Принципы формирования сигналов в системах цветного телевидения

Современное цветное телевидение базируется на теории трехкомпонентного цветового зрения, из которой следует, что смешением трех основных спектральных цветов, взятых в определенных пропорциях, можно получить все возможные цвета. При этом основные цвета должны быть линейно независимыми, т.е. ни один из них не может быть получен путем смешения двух других. В качестве основных обычно берутся следующие цвета монохроматического излучения; красный (R) с длиной волны λ = 700,1 нм, зеленый (G) - λ = 546,1 нм, синий (В) - λ = 435,8 нм. Например, равноэнергетический белый цвет можно получить смешением в равной пропорции основных цветов R, G, В.

Для передачи по телевидению многоцветное изображение объекта на передающей стороне должно быть разделено на три одноцветных изображения (в красном, зеленом и синем цветах). Далее видеосигналы Е_R, E_G, Е_B данных одноцветных изображений следует передать по каналу связи по аналогии с черно-белым телевидение ем. На приемной стороне для получения цветного изображения объекта необходимо воспроизвести три одноцветных изображения и осуществить их совмещение.

Важнейшим требованием, предъявляемым к системам цветного телевидения, является совместимость, означающая:

1) возможность приема цветных передач в черно-белом виде на существующие черно-белые телевизоры (прямая совместимость);

2) прием сигналов черно-белого телевидения на цветные телевизоры (обратная совместимость);

3) передачу сигналов цветного и черно-белого телевидения по одному и тому же каналу связи (в полосе частот черно-белого телевидения).

Для обеспечения совместимости в цветном телевидении необходимо иметь сигнал, который создавал бы нормальное черно-белое изображение с правильным воспроизведением градаций яркости цветного объекта. Поэтому в совместимых системах цветного телевидения из полученных на передающем конце видеосигналов основных цветов E_R, E_G, Е_B формируется яркостный сигнал Е_γ:

Е_γ = 0,3E_R+0,59E_G+0,11Е_B, (6.1)

в котором численные значения коэффициентов, определяющих долю напряжений видеосигналов основных цветов, выбраны с учетом характеристик принятого опорного белого цвета D₆₅₀₀ (источника с цветовой температурой 6500К, соответствующего излучению дневного облачного неба) и координат цветности люминофоров современных цветных кинескопов. Яркостный сигнал Е_Y в соответствии с выражением (6.1) формируется с помощью кодирующей матрицы, которая представляет собой резистивные делители напряжения с общей нагрузкой.

Кроме яркостного сигнала, в совместимой системе цветного телевидения необходимо передавать информацию о цветности. Практически достаточно передавать на приемную сторону только два цветных сигнала, например Е_R и Е_B. Третий цветовой сигнал E_G может быть легко получен на приемном конце матрицированием на основании уравнения (6.1). Однако непосредственная передача сигналов E_R и Е_B нецелесообразна, поскольку данные сигналы, кроме информации о цвете, содержат избыточную информацию о яркости, которая уже имеется в сигнале Е_Y. Поэтому во всех совместимых системах цветного телевидения передаются цветоразностные сигналы

Е_R-B = E_R-E_Y =0,7E_R -0,59E_G -0,11E_B

Е_B-Y =E_B-E_Y= -0,3Е_R - 0,59E_G + 0,89E_B (6.2)

которые формируются вычитанием из ЕR и E_B яркостного сигнала E_Y. Особенность цветоразностных сигналов заключается в том, что они не содержат информации о яркости. Например, их амплитуда равняется нулю при передаче белых или серых участков изображения, когда Е_R = E_G = E_B = E_Y, и мала на слабо насыщенных цветах. Так как такие цвета обычно преобладают, то средняя амплитуда цветоразностных сигналов гораздо меньше максимальной и много меньше той средней амплитуды, которая была бы при передаче сигналов Е_R, E_G, E_B. Это намного улучшает помехоустойчивость и совместимость систем цветного телевидения. Причем цветоразностные сигналы достаточно передавать в сокращенной полосе до 1,5 МГц. Это объясняется особенностями зрительного восприятия цветных изображений. Экспериментальные исследования показали, что цветными зрительный аппарат человека воспринимает только крупные и средние детали изображения. Мелкие детали, которым соответствуют частоты цветоразностных сигналов более 1,5 МГц, достаточно воспроизводить черно-белыми, при этом общая оценка качества цветного изображения практически не ухудшится.

В совместимых системах цветного телевидения яркостный й цветоразностные сигналы должны передаваться в стандартной полосе частот черно-белого телевидения. Для этого используется уплотнение спектра яркостного сигнала сигналами цветности, т.е. формируется композитный телевизионный сигнал цветного изображения.

Практически в спектр яркостного сигнала вводятся одна или две поднесущие частоты, промодулированные двумя цветоразностными сигналами. Способ передачи и приема цветоразностных сигналов и различает между собой современные вещательные системы цветного телевидения.