Моя статейка (пока еще черновик).
Пролог:
Когда я изучал документы с сайта Наса, о системе телевидения, видеокамере компании "Вестингауз", я не понимал одну сущность. Везде, где говорилось о синхронизации в телевидении, говорилось о некоей "таинственной" частоте - 409.6 кГц.
Мне было не понятно, почему была указана такая частота?
На частоту синхроимпульсов это не похоже, ведь если мы разделим 409600 на 10 кадров в секунду, то выходит 40960... Это не может быть строчная частота, так как получается, что в кадре 40 тысяч строк, а на самом деле в кадре всего 320 строк, и значит строчная частота 3.2 кГц.
Эта статья поясняет как был устроен видеосигнал и откуда взялась частота 409.6 кГц.
Как организованы аналоговые видеосигналы:
Обычный аналоговый сигнал есть функция напряжения во времени, где напряжение меняется в соответствии с величинами передаваемого сообщения.
Если рассмотреть обычный видеосигнал, используемый в бытовых телевизорах, то можно заметить, что такой сигнал имеет два уровня напряжения, один из которых представляет из себя "уровень белого", а другой "уровень черного".
Здесь напряжение между этими уровнями задает яркость точки на экране (пиксель), чем выше напряжение, тем ярче пиксель.
Поскольку электронный луч постоянно движется (сканирует), то пиксели появляются в разных местах и тем самым формируется изображение на экране. Такой процесс называется "растровая развертка", а оговоренные и принятые правила разверток,
называются "стандарты разложения".
Существует множество стандартов разложения, но в рамках этой статьи они рассматриваться не будут.
Стандарт разложения Вестингауза:
Система SSTV Вестингауз имела частоту кадров 10 Гц, то есть в секунду передавалось только 10 кадров, а не 30 как в обычном телевидении.
В каждом кадре было 320 строк, но две из них использовались на кадровый синхроимпульс и обратный ход луча. Дело в том, что в ЭЛТ имелась некоторая инерционность, и требовалось время, чтобы отклоняющая система вернула луч с последней строки на первую. Чтобы на экране не образовывалось диагональной полосы, видеоусилитель блокировался на это время. Для этого система кадровой синхронизации вырабатывала кадровый гасящий импульс (Vertical Blanking Interval - VBI), который блокировал видеоусилитель.
Таким образом в кадре было 320 строк, и строчная частота 3.2 кГц. В каждой строке было по 312.5 пикселей, 20.5 из которых использовались для строчной синхронизации и строчного обратного хода луча. Так же как и в случае с кадровой разверткой, система вырабатывала строчный гасящий импульс (Horizontal Blanking Interval - HBI).
Здесь время замены одного пикселя на другой 1 мкС, а пиксельная частота, соответственно 1 мГц. Поскольку пиксели сменяют друг друга с частотой 1 мГц, полоса пропускания необходимая для такого была равна 500 кГц.
Сигнал имел восемь уровней яркости (градации серого) между уровнем черного и уровнем белого. Эти уровни кодировались в логарифмическом масштабе для лучшей контрастности.
Итак, сигнал имел разрешение 292x318x8.
Следует заметить, что пропорции экрана были прежними 4:3, здесь нет ошибки, просто пиксель не обязан быть квадратным. В SSTV пиксель был прамоугольный с пропорциями 1.45:1.
Какой спектр имел видеосигнал Вестингауз:
Если посмотреть на Рис.1а, то станет понятно, что при частоте пикселей 1 МГц, частота выходного сигнала получается 500 кГц. Здесь изменения сигнала происходят 1 раз за одну микросекунду. Но одно колебание - есть два таких изменения.
Так как колебание происходит за 2 микросекунды, то это соответствует частоте 500 кГц.
Предположим, что белые пиксели чередуются с черными.
В этом случае на выходе будет сигнал, спектр которого показан на Рис.1б, в этом спектре всего одна составляющая. Конечно, в силу нелинейных искажений у этого сигнала есть гармоники, но они лежат выше частоты среза фильтра 505 кГц,
и успешно вырезаются.
Теперь предположим, что мы изменим сигнал, и он теперь демонстрирует как 2 белых пикселя чередуются с 2мя черными пикселями. Такой сигнал имеет частоту в два раза ниже, чем в предыдущем случае. (Рис. 2а.)
Колебание происходит за 4 микросекунды и в спектре имеется составляющая на частоте 250 кГц (красный). Также есть вторая гармоника, на частоте 500 кГц (зеленый). Общий вид спектра показан на Рис. 2б.
И наконец рассмотрим третий случай, показанный на Рис. 3а. Теперь 3 белых пикселя чередуются с тремя черными. Такой сигнал имеет основную частоту 166.6(6) кГц (красный), вторая гармоника имеет частоту 333.3(3) кГц (зеленый), третья гармоника имеет частоту 500 кГц (синий). Спектр показан на Рис.3б.
Если мы по индукции пойдем далее, переберем все возможные комбинации пикселей и сложим все спектры (и гармоники) вместе, то получится сигнал изображенный на Рис.4. Здесь основные частоты показаны красным, 2е гармоники зеленым и 3и гармоники синим цветом.
Как видно, этот спектр имеет "дырку", свободную от составляющих сигнала, при его формировании. Частота этой "дырки" равна
409.6 кГц!
Именно там расположена синхроподнесущая SSTV сигнала.
Выводы:
Теперь понятно, что в Вестингаузе увидели эту "дырку" и решили расположить в ней поднесущую синхронизации.
Действительно, видеосигнал, при таком способе формирования, никак не сможет повлиять на сигнал поднесущей 409.6 кГц. В этом случае синхроимпульс видеокамеры переключает видеовыход на генератор 409600 Гц.
При демодуляции такого сигнала, достаточно выделить его полосовым фильтром с центральной частотой 409.6 кГц и подать на обычный амплитудный детектор, тогда на выходе такого детектора будут синхроимпульсы строк и кадров.
Это очень разумное и технически выгодное решение, итоговый спектр занимает полосу 500 кГц, и в этих рамках есть все, что нужно. Кроме того, поскольку поднесущая расположена внутри полосы сигнала изображения на нее не влияют другие сигналы, на других поднесущих расположенных рядом с видеосигналом.
И еще, такая поднесущая может быть уверенно обнаружена при очень низком отношении сигнал/шум, что позволяет сохранять синхронность развертки при очень плохих условиях приема.
Как показали испытания системы SSTV в Наса (отражено в документах), срывы синхронизации почти не наблюдаются при отношении сигнал/шум вплоть до 2 db.