Формулировка проблемы цветного телевидения

Известно, что излучение с равномерным спектральным составом W(λ) в видимом диапазоне волн, т.е. приблизительно от 400 до 700 нм, воспринимается зрителем как излучение белого цвета. Если же спектр излучения отличен от равномерного, то у зрителя возникает цветовое ощущение, причем характер этого ощущения зависит от формы спектра и может быть весьма разнообразным в соответствии с возможным разнообразием форм спектров. Уместно здесь вспомнить о том, что в радиотехнике существуют понятия «белого» и «окрашенного» шума, относящиеся соответственно к равномерному и неравномерному распределению спектральной плотности мощности флуктуационной помехи (шума) в диапазоне частот. Очевидно, что эти термины возникли на основе вышеуказанных сведений о первоначальной причине цветового ощущения – нарушении равномерности спектра излучения W(λ) в видимом диапазоне волн.

Приступая к обсуждению возможных вариантов построения системы цветного телевидения, необходимо, прежде всего, рассмотреть проблему так называемого «физически точного» воспроизведения, что означает телевизионную передачу с точностью до спектра:

, (2.1)

где к₀ – коэффициент пропорциональности.

В соответствии с выражением (2.1) действуют такие оптические приборы, как бинокль, телескоп, микроскоп, кинопроектор, оптическое волокно; при этом отсутствует проблема точности цветопередачи при сохранении пропорционального воспроизведения яркости. Таким образом, теоретических ограничений на возможность построения системы цветного телевидения, работающей с точностью до спектра, не существует. Однако существуют практически непреодолимые технические трудности реализации такой системы, что связано с необходимостью, как минимум, двукратного преобразования носителя информации (см. рисунок 1.1): в видеокамере входное оптическое изображение преобразуется в электрический сигнал (видеосигнал), а в приемном устройстве с помощью кинескопа видеосигнал преобразуется в цветное изображение. По такой же схеме действует система черно-белого телевидения, но требования к сигналам и изображениям в этих двух системах принципиально различны.

В черно-белом телевидении каждый отсчет видеосигнала является числом, пропорциональным яркости очередного элемента изображения, и вычисляется в соответствии с выражением (1.4). В ТВ системе, работающей с точностью до спектра, отсчет видеосигнала на каждом элементе вычисляется по формуле (2.1) и, следовательно, представляет собой функцию W(λ). Точное описание функции W(λ) одним числом невозможно. Возможно лишь приближенное описание аналоговой функции W(λ) дискретной функцией W(nΔ), где Δ – период дискретизации по аргументу λ. Таким образом, каждый отсчет функции W(λ) приближенно описывается совокупностью чисел, представляющих собой дискретную функцию W(nΔ):

(2.2)

где дискретные значения аргумента функции W(λ) равномерно распределены на участке видимого диапазона волн от 400 до 700 нм. Так как отсчеты функции (2.2) следуют друг за другом с периодом τ _Э (длительность элемента разложения), то полоса частот гипотетического видеосигнала, описывающего на каждом элементе изображения функцию W(λ), по крайней мере, в i раз больше f _В – верхней граничной частоты спектра видеосигнала. Если взять i =20, что соответствует примерно не более чем 5%-ной точности описания функции W(λ), то требуемая полоса частот для передачи видеоинформации с точностью до спектра для разных стандартов (см. таблицу 1.2) составит от 84 до 120 МГц.

Сказанного достаточно, чтобы отказаться от создания системы ЦТ, работающей по принципу физически точного воспроизведения. Слишком велика требуемая пропускная способность канала связи. Непонятно также, как сохранить высокую чувствительность ТВ датчика. И совсем непонятно, как должен быть устроен кинескоп, обеспечивающий восстановление цветного изображения с точностью до спектра.

Проанализируем причину полученного нами отрицательного результата. Может быть, неверен принцип физически точного воспроизведения? Оказывается, нет, принцип верен и на его основе прекрасно работают оптические приборы. Однако попытка применить этот принцип при создании системы цветного телевидения потерпела неудачу из-за возникающих технических трудностей. Следовательно, наша ошибка заключается в самом использовании принципа физически точного воспроизведения. Действительно, при выборе критерия точности мы использовали единственный аргумент: характер цветового ощущения зависит от формы спектра излучения W(λ). И это совершенно верно. Но далее последовало неверное продолжение: для того, чтобы воспроизвести зрительное впечатление на приемной стороне системы цветного телевидения, необходимо с точностью до постоянного множителя восстановить спектр излучения к ₀ W(λ), т.е. обеспечить физически точное воспроизведение. Правильнее было бы сказать не «необходимо», а «можно». Потому что если можно так, то можно и по-другому, а значит, принцип физически точного воспроизведения необязателен; возможен и другой критерий. Но об этом - в следующем разделе.