SVC.pdf

Oscilograma semnalului video complex alb negru şi color
Mihai Oniţa
mihai@cm.upt.ro
Semnalul video complex
Semnalul video complex (SVC) se compune din semnalul de luminanţă, numit şi
semnal de imagine, semnalul de stingere complet şi semnalul complex de sincronizare.
În figura următoare se prezintă modul de obţinere a semnalului de luminanţă în
situaţia în care se presupune că elementul de explorare este de dimensiune infinit mică;
cu alte cuvinte, este punctiform.
În urma procesului de explorare a imaginii care conţine 4 niveluri de luminanţă:
alb (Lmax), negru (Lmin) şi două niveluri de gri (L1, L2), se obţine semnalul de luminanţă
(semnalul video, SV), prezentat pentru liniile de explorare consecutive x→x' şi y→y'. Ca
nivel de referinţă pentru semnalul de imagine s-a ales nivelul de negru, nivelul maxim
corespunzând la nivelul de alb. Ca nivel de referinţă pentru semnalul video s-a luat
nivelul de stingere, care corespunde nivelului de zero. Cu alte cuvinte, semnalul de
imagine are valoarea zero pe durata cursei de întoarcere pe orizontală x'→y.
Valoarea medie a semnalului de imagine, sau componenta continuă pe o durată
dată, corespunde luminanţei medii existentă în imagine de-a lungul traiectoriei de
explorare. Această componentă medie se poate pierde în unele puncte ale sistemului TV,
dar se reface ori de câte ori dorim acest lucru, prin folosirea unui circuit special numit
circuit de fixare comandată a nivelului de stingere din semnalul video complex.
1VVV
0
x
y
SV ev(t)
SVC
0,7V
0,3V
L1 Lmax Lmin Lmax L2 < L1
a.
x’
y’
Nivel de alb
Nivel de negru
x
b.
x’ y
Spaţiu de gardă
y’ t
Nivel de stingere
(nivel de zero)
taH = 52 µs tStH = 12 µs
Cursa activă
100%
Impuls de stingere
St(H)
Impuls de sincronizare
S(H) – sincro H
TH = 64 µs
linia n
c.
linia n
linia n+1
Nivel de alb
Valoare medie
Domeniul de transmitere
a informaţiei "imagine"
1,5µs
35% Nivel de negru
Nivelul impulsurilor de stingere
30%
Domeniul de transmitere
a informaţiei "sincro"
0%
Nivelul impulsurilor de sincronizare
tSH = 4,7 µs
linia n+1
Structura semnalului video complex pe linia explorată:
a) imaginea explorată; b) semnalul de luminanţă
pe liniile xx' şi yy'; c) semnalul video complex.
1

Întrucât, în practică, elementul de explorare (celula de bază a dispozitivului
videocaptor) are dimensiune finită, semnalul de imagine rezultă, în fiecare moment, ca o
valoare medie a luminanţei tuturor elementelor de imagine incluse în limitele suprafeţei
elementului de explorare. Datorită acestui fapt, în procesul de formare a semnalului de
imagine apar distorsiuni, cunoscute sub denumirea de distorsiuni de apertură.
Pentru a evidenţia efectul dimensiunii finite a elementului de explorare asupra
formei semnalului de imagine şi implicit asupra calităţii imaginii redate, se consideră o
imagine formată din bare verticale succesiv negre şi albe (definite prin luminanţa Lmin şi,
respectiv, Lmax), de diferite lăţimi lb, care este explorată de un element de explorare de
dimensiune d. Altfel spus, celula de bază a dispozitivului video captor cu transfer de
sarcină are dimensiunea d.
În figura urmatoare se evidenţiază distribuţia luminanţei de-a lungul unei linii de
explorare. Se scoate, de asemenea, în evidenţă raportul între lăţimea barelor explorate şi
dimensiunea elementului de explorare. Se prezintă forma semnalului de imagine obţinut,
ev(t). Cu linie întreruptă s-a reprezentat forma semnalului de imagine în cazul unui
element de explorare ideal, de dimensiune infinit mică.
a.
b.
L
Lmax
Lmin
eV(t)
d
lb
lb ≥ d lb < d
lb
lb
lb = 1
2 d
Efectul dimensiunii finite a elementului de explorare:
a) distribuţia luminanţei; b) prezenţa distorsiunilor de
apertură în forma semnalului de imagine.
Se constată că semnalul de imagine nu urmăreşte fidel variaţiile de luminanţă dea
lungul traiectoriei de explorare. Sunt prezente aşa-numitele distorsiuni de apertură,
care se manifestă prin:
� Salturile bruşte de luminanţă sunt redate cu un anumit front, ceea ce este
echivalent cu atenuarea componentelor de frecvenţă înaltă conţinute în semnalul de
imagine.
� Amplitudinea semnalului de imagine se micşorează pe măsură ce lăţimea
barelor explorate este mai mică decât dimensiunea elementului de explorare, adică pe
măsură ce creşte frecvenţa semnalului video. Cu alte cuvinte, se atenuează
componentele de frecvenţă înaltă, care corespund detaliilor fine din imagine.
Efectul acestor distorsiuni se manifestă pe imaginea redată prin reducerea
contrastului imaginii celor două bare vecine, ceea ce conduce, de fapt, la o pierdere în
fineţea de detaliu şi în numărul de gradaţii de luminanţă (se limitează posibilitatea de
reconstituire a detaliilor fine din imagine).
În practică, camerele TV sunt prevăzute cu circuite de corecţie a distorsiunilor de
apertură, a căror funcţionare se bazează pe accentuarea progresivă a componentelor de
frecvenţă înaltă din semnalul video.
t
t
2

Semnal de
imagine
Impuls de stingere pe verticală St(V)
tStV = 25 TH = 1,6 ms
tSH = 12 µs
2,5 TH tSV = 2,5 TH=160µs 2,5 TH
Impulsuri de sincronizare
pe orizontală
Impulsuri de
postegalizare
Impuls S(V)
de sincronizare pe
verticală crestat
Impulsuri de
preegalizare
≈
622 623 624 625 1 2 3 4 5 6 22 23 24
TH
0,5TH
TH 0,5TH
Câmpul 2 Câmpul 1
(câmpul liniilor pare) (câmpul liniilor impare)
Impuls de sincronizare pe
orizontală S(H)
Impuls de stingere pe orizontală
St(H)
a.
12 µs
Impuls de stingere pe verticală St(V)
tStV = 25 TH = 1,6 ms
tSV = 2,5 TH=160µs 2,5 TH
Impulsuri de sincronizare
pe orizontală
Impulsuri de
postegalizare
Impuls S(V)
de sincronizare pe
verticală crestat
2,5 TH
Impulsuri de
preegalizare
≈
309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 335 336 337
TH
TH
Câmpul 1 Câmpul 2
(câmpul liniilor impare) (câmpul liniilor pare)
b.
Structura semnalului video complex pe cele două câmpuri (pe cadru de imagine)
3

În figura urmatoare se prezintă legătura între oscilograma unei linii de explorare
(forma semnalului SVC) şi traiectoria de explorare corespunzătoare.
SVC
S(H)
Cursa de
întoarcere
linia n-1
tStH Cursa activă tStH = 12 µs
x y z
taH = 52 µs
v w
t1 t2 t3 t4 t5
tiH
St(H)
Cursa directă
tdH
linia n linia n+1
TH = 64 µs
t
y
Zone în care fasciculul
de explorare este stins
linia n-1
z
linia n
linia n+1
Porţiunea vizibilă pe H
(lăţimea cadrului vizibil)
v
Porţiunea baleiată pe H
(lăţimea cadrului explorat)
Legătura între oscilograma unei linii şi traiectoria de explorare
La momentul t1, frontul anterior al impulsului de sincronizare S(H) comandă
declanşarea cursei de întoarcere pe orizontală în vederea explorării liniei n. Cursa de
întoarcere durează până în momentul t2. Pe durata cursei de întoarcere, tiH , spotul de
explorare parcurge traiectoria de întoarcere x→y, fiind, de fapt, „stins”.
Din momentul t2 elementul de explorare începe să descrie cursa directă a liniei n
(traiectoria y→w), care se încheie în momentul t5, când apare frontul anterior al
următorului impuls de sincronizare. Acesta comandă declanşarea cursei de întoarcere pe
orizontală în vederea explorării liniei următoare, n+1. Porţiunile y→z şi v→w,
corespunzătoare începutului, respectiv sfârşitului cursei directe a liniei n, sunt "stinse" de
către impulsul de stingere pe orizontală, care durează până în momentul t3 şi, respectiv,
de următorul impuls de stingere, care are prevăzut un palier anterior din momentul t4
până în momentul t5, de 1,5 µs. Necesitatea acestor stingeri este legată de faptul că
detaliile reproduse la marginile cadrului apar distorsionate în imaginea redată.
Din momentul t3, când fasciculul se găseşte în punctul z (în partea stângă a
cadrului vizibil), până în momentul t4 , corespunzător punctului v (în partea dreaptă a
cadrului vizibil), elementul de explorare descrie cursa activă pe orizontală
corespunzătoare liniei n, ce poartă informaţia video (traiectoria z→v). Durata cursei
active pe orizontală este de taH = TH − tStH = 52 µs.
În mod similar se poate prezenta legătura între oscilograma unui câmp şi limitele
zonelor explorate pe verticală pentru cele două câmpuri. Un câmp este delimitat practic
de fronturile anterioare ale impulsurilor de sincronizare pe verticală, care încadrează
liniile active (287,5 linii active/câmp), şi liniile stinse (25 linii stinse/câmp). Durata cursei
active pe verticală este de taV = TV − tStV = 18,4 ms.
x
w
4

Semnalul video complex de culoare PAL. Compresia semnalelor diferenţă de
culoare
Semnalul video complex de culoare se obţine prin însumarea semnalului de
luminanţă cu semnalul de crominanţă modulat (la care se adaugă impulsurile de stingere
şi sincronizare). Peste semnalul de luminanţă se suprapune o oscilaţie, având faza
dependentă de nuanţa culorii şi amplitudinea dependentă de saturaţia culorii. În aceste
condiţii, semnalul video complex de culoare are valoarea maximă Y+|C|,
corespunzătoare alternanţei pozitive a semnalului de crominanţă modulat, şi valoarea
minimă Y–|C|, corespunzătoare alternanţei negative a acestui semnal.
În sistemul PAL, semnalele diferenţă de culoare transmise sunt ponderate cu
coeficienţii de compresie kB = 0,493 şi, respectiv kR = 0,877, şi se notează cu:
θ C
( B − Y ) = 0,
493(
B − Y ) = −0,
15R
− 0,
29G
0,
B
( R − Y ) = 0,
877(
R − Y ) = 0,
62R
− 0,
52G
0,
B
U = k B + 44
V = k R − 10
În aceste condiţii, semnalul de crominanţă modulat este dat de relaţiile:
( ω t θ )
C
C = C ⋅ sin + respectiv θ j⋅
C = C ⋅ e
V
= arctg
U
Culoarea
uVF
(SVCC)
sp
C
1
1 1 1
0,88
0,66
0,75 0,69
0,530,44
0,43
0,31
0,32
0,22
0,22
0,09
0
0,06
SC
0
-0,22
-0,13-0,25-0,25
-0,44
SH
Alb
Galben
Turcoaz
Verde
Mov
Roşu
Albastru
Negru
0
70%
75%
uRF
în care ( ) ( ) 2
2
0%
10%
100%
C = U + V şi
R G B Y V U |C| Y+|C| Y–|C|
Alb 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0
Galben 0,75 0,75 0 0,66 0,08 -0,33 0,34 1 0,32 167
Turcoaz 0 0,75 0,75 0,53 -0,46 0,11 0,47 1 0,06 284
Verde 0 0,75 0 0,44 -0,39 - 0,22 0,44 0,88 0 241
Mov 0,75 0 0,75 0,31 0,39 0,22 0,44 0,75 -0,13 61
Roşu 0,75 0 0 0,22 0,46 - 0,11 0,47 0,69 -0,25 104
Albastru 0 0 0,75 0,09 - 0,08 0,33 0,34 0,43 -0,25 347
Negru 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Semnalul video complex PAL pentru mira
cu bare verticale color cu saturaţie de 75 %
(cu coeficienţi de compresie aplicaţii)
(purtătoarea de imagine nulă)
(amplitudinea infăşurătoarei
inferioare de modulaţie)
0
θ C
5

Semnalul video complex de culoare conţine şi un semnal, cunoscut sub denumirea
de semnal de sincronizare a culorii (sau „burst”), SC , sub forma unei salve de sinusoide
(tren de 8÷10 sinusoide), având frecvenţa subpurtătoarei fsp. El este plasat pe palierul
posterior al impulsurilor de stingere pe orizontală (palierul posterior impulsului de
sincronizare linii). În sistemul PAL acest semnal are rolul de a regenera în receptor
subpurtătoarea de crominanţă.
Axa V 90º
1,5µs
12 µs
St(H)
5,6 µs
4,7 µs 2,25 µs
S(H) SC
fsp
SC(n)
135º
|SC|
45º
-180º
SCV
0º
A
A
2
-U -SCU 45º
|SC|
Axa U
(axa de referinţă)
225º
SC(n+1)
270º
-SCV
-V
a.
b.
Semnalul de sincronizare a culorii: a) amplasarea semnalului;
b) transmitere cu fază alternantă.
6