Устройство воспроизведения цветного телевизионного изображения Советский патент 1993 года по МПК H04N9/31 

горизонтальный триадный распределитель света 4 и светосмеситель 5. (Наличие последнего необязательно). От вертикального триадного распределителя света имеется электрическая связь на схему 6 временного сжатия и распределения модулирующих сигналов.

Вертикальный триадный распределитель света конструктивно состоит из набора

трех типов светораспределительных колонок 7,8 и 9, содержащих п светосжимающих клиньев 10, 11 и 12; где п приблизительно равно числу строк в изображении кадра. В обычном телевизионном сигнале п . 625, Светораспределительные колонки собраны как показано на фиг.5 Торцы их прижаты друг к другу, а между ними находится металлический или светочувствительный экран, который представляет из себя очень тонкую металлическую пластину (фольгу) или пла- стину, на которой нанесен тонкий слой селена 13 и 14. Каждые три колонки образуют общий участок строки изображения. Горизонтальный триадный распределитель света состоит из наложенных друг на друга светораспределительных пластин 3-х типов со сдвигом входов на одну треть на каждом участке 15, 16 и 17.

Пластины выполнены из тонкого свето- проводящего материала, например, из оп- тического стекла или оргстекла. На стекле сделаны прорези, например,лазерным лучом в направлениях, указанных на фиг. б, 7 и 8. Образуются расходящиеся веерообразные световоды. Входы световодов на фиг.6 расположены на каждом участке слева, на фиг.7 - посредине участка, а на фиг.8 - справа участка. При наложении всех трех типов пластин как показано на фиг.10 получается так, что выходы их находятся друг над дру- гом и располагаются по всей длине каждого участка.

. Вертикальный триадный распрёдели- . тель света сжимает световой поток строки в три.раза по вертикали и распределяетего на каждом участке по-трем уровням. Поэтому на каждом участке строки образуются три отрезка строки, каждый из них находится на своем уровне. Входами вертикального триадного распределителя света являются бо- лее широкие входы светосжимающи х клиньев 10,11,12,в составесветораспределительных колонок 7, 8, 9 находящихся на одном уровне, а выходами этих клиньев являются узкие щели, находящиеся на разных уровнях (см. фиг.5). Выходы вертикального триадного распределителя света по длине и ширине соответствуют входам горизонтального распределителя света и в сборе они находятся напротив друг друга.

0

5 0 5

0 5 0

5 0 5

Между этими распределителями 2 и 4 зажимается цветной светофильтр 3, так чтобы полоса одного цвета (например, красного) находилась напротив первой светораспределительной колонки 7, полосы второго и третьего цветов (например, зеленого и синего) находились напротив второй и третьей светораспределительных колонок соответственно. Схема временного сжатия и распределения модулирующих сигналов имеет пять входов. На три из них поступают напряжения модулирующих составляющих, выделенных из телевизионного сигнала. Они соответствуют информации о трех основных цветовых составляющих изображения. На два других входа подаются синхронизирующие импульсы.

Три составляющих модулирующего напряжения представляют из себя зависимости модулирующих напряжений от текущего времени. Эти напряжения пода ются обычно на три модулятора одновременно. Поскольку в предлагаемом устройстве применен только один модулятор, то используется поочередное подключение этого модулятора к контактам, на которые подаются модулирующие напряжения. Кроме того, информация об изменениях модулирующих напряжений передается за более короткое чем обычно время. Для этого производится сжатие сигнала во времени. Для трех модулирующих сигналов коэффициент сжатия равен 3. Процесс сжатия сигнала может быть осуществлен несколькими способами . В настоящей заявке приводится пример осуществления сжатия сигналов с помощью применения элементов цифровой.тёхники.

Схема временного сжатия и распределения модулирующих сигналов на цифровых элементах (фиг.12) состоит из электронных ключей 18, 19 и 20 управляемых генератором 21, для красной, зеленой и синей составляющих напряжений соответственно. Ключи 18,19 и 20 через коммутаторы записи 22 подключены к модулям ячеек памяти 23. Выходы всех ячеек памяти через коммутаторы опроса 24 и регулируемые усилители 25, 26 и 27 соединены с выходным, коммутатором 28, выход которого связан с модулирующим электродом электронно-лучевой трубки. . :

Управляющие входы всех коммутаторов подключены к выходам синхронизатора 29. Два входа этого синхронизатора подсоединены к нечетной и четной группам экранов 13 (четная группа образуется соединением четных номеров экрана, считая слева направо, а нечетная - нечетных экранов).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Длительность строки телевизионного сигнала равна 64 мкс и каждая строка содержит примерно 640 информативных точек. Предположим, что для устройства выбран экран размером примерно равным 40 х 40 см. Тогда изображение одной точки на нем соответствует кругу диаметром 0,6 мм. Длительность возбуждающего импульса для изображения одной точки составляет 0,1 мкс..

Информация о цветности в телевизионном сигнале находится в закодированном виде и выделяется в блоке цветности телевизора (напримертипа УЛПЦТ-59-П). На выходах блока цветности образуются три напряжения, модуляции которых соответствуют красной, синей и зеленой составляющим изображения.

Поэтому для осуществления предлагаемого устройства обычный черно-белый теле- виэор должен быть дополнен блоком цветности и другими схемными узлами, необходимыми для обеспечения работы в режиме приема цветного .телесигнала и его обработки вплоть до выделения модулирую- щих сигналов цветности. Сигналы цветности подаются параллельно на три входа схемы временного сжатия и распределения модулирующих напряжений, Эта схема изображена на фиг. 12 и работает следующим образом.

На входы ключей 18, 19 и 20 поступают модулирующие напряжения, соответствующие красной,.зеленой и синей составляю- щим, На управляющие входы этих ключей подаются импульсы примерно равные по длительности 60 не, с промежутками между ними равными 120 не. На выходах ключей получаются последовательности амплитуд- но-модулированных импульсов. Закон модуляции их соответствует форме огибающих входных напряжений. Через коммутаторы записи 22 каждый импульс поступает на ячейку памяти в модуле 23. В ячейках памяти происходит преобразование величин амплитуд импульсов в цифровой код и он запоминается в них. При работе коммутатора опроса 24 в опрашиваемой ячейке производится обратное преобразование и на выхо- де коммутатора 24 появляется.импульс, амплитудй которого соответствует записанной информации. Время опроса каждой ячейки равно длительности импульса, поэтому общее время опроса всех ячеек в три раза меньше, чем время записи. После опроса модуля ячеек памяти для красной со- ставляю.щей производится опрос ячеек для зеленой составляющей, а затем - для синей составляющей.

В каждом модуле по 20 и более ячеек, памяти. На фиг.13а) в качестве примера показаны импульсы на выходах ключей 18, 19 и 20 - для красной, зеленой и синей составляющих. Условно изображенные на эпюрах амплитуды импульсов могут быть закодированы цифрами: 3, 2, Т, 3 для красной 1,3, 1. 2 для зеленой и 2, 1, 3, 2 для синей составляющих. На фиг. 136) эти импульсы изображены на входах регулируемых усилителей 25, 26 и 27. Масштаб времени на всех эпюрах одинаков, поэтому наглядно видно, что в каждом канале на выходе сигнал в три раза короче, чем на входе. Это дает возможность подать на модулятор света последовательно все три составляющие напряжений цветности. Для осуществления синхронизации работы коммутаторов записи 22, коммутаторов опроса 24 и выходного коммутатора 28 используется синхронизатор 29. Синхронизация осуществляется следующим образом. Всякий раз, когда электронный луч при его сканировании пробегает по точке, где металлический экран 13 соприкасается со стеклянной поверхностью ЭЛТ, в этом экране возникает импульс. Возникновение этого импульса связано с тем, что потенциал в момент нахождения электронного луча в точке соприкосновения мгновенно повышается и через толщину стекла он наводится в металлическом экране-13. Вторая причина возникновения импульса для случая применения металлического экрана 13 с покрытием его селеном 14 (см. фиг.9) заключается в том, что при свечении световода (10, 11, 12} энергия свечения преобразуется в электрическую энергию. Возникший в экране 13 эл.ектрический импульс усиливается усилителем в синхронизаторе 29 и запускает сначала коммутаторы записи 22 для всех трех составляющих цветности. При этом амплитуды каждого импульса на выходах ключей 18, 19, 20 записываются в соответствующих ячейках памяти. Процесс записи производится одновременно во все ячейки памяти модулей 23. После прихода второго импульса, возникающего в экране 13, начинается работа коммутатора опроса для красной составляющей. После прихода третьего и четвертого импульсов поочередно работают коммутаторы опроса для зеленой и синей составляющих. Время опроса ячеек памяти в три раза меньше, чем время записи. Поэтому за время одного цикла записи производится три цикла опроса и этим обеспечивается возможность последовательного воспроизведения всех трех отрезков на одном участке строки. Уровень напряжения на каждом отводе ячейки памяти соответствует передаваемой

телевизионным сигналом информации об яркости соответствующей точки, т.е. напряжение на первом отводе пропорционально яркости первой точки, на втором отводе оно пропорционально яркости первой точки, на втором отводе оно пропорционально яркости второй точки и т.д. до двадцатой точки. Уровни напряжений, снимаемых с выходов коммутаторов опроса поступают на регулируемые усилители 25, 26, 27, а затем на вход суммирующего коммутатора 28, который с помощью синхронизатора 29 включен так, что напряжение с выхода; элемента 25 подается на модулятор ЭЛТ. Электронный ключ, сканируя, засвечивает первый отрезок (равный одной трети участка строки). Этот отрезок соответствует красной составляющей, При этом яркость свечения каждой точки определяется уровнем напряжения на соответствующем ей отводе ячейки памяти 23.

Из-за некоторой нелинейности развертки электронного луча на отдельных отрезках может помещаться большее или меньшее количество информационных точек. Поэтому в модуле 23 должно быть предусмотрено несколько большее, чем 20, количество ячеек памяти. Количество ячеек памяти должно быть рассчитано так, чтобы обеспечить с учетом возможных нелинейно- стей полное заполнение отрезков информа- ционными точками. Переключение на заполнение второго отрезка строки осуществляется при помощи импульса, появляющегося при пересечении электронного луча линии нахождения экрана 13 четной группы. При этом запускается второй коммутатор с- регулируемым усилителем 26. Второй коммутатор подключает отводы ячеек памяти к входу регулируемого усилителя 26 и на его выходе после усиления появляются инфор-. мативные уровни напряжения. Эти напряжения через элемент 29, включенный к этому времени соответствующим образом, поступают на модулятор ЭЛТ. Электронный луч. засвечивает второй отрезок. При этом яркость свечения каждой точки этого отрез кэ соответствует зеленой составляющей. Процесс модуляций на втором отрезке заканчивается воздействием импульса, появляющимся на экране 13 нечетной группы. Затем, аналогичным образом начинается и заканчивается засветка третьего отрезка. Яркость каждой точки этого отрезка соот- . ветствует уровням напряжения синей составляющей. :

Таким образом, на первом участке первой строки получаются три отрезка, расположенных последовательно. В каждом отрезке - по 20 точек (без учета корректировочных точек, предназначенных для устранения нелинейностей развертки). Первый, отрезок несет информацию о красной составляющей изображения, второй и третий - о зеленой и синей составляющих,

Далее, таким же образом, как было описано выше, засвечивается второй участок, третий и т.д. до конца строки. Последующие строки формируются аналогичным образом до образования всего кадра, В отличии от обыч0 ного изображения телевизора в предлагаемом устройстве кадр предварительно состоит из отдельных вертикальных полос. Хотя изображение черно-белое, но оно содержит в себе информацию в цвете.

5 При этом, первая, четвертая, седьмая и т.д. полосы несут информацию о красной составляющей изображения, вторая, пятая, . восьмая и т.д. - о зеленой составляющей, а третья, шестая, девятая и т.д. - о синей со0 стзвляющей предварительного изображения кадра, Это изображение в каждой полосе искусственно, сжато в три раза по горизонтальному размеру. Поэтому, кроме окрашивания, размер каждой полосы не5 обходимо расширить в три раза и все точки изображения расставить в соответствующие им места. Эти процессы производятся с помощью вертикального и горизонтального распределителей света, а также цветным

0 светофильтром. Как было условлено ранее точка занимает круге диаметром равным 0,6 мм. После сжатия во времени этот круг преобразуется в эллипс с размерами 0,6 мм по вертикали и 0,2 мм по горизонтали. Для это5 го случая на экране каждый отрезок занима.ет полоску экрана размером 0,2 х 20 4 мм.

Этому размеру должны соответствовать

размеры первой, второй и третьей светорас. пределительных колонок (поз. 7, 8 и 9 на

0 фиг.2, 3 и 4). Размер по горизонтали их должен быть 4 мм, ai ширина входа каждого светосжимающего клина (поз. 10,11 и 12 на фиг. 2, 3 и 4) должна быть 0,6 мм. Выходы их представляют щель размером 0,2 х 4 мм.

5 Светораспределительные колонки составляют вертикальный триадный распределитель света. При соприкосновении его с экраном вся световая энергия изображения распределяется по узким щелям, шириной 4

0 мм и толщиной 0,2 мм. При этом изображе- ниекрасной,. составляющей сдвинется вверх, зеленой - расположится посредине, а синей - сдвинется вниз каждой строки. После прохождения через цветовой свето5 фильтр 3, каждая составляющая света приобретает соответствующую ей окраску. Затем все три составляющие поступают на входы горизонтального триадного распределителя света. Благодаря расширяющемуся от входа к выходу световодному каналу в

светораспределительных пластинах, каждая составляющая изображения точки увеличивается в три раза. При этом, каждая из них располагается друг над другом, а затем все точки изображения кадра занимают соответствующие места. Таким образом, воссоздается окончательное цветовое изображение кадра. Для регулировки нужной насыщенности каждой составляющей используются регулируемые усилители 25, 26 и 27.

При организации больших размеров изображения на близком расстоянии от него глаз может различить отдельные составляющие цвета точки. Для устранения этого недостатка в предлагаемом устройстве может быть применен светосмеситель 5 на фиг.1. Он может быть, например, выполнен из оргстекла, в виде пластины, размером равным изображению кадра. На этой пластине могут быть нанесены 625 горизон- тальны.х канавок, центры которых размещаются напротив центров изображения строк. Углы наклона стенок этих канавок выбираются экспериментально так, чтобы при отражении от них света отдельные составляющие цветов хорошо смешивались и не были бы различимы. Качество изображения при этом может быть улучшено.

Применение в предлагаемом устройстве одноцветной (черно-белой) ЭЛТ резко увеличивает надежность телевизора, т.к. из-за чрезвычайно сложной конструкции самым ненадежным комплектующим элементом в цветном телевизоре является трехкатодная ЭЛТ. Она требует примерно в два раза более высокого напряжения для своего питания, чем одноцветная. Поэтому эксплуатация ее связана с большими предосторожностями в смысле соблюдения техники безопасности и пожарной безопасности. Кроме того, трехкатодная трубка обладает существенно большим рентгеновским нежелательным излучением, чем одноцветная. В трехкатодной трубке сравнительно быстро происходит обеднение цветов. Это связано с тем, что цветной люминофор наносится на триады изображения очень тонким слоем. Поэтому он быстро теряет первоначальные свойства и подвергается необратимым изменениям. В отличии от этого экран одноцветной ЭЛТ покрыт люминофором, который может быть нанесен более надежным толстым слоем. Все это вместе взятое доказывает целесообразность замены трехцветной ЭЛТ на одноцветную.

Формула изобретения

1, Устройство воспроизведения цветного телевизионного изображения, содержащее источник одноцветного модулированного излучения, преимущественно выполненный в виде черно-белой электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и цветной све- 5 тофильтр, отличающееся тем, что, с целью повышения качества воспроизводимого изображения путем уменьшения потерь световой энергии, введен блок временного сжатия (ВВС) модулирующих

0 сигналов, а также введены расположенные на одной оптической оси с источником одноцветного модулированного излучения и цветного светофильтра оптические вертикальный триадный распределитель света и

5 горизонтальный триадный распределитель света, при этом цветной светофильтр находится между вертикальным и горизонтальным распределителями света, электрические выходы вертикального триадного

0 распределителя света подсоединены к соответствующим входам синхронизации блока временного сжатия модулирующих сигналов, а выход ВВС модулирующих сигналов подключен к входу источника одноцветного

5 модулированного излучения.

2. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок временного сжатия модулирующих сигналов содержит синхронизатор, трехканальный генератор, выходной

0 коммутатор и три канала основных цветов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, коммутатора записи, блока памяти, коммутатора опроса и регулируемого усилителя, при этом выходы

5 регулируемых усилителей всех каналов через выходной коммутатор подключены к выходу БВС модулирующих сигналов, выходы трехканального генератора подсоединены к .управляющим входам ключей, а выходы син0 хронизатора подключены к управляющим входам соответствующих коммутаторов записи, коммутаторов опроса и выходного коммутатора, при этом входы синхронизатора являются входами синхронизации бло5 ка временного сжатия модулирующих сигналов.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ ее- с я тем, что вертикальный триадный распределитель света состоит из трех чередующих0 ся и примыкающих торцами одна к другой вертикальных колонок, разделенных экранами, при этом выходы экранов являются выходами вертикального триадного распределителя света.

5

4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что горизонтальный триадный распределитель света состоит из трех чередующихся между собой горизонтально расположенных пластинок.

5. Устройство по пп.З и 4, отличаю- обеих сторон покрыт светочувствительным щ е е с я тем, что разделительный экран с слоем, например селеном.

Фиг. 2

в13

&ZZZZZA ФУ г.з

%Ш

//

vzm

А7

&ш.

/ /

у///л Ж

тя/,

Фиг.ч

А7,

%т

ш.

ш

у////,

Жь