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

Televizní přenosový řetězec - 1 Orbis pictus 21. století Televizní přenosový řetězec - 1 Obor: Elektrikář Ročník: 3. Vypracoval: prof. Ing. Stanislav Hanus, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-HAN-U-3-001 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1 Úvod Ideální televizní přenos by umožňoval divákovi vnímat snímanou scénu stejným způsobem, jako kdyby byl snímání scény přítomen osobně. Takový přenos by však vyžadoval přenést všechny informace, které mohou lidé vnímat svými smysly, především zrakem a sluchem. Pro splnění těchto požadavků musí být proto přenášeny informace o barevném prostorovém znázornění snímané scény a prostorovém zvuku. Od prvního televizního přenosu, který se uskutečnil v první polovině 20. století, se televizní technika k tomuto stavu postupně přibližuje. V reálných televizních soustavách je zatím přenášen pouze obraz, který je rovinným průmětem snímané scény a jeho jednotlivé obrazové body se liší jasem a barvou. Divák na základě zkušeností doplňuje chybějící informace (bližší a vzdálenější předměty, vzdálenost objektu od kamery aj.). Současně s obrazovými informacemi je přenášen i zvukový signál (prostorový) a doplňkové datové signály (teletext).

Při zavádění barevné televize byl prvořadý požadavek slučitelnosti s černobílou televizí. Barevná televize využívá menší barevné rozlišovací schopnosti lidského oka a používá aditivní mísení základních barev (červené, zelené a modré). V současnosti se v České republice používá soustava barevné televize PAL (Phase Alternating Line). Neustále se zvyšující nároky na kvalitu obrazu i zvuku vedly k rozvoji nových televizních systémů, vzájemně nekompatibilních (MAC, PAL+ aj.). Zatím posledním systémem je digitální televize DVB (Digital Video Broadcasting). Televizní přenos obrazových, zvukových a datových signálů se uskutečňuje prostřednictvím televizní přenosové soustavy neboli televizního přenosového řetězce.

Televizní přenosovu soustavu je možné rozdělit na tři části: snímací a vysílací část, přenosový kanál, přijímací část. Ve snímací a vysílací části je generován obrazový signál, např. z televizní kamery, záznamového zařízení nebo počítače, který je následně režijně zpracován. Úplný barevný signál je společně se zvukovým a datovým signálem přiveden do vysílacího zařízení. Vysílací zařízení se liší podle následně použitého přenosového kanálu, tj. podle způsobu, jakým bude signál přenesen k divákovi. Pro přenos signálu ze studia do vysílacího zařízení může být použit metalický souosý kabel, optický kabel nebo směrový spoj (někdy též nazývaný rádioreléový spoj). Směrový spoj využívá k přenosu mezi dvěma body elektromagnetické pole soustředěné do úzkého svazku. Může být stacionární nebo mobilní (využívají přenosové vozy). V ČR se pro směrové spoje používají kmitočtová pásma od 2 GHz do 38 GHz.

Přenosový kanál zajišťuje přenos úplného televizního signálu k divákovi. V současné době se používá pozemní (terestriální) vysílání, televizní kabelové rozvody a družicový přenos. Problematika televizních kabelových rozvodů je zpracována v jiné přednášce. Přijímací část tvoří přijímací zařízení, která přenášený úplný televizní signál zpracují (anténa, STB – Set Top Box) a poskytnou divákovi optický a zvukový vjem (TV přijímač). Jedním z přijímacích zařízení může být i záznamové zařízení, ve kterém je signál zaznamenán na paměťové médium pro pozdější využití.

2 Televizní kamera 2.1 Rozklad obrazu Při rozkladu obrazu se využívá setrvačnosti lidského oka a jeho konečné rozlišovací schopnosti. Obrazový tok O(x,y,t) lze znázornit pomocí obrázku a). Obraz má šířku H, výšku V a jas i barva jednotlivých obrazových bodů se s časem t spojitě mění.

Pro dosažení dojmu plynulého pohybu bez blikání obrazu však postačí (v důsledku setrvačnosti oka), když bude přeneseno za 1 sekundu minimálně 25 snímků, obr. b) a c). V evropských televizních normách je proto snímkový kmitočet fSN = 25 Hz. Rozlišovací schopnost lidského oka je 0,5 až 1 úhlová minuta. Pro optimální pozorovací úhel 10° až 14° (pozorovací vzdálenost obrazu je 6 až 4 násobek jeho výšky) vychází pro poměr stran obrazu 4:3 počet řádků ve snímku 600 až 1200 - liší se podle normy. V evropských televizních normách je 625 řádků ve snímku. Při rozkladu obrazu je proto elektronový paprsek snímací elektronky (a podobně i elektronový paprsek vakuové obrazovky) vychylován elektromagneticky ve vodorovném i svislém směru, obr. b). Z tohoto původního způsobu rozkladu jsou převzaty časové relace pro vysouvání signálu z posuvných registrů u CCD snímačů a také u LC a plazmových obrazovek, obr. c).

Při lineárním neprokládaném (progresivním) řádkování postupuje paprsek na stínítku zleva doprava konstantní rychlostí – řádkový (horizontální) činný běh. Po dosažení pravého okraje obrazu se rychle vrací zpět – řádkový (horizontální) zpětný běh. Současně je paprsek vychylován shora dolů – snímkový (vertikální) činný běh. Po dosažení dolního okraje obrazu se rychle vrací zpět – snímkový (vertikální) zpětný běh. Pro snížení jasového blikání obrazu a zmenšení požadované šířky pásma signálu na polovinu, se používá prokládané řádkování 2:1. Vytváří se lichý (L) a sudý (S) půlsnímek - synchronizační směs je složitější. Předpoklad: obsah dvou sousedních snímků se liší jen nepatrně.

Při prokládaném řádkování dochází k nedokonalému zobrazení šikmých čar a oblouků (například téměř vodorovná čára tenisového hřiště apod.) – blikání 25 Hz. Řádkové rozkladové generátory pracují s kmitočtem fR = 15 625 Hz, snímkové generátory pracují s půlsnímkovým kmitočtem fS = 50 Hz.

2.2 Snímače CCD Ke snímání obrazu se v současné době používají v TV kamerách dominantně polovodičové plošné snímače CCD (Charge Coupled Devices). Výhody: a) malé rozměry (cca 15 x 15 mm), b) nízký příkon, c) vysoká citlivost (citlivější než filmové kamery), d) vysoká geometrická přesnost obrazu daná výrobou, e) široký spektrálná rozsah (umožňující snímání obrazu v infraoblasti), f) velký dynamický rozsah, g) odolnost vůči elektromagnetickým polím, h) téměř neomezená životnost. Nevýhody: a) teplotní závislost (jsou vytvořeny z polovodiče). Vyrábějí se ve čtvercovém provedení (obsahují až 4000 x 4000 bodů) nebo obdélníkovém provedení, které vyhovuje současným TV standardům pro poměry stran 4:3 i 16:9. Struktura snímače může být typu FT (Frame Transfer, Field Transfer), LT (Line Transfer) neboli IL (Interline) nebo nejčastěji FIT (Field Interline Transfer).

Struktura snímače FIT pro neprokládané řádkování je na obrázku Struktura snímače FIT pro neprokládané řádkování je na obrázku. Snímač se skládá ze snímací části, paměťové části, vertikálních registrů a výstupního horizontálního řádkového registru na který navazuje převodník náboj/napětí (Q/U) a výstupní zesilovač. Kromě světlocitlivých buněk neboli pixelů (modré) jsou všechny části snímače zakryté neprůsvitnou vrstvou. Světelný tok ze snímaného obrazu dopadá na světlocitlivé buňky, ve kterých se generuje náboj úměrný osvětlení. Generace náboje trvá po dobu snímku. Se snímkovým synchronizačním impulsem se akumulované náboje přesunout do vertikálních registrů a následně do paměťové části (žluté buňky).

Z paměťové části jsou náboje z jednotlivých buněk postupně vysouvány s řádkovým kmitočtem do výstupního řádkového registru, ze kterého se za dobu řádku vysunou do převodníku Q/U. Na výstupu zesilovače je obrazový signál. Po přesunu nábojů do vertikálních registrů, se ve světlocitlivých buňkách začínají generovat náboje následujícího snímku. Přesuny nábojů se musí provádět bez přítomnosti světla, tj. v částech snímače zakrytých neprůsvitnou vrstvou.

2.3 TV kamery s jedním snímačem CCD Používají se pro neprofesionální účely. Signály UR, UG, UB generuje jeden plošný snímač s napařenými barevnými filtry (svislými proužky R, G, B) a se třemi výstupními horizontálními řádkovými registry. Ze signálů tří sousedních pixelů v řádku (R, G, B) se vytváří jeden barevný obrazový bod, jehož barva je dána velikostí dílčích složkových signálů.

2.3 TV kamery se třemi snímači CCD Používají se k profesionálním účelům. Blok CCD obsahuje objektiv, dichroická zrcadla, barevné filtry, 3 plošné CCD snímače (R, G, B) a předzesilovače barevných signálů. Dichroické zrcadlo odráží světlo pouze určité vlnové délky (barvy), ostatní spektrální složky světla procházejí beze změny. Pro SDTV (televize se standardním rozlišením) a poměr stran 4:3 má každý CCD snímač více než 500 000 obrazových bodů (cca 1 000 x 500). Pro HDTV (televize s vysokým rozlišením) má každý CCD snímač více než 2 000 000 obrazových bodů (cca 2 000 x 1 000).

2.4 Obecné blokové schéma TV kamery Zpracování signálu v kameře se provádí digitálně v 10, 12 až 14 bitové reprezentaci pro zvýšení přesnosti matematických operací. Závisí na typu kamery a jejím použití. V TV kameře se běžně provádí následující operace: nastavení úrovně černé, korekce gama, vyvážení bílé, automatické nastavení clony, aperturová korekce atd.

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