Способы сжатия спектра сигналов цветного телевидения

Выбор системы цветного телевидения для вещания. Из требований к совместимой системе цветного телевидения вытекает, что сигнал цветного телевидения должен содержать сигнал яркости , который будет приниматься черно-белым телевизором.

Сигнал яркости в системе цветного телевидения может быть получен путем смешения трех сигналов цветности. Относительное их содержание определяется с учетом спектральной чувствительности глаза (рисунок 1.1). Одинаковые по интенсивности источники излучений основных цветов вызывают неодинаковое зрительное ощущение яркости. Для принятой в телевизионном вещании цветовой системы уравнение яркости имеет вид

, (4.1)

где , и  коэффициенты передачи при сигналах

цветности.

Сумма коэффициентов передачи при сигналах цветности

.

Так как сигнал яркости обязательно должен присутствовать в совместимой системе цветного телевидения, то, нет необходимости передавать информацию о яркости в сигналах цветности. Следовательно, выражение (4.1) можно преобразовать к виду

. (4.2)

Сигналы цветности , и получили название цветоразностных: цветоразностный красный , цветоразностный зеленый и цветоразностный синий соответственно.

С точки зрения математики выражение (4.2) избыточно. Достаточно знать значения любых двух членов суммы этого выражения, чтобы восстановить третий член. Таким образом, в канал связи могут быть переданы любые два цветоразностных сигнала, а значение третьего может быть вычислено на приемной стороне. Так как в принятой цветовой системе , , вес зеленого наибольший, то с целью сужения полосы частот, занимаемой сигналами цветности, целесообразно исключить именно цветоразностный зеленый сигнал .

В телевизионном приемнике сигнал восстанавливается в соответствии с выражением

, (4.3)

вытекающим из (4.2).

В телевизионном приемнике сигнал яркости поступает на все три катода электронно-лучевой трубки, а цветоразностные сигналы  на управляющие электроды соответствующих им электронных пушек цветного кинескопа. В результате на электронный луч каждой пушки воздействует суммарное напряжение двух сигналов  яркостного и цветоразностного. При суммировании восстанавливаются исходные сигналы цветности:

; и . (4.4)

Рисунок 4.3  Видимая насыщенность цветов

Частотный спектр полного сигнала цветного телевидения. Экспериментальные исследования показывают, что человеческий глаз плохо различает цвета мелких деталей. С уменьшением линейных размеров видимая цветовая насыщенность становится меньше, цветность постепенно теряется и начинает восприниматься серой. Это особенно характерно для синего и, в меньшей степени, для красного цветов. Данный вывод подтверждается зависимостями видимой насыщенности основных цветов от размеров деталей изображения, приведенными на рис. 4.3. Как видно, детали зеленого цвета сохраняют свою насыщенность практически до верхней границы телевизионного спектра.

Указанное свойство зрения позволяет сократить полосу частот для цветоразностных сигналов и с 6 до 1,5 МГц. При этом суммарная полоса частот сигнала системы цветного телевидения, складывающаяся из полосы частот сигнала яркости, полосы цветоразностного сигнала и полосы сигнала , сократится с 18 до 9 МГц. В то же время полоса частот 9 МГц остается достаточно большой для реализации совместимой системы цветного телевидения.

Возможность дальнейшего уплотнения полосы частот основывается на специфической структуре спектра телевизионного сигнала. Как было показано в первом разделе, спектр сигнала черно-белого телевидения имеет дискретную структуру. В связи с этим энергия яркостного сигнала сосредотачивается в областях частот, кратных строчной частоте . По мере удаления от данных частот амплитуда гармоник, расположенных на частотах, кратных частоте кадров быстро убывает, и в областях частот, кратных нечетному числу полупериодов строчной частоты, располагаются глубокие провалы (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4  Перемежение спектров сигнала яркости и цветоразностного сигнала изображения

Так как частоты и постоянны, а свободные промежутки между гармониками спектра сигнала достаточно велики, то в данных промежутках могут быть размещены составляющие спектра цветоразностных сигналов. Для этого сигналы цветности передаются на цветовой поднесущей, частота которой выбирается из условия (рисунок 4.4)

, . (4.5)

Данный метод выбора поднесущей с целью уплотнения общего спектра сигнала называется перемежением или переплетением спектров.

Применение перемежения спектров может привести к появлению взаимных помех. Частотные составляющие сигнала яркости будут вызывать искажения цветности, а цветоразностные  создавать паразитные изображения на экране черно-белого телевизора.

Для уменьшения данных искажений принимают следующие меры (см. рисунок 4.5):

• поднесущую частоту размещают в области верхних частот спектра сигнала яркости ;

• амплитуду поднесущей выбирают в раз меньше амплитуды сигнала яркости, что позволяет снизить уровень помех на экране черно-белого телевизора.

Рисунок 4.5  Огибающая спектра совместимой системы цветного телевидения

Высокочастотные колебания сигнала яркости обусловлены наличием мелких деталей изображения. Эти колебания имеют небольшую амплитуду и оказывают малое влияние на составляющие спектра цветоразностных сигналов. В связи с этим величину коэффициента в выражении (4.5) следует выбирать возможно большей. В нашей стране , поэтому при Гц частота поднесущей МГц.

Использование перемежения спектров позволяет добиться уплотнения спектра телевизионного сигнала с 9 до 6 МГц, а, следовательно, реализовать совместимую систему цветного телевидения.

В настоящее время в мире используются три стандартизованных системы цветного телевидения: SECAM, NTSC, PAL. Система NTSC разработана в США (1950—1953 гг.) и принята в 18 странах мира. Система SECAM разработана во Франции (1966 г.) и используется в 25 странах. Система PAL создана в Германии (1968 г.), применяется в 62 странах. В России в качестве основной системы ТВ вешания принята система SECAM.