Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Analogový televizní signál - 1 Orbis pictus 21. století Analogový televizní signál - 1 Obor: Elektrikář Ročník: 3. Vypracoval: prof. Ing. Stanislav Hanus, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-HAN-U-3-003 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1 Základní poznatky o signálu Signál je veličina nesoucí nějakou informaci, např. zprávu, sdělení nebo údaj. Obecně se signál označuje písmenem s, je však možné jej vyjádřit i napětím u, proudem i nebo výkonem p. Signál může být matematicky popsán nebo graficky znázorněn: v časové oblasti (časový průběh) nebo v kmitočtové oblasti (kmitočtové spektrum).

1.1 Časový průběh signálu Za signál je možné považovat např. napětí z generátoru nebo napětí z obrazového snímače. Jeho časový průběh u(t) je závislost okamžité hodnoty napětí u na čase t. Časový průběh signálu může být popsán matematickou funkcí (např. sinus) nebo může být zobrazen na obrazovce osciloskopu. Důležitým parametrem signálu je jeho střední hodnota neboli stejnosměrná složka, která se obvykle stanoví pro určitý časový interval. Stejnosměrná složka USS signálu se graficky určí jako přímka proložená časovým průběhem signálu tak, že plochy omezené časovým průběhem signálu nad a pod touto přímkou jsou stejné. U signálu z obrazového snímače je stejnosměrná složka USS > 0, u signálu z generátoru (za dobu jedné periody) je USS = 0 (rovnost červené a modré plochy).

1.2 Kmitočtové spektrum signálu Kmitočtové spektrum S(f) nebo S() je závislost velikosti spektrálních složek S (spektrální funkce) na kmitočtu f nebo  = 2f. Kmitočtové spektrum může být popsáno spektrální funkcí nebo může být zobrazeno na obrazovce spektrálního analyzátoru. Pro harmonický signál (sinusovka) s amplitudou S1, periodou T1 a kmitočtem f1, je kmitočtové spektrum signálu tvořeno pouze jednou spektrální čarou (složkou) na kmitočtu f1 a s velikostí S1. Obecně platí, že periodické signály mají diskrétní kmitočtové spektrum, tzn. spektrum obsahuje konečný počet spektrálních čar různé velikosti na různých kmitočtech.

Pro náhodný signál, např Pro náhodný signál, např. již popisovaný signál z obrazového snímače s mezním kmitočtem fmax, je kmitočtové spektrum tvořeno nekonečně mnoha spektrálními čarami od kmitočtu f = 0 (stejnosměrná složka) až po fmax. Obecně platí, že neperiodické signály mají kmitočtové spektrum spojité, tzn. spektrum obsahuje nekonečný počet spektrálních čar a bývá vyjádřeno nebo znázorněno graficky spektrální funkcí S(f). Pozn.: Přesně lze spektrum signálu popsat modulem a argumentem spektrální funkce (neperiodické signály) nebo spektrem modulů a spektrem argumentů (periodické signály).

1.3 Vzájemný vztah časového průběhu a spektra signálu Vyjádření signálu v časové oblasti (časový průběh) nebo v kmitočtové oblasti (kmitočtové spektrum) jsou pouze různé způsoby popisu jednoho konkrétního signálu. Proto časový průběh a kmitočtové spektrum signálu spolu úzce souvisejí. Při změně časového průběhu signálu, například jeho amplitudovým omezením, se změní i spektrum signálu. Jestliže se naopak změní spektrum signálu, například při průchodu signálu kmitočtovým filtrem (dolní propust, horní propust, pásmová propust, pásmová zádrž), změní se i časový průběh signálu. Uvedené vzájemné vztahy je možné matematicky popsat Fourierovou řadou (čti Furierovou) pro periodické signály nebo integrální Fourierovou transformací pro neperiodické signály.

1.4 Modulované signály Signál z obrazového snímače, který má spektrum od 0 do 6 MHz (obsahuje stejnosměrnou složku), a signál z mikrofonu se spektrem od 20 Hz do 15 kHz, jsou signály s relativně nízkými kmitočty. Jsou to signály v základním pásmu kmitočtů. Signály těchto relativně nízkých kmitočtů nelze efektivně přenášet v rádiovém prostředí a rovněž je nelze s několika dalšími podobnými signály přenášet po jednom kabelovém vedení. Pro uvedené způsoby přenosu musí být proto signály v základním pásmu modulovány na nosnou (s relativně vysokým kmitočtem) vhodnou modulací. Modulace je proces, při kterém dochází k ovlivňování některého parametru nosné v závislosti na okamžitých hodnotách modulačního signálu. Nosná je harmonický signál vyjádřený vztahem který má 3 parametry: amplitudu Sn, kmitočet fn a počáteční fázi n. Ovlivňováním jednotlivých parametrů, podle okamžitých hodnot modulačního signálu (signálu z mikrofonu, signálu z obrazového snímače aj.), vzniká amplitudová modulace AM (Amplitude Modulation), kmitočtová modulace FM (Frequency Modulation) nebo fázová modulace PM (Phase Modulation).

1.4.1 Amplitudově modulovaný signál Časové průběhy signálu při amplitudové modulaci jsou na obrázku. Modulačním signálem je např. harmonický signál (kosinusovka). Důležitým parametrem amplitudové modulace je hloubka AM, která může nabývat hodnot od 0 do 100 %.

Při harmonickém modulačním signálu s kmitočtem f1 je spektrum AM signálu tvořeno nosnou s kmitočtem fn, horní postranní složkou s kmitočtem fn + f1 a dolní postranní složkou s kmitočtem fn - f1.

Při obecném modulačním signálu s kmitočtovým rozsahem fmin až fmax (např. signál z mikrofonu), je spektrum AM signálu tvořeno nosnou s kmitočtem fn, horním postranním pásmem a dolním postranním pásmem. V obou uvedených případech je šířka kmitočtového pásma AM signálu dána vztahem BAM = 2.fmax .

1.4.2 Kmitočtově modulovaný signál Časové průběhy signálu při kmitočtové modulaci jsou na obrázku. Modulačním signálem je opět harmonický signál (kosinusovka). Při harmonickém i obecném modulačním signálu je spektrum FM signálu nekonečně široké. V praxi se pro výpočet šířky pásma FM signálu používá Carsonův vztah (čti Karsonův) BFM = 2 . (fmax + Df) , kde Df je kmitočtový zdvih, tj. maximální změna kmitočtu nosné.

2 Jasový signál Jasový signál UY, často také nazývaný obrazový signál, nese informaci o jasu jednotlivých obrazových bodů. Nabývá pouze kladných hodnot. Vytváří se ze základních barevných signálů UR (červený), UG (zelený), UB (modrý) podle vztahu UY = k . L = 0,30.UR + 0.59.UG + 0,11.UB , kde k je konstanta a L je jas obrazového bodu. Číselné konstanty vyjadřují, jakou měrou se podílí každá základní barva na výsledném jasu obrazového bodu. Stejnosměrná složka signálu (střední hodnota) nese informaci o středním jasu obrazu. Vyšší kmitočtové složky spektra nesou informace o detailech obrazu. Pro normy CCIR D/K lze odvodit maximální kmitočet fmax = 7,366 MHz. Struktura obrazu odpovídající tomuto kmitočtu se však vyskytuje zřídka. Nízkofrekvenční část spektra obsahuje informace o jasu velkých ploch. Spektrum jasového signálu má kmitočtový rozsah 0 až 6 MHz pro normy CCIR D/K a kmitočtový rozsah 0 až 5 MHz pro normy CCIR B/G.

3 Zatemněný jasový signál Zatemněný jasový signál UZ je jasový signál, doplněný směsí řádkových a půlsnímkových zatemňovacích impulsů. Zatemňovací impulsy jsou do signálu vkládány v době, kdy se elektronový paprsek (ve snímací elektronce nebo vakuové obrazovce) vrací z konce na začátek řádku nebo půlsnímku, případně kdy dochází k přesunu signálů z posuvných registrů (u snímačů CCD nebo u obrazovek LC a plazmových).

Řádkový zatemňovací impuls ŘZI má podle normy šířku 12 ms, což je přibližně 19 % z celkové doby trvání řádku tR = H = 64 ms. Řádkový kmitočet fR = 15 625 Hz ( fR = 1 / tR ). Doba trvání řádku je tedy rozdělena na aktivní (viditelnou) část délky 52 ms a zatemněnou část délky 12 ms . Půlsnímkový zatemňovací impuls SZI má podle normy šířku 25 H (tedy 25 řádků = 25 . 64 ms = 1,6 ms). Využívá se k přenosu přídavných informací (měřicí řádky, teletext aj.). V každém půlsnímku (312,5 H) je aktivních (viditelných) 287,5 řádků, 25 řádků je zatemněno. Doba trvání jednoho půlsnímku je tS = 20 ms a tomu odpovídá půlsnímkový kmitočet fS = 50 Hz ( fS = 1 / tS ).

Děkuji Vám za pozornost Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Stanislav Hanus Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky