Сигналы цветного телевидения

Сигналы цветного телевидения предназначены для передачи информации о цветном телевизионном изображении. Поскольку цвет является трехмерной величиной, должна существовать триада сигналов, содержащих полную информацию о цветном изображении. Если цвет изображения описывается координатами точки в цветовом пространстве XYZ, т.е. цветовыми модулями x', y', z', то естественным выглядит введение в обиход сигналов U_X, U_Y, U_Z, сформированных в соответствии с выражением

(2.27)

Один из этих сигналов — сигнал яркости U _Y — нам уже знаком из первой части данного учебного пособия. Это самый обыкновенный сигнал черно-белого телевидения. Способ получения этого сигнала, его форма, свойства и основные параметры нам уже известны, а в дальнейшем мы увидим, что, как это ни парадоксально, сигнал яркости U_Y является основным сигналом цветного телевидения. Какая же информация передается тогда сигналами U_X и U_Z? Если вспомнить, что в колориметрической системе XYZ вся яркостная информация содержится в координате у ', приходим к выводу о том, то в сигналах U_X и U_Z содержится только информация о цветности изображения.

Триада сигналов (2.27) не является единственно возможной, скорее она является одной из многих возможных сигнальных систем, полностью и колориметрически (или физиологически) точно описывающих цветное изображение. Практическое применение в современном цветном телевидении получили несколько триад сигналов, краткая характеристика которых приводится ниже.

Триада сигналов, описывающих цветное изображение в рамках колориметрической системы RGB, имеет вид

(2.28)

Сравнивая между собой сигналы (2.27) и (2.28), прежде всего отметим, что хотя обе триады сигналов описывают одну и ту же картину, сигналы одной триады по своим свойствам существенно отличаются от сигналов другой триады, в результате чего существует специфика применения каждой из них. Например, сигналы (2.27) нельзя непосредственно использовать для управления цветным кинескопом, а сигналы (2.28) не могут быть непосредственно получены с колориметрической точностью в датчике сигналов цветного телевидения.

Переход от сигналов (2.27) к (2.28) и обратно осуществляется с помощью матричных выражений (2.12) и (2.13), в которых вместо цветовых координат (модулей) необходимо подставлять пропорциональные им сигналы. Раскроем одно из этих выражений [средний элемент матрицы-столбца (2.13)]:

U_Y=0, 3·U_R+0, 59·U_G+0, 11·U_B. (2.29)

Полученное выражение является одним из важнейших, если не самым важным, уравнением цветного телевидения, связывающим между собой сигналы цветоделенных изображений U_R, U_G и U_B с сигналом яркости U_Y. Схема, которая позволяет производить преобразование (2.29) в реальном масштабе времени, очень проста, имеет вид, показанный на рисунке 2.4, и называется резисторной матрицей или просто матрицей.

Резисторы R1, …, R4 должны быть рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить на выходе матрицы взвешенную сумму входных сигналов с весовыми коэффициентами 0, 3; 0, 59; 0, 11.

Рисунок 2.4 – Схема резисторной матрицы

Аналогично выглядят матрицы для получения сигналов U_X и U_Z. На структурных (функциональных) схемах матрицы взаимного преобразования сигнальных триад (2.27) и (2.28) принято изображать следующим образом (рисунок 2.5):

Рисунок 2.5 – Матричные преобразования сигналов цветного телевидения

Из рисунка 2.5 и соответствующих формул видно, что триада выходных сигналов матричной схемы представляет собой взвешенную сумму триады входных сигналов, причем весовые коэффициенты определяются элементами квадратной матрицы A или A ^–1. Поскольку элементы матрицы A могут быть отрицательными и могут превышать по модулю 1, схема, изображенная на рисунке 2.5, б, сложнее, чем 2.5, а, так как содержит в своем составе усилители и инверторы.

Сигналы (2.27) и (2.28) обладают общим недостатком: они не приспособлены для передачи по экономичному каналу связи, правда, по разным причинам. При использовании для этой цели сигналов (2.27) не соблюдается так называемый принцип постоянной яркости, согласно которому помехи канала цветности не должны попадать в канал яркости. Триада сигналов (2.28) требует для передачи каждого из них полосы частот 6 МГц (применительно к телевизионному стандарту России), что делает затруднительным создание экономичного телевизионного канала. Решить указанные проблемы призвана триада цветоразностных сигналов U_R-Y , U_G-Y, U_B-Y, которые формируются в соответствии с выражениями

(2.30)

Словесное определение для цветоразностных сигналов звучит так: цветоразностные сигналы – это сигналы цветоделенных изображений, из которых вычтен сигнал яркости. Подробное изучение свойств цветоразностных сигналов впереди, а пока отметим главное. Цветоразностные сигналы содержат информацию только о цветности изображения, а информация о яркости из них удалена. Но так как цветность – величина двумерная, триада сигналов (2.30) является избыточной по цветности, но недостаточной по яркости. Поэтому в современном телевидении для передачи по экономичному каналу связи используется комбинированная триада сигналов, состоящая из сигнала яркости U_Y и двух цветоразностных сигналов U_R-Yи U_B-Y:

(2.31)

Третий цветоразностный сигнал U_G-Y по каналу связи не передается, а получается в месте приема с помощью декодирующей матрицы, вид которой приведен на рисунке 2.6 и которая работает в соответствии с формулой

U_G-Y = – 0, 51U_R–Y – 0, 19U_B–Y (2.32)

Рисунок 2.6 – Декодирующая матрица

В заключение данного раздела отметим, что цветоразностные сигналы в составе триады (2.31) по каналу связи совместимой системы цветного телевидения передаются в модифицированном виде: в системе NTSC это так называемые сигналы U_I и U_Q; в системе PAL – U_V и U_U; и наконец, в системе SECAM – сигналы D_R и D_B.