Телевидение

Размещено на http://www.allbest.ru

Урусова Татьяна Андреевна

Лановенко Марина Васильевна

Сафин Рафаиль Тлегенович

ТЕЛЕВИДЕНИЕ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 - Радиотехника,

электроника и телекоммуникации)

Содержание

Введение

Лабораторная работа № 1. Изучение основных принципов формирования полного телевизионного сигнала и измерение его параметров

Лабораторная работа № 2. Исследование линейных искажений ТВ сигнала

Лабораторная работа № 3. Формирование сигналов первичных цветов передачи (2 части)

Лабораторная работа № 4. Изучение искажения яркости и контрастности

Лабораторная работа № 5. Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала

Лабораторная работа № 6. Исследование PAL кодера

Лабораторная работа №7. Оценка параметров ЖК мониторов по испытательной программе

Введение

Телевидением называется обширная область современной радиоэлектроники, занимающаяся вопросами передачи и приема изображений различных предметов на расстояние по электрическим каналам связи. телевизионный сигнал искажение

Телевизионное вещание стало неотъемлемым спутником нашей жизни. Для междугородной передачи телевизионных программ страна охвачена сетью радиорелейных, спутниковых и кабельных линий связи. В космическом пространстве работают спутники-ретрансляторы телевизионных программ позволяющие передавать программы телевидения в отдаленные районы страны, где установлены наземные приемные станции.

В современном телевидении можно выделить два в известной степени самостоятельных, направления: телевизионное вещание и прикладное телевидение.

Телевидение, несомненно, следует отнести к одному из самых значительных достижений человеческого разума. Наука о телевидении и телевизионная техника представляет собой сложный комплекс сведений и технических решений из самых различных областей знаний - светотехника, световой (геометрической) и электронной оптики, учения о фотоэлектричестве, электровакуумной и импульсной техники, техники радио и проводной связи и других областей знаний.

Лабораторная работа № 1. Изучение основных принципов формирования полного телевизионного сигнала и измерение его параметров

Цель работы: исследовать процесс формирования ПТВС из сигнала изображения и генераторов импульсов.

Предварительная подготовка

Изучить лекционный материал по теме «Формирование полного телевизионного сигнала», а также разделы: форма и спектр видеосигнала [1].

1.1 Описание лабораторного стенда

Запустите программу и выберите работу «Изучение основных принципов формирования полного телевизионного сигнала и измерение его параметров» в меню.

Рисунок 1.1 - Изучение принципа формирования ПТВС

Выход генератора ПТВС (КТ13) подключите ко входу ПЦТВС видеомонитора. Видеомонитор перевести в режим «внешний» кнопкой «выбор входа», тумблер в положении «ПЦТВС». Для наблюдения сигналов в контрольных точках используйте коммутатор КТ1 (см. рисунок 1.1). Для наблюдения осциллограммы одной строки изображения используйте блок осциллографа в режиме «выбор 1 строки».

Работа позволяет изучить осциллограммы в основных контрольных точках генератора ПТВС. Имеется возможность отключения генераторов импульсов (кнопка «вкл» на каждом генераторе) для наглядного изучения процесса формирования ПТВС.

Генераторы импульсов, входящие в состав схемы генератора ПТВС: ГСГИ - генератор строчных гасящих импульсов;

ГУИ 2x - генератор уравнивающих импульсов с удвоенной строчной частотой;

ГКГИ - генератор кадровых гасящих импульсов;

ГСИ - генератор строчных импульсов;

ГУИ - генератор уравнивающих импульсов;

ГКИ - генератор кадровых импульсов.

1.2 Порядок выполнения работы

1.2.1 Подать на осциллограф последовательно сигналы с:

- ГСГИ - генератора строчных гасящих импульсов (КТ4);

- ГСИ - генератор строчных импульсов (КТ3);

- ГУИ - генератор уравнивающих импульсов (КТ10);

- ГКИ - генератор кадровых импульсов (КТ6).

Измерить с помощью осциллографа размах частоту следований, длительность этих импульсов, зарисовать осциллограммы в каждом из случаев (два-три периода исследуемого сигнала).

1.2.1.1 Последовательно включая и выключая кнопкой мыши ГСГИ, ГСИ, ГУИ, ГКИ отслеживать возникающие изменения на экране монитора. На основе наблюдений сделать выводы о назначении импульсов формируемых этими генераторами.

1.2.2 Изучение параметров ПТВС и его составляющих.

1.2.2.1 Зафиксировать для отчета осциллограммы ПТВС при времени развертки осциллографа, кратном длительности строки и длительности поля (два-три периода исследуемых сигналов) в гнезде КТ1 для разных тестовых сигналов, подаваемых от источника изображения.

1.2.2.2 Для тестового сигнала «градационный клин» (8 вертикальных полос яркости) измерить с помощью осциллографа (Гн. КТ13) размах ПТВС (В) и соотношение размахов его составляющих (%). Объяснить назначение составляющих ПТВС.

1.2.2.3 Измерить с помощью осциллографа длительность строчного синхронизирующего импульса (мкс) в KT3 и кадрового синхроимпульса (мкс) в KT6 и рассчитать величину отношения:

. (1.1)

Пояснить, зачем выбрана подобная величина отношения.

1.2.3 Рассчитать:

1.2.3.1 Относительную длительность строчного гасящего импульса:

, (1.2)

где -- период строчной развертки;

- частота строчной развертки;

n -- число кадров, передаваемых в одну секунду;

z -- нормальное число строк разложения изображения.

1.2.3.2 Длительность активной части строки:

(мкс). (1.3)

1.2.3.3 Относительную длительность кадрового гасящего импульса:

, (1.4)

где -- период кадровой развертки (мс);

-- частота кадровой развертки.

1.2.3.4 Число активных строк разложения изображения:

, (1.5)

где z = 625.

1.2.3.4 Число элементов разложения в активной части строки:

, (1.6)

где к = 4/3-- формат кадра.

1.2.3.5 Число элементов в активной части кадра:

. (1.7)

1.2.3.6 Длительность сигнала яркости от одного элемента (нс):

. (1.8)

1.2.3.7 Верхнюю граничную частоту спектра сигнала яркости, которая определяет верхнюю границу пропускания тракта передачи сигнала яркости (МГц):

. (1.9)

1.2.4 Сравнить полученные значения c N _ка = kz = 0,5 х 10⁶ и с верхней граничной частотой полосы пропускания видеоусилительного тракта вещательной системы f_в ~ 6МГц. Сделать выводы.

1.3 Отчет должен содержать

1.3.1 Измерения временных и амплитудных соотношений ТВ системы, осциллограммы, полученные в результате экспериментов и расчета.

1.3.2 Выводы.

1.4 Контрольные вопросы

1.4.1 Объясните назначение всех элементов и сигналов функциональной схемы лабораторной ТВ системы.

1.4.2 Для чего нужны гасящие импульсы? Что произойдет с ТВ изображением, если на видеомонитор не будут поданы строчные или кадровые гасящие импульсы?

1.4.3 Поясните, почему параметры разложения изображения, от которых зависит скорость развертки (число строк, число кадров в секунду, формат кадра и пр.), определяют полосу пропускания тракта передачи ТВ сигнала.

1.4.4 В чем преимущества, недостатки и особенности чересстрочной развертки по сравнению с построчной? Какие параметры ТВ системы изменяются при использовании чересстрочной развертки вместо построчной?

1.4.5. Почему длительность строчных и кадровых синхроимпульсов существенно различна?

Лабораторная работа № 2. Исследование линейных искажений ТВ сигнала

Цель работы: исследовать влияние линейных искажений в телевизионном тракте на форму видеосигнала и качество изображения, прохождение сигнала через фильтры, имеющие завал и подъем в области НЧ и ВЧ.

2.1 Описание лабораторного стенда

Запустите программу и выберите работу «Исследование линейных искажений ТВ сигнала» в меню.

Подайте с выхода ГИС ПЦТВС на КТ2. КТ3 подключите к входу ПЦТВС видеомонитора. Видеомонитор должен быть переведён в режим «внешний» кнопкой «выбор входа», тумблер в положении «ПЦТВС». Переключение между фильтрами производится ключами с помощью кнопок «вверх/вниз» (см. рисунок 2.1).

В работе используются следующие ручки управления.

R1 - для нормализации уровня сигнала при прохождении через фильтры с искажениями АЧХ в области НЧ.

Область НЧ - для настройки переходной частоты среза фильтров с искажениями в области НЧ.

Область ВЧ - для настройки переходной частоты среза фильтров с искажениями в области ВЧ.

Остальные ручки применяются для управления блоком осциллографа.



Рисунок 2.1 - Исследование линейных искажений

2.2 Порядок выполнения работы

2.2.1 Подайте с ГИС испытательный сигнал «Белый квадрат», выставив частоту 0,01MГц регулятором «область НЧ».

2.2.1.1 С помощью кнопки мыши переводите последовательно ключ из среднего положения вверх/вниз, внося линейные искажения сигнала яркости за счет спада/подъема амплитудно-частотной характеристики тракта в области НЧ полосы пропускания.

2.2.1.2 Контролируйте изменения изображения на экране видеомонитора при каждом положении переключателя. Зафиксируйте их для отчета.

2.2.1.3 Установите масштаб развертки осциллографа 10 мкс/дел. Зарисуйте осциллограммы в KT1,2 в каждом из случаев, измеряя при этом спад/ подъем плоской части импульсов в процентах по отношению к амплитуде неискаженного испытательного сигнала.

2.2.2 Исследовать влияние линейных искажений ВЧ - составляющих сигнала яркости на форму сигнала и качество изображения.

2.2.2.1 Подать на вход сигнал от ГИС «белый квадрат». Установите масштаб развертки осциллографа 0,2 мкс/дел. Зарисовать осциллограмму сигнала при отсутствии линейных искажений (переключатель в среднем положении). Оценить качество изображения на мониторе, зафиксировать его для отчета.

2.2.2.2 Внести линейные искажения сигнала яркости за счет спада (подъема) АЧХ в области верхних частот, контролируя изменения изображения на экране видеомонитора при каждом положении переключателя.

2.2.2.3 Не меняя масштаба развертки осциллографа, зарисовать осциллограммы в KT1,2 в верхнем и нижнем положениях переключателя, выставив частоту регулятором «область ВЧ» около 4,5 MГц. Измерить длительность фронта нарастания импульса от черно-белых перепадов яркости.

2.2.3 Подать на вход сигнал от ГИС «Черный квадрат». Повторить эксперименты согласно пп. 2.2.1 - 2.2.2. Отразить результаты в отчете.

2.3 Отчет должен содержать

2.3.1 Структурная схема лабораторной работы.

2.3.2 Параметры и осциллограммы исследуемых сигналов с пояснением их особенностей, значения длительности фронта импульса.

2.3.3 Сделать выводы по полученным результатом.

2.4 Контрольные вопросы

2.4.1 Какие искажения будут иметь место при спаде амплитудно-частотной характеристики в области нижних частот полосы пропускания и как они проявляются на ТВ изображении?

2.4.2 Поясните какого рода искажения будут иметь место при подъеме амплитудно-частотной характеристики в области нижних частот полосы пропускания?

2.4.3 Чем определяется четкость изображения в горизонтальном направлении?

2.4.4 Какие искажения формы ТВ сигнала и ТВ изображения будут иметь место при спаде (подъеме) амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот полосы пропускания тракта?

2.4.5 Поясните какого рода искажения будут иметь место при подъеме амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот полосы пропускания тракта?

Лабораторная работа № 3. Формирование сигналов первичных цветов передачи (2 части)

Цель работы: получение яркостного и цветоразностных сигналов из компонентного RGB сигнала с помощью кодирующей матрицы. Получение компонентного RGB сигнала из яркостного и цветоразностных сигналов с помощью декодирующей матрицы.

Предварительная подготовка

Изучить общие принципы построения системы цветного телевидения SECAM [1] и лекционный материал.

3.1 Описание лабораторного стенда

Запустите программу и выберите работу «Формирование сигналов первичных цветов передачи» в меню.

Подайте с выхода RGB ГИС видеосигнал на входы RGB схемы, изображенной на дисплее (см. рисунок 3.1). Выходы RGB схемы подключите к входам RGB видеомонитора. Видеомонитор перевести в режим «внешний» кнопкой «выбор входа», тумблер в положении «RGB». Оба канала осциллографа подключите к выходам коммутатора КТ.



Рисунок 3.1 - Формирование сигналов первичных цветов передачи

В работе используются следующие ручки управления:

- коэффициент относительной яркости основного цвета R;

?- коэффициент относительной яркости основного цвета G;

?- коэффициент относительной яркости основного цвета B;

K - коэффициент усилителей на входе схемы. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ).

3.2 Порядок выполнения работы

3.2.1 Выставить коэффициенты ручками регуляторов , , ? в соответствии с формулой формирования яркостного сигнала:

 . (3.1)

3.2.1.1 Зарисовать фрагмент изображения цветных полос и осциллограммы сигналов исходных основных цветов в активной части строки (гнезда KT-1,2,3), сопоставляя их по времени (см. рисунок 3.2).

Рисунок 3.2

3.2.1.2 Зарисовать осциллограмму сигнала яркости -Y (KT4) в одном временном масштабе с предыдущими. Убедиться, что она имеет ступенчатую форму, при условии правильной установки коэффициентов , , ? в соответствии с формулой 3.1.

3.2.1.3 Рассчитать уровни сигналов яркости на основных и дополнительных цветах.

3.2.1.4 Измерить уровни сигнала Ey на основных и дополнительных цветах. Сопоставить результаты измерений с расчетом.

3.2.1.5 Зарисовать осциллограммы цветоразностных сигналов Er-y, Eb-y (KT-5, KT-6).

3.2.1.6 Рассчитать уровни цветоразностных сигналов и измерить их на основных и дополнительных цветах. Сопоставить результаты измерений с расчетом.

3.2.1.7 Просмотреть осциллограммы сигналов основных цветов на выходе декодирующей матрицы, восстанавливающей из передаваемых яркостного и цветоразностных сигналов - сигналы R,G,B. Убедиться в том, что форма восстановленных сигналов (KT-7,8,9) соответствует форме исходных сигналов основных цветов R, G, B (KT-1,2,3).

3.2.2 Выберите в меню работу Формирование сигналов первичных цветов передачи (часть2), схема декодирующей матрицы поясняет механизм восстановления цветоразностного сигнала G-Y (см. рисунок 3.3) путем вычитания смеси переданных цветоразностных сигналов R-Y и B-Y из яркостного сигнала -Y.

Рисунок 3.3 - Формирование сигналов первичных цветов передачи

3.2.2.1 Для правильного формирования G-Y необходимо рассчитать коэффициенты и ?и смешать их в соответствии с формулой 3.2:

. (3.2)

3.2.2.2 Просмотреть форму сигнала G-Y на выходе сумматора цветоразностных сигналов (KT9).

3.2.2.3 Сравнить форму полученных в гнездах KT- 10, 11, 12 с формой исходных сигналов основных цветов в гнездах KT- 1,2,3:

(3.3)

3.2.2.4 Отключить попеременно сигналы основных цветов от входных разъемов R,G,B видеомонитора. Объяснить, какое изображение воспроизводится на экране в каждом из случаев и почему? Обоснование полученных изображений привести в отчете.

3.3 Отчет должен содержать

3.3.1 Испытательное изображение цветных полос.

3.3.2 Осциллограммы всех сигналов в активной части строки в едином временном масштабе, согласованном с изображением цветных полос на экране ЦВКУ.

3.3.3 Результаты расчетов. Необходимые пояснения. Выводы.

3.4 Контрольные вопросы

3.4.1 Напишите уравнение формирования сигнала яркости Ey в вещательной системе цветного телевидения.

3.4.2 Почему возможна передача сигналов цветности в сокращенной по сравнению с сигналом яркости полосе частот?

3.4.3 Нарисуйте схему матрицы цветоразностного сигнала Er-y на трех сопротивлениях.

3.4.4 Какие компоненты входят в состав цветоразностного сигнала Er-y?

3.4.5 Какой характеристикой глаза определяются коэффициенты при компонентах яркостного сигнала в цветном телевидении?

3.4.6 Нарисуйте схему матрицы цветоразностного сигнала Ев-y на трех сопротивлениях.

3.4.7 Какие компоненты входят в состав цветоразностного сигнала Ев-y?

3.4.8 Какие цветоразностные сигналы передаются в вещательной системе цветного телевидения?

3.4.9 Нарисуйте схему матрицы яркостного сигнала Ey на четырех сопротивлениях.

3.4.10 Как формируется цветоразностный сигнал Eg-y в телевизионном приемнике?

3.4.11 В чем состоят основные особенности цветоразностных сигналов?

3.4.12 Какие значения принимают сигналы основных цветов при воспроизведении желтого цвета 100% насыщенности?

3.4.13 Какие сигналы входят в состав ПЦТВС?

3.4.14 Чему равна амплитуда цветоразностных сигналов при передаче черно-белых сюжетов?

Лабораторная работа №4. Изучение искажения яркости и контрастности

Цель работы: изучить метод регулирования яркости и контрастности изображения и методы коррекции их искажений.

Предварительная подготовка

Изучить раздел полутоновые (градационные искажения) [1] и соответствующий лекционный материал.

4.1 Описание лабораторной работы

Для выполнения работы запустите программу и выберите работу «Изучение искажения яркости и контрастности» в меню.

Рисунок 4.1 - Изучение искажения яркости и контрастности

Подайте с выходов RGB ГИС видеосигнал цветных вертикальных полос на входы RGB схемы, изображенной на дисплее (см. рисунок 4.1). Выходы RGB схемы подключите к входам RGB видеомонитора. Видеомонитор должен быть переведён в режим «внешний» кнопкой «выбор входа», тумблер в положении «RGB». Оба канала осциллографа подключите к выходам коммутатора КТ.

Сигнал от источника, проходя через усилители с регулируемым коэффициентом усиления, поступает на источник искажений и на коммутатор. В источнике искажений сигнал получает искажение контрастности (кнопки 1 и 2), яркости (кнопки 3 и 4), яркости и контрастности (кнопка 5) либо проходит без искажений (кнопка 6) и идёт на блок регулировки яркости и контрастности. На коммутатор поступают 2 сигнала: искаженный, а затем откорректированный и исходный сигнал. Коммутатор имеет 3 режима работы, которые устанавливаются кнопками на блоке управления коммутатора. В 1 режиме на экране видеомонитора отображается исходное изображение, в режиме 2 - изображение искаженное и откорректированное, в режиме 3 на верхней половине экрана - исходное, на нижней - искаженное и откорректированное.

Если после получения искажения сигнал оказывается выше уровня 1В или ниже уровня черного (0 В), то он претерпевает ограничение, поэтому в некоторых случаях регулировкой исходный сигнал получить не удаётся. Особенно это заметно в варианте искажений №4.

В работе используются следующие ручки управления:

K - коэффициент усилителей на входе схемы. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ);

Ur1 - напряжение, устанавливаемое потенциометром R1. Используется для регулировки контрастности;

Ur2 - напряжение, устанавливаемое потенциометром R2. Используется для регулировки яркости.

4.2 Порядок выполнения работы

4.2.1 Выбрать на БУ коммутатора 2 режим.

4.2.1.1 Измерить амплитуду сигнала Еr и зарисовать форму сигнала в гнезде КТ1 для различных значений контрастности изображения, переключая кнопки 1,2. Отслеживать при этом изменения изображения на экране видеомонитора.

4.2.1.2 Измерить амплитуду сигнала Еg и зарисовать форму сигнала в гнезде КТ2 для различных значений яркости изображения, переключая кнопки 3,4. Отслеживать при этом изменения изображения на экране видеомонитора.

4.2.1.3 Измерить амплитуду сигнала Ев и зарисовать форму сигнала в гнезде КТ3 при выборе 5 характеристики, позволяющей регулировать одновременно и яркость и контраст изображения. Кнопкой мыши выбрать характеристику 6- без искажений и также измерить амплитуду сигнала, зафиксировать ее для отчета.

4.2.2 Выбрать на БУ коммутатора 3 режим. В этом режиме кадр поделен на 2 половины: в верхней части неискаженное, в нижней части откорректированное изображение.

4.2.2.1 Измерить и сравнить амплитуды сигнала Еr в гнездах КТ1 И КТ9, добиться их равенства с помощью регулятора контрастности , зафиксировать его значение для отчета.

4.2.2.2 Сравнить полученные на экране ВКУ верхнюю и нижнюю части экрана, оценить степень их идентичности.

4.2.3 Измерить и сравнить амплитуды сигнала Еg в гнездах КТ2 И КТ10, добиться их равенства с помощью регулятора яркости , зафиксировать его значение для отчета.

4.2.3.1 Сравнить полученные на экране ВКУ верхнюю и нижнюю части экрана, оценить степень их идентичности.

4.2.3.2 Измерить и сравнить амплитуды сигнала Ев в гнездах КТ3 и КТ11, убедиться в их равенстве, отслеживая это соответствие на экране видеомонитора. Измерения и сравнительный анализ привести в отчете. Сделать выводы.

4.3 Отчет должен содержать

4.3.1 Структурная схема лабораторной работы.

4.3.2 Параметры и осциллограммы исследуемых сигналов с пояснением их особенностей.

4.4 Контрольные вопросы

4.4.1 Укажите причины возникновения искажений сигнала яркости в области нижних частот спектра.

4.4.2 Назовите единицу измерения яркости. Приведите значения яркости телевизионного изображения экранов разных поколений.

4.4.3Укажите причины возникновения линейных искажений высокочастотных составляющих сигнала яркости в усилительном тракте.

4.4.4 Укажите способы коррекции искажений сигнала яркости в области нижних и высоких частот спектра.

4.4.5 Поясните результаты эксперимента полученные в результате выполнения пп.4.2.3.1/2 лабораторной работы.

Лабораторная работа №5. Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала

Цель работы: изучить влияние эффектов квантования и дискретизации на искажения сигнала ПТВС и качество изображения.

5.1 Описание лабораторного стенда

Запустите программу и выберите работу «Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала» в меню.

Рисунок 5.1 - Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала

Работа проводится с использованием сигнала яркости, поэтому переключите ГИС и DVD-проигрыватель в формат «Y Cb Cr». Подайте с выхода «G/Y» ГИС видеосигнал ч/б вертикальных полос на вход АЦП. Выход ЦАП подключите к входу ПЦТВС видеомонитора. Видеомонитор должен быть переведён в режим «внешний» кнопкой «выбор входа», тумблер в положении «ПЦТВС». Канал осциллографа подключите к выходу коммутатора КТ. Дискретизация и квантование видеосигнала осуществляется при помощи АЦП. Помимо этого, АЦП осуществляет кодирование полученных отсчётов в двоичный код, поэтому в работе присутствует ЦАП для преобразования цифровых отсчётов обратно в аналоговую форму. Разрядность АЦП, устанавливаемая кнопками, определяет шаг квантования. Тактирование АЦП и ЦАП осуществляется от одного генератора. Частота импульсов генератора ТЧ является частотой дискретизации сигнала.

В работе используются следующие ручки управления:

K - коэффициент усилителя на входе АЦП. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ).

Остальные ручки применяются для управления блоком осциллографа.

5.2 Порядок выполнения работы

5.2.1 Выставите коэффициент усилителя на входе АЦП K = 0,7.

5.2.2 Подайте с ГИС на вход АЦП сигнал «ч/б вертикальных полос».

5.2.3 Изменяя разрядность квантования от 1 до 8, зарисуйте соответствующую каждому разряду квантования осциллограмму в гнезде КТ11, отслеживайте при этом изменения числа воспроизводимых вертикальных полос на экране видеомонитора.

5.2.4 Исследуйте зависимость качества изображения от частоты дискретизации сигнала, изменяя частоту генератора ТЧ соответствующим регулятором на передней панели стенда.

5.2.4.1 Оцените качество изображения на экране видеомонитора при 3-х различных значениях частоты генератора ТЧ (соответствующих и несоответствующих условию теоремы Котельникова: меньше, равном и больше 10 MГц (2fгр.)).

5.2.5 Зарисуйте для 3-х значений частоты осциллограммы в гнезде КТ10, рассчитайте, выставив соответствующий масштаб развертки осциллографа, частоту ВЧ- заполнения и сравните полученное значение с выведенным на экран в окне «генератор ТЧ».

5.2.6 Подайте на вход АЦП сигнал с DVD-проигрывателя. Установите диск с тестовыми изображениями «Портрет», «Город» и «Текст» и подавайте их последовательно для обработки модулем лабораторной установки:

- изображение «Портрет» содержит, в основном, крупные детали с большим количеством низкочастотных полутоновых переходов;

- изображение «Город» состоит преимущественно из объектов общего плана;

- изображение «Текст» содержит мелкие детали.

5.2.7 Оцените качество тестовых изображений по 5-бальной шкале, меняя разрядность бит квантования и занесите их в таблицу 5.1, приведенную на рисунке.

Таблица 5.1

Тестовое изображение	Разрядность бит квантования
	1	2	3	4	6	8
«Портрет»
«Город»
«Tекст»

5.2.8 Изменяя частоту генератора ТЧ, также оцените качество тестовых изображений по 5-бальной шкале, отслеживая изменения на экране видеомонитора. Занесите оценки в таблицу 5.2, приведенную на рисунке.

Таблица 5.2

Тестовое изображение	Частота дискретизации (генератор ТЧ)
	2MГц	10MГц	20MГц
«Портрет»
«Город»
«Текст»

5.2.9 По результатам таблиц составьте графики зависимостей оценки (в баллах) качества от величины шага квантования и значения частоты дискретизации.

5.2.10 Сделайте выводы о влиянии разрядности квантования и частоты дискретизации на количество информации в изображении. Обоснуйте полученные результаты.

5.3 Отчет должен содержать

5.3.1. Измеренные параметры ТВ системы (разрядность квантования и частота дискретизации) и осциллограммы, полученные в результате экспериментов, их сравнительный анализ и таблицы.

5.3.2 Сделать выводы по полученным результатом.

5.4 Контрольные вопросы

5.4.1 Назовите критерий выбора частоты дискретизации. Подтвердите правильность выбора частоты дискретизации результатами эксперимента в проделанной работе.

5.4.2 Какая из структур дискретизации в большей степени учитывает особенности зрительного восприятия?

5.4.3 Какое количество уровней квантования обеспечивается, если число разрядов равно 8-ми? Соответствует ли восьмиразрядное квантование современным требованиям, предъявляемым к качеству изображения?

5.4.4 Поясните различия в качестве изображений, передаваемых в соответствии с форматами дискретизации 4:2: 2, 4:2:0, 4:1:1, 4:4:4.

5.4.5 Почему разные изображения по-разному «страдают» от углубления шкалы квантования?

Лабораторная работа №6. Исследование PAL кодера

Цель работы: исследование принципа формирования ПЦТВС в формате PAL из исходного компонентного RGB сигнала, изучение влияния величины задержки яркостного сигнала, коэффициентов компрессии Ku и Kv, уровня вспышки поднесущей на формируемое изображение.

Предварительная подготовка

Изучить лекционный материал и общие принципы построения системы цветного телевидения стандарта PAL [1].

6.1 Описание лабораторного стенда

Для выполнения работы запустите программу и выберите работу «Исследование PAL кодера» в меню.

Подайте с выхода RGB ГИС видеосигнал цветных вертикальных полос на входы RGB кодирующей матрицы PAL кодера. Выход PAL кодера (КТ23) подключите к входу ПЦТВС видеомонитора (см. рисунок 6.1). Видеомонитор должен быть переведён в режим «внешний» кнопкой «выбор входа», тумблер - в положении «ПЦТВС». Оба канала осциллографа подключите к выходам коммутатора КТ.

Ручками управления в работе устанавливаются следующие значения:

K1 - коэффициент усилителей на входе PAL кодера. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ);



Рисунок 6.1- Исследование PAL кодера

K2 - используется для установки уровня сигнала цветности (Нормальный уровень поднесущей при K2 = 0.8);

Uвсп - установка уровня импульсов вспышки (Нормальное значение 0.3В);

Ku - коэффициент компрессии сигнала Cb (Нормальное значение 0.49);

Kv - коэффициент компрессии сигнала Cr (Нормальное значение 0.88).

ГИС удобно использовать для настройки кодера, исследования переходных искажений на границах цветов, наблюдения процесса формирования ПЦТВС при использовании изображения с цветными вертикальными полосами.

DVD - проигрыватель, использовать для наблюдения специфических искажений (например, на мелких периодичных деталях изображения спектр сигнала яркости попадает в полосу сигнала цветности, приводя к характерным искажениям цвета).

6.2 Порядок работы

6.2.1 Ознакомьтесь с теоретическими сведениями о системе PAL, а также изучите функциональную схему исследуемого кодера PAL (см. рисунок 6.1).

6.2.2 В поле «Изображение» (на левой части стенда) выберите сигнал «Цветные вертикальные полосы». На мониторе (правая часть стенда) наблюдайте и зарисуйте фрагмент изображения вертикальных цветных полос.

6.2.3 В масштабе развертки осциллографа 10 мкс/дел зарисуйте осциллограммы и измерьте амплитудные и временные параметры яркостного E_Y (контрольная точка КТ5) и цветоразностных Er-y, Eb-y (контрольные точки КТ7 и КТ6 соответственно), сигналов в активной части строки.

6.2.4 Снимите и зарисуйте осциллограмму на выходе кодера КТ23 при масштабе развертки осциллографа 10 мкс/дел.

6.2.5 Установите масштаб развертки осциллографа 1 мкс/дел. Меняя величину задержки в пределах от 0 до 375 нс, наблюдайте осциллограммы на выходе кодера КТ23. Зарисуйте осциллограммы при различных величинах задержки. Установите оптимальную величину задержки, при которой не наблюдается искажений сигнала.

6.2.6 Установите масштаб развертки 10 мкс/дел и зарисуйте «вспышки» (контрольные точки КТ8 и КТ9) и цветоразностные сигналы с местами ввода сигналов вспышек (контрольные точки КТ14 и КТ15). Измерьте длительность и период вспышек.

6.2.7 Установите масштаб развертки 1 мкс/дел, зарисуйте и измерьте время нарастания крутизны фронтов цветоразностных сигналов после ФНЧ, сравнивая сигналы контрольных точек КТ6-КТ11 т КТ7-КТ12.

6.2.8 Установите масштаб развертки 50 нс/дел (используйте растяжку х10). Измерьте период Тs и рассчитайте частоту fs цветовой поднесущей сигнала цветности (КТ21). Сравните полученное значение с заданным стандартом ТВ вещания.

6.2.9 Установите масштаб развертки 20 мкс/дел и сравните частоту управляющих импульсов, подаваемых на коммутатор (контрольная точка КТ10) с частотой вспышек. Определите его период.

6.2.10 Вернитесь в масштаб развертки 50 нс/дел, сравните фазы цветовой поднесущей f_s (ЦП) в контрольных точках КТ16, КТ20 и КТ21, используя второй вход осциллографа (при нажатии правой кнопки мыши). Зарисуйте осциллограммы ЦП в этих контрольных точках и сделайте выводы.

6.2.11 В масштабе развертки 0,5 мкс/дел зарисуйте форму сигналов цветности на выходах в контрольных точках КТ18 и КТ19. Убедитесь в наличии скачка фазы на цветовом переходе.

6.2.12 В масштабе развертки на осциллографе 10 мкс/дел зарисуйте и объясните форму и состав сигналов яркости (КТ13), цветности (КТ22) и полного цветного сигнала системы PAL (КТ 23).

6.3 Отчет должен содержать

6.3.1 Осциллограммы, измерения амплитуд, длительности, время нарастания крутизны фронтов полученные в результате экспериментов; расчеты частоты поднесущей сигнала цветности и определения периода.

6.3.2 Выводы.

6.4 Контрольные вопросы

6.4.1 Каковы основные достоинства квадратурной балансной модуляции?

6.4.2 Каковы условия формирования сигналов в квадратуре?

6.4.3 Каковы фазовые соотношения между исследуемыми сигналами?

6.4.4 Каковы условия баланса в БМ?

6.4.5 К чему может привести нарушение баланса БМ?

6.4.6 Какие искажения изображения могут возникнуть при нарушении условия формирования сигналов цветности в квадратуре?

6.4.6 Что такое дифференциально-фазовые искажения сигналов цветности и как они проявляются на изображении?

6.4.7 Что такое дифференциально-амплитудные искажения и как они проявляются на изображении?

6.4.8 При каком условии подавляется цветовая поднесущая в кодере PAL?

6.4.9 Из каких соображений выбирается частота цветовой поднесущей в кодере PAL?

Лабораторная работа № 7. Оценка параметров ЖК мониторов по испытательной программе

Цель работы: целью исследований является изучение особенностей работы жидкокристаллических (ЖК) мониторов и оценка их основных характеристик с помощью специальных испытательных программных продуктов.

Предварительная подготовка

Изучить лекционный материал о принципе получения изображения на экране жидкокристаллической панели и причинах инерционности обновления жк-экранов.

7.1 Описание лабораторной работы

Запустите программу «РiхРегАn».

Программа «РiхРегАn» запускается одноименным файлом (РiхРегАn.ехе), после чего она берет на себя управление монитором и открывается в полноэкранном режиме. В правом верхнем углу экрана в зеленой рамке выводятся сведения о частоте обновления экрана (Frame rate), выраженной числом кадров в секунду (fps), количестве «потерянных» кадров (Frames lost), степени загрузки процессора (CPU load) в процентах, выбранном режиме (Mode) разрешения экрана (например, 1280x1024 элемента), а также «глубине» представления цвета--в количестве бит на один элемент изображения (bрр). Эти сведения видны на экране во время любого из тестов, проводимых с помощью программы РiхРегАn. Если это окно убрано с экрана, его можно вызвать клавишей F12.

Управление работой программы, а также включение определенных тестов осуществляются с помощью указанных на экране клавиш. Режим синхронизации видеокарты управляется клавишами Shift+F7 и Shift +F8.

Клавиша F10 приводит к мгновенной остановке работы программы, отменить которую можно клавишей Еsc.

Все показатели скорости движения графических объектов на экране указаны в величинах смещения, выраженных числом элементов изображения на один кадр (pixel pro frame - ppf). Причиной привязки величины скорости к частоте кадров является то обстоятельство, что только целочисленное значение скорости, выраженное в числе элементов в секунду, соответствует плавному движению -- без заметных рывков.

7.2 Порядок выполнения работы

7.2.1 Регулировка гамма-характеристики монитора.

7.2.1.1 Убедиться в том, что на тестируемом мониторе выставлено оптимальное для него разрешение, которое должно соответствовать номинальному значению разрешения монитора таким образом, что каждому элементу экрана будет соответствовать один элемент изображения.

7.2.1.2 Внимательно рассмотреть красную машинку, которая постоянно проезжает на экране. Ее движение должно быть плавным, без рывков.

7.2.1.3 Настроить гамма-характеристику монитора (клавиша «F1») для обеспечения повторяемости результатов при проведении остальных тестов, а также для наглядной демонстрации влияния нелинейности характеристики воспроизведения на качество изображения.

В этом режиме работы, ориентированном на правильное выставление коэффициента гамма, интерфейс программы выглядит следующим образом: с помощью клавиши Еsс можно вернуться в главное меню программы, а клавишей «пробел» -- убрать с экрана вспомогательные элементы для облегчения проведения теста. В нижней части экрана расположен движковый регулятор, позволяющий изменить величину показателя гамма монитора от 0,1 в крайнем левом положении до величины 4,0 в крайнем правом.

7.2.1.5 Установить регулировки яркости и контрастности исследуемого монитора в такое положение, чтобы все участки полутоновой шкалы, расположенной в нижней части экрана, были хорошо различимы и занимали весь динамический диапазон яркости свечения экрана.

7.2.1.6 Установить коэффициент гамма с помощью красной полоски таким образом, чтобы яркость квадратов на заднем плане изображения по возможности близко совпадала с яркостью серого фона. В идеальном случае квадраты становятся невидимы при удалении наблюдателя на 2-3 м от монитора.

Выставленную величину коэффициента гамма следует записать в отчет.

7.2.2 Проведение теста «с флажками».

7.2.2.1 Для проведения теста «с флажками» после нажатия клавиши F2 открывается новое окно программы, в средней части которого слева направо перемещаются флажки, расположенные на контрастном фоне. Клавиши F1 и F2 позволяют изменить цветовую схему объектов для проведения теста, клавиша «пробел» убирает лишние элементы с экрана, клавиша Еsс -- переход к главному меню.

Тест «с флажками» позволяет определить, какой процент от перехода между двумя ступенями яркости монитор осуществляет за один цикл отображения (1/60 с).

7.2.2.2 Для проведения теста необходимо сначала ознакомиться с интерфейсом, выполнив следующее: нужно установить оба больших движковых регулятора в среднее положение. Затем нажать клавишу «Сtrl», оба регулятора тотчас установятся в крайнее правое положение. Необходимо после этого снова установить оба регулятора в среднее положение и обратить внимание на то обстоятельство, что флажки при этом выглядят иначе, чем после запуска этого теста, т. е. изображения с черно-белыми и полутоновыми переходами яркости подвержены «смазыванию» по-разному (из-за инерционности ЖК монитора).

7.2.2.3 Необходимо сначала в режиме воспроизведения черно-белых флажков (без серого цвета) и при средней скорости их перемещения выставить обоими длинными регуляторами яркость движущихся флажков таким образом, чтобы она сравнилась с яркостью флаг-штоков. Затем необходимо переключиться в режим серых цветов (клавиша Ctrl) и выполнить эту же установку снова, соблюдая то же условие. Произвести тестирование с разными скоростями перемещения флажков. Регулятор скорости имеет 20 обозначенных положений, по заданию преподавателя тест проводится в разных положениях.

7.2.2.4 В заключение необходимо показания обоих длинных регуляторов записать в отчет, до и после переключения в режим «с серыми цветами» (клавиша «Ctrl»). Результатом теста появятся числа (показания регуляторов) и ссылка на использовавшуюся цветовую схему.

7.2.3 Проведение теста «преследования».

7.2.3.1 Тест запускается клавишей.

Назначение теста, как и остальных, состоит в оценке инерционности ЖК монитора, которая заметна на движущихся объектах. Программа воспроизводит два прямоугольника, перемещающиеся по экрану на контрастном фоне с определенной скоростью. Границы прямоугольников размываются, увеличивая размеры на величину, зависящую от инерционности монитора. Расстояние между «преследуемым» и «преследующим» прямоугольниками можно регулировать движковым регулятором «Distans (pixels)», установить для этого расстояния минимальное значение, при котором еще можно распознать неискаженный цвет фона в промежутке между движущимися фигурами. Одновремененно с этой установкой перемещается движок расположенного ниже регулятора «Transition time(ms)», означающий интервал между обоими примоугольниками (время перехода), показания которого и являются количественным результатом теста.

7.2.3.2 По заданию преподавателя произвести тестирование по заранее выбранным цветовым схемам (F1, F2 и FЗ).

7.2.4 Тест «распознаваемости знаков».

7.2.4.1 При запуске теста клавишей F4 открывается новое окно. После запуска этого теста по экрану медленно, в течение 1 мин, перемещается случайная последовательность букв латинского алфавита, которую студент должен распознать и впечатать с помощью клавиатуры в светлый прямоугольник в центре экрана, где уже мигает курсор.

7.2.4.2 В случае успеха появляется надпись «Input correct», и регулятор скорости перемещения букв («Теmро»), расположенный в середине экрана над буквами, переходит в следующее (более правое) положение. Скорость увеличивается. Клавишей Сtгl можно инициировать вывод новой последовательности букв. После ряда последовательно увеличивающихся значений скорости перемещения букв, когда их уже трудно прочитать, и допущена неизбежная ошибка, появляется надпись «Input incorrect!», и в светлом прямоугольнике в верхней части экрана появляется надпись, показывающая номер опыта, давшего хороший результат при наибольшей скорости пробегания текста («Best readable Tempo so far: X» -- вместо X стоит номер опыта), являющегося результатом теста, который следует зафиксировать в отчете.

7.2.5 Имитация «смазанного» изображения.

7.2.5.1 Заключительный тест, представляющий собой имитацию смазанного изображения, запускается клавишей F6 и представляет собой по существу выбор электрической модели, описывающей переходные процессы в ячейках ЖК монитора.

7.2.5.2 После нажатия клавиши F6 появляется краткое описание, изложенное в этом тексте, после чего пользователю предлагается нажать «пробел» и открывать основное окно, содержащее пробегающее по горизонтали изображение, являющееся одним из графических объектов, имеющихся в программе. Горизонтальный 5-позиционный переключатель «Graphic no» позволяет сменить графический объект.

7.2.5.3 По средней части экрана перемещается графический объект, границы которого воспринимаются нерезкими из-за инерционности монитора. Одновременно с перемещением объекта, работает программный имитатор, органы управления которым расположены в нижней части экрана.

Программная имитация «смазанного» изображения сводится к формированию функции, описывающей переходные процессы в ячейках ЖК монитора. Эти процессы (переход из «темного» состояния в «светлое» и наоборот) описываются в простейшем случае двумя функциями: нарастающей («rise») и спадающей («fall»), что иллюстрируется графиками, расположенными справа в нижней части экрана. Графики носят качественный иллюстративный характер, по горизонтальной оси откладывается время, а по вертикальной -- относительная нормированная величина, показывающая состояние ЖК ячейки (например, ее прозрачность).

Слева от графика имеются следующие регулировки, влияющие на процесс имитации и отражающиеся на форме приведенных графиков:

«gamma» -- коэффициент гамма (эта величина не имеет отношения к измерениям, выполненным в начале тестирования, но используется программой для построения закона формирования смазанного изображения);

«rise exp» - постоянная времени экспоненты, описывающей нарастающий фронт;

«r. time»-- длительность нарастающего фронта;

«rise del» -- время задержки нарастающего фронта;

«fall exp» -- постоянная времени экспоненты, описывающей спадающий фронт;

«f. time» -- длительность спадающего фронта;

«fall del» -- время задержки нарастающего фронта;

«s.tempo» -- скорость движения объекта, исходя из которой рассчитывалось «смазанное» изображение.

Тонкими синими линиями показаны те же графики для случая формирования смазанного изображения, исходя из величины показателя гамма, равного единице.

7.2.5.4 Выбрать графическое изображение для наблюдения его перемещения по экрану.

7.2.5.5 Задать скорость перемещения.

7.2.5.6 Тест необходимо повторить, но при изменении показаний регуляторов рассчитанное изображение исчезает и может быть построено вновь после нажатия клавиши «Сtrl».

После проведения заключительного теста и выхода в главное меню (клавиша «Еsс») следует нажатием клавиши «Ctrl» зафиксировать полученные результаты в текстовом файле «PixPerAn_Ergebnis.txt».

7.3 Отчет должен содержать

7.3.1 Оптимальные значения: яркость и контрастность, гамма- коэффициент, а также указать число кадров в секунду, количество «потерянных» кадров.

7.3.2 Сделать необходимые выводы по тестам с флажками, преследования, распознаваемости знаков, имитации изображения.

7.4 Контрольные вопросы

7.4.1Поясните принцип получения изображения на экране жк-панели.

7.4.2 Что является причиной привязки величины скорости к частоте кадров?

7.4.3 От чего зависит величина гамма коэффициента у ТFТ-мониторов?

7.4.4 Поясните разницу результатов эксперимента с флаг-тестом для различных цветовых сочетаний.

7.4.5 Поясните результаты отчета сформированного программой и прокомментируйте, в частности, разницу результатов эксперимента с преследующими прямоугольниками для различных цветовых сочетаний.

Список литературы

1. Телевидение / Под ред. Джакония В.Е. - М.: Радио и связь, 2004.

2. Звуковое, телевизионное вещание / Выходец А.В., Коваленко В.И., Кохно М.Т. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Современные телекоммуникации./ Под общей редакцией Довгого С.А., - М.: Эко - Трендз, 2003.

4. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учебное пособие. - М.: «Горячая линия - Телеком», 2001. - 224 с.

5. Быков Р.Е. и др. Телевидение. Учебное пособие для ВУЗов. - М: Высшая школа, 1988 - 248с.

6. Макарцев В.В.,Хесин А.Я., Штейнберг А.Л. Большеэкранные системы- М.: CП Парнас, 1993 - 159с.

7. Новаковский С.В., Катаев С.И., Новаковский В.С. телевидение в XXI веке - M.: Знане, 1988 - 63с.

Размещено на Allbest.ru