Передача сигналів кольору у спектрі сигналу яскравості.

У системах кольорового телебачення в якості опорного рівносигнального кольору обраний стандартний білий, якому задовольняє умова:

= = . (1.15)

Рівняння яскравості для джерела випромінювання білого кольору має наступний вигляд:

= 0,3+ 0,59+ 0,11. (1.16)

З чотирьох сигналів рівняння (1.16) достатньо передати тільки три – сигнал яскравості (він необхідний в системах чорно-білого телебачення) та два будь яких сигналів основних кольорів. Але при виборі в якості сигналів кольору , або , незважаючи на відсутність кольорових деталей в зображенні, сигнали в кольоровому каналі не будуть рівнятися нулю, оскільки згідно з (1.16) червоний сигнал несе 30% інформації за яскравість, зелений – 59%, синій – 11%. Тобто надлишкова інформація за яскравість буде дублюватися в кольоровому каналі, що створить додаткові завади на екрані телевізора. Щоб уникнути складової яскравості віднімемо сигнал з лівої та правої частки рівняння (1.16), попередньо записавши сигнал , як

= 0,3+ 0,59+ 0,11,

тоді отримаємо:

0 = 0,3(–) + 0,59(–) + 0,11(–). (1.17)

Сигнали –, –, – називаються кольорорізницевими та позначаються , і .

При передачі еталонного білого кольору згідно (1.15) і (1.16) = = = 1, = 1, тому –=–=–= 0 і, виходячи з цього, сигнали в кольоровому каналі дорівнюють нулю, що забезпечує високу завадостійкість при передачі чорно-білих деталей.

Необхідно з трьох кольорорізницевих сигналів для передачі обрати два. Розв’яжемо рівняння (1.17) відносно кожного кольорорізницевого сигналу:

= -1,97– 0,37,

= – 0,51– 0,19, (1.18)

= – 2,73– 5,4.

З рівнянь (1.18) видно, що сигнали та більші ніж , тому для підвищення завадостійкості передають сигнали та . Таким чином для одержання кольорового зображення необхідно і достатньо передати три сигнали: яскравості Е_Y і два кольорорізницевих Е_R-Y і Е_B-Y, причому смуга частот кольорорізницевих сигналів становить всього 1,5 МГц за рахунок усунення з них складової сигналу яскравості. Щоб не виходити за межі стандартної смуги частот, модуляційні спектри названих сигналів повинні бути сполучені. З метою зведення до мінімуму перешкод від биття частот, що сполучаються, можна обмежитися однією кольоровою піднесучою, модулюючи її сигналами Е_R-Y та Е_B-Y по черзі, чи в квадратурі. Виконати вимогу обмеження смуги частот можна лише спираючись на статистичні методи зв’язку і специфіку телевізійної передачі. Насамперед, слід зазначити, що порядкова розгортка зображень приводить до зосередження основної енергії сигналів по спектру в зонах рядкової частоти і її гармонік, залишаючи частково вільними проміжки між ними. Це вказує на можливість ущільнити спектр частот заповненням вільних проміжків сигналами кольорової інформації шляхом введення піднесучих.

Якщо кольорову піднесучу f_п (рис. 1.12) розмістити у вільний частотний проміжок, то і всі частоти модульованих коливань також розмістяться на вільних ділянках спектру.

Рис. 1.12 Зразкове сполучення спектрів частот сигналів яскравості та кольору.

Таке сполучення частотних спектрів можливе лише при визначеному виборі частоти піднесучої f_п, а саме — вона повинна бути непарною гармонікою половини рядкової частоти:

f_п = (2m + 1) ,

де m — ціле число.

Вибір частоти піднесучої і смуги частот для кольорорізницевих сигналів. Повний сигнал кольорового зображення займає стандартну смугу частот чорно-білого телебачення. За цією смугою частот, що визначає чіткість зображення, передається сигнал яскравості Е_Y.

Що стосується сигналів кольоровості Е_R-Y і Е_B-Y, вони передаються зі зниженою смугою частот, модулюючи піднесучу, розміщену всередині спектра сигналу Е_Y. При цьому обидва сигнали передаються з двома бічними смугами, щоб уникнути зайвих перехресних спотворювань. Найвища частота відеосигналів у силу законів модуляції не повинна перевищувати половинної частоти піднесучої f_п:

f_max £ f_п.

Вибір частоти піднесучої f_п обумовлений деякими факторами. По-перше, вона повинна бути найбільш високою в спектрі частот сигналу яскравості, щоб не бути помітною на чорно-білих приймачах. Останнє пов’язано з тим, що балансові модулятори через нерівність плечей схеми не повністю гасять піднесучу. А так як піднесуча лежить всередині відеоспектра, то на екрані приймача (при близькому розгляданні) вона виявляється у вигляді дрібноструктурної сітки. По-друге, піднесуча f_п повинна відступити від верхнього краю відеоспектру, принаймні, на смугу сигналу кольоровості, верхня частота якої є f_мах.

Приймаючи останню в межах 40-50% від f_п, будемо мати f_п=(4,46¸4,17) Мгц, виходячи з того, що сума f_п та f_мах складає 6,25 Мгц.

Крім того, f_п повинна бути непарною гармонікою половини рядкової частоти. З огляду на реальні можливості одержання f_п дільниками синхрогенератора, у зазначених вище межах для неї маються тільки дві непарні гармоніки: 567=7х9х9 і 539=7х7х11, які дозволяють простий розподіл. Конструктивно легше одержати першу. Різниця між f_п і несучою звукового супроводу теж повинна бути непарною гармонікою половини рядкової частоти. При наявності стількох факторів, іноді суперечливих, спектри сигналів кольорової інформації і частота піднесучої для кожного стандарту можуть бути правильно обрані лише після великого ряду спостережень за якістю кольорового зображення при зміні того чи іншого параметра.

Рис. 1.12 Смуга частот телевізійного сигналу кольорової системи

Гарна якість кольорового зображення, що підтверджено великою статистикою спостережень, була отримана при наступних даних (на рівні 6 дб, рис.1.12):

– частота піднесучої f_п =4 429 688 гц » 4,43 Мгц, що відповідає 567 гармоніці половини f_р (для стандарту 625 рядків, 50 Гц, f_р = 15 625 Гц).

– смуга частот сигналу яскравості Е_Y – 6,25 Мгц (при розносі між несучими зображення і звуку – 6,5 Мгц).

– смуга частот сигналу кольоровості Е_r-y — 1,5 Мгц.

– смуга частот сигналу кольоровості Е_b-y — 1,5 Мгц.

Також слід відзначити, що в канал зв’язку надходять сигнали з попередньою нелінійною γ корекцією, тобто замість сигналів , , та використовують сигнали U_(R,G,B,Y)=α_(R,G,B,Y)E^1/γ_(R,G,B,Y), з яких в пристроях кодування і отримують сигнали призначені для передачі.