Частотный спектр сигнала изображения

Для определения требуемой полосы пропускания канала связи, по которому передается телевизионный сигнал, необходимо знать частотный спектр сигнала изображения, т. е. его нижнюю  верхнюю граничные частоты.

Частотный спектр зависит как от характера изображения, так и от параметров развертки. Нижняя граничная частота соответствует изображению, имеющему минимальное число изменений яркости, т. е. содержащему наименьшее число деталей. Таким изображением является неподвижная картинка, состоящая из двух деталей разной яркости (рис. 4 а). При ее развертке через нагрузку передающей трубки в течение одного кадра протекают два импульса тока - по одному в каждом поле (рис. 4 б).

Период образовавшегося импульсного сигнала будет равен периоду полукадра Т_n = Т_K, а его частота (нижняя граничная частота сигнала изображения) - частоте смены полей кадровой развертки: f_n = f_K = 50 Гц.

Верхняя граничная частота соответствует изображению, содержащему максимальное число элементов, яркость которых позволяет раздельно передать (и воспроизвести) телевизионная система. Такое изображение, состоящее из чередующихся светлых и темных

элементов (квадратов), показано на рис. 4 в.

Геометрические размеры d каждого элемента соответствуют высоте строки, которая, в свою очередь, определяется апертурой - конечным размером D развертывающего электронного пятна.

При развертке каждой пары соседних элементов изображения получаются импульсы тока, следующие с периодом Т_В (рис. 4 г). Частота такого импульсного сигнала, являющаяся верхней граничной частотой сигнала изображения, f_B = 1 / T_B. Верхняя граничная частота, как и нижняя, находится в прямой зависимости от частоты смены полей, а также от числа строк разложения и формата кадра.

Действительно, если принять число элементов изображения, укладывающихся по высоте кадра Н (см. рис. 4 в), равным числу строк разложения z, то вдоль каждой строки В уложится в К = B / H раз больше, т. е. К_z элементов, а общее число элементов будет N = zKz = Kz². Для передачи всех элементов полного кадра отводится время Т_п = 2 Т_К. Следовательно, время передачи одного

элемента Т_Э=2 T_K / N = 2 T_K / Kz², а время передачи каждой пары элементов, т. е. соответствующий верхней граничной частоте период импульсного сигнала, Т_В = 2Т_Э = 4Т_К / Kz². Отсюда верхняя граничная частота

         f_B = 1 / T_B = ( Kz²  / 4)( 1 / Т_К ) =  ( Kz²  / 4)f_K,

где f_K= 1 / Т_К - частота смены полукадров.

Подставив в эту формулу значения К=4/З, z=625 строк и f_K=50 Гц, получим

          f_B = 6,5 МГц.

Фактически, вследствие потери части строк за время обратного хода кадровой развертки число активных (несущих информацию об изображении) строк будет несколько меньше чем 625, а f_B = 6,0 МГц.

Поскольку верхняя граничная частота (6 МГц) значительно выше нижней (50 Гц), то ширина частотного спектра сигнала изображения определяется только верхней граничной частотой, т. е. Δf= f_B - f_H ≈ fв = 6 Мгц.

Очевидно, что при увеличении частоты смены кадров или числа строк разложения увеличивается верхняя граничная частота и расширяется частотный спектр сигнала изображения. Так, при f_n = 50 Гц частотный спектр составил бы 12 МГц.