CAUZELE DISTORSIUNILOR SEMNALULUI VIDEO LA EMISIE

2.1. INTRODUCERE

La trecerea printr-o linie de transmisie formata dintr-un emitator TV si un demodulator, semnalul de televiziune alb-negru sau în culori sufera o serie de degradari care afecteaza direct calitatea subiectiva a imaginii TV reprodusa la receptie. Aceste degradari trebuiesc acceptate ca o realitate obiectiva, fiind produse pe de o parte de limitele tehnice ale canalului de transmisie TV luate în considerare de toate standardele de televiziune analogica aflate actual în exploatar 434g61e e (sisteme de transmisie MA cu banda laterala partial suprimata, largimea de banda liniara a canalului), iar pe de alta parte de instabilitatea echipamentelor electronice în exploatare (instabilitatea nivelelor în punctele de interfata ale liniei, neliniaritatea componentelor, îmbatrânirea componentelor, dificultatile practice de întretinere). Din aceste cauze televiziunea a devenit operativa atunci când aceste distorsiuni au putut fi reduse sub anumite limite, la care efectele lor pe imaginea reprodusa la receptie, nu mai sunt observabile cu ochiul uman mediu. Evolutia ulterioara a tehnicii televiziunii a avut ca obiectiv atât îmbunatatirea acestor limite cât si stabilitatea lor, prin solutii tehnice mai fiabile si mai economice, rezultând televiziunea digitala.

Degradarile semnalelor prin trecerea acestora printr-un circuit de transmisie, masurate obiectiv, sunt considerate caracteristicile sau parametri tehnici ai acestui echipament si sunt utilizate pentru determinarea calitatii de transmisie a acestuia si ca repere de referinta pentru reglarea si întretinerea echipamentului respectiv.

Pentru a sti ce reglaje trebuiesc efectuate unui emitator pentru corectarea distorsiunilor, este necesar mai întâi sa fie cunoscute cauzele care le produc. Totdeauna se va avea în vedere faptul ca, analiza unui semnal se face nu numai la un capat al liniei de transmisie, ci la întreaga linie, adica, la receptie (la utilizator). Cum nu este posibil sa se tina seama de toate imperfectiunile tuturor receptoarelor, s-au stabilit parametri medii pentru acestea si s-au realizat receptoare de masura (demodulatoare), care tin seama de modul de procesare al semnalului care trebuie transmis. În aceste conditii reglajele care se efectueaza la emitator, include si echipamentul de la celalalt capat al liniei de transmisie.

Diferitelor etaje componente ale unui emitator de TV (lantului video în mod special) li se impun cerinte de transmitere cu predistorsiuni ale formei semnalelor.

Elementele componente ale lantului video în ansamblu, se pot reprezenta sub forma unui cuadripol. De aceea, la determinarea caracteristicilor principale ale lantului video se folosesc definitiile uzuale pentru caracteristicile respective ale cuadripolului.

Tipuri de distorsiuni

Corespunzator recomandarilor CCIR principalii parametri tehnici de calitate ai unui emitator de televiziune pot fi clasificati în urmatoarele categorii.

a)     Distorsiuni liniare

b)     Distorsiuni neliniare

c)      Zgomote

În afara acestor distorsiuni se tine seama de:

d)     Parametri tehnici specifici emitatoarelor de televiziune

e)     Parametri tehnici ai punctelor de interfata

În cele ce urmeaza, vor fi analizate cauzele care produc aceste tipuri de distorsiuni si care sunt circuitele si metodele de corectie utilizate.

2.2. DISTORSIUNI LINIARE

Distorsiunile liniare sunt de doua feluri: distorsiuni de amplitudine si distorsiuni de faza.

Distorsiunile liniare sunt provocate de elementele reactive ale etajelor de amplificare. Ele se pot aprecia dupa caracteristicile de amplitudine-frecventa si dupa cele de faza-frecventa sau dupa caracteristicile tranzitorii ale lantului video.

2.2.1. Distorsiuni de amplitudine (sau amplitudine-frecventa)

Distorsiunile de amplitudine sunt produse de amplificarea inegala a componentelor de frecventa diferita ale semnalului de intrare. În fig. 18 din § 1.4.3. s-a aratat ca spectrul unui impuls are în componenta sa o infinitate de frecvente.

În figura 19a este ilustrat un semnal sinusoidal si componenta armonica a doua a acestuia, aplicat la intrarea unui amplificator a carui caracteristica de amplitudine este distorsionata - crescatoare la frecvente mai mari. Semnalul real aplicat la intrarea amplificatorului este format din suma celor doua componente. Din cauza ca amplificatorul nu are un factor de transfer (amplificare A) constant în întreaga banda de frecventa, semnalul la iesirea acestuia va avea forma din fig. 19b, adica, armonica a doua (2f₁) fiind amplificata mai mult, modifica forma initiala a semnalului. Se poate constata ca forma semnalului la iesire este distorsionata în raport cu forma semnalului la intrare.

Amplificatorul din lantul video al unui emitatorTV (sau al unui receptor), va trebui sa fie de banda larga daca se tine seama de spectrul larg de frecvente pe care trebuie sa-l amplifice.

Distorsiunile amplitudine-frecventa, sunt definite prin variatia factorului de amplificare în banda de frecvente de la frecventa semicadrelor pâna la frecventa limita maxima video a sistemului, raportata la factorul de amplificare al unei frecvente determinate. Prin urmare, pentru a se evita distorsionarea semnalelor, caracteristica de amplitudine-frecventa trebuie sa fie uniforma, adica coeficientul de transmisiune pentru întregul spectru de frecvente al semnalului video sa fie constant.

Distorsiunile liniare pot fi analizate fie în domeniul timp, fie în domeniul frecventa. Teoretic, este de asteptat ca, un circuit de transmisie care are acesti parametri reglati corect în norme, ar trebui sa reproduca la iesire forma semnalului aplicat la intrare, în limitele corespunzatoare largimii de banda a canalului sistemului respectiv. În practica însa, se constata o oarecare necorespondenta între parametri de analiza în domeniul timp si parametri de analiza în domeniul frecventa, care de multe ori necesita ajustari de compromis asupra parametrilor din domeniul frecventa pentru corectarea formei semnalului transmis.

Necorespondenta de mai sus poate fi produsa de mai multe cauze dintre care mentionam, neliniaritatea circuitului de transmisiune, inerenta în cazul emitatoarelor de televiziune, care poate altera semnalul.

În general acest tip de distorsiuni sunt provocate de elemente de circuit caracterizate printr-o caracteristica de transfer liniara si nu depind de componenta medie a semnalului de TV, de amplitudinea sau de pozitia semnalelor de test (masura) utilizate în scopul determinarii lor.

Totusi, numai cu ajutorul caracteristicii de amplitudine-frecventa nu se pot aprecia distorsiunile semnalului introduse de lantul video, ci trebuie sa se cunoasca si defazarea introdusa de acest lant pentru fiecare componenta din spectrul de frecvente al semnalului transmis.

2.2.2. Distorsiuni de faza

Graficul care arata variatia defazarii coeficientului de transmisiune în functie de frecventa, poarta denumirea de caracteristica de faza (sau de faza-frecventa) (vezi fig. 15). Distorsiunile de faza sunt determinate de abaterea caracteristicii de faza, fata de o functie liniara φ(ω) = fiind o constanta) si se masoara în grade sau radiani.

Daca relatia de faza între componentele oscilatiei de la intrare este modificata la trecerea prin amplificator, atunci apar distorsiuni de faza. În figura 21 se arata cum se distorsioneaza forma semnalului, daca se modifica pozitia reciproca de faza a unora dintre componentele spectrului (în exemplu, defazarea armonicii a doua).

În figura 22a este prezentat un exemplu foarte simplu de circuit liniar RC, care poate constitui cauza distorsiunii caracteristicii de amplitudine si de faza. Acesta este divizorul capacitate-rezistenta care apare atunci când cuplajul între etaje se realizeaza cu un condensator de blocare a componentei continue.

Circuitul se comporta ca un filtru trece sus. Într-adevar, pentru frecvente înalte (f₂) rezulta (1/ω₂C) « R si condensatorul este practic un scurtcircuit, deci U₂ ≈ U₁. La frecvente mai joase, o parte din tensiune se pierde însa pe C (de aici amplitudinea A<1 la frecventa f₁).

Semnalele sinusoidale de frecventa mai mica decât f₂ sunt atenuate si defazate. Componenta continua (f = 0) este blocata. Defazajul pozitiv (în avans) de aproape 90⁰ al tensiunii de la iesire la frecvente foarte joase poate fi explicat astfel. Avem U₂ = RI iar U₂ este în faza cu I si defazat cu 90⁰ (π/2) înaintea tensiunii U₁ aplicate la bornele condensatorului.

Distorsiunile de faza apar simultan cu cele de amplitudine. La frecventa la care se admite o atenuare de 3 dB a semnalului (sau o alta valoare mai mica, la frecventa limita, spre capatul benzii de trecere), defazajul introdus de retea este foarte important.

La o variatie liniara a marimii defazarii armonicelor spectrului semnalului transmis, în functie de frecventa φ(ω) = (daca toate armonicele au acelasi defazaj), semnalul la iesirea lantului video coincide ca forma cu cel de la intrare si este decalat cu o marime egala cu timpul , denumit timp de întârziere al semnalului. Daca timpul de întârziere al diferitelor armonice nu este acelasi, semnalul se distorsioneaza. De aceea, uneori, la aprecierea distorsiunilor de faza se opereaza cu timpul de întârziere al oscilatiilor sinusoidale si variatia acestui timp în functie de frecventa.

Defazajul frecventei ω, egal cu φ(ω) radiani, corespunde cu timpul de întârziere de grup (TPG) (grupul de frecvente care au aceiasi faza) (fig. 23).

În figura 23 este ilustrata ca exemplu o variatie a fazei , ceea ce determina o variatie a timpului de propagare de grup. (Cu linie punctata s-au trasat caracteristicile ideale).

Caracteristica TPG se determina ca derivata caracteristicii de faza φ(ω) în raport cu frecventa: adica ea arata panta caracteristicii de faza.

Dupa deformatiile caracteristicii TPG se poate aprecia usor prezenta distorsiunilor de faza. Masurarea directa a marimii lor, nu este o problema dificila. Masurarea TPG se face cu aparate speciale.

2.2.3. Distorsiunile formei de unda a semnalului de luminanta

Distorsiuni ale impulsurilor cu durata unui semicadru TV

Distorsiuni ale impulsurilor cu durata de ordinul unei linii TV

Distorsiuni ale formelor de unda de durate scurte (fig. 25).

Influenta distorsiunilor asupra imaginii

Asa cum s-a vazut, în sistemele liniare, între caracteristicile amplitudine-frecventa si faza-frecventa, si caracteristica tranzitorie, exista o legatura.

O caracteristica de amplitudine cu deschidere insuficienta, respectiv cu frecventa limita inferioara f_i prea mica, va da o caracteristica tranzitorie cu front de durata mare si cu cadere a palierului.

Daca caracteristica de amplitudine-frecventa prezinta cresteri la frecvente înalte, faza fiind corecta, vor apare fronturi abrupte dar în acelasi timp si supracresteri.

DISTORSIUNI NELINIARE

Distorsiunile neliniare depind în general de amplitudinea semnalului aplicat unui circuit, precum si de neliniaritatile circuitelor care în diferite regimuri de functionare introduc limitari sau deformari ale semnalului.

În amplificatoarele de radiofrecventa intervin, ca si în orice lant de transmisiune, elemente care au caracteristici neliniare. Fie ca referirea se face la caracteristicile unui tranzistor functionând într-un anumit regim sau clasa de functionare, fie ca se considera caracteristica globala a unui etaj sau lant, de la intrare la iesire, apar neliniaritati datorate acestor elemente.

Transmisiunea semnalelor video implica atât prezenta unor semnale armonice, cât si a unor semnale sub forma de impulsuri, structura imaginilor de transmis fiind foarte complicata.

Având în vedere ca o serie de distorsiuni neliniare apar în mod obligatoriu din cauza procedeelor alese pentru transmisiune (cum ar fi de exemplu cazul transmisiei cu banda laterala reziduala - BLR), este necesar sa fie luate masuri de corectare cu scopul de a reduce distorsiunile care apar în lantul de transmisie respectiv.

Întrucât semnalele de televiziune au, dupa natura imaginii, o structura care contine si semnale armonice si dreptunghiulare si sub forma de rampa etc., cel mai bun lucru ar fi, sa se realizeze amplificatoare cu distorsiuni neliniare mici, care sa nu afecteze forma semnalelor. În practica, pentru ca forma semnalelor la receptie sa fie cea corecta si controlabila, emitatoarele de TV sunt prevazute cu circuite speciale de corectie în acest scop.

În prezent neliniaritatea unui circuit de televiziune nu este definita într-un mod simplu si univoc. Aceasta situatie devine clara daca se are în vedere structura semnalului video care conduce la degradari diferite ale calitatii imaginii, atunci când neliniaritatea circuitului se manifesta asupra semnalului de sincronizare sau asupra semnalului de imagine. În plus neliniaritatea circuitului poate afecta diferit semnalele de luminanta si semnalele de crominanta sau poate provoca influentarea lor reciproca. Din aceasta cauza definirea caracteristicii de liniaritate se face prin mai multi parametri, numarul acestora fiind limitat la cei care sunt recunoscuti ca fiind corelati cât mai direct cu calitatea subiectiva a imaginii. De asemenea, la selectionarea acestor parametri, s-a avut în vedere posibilitatile de evaluare a acestora, urmarind reducerea conditiilor de masura, obiectiv atât de important în practica de exploatare.

Distorsiuni neliniare ale semnalului de luminanta.

Sunt definite prin neproportionalitatea între amplitudinea unui semnal video în forma de rampa (dinte de fierastrau) sau în trepte egale, aplicat la intrare si amplitudinea corespunzatoare din semnalul de iesire (dupa demodulare), atunci când nivelul initial al rampei sau treptelor variaza de la nivelul de stingere (negru) pâna la nivelul de alb.

Distorsiuni neliniare ale semnalului de crominanta

Distorsiuni neliniare ale amplitudinii semnalului de crominanta

Distorsiuni neliniare ale fazei semnalului de crominanta

Intermodulatia de la semnalul de luminanta la semnalul de crominanta

Amplificarea diferentiala

2.3.4. Intermodulatia de la semnalul de crominanta la semnalul de luminanta.

Acest parametru este definit prin variatia nivelului semnalului de luminanta la iesire (dupa demodulare), atunci când pe semnalul de luminanta de la intrare, de amplitudine constanta, se suprapune un semnal de crominanta de amplitudine data, componenta continua medie a imaginii fiind constanta.

2.3.5. Distorsiunea impulsului sincro

În general acest parametru este definit prin variatia nivelului impulsului sincro din semnalul de iesire, raportata la nivelul nominal, atunci când la intrare se aplica un semnal video de nivele standard si cu componenta continua medie a imaginii specificata.

În cazul emitatoarelor de televiziune, la care prezinta importanta stabilitatea nivelului impulsului sincro în semnalul modulat, acest parametru este definit prin variatia nivelului acestui semnal, atunci când nivelul impulsului sincro din semnalul de intrare variaza între doua limite specificate.

Concluzii.

Dupa trecerea în revista a distorsiunilor care se produc într-un emitator de televiziune, se poate concluziona ca functionarea în parametri normali ai acestuia, presupune (si aceasta presupunere este de fapt o realitate) existenta unor circuite de corectie a semnalului video. S-a mai mentionat ca aprecierea distorsiunilor finale, precum si precorectia lor, se face în aproape toate cazurile, înglobând în schema de masura si demodulatorul. Rezulta deci ca distorsiunile semnalelor pot fi analizate prin vizualizare pe osciloscop sau, pe aparate de masura specializate, care dupa analiza semnalului afiseaza pe un display atât semnalul în forma sa cât si rezultatele valorice ale distorsiunilor. Analiza distorsiunilor de amplitudine-frecventa în RF se face pe ansamblu emitator "culegând" semnalul de la o sonda RF si aplicându-l unui analizor de de spectru.