Телевизионного стандарта и формата видеозаписи

Многообразие видеозаписывающей аппаратуры обусловлено как различными системами кодирования цвета, так и разными стандар­тами разложения изображения.

Под системой цветного телевидения понимают совокуп­ность технических средств, применяемых для передачи цветно­го изображения с определенным способом кодирования и пара­метрами телевизионного сигнала.

В настоящее время применяются три совместимые системы ко­дирования цвета: NTSC, PAL, SECAM, имеющие 14 стандартов по передаче сигналов и развертки. Отличия между системами цветно­го телевидения заключаются в методах кодирования телевизионно­го сигнала. Такой сигнал содержит информацию о яркости каждой точки изображения и ее цвете, причем цветовая информация до­бавляется к яркостному сигналу путем его модуляции¹ по амплиту­де или частоте (табл. 31).

Таблица 31

Основные характеристики телевизионных систем

Характеристики систем	Телевизионная система
NTSC	PAL	SECAM
Вертикальная частота развертки, Гц
Горизонтальная частота развертки, кГц	15,374	15,625	15,625
Число строк в кадре
Число видимых (активных) строк в кадре			-
Тип модуляции цветовой составляющей	Амплитудная	Амплитудная	Частотная

¹ Модуляция колебаний — изменение какого-либо из параметров периодических колебаний (амплитуды, частоты или фазы). Амплитудная и частотная модуляции используются для передачи звука и видеоизображений.

Исходные RGB-видеосигналы в телевидении перед передачей преобразуют (кодируют) в сигнал яркости Y и два цветоразностных сигнала U и V:

Y = 0. 299R + 0. 587G + 0. 114В, U = R - Y, V = В - Y,

при этом U и V передаются с разрешением, в два раза меньшим, чем Y.

Выбор вышеуказанных коэффициентов преобразования опре­деляется жестким требованием двусторонней совместимости чер­но-белых и цветных приемников — яркостной сигнал Y совпадает с формируемым в ч/б системах, ч/б приемники воспринимают только его. Что касается цветовых сигналов U и V, то они добавляются к яркостному путем модуляции специального гармонического сигнала (цветовой поднесущей) на частоте, лежащей в пределах спектра сигнала Y. В результате полосы яркостного и полного видеосигнала совпадают.

Модуляция информации о цвете может осуществляться по ам­плитуде, фазе или частоте согласно U- и V-значениям. При приеме для точного определения величин модуляции необходима привязка к опорной несущей. Для этого в начале каждой строки передаются пакеты немодулированной несущей — так называемые синхроим­пульсы. Таким образом, телевизионный видеосигнал, с определен­ными оговорками, представляет собой композицию трех сигналов Y, U, V и синхроимпульсов. Такой сигнал называют композитным.

При приеме в цветном телевизоре осуществляется обратный процесс восстановления (декодирования):

R = Y + U, B = Y + V, G = Y-0. 509U - 0. 194V.

Рассмотрим особенности систем кодирования.

NTSC (National Television System Color — Национальный ко­митет телевизионных систем) — первая система цветного телеви­дения, нашедшая практическое применение. Она была разработа­на в США и уже в 1953 г. принята для вещания. В настоящее время вещание по этой системе ведется также в Канаде, большинстве стран Центральной и Южной Америки (Чили, Боливии, Перу, Эква­доре, Венесуэле), Японии, Южной Корее и Тайване. Именно при ее создании были выработаны основные принципы передачи цвета в телевидении. В NTSC каждая телевизионная строка содержит со­ставляющую яркости и два сигнала цветности.

Цветоразностные сигналы передаются путем амплитудной мо­дуляции поднесущих на одной и той же частоте, но с фазовым сдвигом в 90°. Последнее обстоятельство является принципиально важным для разделения сигналов при приеме. Однако из-за неиз­бежных нелинейных искажений в канале передачи поднесущие оказываются промодулированными сигналом яркости как по ампли­туде, так и по фазе.

Данная система не позволяет компенсировать фазовые погреш­ности, возникающие при передаче цветовых сигналов, и приводит к искажению цвета в изображении. В результате в зависимости от яркости участков изображений изменяется их цветовой тон. Напри­мер, человеческие лица на изображении окрашиваются в краснова­тый цвет в тенях и в зеленоватый — на освещенных участках. Это и является основным недостатком системы NTSC.

PAL (Phase Alternation Line — строка с переменной фазой) — система цветного телевидения, предложенная фирмой Telefunken (Германия) в 1963 г.

Данная система создана из-за необходимости компенсировать фазовые сдвиги в сигнале. Система PAL принята в большинстве стран Западной Европы (Германии, Великобритании, Скандинав­ских странах, Швейцарии, Испании, Португалии), Африки и Азии, включая Китай, Австралию и Новую Зеландию.

SECAM (Sequentiel Couleur a Memoire — последовательная передача цветов с запоминанием) — была предложена во Франции еще в 1954 г., но регулярное вещание после длительных доработок было начато только в 1967 г. одновременно во Франции и СССР. В настоящее время она принята также в Восточной Европе, России, Франции, Греции, Италии, Монако, Люксембурге, Иране, Ираке и некоторых других странах. Цветовой тон и насыщенность не зави­сят от освещенности, но на участках с резким переходом яркостей возникают цветовые окантовки. Обычно после ярких участков изо­бражение окантовывается в синий цвет, а после темных — в желтый.

Помимо информации об изображении для формирования полно­го телевизионного сигнала необходимо звуковое сопровождение. В рамках одной телевизионной системы существуют различия, свя­занные с конкретной шириной спектра видеосигнала и его разносом со звуковой частью и т. д. Системы цветного телевидения работают в определенных телевизионных стандартах.

Телевизионным стандартом цветного телевидения назы­вается совокупность нормированных характеристик и парамет­ров телевизионного сигнала.

Всего в мире было разработано четырнадцать стандартов теле­визионного вещания, которые обозначаются: А, В, С, D, E, F, G, Н, I, К, К1, L, М, N (стандарты А, С, Е, F и К1 в настоящее время отме­нены).

В России принят стандарт SECAM D/K (первая буква относится к диапазону метровых волн, вторая — дециметровых), во Франции — SECAM E/L, Германии — PAL B/G, Англии — PAL A/I, Бельгии — PAL В/Н, Бразилии — PAL М/М, Китае — PAL D/K, в США, Японии и Тайване —NTSC М/М.

Телевизионные сигналы, соответствующие стандартам разных стран, существенно отличаются. Для обеспечения совместимости ви­деоустройств телевизионный сигнал подают на декодер. С 1985 г. во всех странах Европы выпускается видео- и телевизионная аппаратура (видеокамеры, видеомагнитофоны, телевизоры и т. д.), соответст­вующая одновременно двум системам телевидения PAL/SECAM. Перечисленные выше характеристики относятся как к телевизион­ной, так и видеозаписывающей аппаратуре.

Помимо принадлежности к определенной системе кодирования цвета и стандарту видеозаписывающая аппаратура характеризует­ся не менее важным параметром — форматом видеозаписи.

Формат видеозаписи — система расположения на поверхно­сти рабочего слоя магнитной ленты серии строчек и дорожек, сохраняющих информацию о записанном видео- и аудиосигнале. Формат записи определяет технологию записи и считывания информации.

Существует большое количество форматов видеозаписи. Наи­более распространенные форматы видеозаписи предусматривают наклонно-строчную структуру записи. Они применяются как в про­фессиональной аппаратуре, так и в бытовой. Большее распростра­нение они нашли в полупрофессиональных и бытовых видеокаме­рах и видеомагнитофонах. К ним относят, например, форматы VHS (Video Home System), Betacam, Betamax и др. Отличительная осо­бенность этих форматов состоит в том, что благодаря наклону строчек записи удается на каждой строке записать полный полу­кадр, что имеет ряд достоинств. Одним из них является простота реализации режима стоп-кадра (путем остановки ленты).

В видеокамерах и видеомагнитофонах формата VHS использу­ется лента шириной 12,65 мм в стандартной кассете (например, европейского типоразмера Е-180, которая вмещает 258 м ленты и обеспечивает трехчасовую запись в системах PAL или SECAM). Расположение дорожек и строчек записи приведено на рис. 233.

Рис. 233. Структура записи в формате VHS:

1 — сигналы управления; 2— строчка ТВ сигнала;

3 — звуковые дорожки

Сигнал изображения записывается двумя видеоголовками, на­ходящимися в одной плоскости под углом 180° на диске диаметром 62 ± 0,01 мм. Частота вращения диска с видеоголовками 1500 об/мин. Рабочие зазоры развернуты под углом ±6°. Каждая видео­головка записывает одно поле изображения, следовательно, за один оборот диска записывается полный телевизионный кадр. Ви­деоголовки переключаются сигналом датчика оборотов. Угол кон­такта диска с лентой несколько превышает 180°. Угол наклона строчек записи к краю ленты 5°57'50,3», скорость ленты 23,39 мм/с, скорость видеоголовка — лента 4,84 м/с.

Кроме наклонных дорожек сигнала изображения на магнитную ленту записывается звуковое сопровождение и сигналы управле­ния. Звуковое сопровождение записывается неподвижной магнит­ной головкой записи звука на продольной дорожке по верхней час-

ти магнитной ленты. Нижнюю часть ленты занимает дорожка для записи управляющего сигнала. Управляющий сигнал содержит ин­формацию о скорости и взаимном положении ленты и головки при записи. Это необходимо для того, чтобы при воспроизведении ви­деоголовка точно следовала по наклонной строке записи.