5.2. Особливості передачі кольорового зображення

Кольоровий телевізійний сигнал включає дві складові: сигнал, який несе інформацію про яскравість об'єкта зображення, і сигнал, який несе інформацію про його колір. Перший сигнал аналогічний сигналу чорно-білого телебачення і називається сигналом яскравості, другий називається сигналом кольоровості (як сигнали яскравості та

кольоровості розуміють електричні сигнали, які сформовані в процесі перетворення оптичного сигналу).

У той час, коли розроблялась система кольорового телебачення, чорно-біле телебачення вже існувало. Тому, основні вимоги до системи кольорового телебачення зводились до вимог її сумісності і системою чорно-білого телебачення і точності відтворення кольоро­вості деталей зображення, що передається.

Принцип сумісності означає необхідність передачі інформації про колір по тому ж каналу зв'язку і в тій же смузі частот, яка вже відведена для чорно-білого телевізійного мовлення. Під сумісністю системи кольорового телебачення з чорно-білою розуміють власти­вість системи забезпечувати можливість якісного прийому програм кольорового телебачення у чорно-білому вигляді телевізорами чорно-білого зображення без будь-якої доробки (умова "прямої сумісності") і чорно-білі телевізійні програми повинні бути прийняті без будь-яких доробок телевізорами кольорового зображення (умова "зворотної сумісності").

На основі вищезазначеного можна сформулювати такі 4 умови сумісності:

• повний сигнал кольорового телебачення повинен містити всі елементи повного сигнату чорно-білого телебачення;

• всі інші елементи , які несуть інформацію про колір зображення, не повинні утворювати перешкод на екрані чорно-білих телевізорів при прийомі кольорових передач;

• параметри системи кольорового телебачення повинні бути анало­ гічні відповідним параметрам системи чорно-білого телебачення і забезпечувати високу якість зображення;

• звукове супроводження повинно передаватися таким же чином, як і у чорно-білому телебаченні.

При побудові системи кольорового телебачення були враховані фізіологічні особливості сприйняття кольорової інформації і структура спектра телевізійного сигналу. Основне зниження обсягу інформації в кольоровому телебаченні досягається за рахунок пере­дачі обмеженої кількості кольорових тонів, що стало можливим завдяки особливої властивості колірного зору, пов'язаної з три­компонентною теорією кольорового сприйняття. Згідно з теорією кольорового зору, висловленої вперше в 1736 р. М.В. Ломоносовим, експериментально встановлено, що всі кольори можуть бути утворені шляхом додавання (змішування) трьох основних кольорів: червоного 450 (Е_к), синього (Е_в), зеленого (Е_с). Літерами К.,В,С позначені собою початкові літери англійських слів Кесі, Віие, Сгееп. Ломоносов дійшов висновку, що кольоросприйняття оком людини відбувається рецепторами трьох видів, причому випромінювання різних хвиль подразнюють ці рецептори не однаково. Так, перший вид є найбільш чутливим до довгохвильової частини видимого спектра (червоно-оранжевої), другий - до середньохвильової частини спектра (зелено-жовтої) і третій - до короткохвильової (синьо-фіолетової). Світлове випромінювання подразнює всі три види рецепторів одночасно і сукупність трьох різних подразників сприймається людським оком як один колір. Завдяки властивості ока - триколірного зору - правильно вибравши три основні джерела кольору і, змішавши їх у визначеній пропорції, можна отримати будь-який колір та відтінок. Отже, відпадає необхідність у безпосередній передачі всіх кольорів. По телевізійному каналу достатньо передати інформацію тільки про кількісне співвідношення трьох основних кольорів.

Подальші дослідження у сфері триколірної колориметрії дозволили експериментально довести, що:

• трикомпонентність кольорового зору розповсюджується тільки на відносно крупні об'єкти, які при телевізійній передачі займають смугу відеочастот від 0 до 0,5 МГц і відтворюються трьома кольорами;

• колір об'єктів середніх розмірів, відтворюваних відеочастотами від 0,5 до 1,5 МГц, являє суміш тільки двох кольорів: оранжевого і зелено-синього (блакитного);

• дрібні деталі, які вимагають відеочастоти від 1,5 МГц і вище, розрізняють тільки за яскравістю, тобто сприймаються як чорно- білі.

Завдяки цієї важливої властивості зору стало можливим суттєво скоротити обсяг інформації про колір, тобто зменшити смугу частот сигналу яскравості.

Експериментально встановлено, що сигнал яскравості можна отримати додаванням (у визначеній пропорції) трьох сигналів основних кольорів. Так було знайдено кількісний вміст цих сигналів яскравості.

Визначено, що в сигналі яскравості міститься 30% сигналу Е_к, 11% - Е_в, 59% - Ес- Таким чином, сигнал яскравості Еу можна виразити таким рівнянням:

Еу = 0,30 Е_к + 0,59 Е_о + 0,11 Е_в (7.2)

Нерівнозначність числових коефіцієнтів у рівнянні враховує особливості спектральної чутливості зору людини. Із рівняння 7.2 очевидно, що за наявності сигналу яскравості Еу відсутня необ­хідність в передачі трьох сигналів Е_к, Е_с, Ев- Достатньо передати будь-які два з них, а третій можна отримати шляхом віднімання двох сигналів від сигналу яскравості. Таке перетворення називають колориметричним кодуванням. Наприклад, зелений колір у телевізій­ному приймачі можна отримати на основі рівняння:

(7.3)

=1,7 Е_у-0,51 Е_к-0,19 Е_в

Операцію віднімання одного сигналу із другого замінюють додаванням, передчасно змінивши полярність того сигналу, перед яким є знак мінус "-".

Практично в суміщених системах кольорового телебачення передача інформації про колір здійснюється за допомогою двох кольорорізницевих сигналів Е_к - Еу і Е_в - Еу. Останні створюються в відповідних матрицях передавального пристрою. У зв'язку з тим, що сигнал Ес є найбільш інтенсивним (у сигналі яскравості його вміст становить 59%) і займає більш широку смугу частот - цей сигнал відновлюється безпосередньо в схемі телевізора шляхом віднімання з сигналу яскравості суми двох кольорових сигналів. Таким чином, повний кольоровий телевізійний сигнал складається з сигналу яскравості Еу і двох кольорорізницевих сигналів Е_к - Е_у і Е_в - Еу. Сигнал яскравості містить інформацію про яскравість елементів зображення, а кольорорізницеві сигнали - про кольоровий тон, насиченість кольору.

Характер передачі вказаних сигналів в часі (методи їх отримання і кодування) визначає систему кольорового телебачення. Сигнали яскравості й кольоровості можуть передаватися послідовно один за одним або всі разом одночасно. Технічні труднощі передавання сигналів кольоровості полягають в необхідності їх розташування всередині спектра частот сигналу яскравості без виходу за межі цього спектра і отримання досить чіткого високоякісного зображення на екрані, як чорно-білого, так і кольорового телевізора.

Система кольорового телебачення - це сукупність характеристик, параметрів, технічних засобів, які визначають спосіб кодування і використовують для передачі повної інформації про колір зображення, яке передається від телевізійної камери до телевізора

Для телевізійного мовлення прийнято три системи кольорового телебачення: американську 1ЧТ8С, західнонімецьку РАЬ і радянсько-французьку 8ЕСАМ, яку було впроваджено у колишньому СРСР.

Систему кольорового телебачення ЛТ5С було розроблено в 1953 р. у США Національним комітетом з телевізійних стандартів Маііопаі Теіеутоп Зіапйага'з СоттШее. КГ8С прийнято як стандартну систему в США, Канаді, Японії, Центральній і Південній Африці, Мексиці, Тайвані, Південній Кореї тощо. Частота розгортки становить 50 Гц у 525 рядках. Особливості цієї системи полягають в тому, що обидва кольорорізнецеві сигнали передаються в кожному рядку розгортки. Це досягається застосуванням квадратурної модуляції, за якою підсумовуючий кольоровий сигнал змінюється за амплітудою і фазою. При цьому амплітуда сигналу характеризує насиченість кольору, а фаза - кольоровий тон.

Одним з суттєвих недоліків цієї системи є велика чутливість до фазових спотворень, що призводить до неправильного передавання кольорового тону. Крім того, система зазнає амплітудно-частотні спотворення, що викликають зміну насиченості кольору.

Система РАЬ РНазе АНетаііоп Ьіпе - рядок із змінною фазою, розроблена у 1963 р. у Німеччині, в своїй основі містить всі ідеї американської ОТ8С. Особливість РАЬ полягає в оригінальному способі усунення фазових спотворень, властивих системі МТ8С. Частота розгортки становить 50 Гц у 625 рядках.

У системі РАЬ існує два сигнали кольоровості з відносною затримкою на один рядок. Зміна фази від рядка до рядка на 180° призводить до того, що фазові спотворення, однакові за величиною, мають різні знаки, що сприяє зникненню помилок (збою) фази.

При очевидних перевагах головним недоліком системи РАЬ є ускладнення телевізора за рахунок введення до його схеми додаткових вузлів для затримання сигналу кольоровості на момент одного рядка і періодичної зміни фази кольорорізнецевих сигналів.

Мовлення за системою РАЬ ведеться в Німеччині, Велико­британії, Австрії, Австралії, Бельгії, Індії, Голландії, Іспанії, Італії, Китаї, Туреччині, Швейцарії, Швеції, Югославії тощо.

У 1954 році французький інженер Анрі де Франс винайшов нову систему, названу 8ЕСАМ 8Ециепйаі Соиіеиг Ауєс Метоіге -послідовне передавання кольорів із запам'ятовуванням, у якій бум відсутній основний недолік 1ЧТ8С - спотворення колірного тону. Частота розгортки становить 50 Гц у 625 рядках.

Основна особливість цієї системи телебачення полягає в тому, що кольорорізнецеві сигнали передаються по черзі: протягом одного рядка - сигнали Е_к .у, протягом наступної - Е_В-у, з подальшим відновленням у приймачі сигналу Е_с. Сигнали кольоровості розміщують у незайнятій частині сигналу яскравості.

Вищезгадану систему прийнято у Франції, Росії, Україні, Болгарії, Угорщині, Греції, Єгипті, Ірані, Іраці, Лівані, Монако, Польщі, Румунії, Чехії, Словакії тощо.

Недоліком цієї системи є зниження кольорової чіткості у межах вертикалі, оскільки кольорорізнецеві сигнали передають по черзі через рядок. Однак це суттєво не погіршує якість кольорового зображення, оскільки дрібні деталі відтворюються сигналом яскравості, які передаються з повною кількістю рядків розкладання.

Крім системи кольорового телебачення в світі діють 10 стандартів телевізійного мовлення, які за міжнародною індексацією позначаються літерами В, В,С, І, Н, К, КЬ, Ь, М, N.

Стандарт - це сукупність характеристик і пара­метрів, що визначають особливості сигналів і каналів телевізійного мовлення незалежно від особливостей кольорового телебачення

У країнах, що входять до організації МОРТ (ОІКТ -Ог§апІ5аііоп Іпіегпаіїопаіе йе Касііосіі$и$іоп єіїєієуєзоп - Міжнародна організація радіомовлення і телебачення) діє система 8ЕКАМ і використовують найчастіше стандарт Б/К.

В більшості європейських країн, які об'єднані організацією МККР (ССІК- Сопгііе Сопхиішії/ Іпіегпаііопаі сіез Кайіосоттипі-саііоп - Міжнародний консультативний комітет з радіозв'язку), діє система РАЬ - стандарт В/О.

У США телевізійне мовлення регламентується ФКЗ (РСС -Рейегаі Соттипісаіопз Сотттоп - Федеральною комісією зв'язку,), діє система 1ЧТ8С - стандарт М.

7.5.3. Принципи і особливості супутникового телебачення

Супутникове телебачення є найбільш перспективним напрямом розвитку телебачення. Воно ефективне у будь-якій країні, незалежно від її території і рельєфу місцевості. Завдяки високій якості зображення і звука супутникове телебачення у короткі строки отримало визнання у всьому світі і вважається пріоритетним напрямом навіть при обслуговуванні невеликих зон з розвинутою мережею наземного телевізійного мовлення.

Супутниковий зв'язок - це космічний радіозв'язок між наземними станціями, що здійснюється завдяки ретрансляції радіосигналів через один або декілька супутників Землі (ДСТУ 3254-95)

Застосування штучних супутників Землі почалося 23 квітня 1965 р. із запуску першого супутника зв'язку "Молнія -1" . Він був запущений на високоеліптичну орбіту (36 тис. км) із синхронним до Землі періодом оберту. Це рішення технічно виявилося настільки вдалим, що вже у 1967 р. в колишньому СРСР було створено першу в світі розподільчу систему супутникового телевізійного мовлення "Орбіта", що складалася із 20 приймальних станцій. Нині національні супутникові системи зв'язку успішно функціонують в різних країнах світу, а послугами міжнародних систем "Інтерсупутник", "Інтелсат" та інших користуються практично всі держави світу. У наш час понад 80% світового телевізійного обміну здійснюється через супутники.

Однією з перших міжнародних систем супутникового зв'язку була система "Інтерсупутник". Вона діє з 1977 р. і обслуговує головним чином країни Східної Європи. Подальший розвиток системи "Інтерсупутник" буде сприяти розширенню міжнародного обміну інформацією. Наприклад, одна з основних супутникових систем "Євтелсат" відіграє значну роль у налагоджуванні обміну і телевізійного мовлення на європейському континенті. Ця система, яка включає 7 штучних супутників, розширює свій вплив на весь європейський континент, включаючи територію СНД. Крім європей-

ської системи "Євтелсат", міжнародних систем "Інтелсат", у Європі і на інших континентах функціонують національні та регіональні системи супутникового зв'язку такі, як "Телеком" (Франція), "Італсат" (Італія), "Анік" (Канада), "Комстар", "Сатком" (США), КС, ЄКС (Японія) та ін. Супутникове телебачення в СНД базується па використанні геостаціонарних супутників "Молнія", "Горизонт", "Радуга", "Екран", "Стаціонар", космічних станцій "Луч" тощо.

З усіх орбіт, що використовуються для супутникового зв'язку, які відрізняються висотою, формою і нахилом до площини екватора, для цілей супутникового телебачення, принципово придатні дві: геостаціонарна орбіта (ГСО) і елептична. Супутникові системи СНД в основному базуються на використанні геостаціонарної орбіти. В Україні створена та реально функціонує у режимі дослідної експлуатації державна супутникова телевізійна мережа. В червні 1999 р. відбулася презентація першого пробного включення мережі. Було запущено в експлуатацію передавальний центр з мовленням на окремих телевізійних каналах ("1+1", "ІСТУ").

Проблеми супутникового телебачення мають декілька важливих аспектів. У першу чергу - це, звичайно, технічний аспект, що передбачає створення і вивід на орбіту багатоканальних супутників-ретрансляторів великої потужності з вузьконаправленими антенами, створення земних передавальних пунктів, випуск масових простих приймальних пристроїв.

Слід зазначити про економічний і міжнародний аспект супутни­кового телебачення. При створенні практично будь-якої національної системи супутникового телевізійного мовлення не вдається повністю локалізувати її діяльність - частина потужності телевізійного сигналу, що випромінюється штучним супутником Землі, спрямовується на територію сусідніх країн і може створювати перешкоди їх телевізій­ним та іншим радіослужбам. За цих умов дуже важлива міжнародна координація супутникового зв'язку, яка передбачає планове вико­ристання геостаціонарної орбіти і регламентацію низки параметрів штучних супутників Землі (ШСЗ).

Принцип супутникового телебачення. Шлях телевізійного сигналу починається у звичайній телестудії. По наземних лініях зв'язку він потрапляє на потужний передавач наземних станцій. Тут телевізійний сигнал ніби "грузять" на високочастотне випроміню­вання передавача та модулюють його. У наземних телесистемах використовують амплітудну модуляцію, у космічних перевагу віддано частотній модуляції, що дозволяє обійтись супутниковими переда­вачами меншої потужності.

Рис. 7.15. Загальний принцип супутникового телевізійного мовлення:

ЦФП- центр формування програм; ЗЛ - з'єднувальні лінії

з А_пр- антена приймальна; А„_ер- антена передавальна;

ШСЗ - штучний супутник Землі; НС- наземні станції;

РТЦ- радіопередавальні телевізійні центри; РТС - ретрансляційні

телевійзійні станції; РТР - ретранслятори; 777 - телевізійні приймачі;

МКТ- мережа кабельного телебачення

Антени земних передавальних станцій - це доволі громіздкі конструкції діаметром 5-12 м, що дозволяють формувати вузький радіопромінь. Цей сигнал передається на невелику приймальну антену супутника діаметром лише 1-2 м. Треба зазначити, що на супутник попадає лише незначна частина енергії радіопроменя, інша - розсіюється. Супутник виконує функції приймальної станції і передавального телецентру. Прийнятий супутником сигнал перетво­рюється по частоті, підсилюється і знову випромінюється переда­вальною антеною у напрямку Землі. Потужність супутникового передавача є невеликою і реально на 1 м² земної поверхні в зоні дії супутника припадає лише близько піковата енергії (іпВт = 10"¹² Вт). Потужність прийнятого Землею сигналу залежить не тільки від передавача, що є на супутнику, але й від розмірів наземної прий­мальної антени. Прийнятий із супутника сигнал подається на підсилення і далі потрапляє на приймальні пристрої.

Телевізійний сигнал з центру формування програм (ЦФП), по з'єднувальних лініях (ЗЛ) потрапляє на наземний передавальний пункт (Я/7/7), що випромінює його в бік супутника Землі виділеним для супутникової системи. Супутник-ретранслятор, прийнявши теле­візійний сигнал за допомогою приймальної антени (А_пр), пере-випромінює його за допомогою супутникової передавальної антени (Атр) У зону обслуговування (ЗО). У зоні обслуговування розта­шовується мережа наземних станцій (НС) трьох різних класів.

Наземні станції першого класу (НС-1) - це станції професійного прийому. Вони призначені для подачі телевізійних програм на місцеві радіопередавальні телевізійні центри (РТЦ) чи ретрансляційні телевізійні станції (РТС) великої і середньої потужності для наступної їх ретрансляції на абонентські телеприймачі (ТП).

Наземні станції другого класу (НС-2) - це станції колективного прийому. Вони призначені для подачі телевізійних програм на малопотужні ретранслятори (РТР), мережі кабельного телебачення (МКТ) чи інші засоби колективного прийому.

Наземні станції третього класу (НС-3) - це абонентські станції, які призначені для подачі телевізійних програм безпосередньо на індивідуальні чи групові абонентські телеприймачі (ТП).

Супутникове телебачення на відміну від наземного має ряд особливостей. При достатньому віддаленні супутників від Землі воно може обслуговувати дуже великі території. Якість сигналів, що приймаються, мало залежить від точки розташування земної станції в зоні обслуговування, від географії зони обслуговування, наявності гірських чи водних перешкод. Необхідно лише забезпечити пряму видимість супутника земною станцією.