Система кольорового телебачення NTSC

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Телевізійні системи » Система кольорового телебачення NTSC

В основу системи покладена передача кольорорізницевих сигналів на піднесучий методом квадратурної модуляції. Даний метод полягає в сумуванні двох амплітудно-модульованих сигналів балансних модуляторів БМ1 і БМ2 (рис.1.13,а), які модулюють сигнали піднесучої частоти з фазами зміщеними на 90°. Це забезпечує взаємну незалежність вихідних сигналів внаслідок їх ортогональності (кожен з векторів проектується на сусідній у вигляді точки).

clip_image002

а) б)

Рис. 1.13 Блок-схема квадратурної модуляції.

Як відомо, при балансній модуляції у випадку ідентичності обох плечей ланцюгів модулятора, сигнал на виході останнього має місце лише при впливі сигналу, що модулює. При відсутності останнього немає і сигналу на виході, тобто коливання несучої частоти придушуються.

Нехай на балансний модулятор БМ1 подається напруга піднесучої Uпcoswпt і сигнал кольоровості Ur, а на БМ2 — піднесуча Uпsinwпt і сигнал кольоровості Ub (тут wп=2pfп — кутова частота піднесучої fп). Приймемо амплітуду піднесучої Uп=1. Тоді на виході модуляторів будемо мати напруги піднесучої, модульовані по амплітуді кольорорізницевими сигналами:

U1 = Ur cos wпt і U2 = Ub sin wпt.

Ці сигнали надходять у змішувач 1 і, складаючись лінійно, дають на виході останнього напругу:

Us = Ur coswпt + Ub sin wпt. (1.19)

Розділивши обидві частини рівняння (1.19) на clip_image004 одержимо

clip_image006.

Звертаючись до векторної діаграми (рис. 1.13,б), можна написати

clip_image008 і clip_image010,

тоді

clip_image012sinqcoswпt + cosqsinwпt = sin( wпt + q ),

і отже,

Us = clip_image004[1]sin(wпt + q ), (1.20)

де

q = arctg clip_image014. (1.21)

З виразу (1.20) видно, що на виході квадратурного модулятора є тільки один сигнал кольорової інформації Us з частотою піднесучої, модульованої кольорорізницевими сигналами Ur = UR-Y і Ub= UB-Y.

Далі сигнал Us змішується (змішувач 2) з сигналом яскравості UY і до модулятора радіопередавача надходить сумарний сигнал (сигнал кольорового зображення):

US = UY + US = UY + ïUsïsin(wпt + q). (1.22)

Виражаючи Us через його компоненти, відповідно до рівняння (1.19) отримаємо:

US = UY + UR-Ycoswпt + UB-Ysinwпt. (1.23)

Таким чином, амплітуда сигналу кольорової інформації ïUsï буде дорівнювати середньоквадратичному значенню кольорорізницевих сигналів UR-Y і UВ-Y, що при наявності сигналу яскравості UY буде відображати насиченість кольору переданого елемента. А що стосується колірного тону даного елементу, то він буде визначатися фазовим зрушенням q щодо вихідної фази піднесучої, причому кут q залежить не від абсолютних значень кольорорізницевих сигналів, а від їхнього відношення (1.21).

Для неспотвореної передачі кольорів на деталях середнього розміру спектр частот сигналів UR-Y та UB-Y повинен складати 1,5 МГц. Це легко зробити у європейському варіанті системи NTSC, де смуга частот телевізійного каналу має достатню ширину. В американському варіанті системи NTSC замість сигналів UR-Y та UB-Y їх лінійні комбінації UI та UQ:

UI = 0,74UR-Y – 0,27UB-Y,

UQ = 0,48UR-Y + 0,41UB-Y. (1.24)

Розташування від’ємних кольорів I та Q на діаграмі кольоровості надано на рис. 1.14. Вектори I та Q повернути на 33º відносно координатних висей UR-Y та UB-Y.

clip_image016

Рис. 1.14

Розглянемо умови, коли при подачі на балансові модулятори кольорорізницевих сигналів UR-Y і UВ-Y чи сигналів UІ і UQ на виході змішувача будемо мати той самий сигнал кольорової інформації Us. Отже, у випадку квадратурної модуляції піднесучої сигналами UІ і UQ вираз (1.19) для сигналу кольоровості прийме вигляд:

Us = UI cos(wпt + 33°) + UQ sin(wпt + 33°). (1.25)

Перетворимо рівняння (1.25) замінивши косинус і синус суми двох кутів їхніми тригонометричними виразами, ввівши чисельні значення cos33°=0,84 і sin 33°= 0,54:

Us = UI (0,84coswпt – 0,54sinwпt) + UQ (0,84sinwпt + 0,54coswпt).

Замінимо UІ і UQ виразами формули (1.24):

Us = 0,88UR-Ycoswпt + 0,49UB-Ysinwпt,

чи в іншій формі:

Us = clip_image018coswпt + clip_image020sinwпt. (1.26)

Рівняння (1.26) має велике практичне значення. Воно показує, що складові сигналу кольорової інформації при кодуванні I і Q складають clip_image022 і clip_image024 частини того ж сигналу, кодованого кольорорізницевими сигналами UR-Y та UB-Y. Коефіцієнти clip_image022[1] і clip_image024[1] називають коефіцієнтами компресії. Зобразимо рівняння (1.26) в іншому вигляді (з множником 0,88):

Us = 0,88(UR-Ycoswпt + 0,56UB-Ysinwпt).

Таким чином амплітуда і фазовий кут сигналу кольорової інформації будуть мати значення:

ïUsï = 0,88 clip_image026,

q = arctg clip_image028.

З рівняння (1.26) видно, що амплітуда сигналу кольорової інформації Us при кодуванні сигналами UR-Y і UВ-Y значно більша чим у випадку кодування сигналами UІ і UQ. Отже, при кодуванні сигналами UІ і UQ канал зв’язку використовується більш ефективно.

Досвід побудови системи кольорового телебачення в США показав, що ступінь скорочення смуги для кольорової інформації залежить від вибору основних кольорів передачі. Це зв’язано з тим фактом, що при зменшенні розмірів деталей суб’єктивне сприйняття їхнього кольору не відповідає реальному кольору. Це підтверджено експериментально. Колір малих деталей здається нам відповідною сумішшю помаранчево-червоного і блакитного. А з подальшим зменшенням кольорових деталей вони стають для нашого ока безбарвними, причому спочатку пропадають кольори сині (деталі стають сірими з еквівалентною яскравістю. Тому доцільно забезпечити, насамперед, передачу деталей із синьо-зеленими і помаранчево-червоними відтінками яки зберігають своє фарбування при менших розмірах. Для цього треба виконати дві умови: по-перше, одну з осей первинних кольорів передачі, наприклад вісь I, розташувати саме в області синьо-зелених і помаранчево-червоних кольорів, по-друге, для передачі останніх мати більш широку смугу частот, ніж для інших кольорів. Таким чином смуга частот у 1,4 МГц зберігається тільки для сигналу UІ, а для сигналу UQ скорочується до 0,5 МГц.

На рис. 1.15 наведена схема смуги частот, яку займає телевізійний сигнал американського варіанту системи NTSC. Верхня бокова смуга спектру сигналу UІ, частково придушується, що призводить до деяких спотворень кольору на самих мілких деталях зображення.

clip_image030

Рис. 1.15

Смуга частот телевізійного сигналу системи NTSC

З рис. 1.14 випливає, що кожному кольору відповідає свій фазовий кут піднесучої. Зміна останнього незалежно від способу кодування веде до зміни кольору. Ця обставина вимагає лінійності фазової характеристики всього тракту передачі. Експериментально встановлений допуск на зміну фазового кута в ±5°, коли око ще не розрізняє зміни кольору.

На рис. 1.16 наведена структурна схема пристрою кодування телевізійного сигналу в системі NTSC.

clip_image032

Рис. 1.16

Сигнали UR , UG , UB надходять в матрицю кодування М, де перетворюються в сигнали UY , UI , UQ . Сигнал яскравості проходить через фільтр ФY зі смугою проходження 0 – 4,2 МГц, а сигнали UI та UQ – через фільтри ФI та ФQ зі смугами проходження 0 – 1,4 і 0 – 0,5 МГц відповідно.

З виходу фільтрів сигнали UI та UQ надходять на відповідні балансні модулятори, на які надходить також сигнал з генератора частоти піднесучої ГП, причому на БМI – безпосередньо, а на БМQ – через фазоповертач ФП, який повертає фазу сигналу піднесучої на 90º. З виходу модуляторів сигнали надходять у змішувач (суматор) Зм1, де в результаті складання дають сигнал кольоровості US .

На виході суматора Зм2 утворюється повний телевізійний сигнал UΣ за рахунок складання сигналу яскравості UY , сигналу кольоровості US та сигналу синхронізації від синхрогенератора СГ. Для того щоб урівняти час проходження сигналів у вузькосмуговому каналі Q і більш широкосмугових каналах I та Y, в останніх сигнали додатково проходять через лінії затримки ЛЗI (0,5 мкс) та ЛЗY (0,7 мкс).

Сигнал US надає інформацію тільки про модуль результуючого вектора і не має інформації про його фазу, тому в системі NTSC інформація про фазу кольорової піднесучої передається за допомогою додаткових імпульсів (“спалаху”) у розмірі восьмі періодів сигналу кольорової піднесучої, які розташовуються на полиці рядкового гасячого імпульсу.

Структурна схема кольорового телевізора системи NTSC наведена на рис. 1.17. В схемі є вузли загальні для кольорового та монохромного приймачів: радіочастотний блок РБ, відеодетектор ВД, підсилювач відеосигналу ПВС, блок розгортки БР і канал звуку КЗ.

clip_image034

Рис. 1.17

Найбільш специфічним вузлом кольорового телевізора є блок кольоровості БК. З повного телевізійного сигналу UΣ смуговим підсилювачем СП відокремлюється кольоровий сигнал US , який надходить на два синхронні детектори СДI та СДQ . На ці ж детектори надходить сигнал від місцевого генератора піднесучої ГП, причому на СДI – безпосередньо, а на СДQ – зі зсувом фази на 90º через фазоповертач ФП. В результаті синхронного детектування із сигналу US відокремлюються сигнали UI та UQ . Сигнал піднесучої, який генерує ГП, повинен бути синхронним та синфазним з сигналом піднесучої передавача. Це досягається підстройкою частоти ГП за “спалахом” піднесучої за допомогою вузькосмугового резонансного підсилювача “спалаху” ПС, призначеного для відокремлення із повного телевізійного сигналу “спалаху” піднесучої, фазового детектору ФД і елемента управління УЕ. Перед подачею на матрицю декодування М сигнали UI та UY проходять через лінії затримки ЛЗI та ЛЗY.

Оставьте комментарий к статье