II. 영상기기

1. 텔레비전

(1) 텔레비전의 기초            [맨위로]

♣ 송신측 : 소리→마이크로폰→음성신호, 영상→카메라의 촬상관→영상신호
영상신호(+동기신호), 음성신호, VHF, UHF→송신안테나→공간으로 방사

♣ 수신측 : 전파→수신안테나→영상신호, 음성신호로 분리→동기신호 분리(수평, 수직 동기신호)
음성신호→스피커→음성, 영상신호(+동기신호)→음극선관→영상

[1] 컬러 텔레비전의 원리

1)송신측:빨강,녹색,파랑으로분해→휘도신호,색상신호→복합영상신호(동기신호+음성신호) →송신안테나 2)수신측:수신안테나→복합영상신호분리→영상수신회로+색재생회로+동기분리회로→3원색신호 +동기신호→CRT의 빨강, 녹색, 파랑 발광→컬러화상 재현

[2] 화상과 화소

1) 화소 : 화상을 구성하는 작은점, 픽셀. →화소가 많을수록 양질의 화상을 재현.
2) 프레임 : 완전한 하나의 화상. NTSC방식→1프레임 : 약 30만 화소

[3] 주사(scanning)

1) 주사 : 화소를 순차적으로 보내는 과정.
NTSC방식→525줄의 주사선이 필요하므로 시간이 걸린다.(=플리커(flicker:깜박거림)가 생긴다.) 플리커를 줄이는 방법→비월주사
2) 비월주사 : 주사선을 1라인씩 건너 뛰어 주사하는 것.
3) 수평주사 : 수평방향으로 주사하는 것.
   수직주사 : 위에서부터 아래 방향으로 주사하는 것.
4) 1초 동안에 보내어지는 화상 : 30프레임, 60필드
5) 필드주사 : 홀수째번 주사선과 짝수째번 주사선의 각주사.
   이 때의 주파수→필드주파수(60[Hz])
6) 프레임주사 : 제1회 및 제2회 필드주사에 의하여 전체 주사선을 그리는 것.
   이 때의 주파수→프레임주파수(1프레임주파수:30[Hz])
7) 수평주사의 주파수 : f_H=30×525=15,750[㎐]
   유효주사기간 : 0.82∼0.84H
   수직주사의 주기 H=63.5[㎲]

★흑백 TV표준방식(NTSC방식)★

 [4] 촬상관

1) 촬상관 : 카메라의 렌즈로 들어오는 광학적 영상을 영상신호라고 하는 전기적 형태로 변환하는 역할을 하는 전자관.

(2) 컬러 텔레비전의 신호              [맨위로]

[1] 색광의 기초

(가) 색광의 3요소

1) 색채의 3속성 : 색상, 채도(선명도), 명도(휘도)
2) 색광의 3원색 : 빨강, 녹색, 파랑

(나) 색광의 혼합→가색 혼합

1) 빨강(R)+녹색(G)=노랑(Y)
2) 녹색(G)+파랑(B)=청록(C)
3) 빨강(R)+파랑(B)=자주(M)
4) 빨강(R)+파랑(B)+녹색(G)=흰색(W)

(다) 색도도

1) CIE 표준색도도→색상과 채도의 관계를 x,y의 직각좌표로 나타낸 것.
2) 색광의 3원색
   빨강 610[nm](x=0.67,y=0.33)
   녹색 540[nm](x=0.21,y=0.71)
   파랑 400[nm](x=0.14,y=0.08)

[2] NTSC방식

(가) 원리

1채널당 대역폭 : 6[㎒]→주파수 인터리빙


(나) 색신호 변환

1) 휘도신호→넓은 대역폭 할당
2) 색신호→낮은 주파수 대역폭을 할당, 약0∼1.5[㎒]
 

(다) 주파수 인터리빙

1) 3.58[㎒]라는 주파수의 색부반송파를 선정한 이유→휘도 신호에 반송 색신호를 겹쳐서 전송함으로써 쌍방의 신호가 서로 간섭하여 화면에 방해 무늬가 생기는 것을 최소한으로 줄이기 위해서.
2) 컬러텔레비전방식(NTSC방식)
   f_H=4.5[㎒]×(2/572)=15,734[㎐]
   f_v=f_H×(2/525)=59.94[㎐]
   f_s=f_H×(455/2)=3.579545[㎒]

[3] 컬러 영상 신호

(가) 휘도신호

1) 흑백영상 휘도 신호 : Y=0.30R+0.59G+0.11B


(나) 색도신호

1) 녹색(G)=흰색(W)-빨강(R)-파랑(B)
2) 2개의 색차 신호 I,Q
   I=0.60R-0.28G-0.32B→1.5[㎒]
   Q=0.21R-0.52G+0.31B→0.5[㎒]
3) I축(주황과 파랑을 연결)→눈에 민감한 축
   Q축(풀색과 붉은보라를 연결)→눈에 둔감한 축
 

(다) 동기신호

1) 동기신호 : 각 주사선이 바뀌는 곳과 각 필드 주사가 바뀌는 곳마다 일정한 시간적 간격을 두고, 이 사이에 기준이 될 수 있는 신호를 넣는다.
2) 합성영상신호 : 영상신호+동기신호

[4] 컬러 영상 신호의 생성과 재현

(가) 컬러 텔레비전 신호의 생성

1) 색차신호 I 및 Q는 이중 평형 변조기에 의하여 서로 90°만큼 위상차가 나는 색부반송파를 각각 변조.

I변조기 출력=Icos(wt+33°)
Q변조기 출력=Qsin(wt+33°)

2) 송신기에 가해지는 컬러 영상신호 E_m

E_m=Y+Icos(wt+33°)+Qsin(wt+33°)


(나) 컬러 버스트 신호

: 수상기에서 만들어지는 3.58[㎒]와 송신측의 부반송파의 위상을 일치시키는 것이 중요하기 때문에, 이를 위한 제어 신호로서 송신측에서 각 수평 동기 펄스의 귀선 소거 페디스털의 가장자리부에 부반송파의 8∼12사이클의 신호(색부반송파 3.58[㎒]성분의 일부)를 올려 놓은 것.
 

(다) 컬러 영상 신호의 생성 과정

① 색 패턴을 주사 → 파랑, 빨강, 녹색의 카메라 신호로 출력
② Y, I, Q신호 출력
③ 증폭기로 증폭
④ I,Q신호로 3.58[㎒]의 색부반송파 평형변조
⑤ 합성 색도 신호 출력
⑥ 휘도 신호를 더해서 합성영상신호 출력
⑦ 수평동기펄스와 컬러버스트를 집어 넣어서 완전한 영상신호를 만듦
 

(라) 색의 재현

R=Y+0.62Q+0.96I
B=Y+1.70Q-1.10I
G=Y-0.64Q-0.28I
 

(3) 컬러 텔레비전의 구성             [맨위로]

[1] 수상관

♧컬러 수상관(브라운관) : 색채 신호에 의하여 제어되는 전자 빔을 빨강, 녹색, 파랑의 형광체에 정확하게 집점시켜 발광하도록 함으로써 컬러 화상을 재현시키는 것. 열전자 방출 현상을 이용한 것.

♧종류 : 섀도 마스크형(모니터-인라인 도트식, 컬러텔레비전-인라인 슬롯식)3전자총 브라운관, 단전자총 3빔형 브라운관

(가) 수상관의 구조 → CRT구조

1) 기능별 구조

○전자총 : 전자 빔을 만듦.
○편향 코일 : 빔을 주사시킴.
○형광면 : 형광 물질이 얇게 침전되어져 있어, 이곳에 전자 빔이 가해지면 흰색 으로 발광.
 

(나) 형광체

1) 은을 함유한 황화아연, 황화물을 균일하게 혼합한 것.
2) 형광체의 수 : 약 90만∼100만 개
 

(다) 수상관 회로

1) 미스랜딩 : 3개의 전자총에서 방사되는 전자 빔이 각각의 대응하는 색의 형광체에 닿지 않고 다른 색의 형광체에 닿아서 발광되는 것. → 색무늬 발생 → 보정 : 퓨리티 자석이라 불리는 2매의 고리 모양의 자석으로 자기장을 바꾸어 전자 빔의 궤도를 조정.
2) 색오차는 편향각이 클수록 현저, 색오차를 수정하는 것→컨버전스 조정

[2] 컬러 텔레비전 수상기

♧컬러 텔레비전 수상기 구성 → 영상 수신계 회로, 영상 회로, 동기 및 편향 회로, 음성 회로, 전원 회로

(가) 영상 수신계 회로 : 수상기의 안테나 단자에 가해진 VHF대역 또는 UHF대역의 신호 중에서 수신하고자 하는 채널의 신호를 선택하고, 이를 증폭, 검파하여 컬러 영상 신호를 만듦. → 구성 : 튜너, 영상 중간 주파 증폭부, 영상 검파기, AGC

(ㄱ) 튜너

1) 튜너 : 안테나로 수신되는 텔레비전 전파를 선택하여 증폭하며, 그 신호를 영상 45.75[㎒], 음성 41.25[㎒]의 중간 주파수로 변환하는 장치
2) 구성 : 입력 회로, 고주파 회로, 주파수 변환 회로, 국부 발진 회로
3) 국부발진주파수를 일정하게 유지하기 위하여 자동 주파수 동조(AFT) 회로를 부가

(ㄴ) 전자식 튜너

1) 전자식 튜너 : 가변 용량 다이오드와 스위칭 다이오드를 사용하며, 다이오드 회로의 용량을 가변 용량 다이오드에 걸어 준 전압으로 변화시켜서 채널을 선택하도록 한 것
2) 가변 저항기 프리셋 방식, 전압 신시사이저 방식, 주파수 신시사이저 방식

(나) 영상 회로 : 구성→튜너, 영상 중간 주파 증폭 회로, 영상 검파 회로, 영상 증폭 회로

(ㄱ) 영상 중간 주파(VIF) 증폭회로

1) VIF 증폭 회로 : 튜너에서 출력되는 중간 주파수로 바뀌어진 신호를 일정한 진폭으로 증폭하는 회로.
2) 수상기에서 필요한 이득, 대역폭, 선택도 등의 특성을 결정
3) 주파수 특성 : 중간주파의 영상 반송파가 경사부분의중앙(전압비½,6[dB]감쇠점)인 f₃위치에 오도록 하여 잔류 단측파를 복조하였을 때 영상 검파 출력의 주파수 특성이 평탄하도록 함.
4) 스태거 동조 회로 : 영상 중간 주파 증폭회로는 보통 3∼4단의 단동조 또는 복동조로 구성되며 그림과 같이 각기 동조주파수를 약간씩 차이를 두어 종합적으로 넓은 대역폭을 가지게 하는 회로.

(ㄴ) 자동 이득 제어(AGC) 회로

1) AGC 회로 : 입력신호의 세기가 변동하거나 전파의 세기가 다른 채널을 선택하게 되면 화면의 콘트래스트가 변하므로 이를 방지하기 위하여 자동적으로 이득을 제어하는 회로
2) 첨두값형 AGC : 동기신호부분을 AGC전압으로 이용하는 방식. 동기신호는 화면의 명암에 관계없이 일정한 진폭을 가지기 때문에 이 파고값에 비례하는 AGC전압을 얻는 것. 결점-잡음의 영향을 받기 쉽다.
3) keyed AGC : 일정한 주기를 가진 수평동기 신호기간만 AGC전압을 만들도록 한 방식. 수평편향회로로 부터 발생하는 플라이백 퍼스를 되먹임시켜서 수평동기 신호 동안에만 영상신호중에 포함된 수평동기신호를 빼내어 그의 진폭에 비례하는 AGC전압을 만듦. 특징-속응성도 좋고 전압도 크게 얻을수 있으나 회로가 복잡.

(ㄷ) 영상 검파(VD) 회로

1) VD 회로 : 영상 중간 주파 신호를 검파하여 합성 영상 신호로 출력하는 회로.
2) 검파기는 직선성이 좋고 일그러짐이 적은 Ge다이오드가 사용됨.

(ㄹ) RGB 복호기 : 영상 검파 회로의 출력인 합성 영상 신호로부터 CRT에화면을재현→3개의 원색 신호와 수평 및 수직 동기 신호를 추출

1) 컬러 킬러 : 흑백TV전파를 수신하였을 때 컬러버스트가 없는 것을 이용하여 색도 신호 증폭기의 동작을 중지시키는 회로
2) ACC 회로 : 휘도신호와 색도신호와의 진폭비를 항상 일정하게 유지시키는 자도 채도 제어회로

(ㅁ) Y/C 분리 회로

1) 컬러 텔레비전 수상기의 해상도를 결정하는 가장 중요한 처리 단계 : Y/C 분리 단계
2) 트랩 방식에 의한 Y/C 분리 회로 : 화질 나쁨. 최근 사용 안함.
3) 빗살형 필터(콤 필터)의 주파수 특성을 실현하기 위한 조건 : ① 색신호의 위상은 매 라인마다 위상이 반전하고 있다. ② 전후의 영상 신호는 서로 유사하다.

(ㅂ) 색복조 회로 : 대역증폭기가 선택, 증폭한 반송 색신호에서 수상관에 필요한 색차 신호인 I 및 Q신호를 검출하는 회로
(ㅅ) 영상 출력 회로 : 휘도 신호를 약 150[V_p-p]로 증폭하여 수상관의 음극에 가하기 위한 것.
 

(다) 동기 회로와 편향 회로

(ㄱ) 진폭 분리 회로 : 텔레비전 영상 신호의 진폭 중에서 25%를 동기 신호가 차지하고 있으므로 그 진폭차를 이용하여 동기 신호를 영상 신호로부터 분리하여 수평 편향 회로와 수직 편향 회로를 동기시키는 데 사용
(ㄴ) 주파수 분리 회로 : 동기 신호는 폭이 좁은 수평 동기 신호와 폭이 넓은 수직 동기 신호를 포함하고 있으므로, 주파수 성분의 차를 이용하여 이들을 다시 분리한다. 즉, 저역 필터 작용을 하는 적분 회로로 수직 동기 신호 60[㎐]를 분리할 수 있고, 또 고역 필터 작용을 하는 미분회로로는 수평 동기 신호 15,750[㎐]를 분리할 수 있다.
(ㄷ) 수직 편향 회로 : 톱날파 전압을 발생시키는 수직 발진 회로와 증폭 회로, 파형 정형 및 출력 회로로 구성되어 수직 방향의 화면을 조립하는 회로. 수직 편향코일에 60[㎐]의 톱날파 전류를 흘려주기 위한 회로.

1) 수직 발진 회로 : 톱날파를 발생시키는데는 콘덴서의 충방전을 이용한 멀티바이브레이터나 블로킹 발진기를 사용.

(ㄹ) 수평 편향 회로 : 수평 편향 코일에 15,750[㎐]의 톱날파 전류를 공급하는 회로.

1) 수평 발진 회로 : 펄스 전압을 발생하는 블로킹 발진기나 멀티바이브레이터가 사용.
2) 고압 발생 회로 : 수평출력회로가 귀선기간에 발생하는 플라이백 펄스를 정류하여 수상관의 양극에 필요한 10[kV]이상의 직류고압과 초점 전극 및 영상출력 회로 등에 공급할 300[V]정도의 직류전압을 만드는 회로.
3) 수평 동기 AFC 회로 : 수직동기신호는 수평동기신호에 비하여 주파수도 낮고 또 적분회로를 통하여 분리되기 때문에 펄스모양의 외란 잡음이 혼입되는 방해를 받는 일이 적으나 수평동기신호는 주파수도 높고 펄스폭도 좁아서 잡음에 의하여 동기가 풀리기 쉬우므로 자동 주파수 제어(AFC) 회로를 사용한다.

-AFC 회로 : 동기 신호와 발진 회로 출력의 위상(주파수)을 주파수 판별기에서 비교하여 그 위상에 따른 출력을 적분 회로로 평활화한 것을 제어 전압으로 사용하고, 이를 발진 회로에 되먹여 발진 주파수를 보정하는 회로.

(라) 음성회로와 전원 회로

(ㄱ) 음성 회로 : 음성 신호인 4.5[㎒]의 비트를 영상 중간 주파수 신호에서 분리한 다음, FM복조, 증폭하여 스피커에 공급.
(ㄴ) 전원 회로 : 교류 전원을 직류 전원으로 바꾸어 각 회로에 공급하는 역할.
 

(마) 텔레비전의 음성 다중 방송 : 현행 음성 텔레비전 채널의 주파수적 여유를 이용해서 다른 1채널의 음성 신호를 추가로 전송하는 시스템.

(바) 원격 제어 장치 : 리모콘. 초음파식, 전파식, 적외선식(본체에 내장된 IC나 광다이오드가 리모콘 장치에서 발신된 적외선에 의한 신호를 읽어냄. 그 신호는 1과 0을 조합한 디지털 신호가 많다. 본체에서는 그 신호가 IC로 증폭되어 마이크로 컴퓨터에 전해진다.)
 

(4) 디지털 텔레비전           [맨위로]

♣디지털 텔레비전 : 방송국에서 전송되어 수신되는 텔레비전 신호는 아날로그 형태로서 종전의 신호 형태와 동일하나, 수상기에서 튜너와 IF단 처리 후의 기저 대역 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하여 디지털로 처리하는 텔레비전 수상기.

이점 → 영상과 음성의 조작성 향상, 신뢰성 향상.

[1] 디지털 텔레비전 수상기의기본 구성과 동작

기존의 텔레비전과 그 처리 원리가 같으며, 단지 조작성의 간편함과 디지털 처리에 따른 다기능을 구현할 수 있다는 것이 특징.
① 튜너 및 PLL 회로
② 영상/음성 IF 처리 회로
③ 영상/음성 절환 스위치
④ A/D 변환기
⑤ 디지털 영상 처리 회로부
⑥ 편향 처리 회로부
⑦ RGB 메트릭스와 D/A 변환기
⑧ 음성 처리 회로부
⑨ 마이컴
⑩ 클록 발생기

(5) 현재 텔레비전 방송 방식의 문제점               [맨위로]

[1] 휘도 신호와 색도 신호의 분리에 기인하는 방해

(가) 크로스 루미넌스 : 색도 신호가 휘도 신호에 혼입되어 발생하는 방해, 특히 영상의 윤관 부분에서 쉽게 눈에 뜀.

(나) 크로스 컬러 : 휘도 신호중에서 주파수가 높은 성분이 색도 신호에 혼입되는 것.

[2] 비월주사 방식에 의한 방해

(가) 라인 떨림 : 인터라인 플리커. 비월 주사하고 있는 주사선의 위치가 불확정하기 때문에 발생.

(나) 라인 크롤링 : 화면의 위쪽에서 비교적 천천히 움직일 때 윤곽부에서 톱날 모양이 눈에 띄는 방해로 자막이 움직일 때나 가로줄 무늬가 반복되는 모양의 그림에서 주사선이 상하로 흘러 보이는 것.

[3] 고스트 현상

텔레비전 수상기 화면에서 원래의 화상으로부터 조금 벗어난 곳에 위치하는 영상. 방송국에서 보내는 텔레비전 전파가 텔레비전 수상기에 여러 가지 경로를 통해서 수신되기 때문에 생김.

(6) IDTV             [맨위로]

IDTV : 현행 NTSC 방식을 변경하지 않고 텔레비전 수상기에서 문제점을 개선하여 화질을 향상시키는 방식.

화질 열화 개선 방법→주사선 보간(방송국에서 보내는 1필드의 영상 신호는 비월 주사의 신호 형태로서 주사선이 1라인씩 건너뛰게 주사되므로, 이를 순차주사 형태로 변환하는 것), 휘도 신호와 색도 신호 분리의 성능을 향상시켜 처리.

(7) HDTV             [맨위로]

HDTV : 아주 섬세한 화상을 대화면에 나타내고, 원음에 가까운 CD수준의 박력 있는 음질을 즐길 수 있도록 개발된 차세대 텔레비전.

[1] HDTV의 개요

HDTV → 고선명 텔레비전(한국), 하이비전(일본), ATV(미국), HD-MAC TV(유럽)
① 기존의 텔레비전이 가지고 있는 단점을 보완.
② 가로 세로의 해상도를 약 2배로 높임.
③ 가로와 세로의 화면 비율을 16:9로 개선.
④ 주사선수 : 1050줄 이상(1125줄)

[2] HDTV의 송·수신 시스템

① 송신 시스템 : 카메라 → 부호기 → 송신기 → 송신 안테나
② 수신 시스템 : 수신 안테나 → 수신기 → 복호기 → 디스플레이 모니터

[3] HDTV 의 국내·외 동향 : 다채널화, 고품질화

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