Принципы передачи и воспроизведения в цвете

Объяснить принцип приема информации в цвете. Приведите структурную электрическую схему декодирующего устройства системы SEKAM.

Цветное зрение. Техника цветного телевидения значительно сложнее, чем черно-белого. Однако существенные преимущества цветного изображения — его несравненно большие выразительность, естественность, определенность и отчетливость — оправдывают это усложнение. Для многих передач цвет является совершенно необходимым компонентом.

Установлено, что человеческий глаз различает до 180 цветовых тонов. Может сложиться мнение, что для передачи всей гаммы цветовых топов нужно иметь канал связи, обладающий в 180 раз большей пропускной способностью, чем обычный черно-белый канал. Однако это не так. Замечательное свойство глаза — трехцветное зрение — позволяет обходиться только трехкратным увеличением пропускной способности цветного канала по сравнению с черно-белым (применение специальных технических мер, которые рассматриваются дальше, дает возможность еще больше сократить необходимую пропускную способность).

Идея теории трехкомпонентного цветового зрения, на которой основана система современного цветного телевидения, впервые была высказана М. В. Ломоносовым. Затем эту теорию обстоятельно развил Г. Гельмгольц.

Согласно данной теории в сетчатой оболочке человеческого глаза имеются три типа колбочек, обладающих различной спектральной чувствительностью. Возбуждение колбочек одного типа дает ощущение красного цвета, другого — зеленого и третьего — синего цвета. Световые лучи, падающие от наблюдаемого объекта на сетчатку, воздействуют одновременно на колбочки всех типов. Лучи белого цвета возбуждают в одинаковой степени все колбочки. При неодинаковой степени возбуждения различных колбочек возникает ощущение цветного изображения. Красный, зеленый и синий цвета называются основными. Они взаимонезависимы, так как ни один из них нельзя получить путем сложения двух других. Все остальные цвета получаются в результате одновременного воздействия насетчатку световых колебаний трех основных цветов, взятых в определенном количественном соотношении.

Из теории трехкомпонентного цветного зрения можно сделать вывод, что для передачи цветного изображения необходимо:

а) разложить изображение на три основных цвета: красный, зеленый и синий;

б) преобразовать три цветовых изображения в электрические сигналы;

в) передать электрические сигналы в приемник и преобразовать их в оптические изображения красного, зеленого и синего цветов;

г) смешать все три цветовых сигнала в один.

Различают поочередные и одновременные системы разложения и сложения цветов для передачи цветного изображения. При поочередной системе все три сигнала основного цвета передаются последовательно по одному и тому же каналу связи. При одновременной системе все три сигнала основного цвета передаются одновременно по разным каналам связи.

При выборе принципа передачи цветного изображения основным является требование совместимости. Под термином «совместимость» понимаются возможность приема цветных программ в черно-белом виде на обычные телевизоры и возможность использования многочисленного и дорогостоящего оборудования действующих сейчас телевизионных станций и особенно линий междугородной связи для передачи цветных программ. Кроме того, цветные телевизоры должны обеспечивать прием черно-белых программ.

Для удовлетворения принципа совместимости необходимо, чтобы параметры цветного телевидения были такими же, как и чёрно-белого: частота кадров 25 Гц, ширина полосы частот сигнала изображения не превышает 6,5 МГц, число строк 625. В составе сигнала цветного телевидения должен быть такой сигнал, который на экране черно-белого телевизора давал бы нормальное черно-белое изображение. Следовательно, одним из сигналов изображения цветного телевидения должен быть яркостный сигнал Y.

При поочередной системе для устранения мельканий вместо 25 кадров приходится передавать 75 кадров в секунду При одинаковом числе строк в кадре данная система цветного телевидения имеет в 3 раза более широкую полосу частот сигнала изображения по сравнению с черно-белым телевидением. Передавать и принимать такую широкую полосу частот при использовании радиоканала технически трудно. В телевизионном вещании поочередная система цветного телевидения не применяется, в отличие от прикладных телевизионных систем.

Одновременная система цветного телевидения на первый взгляд требует расширения спектра частот в 4 раза, так как необходимо передать яркостный сигнал Y и сигналы цветности — красный R, зеленый G, синий В. Рассмотрим, каким образом удалось сократить полосу частот в современной системе цветного телевидения.

Как известно, яркостный сигнал является суммой сигналов цветности: Y = 0,59G + 0,37R + 0,11B. Поскольку в яркостном сигнале содержится 59% зеленого, специальный сигнал зеленого можно не передавать. При этом будет обеспечиваться совместимость (за счет передачи яркостного сигнала) и число сигналов сокращается до трех: яркостного, красного и синего.

Дальнейшее сужение полосы частот может быть достигнуто за счет свойства цветного зрения. Известно, что при малых углах зрения мелкоокрашенные детали воспринимаются глазом как черно-белые. Следовательно, их можно передавать с помощью только одного сигнала, подобного сигналу черно-белого телевидения. Ранее отмечалось, что мелким деталям изображения соответствуют высокие частоты, крупным — сравнительно низкие. Опытным путем было установлено, что для передачи цветных де­талей изображения достаточна полоса частот шириной всего около 1,5 МГц.

Кроме того, сигналы красного и синего цветов помимо информации о цветовом тоне и насыщенности несут информацию о яркости данного участка изображения, которая является совершенно излишней, поскольку уже имеется специальный яркостный сигнал. Поэтому вместо сигналов красного и синего цветов целесообразно передавать так называемые цветоразностные сигналы R—Y и В—Y, не несущие информации о яркости. Эти сигналы называются сигналами цветности.

Рассматривая спектр телевизионного сигнала, видно, что при построчной передаче изображения спектр яркостного сигнала оказывается дискретным и в нем имеются свободные от сигнала участки. Так как полоса частот сигналов цветности существенно сокращена, появляется возможность уплотнить канал связи этими сигналами, разместив их в свободных участках спектра. Это достигается соответствующим выбором поднесущей сигналов цветности f_под (рис. 5.1).

Сигналы цветности в пределах свободного участка спектра могут передаваться одновременно и последовательно.

В системе NTSC, принятой в США, Канаде, Японии и других странах, два цветоразностных сигнала передаются одновременно с помощью амплитудной модуляции двух колебаний поднесущей частоты с фазами 0 и 90° (квадратурная модуляция). Результирующее колебание поднесущей имеет амплитудно-фазовую модуляцию, причем его амплитуда определяется насыщенностью цвета, а фаза — цветовым тоном Основным недостатком системы является жесткое требование к частотно-фазовым характеристикам всех звеньев телевизионного тракта, так как любое нарушение фазы передаваемого сигнала приводит к искажению цветового тона. Этот недостаток в некоторой степени устранен в системе PAL, являющейся разновидностью NTSC и использующейся в ФРГ, ряде стран Западной Европы и Австралии.

В России и других бывших социалистических стран, а также во Франции, в качестве стандартной системы принята система SEKAM. Данная система является последовательно-одновременной системой цветного телевидения, так как преобразование цветного изображения в три первичных сигнала R, G и Впроисходит одновременно, а передача по линии связи двух цветоразностных сигналов осуществляется поочередно. Яркостный сигнал в системе SEKAM передается непрерывно, а передача цветоразностных сигналов — поочередно (через строку): в течение одной строки передается сигнал B—Y, а в течение другой строки — R—Y.

Для поочередной передачи во времени цветоразностных сигналов (рис. 5.,а) в кодирующей матрице (КМ) включается электронный коммутатор (ЭК).

Рис 5. 1. Спектр видеосигнала при передаче цветного изображения

Рис 5.2. Упрощенная структурная схема системы SEKAM: а — передающая часть; б — приемная часть

К его входам от кодирующей матрицы подводятся сигналы R—Υи В—Υ.При переключении ЭК в момент обратного хода строчной развертки на его выходе появляется сигнал с чередующимися цветами.

Полученный в результате коммутации цветоразностный сигнал после некоторой обработки используется для модуляции цветовой поднесущей. Промодулированная поднесущая смешивается с сигналом яркости Y, в результате чего получается цветовой телевизионный сигнал.

В декодирующем устройстве (рис. 5. 2, б) ставятся линия задержки (ЛЗ) на длительность одной строки (64мкс) и электронный коммутатор. На входы последнего поступают сигналы цветности с входа и выхода линии задержки. В результате в каждый момент на входе коммутатора имеются два цветоразностных сигнала: один, который действительно передается в данное время на данной строке (например, R—Y), и другой, который передавался во время предыдущей строки, но был задержан в линии задержки. Поскольку выходы коммутатора подключаются к каждому из его входов через строку, то на соответствующем выходе коммутатора выделяется только один вид цветоразностного сигнала.

На одном из выходов коммутатора выделяется цветовая поднесущая сигнала R—Y, а на втором — В—Y. Правильное распределение сигналов возможно при синфазной и синхронной работе коммутаторов кодирующего и декодирующего устройств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Блиндер Е.М., Телевидение. М., 1989.

2. Катунин Г.П., Телекоммутационные системы и сети. Н., 2000.

3. Шувалов В.П. Системы электросвязи. М., 1987.

Дата добавления: 2014-11-29