Тема 8. Системи за цветна телевизия. Кодиране на информацията

Способът за предаване на информацията, съдържаща се в сигналите на трите едноцветни изображения R, G и B от предавателната страна до приемника се нарича система за цветна телевизия.

Системата NTSC е едновременна, съвместима система за цветна телевизия, в която се предава яркостния сигнал Y и една цветова подносеща честота (fs), разположена във високочестотната част на неговия спектър, квадратурно модулирана от два сигнала на цветовата разлика.

трите основни и трите допълнителни цвята за система NTSC, фиг. 1.31. Сигналът Q е квадратурно разположен по отношение на сигнала I. Векторът му изпреварва с 33о вектора на сигнала (B - Y). Ширината на честотната лента, която заема всеки от сигналите на цветовата разлика е различна: за сигнала I тя е 1,3 MHz, а за сигнала Q е 0,5 MHz.

Фиг. 1.32

В кодиращото устройство, за да се изравни времето за преминаване на сигнала в теснолентовия канал Q с времето за преминаване на сигналите в по-широколентовите канали I и Y, в последните са включени закъснителни линии, съответно (ЗЛ0,5 ms) и (ЗЛ0,7 ms).

Фиг. 1.34

Към вторите входове на двата синхронни детектора се подава сигнал с цветова подносеща честота fs от местен генератор на цветовата подносеща (ГЦП), при това към СДI директно, а към СДQ - със завъртане на фазата на 90о от фазовъртящо устройство (90о).Генераторът на цветова подносеща честота се синхронизира по фаза от пакетчето немодулирана цветова подносеща на задната площадка на РГИ.

Системата PAL може да се разглежда като усъвършенствуван вариант на системата NTSC, като се различава по това, че фазата на сигнала (R - Y) се променя със 180о в началото на всеки телевизионен ред. Изразът за пълния ТВ сигнал, кoдиран по система PAL ще бъде:

EPAL = Y + (B - Y). sin ws.t ± (R - Y). cos ws.t (1.43)

Във връзка с това в системата са въведени още някои изменения, с цел да се намали чувствителността на сигнала за цветност към фазовите изкривявания. Предаваните сигнали на цветовата разлика тук се използуват с компресионни коефициенти и се означават като:

U = 0,493. (B - Y)

V = 0,877. (R - Y)

Честотната лента, която заемат е еднаква за двата сигнала и равна на 1,3 MHz на ниво 3 dB.

Фиг. 1.36

От векторната диаграма, представена на фиг. 1.35, се вижда че резултатния вектор Es променя знака си: той е положителен в "четните" редове и отрицателен - в "нечетните".

Например, ако сигналите в два съседни реда са:

п ред - (B - Y). sin ws.t + (R - Y). cos ws.t

n + 1 ред - (B - Y). sin ws.t - (R - Y). cos ws.t

при сумиране се получава 2.(B - Y). sin ws.t ,

при изваждане се получава 2.(R - Y). cos ws.t .

Фиг. 1.37

След суматорите всеки от отделените квадратурни сигнали постъпва в свой синхронен детектор (СД1) и (СД2). Към синхронните детектори постъпва и сигнал с цветова подносеща честота от кварцов генератор (КГ), фазата на който се синхронизира от предавания на задната площадка на РГИ пакет немодулирана цветова подносеща честота. Освен това пакета с fs управлява работата на комутатора (К) за превключване фазата на подносещата честота (±90о).

В приемника сигналите в два съедни реда се сумират, като при това фазата на сигнала във втория ред се променя със 180о. Както се вижда от векторната диаграма на фиг. 1.38, при сумирането на сигналите Еs+d и E*s-d от двата съседни реда п и (п+1) се получава резултатен вектор Es , при който фазовото изкривяване d е компенсирано. Както се вижда от фигурата, при това възникват допълнителни амплитудни изкривявания, които се премахват сравнително лесно.

Системата за цветна телевизия SECAM е съвместима система, при която сигналите (R - Y) и (B - Y) се предават отделно в последователни телевизионни редове при непрекъснато предаване на яркостния сигнал Y. Сигналите на цветовата разлика и в тази система се използуват с коригиращи коефициенти както следва: DR = - 1,9.(R - Y) ; DB = 1,5.(B - Y) и се предават чрез честотна модулация на отделни цветови подносещи честоти.

в изходната матрица (М3) се формират изходните сигнали за трите основни цвята R, G и B.

За цветова синхронизация между предавателната и приемната страна в система SECAM може да се използува или предавания пакет немодулирана цветова подносеща честота, разположен на задната площадка на РГИ или специални трапецовидни сигнали за цветова синхронизация, предавани на задната площадка на полукадровия гасящ импулс в продължение на девет реда (от 7 до 15 ред по време на първия полукадър и от 320 до 328 ред по време на втория полукадър).

Сравнение на системите за цветна телевизия.
При идеални условия на предаване на сигналите и трите системи осигуряват високо качество на изображението. При наблюдаване от стандартно разстояние (5 - 6 височини на изображението) трудно се прави разлика по коя система е създадено изображението.
Системата NTSC притежава много добра съвместимост, добра хоризонтална и вертикална разделителна способност, устойчива е по отношение на шумове и смущения. Осигурява се сравнително опростено предаване и приемане на сигналите.
Основни недостатъци са нейната чувствителност към фазови изкривявания и изискване за ширина на честотната лента, когато трябва да се премахнат взаимните смущения между двата сигнала на цветовата разлика.
Основно достойнство на системата PAL е нечувствителността и към фазовите изкривявания. Допуска се фазова грешка до 40о. Предавателната апаратура е по-усложнена в сравнение със система NTSC. Приемникът е също по-сложен, тъй като в него се използува ултразвукова закъснителна линия с висока точност и стабилност, и електронен комутатор. Недостатъците се компенсират от удобствата при видеозапис. Освен това дългите линии за свръзка създават по-малко трудности в сравнение с NTSC. Приемникът по система PAL не е чувствителен към ехо-сигнали. При многолъчево приемане изкривяванията на фазата и амплитудата на сигнала за цветност не създават недопустими изкривявания.
Основно достойнство на PAL пред NTSC са намалените изкривявания на цветовия тон, но това е за сметка на известно намаляване на съвместимостта и понижена вертикална цветова разделителна способност.
Системата SECAM има подобрена вярност на цветопредаването. Относително е защитена срещу фазови и амплитудни изкривявания. Приемниците са сравнително опростени в декодиращата си част. По-усложнено е кодиращото устройство в предавателната страна. Смесването и комутацията на сигналите в апаратно-студийните комплекси е усложнено, но видеозаписа и пренасянето на сигналите по дълги линии за свръзка е облекчено.

8.4. Системи МАС.

Трите стандартизирани системи за цветна телевизия са създадени при съобразяване с изискването за съвместимост със съществуващите системи за монохромна (черно-бяла) телевизия. Направените компромиси в тази връзка предизвикват определени слаби места на системите:

Фиг. 1.41

Изискваната ширина на честотната лента за D2-MAC е от 8 MHz (за вариант с малко понижено качество) до 12 MHz . D2-MAC може да работи както с формат на изображението 4 : 3, така и с формат 16 : 9.

На фиг. 1.42 е показано сравнение на формата на сигнала за изпитателното изображение "Вертикални цветни ивици, подредени по степента на намаляване на яркостта" в един ТВ ред, кодиран по система PAL и по система D2-MAC.

Електрооптичните преобразователи превръщат видеосигналите от изображението в оптическо изображение. Те може да се разделят на устройства за непосредствено наблюдение, в които наблюдаваното изображение се синтезира на екрана на самия прибор и проекционни, при които изображението се проектира върху отделен екран. Първите от тях се разделят на вакуумни и безвакуумни. В настоящия момент най-разпространени са вакуумните електронно-лъчеви тръби (кинескопи). Кинескопите биват черно-бели или цветни. С помощта на кинескопите се създават изображения с площ до около 0,25m2. Безвакуумните електрооптични преобразователи (екрани) може да бъдат реализирани на базата на електролуминесценция в лентови луминофори; газорарядни екрани; динамичното разсейване на светлината в течни кристали и др. Трябва да се отбележи, че все още не се произвежда конкурентно способен на кинескопа и с приемливи работни характеристики безвакуумен прибор. Необходимо е все още да се решат крупни научно-технически въпроси, свързани с разработване и усвояване на евтина технология за изработване на екрани с голяма площ, повишаване на надеждността и срока им на експлоатация, повишаване на ефективността на светоотдаване при приемлива консумирана мощност, намаляване на инертността на течнокристалните екрани и т.н.

Кинескопите са електронно-лъчеви прибори с луминофорни екрани, в които се осъществява преобразуване на енергията на развиващия електронен лъч в светлинно излъчване. Синтезът на изображение върху екрана на кинескопа се осигурява от отклонението на електронния лъч съгласно закона на ТВ развивка и модулация на плътността на лъча от сигналите на изображението.

Най-разпространени са кинескопите за непосредствено наблюдение на изображението. Произвеждат се с правоъгълни екрани и големина на диагонала от 4 cm до 100 cm. В шийката на кинескопа е монтиран електронен прожектор (ЕП). Вторият анод на прожектора е свързан с проводящо покритие, нанесено на вътрешната повърхност на колбата и шийката. На втория анод, чийто извод е в колбата, се подава високо постоянно напрежение (Ua2). Изводите на останалите електроди са в цокъла към шийката на кинескопа. Електро-магнитната отклоняваща система (ОС) е монтирана на шийката на кинескопа.

В трилъчевия делта (D)-кинескоп осите на трите електронни прожектора пресичат равнината, перпендикулярна на оста на кинескопа, във върховете на един равностранен триъгълник. Екранът на този тип кинескоп представлява мозайка от луминофорни зрънца с червено, зелено и синьо излъчване, подредени в строго определен ред като триади. Например в кинескоп с диагонал от 59 cm екранът съдържа около 1 500 000 луминофорни зрънца, подредени в 500 000 триади. Поради особеностите на цветовото зрение на човека, от определено разстояние зрителят не възприема светенето на отделните зрънца, а триадата се определя като елемент на ТВ изображение.

Той е еднопрожекторен трилъчев кинескоп с компланарно разположение на трите лъча R, G и B, от които единият (G) е централен и двата (R и B) са странично разположени (3). Луминофорният екран (1) е образуван от вертикални ивици луминофори (R,G,B), групирани в триади и е нанесен на предната цилиндрична част на колбата. Цветоразделителната решетка (2) е изпълнена като система от вертикални прорези в тънък метален лист, който е също с цилиндрична форма. Броят на прорезите е равен на броя на луминофорните триади. Двата крайни лъча са разположени така, че да сключват ъгъл от около 1о по отношение на централния лъч и всеки да възбужда собствения си луминофор.

Сега активно се работи по усвояване на няколко конкуриращи се технологии на плоски безвакуумни електрооптични преобразователи. В компютърната техника успешно се прилагат от известно време подобни дисплеи. Интересът към тези устройства е продиктуван основно от намалените размери и тегло на плоските екрани в сравнение с кинескопите. Направленията, по които се работи са: светодиодни технологии; електро луминесцентни; дисплеи с течни кристали с активна или пасивна матрица и газоразрядни технологии.

Черно-белите и цветните екрани са изпълнени по идентични технологии. Цветният екран действува в режим на пропускане, при което дифузно задно осветяване се създава от миниатюрна луминесцентна лампа, фиг. 1.46. Върху всеки електрод на елемента е нанесен червен, зелен или син светофилтър. На фиг. 1.46 луминесцентната лампа е (1), (2) е шина за базите на управляващите транзистори (3), (4) е шина за данни, (5) е електрод на пикселите, (6) е общ електрод, (7) е цветен светофилтър, (8) е горното стъкло, (9) е разсейвател на светлината от лампата, (10) е стъклена подложка, (11) е течен кристал и (12) е поляризатор.

Непрекъснато нараства търсенето на устройства за създаване на изображения с голяма площ. Те придават особена атмосфера в аудитория, на конференции, спортни състезания, концерти и др. Едновременно с това са постигнати значителни успехи при конструирането на видеомонитори за получаване на компютърни изображения с висока разделителна способност и растър с голям брой редове. Следващата стъпка е как тези висококачествени изображения да се покажат върху голям екран.