentati sunt specifici atat televiziunii analogice standard (SATV) cat si televiziunii digitale standard (SDTV), de aceea cunosterea acestora permite intelegerea unor procese de codare si de reducere a debitului de informatie precum si posibilitatile de implementare a sitemelor de televiziune 3D. In notarea televiziunii analogice standard se foloseste curent modul: 625:50, in care 625 reprezinta numarul de linii TV iar 50 reprezinta frecventa de cadre TV Influenta parametrilor rastrului TV asupra unor indici de calitate TV Numarul de linii, ca parametru important, influenteaza asupra finetii imaginii de televiziune. În practica finetea imaginii se poate determina şi din conditia descifrabilitatii detaliilor, conditie caracterizata prin aceea ca numarul de linii de explorare se alege astfel încât sa fie asigurata posibilitatea perceperii dinstincte a unor detalii cu dimensiuni date. Descifrabilitatea unui detaliu din imagine se caracterizeaza prin numarul minim de linii din explorare Z încadrat în dimensiunile liniare ale acestui detaliu (în una din directii), numar care asigura perceperea dinstincta (inteligibila) a detaliului. Valorile numarului de linii de explorare Z pentru câteva obiecte caracteristice ce pot fi întâlnite în practica sunt prezentate în tabelul 1.1. [2] Finete imaginii. Notiunea de finete este utilizata pentru aprecierea obiectiva a calitatii imaginilor reproduse. Finetea depinde direct de capacitatea sistemului de a transmite şi reproduce detaliile fine, deci depinde de puterea de rezolutie a ochiului. Din acest motiv se poate defini o finete longitudinala şi o finete transversala, deosebire datorata aspectului diferit al imaginii de Page 9

10 televiziune în cele doua directii: continuu în lungul liniilor şi discret în directie perpendiculara pe liniile de explorare. Tabelul 1.1. Numarul de linii de explorare necesar pentru perceperea unor detalii Element de imagine Portret (fata omului) Om în mişcare Om în repaos Automobil în mişcare Automobil în repaos Vapor Numar de linii (Z) pentru o percepere: A) la limita B) libera Dimensiunea liniara la care se face raportarea numarului de linii de explorare Z Latimea fetei Înaltimea omului Înaltimea omului Latimea maşinii Latimea maşinii Latimea vaporului * Numarul de linii de explorare, caracteristic altor categorii de obiecte, se poate stabili pentru fiecare caz în parte. Finetea transversala (maxima) este limitata de numarul maxim de linii de explorare Z. Finetea longitudinala este limitata de posibilitatea sistemului de televiziune de a transmite variatiile bruşte de stralucire, posibilitate care poate fi pusa în evidenta cu ajutorul caracteristicii de frecventa sau al caracteristicii de raspuns tranzitoriu a sistemului. Distorsiunilor introduse de sistemul de televiziune determina fenomenul conform caruia finetea reala a imaginii este mai mica decât finetea maxima. Conturanta imaginii. Parametrul denumit conturanta imaginii serveşte la aprecierea calitatii contururilor elementelor de imagine. Cantitativ, conturanta se determina, fie prin panta maxima S a caracteristicii de raspuns tranzitoriu, fie 1 / t. prin marimea inversa a duratei frontului acestei caracteristici În sistemele de televiziune cu linii de explorare, durata frontului caracteristicii de raspuns tranzitoriu este de ordinul a câtorva elemente de imagine, detaliile mici fiind reproduse cu contrast scazut, vorbim de o conturanta scazuta. Conturanta scazuta determina micşorarea finetii imaginii, ca urmare a legaturii care exista între caracteristica de frecventa a sistemului de televiziune (care determina finetea) şi caracteristica de raspuns tranzitoriu (care determina conturanta). Marirea benzii de frecventa a canalului de comunicatie în televiziune mareşte nu numai finetea, ci şi conturanta imaginii. Banda de frecventa video este mult mai mare in cazul televiziunii de inalta definitie În general, finetea şi conturanta se îmbunatatesc prin folosirea circuitelor de corectie a distorsiunilor de apertura, corectii care se dovedesc eficace numai în cazul sistemelor de televiziune cu nivel de zgomot redus. Exista şi metode neliniare de îmbunatatire a conturantei imaginii care nu necesita o largire a Page 10

11 benzii de frecventa a canalului de comunicatie, dar ele nu duc şi la creşterea corespunzatoare a finetii imaginii. Rezumat Explorarea in televiziune este un principiu riguros fundamentat si standardizat care asigura citirea de pe suprafata senzorului de imagine din dispozitivele video captoare a informatiilor electrice despre imaginile captate. La receptie explorarea TV permite, in regim de sincronism, refacerea imaginilor pe ecranele dispozitivelor de afisare. Cunoasterea parametrilor rastrului TV asigura redarea imaginilor in functie de tipul de echipament utilizat anlogic, digital, de inalta definitie sau in cazul transmisiilor 3D realizarea imaginilor de acest fel. Totodata, se poate aprecia influenta parametrilor rastrului asupra calitatii transmisiilor TV. Bibliografie [1] George Nicolae, Dan Lozneanu, Televiziune. Analog si Digital. Editura Universitatii Transilvania, Braşov ISBN , 227 pagini. [2] Nicolae George, Oltean Ioan, Radiocomunicatii. Caracteristici şi indici de calitate ai receptoarelor de radio şi de televiziune. Metode de masurare. Editura Universitatii Transilvania, Braşov ISBN [3] Mitrofan, Gh., Televiziunea de la videocamera la monitor. Editura Teora, 1996 [4] Vlaicu, A., Televiziune alb-negru şi color. Editura Comprex, Cluj Napoca, 1993 Page 11

12 Test de autoevaluare Intrebari: Scrieti raspunsul corect 1. Ce este rastrul TV? a) o parcurgere in zig-zac a suprafetei ecranului; b) explorarea linie cu linie a ecranului dispozitivului de afisare sau a senzorului de imagine pentru acoperirea unui cadru TV; c) o metoda de formare a imaginii TV 2. Explorarea progresiva inseamna: a) trecerea spotului de electroni de la un cadru la altul fara urma luminoasa; b) deplasarea elementelor de imagine pe suprafata ecranului; c) parcurgerea linie cu linie a unui cadru TV complet; 3. Un semicadru din televiziunea standard contine: a) 625 de linii TV; b) 312 linii TV; c) 312 lini si jumatate; 4. Numarul de linii al rastrului TV influenteaza asupra: a) fineti imaginii; b) descifrabilitatii detaliilor din imaginea TV; c) stralucirea imaginii; d) conturanta imaginii; 5. Numarul de linii Z dintr-un cadru TV depinde de: a) distanta dintre observator si ecranul TV; b) unghiul limita sub care este observat ecranul TV de catre observatorul aflat la o distanta egala cu de cinci ori inaltimea eranului; c) unghiul rezolutiv al ochiului ψ; d) inaltimea ecranului h; Ras puns Raspuns corect: 1 b; 2 c; 3 c, d; 4 a, b; 5 b, c. Pentru 5 cf. subcapitol 2. Parametri rastrului TV Page 12