Телевизионные испытательные таблицы
С уверенностью можно утверждать, что практически каждый из наших читателей не раз наблюдал по окончании телепередач не совсем понятные изображения-заставки. Во время профилактики их можно встретить даже в дневное время. Что это за "веселые картинки", и для чего они предназначены ?..
Рис.1 Таблица 0249
Рис.2 EIA Resolution Chart
Рис.3 Таблица BBC
Рис.4 Таблица с испытательного генератора Philips
Рис.5 Шахматное поле
Проблема оценки и сравнения качества различной электронной аппаратуры возникла, возможно, раньше появления самой этой аппаратуры. Применительно к телевизионной технике эта проблема решается с помощью специальных измерительных и тестовых таблиц. Итак, какие важнейшие типы испытательных изображений мы знаем? Первый тип – так называемые Resolution Charts или таблицы разрешающей способности. Их основное предназначение – оценка разрешающей способности ТВ или видеокамер, дисплеев, телевизоров, теле/кинодатчиков и всего передающего и приемного тракта в целом. Характерный пример – отлично всем знакомая таблица 0249 (рис. 1), долгое время использовавшаяся отечественным телевидением в качестве заставки. Другой пример – EIA Resolution Chart (рис. 2), фактически являющаяся стандартом для оценки разрешающей способности, разработанная ассоциацией инженеров по радиоэлектронике в 1956 году для тех же целей.
Именно эту таблицу мы используем для оценки разрешающей способности в тестах видеокамер и видеомагнитофонов. С помощью вертикальной миры, расположенной симметрично сверху и снизу от центра таблицы, можно измерить разрешающую способность камеры непосредственно в ТВЛ.
Качество работы апертурного корректора по горизонтали можно оценить с помощью горизонтального клина. Для более точной аппаратной оценки уровня сигнала, соответствующего частоте 200 ТВЛ, в таблице существует ряд специальных зон, заполненных вертикальными и горизонтальными штрихами, с разрешающей способностью, соответствующей 200 ТВЛ. Для оценки геометрических искажений и разрешающей способности по краям изображения используются четыре комбинированных миры, вписанных в концентрические окружности, расположенные по краям таблицы. Оценку динамического диапазона и работу систем автоматической установки экспозиции очень удобно проводить по фрагментам серого клина, вписанным в центральную окружность таблицы. Электронный вариант таблицы можно скачать по адресу: http://www.bealecorner.com/trv900/respat/EIA1956-v3.zip
Возникшие в самом начале телевизионного вещания (естественно, черно-белого), когда на первом плане стояли проблемы правильной фокусировки и геометрических искажений, эти таблицы были ориентированы на контроль и настройку именно этих параметров. Окружности в центре и по краям экрана, заполненные вертикальными и горизонтальными клиньями, позволяют довольно точно оценить и отрегулировать отклоняющие и фокусирующие системы передающей камеры и телевизионного приемника. Из других параметров тракта с их помощью можно оценить передачу так называемого серого клина – способности камеры или телеприемника корректно воспроизводить полный динамический диапазон сцены и точность настройки схем гамма-коррекции.
С появлением и массовым распространением цветного телевидения оказалось, что возможностей традиционных черно-белых таблиц совершенно недостаточно. В первую очередь, это связано с гораздо более сложной структурой полного цветового сигнала и необходимостью оценки и регулировки намного большего числа специфических параметров. Кроме того, стало очевидно, что решить задачу контроля качества работы аппаратуры и приемников цветного телевидения простой съемкой напечатанной на бумаге или кинопленке таблицы практически невозможно. Пришло время электронных испытательных таблиц.
Поясним. Испытательный сигнал, создающий изображение таблицы, не снимается передающей телевизионной камерой, а синтезируется электронным устройством (генератором). Таким испытательным сигналам не присущи специфические искажения, вносимые передающими телевизионными камерами. Они позволяют не только субъективно оценивать качество изображения непосредственно на экране телевизионного приемника, но и при помощи специальной аппаратуры измерять характеристики видеоканала. Электронные испытательные таблицы содержат элементы, позволяющие производить контроль и настройку отдельных узлов цветного телевизора. Существует большое количество вариаций испытательных таблиц, разработанных ассоциациями радиоинженеров, радиоэлектронными фирмами, телевизионными вещательными компаниями. Естественно, что формат таблицы определяется стандартом передаваемого ТВ-сигнала, поэтому внешний вид таблиц, используемых для систем NTSC, PAL или SECAM, будет несколько отличаться друг от друга. К примеру, на рис. 3 вы видите испытательную таблицу, используемую BBC, а на рис. 4 – таблицу, получаемую с испытательного генератора фирмы PHILIPS; именно эта таблица используется большинством вещательных телеканалов по всему миру. Универсальная таблица (УЭИТ), показанная на рис. 6, прекрасно знакома большинству наших читателей. Ее мы видим на наших экранах во время перерывов вещания. Кроме того, существует еще множество узкоспециализированных измерительных сигналов, как, например, сетчатое поле для проверки сведения лучей, шахматное поле (рис.5) и т.д.
А теперь на примере знакомой всем “нашей” универсальной таблицы посмотрим, что можно увидеть и понять с ее помощью. Для удобства обозначения отдельные элементы таблицы обозначены по горизонтали буквами, а по вертикали цифрами. Итак, какие параметры видеотехники можно оценить по измерительной таблице, просто на глаз, без каких-либо измерительных приборов.
1. Размер изображения
Рис.6 УЭИТ
Как, возможно, помнит внимательный читатель, несколько лет назад, одна любопытная реклама довольно доходчиво объясняла, что на экране ТВ-приемника мы видим гораздо меньше того, чем передается на самом деле. Реально изображение на экране обрезано на 10–15 % по сравнению с передаваемым сигналом. Стандартный размер кадра устанавливается по имеющимся в таблице реперным линиям, которые совмещают с краями обрамления кинескопа. Точность настройки формата изображения можно оценить по квадратам и окружностям в составе таблицы.
2. Геометрические искажения
Геометрические искажения изображения вызываются нелинейностью сигналов, вырабатываемых генераторами строчной и кадровой разверток. Скажем сразу, что у большинства современных телевизоров благодаря отработанной схемотехнике проблем с этим практически не возникает. Оценить же нелинейность разверток можно по виду окружностей, входящих в таблицу, которые при наличии искажений приобретают форму эллипса. Величину нелинейности при желании можно оценить количественно. Для этого достаточно измерить соотношение сторон квадрата, который из-за нелинейных искажений может превратиться в прямоугольник.
3. Сведение лучей
Правильность статического сведения лучей цветного кинескопа может быть проверена по белому кресту, изображенному на сером фоне в центре таблицы. При наличии статического сведения лучей изображение белого креста не содержит цветных окантовок. Участки белой сетки в угловых зонах таблицы служат для контроля динамического сведения по всему полю экрана.
4. Разрешающая способность изображения
Рис.7 Видеомагнитофон VHS
Рис.8 Видеомагнитофон S-VHS
Разрешающую способность изображения легко и удобно оценить по полосе 13 (рис. 5), в которой сформированы 7 групп штрихов. Эти штриховые полосы создаются пачками синусоидальных напряжений с частотами, приблизительно соответствующими 200, 300, 400 и 500 линиям. При этом в центре размещен участок наивысшей частоты, а по краям – группы низких частот. С их помощью оценивается разрешающая способность яркостного канала. Для оценки четкости изображения по краям растра в малых кругах расположены группы вертикальных штрихов, соответствующие 300 и 400 линиям. Посмотрите, что остается от разрешающей способности после записи данной таблицы на видеомагнитофон формата VHS (рис. 7) и формата S-VHS (рис. 8).
В полосе 9 таблицы от колонки f до колонки u расположены три группы парных цветных штрихов – пурпурно-зеленые, желто-синие и красно-голубые. С помощью этих цветных штрихов оценивается цветовая четкость. Нужно еще заметить, что штрихи в полосе 13 на экране цветного телевизора могут приобретать окраску, которая называется муаром.
5. Установка яркости, контрастности и оценка баланса белого
Пожалуй, это наиболее популярная часть измерительной таблицы. Именно по ней можно установить правильную яркость и контрастность принимаемого изображения.
В полосе 8 таблицы расположена серая шкала, содержащая фрагменты с различной яркостью. Эта зона служит для установки контрастности и уровня черного. Регуляторы яркости и контрастности следует установить таким образом, чтобы на изображении различались все фрагменты серой шкалы. В крайнем случае, считается допустимым слияние двух соседних фрагментов на участке черного и темно-серого цветов. Серая шкала служит также для контроля и настройки баланса белого цвета. Если баланс настроен правильно, все градации серой шкалы остаются нейтрально серыми, не приобретают какой-либо окраски.
6. Оценка отраженных сигналов
Отраженные сигналы возникают в условиях некачественного приема, когда, помимо полезного сигнала, на антенный вход телевизора воздействуют паразитные сигналы, отраженные от каких-либо объектов, зданий.
Наличие отраженных сигналов оценивается по одиночным штрихам, расположенным в зонах 10 h–j и 11 r–t. Любопытно, что измерив положение штрихов, вызванных паразитным сигналом, не так сложно вычислить расстояние до мешающего объекта. Что делать с ним (с объектом) дальше?.. Не будем давать рекомендаций, пусть каждый решает сам.
7. Правильность передачи цвета изображения
Рис.9 Искажения цвета при расстройке схемы матрицирования
Верность и точность цветопередачи обеспечивается настройкой схемы матрицирования сигналов и системы цветовой синхронизации в телевизионном приемнике. Для контроля цветопередачи предназначены два ряда цветных прямоугольников (полоса 6–7 и 14–15) последовательно: белый, желтый, голубой, пурпурный, красный, синий и черный.
На прямоугольниках верхнего ряда (полоса 6–7) насыщенность цвета должна быть около 75%, а в нижнем ряду (полоса 14–15) - насыщенность 100%. Цвета прямоугольников могут искажаться при расстройке схемы матрицирования (возможный вариант на рис. 9). Нарушение цветовой синхронизации может вызывать потерю цветности. В этой же зоне оценивается четкость цветовых переходов. Особо проблемным является переход между зеленым и пурпурным цветами.
8. Чересстрочная развертка
Рис.10 Один из возможных типов искажений работы чересстрочной развертки
О точности чересстрочной развертки можно судить по виду наклонных линий, расположенных на участках 11, g–j и 10, q–u таблицы. Наличие изломов означает, что строки соседних кадров частично накладываются. В качестве примера на рис. 10 показан один из возможных типов искажений работы чересстрочной развертки.
9. Многоконтурность и тянущиеся продолжения
Для оценки этого вида искажений служат контрастные метки (узкие полоски; белая на черном и черная на белом фоне) в зоне 10 и 11 f–u таблицы. Помехи, возникающие из-за, например, плохого согласования антенны, хорошо видны на контрастном фоне этих участков, при отсутствии помех метки остаются четкими и одиночными.
10. Оценка линейности характеристики канала цветности
Сигнал, создающий в полосе 12 f–u, таблицы широкую линию, плавно меняющую окраску от зеленого до пурпурного, служит для оценки линейности характеристики канала цветности. Отсутствие каких-либо визуальных искажений или дополнительной подкраски говорит о хорошей линейности.
Конечно, в одной маленькой заметке невозможно рассказать о великом многообразии телевизионных измерений. Сегодня мы вскользь коснулись этого огромного интересного мира. Сейчас, в связи с бурным распространением систем с компрессией, вопрос оценки вновь встает в полный рост. И здесь наши старые добрые статические измерительные таблицы и сигналы – уже плохие помощники. Новые технологии передачи требуют новых методик оценки и измерений. И нет конца этому кругу. Но это уже совсем другая история.