Вопрос 10. Система ntsc

NTSC (National Television System Committee) — первая коммерческая система цветного телевидения, разработанная в США в 1953 году.

Эта система стала основой для цветного телевидения в США, Канаде, Японии и некоторых других странах.

1. Цветоразностные сигналы I и q

В системе NTSC используются два цветоразностных сигнала:

• I (In-phase) — компонент, близкий к разности R – Y (красный минус яркость), передает оттенки от оранжевого к голубому.

• Q (Quadrature) — компонент, близкий к разности B – Y (синий минус яркость), передает оттенки от пурпурного к зелёному.

Функция I и Q:

• Сигнал I содержит основную информацию о насыщенности и оттенках теплых цветов.

• Сигнал Q дополняет информацию о более холодных оттенках.

Почему именно два сигнала:

• Потому что чувствительность глаза к различным цветам неодинакова: лучше различаются оттенки по оранжево-голубой оси.

2. Формирование и передача сигнала цветности

Как формируется цветной сигнал в NTSC:

1. Из трёх базовых цветов (R, G, B) формируется яркостный сигнал Y: Y = 0,3 × R + 0,59 × G + 0,11 × B.

2. Вычисляются цветоразностные сигналы:

   • (R – Y)

   • (B – Y)

3. Цветоразностные сигналы преобразуются в I и Q компонентами через специальные матричные преобразования.

4. I и Q модулируются на поднесущую частоту (приблизительно 3,579545 МГц) с помощью квадратурной амплитудной модуляции (QAM):

   • Сигнал I модулирует косинусную составляющую.

   • Сигнал Q модулирует синусную составляющую.

5. Итоговый цветовой сигнал накладывается на основной видеосигнал.

3. Выбор частоты поднесущей

Поднесущая частота цветности в NTSC — 3,579545 МГц.

Почему выбрана именно эта частота:

• Чтобы минимизировать взаимные помехи между цветоразностными и яркостным сигналами.

• Частота выбрана таким образом, чтобы спектр цветоразностного сигнала "вписывался" между строками яркостного спектра.

Итог: Обеспечивается минимизация интерференционных искажений между яркостью и цветностью (эффект шахматного спектра).

4. Структурные схемы кодирующего и декодирующего устройств

Структура кодирующего устройства (передатчика):

• Преобразователь R, G, B → Y, (R – Y), (B – Y).

• Блок формирования сигналов I и Q.

• Квадратурный модулятор (QAM) для поднесущей.

• Сумматор: яркостный сигнал + модулированная поднесущая.

Структура декодирующего устройства (приемника):

• Селектор цветоразностного сигнала.

• Детектор QAM-сигнала.

• Блок выделения I и Q компонентов.

• Преобразователь I и Q обратно в (R – Y) и (B – Y).

• Восстановление исходных компонентов R, G, B.

Обязательный элемент:

• Генератор опорной частоты поднесущей, который синхронизируется по специальному сигналу цветовой синхронизации (цветной синхроимпульс, "color burst").

5. Требования к каналу связи

Для нормальной передачи цветного изображения в системе NTSC канал связи должен удовлетворять следующим требованиям:

• Высокая стабильность амплитуды и фазы сигнала.

• Минимальный фазовый сдвиг в полосе поднесущей цветности.

• Достаточно высокая полоса частот (около 4,2 МГц).

• Высокое отношение сигнал/помеха.

Проблема NTSC: Система очень чувствительна к фазовым искажениям в канале, что приводит к смещению цветов на изображении (ошибка оттенка).

**Поэтому в шутку NTSC иногда расшифровывали как "Never The Same Color" ("Никогда одного цвета").