"Спектралл" - спутниковый интернет и телевидение

Обычно на входе видеомагнитофона подается полный телевизионный сигнал с совмещенными спектрами сигналов яркости и цвстно-стн. При записи способом преобразования необходимо разделить спектры сигналов перед записью и суммировать их после воспроизведения.

Рассмотрим подробнее вопросы разделения и суммирования сигналов яркости и цветности применительно к сигналам системы СЕКАМ. В цветных телевизорах, предназначенных для приема сигналов, кодированных по этой системе, сигнал цветности £цв обычно выделяют с помощью полосового фильтра из полного телевизионного сигнала, а в канал сигнала яркости Еу устанавливают режек-торный фильтр. Так как после разделения спектры сигналов вновь не суммируют, то фазовые искажения, возникающие на границе полосы пропускания фильтров, существенной роли не играют. При видеозаписи необходимо, чтобы эти сигналы взаимно дополняли друг друга: £у+£цв = £п . При этом если для систем обработки воспроизводимых сигналов допустимо неполное разделение спектров сигналов яркости и цветности, то при записи с преобразованием спектров качество разделения играет существенную роль, так как перекрестные помехи при неполном разделении вызовут появление муара. После разделения эти сигналы преобразуются, записываются, воспроизводятся, проходят цепи предыскажений и декоррекции — все это может вызвать муар и ряд других искажений после суммирования.

Для разделения сигналов в канале яркости устанавливается фильтр нижних частот (ФНЧ), который должен подавить сигнал цветности £цв при минимальном искажении сигнала яркости Еу. Чтобы выполнить эти противоречивые требования, ФНЧ должен приближаться к идеальному, т. е. иметь равномерную АЧХ в полосе прозрачности, малый интервал среза, большое затухание и симметричную импульсную характеристику. Наилучший метод приближения к характеристикам идеального фильтра заключается в раздельном синтезе требуемых АЧХ и ФЧХ. Преимуществом этого метода является возможность выбора типа фильтра, обеспечивающего необходимое затухание на частоте среза при наименьшем числе элементов

В теории фильтров АЧХ идеального фильтра аппроксимируется выражением |К(/(ч) |2=1/[1+Я2(ш)], где |Д"(/ы) |2 — модуль коэффициента передачи фильтра. Для построения идеального фильтра необходимо, чтобы функция Р2(<£>) мало отличалась от нуля в полосе пропускания и была намного больше единицы в полосе затухания.

Теоретическое сравнение различных видов аппроксимации ЛЧХ идеального фильтра, а также моделирование и определение ЛЧХ реальных фильтров показывают, что наилучшие результаты дает аппроксимация по Кауэру.

Рис. 36. Схемы фильтров для разделения сигналов яркости и цветности.
а — фильтр нижних частот; б — полосовой фильтр.

Рис. 37. Гребенчатые фильтры
Для того чтобы не возникали искажения при прохождении сигнала через фильтры, их фазовая характеристика в полосе пропускания должна быть линейной. Фазокорректированный фильтр ФНЧ почти полностью отфильтровывает высокочастотные составляющие сигнала яркости и сигнал цветности при затухании —3 дБ на 3,5 МГц и —50 дБ на 4,4 МГц (рис. 36).

Общий недостаток систем разделения с низкочастотным и полосовым фильтрами — это потери высокочастотных составляющих в сигнале яркости и значительное сужение полос сигналов яркости и цветности, необходимое для того, чтобы спектры при преобразованиях не перекрывались.

Для разделения сигналов яркости и цветности можно использовать «гребенчатые» фильтры [11]. Эти фильтры обычно образуются линией задержки сигнала с суммирующим (рис 37, а) и вычитающим (рис. 37, б) элементами. В схеме с вычитающим элементом сигналы с периодом Т подавляются, а с суммирующим — подчеркиваются. Так как в яркостном сигнале преобладают гармоники строчной частоты, то выбирают /7стр= 1/Г, в этом случае фильтр пропускает сигнал яркости и подавляет сигнал цветности. Гребенчатые фильтры весьма эффективны для систем с квадратурной модуляцией поднесущей, так как гармоники сигнала цветности в этих системах расположены между гармониками яркостного сигнала.

В системе СЕКЛМ выделение сигнала яркости с помощью гребенчатого фильтра малоэффективно в силу того, что в полосе частот от 4 до 4,6 МГц сконцентрирована основная энергия сигнала цветности Ецв, мощность которого значительно превосходит мощность яркостных составляющих. Кроме того, каждая шестая составляющая спектра сигнала £цв совпадает с соответствующей составляющей спектра сигнала Еу . Если в полосе частот от 3 до 4 МГц и от 4,6 до 6 МГц погрешность селекции сигнала, определяемого вычитанием

частот спектра сигнала цветности, кратных £стР, незначительна, то в полосе частот от 4 до 4,6 МГц она недопустимо велика. Поэтому этот участок полного сигнала обычно подавляется дополнительно режекторным фильтром.

На рис. 38 изображена структурная схема комбинированного фильтра, реализующего этот способ выделения сигнала яркости. На схеме: / — полосовой фильтр от 3 до 6 МГц, 2 — режекторный фильтр на область девиации под-несущих от 4 до 4,6 МГц, 3 — сумматор, линия задержки на строку, 5 — линия задержки с отводами для подстройки фильтра, 6 — ФНЧ, 7 — сумматор. Точная подстройка максимумов гребенчатого фильтра осуществляется линией задержки 5 с регулируемым временем задержки от 0 до 0,2 мкс. После подавления сигнала цветности гребенчатым и режекторным фильтрами к высокочастотным составляющим сигнала яркости добавляются в сумматоре 7 низкочастотные, прошедшие фильтр 6.

Способам разделения сигналов яркости и цветности с помощью фильтров свойствен серьезный недостаток: при обратном суммировании этих сигналов трудно избежать искажений, связанных с неточностью взаимного дополнения АЧХ и ФЧХ разделительных фильтров. Более качественное разделение можно получить в устройствах, использующих плавный ФНЧ, линию задержки и вычитающий каскад [3]. Структурная схема подобного устройства изображена на рис. 39. Из полного цветового телевизионного сигнала Еп ФНЧ 1 выделяется низкочастотная часть Еу и подается на один из входов вычитающего устройства 3. На второй бход поступает сигнал Еп, задержанный линией задержки 2. После вычитания остается сигнал цветности £цв, представляющий собой сумму исходного сигнала

Рис. 38. Структурная схема комбинированного фильтра
цветности Ецп и высокочастотных составляющих яркостного сигнала. Линия задержки служит для выравнивания задержек полного телевизионного сигнала и сигнала, выделенного фильтром, перед вычитанием. Более простое устройство для разделения сигналов яркости н цветности можно получить, используя только одну линию задержки н вычитающий каскад. Линия может быть короткозамкнутой или разомкнутой, при этом выделенные сигналы £цв и Еу меняются местами. На рис. 40 приведены АЧХ для сш налов Еу и £цв. Значение минимума АЧХ в канале яркости располагается между цветовыми поднесущими СЕКАМ При этом время задержки линии выбирается т,=57,8 не, а подавление сигнала Ецв составляет более 30 дБ в красной и синей строках. Переходная характеристика канала яркости в этой схеме не имеет выбросов. Выделенные сигналы

Рнс. 39. Разделитель сигналов яркости и цветности с ФНЧ, линией задержки и вычитающим каскадом.

Рис. 40. АЧХ каналов яркости и цветности при разделении с помощью короткозамкнутой линии.
взаимно дополняют друг друга, причем сигнал, получаемый при обратном суммировании, не имеет задержки по отношению ко входному, что является преимуществом перед способом разделения фильтрами.
Рассмотрим подробнее вопросы суммирования сигналов после обратного преобразования. При суммировании могут встретиться два варианта. В первом случае спектры суммируемых сигналов Еу н £цВ не перекрываются. Этот случай характерен для разделения сигналов с помощью фильтров. При этом искажения типа муара в суммарном сигнале не возникают, однако возможны искажения из-за различных задержек сигналов в фильтрах. Во втором случае спектры суммируемых сигналов Е у и £цв частично перекрываются. Этот случай характерен для разделения сигналов с помощью фильтра, линии задержки и вычитающего устройства. Оценим влияние разницы в задержках в каналах яркости и цветности.
На рис. 41 изображена частотная зависимость относительной амплитуды суммарного сигнала при различной дополнительной задержке т'. Наибольшие искажения суммарного сигнала происходят на частоте среза фильтра (оСр, когда амплитуды сигналов Еу и £цв достигают максимального значения. Из рис. 41 следует, что для обеспечения равномерности АЧХ суммарного сигнала в пределах 1 дБ точность задержки суммируемых сигналов должна быть не Хуже 1/5Шср.
Суммирование сигналов Еу и £цв, разделенных с помощью короткозамкнутон линии, также может привести к значительным искажениям из-за различной задержки в каналах. Допустим, дополнительная задержка имеет место в канале цветности.

Рис. 41. Частотная зависимость сигналов при различной величине дополнительной задержки.

Рис. 42. Зависимость АЧХ суммарного сигнала от точности задержки его составляющих
Форма частотной характеристики суммарного коэффициента передачи для этого случая приведена на рис. 42. Точность суммирования лучше 1 дБ достигается лишь в том случае, когда дополнительная задержка 3/10.
При значениях <3/10 фазовая характеристика <р(со) н групповое время запаздывания т(со) меняются линейно практически пропорционально.