Посвящение в радиоэлектронику

Поляков Влад

Смешение цветов.

Итак, на первый взгляд самая простая и очевидная система цветного телевидения должна предусматривать передачу одновременно тpex изображений: красного, зеленого и синего. Исходное цветное изображение через соответствующие светофильтры проецируются одновременно на три передающие трубки, а на приемной стороне изображение с экранов трех кинескопов: красного, зеленого и синего проецируется на общий экран. Нет таких кинескопов?

Ничего страшного — подходят обычные, белые, со светофильтрами, наложенными на экран. Беда в другом — нужны три канала передачи.

Неужели для передачи одной цветной программы нанимать три телевизионных канала? Слишком

расточительно. Телевизор получается сложным и дорогим, как киноустановка, поскольку изображение надо проецировать на киноэкран, да и три кинескопа стоят недешево. Воспользуемся опять принципом кино и будем передавать красное, зеленое и голубое изображения поочередно, решили инженеры. Такая система цветного телевидения была разработана и даже испытывалась в 50-х годах. Перед телекамерой и перед экраном черно-белого кинескопа устанавливали вращающиеся диски с прозрачными цветными секторами — светофильтрами. Произошел как бы возврат к механическому телевидению, но уже на основе электронного! Диски вращались синхронно, и для стабилизации их вращения служила специальная система. А частоту кадровой и строчной разверток пришлось утроить, чтобы в течение 1/25 с (время передачи одного кадра в черно-белом телевидении) передать три изображения. Результаты получились неплохие, и несколько опытных цветных телевизоров работало в Москве. Но опять беда: подавляющее большинство телезрителей — владельцев черно-белых телевизоров смотреть эти передачи не могли. Смотреть-то, конечно, могли, и автор сам это делал, но на экране воспроизводилось сразу девять одинаковых картинок! Так получилось потому, что при цветной передаче частота развертки изображения была втрое выше. Поскольку картинки получались мелкими, смотреть их не доставляло никакого удовольствия. Говоря техническим языком, предложенная система цветного телевидения не обладала совместимостью с черно-белой системой.

Система с последовательной передачей цветов.

Были и другие недостатки: быстро вращающийся диск шумел, электризовался от трения о воздух и, притягивая мелкие пылинки, скоро становился пыльным до непрозрачности. Во всем мире начались поиски и разработки новых, совместимых систем цветного телевидения.

Таких систем сейчас используется три. NTSC (НТСЦ) в США, Канаде, Японии, Республике Куба и ряде стран Центральной и Южной Америки; PAL (ПАЛ) в ФРГ, Великобритании и ряде стран Западной Европы, Азии и Африки; SECAM (СЕКАМ) — в ряде стран Европы (в том числе СССР), Азии и Африки. Системы во многом схожи и различаются лишь деталями формирования так называемых сигналов цветности.

Остановимся подробнее на системе SECAM. Она полностью совместима, т. е. цветная телепередача принимается черно-белым телевизионным приемником как черно-белая, а черно-белую передачу можно смотреть и с помощью цветного телевизора, но, разумеется, без цвета. Сейчас практически все телепередачи ведутся в цветном изображении.

В системе SECAM сигналы, соответствующие трем основным цветам изображения, не передаются. Вместо этого передаются их комбинации, прежде всего так называемый яркостный сигнал E_Y. Он является суммой цветовых сигналов красного Е_R, зеленого Е_G и синего F_B, причем суммирование производится с учетом кажущейся различной яркости цветных изображений. В результате яркостный сигнал создаст на экране телевизора обычное черно-белое изображение. Яркостный сигнал передается в полосе частот 6 МГц точно так же, как и обычный видеосигнал в черно-белом телевидении. Для передачи цвета формируют цветоразностные сигналы E_R-Y, E_G-Yи E_В-Y (на рисунке, для простоты, они обозначены R-Y, G-Y, B-Y). Они несут информацию только о цвете передаваемого изображения.

Передавать все четыре сигнала (яркости и три цветоразностных) нет необходимого, поскольку третий сигнал цветности можно сформировать в телевизоре из сигналов E_R-Y и E_В-Y. Это делается в так называемом матричном устройстве, в котором в определенной пропорции складываются принятые сигналы E_R-Y и E_В-Y. В результате получается сигнал — E_G-Y, у которого остается лишь инвертировать полярность, чтобы получить

третий цветоразностный сигнал E_G-Y. Затем из имеющихся трех сигналов вычитается яркостный сигнал E_Y и образуются исходные цветовые сигналы Е_R, Е_G и F_B. Они и подаются на управляющие электроды кинескопа.

Матричное устройство можно выполнить на резисторах, операционных усилителях или специальных микросхемах. В ряде моделей телевизоров матрицирование осуществляют в самом кинескопе, подавая три цветоразностных сигнала на управляющие электроды трех электронных «прожекторов» кинескопа, а яркостный сигнал — на его общий катод. При этом повышение потенциала управляющих электродов увеличивает ток лучей, а повышение потенциала катода — уменьшает. Соответственно изменяется и яркость свечения экрана. Это как раз и соответствует «вычитанию» яркостного сигнала.

Таким образом, необходимо передавать, кроме яркостного лишь два сигнала цветности. Любопытно, что для их передачи используется та же самая полоса частот, что и для сигнала яркости, и полная полоса цветного телевизионного сигнала получается не шире, чем черно-белого. Вот как это делается.

Система цветного телевидения SECAM (передающая часть):

_{1 — телекамера; 2 — матрица; 3 — синхронизатор; 4 — смеситель яркостного и синхронизирующих сигналов; 5 — электронный коммутатор; 6 — фильтр нижних частот; 7 — блок предыскажений; 8 — ограничитель; 9 — частотный модулятор: 10 — генератор цветовой поднесущей; 11 — фильтр; 12 — линия задержки; 13 — смеситель}

Система цветного телевидения SЕCAM (приемная часть):

_{1 — приемник; 2 — фильтр сигнала; 3 — линия задержки; 4 — фильтр цветоразностных сигналов; 5 — фильтр R-Y и B-Y; 6 — линия задержки; 7 — электронный коммутатор; 8 — амплитудный селектор; 9 — частотный детектор сигнала R-Y; 10 — частотный детектор сигнала B-Y; 11,12 — корректирующий блок; 13 — матрица; 14 — кинескоп}

Давно замечено, что восприимчивость человеческого глаза к окраске деталей изображения зависит от размеров этих деталей. С их уменьшением восприимчивость цвета резко падает, и мелкие детали цветного изображения воспринимаются как черно-белые. Следовательно, с высокой четкостью необходимо передавать лишь черно-белую структуру изображения, которой соответствует яркостный канал. Цветоразностные каналы высокой четкости не требуют, поэтому они могут занимать гораздо более узкую полосу частот. Ведь, как мы помним, чем выше четкость изображения, т. е. чем на большее число элементов разбивается изображение, тем шире требуемая полоса частот для передачи изображения. В системе SECAM полоса частот, в которой передаются сигналы цветности, не превосходит 1… 1,5 МГц, что в 4 раза меньше полосы частот канала яркости (6 МГц). Сигналы цветности передаются на вспомогательных цветовых поднесущих 4,25 и 4,406 МГц. Цветовые поднесущие оказываются в спектре видеосигнала яркости.

Не мешает ли это смотреть передачу? Оказывается, не мешает. Когда луч развертывает строку, его яркость изменяется в небольших пределах с частотой цветовой поднесущей. В результате строка становится как бы пунктирной — яркие участки на ней чередуются с темными. Но поскольку структура этих участков мелкая, то глаз ее не замечает, точно так же, как он не замечает строчную структуру растра, если, конечно, не сидеть слишком близко к экрану.

Цветовые поднесущие модулируются сигналами цветности по частоте, причем девиация выбирается не слишком большой: не более 0,5 МГц. Таким образом, весь спектр сигналов цветности занимает лишь верхнюю часть спектра сигнала яркости. Кстати, догадайтесь теперь, как, глядя на экран черно-белого телевизора, определить, идет ли цветная передача? Догадались? Очень просто: структура изображения при близком рассмотрении его оказывается точечной — это «работают» цветовые поднесущие, модулируя яркость луча.