Учебная телевизионная установка представляет собой рабочее место для бригады студентов из двух человек. Предназначена для проведения лабораторно-практических занятий по курсам: «Основы телевидения», "Передача изображений», «Цветное телевидение», «Цифровое телевидение»
Учебная телевизионная установка позволяет выполнять следующие лабораторные работы:
- Изучение параметров ПТВС и его составляющих.
- Изучение принципа формирования ПТВС
- Исследование свойств и основных параметров цветной телевизионной системы PAL.
- Изучение принципа восстановления постоянной составляющей ТВ сигнала.
- Исследование линейных искажений ТВ сигнала
- Исследование нелинейных искажений ТВ сигнала.
- Изучение принципов формирования компонентного видеосигнала форматов RGB и YUV.
- Изучение гамма-коррекции.
- Изучение PAL кодера
- Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала.
Установка позволяет расширять количество тем лабораторных работ и модернизацию уже существующих работ без конструктивных доработок, путём обновления прилагаемого к ней программного обеспечения.
Комплект поставки
- Базовый модуль учебной телевизионной установки, включающий в себя цветной видеомонитор, дисплей, системный блок персонального компьютера. источники ТВ сигналов, блок питания -1шт.
- Видеокамера «Infinity» GC-DN600SDV или «эквивалент» -1 шт.
- Программный пакет к лабораторной установке, предназначенный для проведения лабораторно-практических занятий -1 шт.
- Лабораторная стойка (размеры 1200*700мм., регулировка высоты стола и полки)- 1шт.
- Осциллограф цифровой Agilent Technologies DSO1052B 2 канала, 50 МГц или «эквивалент» -1 шт.
- Набор соединительных проводов -1 шт.
- Комплект документации, включающий методические рекомендации - 1шт.
2. Описание лабораторных работ
Для выполнения лабораторной работы необходимо запустить программу TV_XXXX.exe, используя ярлык на рабочем столе. Появится меню выбора лабораторных работ. При нажатии на кнопку с названием работы откроется соответствующая схема для исследования.
Рис. 1. Меню выбора лабораторных работ
2.1. Исследование PAL кодера.
Рис. 2. Лабораторная работа «Исследование PAL кодера»
В работе исследуется принцип формирования ПЦТВС в формате PAL из исходного компонентного RGB сигнала. Работа позволяет изучить осциллограммы в основных контрольных точках типового PAL кодера, а также влияние величины задержки яркостного сигнала, коэффициентов компрессии Ku и Kv, уровня вспышки поднесущей на формируемое изображение.
Ручками управления в работе устанавливаются следующие значения.
K1 – коэффициент усилителей на входе PAL кодера. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ).
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 используется для настройки кодера, исследования переходных искажений на границах цветов, наблюдения процесса формирования ПЦТВС при использовании изображения с цветными вертикальными полосами.
DVD-проигрыватель можно использовать для наблюдения специфических искажений (например, на мелких периодичных деталях изображения спектр сигнала яркости попадает в полосу сигнала цветности, приводя к характерным искажениям цвета).
2.2. Изучение принципа формирования ПТВС.
Рис. 3. Лабораторная работа «Изучение принципа формирования ПТВС»
В работе исследуется процесс формирования ПТВС из сигнала изображения и генераторов импульсов. Изучается структура ПТВС и его основные параметры. 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.
2.3. Исследование линейных искажений ТВ сигнала.
Рис. 4. Лабораторная работа «Исследование линейных искажений»
В работе исследуется влияние линейных искажений в телевизионном тракте на форму видеосигнала и качество изображения. Работа позволяет исследовать прохождение сигнала через фильтры, имеющие завал и всплеск в области НЧ и в области ВЧ. Переключение между фильтрами производится ключами с помощью кнопок «вверх/вниз».
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 / частоты среза фильтров с искажениями в области НЧ.
Область ВЧ – для настройки переходной частоты / частоты среза фильтров с искажениями в области ВЧ.
Остальные ручки применяются для управления блоком осциллографа.
2.4.Изучение искажения яркости и контрастности.
Рис. 5. Лабораторная работа «Изучение искажения яркости и контрастности»
В работе изучаются метод регулирования яркости и контрастности изображения и методы коррекции их искажений.
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 искаженное и откорректированное, в режиме 3 на верхней половине экрана – исходное, на нижней – искаженное и откорректированное.
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.
2.5. Изучение гамма-коррекции.
Рис. 6. Лабораторная работа «Изучение гамма-коррекции»
Целью работы является исследование воздействия нелинейности телевизионного тракта на форму сигнала и характер воспроизведения полутонов изображения, а также изучения метода коррекции нелинейных искажений (гамма-коррекции).
Сигнал от источника, проходя через усилители с регулируемым коэффициентом усиления, поступает на видеотракт с нелинейной передаточной характеристикой (источник искажений) и на коммутатор. В источнике искажений сигнал получает нелинейные искажения соответствующие степенной функции с показателем степени, большим единицы (кнопки 1, 2 и 3), меньшим единицы (кнопки 4, 5 и 6), равным единице, т.е. без искажений (кнопка 7), и нелинейные искажения произвольной формы (кнопки 8 и 9). В режимах 1, 4, 8 и 9 передаточные характеристики для каналов R,G,B одинаковы. Далее сигнал через ручной гамма-корректор идет на коммутатор. В результате 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 искаженное и откорректированное, в режиме 3 на верхней половине экрана – исходное, на нижней – искаженное и откорректированное.
В работе используются следующие ручки управления.
Yr – показатель степени передаточной характеристики гамма-корректора для канала R.
Yg – показатель степени передаточной характеристики гамма-корректора для канала G.
Yb – показатель степени передаточной характеристики гамма-корректора для канала B.
K – коэффициент усилителей на входе схемы. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ).
Yrgb – используется для синхронной перестройки Yr = Yg = Yb.
2.6. Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала (2 части).
Часть 1. Работа позволяет изучить влияние эффектов квантования и дискретизации на искажения сигнала ПТВС и качество изображения.
Рис. 7. Лабораторная работа «Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала» (1 часть)
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).
Частота генератора тактовой частоты.
Остальные ручки применяются для управления блоком осциллографа.
Часть 2. Работа позволяет изучить влияние эффектов квантования и дискретизации на искажения компонентного RGB сигнала и качество изображения.
Рис. 8. Лабораторная работа «Аналого-цифровое преобразование ТВ сигнала» (2 часть)
Вторая часть аналогична первой. Отличие заключается в том, что используется RGB сигнал, 3-х канальные АЦП и ЦАП и, следовательно, искажения наблюдаются на цветном изображении. Наблюдение искажений сигнала в этой работе не предусмотрено.
2.7. Формирование сигналов первичных цветов передачи (2 части).
Часть 1. В работе изучается процесс получения яркостного цветоразностного сигала из компонентного RGB сигнала с помощью кодирующей матрицы. Работа позволяет исследовать искажения ТВ изображения при отклонении коэффициентов относительной яркости в кодирующей матрице от стандартных значений.
Рис. 9. Лабораторная работа «Формирование сигналов первичных цветов передачи» (1 часть)
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).
Частота генератора тактовой частоты.
Остальные ручки применяются для управления блоком осциллографа.
Часть 2. В работе изучается процесс получения компонентного RGB сигнала из яркостного цветоразностного сигала с помощью декодирующей матрицы. Работа позволяет исследовать искажения ТВ изображения при отклонении коэффициентов относительной яркости в декодирующей матрице от стандартных значений.
Рис. 10. Лабораторная работа «Формирование сигналов первичных цветов передачи» (2 часть)
В работе используются следующие ручки управления.
α - коэффициент относительной яркости основного цвета R.
β - коэффициент относительной яркости основного цвета G.
γ - коэффициент относительной яркости основного цвета B.
K – коэффициент усилителей на входе схемы. Используется для установки рабочего уровня сигналов (уровень белого 700 мВ).
3. Вспомогательные блоки, используемые в лабораторных работах.
3.1.Коммутатор контрольных точек (ККТ)
Рис. 11. Коммутатор контрольных точек
Рис. 12. Контрольные точки (КТ1 не подключена ни к одному из каналов ККТ, КТ2 – к первому каналу, КТ3 – ко второму, КТ4 – к первому и ко второму)
ККТ (Рис. 11) отображается на дисплее и используется в лабораторной работе в том случае, если для просмотра всех контрольных точек (КТ) исследуемой схемы не хватает гнёзд на панели. ККТ имеет 2 канала и предназначен для коммутации контрольных точек схемы, обозначенных кружками бирюзового цвета, (Рис. 12) с двумя гнёздами, являющимися выходами ККТ. Для того чтобы соответствующую КТ подключить к первому каналу ККТ, необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши по кружку контрольной точки. КТ станет зелёной и на ККТ будет указан номер КТ, подключенной к первому каналу. Для подключения ко второму каналу используется правая кнопка мыши. При этом КТ становится жёлтой, а на ККТ будет указан номер КТ, подключенной ко второму каналу ККТ.
3.2.Блок осциллографа (БО)
Рис. 13. Блок осциллографа
БО (Рис. 13) предназначен для расширения возможностей аналогового осциллографа, входящего в комплект установки, и обеспечивает три дополнительных режима его работы: выбор строки, синхронизация по первому полю кадра, синхронизация по второму полю кадра. БО имеет «вход» для исследуемого видеосигнала, «выход» для подключения к входу одного из каналов осциллографа, выход «синхр.» для подключения входа синхронизации осциллографа, выход «Y» для подключения к входу «ПЦТВС» видеомонитора. На выходе «Y» присутствует видеоизображение, поданное на «вход» БО с подсветкой просматриваемой строки в режиме выбора строки. Выбор режима работы БО осуществляется нажатием на кнопки «выбор 1 строки», «синхр. по I полю», «синхр. по II полю» либо вращением ручки «режим». Выбор номера строки производится нажатием кнопок «вверх/вниз» (нажатие и удержание кнопки приводит к автоматической прокрутке номера строки) или вращением ручки «№ строки».