Л1-2_13-TV / TV

• Из сигналов ER-Y и ЕB-Y частично исключена избыточная информация о

яркости, благодаря чему их амплитуда обращается в нуль при передаче белого и серого (когда ER=EB=EY) и мала на слабо насыщенных цветах. Так как такие цвета обычно преобладают, то средняя амплитуда цветоразностных сигналов много меньше той средней амплитуды, которая была бы при передаче сигналов E'R, E'B. Это намного улучшает совместимость, а также помехоустойчивость.

4. Цветоразностные сигналы весьма удобны для построения приемника: при выделении их путем детектирования, остается лишь сложить их с сигналом Е'Y, чтобы получить сигналы Е'R и Е'B. Даже непосредственная передача сигналов Е'R и Е'B оказывается менее удобной, так как к ним надо добавлять в приемнике высокочастотные компоненты из яркостного сигнала, что схемотехнически гораздо сложнее.

2.4. УПЛОТНЕНИЕ СПЕКТРА ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА Во всех совместимых системах цветного телевидения информация о

цвете передается в полосе частот яркостного сигнала путем уплотнения спектра частот. Спектр сигналов цветности с целью обеспечения совместимости должен находиться внутри полосы, занятой сигналом яркости. Вот почему в системах цветного телевидения, цветовая информация передается на поднесущей частоте, расположенной в спектре черно-белого сигнала яркости. Дискретность этого спектра и наличие свободных промежутков между соседними гармониками создают предпосылки для уплотнения, т.е. для передачи дополнительной информации в заданной полосе частот. Одним из важных условий совмещения спектров двух дискретных сигналов является выбор частоты FSC поднесущей цветности, равной нечетной гармонике половины частоты строк

FSC = (2k+1)FH/2, (2.5)

При этом спектр дополнительного сигнала размещается между составляющими спектра основного, что практически обеспечивает отсутствие взаимных помех. Такой метод уплотнения применяется в системах цветного ТВ

NTSC и PAL.

Спектры цветоразностных сигналов E'R-Y и Е'B-Y имеют такой же дискретный характер, так как эти сигналы создаются такими же передающими трубками, что и сигнал яркости Е'Y. Это обстоятельство дает возможность с целью уплотнения осуществить "переплетение" спектров сигнала яркости и цветоразностных сигналов (рис. 2.3). Размещение составляющих спектра одного видеосигнала в незаполненных участках спектра другого называется частотным перемежением спектров.

Рис. 2.3. Перемежение спектров сигналов яркости и цветности

Для размещения спектральных линий сигналов цветности между спектральными линиями яркости и сдвига всех составляющих спектра сигналов цветности по оси частот на величину 12,5 Гц, используют так называемую цветовую поднесущую частоту, которая модулируется цветоразностными сигналами. Точное значение поднесущих частот выбирается так, чтобы все составляющие сигнала цветности укладывались в промежутки между гармониками сигнала яркости.

2.5. СТАНДАРТНЫЕ СИСТЕМЫ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ Во всех системах на передающей и приемной сторонах используются

похожие преобразователи "изображение-сигнал" и "сигнал-изображение". Передающие камеры цветного телевидения на телецентре и цветные кинескопы в телевизорах в принципе ничем не различаются во всех системах цветного телевидения. Их принципиальным различием являются методы кодирования сигналов цветности.

2.5.1. Система NTSC

Система NTSC – первая система ЦТ, нашедшая практическое применение, разработана США и принята для вещания в 1953 году. В этой системе полный цветовой телевизионный сигнал (ПЦТС) содержит составляющую яркости E'Y и сигналы цветности, передаваемые с помощью поднесущей частоты, в каждой строке. Два цветоразностных сигнала, обозначаемых в системе NTSC буквами I и Q, отличаются от сигналов ER-Y и EB-Y, причем их спектры переносятся на поднесущую частоту в область, расположенную ближе к высокочастотной части спектра сигнала EY. Поднесущая цветности промодулирована в каждой строке цветоразностными сигналами E'R-Y и Е'B- Y, и чтобы сигналы цветности не создавали взаимных помех, применена квадратурная балансная модуляция (амплитудная модуляция сигнала с подавленной несущей частотой). Его сущность заключается в суммировании напряжений поднесущей частоты uR–Y и uB–Y, модулированных по амплитуде цветоразностными сигналами в отдельных модуляторах (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Квадратурная модуляция: а) – блок-схема; б) – векторная диаграмма

Поднесущая частота на модуляторы поступает в квадратуре, т.е. с фазовым сдвигом 90°. Полученный в результате сложения сигнал цветности оказывается модулированным не только по амплитуде, но и по фазе. Дей-

ствительно, его амплитуда а фазовый сдвиг φ вектора US относительно колебаний UB–Y

где UB–Y и UR–Y определяются модулирующими цветоразностными сигналами EB–Y и ER–Y. Сигнал цветности us, таким образом, можно рас-

сматривать как одну поднесущую частоту с амплитудно-фазовой модуляцией или как пару независимых квадратурных составляющих.

В системе NTSC используются не обычные амплитудные модуляторы, а балансные, которые, подавляя несущую частоту, оставляют только боковые составляющие спектра. Балансная модуляция имеет определенные преимущества перед обычной амплитудной модуляцией. При одном и том же, по сравнению с обычной модуляцией, размахе модулирующих сигналов балансная модуляция формирует, как минимум, в 2 раза меньший по амплитуде сигнал цветности, что снижает его заметность на экране чернобелого телевизора, т.е. улучшается совместимость систем черно-белого и цветного телевидения. В свою очередь качество совместимости еще больше повышается при передаче неокрашенных или слабоокрашенных деталей изображения. В этих случаях цветоразностные (модулирующие) сигналы равны нулю или невелики по амплитуде, и выходные сигналы балансных модуляторов также устремляются к нулю (рис. 2.5).

Векторная диаграмма, изображающая сигнал цветности и его квадратурные составляющие, отличается от приведенной на рис. 2.4,б возможностью перемены знаков у составляющих UB–Y и UR-Y в зависимости от знака цветоразностных сигналов, т.е. возможностью расположения вектора сигнала цветности Us не в одном, а в четырех квадрантах диаграммы (рис. 2.6).

В цветном телевизоре системы NTSC из принятого сигнала цветности us должны быть выделены его квадратурные составляющие для получения исходных цветоразностных сигналов ЕB–Y и ER–Y. Так как UB-Y = UScosφ, а UR-Y = USsinφ, то разделение сигналов можно представить как операции проецирования вектора Us на две ортогональные оси, совпадающие с осями модуляции. Задачу в таком представлении можно решить с помощью синхронного детектора. Действительно, при синхронном детектировании осуществляется перемножение двух сигналов, подаваемых на входы детектора. Если одним из этих сигналов будет принятый телевизором сигнал цветности us, а другим так называемое опорное напряжение Uon, представляющее колебание поднесущей частоты fs с начальной фазой φ = 0, то напряжение на выходе детектора ивых будет равно

ивых = USsin(ωt+φ)·UonsinωSt, где Uon – амплитуда указанного выше опорного напряжения. Используя известное тригонометрическое соотношение

2sinα·sinβ = cos(α–β) – cos(α+β), получаем ивых = 0,5UonUScosφ – 0,5UonUScos(2ωSt+φ).

Полагая амплитуду опорного напряжения постоянной и поставив на выходе синхронного детектора фильтр нижних частот, исключающий второй член в правой части равенства, убедимся, что задача выделения одной из квадратурных ивых = kEB–Y, где k – коэффициент пропорциональности. Если же в качестве опорного напряжения на синхронный детектор подать напряжение иоп = Uonsin(ωSt+90°), то ивых =0,5UonUSsinφ = kER–Y, т.е. будет вы-

делена вторая квадратурная составляющая.

Таким образом, устройство для разделения квадратурных составляющих, т.е. получения из сигнала цветности us исходных цветоразностных сигналов, должно состоять из двух синхронных детекторов и генера-

тора опорной поднесущей частоты с частотой и фазой, равными соответственно частоте и фазе поднесущей частоты генератора на передающем конце системы (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Разделение сигнала цветности на квадратурные составляющие

Однако именно этой принципиально важной информации о частоте и фазе и не содержится в принимаемом телевизионном сигнале. Поскольку в системе NTSC применяется балансная модуляция, сама поднесущая fs в спектре сигнала отсутствует, а боковые частоты являются продуктом модуляции, зависящим от передаваемого цвета, а значит, с фазовыми сдвигами, отличающимися от немодулированного значения fs.

Для того чтобы генератор опорной поднесущей fs в приемнике мог работать с заданной на телецентре фазой, его синхронизируют специальным сигналом, называемым сигналом цветовой синхронизации. Сигнал цветовой синхронизации передается в интервале обратного хода строчной развертки за синхронизирующим импульсом строк. Он представляет собой пакет из 8...10 колебаний поднесущей цветности (рис. 2.8), называемый цветовой вспышкой. Частота ее колебаний равна fs, а фаза 180° (вектор колебаний пакета совпадает с отрицательным направлением оси В–Y (рис. 2.9)). Амплитуды и фазы сигналов цветности Us, соответствующих основным

{красный (ER = 1, EG= 0, ЕB = 0), синий (ER = 0, EG= 0, ЕB = 1), зеленый (ER = 0,

EG = 1, ЕB = 0)} и дополнительным к ним {голубой (ER = 0, EG = 1, ЕB = 1), желтый (ER= 1, EG= 1, ЕB = 0) и пурпурный(ER = 1, EG = 0, ЕB = 1)} цветам, приведены в таблице и показаны на векторной диаграмме рис. 2.10.

Выбор частоты поднесущей цветности. Как уже отмечалось выше, выбор частоты поднесущей цветности обусловлен целым рядом условий, определяющих качество изображения на цветных и черно-белых телевизионных приемниках. При этом стремление обеспечить более высокое качество изображения на черно-белых приемниках (т.е. обеспечить наилучшую совместимость систем) находится в противоречии с возможностью реализации наивысшего качества цветного изображения. Поэтому обычно приходится искать разумный компромисс. Рассмотрим основные условия выбора частоты поднесущей цветности.

1.Для снижения заметности на экране черно-белого телевизора помехи от сигнала цветности частота его поднесущей частоты fs должна быть по возможности более высокой, так как в этом случае структура сетки от помехи будет менее заметной. Но значение fs должно быть существенно меньше максимальной частоты fmax спектра яркостного сигнала ЕY, чтобы ПЦТС размещался в полосе стандартного черно-белого сигнала. Разность fтах и fs определяет максимальную ширину боковой полосы сигнала цветности, а значит, и максимально возможную ширину спектра цветоразностных сигналов. Как показала практика, эта величина не может быть меньше 0,6 МГц, так как иначе на цветном изображении в приемнике появятся заметные цветные окантовки на вертикальных границах между различными цветами. Поскольку в американском стандарте fmax = 4,18 МГц, то fs должна быть не менее 3,58 МГц.

2.С той же целью уменьшения заметности рисунка на экране чернобелого телевизора, получаемого от воздействия на него поднесущей, ее частота FSC жестко связывается с частотой развертки изображения. Тогда рисунок помехи имеет менее заметную неподвижную структуру. Если при этом данная связь подчиняется соотношению FSC = (2k+1)FH/2, где п – целое число, а FH – частота строк, то в интервале строки размещается нечетное число полупериодов поднесущей, и рисунок от помехи имеет вид расположенных в шахматном порядке темных и светлых участков. За счет пространственной компенсации в зрительном аппарате такая структура значи-

тельно менее заметна, чем, например, рисунок из чередующихся вертикальных темных и светлых полос. Кроме того, полярность поднесущей в смежных кадрах изменяется на противоположную, и темные участки чередуются со светлыми с частотой кадров, что делает еще меньшей заметность рисунка помехи.

Важной особенностью является характер размещения спектральных составляющих сигнала цветности внутри спектра сигнала яркости. При выполнении указанного условия спектральные составляющие сигнала цветности размещаются точно по середине между строчными и кадровыми гармониками яркостного сигнала, что дает возможность с большой точностью разделять эти сигналы в телевизоре.

3. Помехи на изображении из-за присутствия в спектре полного телевизионного сигнала поднесущей частоты могут возникнуть также из-за биений между поднесущей частотой сигнала цветности и второй промежуточной частотой F″п.зв звукового сопровождения. Для уменьшения заметности помехи ее частоту, равную разности частот поднесущей FSC и F″п.зв по тем же соображениям также делают равной нечетной гармонике полустрочной частоты: F″п.зв – FSC = (2k+l)FH/2, где k – целое число. С учетом этого получается, что F″п.зв/ FH = k + n + 1. Так как F″п.зв в любой вещательной системе телевидения определяется разносом несущих частот изображения Fн.из и звука Fн.зв, это выражение можно записать в виде (Fн.зв – Fн.из)/FH = m, где т – целое число. В стандарте США на ч-б телевидение это соотношение не выполнялось, так как здесь Fн.зв – Fн.из = 4,5 МГц, и Fh = = 15750 Гц. Таким образом, их соотношение составляло величину 285,71428, т.е. его необходимо было округлить до ближайшего целого числа 286, что заставило разработчиков системы NTSC изменить частоты строчной fh и кадровой fv разверток на 0,1%: fh = 15734,26573 Гц; fv = 59,940059 Гц (вместо исходных 60 Гц). Такое незначительное изменение частот разверток в цветной системе не потребовало переделки генераторов разверток черно-белых телевизоров, поскольку указанные новые значения частот разверток находятся в полосе захвата синхронизируемых ими генераторов разверток телевизора.