Аналоговое телевидение — это оригинальная телевизионная технология, которая использует аналоговые сигналы для передачи видео и звука. [1] В аналоговом телевизионном вещании яркость, цвета и звук представлены амплитудой , фазой и частотой аналогового сигнала.
Аналоговые сигналы изменяются в непрерывном диапазоне возможных значений, что означает, что могут быть введены электронные шумы и помехи. Таким образом, в аналоговом сигнале умеренно слабый сигнал становится снежным и подверженным помехам. Напротив, качество изображения сигнала цифрового телевидения (DTV) остается хорошим до тех пор, пока уровень сигнала не опустится ниже порогового значения, при котором прием больше невозможен или становится прерывистым.
Аналоговое телевидение может быть беспроводным ( наземное телевидение и спутниковое телевидение ) или распространяться по кабельной сети как кабельное телевидение .
Все системы вещательного телевидения использовали аналоговые сигналы до появления DTV. Мотивированный более низкими требованиями к полосе пропускания сжатых цифровых сигналов , начиная с 2000 года, переход на цифровое телевидение происходит в большинстве стран мира с разными сроками прекращения аналогового вещания. Несколько стран уже перешли на этот режим, а остальные страны все еще находятся в процессе, в основном в Африке, Азии и Южной Америке.
Самые ранние системы аналогового телевидения представляли собой механические телевизионные системы, в которых для сканирования изображения использовались вращающиеся диски с пробитыми на них отверстиями. Подобный диск восстанавливал изображение на приемнике. Синхронизация вращения приемного диска осуществлялась с помощью синхроимпульсов, передаваемых вместе с информацией об изображении. Системы камер использовали похожие вращающиеся диски и требовали очень яркого освещения объекта для работы светоприемника. Воспроизводимые изображения с этих механических систем были тусклыми, имели очень низкое разрешение и сильно мерцали.
Аналоговое телевидение не начиналось всерьез как отрасль до разработки электронно -лучевой трубки (ЭЛТ), которая использует сфокусированный электронный луч для прорисовки линий на поверхности, покрытой фосфором . Электронный луч мог перемещаться по экрану гораздо быстрее, чем любая механическая дисковая система, что позволяло размещать линии сканирования более близко друг к другу и получать гораздо более высокое разрешение изображения. Кроме того, полностью электронная система требовала гораздо меньше обслуживания по сравнению с механической системой с вращающимся диском. Полностью электронные системы стали популярны в домашних хозяйствах после Второй мировой войны .
Вещатели аналогового телевидения кодируют свой сигнал, используя различные системы. Официальные системы передачи были определены МСЭ в 1961 году как: A, B, C, D, E, F, G, H, I, K, K1, L, M и N. [2] Эти системы определяют количество строк развертки, частоту кадров, ширину канала, полосу пропускания видео, разделение видео и звука и т. д. К базовому монохромному сигналу может быть добавлена схема кодирования цвета ( NTSC , PAL или SECAM ). [3] Используя модуляцию RF , сигнал затем модулируется на очень высокой частоте (VHF) или сверхвысокой частоте (UHF) несущей волны . Каждый кадр телевизионного изображения состоит из строк развертки, нарисованных на экране. Линии имеют различную яркость; весь набор линий рисуется достаточно быстро, чтобы человеческий глаз воспринимал его как одно изображение. Процесс повторяется, и отображается следующий последовательный кадр, позволяя изображать движение. Аналоговый телевизионный сигнал содержит информацию о времени и синхронизации, благодаря чему приемник может реконструировать двумерное движущееся изображение из одномерного изменяющегося во времени сигнала.
Первые коммерческие телевизионные системы были черно-белыми ; цветное телевидение появилось в 1950-х годах. [4]
Практическая телевизионная система должна принимать сигналы яркости , цветности (в цветовой системе), синхронизации (горизонтальной и вертикальной) и аудиосигналы и транслировать их по радиоканалу. Система передачи должна включать средства выбора телевизионного канала .
Аналоговые системы вещательного телевидения поставляются с различными частотами кадров и разрешениями. Дополнительные различия существуют в частоте и модуляции аудионосителя. Монохромные комбинации, все еще существовавшие в 1950-х годах, были стандартизированы Международным союзом электросвязи (МСЭ) как заглавные буквы от A до N. Когда было введено цветное телевидение, информация о цветности была добавлена к монохромным сигналам таким образом, который черно-белые телевизоры игнорируют. Таким образом была достигнута обратная совместимость .
Существует три стандарта, определяющих способ кодирования и передачи дополнительной цветовой информации. Первым была американская система NTSC . Европейский и австралийский PAL , а также французский и бывший советский стандарты SECAM были разработаны позже и пытаются исправить некоторые недостатки системы NTSC. Кодирование цвета PAL похоже на системы NTSC. Однако SECAM использует другой подход к модуляции, чем PAL или NTSC. У PAL была поздняя эволюция под названием PALplus , позволяющая широкоэкранное вещание, оставаясь полностью совместимым с существующим оборудованием PAL.
В принципе, все три системы кодирования цвета могут использоваться с любой комбинацией строк развертки/частоты кадров. Поэтому для того, чтобы полностью описать данный сигнал, необходимо указать цветовую систему и стандарт вещания в виде заглавной буквы. Например, США, Канада, Мексика и Южная Корея использовали (или используют) NTSC-M , [a] Япония использовала NTSC-J , [b] Великобритания использовала PAL-I , [c] Франция использовала SECAM-L , [d] большая часть Западной Европы и Австралии использовала (или использует) PAL-B / G , [e] большая часть Восточной Европы использует SECAM-D / K или PAL-D/K и так далее.
Существуют не все возможные комбинации. NTSC используется только с системой M, хотя в Великобритании проводились эксперименты с NTSC-A ( 405 строк ) и NTSC-N (625 строк) в части Южной Америки. PAL используется с различными 625-строчными стандартами (B, G, D, K, I, N), а также с североамериканским 525-строчным стандартом, соответственно названным PAL-M . Аналогично, SECAM используется с различными 625-строчными стандартами.
По этой причине многие называют любой сигнал типа 625/25 PAL , а любой сигнал типа 525/30 — NTSC , даже когда речь идет о цифровых сигналах; например, на DVD-Video , который не содержит аналогового кодирования цвета и, следовательно, вообще не содержит сигналов PAL или NTSC.
Хотя во всем мире используется ряд различных систем вещательного телевидения, принципы работы в них одинаковы. [5]
Телевизор с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) отображает изображение, сканируя луч электронов по экрану в виде рисунка из горизонтальных линий, называемого растром . В конце каждой строки луч возвращается в начало следующей строки; в конце последней строки луч возвращается в начало первой строки в верхней части экрана. При прохождении каждой точки интенсивность луча меняется, изменяя яркость этой точки. Цветная телевизионная система похожа, за исключением того, что в ней три луча сканируются вместе, а дополнительный сигнал, известный как цветность, управляет цветом пятна.
Когда было разработано аналоговое телевидение, не существовало доступной технологии для хранения видеосигналов; сигнал яркости должен был генерироваться и передаваться в то же время, в которое он отображался на ЭЛТ. Поэтому было важно поддерживать растровую развертку в камере (или другом устройстве для получения сигнала) в точной синхронизации со разверткой в телевизоре.
Физика ЭЛТ требует, чтобы был предоставлен конечный временной интервал для перемещения пятна обратно к началу следующей строки ( горизонтальный обратный ход ) или началу экрана ( вертикальный обратный ход ). Синхронизация сигнала яркости должна это учитывать.
Человеческий глаз обладает свойством, называемым явлением фи . Быстрое отображение последовательных сканированных изображений создает иллюзию плавного движения. Мерцание изображения можно частично решить с помощью долговременного фосфорного покрытия на ЭЛТ, чтобы последовательные изображения исчезали медленно. Однако медленный фосфор имеет отрицательный побочный эффект, вызывая размытие и размытость изображения при быстром движении на экране.
Максимальная частота кадров зависит от пропускной способности электроники и системы передачи, а также от количества горизонтальных строк развертки в изображении. Частота кадров 25 или 30 Гц является удовлетворительным компромиссом, в то время как для построения изображения используется процесс чередования двух видеополей изображения на кадр . Этот процесс удваивает видимое количество видеокадров в секунду и дополнительно уменьшает мерцание и другие дефекты при передаче.
Телевизионная система для каждой страны определит количество телевизионных каналов в диапазонах частот UHF или VHF. Канал фактически состоит из двух сигналов: информация об изображении передается с использованием амплитудной модуляции на одной несущей частоте, а звук передается с частотной модуляцией на частоте с фиксированным смещением (обычно от 4,5 до 6 МГц) от сигнала изображения.
Выбранные частоты каналов представляют собой компромисс между предоставлением достаточной полосы пропускания для видео (и, следовательно, удовлетворительного разрешения изображения) и предоставлением достаточного количества каналов, которые можно упаковать в доступный диапазон частот. На практике для уменьшения расстояния между каналами используется метод, называемый остаточной боковой полосой , который был бы почти в два раза больше полосы пропускания видео, если бы использовалась чистая АМ.
Прием сигнала всегда осуществляется через супергетеродинный приемник : первый каскад — это тюнер , который выбирает телевизионный канал и сдвигает его частоту на фиксированную промежуточную частоту (ПЧ). Усилитель сигнала выполняет усиление на каскадах ПЧ от микровольтного диапазона до долей вольта.
В этой точке сигнал ПЧ состоит из видеосигнала несущей на одной частоте и звукового сигнала с фиксированным смещением по частоте. Демодулятор восстанавливает видеосигнал. Также на выходе того же демодулятора находится новый частотно-модулированный звуковой сигнал с частотой смещения. В некоторых наборах, изготовленных до 1948 года, он отфильтровывался, и звуковой сигнал ПЧ около 22 МГц отправлялся на демодулятор FM для восстановления основного звукового сигнала. В более новых наборах этот новый сигнал несущей на частоте смещения мог оставаться как звук между несущими , и он отправлялся на демодулятор FM для восстановления основного звукового сигнала. Одним из особых преимуществ звука между несущими является то, что при настройке ручки точной настройки на передней панели частота звукового сигнала не меняется при настройке, а остается на указанной выше частоте смещения. Следовательно, легче настраивать изображение без потери звука.
Таким образом, звуковой носитель FM затем демодулируется, усиливается и используется для управления громкоговорителем. До появления систем NICAM и MTS телевизионные звуковые передачи были монофоническими.
Видеоноситель демодулируется для получения композитного видеосигнала [ f], содержащего сигналы яркости, цветности и синхронизации. [6] Результат идентичен композитному видеоформату, используемому аналоговыми видеоустройствами, такими как видеомагнитофоны или камеры видеонаблюдения . Для обеспечения хорошей линейности и, следовательно, точности, соответствующей доступным производственным затратам передатчиков и приемников, видеоноситель никогда не модулируется до такой степени, чтобы полностью отключаться. Когда позднее в 1948 году был введен межнесущий звук, неполное отключение несущей имело побочный эффект, позволяя экономически реализовать межнесущий звук.
Каждая строка отображаемого изображения передается с помощью сигнала, как показано выше. Тот же базовый формат (с небольшими отличиями, в основном связанными с синхронизацией и кодированием цвета) используется для телевизионных систем PAL, NTSC и SECAM. Монохромный сигнал идентичен цветному, за исключением того, что элементы, показанные на диаграмме в цвете ( цветовая коррекция и сигнал цветности), отсутствуют.
Передний крыльцо — это короткий (около 1,5 микросекунды ) период, вставленный между концом каждой переданной строки изображения и передним фронтом синхроимпульса следующей строки . Его цель состояла в том, чтобы позволить уровням напряжения стабилизироваться в старых телевизорах, предотвращая помехи между строками изображения. Передний крыльцо — это первый компонент горизонтального интервала гашения , который также содержит горизонтальный синхроимпульс и задний крыльцо . [7] [8] [9]
Заднее крыльцо — это часть каждой строки сканирования между концом (нарастающим фронтом) горизонтального синхроимпульса и началом активного видео. Оно используется для восстановления опорного уровня черного (300 мВ) в аналоговом видео. В терминах обработки сигнала оно компенсирует время спада и время установления после синхроимпульса. [7] [8]
В системах цветного телевидения, таких как PAL и NTSC, этот период также включает сигнал цветовой синхронизации . В системе SECAM он содержит опорную поднесущую для каждого последующего цветоразностного сигнала, чтобы установить опорный нулевой цвет.
В некоторых профессиональных системах, особенно в спутниковых каналах связи между локациями, цифровой звук встраивается в синхроимпульсы видеосигнала, чтобы сэкономить на аренде второго канала. Название этой фирменной системы — Sound-in-Syncs .
Компонент яркости композитного видеосигнала варьируется от 0 В до приблизительно 0,7 В выше уровня черного . В системе NTSC есть уровень гасящего сигнала, используемый во время переднего и заднего крыльца, и уровень черного сигнала на 75 мВ выше него; в PAL и SECAM они идентичны.
В монохромном приемнике сигнал яркости усиливается для управления сеткой управления в электронной пушке ЭЛТ. Это изменяет интенсивность электронного луча и, следовательно, яркость сканируемого пятна. Регуляторы яркости и контрастности определяют сдвиг постоянного тока и усиление соответственно.
Цветовой сигнал передает информацию об изображении для каждого из красного, зеленого и синего компонентов изображения. Однако они не просто передаются как три отдельных сигнала, потому что: такой сигнал не будет совместим с монохромными приемниками, что было важным соображением при первом внедрении цветного вещания. Он также займет в три раза большую полосу пропускания, чем существующее телевидение, что потребует уменьшения количества доступных телевизионных каналов.
Вместо этого сигналы RGB преобразуются в форму YUV , где сигнал Y представляет яркость цветов в изображении. Поскольку передача цветов таким образом является целью как монохромных кино-, так и телевизионных систем, сигнал Y идеально подходит для передачи в качестве сигнала яркости. Это гарантирует, что монохромный приемник будет отображать правильное изображение в черно-белом варианте, где заданный цвет воспроизводится оттенком серого, который правильно отражает, насколько светлым или темным является исходный цвет.
Сигналы U и V являются цветоразностными сигналами. Сигнал U представляет собой разницу между сигналом B и сигналом Y, также известным как B минус Y (BY), а сигнал V представляет собой разницу между сигналом R и сигналом Y, также известным как R минус Y (RY). Сигнал U затем представляет, насколько пурпурно-синим или его дополнительным цветом, желтовато-зеленым, является цвет, а сигнал V — насколько пурпурно-красным или его дополнительным, зеленовато-голубым, он является. Преимущество этой схемы заключается в том, что сигналы U и V равны нулю, когда изображение не имеет цветового содержания. Поскольку человеческий глаз более чувствителен к деталям в яркости, чем в цвете, сигналы U и V могут передаваться с уменьшенной полосой пропускания с приемлемыми результатами.
В приемнике один демодулятор может извлекать аддитивную комбинацию U плюс V. Примером является демодулятор X, используемый в системе демодуляции X/Z. В той же системе второй демодулятор, демодулятор Z, также извлекает аддитивную комбинацию U плюс V, но в другом соотношении. Цветоразностные сигналы X и Z далее матрицируются в три цветоразностных сигнала, (RY), (BY) и (GY). Комбинации обычно двух, но иногда и трех демодуляторов были:
В конечном итоге, дальнейшее матричное преобразование вышеуказанных цветоразностных сигналов c–f дало три цветоразностных сигнала: (RY), (BY) и (GY).
Сигналы R, G и B в приемнике, необходимые для устройства отображения (ЭЛТ, плазменный дисплей или ЖК-дисплей), выводятся электронным способом путем матричного преобразования следующим образом: R — это аддитивная комбинация (RY) с Y, G — это аддитивная комбинация (GY) с Y, а B — это аддитивная комбинация (BY) с Y. Все это выполняется электронным способом. Можно видеть, что в процессе объединения низкоразрешающая часть сигналов Y нейтрализуется, в результате чего сигналы R, G и B способны отображать изображение с низким разрешением в полном цвете. Однако высокоразрешающие части сигналов Y не нейтрализуются и поэтому в равной степени присутствуют в R, G и B, создавая детали изображения с более высоким разрешением в монохромном режиме, хотя для человеческого глаза это выглядит как полноцветное изображение с полным разрешением.
В цветовых системах NTSC и PAL U и V передаются с помощью квадратурной амплитудной модуляции поднесущей. Этот вид модуляции применяет два независимых сигнала к одной поднесущей, с идеей, что оба сигнала будут восстановлены независимо на приемном конце. Для NTSC поднесущая находится на частоте 3,58 МГц. [g] Для системы PAL она находится на частоте 4,43 МГц. [h] Сама поднесущая не включается в модулированный сигнал ( подавленная несущая ), именно боковые полосы поднесущей несут информацию U и V. Обычной причиной использования подавленной несущей является экономия мощности передатчика. В этом приложении более важным преимуществом является то, что цветовой сигнал полностью исчезает в черно-белых сценах. Поднесущая находится в полосе пропускания основного сигнала яркости и, следовательно, может вызывать нежелательные артефакты на изображении, тем более заметные в черно-белых приемниках.
Небольшой образец поднесущей, цветовой сигнал , включен в горизонтальную часть гашения, которая не видна на экране. Это необходимо, чтобы дать приемнику опорную фазу для модулированного сигнала. При квадратурной амплитудной модуляции модулированный сигнал цветности изменяет фазу по сравнению со своей поднесущей, а также изменяет амплитуду. Амплитуда цветности (при рассмотрении вместе с сигналом Y) представляет собой приблизительную насыщенность цвета, а фаза цветности относительно опорной поднесущей приблизительно представляет собой оттенок цвета. Для определенных тестовых цветов, обнаруженных в тестовом шаблоне цветовой полосы, точные амплитуды и фазы иногда определяются только для целей тестирования и устранения неполадок.
Из-за природы процесса квадратурной амплитудной модуляции, который создал сигнал цветности, в определенные моменты времени сигнал представляет собой только сигнал U, а через 70 наносекунд (NTSC) он представляет собой только сигнал V. Примерно через 70 наносекунд -U, и еще через 70 наносекунд -V. Таким образом, чтобы извлечь U, используется синхронный демодулятор, который использует поднесущую для кратковременного стробирования цветности каждые 280 наносекунд, так что на выходе получается только последовательность дискретных импульсов, каждый из которых имеет амплитуду, которая совпадает с амплитудой исходного сигнала U в соответствующее время. По сути, эти импульсы являются дискретными по времени аналоговыми выборками сигнала U. Затем импульсы фильтруются по низким частотам, так что восстанавливается исходный аналоговый непрерывный по времени сигнал U. Для V сдвинутая на 90 градусов поднесущая кратковременно стробирует сигнал цветности каждые 280 наносекунд, а остальная часть процесса идентична той, которая используется для сигнала U.
Стробирование в любое другое время, кроме упомянутых выше, даст аддитивную смесь любых двух из U, V, -U или -V. Один из этих методов внеосевого (то есть, осей U и V) стробирования называется демодуляцией I/Q. Другой гораздо более популярной схемой внеосевого демодуляции была система демодуляции X/Z. Дальнейшее матричное преобразование [ требуется разъяснение ] восстановило исходные сигналы U и V. Эта схема была фактически самой популярной схемой демодулятора на протяжении 1960-х годов. [ требуется разъяснение ]
Вышеуказанный процесс использует поднесущую. Но, как упоминалось ранее, она была удалена перед передачей, и передается только цветность. Поэтому приемник должен восстановить поднесущую. Для этой цели короткий всплеск поднесущей, известный как цветовой сигнал, передается во время заднего крыльца (период гашения повторной трассировки) каждой строки сканирования. Генератор поднесущей в приемнике фиксируется на этом сигнале (см. фазовую автоподстройку частоты ) для достижения опорной фазы, в результате чего осциллятор создает восстановленную поднесущую. [i]
NTSC использует этот процесс в неизмененном виде. К сожалению, это часто приводит к плохому воспроизведению цвета из-за фазовых ошибок в полученном сигнале, вызванных иногда многолучевым распространением, но в основном плохой реализацией на студийном конце. С появлением твердотельных приемников, кабельного телевидения и цифрового студийного оборудования для преобразования в эфирный аналоговый сигнал эти проблемы NTSC были в значительной степени устранены, оставив ошибку оператора на студийном конце единственным недостатком цветопередачи системы NTSC. [ необходима цитата ] В любом случае, система PAL D (задержка) в основном исправляет такие ошибки, обращая фазу сигнала в каждой последующей строке и усредняя результаты по парам строк. Этот процесс достигается за счет использования линии задержки длительностью 1H (где H = частота горизонтальной развертки). [j] Таким образом, ошибки сдвига фазы между последовательными строками аннулируются, и амплитуда нужного сигнала увеличивается, когда два синфазных (совпадающих) сигнала повторно объединяются.
NTSC более эффективен в использовании спектра, чем PAL, обеспечивая большую детализацию изображения для заданной полосы пропускания. Это связано с тем, что сложные гребенчатые фильтры в приемниках более эффективны с 4- цветной последовательностью кадров NTSC по сравнению с 8-полевой последовательностью PAL. Однако, в конечном счете, большая ширина канала большинства систем PAL в Европе по-прежнему дает системам PAL преимущество в передаче большей детализации изображения.
В телевизионной системе SECAM сигналы U и V передаются поочередно с использованием простой частотной модуляции двух различных цветовых поднесущих.
В некоторых аналоговых цветных ЭЛТ-дисплеях, начиная с 1956 года, сигнал управления яркостью ( яркость ) подается на катодные соединения электронных пушек, а цветоразностные сигналы ( сигналы цветности ) подаются на соединения управляющих сеток. Эта простая техника смешивания матриц ЭЛТ была заменена в более поздних твердотельных конструкциях обработки сигналов на оригинальный метод матричного преобразования, используемый в цветных телевизионных приемниках 1954 и 1955 годов.
Синхронизирующие импульсы, добавляемые к видеосигналу в конце каждой строки сканирования и видеокадра, гарантируют, что генераторы развертки в приемнике остаются синхронизированными с передаваемым сигналом, так что изображение может быть восстановлено на экране приемника. [7] [8] [10]
Схема разделения синхроимпульсов определяет уровни напряжения синхронизации и сортирует импульсы на горизонтальную и вертикальную синхронизацию.
Горизонтальный синхроимпульс разделяет строки сканирования . Горизонтальный синхроимпульс представляет собой одиночный короткий импульс, который указывает на начало каждой строки. Остальная часть строки сканирования следует за ним, с сигналом в диапазоне от 0,3 В (черный) до 1 В (белый), до следующего горизонтального или вертикального синхроимпульса.
Формат горизонтального синхроимпульса различается. В 525-строчной системе NTSC это импульс длительностью 4,85 мкс при 0 В. В 625-строчной системе PAL импульс длительностью 4,7 мкс при 0 В. Это ниже амплитуды любого видеосигнала ( чернее черного ), поэтому его может обнаружить чувствительная к уровню схема синхроразделителя приемника.
Определены двухтактные интервалы – передний крыльцо между концом отображаемого видео и началом синхроимпульса и задний крыльцо после синхроимпульса и перед отображаемым видео. Они и сам синхроимпульс называются интервалом горизонтального гашения (или обратного хода ) и представляют собой время, в течение которого электронный луч в ЭЛТ возвращается к началу следующей строки дисплея.
Вертикальная синхронизация разделяет видеополя. В PAL и NTSC вертикальный синхроимпульс возникает в течение вертикального интервала гашения . Вертикальные синхроимпульсы создаются путем удлинения длины горизонтальных синхроимпульсов почти на всю длину строки развертки.
Вертикальный синхросигнал представляет собой серию гораздо более длинных импульсов, указывающих на начало нового поля. Синхроимпульсы занимают весь интервал ряда строк в начале и конце сканирования; во время вертикального обратного хода информация об изображении не передается. Последовательность импульсов предназначена для того, чтобы горизонтальная синхронизация могла продолжаться во время вертикального обратного хода; она также указывает, представляет ли каждое поле четные или нечетные строки в чересстрочных системах (в зависимости от того, начинается ли оно в начале горизонтальной строки или в середине).
Формат такого сигнала в 525-строчном NTSC :
Каждый предварительный или последующий выравнивающий импульс состоит из половины строки сканирования черного сигнала: 2 мкс при 0 В, за которыми следуют 30 мкс при 0,3 В. Каждый длинный синхроимпульс состоит из выравнивающего импульса с инвертированными временными интервалами: 30 мкс при 0 В, за которыми следуют 2 мкс при 0,3 В.
В видеопроизводстве и компьютерной графике изменения изображения часто выполняются во время вертикального интервала гашения , чтобы избежать видимого разрыва изображения. Если это изображение в буфере кадров обновляется новым изображением во время обновления дисплея, на дисплее отображается мешанина из обоих кадров, что приводит к разрыву страницы на полпути вниз по изображению.
Генераторы развертки (или отклонения) были разработаны для работы без сигнала от телевизионной станции (или видеомагнитофона, компьютера или другого источника композитного видео). Это позволяет телевизионному приемнику отображать растр и обеспечивать представление изображения во время размещения антенны. При достаточной силе сигнала схема разделения синхронизации приемника разделяла бы импульсы временной развертки из входящего видео и использовала бы их для сброса горизонтальных и вертикальных генераторов в соответствующее время для синхронизации с сигналом от станции.
Свободное колебание горизонтальной цепи особенно критично, поскольку горизонтальные отклоняющие цепи обычно питают строчный трансформатор (который обеспечивает ускоряющий потенциал для ЭЛТ), а также нити накала для высоковольтной выпрямительной трубки и иногда нити накала(ей) самой ЭЛТ. Без работы горизонтального генератора и выходных каскадов в этих телевизионных приемниках не было бы освещения лицевой панели ЭЛТ.
Отсутствие точных синхронизирующих компонентов в раннем оборудовании означало, что схемы временной развертки иногда нуждались в ручной настройке. Если их частоты свободного хода были слишком далеки от фактических частот строк и полей, схемы не могли отслеживать входящие сигналы синхронизации. Потеря горизонтальной синхронизации обычно приводила к тому, что изображение было невозможно смотреть; потеря вертикальной синхронизации приводила к тому, что изображение скатывалось вверх или вниз по экрану.
Старые аналоговые телевизионные приемники часто предоставляют ручное управление для регулировки горизонтальной и вертикальной синхронизации. Регулировка осуществляется в форме горизонтальной и вертикальной фиксации, обычно на передней панели вместе с другими распространенными элементами управления. Они регулируют частоты свободного хода соответствующих генераторов временной развертки.
Медленно движущееся вертикальное изображение демонстрирует, что вертикальный генератор почти синхронизирован с телевизионной станцией, но не захватывает ее, часто из-за слабого сигнала или сбоя в каскаде синхроразделителя, не сбрасывающего генератор.
Ошибки горизонтальной синхронизации приводят к тому, что изображение разрывается по диагонали и повторяется на экране, как будто оно намотано на винт или парикмахерский жезл; чем больше ошибка, тем больше копий изображения будет одновременно намотано на парикмахерский жезл.
К началу 1980-х годов эффективность схем синхронизации, а также внутренняя стабильность генераторов наборов были улучшены до такой степени, что эти элементы управления больше не были нужны. Интегральные схемы, которые устранили горизонтальный контроль удержания, начали появляться еще в 1969 году. [11]
Последние поколения аналоговых телевизионных приемников использовали конструкции на основе ИС, где временные базы приемника были получены из точных кварцевых генераторов. С этими наборами регулировка свободной частоты любого генератора развертки была ненужной и недоступной.
Горизонтальные и вертикальные элементы управления удержанием редко использовались в компьютерных мониторах на основе ЭЛТ, поскольку качество и согласованность компонентов к началу компьютерной эры были достаточно высокими, но их можно было встретить в некоторых композитных мониторах, использовавшихся в домашних или персональных компьютерах 1970–1980-х годов.
Тюнер — это объект, который с помощью антенны изолирует телевизионные сигналы, принимаемые по воздуху. В аналоговом телевидении есть два типа тюнеров: тюнеры VHF и UHF . Тюнер VHF выбирает телевизионную частоту VHF. Она состоит из видеополосы 4 МГц и аудиополосы около 100 кГц. Затем он усиливает сигнал и преобразует его в 45,75 МГц промежуточной частоты (ПЧ) амплитудно-модулированного видео и 41,25 МГц ПЧ частотно-модулированного аудиосигнала.
Усилители ПЧ центрированы на 44 МГц для оптимальной передачи частоты аудио- и видеонесущих. [k] Как и радио, телевидение имеет автоматическую регулировку усиления (АРУ). Она управляет усилением каскадов усилителя ПЧ и тюнера.
Видеоусилитель и выходной усилитель реализованы с использованием пентода или мощного транзистора . Фильтр и демодулятор разделяют видео 45,75 МГц от аудио 41,25 МГц, затем он просто использует диод для обнаружения видеосигнала. После видеодетектора видео усиливается и отправляется на синхроразделитель, а затем на кинескоп.
Аудиосигнал поступает на усилитель 4,5 МГц. Этот усилитель подготавливает сигнал для детектора 4,5 МГц. Затем он проходит через трансформатор ПЧ 4,5 МГц к детектору. В телевидении есть 2 способа обнаружения сигналов FM. Один способ — с помощью детектора отношения . Это просто, но очень сложно настроить. Следующий — относительно простой детектор. Это квадратурный детектор . Он был изобретен в 1954 году. Первой лампой, разработанной для этой цели, была лампа типа 6BN6. Она легко настраивается и проста в схемотехнике. Это была настолько хорошая конструкция, что она до сих пор используется в виде интегральной схемы. После детектора она идет в аудиоусилитель.
Синхронизация изображения достигается путем передачи отрицательных импульсов. [l] Горизонтальный синхросигнал представляет собой одиночный короткий импульс, который указывает на начало каждой строки. Определены двухтактные интервалы — передний крыльцо между концом отображаемого видео и началом синхроимпульса и задний крыльцо после синхроимпульса и перед отображаемым видео. Они и сам синхроимпульс называются интервалом горизонтального гашения (или обратного хода ) и представляют собой время, в течение которого электронный луч в ЭЛТ возвращается к началу следующей строки отображения.
Вертикальный синхросигнал представляет собой серию гораздо более длинных импульсов, указывающих на начало нового поля. Вертикальные синхроимпульсы занимают весь интервал строки в начале и конце сканирования; во время вертикального обратного хода информация об изображении не передается. Последовательность импульсов предназначена для того, чтобы горизонтальная синхронизация могла продолжаться во время вертикального обратного хода. [м]
Схема синхронизирующего сепаратора определяет уровни напряжения синхронизации, извлекает и обрабатывает сигналы, которые горизонтальные и вертикальные генераторы могут использовать для синхронизации с видео. Она также формирует напряжение АРУ.
Горизонтальные и вертикальные генераторы формируют растр на ЭЛТ. Они приводятся в действие синхронизирующим сепаратором. Существует много способов создания таких генераторов. Самым ранним является тиратронный генератор. Хотя он, как известно, дрейфует, он создает идеальную пилообразную волну. Эта пилообразная волна настолько хороша, что не требуется никакого контроля линейности. Этот генератор был разработан для ЭЛТ с электростатическим отклонением, но также нашел некоторое применение в ЭЛТ с электромагнитным отклонением. Следующим разработанным генератором был блокирующий генератор, который использует трансформатор для создания пилообразной волны. Он использовался только в течение короткого периода времени и никогда не был очень популярен. Наконец, мультивибратор был , вероятно, самым успешным. Он требовал большей настройки, чем другие генераторы, но он очень прост и эффективен. Этот генератор был настолько популярен, что использовался с начала 1950-х годов и по сей день.
Необходимы два усилителя генератора. Вертикальный усилитель напрямую управляет ярмом. Поскольку он работает на частоте 50 или 60 Гц и управляет электромагнитом, он похож на аудиоусилитель. Из-за требуемого быстрого отклонения для горизонтального генератора требуется мощный трансформатор строчной развертки, управляемый мощной лампой или транзистором. Дополнительные обмотки на этом трансформаторе строчной развертки обычно питают другие части системы.
_and_line_(64%C2%B5s)_decoding.jpg/1280px-PAL_signal_frame_(20ms)_and_line_(64%C2%B5s)_decoding.jpg)
Потеря горизонтальной синхронизации обычно приводит к искажению изображения и невозможности его просмотра; потеря вертикальной синхронизации приводит к тому, что изображение смещается вверх или вниз по экрану.
В аналоговом приемнике с дисплеем на ЭЛТ синхроимпульсы подаются на горизонтальные и вертикальные схемы развертки (обычно называемые схемами развертки в Соединенных Штатах), каждая из которых состоит из осциллятора и усилителя. Они генерируют модифицированные пилообразные и параболические формы тока для сканирования электронного луча. Инженерные формы формы сигнала необходимы для компенсации изменений расстояния от источника электронного луча до поверхности экрана. Осцилляторы спроектированы для свободного хода на частотах, очень близких к частотам поля и строк, но синхроимпульсы заставляют их сбрасываться в начале каждой строки или поля сканирования, что приводит к необходимой синхронизации развертки луча с исходным сигналом. Выходные формы сигналов от усилителей развертки подаются на горизонтальные и вертикальные отклоняющие катушки, обернутые вокруг трубки ЭЛТ. Эти катушки создают магнитные поля, пропорциональные изменяющемуся току, и они отклоняют электронный луч по экрану.
В 1950-х годах питание для этих схем получалось напрямую от сети. Простая схема состояла из последовательного резистора понижения напряжения и выпрямителя . Это позволяло избежать затрат на большой трансформатор высокого напряжения (50 или 60 Гц) . Это было неэффективно и производило много тепла.
В 1960-х годах полупроводниковая технология была введена в схемы временной развертки. В конце 1960-х годов в Великобритании синхронная (со скоростью сканирования строк) генерация энергии была введена в конструкции твердотельных приемников. [12]
В Великобритании использование простых (50 Гц) типов цепей питания было прекращено, поскольку были введены схемы переключения на основе тиристоров . Причина изменений в конструкции возникла из-за проблем загрязнения электропитания, возникающих из-за электромагнитных помех , и проблем с нагрузкой питания из-за того, что энергия берется только из положительного полупериода формы сигнала сетевого питания. [13]
Большая часть схемы приемника (по крайней мере, в конструкциях на основе транзисторов или ИС ) работает от сравнительно низковольтного источника постоянного тока . Однако для правильной работы анодного соединения электронно-лучевой трубки требуется очень высокое напряжение (обычно 10–30 кВ).
Это напряжение не вырабатывается напрямую основной схемой источника питания; вместо этого приемник использует схему, используемую для горизонтальной развертки. Постоянный ток (DC) переключается через выходной трансформатор линии, а переменный ток (AC) индуцируется в катушках сканирования. В конце каждой горизонтальной строки сканирования магнитное поле , которое было создано как в трансформаторе, так и в катушках сканирования током, является источником скрытой электромагнитной энергии. Эта накопленная энергия схлопывающегося магнитного поля может быть захвачена. Обратный поток, кратковременный (около 10% времени сканирования линии) ток как от выходного трансформатора линии, так и от горизонтальной катушки сканирования снова разряжается в первичную обмотку трансформатора обратного хода с помощью выпрямителя, который блокирует эту противоэлектродвижущую силу . Небольшой конденсатор подключается через устройство переключения сканирования. Это настраивает индуктивности схемы на резонанс на гораздо более высокой частоте. Это удлиняет время обратного хода из-за чрезвычайно быстрой скорости затухания, которая возникла бы, если бы они были электрически изолированы в течение этого короткого периода. Одна из вторичных обмоток на трансформаторе обратного хода затем подает этот короткий импульс высокого напряжения на генератор Кокрофта-Уолтона, умножитель напряжения . Это создает требуемое высоковольтное питание. Преобразователь обратного хода представляет собой схему питания, работающую по схожим принципам.
Типичная современная конструкция объединяет трансформатор обратного хода и схему выпрямителя в единое устройство с выходным выводом, известное как выходной трансформатор с диодным разделением линии или интегрированный высоковольтный трансформатор (IHVT), [14] , так что все высоковольтные части закрыты. Более ранние конструкции использовали отдельный выходной трансформатор линии и хорошо изолированный высоковольтный умножитель. Высокая частота (около 15 кГц) горизонтальной развертки позволяет использовать достаточно малые компоненты.
Во многих странах эфирное вещание аналоговых аудио- и видеосигналов было прекращено, чтобы позволить повторно использовать радиочастотный спектр телевизионного вещания для других услуг.
Первой страной, осуществившей массовый переход на цифровое эфирное (наземное) вещание, был Люксембург в 2006 году, за которым в 2006 году последовали Нидерланды. [15] Переход на цифровое телевидение в Соединенных Штатах для мощной передачи был завершен 12 июня 2009 года, в дату, установленную Федеральной комиссией по связи (FCC). Почти два миллиона домохозяйств больше не могли смотреть телевизор, поскольку они не были готовы к переходу. Переход был отложен Законом о задержке цифрового телевидения . [16] В то время как большинство зрителей эфирного телевидения в США смотрят станции полной мощности (их насчитывается около 1800), в США есть еще три категории телевизионных станций: маломощные вещательные станции, станции класса А и телевизионные трансляционные станции . Им были даны более поздние сроки.
В Японии переход на цифровое вещание начался в северо-восточной префектуре Исикава 24 июля 2010 года и завершился в 43 из 47 префектур страны (включая остальную часть Исикавы) 24 июля 2011 года, но в префектурах Фукусима , Иватэ и Мияги переход был отложен до 31 марта 2012 года из-за осложнений, вызванных землетрясением и цунами в Тохоку в 2011 году , а также связанными с ними ядерными авариями . [17]
В Канаде большинство крупных городов отключили аналоговое вещание 31 августа 2011 года. [18]
Китай планировал прекратить аналоговое вещание в период с 2015 по 2021 год. [19]
Бразилия перешла на цифровое телевидение 2 декабря 2007 года в Сан-Паулу. В 2017 году предполагалось, что Бразилия прекратит аналоговое вещание по всей стране в 2023 году. [ требуется обновление ] [20]
В Малайзии Комиссия по коммуникациям и мультимедиа Малайзии объявила о тендерных заявках, которые должны были быть поданы в третьем квартале 2009 года на распределение УВЧ от 470 до 742 МГц , чтобы позволить системе вещания Малайзии перейти на DTV. Новое распределение диапазона вещания привело бы к тому, что Малайзии пришлось бы построить инфраструктуру для всех вещателей, используя один канал цифрового наземного телевидения . [ необходима цитата ] Большие части Малайзии охвачены телевизионными трансляциями из Сингапура, Таиланда, Брунея и Индонезии (с Борнео и Батама). Начиная с 1 ноября 2019 года все регионы Малайзии больше не использовали аналоговую систему после того, как штаты Сабах и Саравак окончательно отключили ее 31 октября 2019 года. [21]
В Сингапуре цифровое телевидение в формате DVB-T2 началось 16 декабря 2013 года. Переход откладывался много раз, пока аналоговое телевидение не было отключено в полночь 2 января 2019 года. [22]
На Филиппинах Национальная комиссия по телекоммуникациям потребовала от всех вещательных компаний прекратить аналоговое вещание 31 декабря 2015 года в 23:59. Из-за задержки выпуска правил и положений по внедрению цифрового телевизионного вещания целевая дата была перенесена на 2020 год. Полное цифровое вещание ожидалось в 2021 году, а все аналоговые телевизионные службы должны были быть закрыты к концу 2023 года. [23] Однако в феврале 2023 года NTC отложила переход ASO/DTV до 2025 года из-за того, что многие провинциальные телевизионные станции не были готовы начать свои цифровые телевизионные передачи. [ необходима цитата ]
В Российской Федерации Российская телевизионная и радиовещательная сеть (РТРС) отключила аналоговое вещание федеральных каналов в пять этапов, на каждом этапе прекращая вещание в нескольких субъектах Федерации . Первым регионом, в котором аналоговое вещание было отключено, стала Тверская область 3 декабря 2018 года, а переход был завершен 14 октября 2019 года. [24] В период перехода инвалидам, ветеранам Великой Отечественной войны, некоторым категориям пенсионеров и домохозяйствам с доходом на одного члена ниже прожиточного минимума были предоставлены приемники DVB-T2 и денежные компенсации на приобретение оборудования для приема наземного или спутникового цифрового телевидения. [25]
