А. Н. Туполева кафедра Телевидения и мультимедийных систем устройства записи и воспроизведения сигналов методические указания

Вид материала

Методические указания

Содержание Лабораторная работа № 652 Исследование структуры и принципа действия динамических шумоподавителей Принцип действия шумоподавителя DNL Функциональные схемы шумоподавителей DNL U2 = 0, на выходной сумматор поступает только один основной сигнал U Uвх. Эта зависимость определяется амплитудными характеристиками управляющего звена АРУ (рис.15). Так как напряжение U 2. Функциональная схема шумоподавителя аудиомагнитофона «Весна-205» U1*, включается в действие канал регулирования. U Принципиальная схема шумоподавителя DNL «Весна-205» VT15) достигает порога отпирания КК VT 1. Описание лабораторной установки 2. Порядок выполнения экспериментальной части работы Исследование каналов яркости Домашнее задание. Основные принципы работы Воспроизведение сигналов яркости и цветности Экспериментальная часть 2. Задания для выполнения экспериментальной части

Подобный материал:

• А. Н. Туполева Институт социальных технологий Кафедра истории и связей с общественностью, 272.05kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 12. 13 «Системы, сети, 151.82kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 12. 13 «Системы, сети, 121.7kb.
• Алгоритмы и устройства обнаружения и оценки параметров сигналов сО скачкообразным изменением, 259.41kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 12. 14 «Радиолокация, 236.33kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 12. 14 «Радиолокация, 134.92kb.
• Выбор Оптимальных Параметров Настройки регуляторов методические указания, 143.51kb.
• Н. Г. Чернышевского кафедра радиофизики и нелинейной динамики рабочая программа, 145.34kb.
• А. Н. Туполева Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций Седельников Ю. Е., Стахова, 269.83kb.
• Методические указания, контрольные задания и указания на курсовой проект по дисциплине, 410.04kb.

Лабораторная работа № 652

Исследование структуры и принципа действия динамических шумоподавителей

Цель работы  изучение принципов функционирования и характеристик шумоподавителей, построенных по принципу динамического ограничения шумов и используемых в бытовых аудиомагнитофонах 2-го класса.

Домашнее задание: по рекомендованному списку литературы [3, 5], материалам лекций и данной работе необходимо изучить структуру, принципы функционирования и характеристики динамических шумоподавителей, а также принципиальную электрическую схему шумоподавителя, применяемого в бытовом аудиомагнитофоне 2-го класса «Весна-205».


Введение

Современная техника записи аудиоинформации достигла высокого уровня. Тем не менее, улучшение ее качественных показателей остается актуальной задачей. С одной стороны, это вызвано дальнейшим ростом требований к верности воспроизведения аудиоинформации в условиях постоянного усложнения технологии записи и передачи (многократная перезапись, использование каналов радиовещания и связи и т.п.). Сигнал подвергается многократной обработке и для снижения суммарных искажений и помех влияние каждого звена должно быть достаточно малым. С другой стороны, на это оказывают влияния экономические соображения, в частности, стремление к повышению плотности записи (применительно к магнитной записи – уменьшение скорости ленты и ширины дорожки записи).

Следует отметить, что такой важный параметр, как отношение сигнал/шум при повышении плотности записи ухудшается в большей степени, чем другие параметры (нелинейные искажения, детонация и т.д.). Компенсировать это ухудшение традиционными методами (такими, как применение малошумящих усилителей и носителей аудиоинформации) полностью не удается. Тем более, что для таких носителей, как магнитная лента, в настоящее время почти достигнут теоретически возможный предел снижения уровня шумов. Решению этой задачи в большой степени способствует применение шумоподавителей.

Все известные устройства шумоподавления можно отнести к двум группам: к первой относятся устройства однократного воздействия, работающие лишь при воспроизведении; ко второй – основанные на двукратной обработке сигнала (соответственно при записи и воспроизведении). Шумоподавители первой группы, как правило, проще, но их работа принципиально связана с подавлением части информации, содержащейся в сигнале. Шумоподавители второй группы, наиболее известными представителями которых являются шумоподавители Долби, дают возможность полностью восстановить исходный сигнал. Но они значительно сложнее по структуре и схемотехнике.

В данной работе будет рассмотрен принцип действия самого распространенного представителя шумоподавителей первой группы – динамического шумоподавителя DNL.


Принцип действия шумоподавителя DNL

Шумоподавитель DNL (Dynamic Noise Limiter – динамический ограничитель шума), предложенный голландской фирмой “Филипс”, основан на принципе так называемой динамической фильтрации сигнала.

В результате исследований было установлено, что спектр музыкальных сигналов зависит от громкости исполнения таким образом, что с уменьшением громкости относительное содержание высокочастотных составляющих в сигнале уменьшается. Это объясняется особенностями звукообразования в музыкальных инструментах: при изменении громкости изменяется соотношение между уровнями основного тона и гармонических составляющих (обертонов). При игре тихой (пианиссимо) излучаются преимущественно основные тона, которые для большинства инструментов лежат в диапазоне частот, не превышающем 4,5 кГц. Поэтому ограничение полосы пропускания канала во времени воспроизведения таких пассажей (а также паузах звучания) лишь незначительно ухудшит качество звучания, но заметно ослабит характерные для звукозаписи высокочастотные шумы, которые проявляются особенно сильно именно при малом сигнале и в паузах. При увеличении уровня сигнала полоса пропускания расширяется, но одновременно увеличивается маскировка шумов полезным сигналом и подавление шумов становится не столь необходимым.


Функциональные схемы шумоподавителей DNL

1. Вариант шумоподавителя фирмы «Филипс»

В шумоподавителе фирмы “Филипс”, изображенном на рис.14, входной сигнал поступает на фазорасщепитель, представляющий собой каскад с разделенной нагрузкой.

Н
а его выходе образуются сигналы, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 180 и равные по амплитуде между собой. Один из сигналов поступает в канал обработки, где с помощью ФВЧ выделяются ВЧ – составляющие (выше 4,5 кГц). Эти ВЧ – составляющие, дополнительно усиливаются и подаются на каскад АРУ, коэффициент передачи которого определяется уровнем входного сигнала. После ослабления в делителе выходные сигналы схемы АРУ по величине делаются равными сигналам основного (нижнего) канала и подаются на выходной сумматор.

Сигналы основной части спектра (НЧ и СЧ) не проходят через ФВЧ канала обработки. Поэтому для них U₂ = 0, на выходной сумматор поступает только один основной сигнал U₁, модуль которого равен |U_вх|. Соответственно |U_вых| = |U_вх| и схема не оказывает влияния на проходящие сигналы НЧ и СЧ.

Для ВЧ ФВЧ канала обработки прозрачен и коэффициент передачи всей схемы зависит от уровня U_вх. Эта зависимость определяется амплитудными характеристиками управляющего звена АРУ (рис.15).

Так как напряжение U₂ складывается в сумматоре с напряжением U₁ в противофазе, то результирующая амплитудная характеристика на ВЧ имеет вид, представленный на рис.15,в.

И
з рисунка видно, что для ВЧ сигналов малого уровня коэффициент уменьшается, что и вызывает эффект подавления шумов. В начальном участке характеристики (до установленного порога срабатывания U₀) можно достичь полной компенсации противофазных составляющих U₁ и U₂, т.е. получить U_ВЫХ = 0. Канал прохождения ВЧ сигналов малого уровня запирается. Напряжение U₀, соответствующее входному сигналу, при котором начинает эффективно действовать шумоподавление, обычно выбирается на 38 – 40 дБ ниже номинального значения, что примерно соответствует нижней границе динамического диапазона записываемых сигналов.

Недостатком схемы является то, что сигналы основного канала и канала обработки проходят на сумматор существенно различными путями. Как следствие этого исходный сдвиг фаз в 180, введенный между ними ФР, нарушается, что не позволяет достичь эффекта полного подавления шумов в сумматоре.

2. Функциональная схема шумоподавителя аудиомагнитофона «Весна-205»

На рис.16 показана функциональная схема шумоподавителя DNL, использованного в магнитофоне «Весна-205». Это схема свободна от недостатков описанной ранее схемы.





Входные сигналы U_ВХ=U₁ подаются на ФР, на выходах которого образуются два сдвинутых по фазе на 180 сигнала U₂=U₁ и U₃= U₁. Сигнал U₂ (сигнал основного канала) сразу поступает на выходной сумматор , а сигнал дополнительного канала U₃ идет на  через ФВЧ₂, на выходе которого имеем сигнал U₄.

Одновременно сигнал U₃ подается через ФВЧ₁ на блок регулирования, состоящий из ключевого каскада КК, усилителя УС и детектора Д.

На НЧ и СЧ ФВЧ₁ и ФВЧ₂ непрозрачны, т.е. U₄ и U₅ равны 0. Поэтому независимо от величины U_ВХ=U₁ имеем U_ВЫХ=U₂=U₁. Коэффициент передачи схемы во всем динамическом диапазоне входных сигналов равен 1, канал регулирования не работает, шумы не подавляются.

На рис.17 представлены зависимости характерных сигналов шумоподавителя, использованного в магнитофоне «Весна-205» для ВЧ.

На ВЧ (f > 4,5 кГц) прохождение сигнала на выход зависит от его уровня. При малых и стремящихся к нулю значениях ВЧ U₁ ФВЧ₁ и ФВЧ₂ прозрачны. Можно считать, что U₄=U₃ и U₅=U₃. Сигнал U₅ усиливается УС, детектируется Д и преобразуется в сигнал постоянного тока U_УПР. Этот сигнал подается на ключевой каскад (КК), выполняющий функцию управляемого сопротивления: R_КК   при U_УПРU_ВКЛ, R_КК  0 при U_УПРU_ВКЛ, R_КК  R_РАБ при U_УПР  U_ВКЛ.

Поскольку, как уже было сказано, величина U₁0, то U_УПР<<U_ВКЛ. Соответственно R_КК   и КК не оказывает влияние на сигнал U₅ и, значит, на сигнал U₃.

Связь между сигналами U₃ и U₅ осуществляется через ФВЧ₁, который на ВЧ имеет коэффициент передачи 1, т.е. U₃=U₅.

Соответственно полученный из U₃ сигнал U₄, противофазный U₂, поступает на . Здесь U₄ и U₂ компенсируют друг друга.

ВЧ сигналы низкого уровня, которые с высокой степенью вероятности представляют собой шумы, на выход схемы не проходят. Происходит процесс шумоподавления.

При увеличении уровня входных ВЧ сигналов и достижении ими некоторого значения U₁*, включается в действие канал регулирования. U₁* проходит ФР, на выходе которого сигнал равен U₃*. На выходе ФВЧ₁ получается U₅*.

Усиленное и продетектированное значение U₅* формирует U_УПР  U_ВКЛ. Соответственно КК выходит из разомкнутого состояния и его сопротивление становится равным R_РАБ. Величина R_РАБ  const, при изменениях U_УПР вблизи U_ВКЛ R_РАБ=f(U_УПР). Появляется делитель сигнала U₃, образованный выходным сопротивлением ФР R и подключенным к нему через ФВЧ₁ сопротивлением R_КК = R_РАБ. При дальнейшем увеличении U₁, величина U₃ практически перестает расти, т.к. попытка увеличения U₃ приводит к росту U₅, соответственно росту U_УПР и уменьшению R_КК.

Коэффициент передачи делителя R_КК/(R+R_КК) уменьшается и фактически значение U₃ остается неизменным и равным U₃*. В случае, если коэффициент передачи усилителя УС К_УС , значение U₃=U₃*=const при U₁>U₁*. Реально, К_УС   и поэтому с ростом U₁, U₃ незначительно увеличивается.

На выходе ФВЧ₂ U₄=U₃=U₃*=const, соответственно U_ВЫХ=U₂–U₄= =U₁–U₃* = U₁ – const. На выходе сумматора появляется сигнал, линейно связанный с входным. Шумоподавление для высокого уровня ВЧ сигналов U_ВХ не производится.


Принципиальная схема шумоподавителя DNL «Весна-205»

Принципиальная электрическая схема шумоподавителя «Весна-205» приведена на планшете. Входной сигнал U_ВХ=U₁ подается на точку 1 (КТ3, С11). ФР реализован на транзисторе VT5. Сигнал U₂ снимается с точки 2 (эмиттер VT5) и через R28 подается для суммирования с сигналом дополнительного канала в точку 4. Сигнал дополнительного канала U₄ поступает на суммирование через ФВЧ₂ (С14). ФВЧ1 образован емкостью С15. Усилитель УС построен на транзисторах VT7, VT8, VT10 с соответствующими резисторами смещения и нагрузки.

Емкости С20, С23, С25, С27, С29 формируют необходимую АЧХ УС. АЧХ УС служит для увеличения крутизны среза АЧХ ФВЧ1. Транзисторы VT15 и VT14 в диодном включении совместно с емкостью С38 образуют детектор Д, с помощью которого ведется управление КК на VT19.

При достижении ВЧ сигналом в точке 5 определенного уровня постоянное напряжение на выходе детектора Д (коллектор VT15) достигает порога отпирания КК VT19. Последний включен своим переходом коллектор-эмиттер между точкой 5 (5’) и корпусом. Поэтому отпирание этого транзистора прекращает дальнейший рост амплитуды ВЧ сигнала в точке 5, шунтируя его на корпус. Соответственно дальнейшее увеличение U₁ не дает роста U₃, зашунтированного через С15 и VT19. Сигнал выходной U₄ начнет расти, т.к. взаимная компенсация равных по величине, но противофазных сигналов U₃ и U₂ прекращается. Амплитуда U₂, пропорциональная U₁, с ростом последнего растет, а амплитуда U₃ стабилизируется. Шумоподавление пропадает на НЧ и СЧ (емкости С14 и С15 непрозрачны, поэтому УС и Д не работают). Тумблер «ШП» служит для включения и выключения режима шумоподавления.


Экспериментальная часть

1. Описание лабораторной установки

В лабораторной установке использована схема шумоподавителя, применяемого в магнитофоне “Весна-205”. Эта схема показана на планшете.

Схема шумоподавителя размещается в специальном корпусе. Входной сигнал подается на разъем «Вход» от генератора Г3-112. Питание схемы осуществляется от стабилизированного внешнего источника 12 В («+» – красный провод). Разъем «Выход» – универсальный и подключается ко входу осциллографа или милливольтметра переменного тока.

С помощью галетного переключателя на разъем «Выход» можно подавать усиленный в 10 раз специальным усилителем сигнал с контрольных точек схемы «1» – «5». Номера точек «1»  «6» соответствуют надписям на переключателе и обозначены на схеме (планшет). Сигналы в контрольных точках имеют следующее происхождение: «1»  входной сигнал схемы шумоподавления ( 10); «2»  сигнал основного канала с расщеплением фазы U₂; «3»  сигнал дополнительного канала U₃ (U₃ противофазно U₂); «4»  выходной сигнал сумматора U₄ (выход ШП); «5»  сигнал на входе схемы управления U₅ (переменный ток); «6»  сигнал управления аттенюатором U₆ (постоянный ток).

И с х о д н ы е у с т а н о в к и. Включить тумблеры «Сеть» на генераторе Г3-112 и осциллографе. Включить питание макета от источника стабилизированного напряжения (E_пит=12 В). Установить переключатель уровня выходного сигнала Г3-112 в положение «70 дБ», частота синусоидального сигнала – 10 кГц. Соединить выход Г3-112 с разъемом «Вход» макета. Соединить разъем «Выход» макета со входом «У» осциллографа (чувствительность 10 мВ/см, скорость развертки 50 мкс/см). Тумблер включения шумоподавителя в верхнем положении. Галетный переключатель в положении «1».

Вращением ручки плавной регулировки выходного сигнала Г3-112 установить размах синусоидального входного сигнала макета U_ВХ = U₁ = 50 мВ


2. Порядок выполнения экспериментальной части работы

З а д а н и е 1. Переключая галетник, замерить истинный размах синусоидальных сигналов в точках «2»  «5», а также величину постоянного напряжения в точке «6» (постоянный сигнал точки «6» не увеличивается внутренним усилителем и поэтому для определения его истинного значения величину, замеренную по экрану осциллографа, не надо делить на 10, как для точек «1» – «5»).

Изменяя дискретно и плавно размах U_ВХ (напряжение сигнала в контрольной точке «1») и соответственно чувствительность осциллографа, заполнить табл. 1 в столбцах «2»  «6» для частоты сигнала 10 кГц (подстолбцы «10») истинными значениями напряжений в точках «2»  «6».

Таблица 1

UВХ , мВ (напряжение в контрольной точке «1»)	Напряжение в контрольных точках, мВ
«2»	«3»	«4»	«5»	«6»
Частота сигнала, кГц
10	1	10	1	10	1	10	1	10	1
50
60
70
80
90
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600

З а д а н и е 2. Вернуться к исходной установке приборов и сигналов. Установить значение частоты генератора Г3-112 1 кГц. Повторить операции задания 1 и заполнить табл. 1 для новых значений сигналов в столбцах «2»  «6» для частоты сигнала 1 кГц (подстолбцы «1»).


З а д а н и е 3. Используя данные табл. 1 построить графики зависимостей U₂ = f₁(U₁), U₃ = f₂(U₁), U₄ = f₃(U₁), U₅ = f₄(U₁), U₆ = f₅(U₁) для частот 10 и 1 кГц в одних координатных осях. Объяснить полученные графики.

З а д а н и е 4. Вернуться к исходной установке приборов. Частота сигнала 1 кГц. Установив галетный переключатель в положение «1», дискретным и плавным регулятором выходного сигнала Г3-112 добиться размаха сигнала на разъеме «Выход» 400 мВ (истинный размах U_ВХ= 40 мВ). Переключателем, не трогая уровень выходного сигнала Г3-112, установить значение частоты сигнала 50 Гц. Галетный переключатель установить в положение «6» и замерить постоянное напряжение на входе аттенюатора. Изменяя частоту сигнала генератора, снять зависимость U₆ = f₆(f) и заполнить табл. 2.

Построить график полученной зависимости, которая по сути дела является АЧХ ФВЧ шумоподавителя.

Таблица 2

Напряжение в контрольной точке 6	Частота сигнала f, кГц
	0,5	1	1.5	2	2.5	2.75	3	3.25	3.5	3,75	4	4,5	4,75	5	5.25	5.5	6	7	8

З а д а н и е 5. Вернуться к исходной установке приборов. Частота сигнала 10 кГц. Установить размах входного сигнала 100мВ (истинное значение 10мВ). Галетный переключатель перевести в положение «4». Замеряя размах сигнала «4» сначала при включении тумблера шумоподавителя, а затем при выключенном, найти их соотношение. Эта величина характеризует коэффициент шумоподавления.


Контрольные вопросы

1. Предназначение шумоподавителей. Виды устройств шумоподавления.
   
2. Принцип подавления шумов системой DNL.
   
3. Работа функциональной схемы шумоподавления DNL «Phillips».
   
4. Работа функциональной схемы шумоподавления DNL «Весна-205».
   
5. Принципиальная схема шумоподавителя «Весна-205».
   
6. Амплитудно-частотные и амплитудные характеристики шумоподавителя DNL «Весна-205».
   

Лабораторная работа №653

ИССЛЕДОВАНИЕ КАНАЛОВ ЯРКОСТИ

И ЦВЕТНОСТИ ВИДЕОПЛЕЙЕРА

Цель работы. Целью настоящей лабораторной работы является изучение принципов функционирования и характеристик каналов яркости и цветности видеоплейера.

Домашнее задание. По рекомендованному списку литературы и настоящим методическим указаниям необходимо изучить структуру, принципы функционирования и характеристики видеоплейера (на базе видеоплейера «Panasonic NV-SR50»), а также основных узлов его канала записи и воспроизведения. Изучить структуру видеофонограммы, особенности ее записи и воспроизведения, включая формат записи, спектральные преобразования аудио- и видеоинформации, обеспечение необходимой скорости движения ленты относительно магнитной головки, вид используемой модуляции.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

ВИДЕОМАГНИТОФОНОВ И ВИДЕОПЛЕЙРОВ

При создании ВМ основная трудность связана с записью изображения. Всю сложность проблемы записи изображения по сравнению с записью звука можно оценить, сравнив интервалы записываемых частот в первом и втором случаях. Интервал звуковых частот не превышает 20 кГц. Высококачественная запись полного цветового видеосигнала системы SECAM должна осуществляться в полосе частот до 6 МГц. Очевидно, что для записи таких широкополосных сигналов должна быть значительно повышена скорость движения магнитной ленты по сравнению со скоростью ленты в звуковых магнитофонах. При одинаковом способе записи звука и видеоизображения одной неподвижной головкой для записи звука достаточно скорости ленты всего лишь 4.53 см/с, а для записи видеосигналов необходима была бы скорость магнитной ленты не менее 10... 12 м/с.

Аппаратура с такой высокой скоростью ленты не могла бы быть надежной и потребовала бы большого расхода ленты. Поэтому во всех современных ВМ для видеосигнала используется способ наклоннострочной записи вращающимися головками, который, обеспечивая необходимую высокую скорость ленты относительно головки, в то же время позволяет ограничить абсолютную скорость ленты приемлемой величиной. При наклоннострочной записи абсолютная скорость ленты в ВМ часто даже ниже, чем в магнитофонах.

Следовательно, лентопротяжный механизм (ЛПМ) видеомагнитофона принципиально отличается от ЛПМ магнитофона наличием блока вращающихся видеоголовок (БВГ), в который входит барабан с закрепленными на нем видеоголовками.

В ВМ, как и магнитофоне, магнитная лента также сматывается с подающей катушки на приемную, а лента приводится в движение ведущим валом (ВВ) и прижимным роликом, между которыми она зажата. Для создания требуемого натяжения ленты служат рычаги натяжения. Головки стирания, записи и воспроизведения звука располагаются вместе по одну сторону от БВГ, при этом в звуковых каналах ВМ обычно используются универсальные головки записи/воспроизведения. Звуковые сигналы записываются обычно на продольной дорожке по верхнему краю ленты, а по ее нижнему краю на продольной дорожке головкой канала управления записываются специальные управляющие сигналы, предназначенные для управления системой автоматического регулирования скорости движения ленты.

Принцип магнитной записи и воспроизведения видеосигналов совершенно такой же, как и звуковых. Только для записи и воспроизведения видеосигналов используются вращающиеся видеоголовки. Пара таких видеоголовок установлена диаметрально противоположно на барабане, вращающемся с высокой скоростью (1500 об/мин для стандартов B/G и D/K). Благодаря этому линейная скорость движения видеоголовок по ленте гораздо выше абсолютной скорости движения ленты.

Взаиморасположение ленты и барабана с видеоголовками схематично показано на рис. 1,а. На нем пунктирной линией изображена дорожка записи видеосигнала, которую оставляет видеоголовка на ленте. Здесь же схематично показаны звуковая головка и головка управляющего сигнала, которые производят запись по краям ленты.



а



б

Рис. 1. Взаиморасположение ленты и барабана с видеоголовками (а) и расположение дорожек на ленте (формат записи) (б): 1,17 — направление движения ленты, 2 — лента, 3 — барабан, 4 — направляющая, 5 — направление вращения головок, 6 — траектория движения головки по ленте, 7 — звуковая головка, 8 — головка сигналов управления, 9 — звуковая дорожка, 10 — видеоголовка, 11 — направление движения головки по ленте, 12, 13 — 1-я и 2-я дорожки видеосигнала соответственно, 14 — дорожка сигнала управления, 15 — импульс сигнала управления, 16 — дорожки видеосигналов

На рис. 1,б показано расположение дорожек магнитной записи на ленте. Как видно, видеосигнал записывается практически по всей ширине ленты на наклонных дорожках, поэтому способ записи и называется наклоннострочным.

В соответствии с выбранным форматом записи в бытовых ВМ каждый кадр телевизионного изображения записывается за один оборот барабана с видеоголовками, т.е. на двух соседние дорожках видеозаписи. Чтобы получить наглядное представление о процессе записи изображения, достаточно вспомнить принцип строчного разложения изображения в телевидении и передачи изображения с чересстрочной разверткой, когда из двух полей складывается один кадр изображения.

При записи одного кадра двумя вращающимися головками, как принято в бытовых ВМ, одна из головок записывает только нечетные поля, а вторая - только четные.

Установленные на вращающемся барабане видеоголовки универсальны. Они осуществляют как запись, так и воспроизведение видеосигнала. Во время воспроизведения головка, которая записывала только нечетные поля, начинает воспроизводить только нечетные поля, а другая головка воспроизводит только четные поля. Для получения воспроизведенных кадров изображения нечетные и четные поля нужно суммировать. На рис. 2 показано, как это делается.

К
Рис. 2. Структура четных и нечетных полей для получения воспроизводимых сигналов: 1 — лента, 2 — вращающийся трансформатор, 3, 4 — видеоголовки каналов 1 и 2 соответственно, 5 — направление вращения, 6, 7 — усилитель воспроизведения 2-го и 1-го каналов, 8 — коммутатор, 9 — сигнал управления коммутатором, 10 — выходной сигнал
аждая из вращающихся видеоголовок подключена через вращающийся трансформатор к соответствующему усилителю воспроизведения. Очевидно, что на выходе усилителей воспроизведения канала 1 и канала 2 будет только часть полного видеосигнала (на одном сигналы только нечетных полей, а на другом - четных). Только на выходе коммутатора, который поочередно подключается то к одному, то к другому каналу, получается полный телевизионный сигнал, который до этого был записан на магнитную ленту. А чтобы в моменты коммутации видеосигнала и при периодическом прекращении контакта одной из головок с лентой не возникали бы помехи на воспроизводимом изображении, запись каждой из головок производится с некоторым перекрытием. И для этого угол охвата барабана лентой принимается немного больше 180 градусов.

Для облегчения записи видеосигнала в бытовых ВМ обычно перед записью спектр этого сигнала преобразуется. Во время этого преобразования спектр полного цветового сигнала разделяется на два участка, первый из которых (низкочастотный) содержит информацию о яркости, а второй (высокочастотный) — о цвете. Часть спектра, содержащая информацию о цвете, путем гетеродинирования переносится в область более низких частот и суммируется с несущей частотой, модулируемой яркостной частью спектра исходного видеосигнала. Несущая частота должна модулироваться таким образом, чтобы весь спектр ЧМ сигнала располагался в верхней части полосы частот, записываемых на магнитную ленту. Благодаря такому преобразованию удается значительно сократить частотный спектр сигнала, записываемого на ленту, по сравнению с исходным спектром полного цветового сигнала. Суммарный сигнал после усиления записывается на ленту вращающимися видеоголовками. Звуковые же сигналы в ВМ записываются так же, как и в обычном магнитофоне.


ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СИГНАЛОВ ЯРКОСТИ И ЦВЕТНОСТИ

Для наглядного представления о ходе процессов в режиме воспроизведения, рассмотрим структурную схему канала воспроизведения сигналов яркости и цветности, представленную на рис. 3.


Воспроизводимый ЧМ сигнал с БВГ поступает через вращающийся трансформатор на два идентичных предварительных усилителя воспроизведения. В предварительных усилителях ЧМ сигнал яркости и преобразованный сигнал цветности усиливаются до необходимого уровня.

На выходах предварительных усилителей формируются ЧМ пакеты, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 180°. Частота следования пакетов при скорости вращения БВГ 1500 об/мин составляет 25 Гц, синхронно с импульсами переключения видеоголовок частотой 25 Гц. При каждом повороте БВГ на 180° на вход предварительных усилителей поступают поочередно сигналы с видеоголовки 1 и видеоголовки 2.

Благодаря сигналу переключения видеоголовок на выходе коммутатора, поочередно подключающегося к выходам предварительных видеоусилителей формируется непрерывный ЧМ сигнал с незначительными перекрытиями.

Момент переключения устанавливается в пределах 5... 11 строк до начала (фронта) кадрового синхроимпульса т.е. в момент, когда вторая ВГ входит в контакт с магнитной лентой.



Рис 3. Структурная схема канала воспроизведения


Полученный таким образом непрерывный ЧМ сигнал поступает на усилитель-корректор, в котором путем применения частотно-зависимой отрицательной обратной связи формируется примерно линейная характеристика усиления входного сигнала (линеаризация осуществляется путем коррекции частотной характеристики видеоголовок и применения системы АРУ). Это особенно важно для низкочастотного преобразованного сигнала цветности, поскольку, в противном случае, сильно искажалась бы его амплитуда.

Далее выходной сигнал усилителя-коммутатора фильтрами разделяется на ЧМ сигнал яркости (ФВЧ) и сигнал цветности (ФНЧ).

Воспроизведение сигнала яркости.

С выхода фильтра ЧМ сигнал яркости поступает на устройство АРУ. Устройство АРУ предназначено для устранения паразитной амплитудной модуляции в воспроизводимом ЧМ сигнале, возникающей из-за нарушения контакта видеоголовок с магнитной лентой, и поддержания постоянным уровня ЧМ сигнала. В состав АРУ входит детектор АРУ, формирующий сигнал управления коэффициентом усиления АРУ. Детектор АРУ работает таким образом, что малому уровню ЧМ сигнала соответствует низкий уровень напряжения управления, который увеличивает коэффициент усиления усилителя АРУ, а большому уровню ЧМ сигнала — высокий уровень напряжения, уменьшающий коэффициент усиления усилителя АРУ.

АЧХ воспроизведения видеоголовок не позволяет с достаточным уровнем воспроизводить верхние боковые полосы ЧМ сигнала яркости. Применяемые в настоящее время видеоголовки считывают относительно низкие частоты (1...3 МГц) с ленты достаточно хорошо. Высокие частоты ЧМ сигналов 3,3...7,7 МГц (для стандарта 4,8 МГц) значительно ослабляются. Для повышения отношения сигнал/шум в области высоких частот при записи производится предкоррекция, заключающаяся в подъеме высокочастотных составляющих сигнала яркости.

Однако, вследствие введения этих предыскажений при воспроизведении резких перепадов сигнала яркости возникают значительные выбросы, амплитуда которых превышает установленные пределы девиации несущей ЧМ сигнала. В результате чего существенно уменьшается уровень воспроизводимого ЧМ сигнала. На экране это проявляется в виде коротких черных штрихов на границе белого и черного.

Для устранения такого рода помех применяют двойной ограничитель, восстанавливающий утраченные в процессе записи высокочастотные составляющие сигнала яркости и, одновременно, устраняющий остатки паразитной амплитудной модуляции в ЧМ сигнале.

С выхода ограничителя сигнал через коммутатор компенсатора выпадений поступает на демодулятор. Принцип компенсации выпадений заключается в замещении пораженных выпадениями участков воспроизводимого сигнала сигналами предшествующей строки, задержанными на длительность одной строки. Замещение происходит автоматически путем переключения коммутатора выпадений, управляемого сигналом схемы распознавания выпадений. Переключение происходит, как только уровень воспроизводимого с ленты сигнала упадет ниже некоторого порогового значения.

Детектором выпадений, в состав которого входит триггер Шмидта, анализируется огибающая воспроизводимого ЧМ сигнала. Провал в огибающей ниже порогового уровня триггера Шмидта приводит к его переключению. По окончании выпадения триггер Шмидта возвращается в исходное состояние. Таким образом, на выходе триггера Шмидта формируются импульсы переключения, управляющие коммутатором выпадений, который подключает к последующим цепям либо текущий воспроизводимый сигнал яркости, либо задержанный. Поскольку в линии задержки сигнал яркости существенно ослабляется, эти потери компенсируются усилителем, через который пропускается ЧМ сигнал на линию задержки. В результате задержки неизбежно ограничение полосы частот сигнала яркости. Задержанный сигнал уже не имеет первоначального разрешения, однако для компенсации выпадений этого достаточно.

С выхода коммутатора выпадений воспроизводимый сигнал (с выпадением или без него) поступает на ЧМ демодулятор, в котором демодулируется в так называемом квадратурном демодуляторе.

Для работы данного квадратурного демодулятора (синхронного детектора) необходима подача на его входы сигналов, сдвинутых по фазе на 90°. Несущая частота с фазой 0° поступает на один вход демодулятора, а на другой - через фазовращатель на 90°. Демодулятор построен по схеме синхронного детектора, включающего в себя две диодные мостовые схемы и два трансформатора, первичные обмотки которых имеют отводы от средней точки. В зависимости от фазы поступающих на входы детектора сигналов открывается та или иная пара диодов. При таком включении подавляется несущая частота и достигается высокая линейность характеристики преобразования.

Дальнейшая обработка сигнала яркости у различных производителей различна. Сигнал яркости должен формироваться одновременно с сигналом цветности и складываться с ним в правильном соотношении. В данном случае сигнал яркости через устройство предкоррекции, в качестве которой выступает устройство задержки на 170 нс, необходимое для выравнивания времени прохождения сигналов яркости и цветности в канале обработки, поступает на вход суммирующего усилителя, где складывается с сигналом цветности. На выходе суммирующего усилителя формируется ПЦТС, который в высокочастотном модуляторе преобразуется в радиочастотный телевизионный сигнал и поступает на антенный выход ВМ.

Для улучшения синхронизации амплитудным селектором детектируется уровень синхроимпульсов и, при необходимости, синхросигнал вырезается из ПЦТС, регенирируется и добавляется обратно в правильном амплитудном отношении к цветовому видеосигналу.

Воспроизведение сигнала цветности системы PAL.

Поскольку ширина полосы частот бытовых ВМ ограничена 3 МГц (240 линий), сигнал цветности нельзя записать непосредственно. Для непосредственной записи сигнала цветности (4.43 МГц) необходима ширина полосы, простирающаяся до 5 МГц.

Для записи сигнала цветности в заданной полосе частот (3 МГц) его частотный спектр переносится в область со средней частотой FHT (рис.4).



Благодаря этому обеспечивается достаточно большой разнос частот между сигналом цветности и ЧМ сигналом яркости. В связи с этим перекрестные искажения ограничиваются до минимума и не подавляются нижние боковые полосы ЧМ сигнала яркости, что положительно сказывается на разрешающей способности воспроизводимого изображения.

При преобразовании сигнала цветности с частотой поднесущей 4.43 МГц на частоту FHT содержание боковых полос, несущих информацию о цветовых переходах, не искажается.

При воспроизведении, ЧМ сигнал цветности с выхода предварительного усилителя – коммутатора, через ФНЧ, (подавляется ЧМ сигнал яркости) поступает на усилитель сигнала цветности.

Устройство АРУ сигнала цветности применяется для повышения отношения сигнал/шум в канале цветности и устранения неравномерности амплитуды сигнала обусловленной нарушением контакта между видеоголовками и магнитной лентой при воспроизведение. Принцип работы АРУ основан на автоматическом слежении за амплитудой цветовой вспышки, не зависимо от цветовой информации в строке, и выработке управляющего напряжения, пропорционального этой амплитуде для соответствующего изменения коэффициента усиления усилителя АРУ сигнала цветности.

С выхода АРУ перенесенный сигнал цветности поступает в основной преобразователь частоты для обратного преобразования в исходную частотную область. На второй вход преобразователя поступает сигнал гетеродина. Сигнал гетеродина формируется вспомогательным преобразователем частоты путем смешения опорной частоты FFTo = 4433618.75 Гц и вспомогательной частоты FHT = 40 F + 1/8F.

На выходе основного преобразователя частоты будут присутствовать два сигнала, частоты которых будут равны сумме и разности частот, поступающих на его входы сигналов (FH + FHT = 5.06 + 0.627=5.687 МГц и FH - FHT = 5.06 - 0.627 = 4.43 МГц). Полосовым фильтром выделяется сигнал необходимой частоты 4.43 МГц.

Схема, применяемая для переноса сигнала цветности в область верхних частот, также позволяет стабилизировать частоту и фазу воспроизводимого сигнала цветности и устранить искажения цветового тона и насыщенности (временные искажения), возникающие из-за неравномерности скорости движения магнитной ленты, неравномерности частоты вращения БВГ и растяжения ленты по ее длине.

Эта задача выполняется системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) гетеродина. Поскольку частота гетеродина в режиме воспроизведения подстраивается путем изменения частоты генератора FH, любые отклонения частоты восстановленной поднесущей цветности FAT (4.43 МГц) от номинального значения приводят к перестройке частоты гетеродина FH до тех пор, пока равенство частот FAT и FFTo на входах фазового детектора не восстанавливается. А равенство этих частот возможно только тогда, когда частота гетеродина изменяется на величину временной ошибки воспроизводимого сигнала (627 кГц). Таким образом, сущность компенсации системой ФАПЧ временных ошибок при воспроизведении заключается в том, что воспроизведенные частотные ошибки вводятся в сигнал гетеродина и в разностной составляющей на выходе преобразователя частоты взаимно уничтожаются. Следовательно, на выходе основного преобразователя полосовым фильтром выделяется сигнал цветности на поднесущей частоте 4.433618 МГц, стабилизированный по частоте и фазе.

Сигнал цветовой синхронизации (вспышка) передается в виде пакета немодулированной цветовой поднесущей, состоящего из 10 периодов, на задней площадке строчного гасящего импульса. Этот сигнал необходим для восстановления подавленной поднесущей цветности в декодере телевизионного приемника и используется для синхронизации опорного генератора частоты FFTo в ВМ.

Для выделения цветовой вспышки из сигнала цветности применяется специальный ключевой каскад вспышки, на один из входов которого поступает сигнал цветности, а на другой — специальный стробирующий импульс, совпадающий по времени и длительности со вспышкой.

Фаза сигнала цветовой вспышки в системе PAL изменяется от строки к строке на ± 45° относительно оси 180° (±135°).

В синхронном случае выходное напряжение фазового дискриминатора, на один из входов которого поступает сигнал вспышки, а на другой — сигнал опорного генератора - FFTo, представляет собой симметричное переменное напряжение, амплитуда которого определяется амплитудой вспышки и разностью фаз сравниваемых сигналов. Этим напряжением, пропущенным через фильтр нижних частот, подстраивается частота опорного генератора.

Для получения частоты гетеродина и восстановления сигнала цветности в ВМ необходимо генерировать сигнал с частотой поднесущей сигнала цветности и синхронизировать его с сигналом цветовой вспышки поступающего на вход ВМ ПЦТС.

В зависимости от требований различных производителей или конструктивного исполнения ВМ, опорный сигнал поднесущей частотой 4433618,75 ±150 Гц, формируется кварцевым генератором с фазовой автоподстройкой частоты.

Основной задачей схемы автоматической блокировки сигнала цветности является запирание канала цветности в случаях записи-воспроизведения сигнала черно-белого изображения. В противном случае открытый канал цветности создает цветовые помехи (мерцание) на черно-белом изображении. Так как цветовая вспышка передается только в цветовом сигнале, информация о ее наличие или отсутствии является сигналом о включении или выключении канала цветности.

Полосовой фильтр, включенный на выходе основного преобразователя, подавляет все побочные продукты преобразования, выделяя необходимую частоту 4.43 МГц. При этом разрешающая способность сигнала цветности существенно зависит от параметров этого фильтра и, как правило, всегда ниже разрешающей способности записываемого сигнала.

Кроме того, на разрешающую способность воспроизводимого сигнала цветности и его отношение сигнал/шум существенное влияние оказывает величина тока записи. При слишком большом токе записи из-за нелинейной АЧХ магнитной ленты насыщенные цвета ограничиваются по амплитуде. При этом цветное изображение воспроизводится с явно заметной периодической неравномерностью по горизонтали.

Воспроизведение сигнала цветности системы SECAM.

В современной видеоаппаратуре применяются два метода записи-воспроизведения сигналов цветности системы SECAM. Это метод с четырехкратным изменением частоты и метод гетеродинирования.

Первый способ преобразования заключается в четырехкратном уменьшении частоты сигнала цветности при записи (спектр сигнала переносится в диапазон частот 0.39 — 1.48 МГц) и таком же увеличении ее при воспроизведении. Введение и коррекция предыскажений, а также фильтрация нежелательных частотных составляющих осуществляются системой специальных полосовых, режекторных и клеш-фильтров.

Второй способ более прост с точки зрения его технической реализации. Здесь для записи-воспроизведения сигнала цветности SECAM используется тот же тракт, как и при обработке сигнала цветности PAL. Но при этом отключается компенсатор перекрестных искажений (гребенчатый фильтр) и изменяется частота настройки входного полосового фильтра (при воспроизведении).

При реализации обоих методов обработки сигнала цветности SECAM применяются специальные схемы опознавания системы кодирования цвета. Этими устройствами формируются сигналы управления коммутаторами, которые осуществляют переключение канала обработки сигналов цветности в режим обработки сигнала системы SECAM.


ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из видеоплейера «Panasonic NV-SR50», с выведенными на заднюю панель контрольными точками. Вся нумерация контрольных точек и регулировочных элементов на лабораторной установке сохранена в соответствии с принципиальной электрической схемой видеоплейера:

КТ1 - ЧМ-пакет на входе видеоголовок

КТ2 - ЧМ-пакет на входе усилителя видеоголовок

КТ3 - импульсы коммутации видеоголовок

КТ4 - ЧМ-пакет на выходе усилителя видеоголовок

КТ5 - сигнал АРУ усилителя видеоголовок

КТ6 – выход сигналов цветности в режиме воспроизведения

КТ7 – выход сигналов цветности в режиме записи

КТ8 - выход сигналов записи и воспроизведения

КТ9 - выход сигналов воспроизведения

Для контроля тест сигналов используется осциллограф С1-63, синхронизация которого осуществляется импульсами коммутации видеоголовок (КТ3).

2. Задания для выполнения экспериментальной части

Задание 1.

Контроль формирования ЧМ-пакетов в режиме «запись» при отсутствии видеосигнала. Для выполнения задания необходимо синхронизировать осциллограф сигналом коммутации видеоголовок, для чего необходимо подключить выход КТ3 видеоплейера к входу внешней синхронизации осциллографа.

Не подавая сигнала на вход «VIDEO IN» включить видеоплейер и загрузить видеокассету. Перемотать видеоленту на начало и подготовить таймер (можно воспользоваться часами с секундной стрелкой). Включить режим записи кнопкой «REC», одновременно с этим запустить таймер.

Убедиться в отсутствии видеосигнала на входе видеоплейера, подключив «выход сигналов записи и воспроизведения» (КТ8) к входу осциллографа.

Проконтролировать наличие и определить амплитуду сигналов в контрольных точках КТ2 (ЧМ-пакет на входе усилителя видеоголовок) и КТ1 (ЧМ-пакет на входе видеоголовок). Зарисовать формы сигналов и записать их значение в отчет.

Остановить запись и записать значение таймера как t1.

Задание 2.

Контроль формирования ЧМ-пакетов в режиме записи сигнала «градации белого». С генератора тестовых сигналов подать сигнал «градации белого» на вход «VIDEO IN» видеоплейера. Не перематывая видеоленту подготовить таймер и обнулить его. Включить режим записи кнопкой «REC», одновременно с этим запустить таймер.

Убедиться в наличии видеосигнала на входе видеоплейера, подключив «выход сигналов записи и воспроизведения» (КТ8) к входу осциллографа. Зарисовать форму видеосигнала и определить его амплитуду.

Проконтролировать наличие и определить амплитуду сигналов в контрольных точках КТ2 (ЧМ-пакет на входе усилителя видеоголовок) и КТ1 (ЧМ-пакет на входе видеоголовок). Зарисовать формы сигналов и записать их значение в отчет.

Остановить запись и записать значение таймера как t2.

Сравнить формы сигналов в контрольных точках в первом и втором задании. Сделать выводы.

Задание 3.

Контроль формирования видеосигнала в режиме «воспроизведение» при отсутствии видеофонограммы (записи). Для выполнения задания необходимо синхронизировать осциллограф сигналом коммутации видеоголовок, для чего необходимо подключить выход КТ3 видеоплейера к входу внешней синхронизации осциллографа.

Перемотать видеокассету на середину пленки. В этом месте запись никогда не производилась и видеофонограмма отсутствует. Включить режим воспроизведения кнопкой «PLAY».

Проконтролировать наличие и ориентировочно определить амплитуду и форму сигналов в контрольных точках КТ4 (ЧМ-пакет на выходе усилителя видеоголовок) и КТ5 (сигнал АРУ усилителя видеоголовок). Зарисовать формы сигналов и записать их значение в отчет.

Убедиться в наличии сигнала на выходе видеоплейера, подключив «выход сигналов воспроизведения» (КТ9) к входу осциллографа. Ориентировочно зарисовать форму видеосигнала и определить его амплитуду.

Задание 4.

Внимание! Время выполнения данного пункта ограниченно временем t1.

Контроль формирования видеосигнала в режиме «воспроизведение» на участке видеофонограммы, соответствующей записи без видеосигнала. Для выполнения задания необходимо синхронизировать осциллограф сигналом коммутации видеоголовок, для чего необходимо подключить выход КТ3 видеоплейера к входу внешней синхронизации осциллографа.

Перемотать видеоленту на начало и подготовить таймер. Включить режим воспроизведения кнопкой «PLAY», одновременно с этим запустить таймер. Все измерения необходимо произвести до тех пор, пока таймер не достигнет значения t1.

Проконтролировать наличие и ориентировочно определить амплитуду и форму сигналов в контрольных точках КТ4 (ЧМ-пакет на выходе усилителя видеоголовок) и КТ5 (сигнал АРУ усилителя видеоголовок). Зарисовать формы сигналов и записать их значение в отчет.

Убедиться в наличии сигнала на выходе видеоплейера, подключив «выход сигналов воспроизведения» (КТ9) к входу осциллографа. Ориентировочно зарисовать форму видеосигнала и определить его амплитуду.

Дождаться пока таймер достигнет значения t1 и остановить воспроизведение.

Задание 5.

Внимание! Время выполнения данного пункта ограниченно временем t2.

Контроль формирования видеосигнала в режиме «воспроизведение» на участке видеофонограммы, соответствующей записи сигнала «градации белого».

Не перематывая видеоленту подготовить таймер и обнулить его. Включить режим воспроизведения кнопкой «PLAY», одновременно с этим запустить таймер. Все измерения необходимо произвести до тех пор, пока таймер не достигнет значения t2.

Проконтролировать наличие и ориентировочно определить амплитуду и форму сигналов в контрольных точках КТ4 (ЧМ-пакет на выходе усилителя видеоголовок) и КТ5 (сигнал АРУ усилителя видеоголовок). Зарисовать формы сигналов и записать их значение в отчет.

Убедиться в наличии сигнала на выходе видеоплейера, подключив «выход сигналов воспроизведения» (КТ9) к входу осциллографа. Ориентировочно зарисовать форму видеосигнала и определить его амплитуду.

Сравнить формы и амплитуды сигналов в третьем, четвертом и пятом заданиях, сделать выводы.


Контрольные вопросы

1. Основные принципы работы видеомагнитофонов и видеоплейеров.
   
2. Особенности лентопротяжного механизма видеомагнитофона.
   
3. Структурная схема канала воспроизведения видеоплейера «Panasonic NV-SP50».
   
4. Спектральные преобразования сигнала яркости при воспроизведении.
   
5. Воспроизведение сигнала цветности системы PAL.
   
6. Воспроизведение сигнала цветности системы SECAM.