2.2. Телевизионные системы, их устройство, принцип действия и назначение. Системы кодирования цвета

Телевизионное изображение воспроизводится путем последовательного сканирования электронными лучами экрана, покрытого электролюминесцирующим веществом. Сканирование происходит слева-направо вдоль горизонтальных линий (телевизионных строк) и сверху вниз по строкам.

Установлено, что для восприятия человеческим глазом этой совокупности как целого она должна обновляться не реже 50 раз каждую секунду (50 Гц). В телевидении был реализован чересстрочный режим развертки, при котором за каждый проход луч пробегает только половину линий - сначала четные, затем - нечетные. Таким 44

образом, каждый телевизионный кадр оказывается разделенным на два полукадра - их называют полями. В результате, когда мы говорим о вертикальной частоте в 50 Гц, кадровая оказывается в два раза меньше - 25 Гц. На рис. 11 представлена структурная схема телевизионного приемника (приемной телевизионной системы). Принятые антенной высокочастотные электромагнитные колебания (радиоволны) усиливаются в радиоприемном устройстве и преобразуются в видеосигналы. Усилитель видеосигнала обеспечивает усиление сигналов, поступающих от радиоприемного устройства или от других устройств на низкочастотный вход до уровня, необходимого для подачи их на кинескоп. Кинескоп преобразует электрические сигналы в видимое изображение.

Блок разверток управляет работой кинескопа. Вместе с изображением в телевизоре через усилитель звука воспроизводится и звуковое сопровождение.

Рис. 11. Структурная схема цветного телевизора: 1 -радиоприемное

устройство, 2 - усилитель видеосигнала, 3 - электронно-лучевая трубка

(кинескоп), 4 - блок разверток, 5 - низкочастотный вход,

6 - усилитель звука, 7 - громкоговоритель

45

Для просмотра видеофильмов к телевизору подключается видеомагнитофон или видеокамера через антенный вход либо через вход «Видео». Видеомонитор отличается от телевизора отсутствием радиоприемного устройства.

В основе получения изображения на экране телевизора, также как и в киноизображении, лежит инерционность восприятия человеком световых раздражений. Для обычно встречающихся условий наблюдения время нарастания зрительного ощущения около 0,1 с, а время сохранения светового возбуждения примерно 0,4...1,0 с после окончания действия светового раздражителя (наиболее быстро затухают ощущения от красного цвета, затем зеленого и синего).

Это свойство зрения позволяет производить поэлементную развертку изображения от строки к строке и от одного полукадра к другому, то есть изображение принимается по частям в виде быст-росменяющейся последовательности строк и кадров. Согласно телевизионному стандарту, используемому в нашей и ряде других стран, изображение раскладывается на 625 строк при 25 кадрах в секунду.

Таким образом, благодаря инерционности зрения физически дискретная развертка изображения воспринимается как цельное изображение. Инерционность зрения позволила при помощи одного канала связи поочередно, поэлементно воспроизводить изображение.

Все телевизионные камеры и другие технические датчики цветных изображений формируют три сигнала - R, G, В, а в телевизионных и компьютерных мониторах экран одновременно сканируют три электронных луча, вызывая световые вспышки красного, зеленого и синего цветов. Глаз же при этом воспринимает только результирующее изображение во всем богатстве цветов реального мира. В то же время, для передачи цветного изображения через эфир, технически эффективнее кодировать цвет иным образом.

Известно, что глаз человека менее чувствителен к пространственным изменениям оттенков цвета, чем к изменениям яркости. Поэтому цветовая информация может передаваться с меньшей пространственной четкостью (разрешением). В результате исходные RGB-видеосигналы в телевидении перед передачей преобразуют

46

(кодируют) в сигнал яркости Y и два цветоразностных сигнала U и V:

Y = 0,3*R + 0,59*G + 0,11*В;

U = R-Y;

V = В - Y,

при этом U и V передаются с разрешением в два раза меньшим, чем Y. Такое уменьшение объема передаваемой информации позволяет строить более дешевые системы. Выбор коэффициентов преобразования (в формуле для яркостного сигнала Y) определяется требованием двусторонней совместимости черно-белых и цветных приемников: яркостной сигнал Y совпадает с аналогичным, формируемым в черно-белых системах и поэтому такие телевизионные приемники воспринимают только его (из всего «цветного» сигнала). Цветовые сигналы U и V добавляются к яркостному сигналу введением специального гармонического сигнала - цветовой поднесущей. При приеме для точного разделения трех указанных сигналов (Y, U и V) в начале каждой строки и кадра передаются 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) сигналов трех цветов (R, G, В).

В мире приняты и практически используются три совместимых системы цветного телевидения (ЦТ): NTSC (HTCK), PAL (ПАЛ), SECAM (СЕКАМ). Основные различия между ними заключаются в конкретных методах кодирования телевизионного сигнала (системы кодирования цвета).

Система ЦТ представляет собой совокупность технических средств, применяемых для передачи изображения с определенным способом кодирования и параметрами телевизионного сигнала.

Основная трудность, которую преодолели разработчики систем цветного телевидения - это совмещение их с системами черно-белого телевидения.

47

6...8 МГц. Поэтому во всех разработанных системах ЦТ передают сигнал яркости Y и цветоразностные сигналы R-Y и B-Y, а сигнал зеленого цвета G получают в телевизоре из сигналов Y, R-Y и B-Y. Основное различие между системами заключается в способе передачи цветоразностных сигналов.

Система NTSC (англ. National Television System Commitee) предложена в США в 1954 г., в настоящее время применяется в США, Канаде, Японии, на Кубе, в Корее и в странах Латинской Америки. Именно при ее создании были выработаны основные принципы передачи цвета в телевидении. Стандарт разложения изображения: 525 строк и 60 полукадров в секунду.

Цветоразностные сигналы передаются путем амплитудной модуляции поднесущих на одной и той же частоте, но с фазовым сдвигом на 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. В результате в зависимости от яркости участков изображений изменяются 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.

С целью его устранения немецкой фирмой «Telefunken» в 1963 г. была разработана система PAL (англ. Phase Alternation Line - перемена фазы по строкам). Стандарт разложения изображения: 625 строк и 50 полукадров в секунду.

Здесь использована аналогичная амплитудная модуляция цветоразностных сигналов с фазовым сдвигом на 90°, но через строку дополнительно производится изменение знака амплитуды составляющей EU. При восстановлении в декодере цветовые составляющие надежно разделяются сложением/вычитанием сигналов цветности последовательных телевизионных строк, и паразитная ярко- | стная модуляция приводит лишь к некоторому изменению цветовой насыщенности.

48

ния. Система PAL принята в большинстве стран Западной Европы, Африки и Азии, включая Китай. Австралию и Новую Зеландию.

Система SECAM (фр. Sequentiel Couleur A\' Memoire - пооче-редность цветов с памятью) первоначально была предложена во Франции еще в 1954 г., но регулярное вещание после длительных доработок было начато только в 1967 одновременно во Франции и СССР. В настоящее время она принята также в Восточной Европе, Монако, Люксембурге, Иране, Ираке и некоторых других странах. Стандарт разложения изображения: 625 строк и 50 полукадров в секунду.

Основная особенность системы - поочередная (через строку) передача цветоразностных сигналов с дальнейшим восстановлением в декодере путем повторения строк. При этом в отличие от PAL и NTSC используется частотная модуляция поднесущих. В результате цветовой тон и насыщенность не зависят от освещенности, но на резких переходах яркости возникают цветовые окантовки. Обычно после ярких участков изображения окантовка имеет синий цвет, а после темных - желтый. Кроме того, как и в системе PAL, цветовая четкость по вертикали снижена вдвое.

Таковы общие принципы кодирования цвета в различных видеосистемах телевидения.

Системы цветного телевидения работают в определенных телевизионных стандартах.

Телевизионным стандартом ЦТ называется совокупность нормированных характеристик и параметров телевизионного сигнала.

Дело в том, что для формирования полного телевизионного сигнала к видеосигналу необходимо добавить звуковой сигнал, а полученный так называемый низкочастотный телевизионный сигнал передать через эфир путем модуляции одной из доступных радиочастот (48.5...66 МГц - первый частотный диапазон, 76...100 МГц - второй частотный диапазон, 174...230 МГц - третий частотный диапазон, 470...790 МГц - четвертый частотный диапазон). И здесь даже в рамках одной системы существуют различия, связанные с конкретной шириной спектра видеосигнала и его разносом со звуковой частью, полярностью амплитудной модуляции сигнала изображения и типом модуляции сигнала звука.

49

Нелишне напомнить, что в России принят стандарт SECAM D/K (первая буква относится к диапазону метровых волн, вторая -дециметровых), во Франции - SECAM E/L, Монако - SECAM C/L, Иране - SECAM В, Германии - PAL B/G, Англии - PAL A/I, Бельгии - PAL B/H, Бразилии - PAL M/M, Китае - PAL D/K, в США, Японии и Тайване -NTSC М/М.

С точки зрения модуляции радиосигналов отличий между PAL D/K и SECAM D/K нет. Это позволяет использовать телевизионный тюнер, настроенный на PAL D/K, для выделения сигнала SECAM из высокочастотного сигнала. Очевидно, что полученный при этом низкочастотный сигнал все же необходимо подавать именно на SECAM-декодер.

50