Аналоговая видеозапись. Часть 1: Учебное пособие

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

А Н А ЛО ГО В А Я В И Д Е О ЗА ПИ СЬ Часть I У чебное пособие по специальност и «Радиофизика» (511500)

В О РО Н Е Ж 2003

2

У т в ер ж дено нау чно-м ет одическим сов ет ом физического факу льт ет а пр от окол № от 2003 года

Сост ав ит ели: К ош елев А .Г., Бобр еш ов А .М ., В ор обьев А .М .

У чебное пособие подгот ов лено на кафедр е элект р оники физического факу льт ет а В ор онеж ского госу дар ст в енного у нив ер сит ет а. Реком ендует ся для м агист р ов и ст у дент ов 5 и 6 ку р сов днев ного и в ечер него обу чения.

3

СО Д Е РЖ А Н И Е В в едение… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4 1. О бр абот ка сигналов в в идеом агнит офонах … … … … … .… … … . … 7 1.1.Част от ная м одуляция… … … .… … … … … … … … … … .… ..… … … . 7 1.2.В лияние огр аничения полосы пр опу скания и А ЧХ канала… … … 9 1.3. «О т р аж енная» боков ая полоса… … … … … … … … … … … … ..… .. .13 1.4. Н елинейны е искаж ения … … … … … … … … … .… … … … … … .. … 13 1.5. О т нош ение сигнал /ш у м … … … … … … … … … … … … … … … … … 17 1.6. Част от ная м одуляция т елев изионны м (Т В ) сигналом … … .. … … .19 1.7. ЧМ канал… … … … … ...… … … … … … … … … … … … … … … … … ..24 Лит ер ат у р а… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ...34

4

В ведени е А налогов ы й т елев изионны й сигнал пр едст ав ляет собой слож ны й элект р ический сигнал, для пер едачи фор м ы кот ор ого канал записив оспр оизв едения долж ен обладат ь опр еделенны м и св ойст в ам и, кот ор ы е оценив аю т ся м ногим и пар ам ет р ам и. К ним от носят ся ам плит у дно-част от ная и им пу льсная х ар акт ер ист ики, диффер енциальны е искаж ения и др . А налогичны е т р ебов ания пр едъяв ляю т ся к аппар ат у р е м агнит ной в идеозаписи как част и т елев изионного канала. Э т и т р ебов ания р аспр ост р аняю т ся на в ы х одны е пар ам ет р ы в идеом агнит офона, кот ор ы й в клю чает в себя канал м агнитной записи-в оспр оизв едения и слож ну ю элект р онну ю сист ем у пр еобр азов ания сигнала пр и записи-в оспр оизв едении. Св ойст в а канала м агнит ной записи-в оспр оизв едения оказы в аю т р еш аю щ ее в лияние на больш инст в о пар ам ет р ов в идеом агнит офона. Т р ебов ания к нем у следую т из св ойств т елев изионного сигнала, ср еди котор ы х наиболее в аж ное значение им ею т в ы сокая в ер х няя его част от а и ш ир окий част от ны й диапазон. Д ля лю бого сигнала, а для т елев изионного особенно, в аж но сох р анит ь в пр оцессе записи-в оспр оизв едения в р ем енны е соот нош ения, су щ ест в ов ав ш ие в исх одном сигнале. В р ем енны е нар у ш ения сигнала, как изв ест но, в едут к геом ет р ическим искаж ениям т елев изионного изобр аж ения. Н аконец, канал м агнит ной записи долж ен обеспечит ь необх одим ое пр ев ы ш ение сигнала над ш у м ам и. О т м еченны е в ы ш е св ойст в а т елев изионного сигнала опр еделяю т основ ны е т р ебов ания к каналу м агнит ной записи, к р еж им у записи, пар ам етр ам м агнит ной ленты и голов ок в идеозаписи, значению от носит ельной скор ост и м еж ду ним и и ее ст абильност и. Частот ная х ар акт ер ист ика м агнит ной записи огр аничив ает ся в ниж ней и в ер х ней ее част и р азличного р ода пот ер ям и. О снов ны м и пот ер ям и в област и ниж них и в ер х них част от яв ляю т ся т ак назы в аем ы е в олнов ы е пот ер и, зав исящ ие от длины в олны записанного сигнала. В област и в ы соких част от на част от ну ю х ар акт ер ист ику в лияния оказы в аю т такж е част от ны е пот ер и. Э т от в ид пот ер ь обу слов лен р ассеянием элект р ической энер гии в м агнит ны х и элект р ических цепях голов ок записи-в оспр оизв едения. В диапазоне в идеочаст от эт и пот ер и состав ляю т ощ у т им у ю в еличину , поэт ом у в голов ках в идеозаписи больш ое в ним ание у деляю т их у м еньш ению . В олнов ы е пот ер и сопу т ст в у ю т пр еобр азов аниям сигнала в пр оцессе записи и в оспр оизв едения эт ого сигнала. В о в р ем я записи элект р ический сигнал, пр едст ав ляю щ ий собой в р ем енну ю фу нкцию напр яж ения или т ока, пр ев р ащ ает ся в пр ост р анст в енну ю последов ат ельност ь соот в ет ст в у ю щ им обр азом нам агниченны х у част ков м агнит ной лент ы . Д лина в олны записи сину соидальны х колебаний част от ы f на сигналогр ам м е р ав на λ = v/f, если скор ост ь дв иж ения лент ы v. В олнов ы е пот ер и записи зав исят от целого р яда факт ор ов , в пер в у ю очер едь, от м агнит ны х и физико-м ех анических св ойст в конст р у кт ив ны х и элект р ических пар ам ет р ов м агнит ной лент ы , записы в аю щ ей голов ки, а т акж е способа записи. Ф изическая су щ ност ь

5

в олнов ы х потер ь записи и в оспр оизв едения подр обно р ассм ат р ив аю т ся в специальной лит ер ат у р е, посв ящ енной м агнит ной записи [1]. В област и длин в олн, соизм ер им ы х с р азм ер ам и сер дечника, м агнит ны й пот ок в сер дечнике голов ки опр еделяет ся не т олько нам агниченны м у част ком лент ы , нах одящ им ся непоср едст в енно у р абочего зазор а, но и см еж ны м и сним у част кам и. В зав исим ости от соот нош ения длины в олны записи и р азм ер ов сер дечника м агнит ны е пот оки от см еж ны х у част ков м огу т склады в ат ься или в ы чит ат ься из основ ного пот ока. Резу льт ир у ю щ ий пот ок в следст в ие эт ого пр иним ает в олнист ы й х ар актер . М агнит ны й пот ок сигналогр ам м ы в област и длин в олн, пр ев ы ш аю щ их пр от яж енност ь сер дечника, не зам ы кает ся полност ью чер ез него, а част ично р ассеив ает ся в окр у ж аю щ ем пр ост р анст в е. Чем больш е длина в олны записи, т ем м еньш ая част ь пот ока сигналогр ам м ы зам ы кает ся чер ез сер дечник. Соот в ет ст в енно част от ная х ар акт ер ист ика в оспр оизв едения пр иобр ет ает в олнист ы й х ар акт ер . М агнит ны й пот ок сигналогр ам м ы в област и длин в олн, пр ев ы ш аю щ их пр от яж енност ь сер дечника, не зам ы кает ся полност ью чер ез него, а част ично р ассеив ает ся в окр у ж аю щ ем пр ост р анст в е. Чем больш е длина в олны записи, т ем м еньш ая част ь потока сигналогр ам м ы зам ы кает ся чер ез сер дечник. Соот в ет ст в енно част от ная х ар акт ер ист ика в оспр оизв едения пр иобр ет ает в олнист ы й х ар акт ер , а по м ер е у в еличения длины в олны записи р езко спадает до ну ля. Ст р очны й способ записи с в р ащ аю щ им ися голов кам и р еш ает пр облем у в ер х них част от т елев изионного сигнала, но в м ест е ст ем су щ ест в у ю т пр облем ы с низкочаст от ной част ью эт ого сигнала. Н иж няя гр аница полосы пр опу скания скв озного канала м агнит ной записи огр аничив ает ся у пом яну т ы м и в ы ш е в олнов ы м и пот ер ям и в област и больш их длин в олн записи. Е сли пр едполож ит ь, чт о пр и записи т елев изионного сигнала в ер х ней его част от е 6 М Гц соот в ет ст в у ет длина в олны записи 3 м км , т о для част от ы полей р азлож ения (50 Гц) длина в олны записи бу дет р ав на 400 м м , эт о пр им ер но на дв а пор ядка больш е р азм ер ов голов ки и длины конт акт а ее р абочей пов ер х ност и слент ой. Н а эт ой част от е и близкой к ней э.д.с. в оспр оизв одящ ей голов ки пр акт ически полност ью м аскир у ет ся ш у м ам и. По эт им пр ичинам пр и пр ям ой записи т елев изионного сигнала его низкочаст от ная част ь огр аничив ает ся част от ой, леж ащ ей в ы ш е некот ор ой част от ы , опр еделяем ой эт им в идом в олнов ы х потер ь. Пр и в оспр оизв едении записи сост ав ляю щ ие сигналы , леж ащ ие ниж е эт ой част от ы , в осст анав лив аю т ся изв ест ны м в т елев идении способом . В м одуляционном способе записи, пр им еняем ом в сов р ем енны х аналогов ы х в идеом агнит офонах , в есь спект р т елев изионного сигнала пер ед записью пер еносит ся в област ь более в ы соких част от , а пр и в оспр оизв едении в осст анав лив ает ся пер в оначальная фор м а спект р а [2]. М одуляционны й способ записи р еш ает не т олько пр облем у в оспр оизв едения низкочаст от ной част и т елев изионного сигнала, но и дает некот ор ы е дополнит ельны е пр еим у щ ест в а. И зв ест но, чт о в следст в ие в лияния соседних дор ож ек в оспр оизв одящ ая голов ка, х от я и с больш им ослаблением , в оспр оизв одит инфор м ацию , записанну ю на

6

соседней дор ож ке. Пер ех одная пом ех а тем сильнее, чем больш е длина в олны сигнала, записанного на соседних дор ож ках . Пер еносспект р а сигнала в област ь в ы соких част от пр ив одит к у м еньш ению длины в олны записи. Э т о, в св ою очер едь, дает в озм ож ност ь сблизить м еж ду собой соседние дор ож ки записи и в конечном счет е использов ат ь пов ер х ност ь лент ы . В аналогов ой в идеозаписи пр им еняю т пр еим у щ еств енно способ част отной м оду ляции [2,3]. Д ост оинст в о его сост оит в т ом , чт о ам плит у дны м огр аничением м ож но подав ит ь в в оспр оизв одим ом сигнале пар азит ну ю ам плит у дну ю м одуляцию , в озникаю щ у ю из-за неоднор одност и св ойст в р абочего слоя лент ы или нар у ш ения конт акт а м еж ду голов кам и и лент ой пр и записи и в оспр оизв едении. Пар азит ная ам плит у дная м одуляция особенно неж елат ельна в област и ниж них част от , где она в ы зы в ает непр ият ное для зр ит елей м ер цание в оспр оизв одим ого изобр аж ения. Рассм от р им подр обнее особенност и обр абот ки аналогов ого т елев изионного сигнала в у ст р ойст в ах в идеозаписи.

7

1. О БРА БО Т К А СИ ГН А ЛО В В В И Д Е О М А ГН И Т О Ф О Н А Х 1.1.Ч а ст о т на я м о дуляци я Пар ам ет р ы част от ной м одуляции (ЧМ ), пр инят ой в в идеом агнит офонах , несколько от личаю т ся от пар ам ет р ов тр адиционны х ЧМ сист ем св язи; поэт ом у счит аем целесообр азны м ост анов ит ься на кр ат ком описании ЧМ сист ем ы в идеозаписи. Пу ст ь fн — несу щ ая част от а, fм — част от а сину соидального м оду лир у ю щ его сигнала и fD — дев иация част от ы . Пр едполож ив , чт о м одуляция линейна, полу чим м гнов енное значение част от ы : fм г = fн + fDcosω м t (1) и напр яж ения: u = uн cos2πfм гdt (2) Поскольку , однако, 2πfм г=ω м г=dφ/dt, т .е. φ(t ) = ∫ ω м г(t)dt. (3) Следов ат ельно, φ(t ) = ω н t + fD/fм sinω м t. (4) И спользу я в ы р аж ение в иде:

где

(4), у р ав нение (2) м ож но записат ь в следу ю щ ем

u = uн cos(ω н t + msinω м t), m = fD/fм

(5) (6)

назы в ает ся индексом м одуляции. В ы р аж ение (5) м ож ет слу ж ит ь х ор ош ей основ ой для в ект ор ного пр едст ав ления част от но-м одулир ов анного сигнала (р ис.1). В ект ор несу щ ей част от ы колеблет ся от носит ельно в ер т икального полож ения с пер иодом м оду лир у ю щ его сигнала. У гол от клонения +_ m (индекс м одуляции) задает ся в гр адусах или р адианах . Следует от м ет ит ь, чт о м еж ду сост ав ляю щ им и fD cos ω ţ в (1) m sinω м ţ в (5) им еет ся сдв иг по фазе на π/2. Следов ат ельно, м гнов енное значение част от ы в кр айних полож ениях колеблю щ егося в ект ор а сов падает с несу щ ей част от ой, в т о в р ем я как в глав ном полож ении (т . е. в в ер т икальном ) изм енение част от ы сов падает сдев иацией. Н а основ ании (5) м ож но записат ь и спект р част от но-м одулир ов анного сигнала. С пом ощ ью т р игоном ет р ических пр еобр азов аний и соот нош ений

8

ωн

uн m -m

Рис.1.В ект ор ное пр едст ав ление ЧМ -сигнала ∞

сos(m sinωм t) = J 0 (m) + 2∑J 2n (m) cos2nωм t, n =1

∞

sin(m sinωм t) = 2∑J 2n −1 (m) sin(2n − 1)ωм t n =1

п ол у чим ∞

u / uн = J 0 (m) cosωн t + ∑J 2n (m){cos[ωн + 2nωм ]t + cos[ωн − n =1

∞

− 2nωм ]t} + ∑J 2n −1(m){cos[ωн + (2n − 1)ωм ]t − cos[ωн − (2n − 1)ωм ]t}, n =1

(7)

где Jk (m)- фу нкция Бесселя ķ-гo пор ядка (в т абл. 1 пр ив едены пр иближ енны е фор м у лы для р асчет а пер в ы х пят и фу нкций Бесселя). Н а р ис.2 показаны спект р ы част от но-м оду лир ов анного сигнала в зав исим ост и от индекса м оду ляции: а — у в еличив аю щ аяся дев иация част от ы и пост оянная част от а м оду лир у ю щ его сигнала; б — пост оянная дев иация част от ы и у м еньш аю щ аяся част от а м одулир у ю щ его сигнала. Ж ир ны м и линиям и от м ечен р азм ах м гнов енной част от ы (у дв оенная дев иация). И нт ер есно от м ет ить, чт о с у в еличением индекса м одуляции в спект р е ЧМ сигнала содер ж ит ся больш е сост ав ляю щ их с ам плит у дой в ы ш е ср еднего у р ов ня в ну т р и част от ного диапазона, огр аниченного у дв оенной дев иацией. Н аобор от, в слу чае м алого индекса м одуляции спект р сигнала значит ельно ш ир е диапазона изм енения м гнов енной част от ы , а сигнал содер ж ит т олько несколько спект р альны х сост ав ляю щ их , ам плит у да кот ор ы х больш е ср еднего у р ов ня. И м енно последний слу чай от в ечает у слов иям м агнит ной записи т елев изионны х сигналов . Т аким обр азом , для в идеозаписи использу ет ся сист ем а част от ной м одуляции с м алы м индексом м одуляции. Д р у гим в аж ны м

9

пар ам ет р ом сист ем ы яв ляет ся соизм ер им ост ь в ер х ней гр аничной част от ы м оду лир у ю щ его сигнала снесу щ ей част от ой. Т аблица 1.Пр иближ енны е фор м у лы для р асчет ов фу нкций Бесселя

х ≤1 то: 2 x x x x2 x2 J 0( x) ≈ 1 − , J 1 ( x) ≈ (1 − ), J 2 ( x) ≈ (1 − ), 4 2 8 8 12 x3 x2 x4 x2 x5 x2 J 3 ( x) ≈ (1 − ), J 4 ( x) ≈ (1 − ), J 5 ( x) ≈ (1 − ). 48 16 384 20 3840 24 П ол н ы й .. ряд Есл и

2

x n ∞ (−1) k x Jn = ( ) ∑ ( ) 2k / 2 k =0 k /(n + k) / 2

Рис.2. Спект р ы ЧМ -сигнала в зав исим ост и от индекса м одуляции

10

1.2.В ли яни е о гра ни чени я п о ло сы п ро п уска ни я и а м п ли т удно -ча ст о т но й ха ра кт ери ст и ки ка на ла В лияние пар ам ет р ов канала на качеств о пер едачи пр и част от ной м оду ляции аналит ически почт и нев озм ож но исследов ат ь, а если и в озм ож но, т о т олько исклю чит ельно слож ны м пу т ем . Поэт ом у ниж е бу дут даны не ст р огие в ы кладки, а качест в енны й анализ, кот ор ы й с дост ат очной ст епенью т очност и позв олит описат ь сист ем у и сделат ь пр ав ильны е в ы в оды . Н аш и р ассу ж дения базир у ю т ся на в ектор ном пр едст ав лении сигнала, пр и кот ор ом легко м ож но пр оследит ь в лияние ком понент спект р а боков ы х полос. К р ом е того, в в ы р аж ении (1) или (2) начальну ю фазу ' или м оду лир у ю щ его сигнала, или несу щ ей част от ы м ож но задат ь, напр им ер , в в иде

u= uн cos(2π∫fм гdt + θ).

В в ы р аж ении (7) эт о найдет от р аж ение в т ом , чт о в м ест о ω н t для каж дой сост ав ляю щ ей следует писат ь ω н t + θ. В ы бер ем т епер ь t и θ т аким обр азом , чт обы

π ωn t + θ = 0,...ω м t = . 2

Легко зам ет ит ь, чт о в данны й м ом ент в р ем ени t пар ы боков ы х част от (одинаков ого пор ядка) им ею т соот в ет ст в енно фазы π/2, 2 (π /2), 3 (π /2) ... Э т о означает , чт о р езу льт ир у ю щ ий в ект ор боков ы х част от пер в ого пор ядка пер пендику ляр ен в ект ор у ω н , а сам и в ект ор ы боков ы х част от в р ащ аю т ся со скор ост ью ± ω M. Резу льтир у ю щ ий в ект ор боков ы х частот в т ор ого пор ядка напр ав лен в ст ор ону , пр от ив ополож ну ю в ект ор у ω н , а сам и в ект ор ы (р ис.3) боков ы х част от в р ащ аю т ся с у глов ой скор ост ью ± 2ω м и т . д. В лияние огр аничения полосы пр опу скания легко пр ослеж ив ает ся по в ект ор ны м диагр ам м ам .

2

-

ω

м

+

ω

м

ω

н

ω

м

2ω м

Рис.3.В ект ор ная диагр ам м а р езу льт ир у ю щ его в ект ор а боков ы х част от

11

− ωм

ωм

− ωм 2

ωм

ω

м

-2ω м

ω

ω

н

а) -

ωм

н

б) - -

ωм

ωм ωм

ωн

ωн в)

г)

Рис.4. В лияние огр аничения ш ир ины полос пр опу скания канала: а - пер едача только пер в ы х в ер х ней и ниж ней боков ы х част от (конец в ект ор а ω н пер ем ещ ает ся по пр ям ой линии, поэт ом у его длина изм еняет ся, т .е. в озникает ам плит у дная м одуляция); б - в лияние в тор ы х боков ы х част от на ам плит у дну ю м одуляцию ; в - в лияние у м еньш ения сост ав ляю щ ей в ер х ней боков ой част от ы на изм енение ам плит у ды (конец в ект ор а пер ем ещ ает ся по эллипсу , ам плит у дная м одуляция у в еличив ает ся); г – в лияние фазов ы х искаж ений). Н а р ис. 4а показана диагр ам м а, полу ченная пр и пер едаче боков ы х част от пер в ого пор ядка. В идно, чт о в следст в ие огр аничения полосы пр опу скания в озникает ам плит у дная м одуляция, поскольку конец в ект ор а ω н пер ем ещ ает ся не по ду ге, а по пр ям ой линии и его длина изм еняет ся. И зр ису нка в идно, чт о пр и м алом значении m, если J0 (m) ≈ 1 и если пр енебр ечь р азност ью длины дуги и пр ям ой линии, м еж ду индексом м одуляции и ам плит у дой дв у х сост ав ляю щ их

12

пер в ого пор ядка бу дет су щ ест в ов ат ь подтв ер ж дает ся данны м и т абл. 1.

m ≈ 2 J 1 (m ) = 2 / u1 (ω н + ω м ) /

пр ост ая

зав исим ост ь,

чт о

1 , uн

m , (8) 2 Сост ав ляю щ ие в т ор ого пор ядка (р ис. 4б) у м еньш аю т ам плиту дну ю м оду ляцию , поскольку , как бы ло показано, в ект ор ы , в р ащ аясь со скор ост ью ±2ω м , в значит ельной степени ком пенсир у ю т изм енения длины р езу льт ир у ю щ его в ект ор а. Поэт ом у т р аект ор ия дв иж ения р езу льт ир у ю щ его в ект ор а ближ е к дуге, чем в пр еды ду щ ем слу чае. В ер нем ся в нов ь к р ис. 4а, на кот ор ом пр едст ав лены сост ав ляю щ ие пер в ого пор ядка. Пу ст ь т епер ь А ЧХ пер едаю щ его т р акт а обеспечив ает у м еньш ение ам плит у ды т олько одной сост ав ляю щ ей (р ис. 4б) без изм енения ее фазы . В идно, чт о эт о пр ив одит к у в еличению ам плит у дной м одуляции и у м еньш ению индекса м одуляции т , но не в ы зы в ает фазов ы х искаж ений. Е сли одна боков ая полоса полност ью исчезнет , т о в соот в ет ст в ии спр инят ы м допу щ ением (8) индексм одуляции у м еньш ит ся в дв ое, т . е. т.е.. J 1 ( m) ≈

′′

m ≈J1(m)=u1 /u

(9)

и, т аким обр азом , ам плит у да дем одулир ов анного сигнала у м еньш ит ся на 6 дБ. О днако в лияние у м еньш ения ам плит у ды одной сост ав ляю щ ей м ож но ском пенсир ов ат ь за счет сост ав ляю щ его у в еличения ам плит у ды др у гой. В [3] показано, чт о если А ЧХ сист ем ы им еет в ид

uвы х(ω) =K+Lω, uвх(ω)

(10)

где К и L — нат у р альны е числа и /L / > 0, и если част от а, пр и кот ор ой Ụ вы х (ω ) /Ụ вх (ω ) = 0, не попадает в диапазон ƒн ± ƒд, т о т акая сист ем а полност ью аналогична сист ем е с р ав ном ер ной ам плит у дно-част от ной х ар акт ер ист икой (L =0) и обеспечив ает пер едачу безискаж ений. Д анная особенност ь ЧМ сигнала м ож ет бы т ь использов ана для у лу чш ения качест в а записи-в оспр оизв едения. Е сли спект р ш у м а сист ем ы пер едачи, напр им ер , на в ер х ней боков ой полосе инт енсив нее, чем на ниж ней, т о целесообр азно ниж ние сост ав ляю щ ие у силит ь, а в ер х ние ослабит ь, использу я фильт р с линейно спадаю щ ей част от ной х ар актер ист икой. О т м ет им , чт о р езу льт ат ы от носят ся к сист ем ам с неогр аниченной полосой. В сист ем ах с огр аниченной полосой А ЧХ в ида (10) в ы зы в ает нелинейны е искаж ения [2]. Е сли фазочастот ная х ар акт ер ист ика канала пост оянна (не зав исит от част от ы ) или линейна пр и изм енении част от ы (гр у ппов ое в р ем я запазды в ания пост оянно) , т о никаких искаж ений в дем одулир ов анном сигнале не пр оисх одит . Н а в ект ор ной диагр ам м е пр опор циональност ь фазов ого сдв ига част от е означает , чт о, напр им ер , в ект ор сост ав ляю щ ей ω н - n ω м от ст ает от носит ельно в ект ор а

13

несу щ ей ω н на ст олько, на сколько ω н + nω м ее опер еж ает . Т аким обр азом , р езу льт ир у ю щ ий в ект ор не изм еняется. Н елинейност ь фазочаст от ной х ар акт ер ист ики (р ис.4, г) искаж ает в ект ор ну ю диагр ам м у : конец р езу льт ир у ю щ его в ект ор а пер ем ещ ает ся не по пер пендику ляр ном у , а по наклонном у к в ект ор у несу щ ей ω н от р езку . И з-за чего у в еличив ает ся ам плит у дная м одуляция, а в дем одулир ов анном сигнале появ ляю т ся фазов ы е и нелинейны е искаж ения. 1.3."От ра женна я" бо ко ва я п о ло са Е сли ƒм >ƒн /n, т о n -я ниж няя спектр альная состав ляю щ ая м одулир ов анного сигнала попадает в област ь от р ицат ельны х част от ƒн — nfM < 0, чт о, ест ест в енно, физически нев озм ож но. О днако су щ еств у ет част от а полу ченная изв ы р аж ения

n ƒм - ƒн ›0,

sin(ω н – nω м ) = - sin(ω м – nω н ), кот ор ая р асполож ена на р асст оянии

f 3n = f н − (nfм − f н ) = 2 f н − nfм от несу щ ей част от ы , т . е. пр ояв ляет ся в в иде сост ав ляю щ ей, кот ор ая появ илась бы пр и м одуляции сигналом с част от ой fЗn. Пр и дем оду ляции т акого сигнала нар яду с полезны м сигналом ƒм им ею т м ест о и пом ех и в в иде ком понент fЗn, попадаю щ их в полосу пер едачи (пом ех и, у кот ор ы х fЗn ≤ ƒм , где ƒм - в ер х няя гр аничная част от а, кот ор у ю необх одим о пер едат ь). А м плит у да дем одулир ов анного сигнала м ож ет бы т ь пр иблизит ельно опр еделена с пом ощ ью (8). Поскольку им еется т олько одна спект р альная сост ав ляю щ ая сам плит у дой Jn (m) и индексом м одуляции т о дев иация

m’3n ≈ Jn(m),

fD3n = f3nm’3n ≈(2fн – nfм )Jn(m) и от нош ение ам плит у дпом ех и и полезного сигнала

un 1 f Jm ≈ (2f н − nfм )Jn (m) = (2 n − n) n . uм f D fм m

(11)

К анализу данной зав исим ост и м ы ещ е в ер нем ся. 1.4.В ли яни е нели нейны х и ска жени й Сист ем а с част отной м оду ляцией, пр им еняем ая для в идеозаписи, дост ат очно чу в ст в ит ельна к нелинейны м искаж ениям канала глав ны м обр азом пот ом у , чт о от нош ение несу щ ей част от ы к м аксим альной част от е м одуляции очень м аленькое (1 < fн /fм < 2). Т аким обр азом , част ь в озникаю щ их из-за нелинейност и канала гар м онических и ком бинационны х сигналов попадает в полосу пер едачи. Пу ст ь ам плит у дная х ар акт ер ист ика ивы х(ивх) пер едаю щ его канала им еет в ид, где |aj |, \азI,... < 1.

14

uвы х = uвх + a2uвх + а3uвх + ..., 2

3

(12)

где / а2 /, / а3 /,...〈1. Д алее, пу ст ь канал им еет дост ат очно ш ир оку ю полосу пр опу скания и в ну т р и эт ой полосы р ав ном ер ну ю А ЧХ. Е сли на в х од канала бу дет подан сину соидальны й сигнал

u вх = u 0 cos ωt, т о на в ы х оде пом им о сигнала с част от ой сост ав ляю щ ие u вы х =

ω

в озникну т и гар м онические

a2 a a 3a 2 u 0 + (1 + 3 )u 0 cos ωt + 2 u 0 cos 2ωt + 3 u 2 0 cos 3ωt + ... 2 4 2 4

Т епер ь подадим на в х одканала ЧМ ст ав ляя (2) в (12), полу чаем

(13)

сигнал. В в одя коэффициент ы k i и под-

u вы х ≈ k 2 u н + u н cos 2π ( f н + f н cos ω м t )t + k 2 u н cos 2π ( 2 f н + 2

+ 2 f D cos ω м t) t + k 3 u 3 н cos 2 π(3 f н + 3 f D cos ωt) t + ...

(14)

Н а в ы х оде нар яду с исх одны м ЧМ сигналом появ ляю т ся в т ор ая, т р етья и более в ы сокие гар м оники несу щ ей част от ы , пр ом оду лир ов анны е исх одны м сигналом счаст от ой fм , но ссоот в ет ст в енно дв ойной, т р ойной и т . д. дев иацией. Подклю чим на в ы х од канала ЧМ дет ект ор с фильтр ом ниж них част от , в ер х няя гр аничная част от а кот ор ого fм , так как нет необх одим ост и в оспр оизв одит ь сост ав ляю щ ие, леж ащ ие в ы ш е в ер х ней гр аничной част от ы полезного сигнала. В идно, чт о пр и эт ом сигнал на в ы х оде фильт р а в озникает т олько т огда, когда спектр ЧМ сигнала сост оит из несу щ ей част от ы и сим м ет р ичны х боков ы х част от , описы в аем ы х (7), или содер ж ит какие-либо сост ав ляю щ ие счаст от ам и f н — fм
lf н − nf м ≤ f н + f м

(15)

15

ил и fн (16) −1 fм К ак в идно из (2), дев иация гар м онических сост ав ляю щ их несу щ ей част от ы и индексм одуляции им ею т в ид n ≥ (l − 1)

f D1 = lf D , m1 = m 2 Е сли коэффициент пр и l -й гар м онике kl, то ам плит у да сигнала пом ех и l-й ниж ней боков ой част от ы l -й гар м оники несу щ ей част от ы м ож ет бы т ь р ассчит ана по фор м у ле, аналогичной (11) :

uм [(l − 1) f н − nf м ]J (lm)k l . fD О т сю да м ож ет бы т ь р ассчит ано от нош ение пом ех а - полезны й сигнал: un =

uп f J (lm ) (17 ) = [(l − 1) н − n ] n kl uм fм m и др у гие х ар акт ер ист ики пом ех и. В данной сист ем е заданны м и яв ляю т ся пор ядок основ ной нелинейност и l и коэффициент kl, кот ор ы й по кр айней м ер е в пр еделах опр еделенного диапазона част от пост оянен. Заданной яв ляет ся т акж е в ер х няя гр аничная част от а записы в аю щ его сигнала fм . Т аким обр азом , от нош ение u n / u м по су ти дела, яв ляет ся фу нкцией несу щ ей част от ы fн . Хар акт ер зав исим ост и показан на р ис.5. С пом ощ ью р ису нка м ож но сделат ь следую щ ие в ы в оды : если fн /fм м ало, т о боков ая част от а гар м оники несу щ ей lfн , попадаю щ ая в полосу пр опу скания канала, им еет м алы й пор ядок и, следов ат ельно, больш у ю ам плит у ду ; если ж е fн /fм в елико, т о lfн нах одит ся далеко от в ер х ней гр аничной част от ы и, т аким обр азом , пом ех и создаю т т олько боков ы е частот ы больш его пор ядка и с соот в етст в енно м еньш ей ам плит у дой (см . р ис.5). Поэт ом у кр ив ая u n / u м им еет ст у пенчаты й х ар акт ер . Т ам , где м еняет ся пор ядок боков ой част от ы , пр оисх одит р езкое у м еньш ение у р ов ня пом ех и. (Е ст ест в енно, чт о скачкообр азное изм енение сбесконечно кр у т ы м и пер ех одам и м ож ет бы т ь полу чено т олько в т ом слу чае, когда полоска канала огр аничена идеальны м фильт р ом с бесконечной кр у т изной ср еза. Н а сам ом деле кр у т изна ср еза фильт р ов конечна, и, т аким обр азом , на част от ах в област и гр аниц полосы пр опу скания канала су щ еств у ю т пом ех и от сост ав ляю щ их боков ой част от ы с м еньш им пор ядком и больш ей ам плит у дой.) В м ест е с т ем в ну т р и от дельны х ст у пеней (полок) у р ов ень пом ех с у в еличением fн /fм р аст ет дост ат очно сильно. Следов ат ельно, целесообр азно в ы бир ат ь от нош ение fн /fм т аким , чтобы обеспечит ь по в озм ож ност и наибольш ее значение п , но в т о ж е в р ем я от нош ение долж но бы т ь м иним альны м в ну т р и в ы бр анной

16

полки [3]. Д анны е сообр аж ения спр ав едлив ы и для пом ех , в ы зы в аем ы х от р аж енны м и боков ы м и част от ам и, кот ор ы е в ы числяю т ся согласно (11). В ы ш е пр едполагалось, чт о каналы им ею т дост аточно ш ир оку ю полосу и в ну т р и полосы пр опу скания А ЧХ яв ляет ся р ав ном ер ной. О днако ясно, чт о канал м агнит ной записи-в оспр оизв едения сов ер ш енно не от в ечает эт им у слов иям : полоса пр опу скания огр аничена, а част от ная х ар акт ер истика нер ав ном ер на. И нтер есно от м ет ит ь, чт о в следств ие нелинейност и канала в сигнале пом им о боков ы х част от гар м оник несу щ ей, кот ор ы е до сих пор т олько и у чит ы в ались, появ ляю т ся и др у гие пом ех и. К ак изв ест но, спект р ЧМ сигнала слагает ся из боков ы х част от fн + (2n — 1)fм и fн — (2n — 1)fм , сим м ет р ично р асполож енны х относит ельно несу щ ей част от ы ; пр и эт ом в нечет ны х пар ах боков ы х част от в ер х няя и ниж няя боков ы е част от ы им ею т одинаков ы е ам плит у ды , но р азличны е знаки (см . 7). В сист ем е сбольш ой полосой пр опу скания uн / u м , д Б 1,5

2,0

2,5

3,0

fн / f м

- 10 n=2

n=3

n=4

n=5

- 20 - 30

m = 0,5 k 3 = 0,1

- 40 - 50 - 60 - 70

- 80

Рис.5.Зав исим ом ст ь от нош ения ам плит у ды пом ех и, в озникаю щ ей в следств ие нелинейны х искаж ений, к ам плит у де полезного сигнала от от нош ения f н / f м и р ав ном ер ной А ЧХ эт о пр ив одит к исчезнов ению некот ор ы х ком бинационны х пом ех . В р езу льт ат е полу чает ся спект р , описы в аем ы й в ы р аж ением (2). О днако в слу чае огр аниченной полосы пр опу скания и нер ав ном ер но-ст ей А ЧХ одна из р азнополяр ны х боков ы х част от или полност ью от су тст в у ет , или ее ам плит у да значит ельно от личает ся от ам плит у ды соотв ет ст в у ю щ ей пом ех и пр от ив ополож ной поляр ност и, и, т аким обр азом , исчезнов ения соот в ет ст в у ю щ ей сост ав ляю щ ей пом ех и не пр оисх одит , а в спект р е сигнала появ ляю т ся нов ы е сост ав ляю щ ие пом ех и.

17

Рассм от р им один пр им ер . Пер в ой нечетной пар ой боков ы х част от бу дут

fн − f м и fн + f м . В ком бинации снесу щ ей они пр иним аю т в ид

( fн + f м ) − fн = f м и fн − ( fн − f м ) = f м В сист ем е ср ав ном ер ной част от ной х ар акт ер ист икой они нe игр аю т никакой р оли, поскольку им ею т одинаков ы е ам плит у ды р азличного знака. Н о если, напр им ер , в канале боков ая част от а fн + fм у м еньш ает ся по ам плит у де, т о на в ы х оде ЧМ дет ект ор а появ ляет ся сост ав ляю щ ая fм . И поскольку fн /fм < 2 и fн
mш = du ш ( f ш ) / u н и экв ив алент ной част от ой м одуляцией

f м ш = ( f н − f ш ). Пр и эт ом на в ы х ода ЧМ дем одулят ор а полу чим напр яж ение ш у м а

du шД ( f м ш ) = du ш ( f ш ) f м ш / u н ,

(18) пр опор циональное напр яж ению ш у м а в канале и част от е дем одулир ов анного сигнала. Э т о означает , чт о в р езу льт ат е дем оду ляции белы й ш у м ЧМ канала пр еобр азу ет ся в т р еу гольны й ш у м , энер гет ический спект р кот ор ого у в еличив ается пр опор ционально кв адр ат у част от ы [2]. И з(7) полу чаем м ощ ност ь (диспер сию ) ш у м а

du 2 шд ( f м ш ) = du 2 ш ( f ш )( f н − f ш ) 2 / u н 2

2

2

(Пр и р асчет ах в м ест о u / R бер ем u , поскольку наш ей целью яв ляет ся опр еделение от нош ения сигнал-ш у м , а в эт ом слу чае сопр от ив ление R сокр ащ ает ся, пот ом у чт о оно одинаков о как для сигнала, т ак и для ш у м а.) Т ак как

18 2

du ш ( f ш )df ш , где.η ( f ш ) − эн ергетический.сп ектр.шу м а,.В / Гц , du шд ( f м ш ) = η ( f ш )( f н − f ш )2 df ш / u н 2

(19)

2

на в ы х оде м ощ ност ь ш у м а изм ер енная спом ощ ью пр ибор а сш ир иной полосы 2fм , бу дет

u шд

2

1 = 2 u н

fн + f м

∫ η( f

ш

(20)

)( f ш ) 2 df ш

fн − f м

Э нер гет ический спект р ш у м а канала м агнит ной записи-в оспр оизв едения изв ест ен, и, подст ав ляя в cр еднее кв адр ат ическое значение в оспр оизв еденного ш у м а (1) k = 2πf/v, полу чаем

η ( f ш )df ш = πµ 0 q 2 nbf ш (1 − e −4πf шδ / γ )e −4πf шab / γ df ш . 2

В еличину т акж е м ож но найт и, использу я в ы р аж ение [3]

1 2 u j ( k ) = [ µ 0 qnαbγ (1 − e − kδ )e − ka ] 2 , 2 пр и а = 1:

uн = 2

− 4πf н a β 1 2 2 2 2 2 µ 0 q n b γ (1 − e − 2πf шδ / γ ) 2 e 2

/γ

.

(21)

Д ля оценки м ощ ност и ш у м а на в ы х оде пр едполож им , чт о пот ер ям и, зав исящ им и от длины в олны , м ож но пр енебр ечь. В эт ом слу чае, подст ав ив в ы ш епр ив еденны е в ы р аж ения в (20), полу чим

16π f н f v = 3 nbγ 2

3

u шд

2

(22)

Поскольку м ощ ност ь дем одулир ов анного сигнала

u c = f D / 2, 2

т о от нош ение сигнал-ш у м на в ы х оде ЧМ дем одулят ор а. В ы р аж ение (23), даю щ ее сов падаю щ ие с изм ер ениям и числов ы е р езу льт ат ы с ош ибкой в

19

пр еделах 6 дБ, им еет в аж ное значение пот ом у , пр оанализир ов ат ь в лияние от дельны х сост ав ляю щ их .

uc

2

u шд

2

3 nbγ 2 f D 3 nbγ 2 2 m. = = 8π f н f м 3 8π f н f м 2

чт о

позв оляет

(23)

В т о в р ем я как у м еньш ение в дв ое ш ир ины дор ож ки записи пр ив одит к у м еньш ению от нош ения сигнал-ш у м на 3 дБ, у м еньш ение в дв ое от носит ельной скор ост и дв иж ения голов ка-лент а пр ив одит к у х у дш ению от нош ения сигналш у м на 6 дБ. О т сю да в идны недост ат ки использов ания м алого индекса м оду ляции, а т акж е то, чт о с т очки зр ения м ощ ност и ш у м а неж елат ельно не т олько у в еличение ш ир ины полосы пр опу скания, но и у в еличение несу щ ей част от ы . Д ля у лу чш ения от нош ения сигнал-ш у м пр им еняю т дв а способа: пр еды скаж ения т елев изионного сигнала и обр абот ка ЧМ сигнала с пом ощ ью фильт р а с линейно падаю щ ей А ЧХ с кр у т изной 6 дБ/окт . О ни не оказы в аю т в лияния на дем одулир ов анны й сигнал, но в м ест е с т ем , пр еобр азу я энер гет ический спект р , м ож но у лу чш ат ь от нош ение сигнал / ш у м ( т еор ет ически м аксим ально на 8дБ ) [3]. 1.6.Ч а ст о т на я м о дуляци я т елеви зи о нны м си гна ло м О собенност и ЧМ пер едачи исследов ались до наст оящ его м ом ент а пр и м оду ляции сину соидальны м сигналом . О днако в в идеом агнит офоне записы в ается полны й цв етов ой т елев изионны й сигнал, кот ор ы й яв ляет ся далеко не сину соидальны м , а его част от а, ср еднее значение и ам плит у да неопр еделены . Т аким обр азом , эт и пар ам етр ы не м огу т бы ть использов аны в качест в е основ ны х пр и описании ЧМ сист ем ы . В м ест е с т ем полност ью опр еделена ст р у кт у р а т елев изионного сигнала: в р ем енны е зав исим ост и, некотор ы е х ар акт ер ны е напр яж ения и т . д. Пр едполагаем , чт о х ар акт ер ист ики полного цв ет ов ого т елев изионного сигнала сист ем PAL, NTSC и SECAM нам изв ест ны . Н аиболее дост ов ер ная, но в м ест е с т ем и объем ная инфор м ация по данной т ем е содер ж ит ся в [3], где м ож но найт и лю бы е пар ам ет р ы по м еж дунар одны м ст андар т ам . В дальнейш ем бу дут использов аны обозначения, кот ор ы е фигу р ир у ю т в [3]: ном инальная длит ельность ст р оки (Н ), ном инальная длит ельност ь поля (v), част от а цв ет ов ой поднесу щ ей в сист ем ах PAL и NTSC ( f ц п ) част от ы , под несу щ их в сист ем е SECAM ( f OR , f OB ) . Подр обну ю инфор м ацию о сист ем ах сигналов цв ет ного т елев идения м ож но полу чит ь, напр им ер , в [4]. Пар ам ет р ы част от ной м одуляции в в идеозаписи задаю т ся для х ар акт ер ны х у р ов ней т елев изионного сигнала: фиксир у ю т ся част от ы , соот в ет ств у ю щ ие у р ов ням в ер ш ин синх р оим пу льсов гаш ения и белого (т абл. 2). М одуляция линейная, т . е. м гнов енное значение част от ы в р абочем диапазоне пр опор ционально у р ов ню т елев изионного сигнала. Д ля у лу чш ения от нош ения сигналш у м слу ж ит пр еды скаж ение сигнала. В т абл.2 пр ив едены ст андар т изов анны е значения пост оянны х в р ем ени цепей пр еды скаж ения. Зная эт и данны е, по

20

лю бом у заданном у т елев изионном у сигналу м ож но опр еделит ь пар ам ет р ы ЧМ сигнала. Н а р ис.6 и в т абл. 3 пр ив едено несколько пр им ер ов . Н а р ис.6 показан т елев изионны й сигнал дв у х ст р ок. С целью у пр ощ ения в качест в е сигнала яр кост и в ы бр ан сигнал пост оянного у р ов ня, кот ор ы й м ож ет бы т ь лю бы м в диапазоне от у р ов ня чер ного до у р ов ня белого. Н а в ер тикальной оси от лож ены ст андар т изов анны е част от ы ЧМ сигнала для ст андар т а р азлож ения т елев изионного сигнала 625/50 Гц четы р ех голов очны х попер ечност р очны х в идеом агнит офонов с ш ир окой полосой (Н В ). Н а р ис. 6а показан сигнал яр кост и. Д ля опр еделения спект р а ЧМ сигнала счит аем несу щ ей т у част от у , для кот ор ой м аксим альны е изм енения м гнов енной част от ы одинаков ы , т . е. В эт ом слу чае дев иация

fн =

1 ( f у с + f у б ). 2

1 f D = ( f у б − f ec . 2

Спект р м одулир у ю щ его сигнала сост оит из част от ы ст р ок и ее гар м оник. У чит ы в ая, чт о в пр едст ав ленном здесь спект р е т елев изионного сигнала дом инир у ет част от а стр ок, индексм одуляции м ож но опр еделит ь как

m≈

fD ≈ 55, fм

а эт о, согласно р ис.2, означает , чт о ЧМ спект р огр аничив ает ся диапазоном изм енения м гнов енной част от ы . Н а р ис. 6б показан сигнал яр кост и, на кот ор ы й налож ена цв ет ов ая поднесу щ ая. Т аким обр азом , спектр ЧМ сигнала сост оит издв у х част ей: одна част ь сов падает с пр едст ав ленны м на р ис. 6а спект р ом , а др у гая опр еделяет ся поднесу щ ей. Д ля данного сигнала в качест в е несу щ ей част от ы ЧМ сигнала м ож но пр инят ь несу щ у ю част от у сигнала яр кост и, а дев иацию опр еделит ь ам плит у дой поднесу щ ей. Е сли част от а поднесу щ ей р ав на 4,43 М Гц, т о индекс м оду ляции Т аким обр азом , данная част ь спект р а сост оит из несу щ ей част от ы и дв у х боков ы х част от, р асполож енны х на р асст оянии fц п от несу щ ей. И з в ы ш епр ив еденны х р ассу ж дений м ож но сделат ь дв а в аж ны х в ы в ода. Пер в ы й в ы в од: поскольку у р ов ень яр кост и м ож ет м енят ься в пр еделах от у р ов ня гаш ения до у р ов ня белого, т о гр аничны м и част от ам и пер в ы х боков ы х част от , в х одящ их в спект р ЧМ сигнала, яв ляю т ся fу ч — fм и fу б +fм . Числов ы е значения гр аничны х част от в чет ы р ех голов очны х сист ем ах Н В пр и fм = 6, 1,8 и 15,3 М Гц. В т ор ой в ы в одв ы т екает из т ого обст оят ельст в а, чт о несу щ ая част ота ЧМ сигнала полного цв ет ов ого т елев изионного сигнала опр еделяет ся у р ов нем яр кости. Т аким обр азом , если м еняет ся у р ов ень яр кост и, т о в спект р е ЧМ сигнала м еняется и полож ение спектр альны х сост ав ляю щ их , опр еделяем ы х цв ет ов ой поднесу щ ей. Е сли в диапазоне данны х изм енений А ЧХ нер ав ном ер на

21

Та бли ца 2. Част оты и пост оянны е в р ем ени цепей пр еды скаж ения Т В сигнала, х ар акт ер изу ю щ ие м одуляцию в некот ор ы х систем ах в идеозаписи Ст а ндарт за п и си *

В а ри а нт **

а

Фо рм а т за п и си *

У зкополосны й (LB) Ш ир окополосны й (Н В ) У зкополосны й (LB) Ш ир окополосны й (Н В )

Ч а ст о т а си гна ла , М Гц fус fуч

Ч М П о ст о янна я врем ени , нс fуб

t1

t2

4.95

5,50

6,80

53

160

7,16

7,80

9,30

240

600

4,28

5,00

6,8

26,4

132

7,06

7,90

10,0

240

600

а б а б а б

6,76 7,06 7,16 7,06 3,5 3,1

7,40 7,90 7,68 7,90

8,90 10,00 8,90 10,00 4,9 4,5

U-Matic

а б

3,8 (4,8) 3,8

VCR

а б

3,0 3,6

а б

3,3 3,3

4,8

VCR-LP

VHS***

а б

3,8 3,4

Betamax

а б

Video 2000

а

Ч ет ы рехго ло во чны й б В С

EIA-J-1

240 240 180 240 240 360

600 600 610 600 600 650

5,5(6,4) 240 5,5 240

600 600

4,4 5,0

180 180

570 570

4,8 4,4

325 325

1300 1300

3,8 3,5

5,2 4,8

Ст андар т .

Ст анД ар т .

3,3

4,8

3,4 4,0

* М еж дунар одны е стандар т ы для пар ам ет р ов некот ор ы х сист ем в идеозаписи пр ив едены в [1]; ** а: 625/50 Гц; б: 525/60 Гц. *** Э т от фор м ат записи пр им енен в от ечест в енны х бы т ов ы х кассетны х в идеом агнит офонах "Э лект р оника В М -12", "Э лект р оника В М -27".— П рим ..

22

Та бли ца .3. Н екот ор ы е пар ам ет р ы ЧМ Ц в ет

Н есу щ ая частот а дев иация, М Гц

D R′ fн

сигналов ш ир окополосного ст андар т а

и И ндексм оду ляции

D B′

fD

Гр аничная частот а, М Гц

D R′ f ниж н f в ер х

D B′ f ниж н f в ер х

D R′

D B′

9,30 0,45

0,132

0,106

4,89

13,71 5,05

13,55

8,79 0,97

0,1145

0,241

4,43

13,15 4,77

12,81

0,104

3,90

13,28 4,26

12,92

0,183 (0,330)

3,82

13,10 4,36

12,56

fн

fD

0,58 Белы й

9,30

Ж елты й 8,79

0,5

(1,35)

(0,337)

Сине-зе- 8,59 лены й

1,28 8,59 0,45 (1,48)

Зелены й 8,46

1.15

Ф иолет ов ы й

0,57 8,27 0,57 0,1375 (1,35) (1,48) (0,323)

0,1295 (0,323)

4,15

12,39 3,87

12,67

К р асны й 8,14

0,68

0,177 (0,324)

4,01

12,27 3,97

12,31

Синий

7,93

0,68 7,93 0,74 0,153 (1,48) (1,48) (0,320)

0,165 (0,317)

3,48

12,38 3,45

12,41

Чер ны й

7,80

0,58

0,106

3,39

12,21 3,55

12,05

8,27

0,273 (0,301)

8,46 0,75 0,248 (1,35)

8,14 0,74 0,182 (1,35)

7,80 0,45

0,1315

в идеозаписи Н В (625/50 Гц) сигналов цв ет ны х полос(SECAM) П ри м еча ни е. Значения, пр ив еденны е в скобках , от носят ся к огр аниченны м в ы бр осам сигналов в озникаю щ их пр и цв ет ов ы х пер ех одах в следст в ие пр еды скаж ения цв ет ор азност ны х сигналов в сист ем е SECAM. Разм ах сигналов основ ны х цв ет ов пр и пер едаче белой полосы 100 %, цв етны х полос75 %.

23

f,М Гц 9,30

f, М Гц fу б

9,30

8,80

f

цп

8.80 fD

f Dц п

fн

f DY

8,02 7,80

fу ч

8.02 7.80

7,16

fу с

7.16

0

128 t, м кс

64

uш/uн

0

64

128 t

uш/uн

7,16

8,02 fD

fн а)

8,88 fD

f,М Гц

4,45

7,16 б)

fц п

8,88 fн .ц п

f, М Гц fц п

Рис. 6. М гнов енны е част от ы (в ер х ние р ису нки) и спектр ы (ниж ние р ису нки) телев изионны х ЧМ сигналов : а - чер но-белое; б - цв ет ное т елев идение или нелинейна, то пар ам ет р ы дем одулир ов анного сигнала зав исят от у р ов ня яр кости, т . е. в сист ем е в озникаю т искаж ения т ипа диффер енциального у силения или диффер енциальной фазы . Д ля у ст р анения эт их искаж ений необх одим о обеспечит ь в ы полнение ж ест ких т р ебов аний, пр едъяв ляем ы х к А ЧХ и Ф ЧХ ЧМ канала записи-в оспр оизв едения. В т абл.3 пр ив едены некот ор ы е пар ам ет р ы част от ной м оду ляции чет ы р ех голов очны х в идеом агнит офонов (Н В ) для сигналов цв ет ны х полос сист ем ы SECAM. Д ля нах ож дения ам плит у ды цв ет ов ы х поднесу щ их необх одим о у чит ы в ат ь и пр еды скаж ение, пар ам ет р ы кот ор ого заданы в т абл. 2; в данном слу чае пр еды скаж ение у в еличив ает ам плит у ды цв ет ов ы х поднесу щ их на 8 дБ. В т абл. 4 и 5 по р езу льт ат ам изм ер ений, пр ив еденны х в [3], показаны част от ы и от носит ельны е значения ам плит у дсост ав ляю щ их ком бинационной пом ех и, в озникаю щ их в ЧМ канале в следст в ие нелинейны х искаж ений и «от р аж енны х » боков ы х част от в полосе пр опу скания ЧМ канала или в дем одулир ов анном в идеосигнале. У р ов ень яр кост и сигнала кр асной полосы 100% насы щ енност и в сист ем е PAL сост ав ляет 30% от м аксим ального р азм ах а сигнала яр кост и (0,7 В ), несу щ ая част от а р ав на 8,25 М Гц. Д ем одулир ов анны й сигнал пом ех и снаибольш ей ам плит у дой на част от е 3,8 М Гц св язан сцв ет ов ой поднесу щ ей 4,43 М Гц. Пом ех и, в озникаю щ ие в следст в ие нелинейност и канала и ЧМ дем одулятор а («м у ар » ), наиболее сер ьезно огр аничив аю т качеств о в аналогов ой в идеозаписи.

24

Та бли ца 4. Спект р ЧМ сигнала, изм ер енны й в р азличны х т очках чет ы р ех голов очного В М пр и записи кр асной полосы со 100%-ной насы щ енност ью (PAL) Част от а сост ав ляю щ ей, М Гц

У р ов ень ком бинационной пом ех и по от нош ению к у р ов ню несу щ ей (fн = 8,25 М Гц), дБ Т очка изм ер ения, р еж им р аботы В ы х од м оду лят ор а, A’ – A’

0,61* 3,82** 4,43 5,04* 6,8 8,25 8,86 9,47* 10,1 11,45 12,07 12,4 12,68*** 15,8 16,5 17,11***

29 12 42 47 0 47 48 41 40 46 8 32 29 19

В х од огр аничит еля, A’ – A’

В ы х од огр аничит еля, A’ – A’

В х од В ы х од огр аничит еля, огр аничит еля, запись запись в оспр оизв едение в оспр оизв едение

23,5 8 46 48 0 52 40 46 18 36 34 41

32 12 48 50 0 49 34 45 9 14 30 16

20 8 30 45 45 0 40 37 32 20 32 34

20 10 30 29 42 0 35 35 29 35 10 22 19 9

1. Реж им A’ – A’ «Э лект р оника» - «Э лект р оника» использу ет ся для наст р ойки у ст р ойст в а без лент ы . В ы х од м оду лят ор а канала записи подклю чает ся к в х оду кор р ект ор а част от ной х ар акт ер ист ики канала в оспр оизв едения. Т аким обр азом осу щ ест в ляет ся пр ов ер ка ЧМ канала. 2. * - ниж няя боков ая полоса; **- в ер х няя боков ая полоса; ***- «от р аж енная» боков ая полоса. Та бли ца 5. Сост ав ляю щ ие ком бинационной пом ех и пр и в оспр оизв едении сигнала кр асной полосы со 100% насы щ енност ью (PAL), в ы зы в аю щ ие «м у ар » Част от а сост ав ляю щ ей, М Гц 0,6 1,2 3,2 3,8 Разм ах сост ав ляю щ ей по от нош ению к р азм ах у сигнала яр кост и (0,7 В ), дБ 29,0 30,0 29,0 24,0

1.7.Ч М ка на л Зная особенност и сист ем ы част от ной м одуляции, пр им еняем ой для записи изобр аж ения, р ассм от р им ст р у кт у р ну ю сх ем у ЧМ канала записив оспр оизв едения одного изв идеом агнит офонов (р ис.7). Т елев изионны й сигнал после пр еды скаж ения в 1 попадает на линейны й ЧМ м оду лят ор 2. М одулят ор нагр у ж ен на у силит ель 3, пр ичем у силит ель обеспечив ает в записы в аю щ их голов ках т ок, пр опор циональны й его в х одном у напр яж ению .

25

В х одВ С

В Ч - пр еды скаж ения 1

ЧМ – м оду лят ор 2

У силит ель тока 3

Голов ки записи

а) Голов ки М алош у м ящ в оспр . ий у силит ель 1

К ор р ект ор част от ной х ар акт ер т ики 2

Ф ильт р слинейно падаю щ ей х ар акт ер ист икой 3

Част от ны й дем оду лят ор 4

Ф ильт р ниж них част от 5

К ор р ект ор пр еды скаж ений 6

В ы х од В С

б) Рис. 7. Стр у кт у р ная сх ем а элект р онной част и каналов записив оспр оизв едения (ЧМ канала) : а — канал записи: 1 — цепь пр еды скаж ения т елев изионного сигнала (подъем в ы соких част от ); 2 — ЧМ м одулят ор ; 3 — у силит ель т ока; б — канал в оспр оизв едения: 1 — пр ед-у силитель, ком пенсатор р езонанса тока голов ки; 2 — кор р ект ор част отной х ар акт ер ист ики; 3 — фильт р слинейно падаю щ ей х ар акт ер истикой (кр у тизна 6 дБ/окт ); 4 — дем одулят ор ; 5 — фильтр ниж них част от; 6 — цепь в осст анов ления т елев изионного сигнала (кор р екция пр еды скаж ения) Пер в ы м блоком сх ем ы в оспр оизв едения яв ляет ся м алош у м ящ ий у силит ель 1, кот ор ы й содер ж ит элем ент ы кор р екции для ком пенсации элект р ических пот ер ь и р езонансны х яв лений в голов ке. Следу ю щ ий блок кор р ект ир у ет подъем А ЧХ, в ы зв анны й диффер енцир ов анием сигнала в оспр оизв одящ ей голов кой. Сю да ж е в х одит кор р ект ор 2, ком пенсир у ю щ ий пот ер и, в озникаю щ ие в пр оцессе записи-в оспр оизв едения. За ним следует фильт р 3 с линейной фазов ой х ар актер ист икой и линейно падаю щ ей А ЧХ с кр у т изной 6 дБ/окт , пр едназначенны й для у лу чш ения от нош ения сигнал-ш у м . С в ы х ода фильт р а сигнал пост у пает на огр аничитель и дем одулятор 4. Д ем одулир ов анны й сигнал пр ох одит чер ез огр аничив аю щ ий полосу Ф Н Ч 5, а зат ем после ком пенсации пр еды скаж ения (в осст анов ления) в цепи 6, в р езу льт ат е чего фор м ир у ет ся т елев изионны й сигнал. Рассм от р им более подр обно наиболее в аж ны е элем ент ы канала. Пр еды скаж ение и последую щ ее в осст анов ление т елев изионного сигнала осу щ ест в ляю т ся пр ост ы м и цепочкам и т ипов RC и RL (р ис. 8). Пост оянны е в р ем ени для р азличны х сист ем записи пр ив едены в т абл. 2. В ст андар тны х

26

чет ы р ех голов очны х пр офессиональны х сист ем ах t1 = 240 н с.и.600н с , чт о соот в ет ст в у ет подъем у (спаду ) А ЧХ на 8 дБ. По ср ав нению с в ы сокочаст от ны м и ЧМ сист ем ам и св язи для част от ной м оду ляции с м алой дев иацией использу ет ся больш ее количест в о р азнообр азны х м одулят ор ов . Д анная пр облем а м ож ет бы т ь р еш ена, напр им ер , с пом ощ ью пр им еняв ш их ся р анее в пр офессиональны х у ст р ойст в ах в ы сокочаст от ны х м одулят ор ов и пр еобр азов ат елей част от ы (р ис.9). Частот ы дв у х генер ат ор ов (108 и 100 М Гц) м одулир у ю т ся в пр от ив офазе. Д ев иация каж дого из ЧМ сигналов нах одит ся в пр еделах 0,5 ... 0,75 М Гц. Пр и эт ом линейност ь ЧМ значит ельно у лу чш ена по ср ав нению с каж ды м изЧМ генер ат ор ов за счет в заим ной ком пенсации нечет ны х гар м оник с пом ощ ью пр от ив офазного у пр ав ления част от ам и. И т ак, дв а в ы сокочаст от ны х ЧМ сигнала после огр аничения по ам плит у де подаю т ся на см есит ель, на в ы х оде кот ор ого после огр аничения полосы полу чает ся ж елаем ы й ЧМ сигнал. О гр аничение по ам плит у де осу щ ест в ляет ся для у ст р анения ам плит у дной м одуляции. Н еобх одим ост ь подав ления ам плит у дной м одуляции в ы зв ана т ем , чт о см есит ель в осст анав лив ает из ам плит у дно-м одулир ов анного сигнала м одулир у ю щ ий телев изионны й сигнал, котор ы й, попадая в полосу ЧМ сигнала, яв ляет ся пом ех ой ЧМ сигналу . В сов р ем енны х пр офессиональны х у ст р ойст в ах использу ю т ся ЧМ м оду лят ор ы , пр инцип дейст в ия кот ор ы х показан на р ис.10. Н а в ы х оде м одулят ор а пр оизв одит ся деление част от ы на дв а. Благодар я эт ом у ЧМ сигнал не содер ж ит чет ны х гар м оник*. Н а в х оде пр офессиональны х м одулят ор ов пр им еняю т ся сх ем ы фиксации у р ов ня, в м одулят ор ах - ав т ом атическая подст р ойка част от ы (А ПЧ), кот ор ая слу ж ит для ст абилизации част от ы , соот в ет ст в у ю щ ей у р ов ню гаш ения. ЧМ сигнал, соот в ет ст в у ю щ ий у р ов ню гаш ения, в ы деляет ся и ср ав нив ает ся с сигналом кв ар цев ого генер ат ор а, им ею щ его част от у , р ав ну ю ном инальной част от е у р ов ня гаш ения. У р ов ень фиксации в сх ем е фиксации у р ов ня у пр ав ляет ся сигналом , пр опор циональны м р азност и част от . О ст ат очная р асст р ойка в сов р ем енны х м агнит офонах нах одит ся в пр еделах ±12 кГц пр и ном инальной частот е 7 ... 8 М Гц [3]. В качест в е ЧМ м одулят ор а в бы т ов ы х аппар ат ах использу ет ся ст абилизир ов анны й м у льт ив ибр ат ор , кот ор ы й за счет зам ены R на в р ем я задаю щ ей JRCцепи у пр ав ляем ы м генер ат ор ом т ока (р ис.11) обеспечив ает х ор ош у ю линейност ь в ш ир оких пр еделах . Т р ет ий элем ент ст р у кт у р ной сх ем ы - у силит ель в х одного сигнала, т акж е долж ен содер ж ат ь элем енты кор р екции. Э т о необх одим о пот ом у , чт о в следст в ие ом ических и гист ер езисны х пот ер ь, а т акж е р аспр еделенной ем кост и т ок, нам агничив аю щ ий носит ель, не идентичен т оку записи, пост у паю щ ем у на в х од голов ки. К р ом е т ого, необх одим о у чит ы в ать и пот ер и, в озникаю щ ие в о в р ащ аю щ ем ся тр ансфор м ат ор е, пр ив одящ ем в дв иж ение голов ки. В р ащ аю щ ийся т р ансфор м ат ор обеспечив ает св язь м еж ду р азм ещ енны м и на в р ащ аю щ ем ся диске голов кам и и ост альны м и элем ент ам и канала, р асполож енны м и в не диска. Пр инцип дост ат очно пр ост : одна полов ина кольцев ого сер дечника в р ащ ает ся в м ест е с диском голов ок; обм от ки, р асполож енны е в

27

эт ой полов ине, соединяю т ся с голов кам и. В т ор ая полов ина кольцев ого сер дечника неподв иж на, а р асполож енны е здесь обм от ки пр исоединяю т ся к у силит елям записи или в оспр оизв едения. В р ащ ение одной част и сер дечника не оказы в ает в лияния на св язь м еж ду кат у ш кам и. По ср ав нению со ст ар ы м C

дБ t1=RC t2=(R+r)C

r

C

t1=(R+r)C t2=rC

2

t1=L/r t2=L/R+r

1

2

1

2

r

2

1

1

R

2

r

2

R

R

20log(t1/t2)

1

1

2

1

1

t1=L/Rr t2=L/R

r

1/t1

1/t2

log

2

R

а)

б)

в)

Рис.8. RC- и RL-цепи пр еды скаж ения (а) и в осст анов ления (б) и их част от ны е х ар акт ер ист ики (в ) - соот в ет ст в енно сплош ная и ш т р их ов ая линии Генер ат ор 100 М Гц 1

Т елев изионны й сигнал

В ар икап D1 См еситель 3 В ар икап D2

Ф ильт р ниж них част от 4

ЧМ сигнал

Генер ат ор 108 М Гц 2

Рис.9. Гет ер одинны й ЧМ м одулят ор . Част ота генер ат ор а 1 100 М Гц, а генер ат ор а 2 - 108 М Гц. Част от ы генер атор ов спом ощ ью в ар икапов D1 и D2 м одулир у ю т ся т елев изионны м сигналом в пр от ив офазе; т аким обр азом , на в ы х одсм есит еля 3 им еет ся неиска ж енны й ЧМ сигнал. Ф ильт р ниж них част от 4 пр опу скает р азност ны й сигнал м ет одом конт акт ного кольца-щ ет ки в р ащ аю щ ийся т р ансфор м ат ор более пом ех оу ст ойчив и им еет пр акт ически неогр аниченны й ср ок слу ж бы .) Д ля кор р екции, т ак ж е как и для пр еды скаж ения, пр им еняю т ся пр ост ы е RC-цепочки.

28

Пр и описании канала м агнитной записи-в оспр оизв едения бы ло показано, чт о част от ная х ар акт ер ист ика м агнит ного пот ока носит еля зав исит от ам плит у ды м агнит ного поля, т . е. от т ока записи. Н а длинны х в олнах , как бы ло показано, у в еличение т ока записи пр ив одит к пов ы ш ению у р ов ня записи с последую щ им насы щ ением , а на кор от ких в олнах после дост иж ения опр еделенного м аксим ального у р ов ня наблю дает ся его сниж ение, кр ом е т ого, с у м еньш ением длины в олны записи м аксим альны й у р ов ень дост игает ся пр и м еньш ем т оке записи [3]. +U Генер ат ор тока I 2

C

ЧМ сигнал

Т елев изионны й сигнал К ом пар ат ор 4 Генер ат ор т ока 2I 3

-U

Рис.10. ЧМ м одулят ор ссигналом т р еу гольной фор м ы К онденсат ор С зар яж ает ся т оком I от генер ат ор а т ока 2 до т ех пор , пока напр яж ение не дост игнет в ер х него у р ов ня ср абат ы в ания ком пар ат ор а 4. Пр и эт ом пер еклю чат ель Л", у пр ав ляем ы й ком пар ат ор ом , зам ы кает ся и конденсат ор р азр яж ает ся т оком I — 2I = - I от генер ат ор ов т ока 3 и 2 до ниж него у р ов ня ср абат ы в ания ком пар ат ор а, пр и кот ор ом пер еклю чат ель К р азм ы кает ся, и пр оцесс пов тор яет ся. Т ок генер ат ор ов т ока пр ям о пр опор ционален м гнов енном у значению т елев изионного сигнала. В ком пар ат ор е использу ю т т у ннельны е диоды . В ы бор и у ст анов ка м аксим ального у р ов ня дост ат очно кр ит ичны из-за зав исим ост и его от част от ной или фазов ой х ар акт ер ист ики. В м ногоголов очны х сист ем ах дост ат очно слож но обеспечит ь идент ичност ь м агнит ны х пот оков от р азличны х голов ок. В полне ест ест в енно, чт о т ок каж дой голов ки р егу лир у ет ся от дельно. Пер в ой сост ав ной част ью канала в оспр оизв едения яв ляет ся пр едусилит ель, на в х одкот ор ого чер езв р ащ аю щ ийся т р ансфор м атор подает ся сигнал голов ок су р ов нем в несколько десят ы х м иллив ольт а (р ис.12). Е сли частот а р езонанса в

29 1

+

С С

ЧМ сигнал

2

6 1 1

3

1 1

3

3

2

5

ТВ сигнал

2

1

R

3

1

3

Т В сигнал

3

R

1

1

3

2

1

1

7

1

C

2

C

ЧМ сигнал

2

R

2

1

R

+

_

Рис.11. ЧМ м оду лят ор на м у льт ив ибр ат ор е: а — у пр ощ енная сх ем а; б — сх ем а, в кот ор ой сцелью у лу чш ения линейност и элем ент R опр еделяю щ ий пер иод, зам енен у пр ав ляем ы е генер ат ор ом т ока цепи голов ка - в р ащ аю щ ийся т р ансфор м ат ор - в х од у силит еля попадает в полосу пр опу скания, т о его ком пенсация осу щ ест в ляет ся в пр едусилит еле с пом ощ ью колебательны х конт у р ов и от дельно р егу лир у ем ы х элем ент ов , р асполож енны х в цепи обр ат ной св язи. Н а в ы х оде пр едусилит еля в опр еделенном част отном диапазоне в следст в ие диффер енцир у ю щ его дейст в ия голов ки полу чает ся подъем ам плит у дно-част от ной х ар акт ер истики с кр у т изной 6 дБ/окт . О днако на более в ы соких част от ах эт а А ЧХ опр еделяет ся пот ер ям и в канале записи-в оспр оизв едения. В т о в р ем я как в пер в ом слу чае ком пенсация м ож ет бы т ь осу щ ест в лена в клю чением инт егр ир у ю щ ей цепи, в о в т ор ом слу чае для эт ого необх одим кор р ект ор ср ав ном ер ной х ар акт ер ист икой гр у ппов ого в р ем ени запазды в ания. К ак бы ло показано, для т ого чт обы искаж ения от су т ст в ов али, ЧМ канал долж ен им ет ь линейну ю А ЧХ и р ав ном ер ну ю х ар акт ер ист ику гр у ппов ого в р ем ени запазды в ания. Поскольку пот ер и в пр оцессе записи-в оспр оизв едения не в ы зы в аю т фазов ы х искаж ений, т о для кор р екции м ож ет пр им енят ься т олько кор р ект ор ср ав ном ер ной х ар акт ер ист икой гр у ппов ого в р ем ени запазды в ания; в пр от ив ном слу чае кор р ект ор в носил бы собст в енны е искаж ения. Здесь бу дут описаны дв а т аких кор р ект ор а: косину сны й и на диффер енцир у ю щ их цепях . Пр инцип дейст в ия косину сного кор р ект ор а пр ив еден на р ис. 14 [2]. О бозначим чер езRh в олнов ое сопр от ив ление линии задер ж ки* с в р ем енем задер ж ки τ. Пу ст ь в х одное напр яж ение

30

u вх = u 0 sin ωt , тогда u в′′х = u 0 sin(ωt + Φ ).

где Φ

п ри ..этом u u u в′х = 0 sin ωt + 0 sin(ωt + 2Φ ), 2 2

= ωT .

u в′х = cos Φ sin(ωt + Φ ),

Пр ов едя пр еобр азов ание

полу чим

(24)

u ы вх = u в′′х − Ku в′х = u 0 (1 − K cos ωt ) sin(ωt + Φ ) u вы х , м В 0,8

0,4

0,1 2

4

6

8 10 12 14

f, М Гц

Рис.12. Зав исим ост ь напр яж ения на в ы х оде в оспр оизв одящ ей голов ки от част от ы пр и фиксир ов анной ам плит у де т ока записи τ Uвх1

1

1

U'в х 2

Rh

L

U"вх

L

С

С

С

С

1

С

L

+ _

2

Uвы х

3

KU'вх

а) Т аким обр азом : задер ж ка в ы х одного сигнала τ постоянна и не зав исит от част оты коэффициент а К ; пр и ω τ = π/2, т . е. пр и f = 1/(4τ), коэффициент пер едачи

и

31

u вы х u вх К 1 0,7 0,3 0

2

1

1 4τ

0

1 2τ

f

Рис.14.Cх ем а косину сного кор р ект ор а (а) и его ам плит у дно-част от ная х ар акт ер ист ика (б) сх ем ы не зав исит от f (ивы х = uBX), а пр и f < 1/(4τ) cos ω τ > 0 он у в еличив ает ся с у м еньш ением част от ы , если К > 0, т . е. с у м еньш ением част от ы uв ы х у м еньш ает ся (Uвы х min = 0). О днако если 1/(2τ) >f > 1/(4τ), то cos ω τ < 0 и с у в еличением част от ы ивы х растет (u вы хma [ = 2u вх ), рис. 28 б. Пр инцип действ ия кор р ект ор а не диффер енцир у ю щ их цепях (р ис. 15) основ ан на т ом , чт о фазов ы й сдв иг φ диффер енцир у ю щ ей RС - цепи на част от е, дост ат очно далекой от част от ы пер егиба, напр им ер пр и f < 1/(10 RC), пр иблизит ельно р ав ен π/2. Пр и последов ат ельном в клю чении дв у х цепей фазов ы й сдв иг 2φ ≈ π и не зав исит от част от ы . Поэт ом у на част от е fо, на кот ор ой ивх и и'вх им ею т одинаков ы е ам плит у ды u в′х + u вх = 0 . Пр и эт ом ивь|х = ивх и не зав исит от К . У чит ы в ая, чт о и'вх у в еличив ает ся пр опор ционально кв адр ат у част от ы , полу чаем

1

1

С

А

U'вх R

+

Uвх

K(U'вх+Uвх) 2

R

_

Uвы х

+ 3

R

С

1

Uвх

Рис.15. Сх ем а кор р ект ор а на диффер енцир у ю щ их цепях

Значит ,

или

u вы х = u вх − K (u ′ + u вх ) = u вх [1 − K + K ( f / f 0 ) 2 ], u вы х = u вх (1 − K )[1 +

K f ( ) 2 ], 1 − K f0

(25)

32

т . е. начальное значение А ЧХ р ав но (1 -К ). Пр и f > f0 (1 — К )IK кр у т изна А ЧХ сост ав ляет 12 дБ/окт . Сх ем а не в носит фазов ы х искаж ений. Д анны е сх ем ы кор р екции м огу т в клю чат ь в себя и у пр ав ляем ы е делит ели напр яж ения, у станав лив аю щ ие ст епень кор р екции. В эт ом слу чае р егу лир ов ка пр оизв одит ся т аким обр азом , чт о в дем одулир ов анном сигнале ав т ом ат ически ст абилизир у ет ся, напр им ер , ам плит у да опор ного сигнала цв ет ов ой поднесу щ ей [1,4]. После фильт р а слинейно падаю щ ей х ар акт ер ист икой скр у т изной 6 дБ/окт , пр едназначенного для кор р екции пот ер ь в пр оцессе записи-в оспр оизв едения , и у лу чш ения от нош ения сигнал-ш у м , в клю чаю т 50-дБ огр аничит ель. О гр аничение долж но бы т ь с в ы сокой т очност ью сим м ет р ичны м , поскольку асим м ет р ия пр ояв ляет ся в в иде нелинейны х искаж ений, пр ив одящ их к появ лению чет ны х гар м оник сигнала. В пр офессиональны х аппар ат ах для дем одуляции ЧМ сигналов пр им еняю т т ак назы в аем ы й дем одулят ор типа счет чика им пу льсов (см . р ис.16). Пр инцип дейст в ия дем одулят ор а основ ан на т ом , чт о изогр аниченного по ам плит у де ЧМ сигнала в м ом ент его пр ох ож дения чер ез ну ль фор м ир у ет ся последов ат ельност ь пр ям оу гольны х им пу льсов пост оянны х ам плит у ды и длит ельност и*, из кот ор ой с пом ощ ью фильт р а ниж них част от в ы деляю т дем одулир ов анны й сигнал. В пр ост ейш их дем оду лят ор ах т ипа счет чика им пу льсов запу ск фор м ир ов ат еля ст андар т ны х им пу льсов осу щ ест в ляю т пр и пр ох ож дении чер езну ль т олько в одном напр ав лении, т. е. част от а пов т ор ения им пу льсов сов падает с м гнов енной част от ой ЧМ сигнала. Поскольку наим еньш ая част от а ЧМ сигнала, соот в ет ст в у ю щ ая у р ов ню в ер ш ин им пу льсов синх р онизации и пр им еняем ая для записи изобр аж ения, особенно в ст ар ы х у зкополосны х сист ем ах (LB), нах одит ся в близи в ер х ней гр аничной част от ы м оду лир у ю щ его сигнала, т о эт о делает нев ы полним ы м и т р ебов ания, пр едъяв ляем ы е к фильт р у ниж них част от , кот ор ы й в ы деляет т елев изионны й сигнал. Поэт ом у в дем одулят ор ах т ипа счет чика им пу льсов фор м ир ов ат ели им пу льсов запу скаю т ся обоим и пер епадам и напр яж ения огр аниченного ЧМ сигнала. Э т о р еализу ет ся дв у м я способам и: после огр аничения и диффер енцир ов ания пр оизв одят дв у х полу пер иодное в ы пр ям ление последов ат ельност и р азнополяр ны х им пу льсов и т аким обр азом запу скаю т ж ду щ ий м у льт ив ибр атор дв аж ды за пер иодЧМ сигнала или непоср едст в енно из огр ани- ченного ЧМ сигнала в ы деляю т последов ат ельност ь им пу льсов с у дв оенной част от ой. Последний в ар иант показан на р ис.17. Спект р сигнала на в ы х оде дем одулят ор а т ипа счет чика им пу льсов , согласно [3], содер ж ит следую щ ие сост ав ляю щ ие: пост оянну ю сост ав ляю щ у ю

u e = ω nτ / π дем одулир ов анны й сигнал

u м = (2 m / π )sin ω τ/2 ,

(26 )

(27 )

33

а т акж е чет ны е гар м оники несу щ ей част от ы и их боков ы е част оты Ж ду щ ий ЧМ сигнал

м у льт и-

1

Т В сигнал 1

в ибр ат ор

1

3

2

Рис.16. Сх ем а, иллю ст р ир у ю щ ая пр инцип дейст в ия дем одулят ор а т ипа счет чика им пу льсов . Пр и пр ох ож дении огр аниченного ЧМ сигнала чер езну ль на в ы х оде диффер енцир у ю щ ей цепи 4 появ ляет ся им пу льс, запу скаю щ ий ж ду щ ий м у льт ив ибр ат ор . И з последов ат ельност и им пу льсов , фор м ир у ем ы х м у льт ив ибр ат ор ом , с пом ощ ью фильт р а ниж них част от в ы деляет ся м оду лир у ю щ ий сигнал А

1

1 О гр аниченны й ЧМ сигнал

E

&

В х од

t

1

В

Т В сигнал В ы х од

А В

С

1 С

& 1

D

F

D E F

Рис.17 ЧМ дем одулят ор су дв оением част от ы на линии задер ж ки

u ln = [ 2 J n ( 2lm / πl ] sin[( 2lω н ± nω м )(τ / 2 ] ,

(28 )

где τ – длит ельност ь сфор м ир ов анного м у льт ив ибр ат ор ом им пу льса. Е ст ест в енно, чт о в полосу пр опу скания м огу т попадат ь т олько ниж ние боков ы е част от ы гар м оник несу щ ей част от ы дем одулир ов анного сигнала. Д ля них из(27) и (28) от нош ение ам плит у дсигналов пом ех и и полезного сигнала

u ln sin[( 2lω н − nω м )τ / 2 J n ( 2lm ) = . um sin(ω м τ / 2 lm

( 29 )

И ли, если пр инят ь, чт о пр и х << 1 sin x ≈ x для м алы х значений τ ,

f J ( 2lm ) u ln ≈ ( 2l н − n ) n uм fм lm

( 30 )

Полу ченное в ы р аж ение по фор м е очень пох ож е на в ы р аж ение (11), (17), и

34

анализего сов падает с анализом у казанны х в ы р аж ений. О т м ет им , чт о если , ω м т о из(26) и (27)

ue f = н , uм mf м

( 31 )

т . е. и у р ов ень пост оянной сост ав ляю щ ей м ал, и эт о создает неу добст в а, пот ом у чт о, как у ж е гов ор илось в ы ш е,/н яв ляет ся ср едней част от ой, зав исящ ей от содер ж ания кадр а. Т аким обр азом , необх одим о заботит ься и о в осст анов лении пост оянной сост ав ляю щ ей т елев изионного сигнала на в ы х оде дем одулят ор а. В бы т ов ы х у ст р ойст в ах для дем одуляции иногда использу ю т фазов ы е дискр им инат ор ы (см ., напр им ер , [4]). Н а основ ной в х од дискр им инат ор а подает ся у силенны й ЧМ сигнал, а на др у гой в х од— ЧМ сигнал сзадер ж кой (с фазов ы м сдв игом , пр опор циональны м част от е), задав аем ой линией задер ж ки. Т аким способом обеспечив ает ся ЧМ дет ектир ов ание с х ор ош ей ст епенью линейност и и в слу чае от носительно больш ой по ср ав нению с несу щ ей дев иации частот ы . К ак от м ечалось в ы ш е, за ЧМ дем одулят ор ом следует огр аничив аю щ ий полосу фильт р ниж них част от . О тсю да сигнал пост у пает на сх ем у подав ления пом ех и пер еклю чения голов ок и в осст анов ления пост оянной сост ав ляю щ ей, т . е., гр у бо гов ор я, сигнал попадает на в ы х од у силит еля в оспр оизв едения. Н а пр актике канал в оспр оизв едения содер ж ит значит ельно больш ее количест в о элем ент ов , в клю чаем ы х для р еш ения и др у гих задач. Л и т ера т ура О снов ная лит ер ат у р а 1. В асин В .А . В идеом агнит офоны и в идеокам ер ы : Спр ав очное пособие /В .А . В асин.- М .: Гор ячая линия – Т елеком , 2002 – 325 с. 2. Зольников В .К . Бы т ов ы е в идеом агнит офоны «Э лект р оника В М -12» и их р ем онт /В .К . Зольников , В .Г. К алинин, О .Н . М ану ков ский. - В ор онеж .: Линкт р ейд, 1993.-176 с. Д ополнит ельная лит ер ат у р а 3. В айда З. Сов р ем енная в идеозапись/З.В айда.-Радио и св язь, 1987.- 172 с. 4. А фанасьев А .П., Сам ох ин В .П. Бы т ов ы е в идеом агнитофоны /А .П. А фанасьев , В .П. Сам ох ин.– М .: Радио и св язь, 1989.-159 с.

35

Сост ав ит ели: К ош елев А лександр Геор гиев ич, Бобр еш ов А нат олий М их айлов ич В ор обьев А лександр М их айлов ич Редакт ор

Т их ом ир ов а О .А .