СИСТЕМИ КОЛЬОРОВОГО ТЕЛЕБАЧЕННЯ

Хоча техніка кольорового телебачення набагато складніша, ніж чорно-білого, істотні переваги кольорового зображення виправдовують таке ускладнення. Кольорове зображення природніше і виразніше. Для промислових телевізійних пристроїв, а також для пристроїв, використовуваних в медицині, на транспорті і в металургії, наявність кольору є необхідною умовою.

Людський зір розрізняє до 180 колірних тонів. Для передачі всієї їх гамми немає необхідності розширювати пропускну спроможність каналу зв'язку в 180 разів в порівнянні з чорно-білим. Колірний зір людини обумовлений наявністю трьох видів колб, що реагують на червоний (К), зелений (Про і синій (В) кольори. Ці кольори є основними, вони взаїмонезавісими. Інші кольори, у тому числі і білий, можна одержати змішуванням цих кольорів в певній пропорції. Жоден з кольорів 7?, G і В не може бути одержаний змішуванням двох інших. Якщо всі колби збуджуються однаковою мірою, то людина відчуває білий колір. При різному ступені збудження колб виникає відчуття кольорового зображення.

Для передачі кольорового зображення необхідно виконати наступні операції: 1) розділити зображення передаваного об'єкта на три колірні складові (червону, зелену і синю); 2) перетворити колірні складові в електричні сигнали і передати по каналу зв'язку на приймальний пристрій; 3) синтезувати в приймальному пристрої кольорове зображення.

Розрізняють почергову і одночасну системи передачі кольорових зображень. При почерговій системі кольору передаються послідовно поодинці і тому ж каналу зв'язку. При одночасній системі кольору передаються по каналу зв'язку одночасно.

Кольорове телебачення почало розвиватися в той час, коли були широко поширені системи чорно-білого телебачення. Тому кольорові телевізійні системи повинні були задовольняти умові подвійної сумісності, згодне якому програми кольорового телебачення повинні прийматися чорно-білими телевізорами, а програми чорно-білого телебачення — кольоровими телевізорами (у чорно-білому варіанті).

Задовольнити умову сумісності можна в тому випадку, якщо параметри кольорового телебачення такі ж, як і чорно-білого. Частота кадрів кольорового телебачення повинна бути рівна 25 Гц, а смуга частот сигналу не перевищувати 6,5 Мгц. Кількості рядків кольорового і чорно-білого зображення повинні бути рівними. У складі кольорового телебачення повинен бути сигнал, яскравості, щоб забезпечити на екрані чорно-білого телевізора нормальне зображення.

Якщо використовувати почергову систему передачі кольорового зображення, то за 1 з потрібно передати 75 кадрів, зберігши ту ж кількість рядків. Смуга частот сигналу при цьому збільшується в три рази в порівнянні з чорно-білим телебаченням. Тому почергова передача кольорів в телевізійному віщанні не використовується, але може бути застосована в прикладних системах телебачення.

У телевізійному віщанні застосовують одночасну передачу кольорового зображення. Щоб не розширювати смугу частот сигналу в чотири рази, оскільки потрібно передати сигнал, яскравості, і три сигнали кольоровості, вживають спеціальні заходи з метою скорочення смуги частот.

Сигнал, яскравості, У є суму сигналів кольоровості, тобто

Око людини не розрізняє кольори дрібних деталей зображення; вони як би вицвітають і розрізняються тільки по яскравості. Дрібним деталям відповідають високі частоти, а крупним — низькі. Тому, якщо зберегти тільки кольори крупних деталей зображення, смугу частот, необхідну для передачі сигналів кольоровості, можна скоротити приблизно в чотири рази.

Системі чорно-білого телебачення властива велика статистична надмірність, яка виявляється в дискретності частотного спектру телевізійного сигналу. У області частот, кратних непарному числу напівперіодів рядкової розгортки, є глибокі провали спектру. У зв'язку з цим колірні сигнали можна розмістити в місцях провалів спектру сигналів чорно-білого телебачення. Для цього колірні сигнали передають на тій, що колірній піднесе, частоту якої /,,.п вибирають з умови

де Л— частота рядкової розгортки; до = 0, 1, 2...

За такої умови спектр модульованій колірній піднесе виявляється вкладеним в спектр сигналу яскравості.

Кольорове зображення можна передати трьома сигналами: сигналом яскравості і сигналами червоного і синього кольорів. Оскільки в сигналі яскравості міститься 59 % зеленого кольору, то спеціальний сигнал зеленого кольору можна не передавати. Оскільки сигнали червоного і синього кольорів несуть інформацію і про яскравість даної ділянки зображення, то по колірному каналу дублюватиметься інформація про яскравість, що завантажує колірний канал, а на екрані чорно-білого телевізора спостерігатимуться перешкоди у вигляді дрібноструктурної сітки, що створюється сигналами синього і червоного кольорів.

Тому замість червоного і синього кольорів передають цветоразно-стниє сигнали R - Y і В - У. Важной особливістю таких сигналів є те, що на білих і сірих місцях зображення вони рівні нулю, а перешкода на екрані чорно-білого телевізора від колірних сигналів менш помітна. Сигнали R - У і В — Y називають сигналами кольоровості, застосування яких дозволяє спростити апаратуру. У кольоровому телевізорі є спеціальні матричні схеми, які з сигналів, В — Y і R — Y формують сигнали червоного, зеленого і синього кольорів. Ці сигнали модулюють електронні промені трьохпрожекторного кінескопа, створюючи на екрані кольорове зображення.

Встановлено, що спектральні складові сигналу чорно-білого телебачення у високих частотах малі, тому у області цих частот доцільно передавати сигнали кольоровості. Частоту колірною піднесе вибирають так, щоб спектр частот модульованого цветоразностного сигналу знаходився у верхньому діапазоні частот сигналу яскравості. У способах передачі сигналів кольоровості в смузі частот сигналу, яскравості, полягає особливість кожної з систем кольорового телебачення.

У всіх сумісних системах кольорового телебачення (НТСЦ, СЕ-КАМ, ЛІГ) спектральні складові сигналів кольоровості знаходяться в проміжках між спектральними складовими сигналу яскравості.

Першою з систем кольорового телебачення була система НТСЦ, прийнята в США, Канаді, Японії і інших країнах. У цій системі за допомогою кольорової телевізійної камери формуються початкові сигнали R, G, В. Затем ці сигнали перетворять в сигнали кольоровості R - У і В - У, для передачі яких використовується квадратурна модуляція тієї, що колірної піднесе. При квадратурній модуляції одержують два амплітудний модульованих коливання з однаковою піднесучою частотою; піднесучі частоти зрушені по фазі на 90°. При цьому використовують балансні модулятори, які дозволяють подавити ту, що піднесе частоту, що знижує її дію, що заважає, на зображення.

При квадратурній модуляції колірний сигнал змінюється по амплітуді і по фазі. З метою забезпечення неспотвореної передачі кольорів на деталях середнього розміру спектр частот сигналів R — Y і В - У повинен складати 1,3...1,5 Мгц. Це легко реалізується в "європейському варіанті" системи НТСЦ, де смуга частот телевізійного каналу складає 6,5 Мгц. У американському варіанті НТСЦ замість сигналів R - Y і В - У передають лінійні комбінації цих сигналів:

Для передачі сигналу / використовують смугу 1,3...1,5 Мгц, а для сигналу Q — 0,5 Мгц. Сигнали / відповідають синьо-зеленим і оранжево-червоним відтінкам кольорів, а у області цих відтінків очей сприймає кольори деталей середнього розміру. Кольори, передавані сигналом Q, розрізняються тільки на крупних деталях зображення. Використання сигналів / і Q дозволяє скоротити смугу частот сигналів кольоровості, хоча це приводить до деяких додаткових спотворень кольору. Колірний сигнал складається з сигналом, яскравості, і утворюється повний сигнал кольорового телебачення.

Для відновлення кольорів в телевізорі необхідно мати інформацію про фазу колірній піднесе. Інформація про неї передається за допомогою "спалаху", що містить вісім періодів сигналу тієї, що колірної піднесе. "Спалах" розташовується на рядковому гасячому імпульсі.

Найбільш специфічним вузлом кольорового телевізійного приймача є блок кольоровості, який виділяє і декодує сигнали кольоровості. У системі НТСЦ сигнали кольоровості виділяються двома синхронними детекторами, на які поступає сигнал від місцевого генератора тієї, що колірної піднесе. На один з синхронних детекторів сигнал від генератора поступає безпосередньо, а на другій — із зрушенням фази на 90°. Автопідстроювання частоти і фази місцевого генератора виробляється по "спалаху".

Система НТСЦ схильна до впливу специфічних спотворень типу "диференціальна фаза" і "диференціальне посилення". Деякі ланки передачі телевізійного сигналу містять нелінійні реактивні ланцюги, які приводять до фазових зрушень, залежних від рівня сигналу, яскравості, а відхилення фазової характеристики в каналі зв'язку на ±5 % у системі НТСЦ приводить до помітних змін кольору.

Спотворення типу "диференціальне посилення" виникає із-за нелінійності амплітудної характеристики апаратури. Зміна сигналу, яскравості, приводить до переміщення робочої крапки за межі лінійної ділянки характеристики, а це викликає зміну рівня сигналів кольоровості, яка сприймається як спотворення насиченості передаваних кольорів.

Прагнення усунути недоліки системи НТСЦ привело до розробки системи СЕКАМ, прийнятої у Франції, країнах СНД і деяких європейських країнах. У системі СЕКАМ цветоразностниє сигнали передаються за допомогою частотної модуляції по черзі. Оскільки смуга частот цветоразностних сигналів скорочена до 1,5 Мгц, то чіткість зображення за кольором в горизонтальному напрямі складе приблизно 140... 150 рядків, хоча у вертикальному напрямі чіткість зображення рівна кількості рядків в кадрі, тобто 600. Отже, у вертикальному напрямі чіткість за кольором опиняється зайвою, тому без збитку для якості зображення її можна зменшити, оскільки колірна чіткість зображення може бути менше яскравості.

У системі НТСЦ колірна чіткість по горизонталі зменшена в 4...5 разів в порівнянні з чіткістю, яскравості, оскільки скорочений спектр частот колірних сигналів. Колірна чіткість по вертикалі залишилася такою ж, як і яскравість, тобто є надмірність при передачі кольору.

Надмірність по вертикалі в системі СЕКАМ виключена, оскільки цветоразностниє сигнали R — У і В — Y передаються по черзі. Це дозволило відмовитися від квадратурної модуляції і підвищити перешкодостійкість системи до спотворень типу "диференціальна фаза" і "диференціальне посилення".

Для передачі цветоразностних сигналів в системі СЕКАМ використовують піднесучі частоти 4406,25 і 4250 кГц. У кодуючому пристрої є електронний комутатор, керований імпульсами частоти рядків. Перемикається електронний комутатор під час зворотного ходу рядкової розгортки, а на його виході по черзі з'являються сигнали R - Y і В - Y. Надалі виробляється частотна модуляція передаваної піднесучої частоти і колірний сигнал змішується з яскравістю.

У кольоровому телевізорі є декодуючий пристрій, що містить лінію затримки на тривалість одного рядка (64 мке), і електронний комутатор, на входи якого поступають сигнали з входу і виходу лінії затримки. Електронний комутатор має два виходи, на одному з яких виділяється складова R - У, на другому — В - У.

Електронний комутатор телевізора перемикається синхронно і синфазно з перемиканням електронного комутатора кодуючого пристрої телецентру. Початкова фаза електронного комутатора задається за допомогою імпульсів колірної синхронізації, які вводяться при передачі. Виходи електронного комутатора телевізора підключаються до кожного з його входів через рядок. На кожному з виходів електронного комутатора з'являються два сигнали, один з яких відповідає передаваному рядку, а другий — затриманої. Колірна інформація, що міститься в одному і тому ж рядку, на вихід електронного комутатора телевізора поступає двічі. Перший раз вона подається з входу лінії затримки, а другий раз — з виходу цієї лінії. Такий спосіб передачі дозволяє одержати на виходах електронного комутатора в кожен момент часи два цветоразностних сигналу R - У і В - У, які через частотні детектори подаються на матрицю, що формує третій цветоразностний сигнал — G - У. Таким чином, хоча передача сигналів кольоровості виробляється по черзі, в телевізорі утворюються три сигнали кольоровості одночасно.

Одним з недоліків системи СЕКАМ є мала перешкодозахисна сигналів кольоровості, викликана невеликим індексом частотної модуляції і малим розмахом сигналів кольоровості.

У системі ЛІГ, запропонованої в Німеччині, як і в системі НТСЦ, використовується квадратурна модуляція поднесущєї сигналами кольоровості. Основна гідність системи ЛІГ — мала чутливість до спотворень типу "диференціальна фаза". У системі ЛІГ фаза поднесущєї сигналу R - У від рядка до рядка змінюється на 180°. У приймачі за допомогою лінії затримки з тривалістю 64 мкс запам'ятовуються сигнали кольоровості на час передачі одного рядка. Передбачається, що сигнали двох сусідніх рядків практично не відрізняються один від одного, тому при прийомі їх можна скласти.

Якщо при проходженні сигналу по каналу виникнуть фазові спотворення, то при складанні сигналів двох рядків, фаза одній з яких змінена на 180°, фазові спотворення виявляться такими, що компенсуються.

Компенсація колірних спотворень в системі ЛІГ ілюструється рис. 2.11. Вектор сигналу f/ui, створюючий з віссю В - Y кут г, правильно відображає колір рядка п (див. рис. 2.11, а). При проходженні сигналу по каналу зв'язку відбулося зрушення фаз на кут —Аг проти годинникової стрілки. В результаті такого зрушення фаз сигнал і'м по колірному фону відрізняється від початкового сигналу Uni, оскільки проекції векторів на горизонтальну і вертикальну осі різні по величині.

Рис. 2.11. Компенсація колірних спотворень в системі ЛІГ

При передачі рядка п +1 повертають фазу сигналу R - У на 180° (див. рис. 2.11,6), Зрушення фаз в каналі зв'язку залишиться рівним Аг в тому ж напрямі. Сигнал U[xi також відрізнятиметься по колірному фону від сигналу и&. Якщо в першому випадку (див. рис. 2.11, а) за рахунок фазового зрушення зросла складова R — Y і зменшилася складова В — У, то в другому випадку (див. рис. 2.11, би) зменшиться складова R - У і збільшиться складова В - У.

При прийомі фазу складової R - У рядка п+1 повертають на 180° і складають рядки п і я+1. Складання двох рядків можливе, оскільки в приймачі є лінія затримки з тривалістю 64 мкс. При повороті фази рядка п+1 на 180° одержують дзеркальне зображення векторів, приведених на рис. 2.11,6. Результат складання рядків п і п+1 показаний на рис. 2.11, в. Результуючий сигнал Us співпадає по фазі з початковим і фазові спотворення компенсуються.

Як видно з рис. 2.11, в, результуючий сигнал Us зменшуватиметься при збільшенні кута Аг. Значення сигналу Us визначає насиченість кольору. Тому при великому вугіллі Аг компенсація виходить неповною і спотворюється насиченість кольору.

Для виділення сигналів R — У і В ~ У в приймачі системи ЛІГ використовують синхронні детектори. Із-за комутації фази дія сигналу кольоровості, що заважає, на екрані чорно-білого телевізора в системі ЛІГ більше, ніж в системі НТСЦ.

Якщо порівняти розглянуті сумісні системи кольорового телебачення за якісними показниками і перешкодозахисною, то на першому місці опиниться система ЛІГ, а на останньому — система НТСЦ. Система СЕКАМ по цих параметрах займає друге місце. Система ЛІГ вимагає найбільшої точності при виготовленні окремих вузлів апаратури, а система СЕКАМ допускає найменшу точність виготовлення окремих вузлів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ПЕРЕДАЧА І ПРИЙОМ ТЕЛЕВІЗІЙНИХ СИГНАЛІВ	\|	ТЕЛЕВІЗІЙНИЙ ЦЕНТР

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.