Л1-2_13-TV / TV

Применение новых квадратурных составляющих обеспечивает передачу цветного изображения следующим образом. Сигнал яркости передается в полной полосе частот, сигнал цветности E'I – в полосе до 1,5 МГц, а сигнал E'Q – до 0,5 МГц. В промежутке частот от 0,5 до 1,5 МГц передаются только два сигнала Е'Y и E'I, обеспечивающие воспроизведение оранжево-красных и сине-зеленых цветовых оттенков. Сигналы E'I и E'Q обладают основным свойством цветоразностных сигналов. Так же, как и сигналы Е'R-Y и Е'B-Y, они равны нулю при передаче черно-белых деталей изображения. Формирование сигналов E'I и E'Q не представляет никаких принципиальных трудностей. Спектр полного цветового сигнала, передаваемого по системе NTSC, представлен на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Спектр полного телевизионного сигнала системы NTSC

Как видно из рис. 2.12, сигнал E'Q передается в полосе до 0,5 МГц с помощью двух боковых полос. Спектр сигнала Е'I, несимметричен относительно поднесущей частоты, и Е'I передается в спектре до 1,5 МГц лишь с помощью нижней боковой полосы. Несимметричное ограничение боковых полос сигнала E'I позволило максимально приблизить поднесущую частоту к верхней границе спектра яркостного сигнала.

Система NTSC имеет ряд достоинств. Использование осей I и Q позволяет уплотнять передаваемую информацию и получать высокую цветовую четкость при относительно узкополосном канале передачи. Структура спектров сигналов яркости и цветности NTSC позволяет эффективно разделять информацию с помощью гребенчатых фильтров (фильтров на

основе линии задержки). Декодер NTSC относительно прост и не содержит линии задержки. Вместе с тем системе NTSC присущи недостатки, главным из которых является ее высокая чувствительность к искажениям сигнала в канале передачи. Так как цветовая поднесущая передается в виде синусоидальной насадки на сигнале яркости, нелинейность в канале передачи приводит к модуляции поднесущей по амплитуде и фазе.

Искажения сигнала в виде амплитудной модуляции называются дифференцированными искажениями. В результате таких искажений цветовая насыщенность ярких и темных участков изображения нивелируется. Эти искажения нельзя устранить с помощью цепи автоматический регулировки усиления сигнала цветности (АРУ), так как различия в амплитуде поднесущей цветности проявляются в пределах одной и той же строки.

Искажения в виде фазовой модуляции поднесущей цветности сигналом яркости называются дифференциально-фазовыми. Они вызывают изменения цветового тона в зависимости от яркости данного участка изображения, Например, человеческие лица на изображении окрашиваются в красноватый цвет в тенях и зеленоватый на освещенных участках. Чтобы уменьшить заметность этих искажений, в телевизорах NTSC обычно предусматривается оперативный регулятор цветового тона, который позволяет в некоторых пределах менять фазу опорной поднесущей.

2.5.2. Система SECAM

Система SECAM в ее первоначальном виде была предложена в 1954 г. французским изобретателем Анри де Франсом. Ее основная особенность – поочередная, через строку, передача цветоразностных сигналов E'R-Y и Е'B-Y с дальнейшим восстановлением в приемнике недостающего сигнала с помощью линии задержки на время строчного интервала. Название системы образовано из начальных букв французских слов s'equetiel couleur a' memoire (поочередные цвета и память). Длительное время система SECAM проходила испытания и доработку, а в 1967 г. было начато регулярное вещание по этой системе одновременно в СССР и Франции.

Всистеме SECAM из сигналов ER , EG и EB, поступающих с цветной телевизионной камеры, формируются сигналы EY, ER-Y и EB-Y. ЭТИ сигналы формируются непрерывно кодирующей матрицей, т.е. существуют одновременно. Сигнал EY передается непрерывно, как в черно-белом телевидении, а сигналы ER-Y и EB-Y передаются поочередно: в течение одной строки – сигнал ER-Y, в течение следующей EB-Y и т.д. Таким образом, для передачи используется только часть информации, выдаваемой цветной камерой. Половина строк растра представлена в цветовом сигнале компонентой ER-Y

иполовина – EB-Y. Иными словами, для сигналов цветности развертка в полном кадре будет содержать меньшее число строк, что приведет к соответствующему увеличению размеров окрашенных деталей по вертикали. Однако общая четкость изображения в вертикальном направлении сохраняется, так как сигнал ЕY передается в полном спектре.

Вприемнике цветного изображения на модуляторы кинескопа необходимо подавать одновременно три сигнала ER-Y, EG-Y и EB-Y. Для получения непрерывной последовательности сигналов ER-Y и EB-Y и формирования с помощью матрицы третьего цветоразностпого сигнала EG-Y в приемнике SECAM используется ячейка памяти – линия задержки со временем задержки на одну строку tзад = Tстр = 64 мкс. При воспроизведении цветного изображения каждый сигнал цветности используется дважды: один раз он берется с входа линии задержки, а другой – с ее выхода.

С целью устранения основного недостатка системы NTSC – искажений цветового тона, вызываемых нелинейностью частотных, фазовых и амплитудных характеристик узлов телевизионного тракта, было решено применить частотную модуляцию цветовой поднесущей, что сделало систему SECAM малочувствительной к частотным и нелинейным искажениям в тракте передачи. Применение частотной модуляции и принципа последовательной передачи цветоразностных сигналов – основное отличие системы

SECAM от систем NTSC и PAL.

Преимуществами частотной модуляции поднесущей цветности являются: меньшая по сравнению с амплитудной модуляций подверженность к

помехам и шумам, малая чувствительность к нелинейности динамических характеристик каналов передачи сигналов, а также стабильность передачи на далекие расстояния. Эти преимущества объясняются постоянством уровня в каналах передачи, возможностью амплитудного ограничения перед демодуляцией, а также возможностью проведения частотной коррекции предыскажений, благоприятно влияющих на отношение сигнал/шум.

Для модуляции в системе SECAM используются сигналы D'R и D'B, линейно связанные с цветоразностными сигналами ЕR-Y и EB-Y:

D'R = –1,9E'R-Y; D'B=1,5E'B-Y (2.6)

Из этих соотношений видно, что D'R и D'B отличаются от E'R-Y и Е'B-Y полярностью, а также наличием коэффициентов компрессии 1,9 и 1,5. С помощью указанных коэффициентов устанавливаются несколько иные значения напряжений передаваемых цветоразностных сигналов. Штрих в формулах означает, что передаваемые сигналы цветности подвергнуты гамма коррекции. Введение коэффициентов kR= –1,9 и kB = 1,5 направлено на улучшение совместимости и повышение помехоустойчивости системы.

В системе SECAM принято передавать сигналы D'R и D'B с помощью двух различных поднесущих частот. Выбранные поднесущие частоты являются гармониками частоты строк F0R = 282FH=4406,25±2 кГц, F0B=272FH=4250,00±2 кГц, где FH=15625 Гц – частота строк. Девиация частоты поднесущей с сигналом D'R составляет ∆FR=±280 кГц при ∆D'R=±1,0, а в стро-

ках с сигналом D'B – ∆FB=±230 кГц при ∆D'B=±l,0. Девиация поднесущей час-

тоты для сигнала D'R выбрана несколько большей, чем для сигнала D'B. Это привело к некоторому снижению шумов на деталях изображения, окрашенных в красный цвет, где заметность шумов по сравнению с шумами на синем цвете наибольшая, что эквивалентно увеличению помехоустойчивости сигнала, передающего красный цвет. Максимальное изменение поднесущей частоты как для сигналов D'R, так и для сигналов D'B происходит в пределах диапазона 3900...4756 кГц.

Для повышения помехоустойчивости при приеме цветоразностных сигналов, не прибегая к увеличению индекса частотной модуляции и не

Помехи, воздействуя па полезный сигнал, могут изменять его амплитуду, фазу и частоту. При приеме ЧМ сигналов наиболее опасным является паразитное изменение частоты и фазы колебания. Обычно в ЧМ приемниках принятый сигнал подвергается амплитудному ограничению, поэтому паразитная AM устраняется. В результат действия предыскажений иллюстрируется рис. 2.13 и 2.14. Введение предыскажений позволяет уменьшить уровень сигнала цветовой поднесущей при сохранении эффективной защиты от шумов в канале цветности, обеспечивая компромисс между помехоустойчивостью и совместимостью.

Как уже отмечалось, в декодирующем устройстве системы SECAM для получения одновременных сигналов цветности применяется линия задержки и коммутатор сигналов. Работа коммутатора должна происходить таким образом, чтобы сигналы D'R-Y и D'B-Y всегда попадали в "свои" каналы для последующей обработки. Если произойдет сбой работы коммутатора, то передаваемый в данный момент сигнал цветности может попасть не в "свой" канал обработки и произойдет искажение цвета изображения. Для обеспечения синхронной и синфазной работы коммутаторов в кодирующем и декодирующем устройствах в состав полного телевизионного сигнала замешиваются специальные сигналы цветовой синхронизации, так называемые импульсы опознавания цвета.

Цветовая синхронизация осуществляется с помощью сигналов опознавания, представляющих собой промодулированные импульсами трапецеидальной формы пакеты цветовых поднесущих, которые передаются во время гасящих импульсов полей и занимают строки 7...15 в нечетных полях и 320...328 – в четных. Во время передачи красной строки частота колебаний изменяется от F0R=4406,25 кГц до FR=F0R+350=4756,25 кГц по линейному закону в течение 15 мкс. Далее частота колебаний остается постоянной до окончания активной части строки. Во время передачи синей строки частота колебаний изменяется от F0B=4250 кГц до FB=F0B-350=3900 кГц в течение 18 мкс, до конца развертки строки частота колебаний также остается постоян-

ной (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Форма модулирующих сигналов цветовой синхронизации

Форма ПЦТС системы SECAM показана на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Полный цветовой телевизионный сигнал системы SECAM

Так как в системе SECAM сигналы цветности передаются поочередно через строку, а в приемнике недостающий сигнал восстанавливается с помощью линии задержки, т.е. повторяется информация из предыдущей строки, то цветовая четкость но вертикали снижается вдвое. Применение ЧМ цветовой поднесущей и амплитудных ограничителей в канале цветно-

сти приемника обуславливает малую чувствительность системы SECAM к действию искажения типа "дифференциальное усиление". Невелика чувствительность системы SECAM и к дифференциально-фазовым искажениям. При этом сам характер проявления этих искажений оказывается принципиально иным, чем в системе NTSC. На участках сигнала, соответствующих цветовым нолям с равномерной яркостью, дифференциально-фазовые искажения вызывают приращение фазы поднесущей, не зависимое от времени. В системе NTSC это приводит к изменению цветового тона рассматриваемого участка изображения. Демодуляторы SECAM чувствительны к изменению не фазы, а частоты цветовой поднесущей. При постоянном приращении фазы приращение частоты будет равно нулю. Поэтому на цветовых полях, где яркость постоянна, дифференциально-фазовые искажения в системе SECAM не проявляются.

Совершенно иной результат получается на цветовых переходах, где сигнал Е'Y меняется скачком или плавно. В этом случае в области цветового перехода возникает паразитное приращение частоты поднесущей. Так как знаки девиации частоты в сигналах UR и UB различны, искажения демодулированных сигналов Е'R-Y и Е'B-Y имеют разную полярность, а искажения сигнала E'G-Y практически компенсируются. Чем больше скорость изменения сигнала Е'Y, тем большими получаются искажения цветоразностных сигналов на переходах. На экране телевизора эти искажения проявляются как цветные окантовки или тянущиеся продолжения на переходах. Обычно после ярких участков изображения окантовка имеет синий цвет, а после темных – желтый.

2.5.3. Система цветного телевидения РАL

Система РАL (Phase Alternation Line) была разработана немецкой фирмой Telefunken и принята в 1966 г. в качестве стандарта в большинстве стран Западной Европы (Германия, Великобритания, Швеция, Австрия, Норвегия, Бельгия, Дания, Испания, Италия и др.). В настоящее время система РАL является самой распространенной в мире системой цветного телевидения. Ее используют, помимо европейских государств, в большинст-

ве стран Африки, Азии, Австралии, в некоторых странах Южной Америки. Название системы представляет собой аббревиатуру из начальных букв английской фразы "Phase Alternation Line" (чередование фазы по строкам). Общие принципы системы. Система РАL, созданная как альтернатива системе NTSC, может рассматриваться как ее удачная модернизация. В ней используются те же сигналы, что и в других системах цветного телевидения, а передача этих сигналов производится так же, как и в NTSC, путем квадратурной балансной амплитудной модуляции поднесущей частоты, расположенной в спектре яркостного сигнала. Отличие от системы NTSC заключается в том, что фаза одной из квадратурных составляющих сигнала цветности меняется от строки к строке на 180°. Это позволило устранить основной недостаток системы NTSC – чувствительность к дифференциальнофазовым искажениям, а также получить еще ряд важных преимуществ.

На рис. 2.17 показан способ формирования сигнала цветности в системе РАL.

Рис. 2.17. Коммутация фазы сигнала поднесущей цветности в системе PAL

Так же как и в системе NTSC, этот сигнал образуется из двух квадратурных составляющих UR–Y и UB–Y, но составляющая UR–Y с началом каждой следующей строки меняет фазу на 180°. Результирующие векторы поднесущей сигнала цветности US и U*S оказываются в соседних строках комплексносопряженными. Чтобы правильно декодировать такую последовательность сигналов, в синхронном детекторе приемного устройства необходи-

мо с такой же периодичностью, что и на передающем конце, коммутировать на 180° фазу опорного генератора поднесущей частоты. Действительно, если такой коммутации не делать, то сигнал на выходе детектора будет от строки к строке менять свою полярность. Коммутация фазы опорного генератора в синхронном детекторе R–Y эквивалентна обратному превращению векторов U*R–Y и U*S их исходные комплексно-сопряженные с ними векторы UR–Y и US соответственно.

Выясним, как при такой процедуре коммутации фазы сказываются диффе- ренциально-фазовые искажения, возникающие в тракте передачи сигнала цветности. Рассмотрим для примера передачу изображения ровного поля пурпурного цвета. На цветовой диаграмме (рис. 2.18,а) в осях R–Y/ В–Y отмечены характерные цвета и вектор USn, соответствующий передаче пурпурного цвета в n-й строке. В соответствии с принципом системы РАL в (n+1)-й. строке будет передаваться вектор U*s(n + 1), сопряженный с вектором USn. Если в тракте возникнут дифференциально-фазовые искажения, то независимо от их причин векторы USn и US(n+1) изменят свое положение по отношению к исходным на одну и туже величину ∆ϕ (рис. 2.18,б). На рисунке

фазовая ошибка сместила оба вектора против часовой стрелки (штриховыми линиями показаны неискаженные векторы). В телевизоре коммутация фазы опорного генератора поднесущей в канале R–Y превратит вектор U*S(n+1) в комплексно-сопряженный с ним вектор US(n+1), (рис. 2.18,в). Для анализа влияния фазовых искажений совместим векторы USn и US(n+1) на одном графике (рис. 2.18,г). Из него видно, что соседние n-я и (n+1)-я строки искажены по-разному. Цвет n-й строки сместился в сторону красного, а цвет (n+1)-й строки – в сторону синего цвета. Неискаженный цвет (в нашем примере пурпурный) соответствует среднему между векторами USn и US(n+1) положению. Таким образом, усреднение двух этих векторных величин позволило бы скомпенсировать возникшие в процессе передачи фазовые искажения. Наиболее простым способом усреднения может явиться усреднение ощущений самим зрительным аппаратом. Благодаря близости расположения друг к другу n-й и (n+1)-й строк работает механизм пространствен-