Построение совместимых систем ЦТВ

Все вещательные системы цветного телевидения являются совместимыми. Это значит, что черно-белые телевизоры могут принимать передачи цветного телевидения, а цветные телевизоры – черно-белые передачи. Это также означает, что каналы связи для этих систем, по крайней мере, имеют одинаковую полосу пропускания. Основных систем ЦТВ три: NTSC (National Television System Committee), PAL (Phase Alternation Line), SECAM (Sequentiel de Couleurs avec Memoire).

Обычно рассматривают так называемую трехтрубочную систему, в которой с помощью цветоделительной оптики и трех одинаковых передающих трубок формируются три исходных видеосигнала – красный, зеленый и синий. Чтобы система была совместимой, совершенно необходимо из трех исходных сигналов E_R , E_G , E_B сформировать сигнал, эквивалентный видеосигналу черно-белого телевидения. Этот сигнал называется яркостным и для дневного освещения формируется матрицированием (рис. 14) в соответствии с уравнением

(12)

Именно по этому сигналу (после введения в него гасящих и синхронизирующих импульсов) работают черно-белые телевизоры.

*

E R E G · E Y E B

Для цветных телевизоров необходимо передать еще два сигнала из имеющихся трех исходных (третий будет лишним – он четвертый, считая и яркостный). Обычно не передают зеленый, восстанавливая его обратным матрицированием на приемном конце системы. Дело в том, что в зеленом цвете разрешающая способность нашего зрения самая высокая (почти как в черно-белом); в красном и синем она

Рис. 14. заметно ниже, а это означает в соответ-

ствии с (2) и (3), что сигнал зеленого
цвета окажется самым широкополосным.

Действительно, если определить верхнюю граничную частоту в соответствии с (2) и (3), она окажется для зеленого цвета около 4 МГц, для красного цвета около 1,5 МГц, а для синего – менее 1 МГц. Безусловно проще уплотнять канал черно-белого телевидения менее широкополосными сигналами E_R и E_B .

Эти сигналы передаются путем модуляции некоторой поднесущей частоты, выбранной (по крайней мере, в системах NTSC и PAL) таким образом, чтобы спектральные линии сигнала цветности (модулированного радиосигнала) легли в промежуток между спектральными линиями сигнала яркости, который представляет собой немодулированный видеосигнал (в системе SECAM перемежение спектров достигается с помощью коммутации фазы сигнала цветности). Частоту цветовой поднесущей выбирают высокой потому, что в области верхних частот спектра интенсивность спектральных линий яркостного сигнала уменьшается, следовательно, помеха от сигнала яркости в канал цветности будет меньше.

Конкретное значение частоты цветовой поднесущей в системе NTSC выбирают в соответствии с выражением

(13)

При таком выборе (нечетная полугармоника строчной частоты) помеха от сигнала цветовой поднесущей на экране телевизора будет иметь вид мелкого шахматного поля. При небольшой амплитуде поднесущей шахматное поле будет иметь малую контрастность, а поскольку полное число строк разложения Z во всех системах нечетное, в соседних кадрах темные и светлые клетки этого поля будут меняться местами. Поэтому с учетом инерционности нашего зрения помеха будет малозаметной.

В системе SECAM частоту цветовой поднесущей выбирают равной целочисленной гармонике строчной частоты. Чтобы превратить помеху от сигнала цветности в канал яркости из вертикальных полос в шахматное поле, на передающем конце производят коммутацию фазы цветовой поднесущей на 180° от строки к строке (такой закон коммутации использовался в ранних версиях системы SECAM; сегодня коммутацию осуществляют по более сложному закону). Конечный результат на экране телевизора будет тот же.

Для подавления перекрестных помех между красным и синим сигналами в системе NTSC используют квадратурную амплитудную модуляцию, разделяя в приемнике эти сигналы с помощью двух синхронных детекторов, опорные напряжения которых находятся в квадратуре (т.е. сдвинуты на 90°). Поскольку в системе SECAM используется частотная модуляция, здесь пошли другим путем: красный и синий сигналы передаются по очереди через строку. При таком варианте в приемнике для восстановления обратным матрицированием зеленого сигнала необходимо иметь элемент памяти на строку (недостающий для обратного матрицирования сигнал берется из предыдущей строки). В аналоговой схемотехнике это линия задержки на 64 мкс.

При чересстрочной развертке (Z нечетное) поочередность передачи красного и синего сигналов в системе SECAM приводит к тому, что полный период цветового телевизионного сигнала составляет 4 поля.

Предварительно отметим, что применяемая в системах NTSC и PAL квадратурная модуляция весьма чувствительна к нелинейности характеристик канала связи.

До сих пор мы считали, что кроме сигнала E _Y передаются сигналы E _R и
E _B . Но при передаче сигнала E _Y часть сигналов E _R и E _B уже была передана. Чтобы устранить избыточность сообщения, можно вычесть сигнал E _Y из сигналов E _R и E _B .

E _R – E _Y = E _R–Y = 0,7 E _R – 0,59 E _G – 0,11 E _B ; (14)

E _B – E _Y = E _B–Y = 0,89 E _B – 0,3 E _R – 0,59 E _G . (15)

В отличие от видеосигналов E _Y, E _R и E _B, которые являются принципиально однополярными, полученные цветоразностные сигналы E _R–Y и E _B–Y могут быть как положительными, так и отрицательными. Сумма трехцветных коэффициентов в уравнениях (14, 15) равна нулю, из чего следует, что на неокрашенных местах изображения цветоразностные сигналы также равны нулю. Насыщенность цвета в реальных сюжетах обычно заметно меньше 100%, поэтому и цветоразностные сигналы в среднем будут меньше, чем исходные цветоделенные сигналы, следовательно, и помеха от них (как друг другу, так и в канал яркости) будет меньше, чем от сигналов E_R и E_B .

Следует помнить, что цветоразностным сигналам не соответствуют никакие реальные цвета, т.е. в плоскости цветности на цветовой диаграмме они лежат за пределами локуса.