4. Spectrul de frecvenţe al semnalului video

4. Spectrul de frecvenţe al semnalului video
Cunoaşterea caracteristicilor în domeniul frecvenţă ale semnalului video
asigură, pe de o parte, obţinerea în mod eficient a unei imagini de calitate bună, şi, pe
de altă parte, posibilitatea de a introduce semnale suplimentare în banda ocupată de
semnalul video. Structura particulară a spectrului de frecvenţe al semnalului video
permite şi este folosită pentru transmiterea informaţiei de crominanţă în sistemele TV
în culori actuale, precum şi a unor date suplimentare de interes general, de exemplu
sistemul de tip teletext.
4.1. Componenta medie a semnalului video
Semnalul video eV(t) conţine pe lângă componenta variabilă ev(t), care reflectă
conţinutul imaginii, şi o componentă continuă EV (denumită şi componentă medie),
care reflectă informaţia referitoare la valoarea medie a luminanţei imaginii pe o
anumită durată de timp, adică:
e
V
TH
() t = E + e () t = e () t ⋅ d t + e () t
V
v
1
T
H
∫
0
V
v
(4.1)
Componenta medie variază la schimbarea conţinutului imaginii, dar se
modifică şi în funcţie de iluminarea scenei captate.
În televiziune, trebuie evitate imaginile ale căror luminanţă medie variază cu o
frecvenţă mai mare de 3 Hz, deoarece imaginile redate sunt percepute cu un efect
supărător de licărire. Din acest motiv, domeniul de frecvenţe al componentei medii este
limitat la (0 ÷ 3) Hz.
Dificultăţile tehnice legate de realizarea unui sistem de televiziune, care să fie
echivalent cu un circuit de curent continuu, pentru a putea transmite componenta
medie, au determinat dezvoltarea tehnicii televiziunii pe baza cuplajului prin
condensator. Componenta medie a semnalului video, blocată de condensatorul de
cuplaj, poate fi redată semnalului video în orice punct al canalului video, unde este
necesară prezenţa sa, cu ajutorul unor circuite speciale, denumite circuite de fixare (de
aliniere) a nivelului. Acest lucru este posibil datorită prezenţei în semnalul video

54
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
complex a nivelului impulsurilor de stingere, care nu este dependent de conţinutul
imaginii.
Pierderea componentei medii a semnalului video are implicaţii atât asupra
calităţii imaginii redate, cât şi asupra sistemului de transmisie.
Pentru a scoate în evidenţă efectul pierderii componentei medii, se are în
vedere explorarea a două imagini limită din punct de vedere al nivelului de
luminanţă şi deci al valorii componentei medii: una formată dintr-o bară
verticală albă pe fond negru, iar cealaltă - o bară verticală neagră pe fond alb
(fig. 4.1). Pentru linia de explorare x→x', se prezintă în figura 4.1.a semnalul
video complex cu componentă continuă, iar în figura 4.1.b - acelaşi semnal fără
componentă continuă. Valoarea medie a semnalului video complex s-a stabilit astfel
încât suprafeţele simplu haşurate şi, respectiv, dublu haşurate să fie egale pe perioada
în care conţinutul imaginii nu se schimbă. Din exemplul prezentat, se constată că în
lipsa componentei continue nivelurile impulsurilor de stingere şi de sincronizare
precum şi nivelurile de referinţă pentru negru şi alb din semnalul video complex nu se
menţin la aceeaşi valoare, ci se modifică în funcţie de conţinutul imaginii.
a.
EV1
b.
eV
0
eV-EV1
(1)
x x’
TH
ev(t)
0
Nivelul de
negru
Nivelul de
sincronizare
Nivelul
de alb
ev(t)
EV=0
Nivelul de alb
t
t
Nivelul de
stingere
Nivelul de
negru
eV
eV-EV2
0 t
0
(2)
x x’
TH
ev(t)
Nivelul de alb
EV=0
ev(t)
Nivelul de
negru
EV2 >> EV1
Nivelul de
stingere
Nivelul de
sincronizare
t
Nivelul de stingere
Nivelul de sincronizare
Fig. 4.1. Efectul pierderii componentei medii: (1), (2) imaginile explorate;
a) semnalele video complex cu componentă medie;
b) semnalele video complex fără componentă medie.

4.1 - Componenta medie a semnalului video
Consecinţele netransmiterii componentei medii sunt următoarele:
� Reproducerea unei imagini pe baza semnalelor video fără componentă
continuă determină alterarea redării nuanţelor de gri şi a nuanţelor de culoare ale
regiunilor din imagine. De exemplu, nivelul de negru din prima imagine şi cel de alb
din a doua imagine sunt redate prin niveluri de gri foarte apropiate.
� Mărirea gamei dinamice a semnalului video complex (în medie de 1,5 ori),
deci şi a canalului de transmisie.
� Alterarea nivelurilor de gri şi a culorilor în circuitele neliniare de
corecţie, în conversia analog-digitală etc.
� Faptul că impulsurile de stingere nu sunt aliniate la acelaşi nivel
perturbă funcţionarea unor circuite din canalul video al camerei TV: circuitul de
adăugare a impulsurilor de sincronizare la semnalul video, circuitul de corecţie
de gamma, circuitul de limitare a nivelului de alb etc. De asemenea, are loc o
perturbare a funcţionării unor circuite din receptorul TV: circuitul de reglare
automată a amplificării, circuitul de separare a impulsurilor de sincronizare etc.
Pentru a se asigura o redare optimă a imaginii pe ecranul tubului cinescop,
adică imaginea să prezinte o luminanţă şi un contrast maxim, receptorul TV este
prevăzut cu două reglaje: un reglaj de luminanţă (strălucire) şi un reglaj de contrast. În
acest fel se asigură redarea corectă a nivelurilor de luminanţă pe ecranul tubului
cinescop.
În cele ce urmează, se prezintă rolul celor două reglaje şi efectul lor asupra
redării corecte a nivelurilor de luminanţă din imaginea originală.
Întrucât tubul cinescop este comandat de către semnalul video complex între
grila de comandă şi catod, acesta este definit, în cele ce urmează, prin caracteristica sa
de transfer, prezentată în figura 4.2. Ea exprimă dependenţa dintre tensiunea aplicată
între grila de comandă şi catod, , adică tensiunea de modulaţie în intensitate a
u 1
g k
fasciculului de electroni care bombardează ecranul, şi luminanţa ecranului, L.
Luminanţa imaginii redate este maximă, de valoare Lmax , dacă nivelul de alb
din imagine stabileşte punctul de funcţionare al tubului cinescop, pe caracteristica sa de
transfer, în punctul A, caracterizat printr-un curent de fascicul, if , optim din punct de
vedere al luminanţei ecranului şi al duratei de viaţă a tubului cinescop.
Contrastul în imagine este maxim dacă nivelul de negru din imagine
deplasează punctul de funcţionare al tubului cinescop, pe caracteristica de transfer, din
A în N. Cu alte cuvinte, contrastul în imagine este maxim dacă se utilizează întreaga
porţiune a caracteristicii de transfer, între punctele A şi N, şi are valoarea K= Lmax /Lmin.
Cazul prezentat în figura 4.2.a corespunde unei redări corecte a nivelurilor de
luminanţă din imaginea originală: alb, 4 niveluri (tonuri) de gri şi negru, corespunzător
unei imagini formate din şase bare verticale. Nivelul de stingere determină blocarea
("stingerea") fasciculului de electroni (punctul B).
55

56
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
Prin reglajul de luminanţă se asigură, de fapt, reglarea negativării grilei de
comandă a tubului cinescop faţă de catod, adică se adaugă o componentă continuă
negativă semnalului video complex aplicat între grila de comandă şi catod. Dacă se are
în vedere cazul prezentat în figura 4.2.b, prin reglajul de luminanţă se face o translatare
a semnalului video complex spre stânga, faţă de caracteristica de transfer. Se constată o
redare necorectă a nivelurilor de luminanţă din imaginea originală. Nu este redat
nivelul de alb, fiind redate 3 niveluri de gri şi nivelul de negru. Cu alte cuvinte,
imaginea redată conţine trei bare verticale de gri şi trei bare de negru. Pentru o tensiune
de negativare suficient de mare a grilei de comandă faţă de catod, nu mai sunt redate
nici nivelurile de gri, imaginea fiind întunecată.
Prin reglajul de contrast se asigură, de fapt, reglarea amplitudinii vârf la vârf a
semnalului de luminanţă, prin reglarea amplificării unui etaj amplificator, numit
amplificator de luminanţă. Dacă se are în vedere cazul prezentat în figura 4.2.c, prin
reglajul de contrast s-a mărit amplitudinea semnalului de luminanţă. Se constată o
redare necorectă a nivelurilor de luminanţă din imaginea originală. Sunt redate doar
două niveluri de gri pe lângă nivelurile de alb şi negru. Cu alte cuvinte, imaginea
redată conţine două bare verticale albe, două bare de gri şi două bare de negru.
Fig. 4.2. Redarea nivelurilor de luminanţă pe ecranul tubului cinescop:
a) redarea optimă a imaginii; b) efectul reglajului de luminanţă;
c) efectul reglajului de contrast.

4.1 - Componenta medie a semnalului video
Acţionând pe rând cele două reglaje, de luminanţă şi de contrast, se poate
asigura aplicarea corectă a semnalului video complex la electrodul de comandă al
tubului cinescop, adică nivelul de alb să corespundă luminanţei maxime (punctul A) şi
nivelul de negru – luminanţei minime (punctul N).
-ug k
1
Nivel de stingere
(blocare)
(1)
(2)
Nivel de negru
B N
-Ug k
1
A
EV1-EV2
t
L
0
if
Lmax
Lmin
(1) (2)
Nivel de alb
Fig. 4.3. Redarea incorectă a nivelurilor de luminanţă pe ecranul
tubului cinescop în lipsa componentei continue.
În figura 4.3 se scoate în evidenţă faptul că nu este posibilă redarea corectă a
nivelurilor de luminanţă din imaginea originală, pe ecranul tubului cinescop, în cazul în
care se comandă tubul cinescop între grila de comandă şi catod cu un semnal video
complex fără componentă continuă. Pentru a exemplifica acest lucru, în figura 4.3 se
prezintă redarea pe un tub cinescop a imaginilor (1) şi (2), definite prin semnalul video
complex fără componentă continuă (v. fig.4.1.b).
Printr-o reglare corespunzătoare a negativării grilei de comandă faţă de catod
(- U
g ) şi a amplitudinii semnalului video complex, folosind în acest scop reglajele de
1k
luminanţă şi, respectiv, de contrast ale receptorului TV, se poate asigura aplicarea
corectă a semnalului video complex, corespunzător imaginii (1), la electrodul de
t
57

58
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
comandă al tubului de cinescop, adică nivelul de alb să corespundă luminanţei maxime
Lmax (punctul A) şi nivelul de negru – luminanţei minime Lmin (punctul N). Cu alte
cuvinte, printr-o reglare corespunzătoare a luminanţei şi a contrastului se poate asigura
redarea optimă a imaginii (contrast şi luminanţă maximă), adică utilizarea întregii
porţiuni (între punctele A şi N) a caracteristicii de transfer a tubului cinescop.
Dacă pentru aceeaşi poziţie a reglajelor de luminanţă şi de contrast, se aplică la
electrodul de comandă al tubului cinescop semnalul video complex corespunzător
imaginii (2), se constată o redare necorespunzătoare a imaginii, în sensul că suprafeţele
de alb din imaginea originală vor fi redate prin suprafeţe de gri pe ecranul tubului
cinescop.
În concluzie, pierderea componentei continue conduce la distorsiuni de gradaţii
de luminanţă în imaginea redată. Cu cât componenta continuă care se pierde este de
valoare mai mare, cu atât mai puţine trepte de luminanţă (de gri) sunt redate, iar albul
este deplasat spre negru.
Din punct de vedere al efectului obţinut pe ecranul tubului cinescop, pierderea
componentei continue este echivalentă cu creşterea negativării grilei de comandă faţă
de catod, cu o valoare egală cu valoarea componentei continue pierdute (EV1–EV2 în
cazul imaginilor din fig. 4.1).
Întrucât amplificatorul video din receptoarele TV este format din cel mult două
etaje, acesta este prevăzut cu cuplaj în curent continuu între etaje. În acest caz, pentru
redarea pe ecranul tubului cinescop a luminanţei medii a imaginii originale, este
necesară prezenţa componentei continue în semnalul video complex obţinut după
demodulatorul video. Ca urmare, semnalul video complex, care modulează la emisie
purtătoarea de imagine, trebuie să conţină componenta continuă.
În general, trebuie restabilită componenta medie a semnalului video înaintea
oricărei prelucrări de semnal din canalul video al camerei TV: adăugarea impulsurilor
de sincronizare la semnalul video, corecţia de gamma, corecţia de apertură, limitarea
nivelului de alb, conversia analog-digitală.
4.2. Restabilirea componentei medii a semnalului video
Metoda restabilirii componentei medii a semnalului video se bazează pe
fixarea comandată a nivelului de stingere (palierul fiecărui impuls de stingere linii de
după impulsul de sincronizare) la o valoare bine stabilită. Acest lucru este posibil
datorită prezenţei în semnalul video complex a nivelului impulsurilor de stingere, care
există independent de conţinutul imaginii.
Schema de principiu a unui circuit de fixare comandată a nivelului de stingere
este prezentată în figura 4.4.a. Circuitul constă din condensatorul C, comutatorul K cu
conducţie bidirecţională şi sursa de referinţă EF. Comutatorul lucrează în regim de
comutare, indiferent de valoarea şi polaritatea tensiunii EF, pe care se fixează nivelul de
stingere al semnalului video.

4.2 - Restabilirea componentei medii a semnalului video 59
Fig. 4.4. Restabilirea componentei medii a semnalului video prin fixarea
comandată a nivelului de stingere: a) schema de principiu a unui
circuit de fixare comandată; b) SVC fără componentă medie;
c) SVC cu componentă medie.
În cele ce urmează se prezintă funcţionarea circuitului de fixare a nivelului, cu
referire la oscilogramele din figura 4.4, unde s-au avut în vedere cele două situaţii
prezentate în figura 4.1.b.
La aplicarea impulsului de comandă ucd , care acţionează pe timpul transmiterii
palierului posterior al impulsului de stingere, comutatorul K este închis. Ca urmare:

60
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
� Tensiunea la ieşirea circuitului de restabilire a componentei medii a
semnalului video, în cazul în care se neglijează căderea de tensiune pe comutator, este:
u = EF (4.2)
IE
� Condensatorul C se încarcă sau se descarcă (în funcţie de sensul de variaţie
a componentei continue) prin rezistenţa de ieşire a sursei de semnal, RIE, şi rezistenţa
comutatorului K, RK.
Întrucât, în cazurile prezentate în figura 4.4.b, valoarea tensiunii EF este mai
mare decât valoarea nivelului de stingere din semnalul video, condensatorul se încarcă
cu polaritatea din figură; în primul caz la tensiunea:
UC1 = EF – u IN = EF – (-USt1) = EF + USt1 (4.3)
iar în al doilea caz:
UC2 = EF – (-USt2) = EF + USt2 (4.4)
Pentru a putea prelua variaţia componentei continue pe durata impulsului de
comandă tC
, trebuie satisfăcută condiţia [6]:
C ּ(RIE + RK) ≤ tC
/ 2,3 (4.5)
ceea ce impune folosirea unei surse de semnal video cu rezistenţă de ieşire mică.
Între două impulsuri de comandă, comutatorul K fiind deschis, tensiunea pe
condensator variază foarte puţin, cu condiţia ca rezistenţa de intrare a etajului
separator, RIN, să fie foarte mare, adică să fie îndeplinită condiţia [6]:
C·RIN ≥ 100 (TH – tC
) (4.6)
În aceste condiţii, tensiunile la ieşirea circuitului, în cele două cazuri
prezentate în figura 4.4.b, sunt:
( − + e ( t)
) + ( E + U ) = E + e ( t)
u IE = u IN + uC
= U St1 v
F St1 F v
(4.7)
( − + e ( t)
) + ( E + U ) = E + e ( t)
u IE = u IN + uC
= U St2 v
F St2 F v
(4.8)
rezultând o fixare a nivelului de stingere pe tensiunea EF şi, astfel, o restabilire a
componentei continue în semnalul video.
Trebuie menţionat că, prin acţiunea lor, circuitele de fixare a nivelului elimină
din semnalul video semnalele perturbatoare de joasă frecvenţă suprapuse peste
semnalul util, cum ar fi brumul de reţea cu frecvenţa de 50 Hz, dacă acestea s-au mixat
aditiv în diferite puncte ale canalului video, spre exemplu, la transmiterea semnalului
video complex pe cabluri coaxiale lungi, ce leagă camera TV de monitoarele TV întrun
sistem TV în circuit închis. Din acest motiv, la intrarea video din monitorul TV

4.3 - Limitele de frecvenţă ale spectrului semnalului video
găsim un circuit de fixare a nivelului, fără a fi necesar din punct de vedere al restabilirii
componentei medii.
4.3. Limitele de frecvenţă ale spectrului semnalului video
Definiţia unei imagini este o mărime care caracterizează calitatea reproducerii
detaliilor fine într-o imagine. O imagine cu definiţie mică se caracterizează prin faptul
că îi lipseşte claritatea şi contrastarea. Definiţia unei imagini de televiziune depinde de
puterea de rezoluţie a sistemului de televiziune, adică de capacitatea lui de a discerne,
transmite şi reda detaliul fin prezent în imaginea televizată.
Puterea de rezoluţie a unui sistem TV depinde de calitatea echipamentelor de
televiziune, adică de rezoluţia camerei TV şi a receptorului TV. Cu alte cuvinte,
puterea de rezoluţie a unui sistem TV depinde de:
� performanţele dispozitivului videocaptor (numărul şi dimensiunea
elementelor de acumulare utilizate pe suprafaţa matriceală a secţiunii "imagine" a
CCD-lui) şi ale tubului cinescop (dimensiunea fasciculelor de explorare);
� rezoluţia pe verticală a sistemului TV, care este determinată de numărul de
linii de explorare al sistemului;
� rezoluţia pe orizontală a sistemului TV, care este determinată de lăţimea de
bandă a canalului video.
4.3.1. Rezoluţia pe verticală a sistemului TV
Rezoluţia pe verticală caracterizează capacitatea unui sistem TV de a discerne
linii de definiţie orizontale în imaginea televizată (figura 4.5), adică linii succesiv negre
şi albe având lăţimea determinată de limita de rezoluţie pe verticală, adică egală cu
pasul de explorare δ, unde δ = h / Za .
Definiţia maximă pe verticală depinde de numărul liniilor de explorare active
Za dintr-un cadru de imagine, întrucât pot fi redate cel mult Za linii de definiţie
orizontale. Cu alte cuvinte, într-o imagine pot fi redate pe verticală cel mult Za
elemente de imagine (detalii la limita de rezoluţie).
În realitate rezoluţia pe verticală este mai mică, fiind afectată, în cazul tubului
cinescop, de diametrul finit al fasciculului de explorare şi de calitatea întreţeserii
explorării, iar în cazul unui dispozitiv videocaptor, de dimensiunea elementelor de
acumulare de pe suprafaţa matriceală a CCD-lui.
Pentru a evidenţia felul în care dimensiunea elementului de explorare afectează
rezoluţia pe verticală, se au în vedere situaţiile limită prezentate în figura 4.5. Imaginile
conţin Za linii de definiţie orizontale, supuse procesului de explorare cu un element de
explorare având dimensiunea egală cu pasul de explorare δ.
61

62
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
Linie de
rastru
δ
Element de
explorare δ
Imagine
analizată
δ
RVmax = Za RVmin = 0
a. b.
c.
Imagine
redată
Imagine
analizată
Linii de definiţie
d.
Imagine
redată
Fig. 4.5. Dependenţa rezoluţiei pe verticală de poziţia detaliilor faţă de traiectoria
elementului de explorare (liniile de rastru).
În figura 4.5.a se prezintă situaţia limită în care elementul de explorare este
aliniat perfect cu fiecare linie de definiţie, adică pentru fiecare linie de explorare există
o linie de definiţie. În acest caz rezoluţia pe verticală este maximă, fiind egală cu
numărul de linii de explorare active Za din cadrul de imagine.
În figura 4.5.b se consideră situaţia limită în care elementul de explorare este
focalizat perfect pe joncţiunea unei linii negre cu una albă, respectiv, a unei linii albe
cu una neagră. Semnalul obţinut la ieşire va rezulta ca o integrare a efectelor datorate
explorării simultane a informaţiilor conţinute în cele două linii de definiţie. Imaginea
redată pe ecran este de luminanţă constantă pe întreaga suprafaţă (un gri uniform). Ne
fiind redată nici o linie de definiţie, în acest caz rezoluţia pe verticală este minimă,
zero linii.
Având în vedere situaţiile prezentate în figura 4.5, se constată dependenţa
rezoluţiei pe verticală de poziţia detaliilor (situate la limita de rezoluţie) faţă de
traiectoria elementului de explorare.
In situaţia prezentată în figura 4.5.c, rezoluţia pe verticală este maximă, fiind
necesară o linie de explorare pentru identificarea detaliului (elementului de imagine).
Dacă detaliul vertical este în una din poziţiile prezentate în figura 4.5.d, el nu
mai este redat corect, prezentând lăţime dublă pe verticală şi luminanţă mai mare.
Pentru primul caz, când lăţimea detaliului este egală cu δ şi detaliul este deplasat cu
2δ

4.3 - Limitele de frecvenţă ale spectrului semnalului video 63
δ/2 faţă de linia de explorare, rezoluţia scade la jumătate, fiind necesare două linii de
explorare pentru identificarea detaliului. În al doilea caz, când lăţimea detaliului este
egală cu 1,5 δ, rezoluţia reală pe verticală scade cu 25%, fiind necesare tot două linii
pentru identificarea detaliului (lăţimea detaliului vertical fiind 2 δ).
Întrucât poziţia elementului de explorare este aleatoare în raport cu detaliile
verticale, situate la limita de rezoluţie, pentru estimarea numărului de detalii verticale
ce pot fi redate într-un cadru de imagine trebuie avut în vedere un factor de corecţie k,
denumit factor Kell. Experimental s-a stabilit pentru factorul Kell o valoare cuprinsă
între 0,64÷ 0,85.
În concluzie, rezoluţia pe verticală a unui sistem de televiziune se
estimează cu relaţia:
RV = k·Za (4.9)
şi are o valoare medie de RV ≅ 0,7⋅575 = 402 linii de definiţie pentru norma europeană
cu Z = 625 linii de explorare.
4.3.2. Rezoluţia pe orizontală a sistemului TV
Rezoluţia pe orizontală caracterizează capacitatea unui sistem TV de a
discerne linii verticale în imaginea televizată. Când se spune că un sistem TV discerne
NH linii de definiţie pe orizontală, această valoare este raportată la o lăţime egală cu
înălţimea cadrului vizibil. Prin urmare, pe întreaga lungime a ecranului există p·NH
linii de definiţie, unde p este raportul de aspect al imaginii (figura 4.6).
Definiţia imaginii pe orizontală depinde de lărgimea de bandă a canalului
video al sistemului TV. Cu cât lărgimea de bandă a canalului video este mai mare, cu
atât definiţia imaginii este mai bună.
În aceste condiţii, rezoluţia pe orizontală a unui sistem TV poate fi mai mare
decât rezoluţia pe verticală. Pe de altă parte, dacă lărgimea de bandă a canalului video
al sistemului TV nu este suficient de largă, are loc o limitare a rezoluţiei pe orizontală,
ceea ce afectează claritatea imaginii.
În cele ce urmează se evidenţiază legătura între lărgimea de bandă a canalului
video şi rezoluţia pe orizontală a unui sistem TV, cu referire la definirea rezoluţiei pe
orizontală prezentată în figura 4.6.
În urma procesului de explorare a unei linii din imagine se obţine semnalul
video eV(t), care prezintă o formă de variaţie sinusoidală, cu toate că variaţia luminanţei
este de formă dreptunghiulară, datorită dimensiunii finite a elementului de explorare şi
a dimensiunii barelor verticale la limita de rezoluţie.

64
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
h
eV
2τ
h
NH linii de definiţie
pNH linii de definiţie
l
Linii de
definiţie
Fig. 4.6. Definirea rezoluţiei pe orizontală şi forma semnalului video.
În aceste condiţii, frecvenţa maximă a semnalului video, rezultat prin analiza
imaginii din figura 4.6, având în vedere că perioada semnalului este 2τ, se determină
cu relaţia:
1
f V max =
(4.10)
2τ
unde τ este durata explorării unei bare verticale, adică:
t
aH
τ = (4.11)
pN H
taH fiind durata cursei active pe orizontală.
Ca urmare, între frecvenţa video maximă a semnalului imagine, adică lărgimea
de bandă a canalului video al sistemului TV şi rezoluţia pe orizontală rezultă relaţia:
B
VF
p
= fV
max = N H
(4.12)
2t
aH
În concluzie, rezoluţia pe orizontală este determinată de lărgimea de bandă a
canalului video al sistemului TV, dar este limitată de dimensiunea elementului de
explorare. Cu alte cuvinte, sistemul TV nu poate reda pe orizontală linii de definiţie de
lăţime lb ≤ d/2, în raport cu dimensiunea elementului de explorare, chiar dacă canalul
t

4.3 - Limitele de frecvenţă ale spectrului semnalului video 65
video are o bandă suficient de largă. În cazul în care lăţimea a două linii de definiţie
devine egală cu dimensiunea elementului de explorare, imaginea redată pe ecran este
de luminanţă constantă pe întreaga suprafaţă, adică un gri uniform (v. fig. 3.2).
Pentru ca un sistem TV cu 625 linii de explorare şi un raport de aspect de 4:3
să prezinte o rezoluţie pe orizontală de NH = 780 linii de definiţie, este necesar ca
lărgimea de bandă a canalului video să fie de BVF = 10 MHz. Fiecare MHz în lărgimea
de bandă a canalului video asigură o creştere a definiţiei imaginii pe orizontală cu 78
linii de definiţie.
Prin mărirea rezoluţiei pe verticală, creşte viteza de explorare a unei linii, ceea
ce determină micşorarea duratei de explorare a liniei active, taH , şi, deci, creşterea
lărgimii de bandă a canalului video pentru aceeaşi rezoluţie pe orizontală. Acesta a fost
principalul motiv care a limitat superior numărul liniilor de explorare dintr-un cadru de
imagine.
De asemenea, se constată că în cazul explorării liniare progresive, datorită
vitezei de explorare pe durata cursei active, de două ori mai mare decât în cazul
explorării liniare întreţesute, rezultă o lărgime de bandă pentru canalul video de două
ori mai mare decât în cazul explorării întreţesute, pentru aceeaşi definiţie a imaginii pe
verticală şi pe orizontală. Acesta a fost motivul pentru care nu s-a folosit iniţial
explorarea liniară progresivă.
4.3.3. Frecvenţa minimă şi maximă din spectrul semnalului video
În televiziunea radiodifuzată, un parametru important este lărgimea benzii de
frecvenţe ocupată de semnalul video, care determină lărgimea canalului de televiziune.
Din punctul de vedere al canalului de televiziune, este de dorit ca frecvenţa
video maximă să fie cât mai mică, pe când, din punctul de vedere al calităţii imaginii,
pentru a asigura o rezoluţie pe orizontală cât mai bună, este de dorit ca frecvenţa video
maximă să fie cât mai mare.
O reducere a frecvenţei video maxime, rezultată din condiţia realizării unor
rezoluţii egale pe orizontală şi pe verticală, asigură obţinerea unei soluţii optime atât
din punctul de vedere al lărgimii canalului TV cât şi al calităţii imaginii.
Frecvenţa video minimă se obţine la explorarea unei imagini cu cel mic
conţinut de detalii. Se au în vedere următoarele imagini:
� Imaginea cu luminanţă constantă pe întreaga suprafaţă, reprezentată printrun
semnal, de asemenea, constant de-a lungul unei linii, care este, de fapt, componenta
medie a semnalului video. După cum s-a văzut, în televiziune se renunţă la
transmiterea componentei continue prin întreg sistemul.
� Imaginea formată dintr-o bandă albă şi una neagră, dispuse orizontal ca în
figura 4.7, reprezentată printr-un semnal de imagine de formă dreptunghiulară, având

66
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
perioada egală cu perioada de repetiţie a câmpurilor, TV. Ca urmare, frecvenţa video
minimă (frecvenţa armonicii fundamentale) este egală cu frecvenţa câmpurilor, adică:
1
f V min = = fV
= 50 Hz
(4.13)
T
V
Fig. 4.7. Imaginea care generează semnalul de imagine de frecvenţă minimă.
� Frecvenţa maximă din spectrul semnalului video a fost estimată pe baza
considerentelor legate de redarea detaliilor fine la limita de rezoluţie, adică din condiţia
obţinerii unei rezoluţii maxime pe orizontală, prin relaţiile (2.5) şi (4.12).
Din analiza modului subiectiv de percepţie a imaginii, s-a constatat că senzaţia
de calitate bună a imaginii este dată de realizarea unor rezoluţii egale pe orizontală şi
pe verticală, adică elementul de imagine să fie de formă pătrată, cu latura egală cu
pasul de explorare.
Din acest motiv, în televiziunea radiodifuzată, frecvenţa video maximă se
determină din condiţia realizării unei rezoluţii egale pe orizontală şi pe verticală. Prin
această limitare a frecvenţei video maxime, se asigură obţinerea unei soluţii optime,
atât din punctul de vedere al lărgimii canalului TV, cât şi al calităţii imaginii.
Având în vedere relaţiile (4.9) şi (4.12), condiţia obţinerii unei rezoluţii pe
orizontală egală cu rezoluţia pe verticală, este dată de relaţia:
2 ⋅ t
p
aH
N H = ⋅ fV
max = k ⋅ Z a
(4.14)
Durata cursei active pe orizontală şi numărul de linii de explorare active sunt
date de relaţiile:
t = T − t = ( 1 − k ) T = ( 1 − k ) / Zf
aH
H
StH
Z a =
Z − Z St = ( 1−
kV
) Z
H
H
H
C

4.4 - Structura spectrului de frecvenţe al semnalului video
unde k H
tStH
= iar k V
TH
tStV =
TV
Z St
= şi reprezintă factorii de pierdere pe orizontală,
Z
respectiv, pe verticală.
În aceste condiţii, frecvenţa maximă din spectrul semnalului video este dată de
relaţia:
k 1−
kV
fV
max = ⋅
2 1−
k
2
p ⋅ Z f C
(4.15)
H
Introducând în relaţia (4.15) valorile standardizate p = 4/3 , kH = 0,18 , kV =
0,08 , Z = 625 linii de explorare/cadru şi fC = 25 Hz, rezultă pentru frecvenţa video
maximă valoarea:
f ≅ k ⋅ 7,37 MHz
(4.16)
V max
Din punct de vedere al utilizatorilor români, cele mai importante norme TV
sunt CCIR D/K, la care a aderat şi România, şi CCIR B/G, norma Europei centrale,
norme conform cărora sunt realizate receptoarelor TV aflate în funcţiune în România
(v. anexa 1).
În normele D şi K valoarea frecvenţei maxime din spectrul semnalului video,
fixată prin standardul TV, este de:
f V max = 6 MHz
ceea ce înseamnă un factor Kell k = 6 MHz / 7,37 MHz = 0,814.
În normele B şi G valoarea frecvenţei maxime din spectrul semnalului video,
fixată prin standardul TV, este de:
f V max = 5 MHz
ceea ce înseamnă un factor Kell k = 5 MHz / 7,37 MHz = 0,678.
În concluzie, banda de frecvenţe a canalul video este de:
respectiv,
BVF
BVF
= 50 Hz ÷ 6 MHz
= 50 Hz ÷ 5 MHz .
4.4. Structura spectrului de frecvenţe al semnalului video
Procesul de discretizare a imaginii în cadre de imagine statice (câmpuri), cu
frecvenţa fV , şi, respectiv, linii de explorare, cu frecvenţa fH , determină o structură
discretă pentru spectrul de frecvenţe al semnalului video, adică în banda de frecvenţe
67

68
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
f ÷ f (50 Hz÷ 6 MHz) sunt prezente doar componentele spectrale având
V min V max
frecvenţe care sunt multipli ai frecvenţelor de linii şi câmpuri, adică:
f = mf ± nf unde m, n = 0, 1, 2,… (4.17)
H
V
Forma spectrului de frecvenţe al semnalului video pentru imagini statice este
prezentată în fig. 4.8 şi prezintă următoarele particularităţi:
� Componentele spectrale sunt grupate în pachete centrate pe multipli ai
frecvenţei liniilor, prezentând componente echidistante, multipli ai frecvenţei
câmpurilor. Cu alte cuvinte, spectrul semnalului video are o structură fixă,
independentă de conţinutul imaginii. Cu conţinutul imaginii se modifică numai
amplitudinea componentelor spectrale, adică forma pachetului spectral.
În cazul explorării întreţesute, deoarece
Z
f = f = 312,
5 f
H
2
V
V
adică, frecvenţa liniilor nu este un multiplu întreg al frecvenţei câmpurilor, apare o
întreţesere şi a componentelor spectrale. Cu alte cuvinte, componentele spectrale
situate în jurul unui multiplu al frecvenţei liniilor nu se suprapun cu componentele
spectrale situate în pachetele alăturate, ci are loc o întreţesere a lor, ceea ce permite o
împachetare mai bună a spectrului, decât în cazul explorării progresive, şi, deci, o
reducere a benzii de frecvenţe ocupate de semnalul video.
Amplitudinea
componentelor
spectrale ale
semnalului
video
0
fH-2fV
fV = 50Hz fH-fV
fH+2fV fH
fH+fV
mfH
(m+1)fH
Fig. 4.8. Structura spectrului de frecvenţe al semnalului video.
f
6 MHz
� Se constată o repartiţie discontinuă a energiei semnalului video în funcţie
de frecvenţă. Cea mai mare parte a energiei este concentrată în pachetele cu frecvenţă
centrală relativ joasă. Energia scade pe măsură ce această frecvenţă creşte, repartiţia sa
fiind funcţie de conţinutul imaginii transmise. Ca urmare, între pachetele de linii
spectrale alăturate, cu frecvenţă centrală relativ mare (peste 1,5 MHz), există intervale
în care, în mod practic, energia este nulă.

4.5 - Întrebări şi probleme 69
� În aceste condiţii, există posibilitatea:
a) de a limita spectrul de frecvenţe al semnalului video la 6 MHz, respectiv la 5
MHz, în funcţie de norma de televiziune, fără a afecta în măsură prea mare calitatea
imaginii, întrucât componentele spectrale de frecvenţă înaltă sunt de amplitudine foarte
mică;
b) de a folosi intervalele de frecvenţă libere din spectrul semnalului video, prin
intercalarea pachetelor de linii spectrale ale semnalului de crominanţă, ceea ce permite
transmiterea în aceeaşi bandă de frecvenţe, de exemplu, 6 MHz, atât a semnalului de
luminanţă cât şi a semnalului de crominanţă (v. paragraful 5.6).
� La transmiterea imaginilor ce conţin elemente care se deplasează în cadru
apare un fenomen de "pendulare" a liniilor spectrale faţă de poziţia de repaus, ceea ce
va determina prezenţa unor benzi axate în jurul liniilor spectrale, a căror lăţime se
modifică cu conţinutul imaginii. Întrucât lăţimea acestor benzi este mică în raport cu
distanţa dintre componentele spectrale, spectrul de frecvenţe al semnalului video
rămâne practic discret şi pentru imagini în mişcare.
4.5. Întrebări şi probleme
1. Care este rolul reglajului de luminanţă (strălucire) din receptorul TV şi efectul
lui asupra redării corecte a nivelurilor de luminanţă din imaginea originală?
2. Care este rolul reglajului de contrast din receptorul TV şi efectul lui asupra
redării corecte a nivelurilor de luminanţă din imaginea originală?
3. Care sunt parametrii ce afectează definiţia pe verticală a imaginii redate?
4. Care sunt parametrii ce afectează definiţia pe orizontală a imaginii redate?
5. Care sunt considerentele care stau la baza stabilirii frecvenţei minime şi
maxime din spectrul semnalului video?
6. Să se determine rezoluţia maximă pe orizontală a unui sistem de televiziune cu
625 linii de explorare şi coeficient de stingere pe verticală kV = 0,08.
R: 766 linii de definiţie.
7. Să se determine dimensiunea maximă a fasciculului de electroni pentru ca, pe
un monitor TV cu diagonala de 51 cm, să se poată reda corect semnalul TV în
norma D-CCIR (v. anexa 1).
R: 0,53 mm.
8. Într-un sistem TV se transmite imaginea din figura 4.9, conţinând două zone,
una cu nV = 624 bare verticale şi cealaltă cu nH = 190 bare orizontale, succesiv
albe şi negre. Dacă banda de frecvenţe a canalului de transmisie este de 5
MHz, să se determine: a) dacă imaginea poate fi transmisă integral sau doar
parţial pe acest canal; b) care este banda de frecvenţe necesară pentru
transmiterea întregii imagini.

70
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
Fig. 4.9.
R: a) Se redă corect numai zona cu linii orizontale a imaginii; b) 6 MHz.
9. Pentru imaginea din figura 4.10, să se determine: a) frecvenţa fundamentalei
semnalului de imagine (frecvenţa video minimă); b) banda de frecvenţe video
necesară pentru transmiterea primelor 10 armonici din semnalul de imagine; c)
numărul de armonici ce se transmit pe canalul video dacă banda de frecvenţe
alocată canalului video este de 6 MHz.
Fig. 4.10.
R: a) 76,9 kHz; b) 769 kHz; c) 78 armonici.
10. Pe ecranul unui monitor cu diagonala de 44 cm se vizualizează o miră tablă de
şah având 108 elemente, de forma celei prezentate în figura 4.10. Dacă
monitorul TV funcţionează în norma D-CCIR (v. anexa 1), să se determine:
a) dimensiunea elementelor de pe ecranul monitorului; b) banda de frecvenţe
necesară transmiterii a 10 armonici ale semnalului.
R: a) 29,33 mm; b) 1,154 MHz.
11. Pentru imaginea din figura 4.11, care are un raport de aspect 4:3, să se
determine: a) oscilogramele semnalului video complex pentru liniile de
explorare x–x′, y–y′ şi z–z′; b) forma semnalului video complex pentru
oscilogramele prezentate la punctul a având în vedere doar semnalul
fundamental (prima armonică); c) frecvenţa fundamentalei semnalului de
imagine (frecvenţa video minimă) pentru cele trei cazuri prezentate la punctul
b; d) numărul maxim de elemente de imagine pe orizontală, nH, în cazul unei
rezoluţii pe orizontală egală cu rezoluţia pe verticală (elementul de imagine
este un pătrat cu latura egală cu pasul de explorare); e) banda de frecvenţe a
canalului video pentru redarea unei imagini cu rezoluţia pe orizontală egală cu
valoarea calculată la punctul d; f) numărul maxim de elemente de imagine pe

4.5 - Întrebări şi probleme 71
orizontală în cazul formatului de televiziune cu ecran lat, cu raportul de aspect
16:9, şi banda de frecvenţe a canalului video pentru redarea acestei imagini.
x
y
z
Fig. 4.11.
R: c) 19,23 kHz, 38,46 kHz, 76,92 kHz; d) 766 pixeli; e) 7,365 MHz;
f) 1200 pixeli, 7,365 MHz.
12. Într-un sistem de televiziune aplicată (norma D-CCIR) se transmite imaginea
din figura 4.12. Dacă durata de explorare a liniei oblice este echivalentă cu
durata de explorare a 7 elemente de imagine conform rezoluţiei maxime, să se
determine: a) durata necesară fasciculului de explorare pentru traversarea
liniei; b) decalajul temporal dintre elementele de imagine ce formează
diagonala, conţinute în două linii succesive de explorare; c) decalajul temporal
dintre elementele de imagine ce formează diagonala conţinute în două linii
alăturate ale imaginii.
Fig. 4.12.
n H pixeli pe linie
R: a) 0,475 μs; b) 63,822 μs; c) 20 ms – 0,089 μs.
13. Ţinând cont de factorul Kell, să se determine rezoluţia pe verticală a unui
sistem de televiziune în norma D-CCIR.
R: 468 linii de definiţie.
14. Pentru un sistem TV de înaltă definiţie, cu raportul de baleiaj 1250:1 (1250
linii de explorare/cadru de imagine), să se determine: a) numărul de linii de
explorare active, coeficientul de stingere pe verticală fiind kV = 0,08; b)
rezoluţia pe verticală pentru un factor Kell k = 0,814.
R: a) 1151 linii de explorare active; b) 936 linii de definiţie.
x′
y′
z′

72
Spectrul de frecvenţe al semnalului video - 4
15. În cazul unui sistem TV cu 625 linii de explorare şi raportul de aspect 4:3, să
se determine: a) lărgimea de bandă a canalului video pentru ca sistemul să
prezinte o rezoluţie pe orizontală de 780 linii de definiţie; b) definiţia imaginii
pe orizontală pentru o lărgime de bandă a canalului video de 4 MHz.
R: a) 10 MHz; b) 312 linii de definiţie.
16. Pentru un sistem TV de înaltă definiţie, cu raportul de baleiaj 1250:1 şi
frecvenţa de explorare pe verticală de 50 Hz, să se determine: a) parametrii
sistemului TV (fH , TH , TStH, taH); b) lărgimea de bandă a canalului video pentru
a avea o rezoluţie pe orizontală de 780 linii de definiţie, ca în cazul sistemului
TV standard cu raportul de baleiaj 625:1.
R: a) 31.250 Hz, 32 μs, tStH = 0,18ּTH , 26,24 μs; b) 19,82 MHz.
17. Pe ţinta fotoconductoare a tubului vidicon al unei camere TV (standard CCIR)
se proiectează imaginea din figura 4.13. Imaginea este formată din 48
elemente. Să se determine frecvenţa video minimă pentru redarea corectă a
imaginii.
Fig. 4.13.
R: 76,9 kHz.
18. Într-un sistem de televiziune aplicată se transmite imagine din figura 4.14.a. Să
se determine: a) frecvenţa minimă şi maximă a fundamentalei semnalului de
luminanţă; b) numărul de armonici ce se transmit în norma B-CCIR (v. anexa
1); c) frecvenţa minimă şi maximă a fundamentalei în cazul în care imaginea
este rotită cu 90°, ca în figura 4.14.b.
a. b.
Fig. 4.14.
R: a) 19,23 kHz, 96,15 kHz; b) 52 armonici; c) 50 Hz, 19,23 kHz.