Простейшие способы передачи цветных изображении

В соответствии с трехкомпонентной теорией цвета (п. 1.3) для осуществления цветной телевизионной передачи изображение передаваемого объекта нужно разделить на три цветовые составляющие, передать каждую из них на приемное устройство и там синтезировать цветное изображение. Тривиальное решение задачи сводится к использованию трех параллельно работающих монохромных каналов, по которым передается красная R, зеленая G и синяя В составляющие изображения (рис. 5.1). Формируются цветоделенные изображения с помощью трех телевизионных камер, снабженных соответственно красным, зеленым и синим светофильтрами. В приемнике цветное изображение синтезируется посредством совмещения на экране трех цветоделенных изображений. В рассмотренной системе реализуется принцип одновременной передачи трех цветовых составляющих изображения. Полоса частот, занимаемая такой системой, в три раза превышает полосу элементарного монохромного канала.

Поскольку зрительный аппарат допускает не только одновременное, но и последовательное смешение цветов, то возможна система цветного телевидения и с последовательным смешением цветов (рис. 5.2). Два диска со светофильтрами, согласованно (синхронно и синфазно) вращающиеся перед телекамерой и кинескопом приемника, обеспечивают последовательное разложение передаваемого изображения на цветовые составляющие в передатчике и синтез из этих составляющих цветного изображения в приемнике. Вторая система кажется проще и экономичнее первой благодаря использованию только одного канала связи. Однако полоса пропускания этого канала должна быть такой же, как суммарная полоса в трехканальной системе, поскольку каждый полный кадр изображения в последовательной системе формируется из трех кадров. Время передачи одного полного кадра регламентировано отсутствием мельканий. Поэтому для передачи за это время, трех цветоделенных изображений частоту кадровой развертки нужно увеличить в три раза. Согласно (3.20) это приведет к расширению полосы частот, занимаемой телевизионным сигналом, в три раза по сравнению с элементарной монохромной системой.

Выбор системы цветного телевидения для вещания

Цветное телевидение начало развиваться в то время, когда уже были широко распространены системы монохромного телевидения. Поэтому при разработке цветной телевизионной системы для вещания необходимо было удовлетворить условиям двойной совместимости, согласно которым должна обеспечиваться возможность приема программ цветного телевидения монохромными телевизорами (в черно-белом варианте), а программ монохромного телевидения — цветными телевизорами (также в черно-белом варианте).

Метод последовательной передачи цветов (рис. 5.2), несмотря на кажущуюся простоту, не удовлетворяет условиям совместимости, поскольку частоты строчной и кадровой разверток должны быть в три раза выше, чем в системе монохромного телевидения. Это исключает возможность использования существующего парка монохромных телевизоров для приема цветных программ. Система с одновременным сложением цветов (рис. см. 5.1) также малопригодна, хотя каждый из каналов этой системы по параметрам идентичен каналу монохромной системы. На какой канал настраивать монохромный телевизор? Ведь ни в красном, ни в зеленом ни в синем каналах не передается информация об истинном распределении яркостей в изображении. Следовательно, в совместной системе должна передаваться информация о яркостной составляющей изображения.

В системах цветного телевидения в качестве опорного равносигнального цвета в камере выбран стандартный источник белого С , так как он больше соответствует условиям реального освещения. Следовательно, для цветности С должно удовлетворять условие

Яркостное уравнение для источника С (см. пример 5 на с. 33) имеет вид

Из четырех величин, входящих в (5.2), необходимо передать только три — яркостный сигнал E_Y и два сигнала основных цветов, например E_R и E_B , В приемнике сигнал E_G восстанавливается. Функциональная схема, реализующая этот способ (рис. 5.3), отличается от схемы рис. 5.1 наличием двух матричных преобразователей Ml и М 2 .

В исходной схеме (рис. 5.1) полоса частот, занимается цветной программой, в три раза превышала полосу частот монохромной системы. В преобразованной схеме хотя и сохранились три канала, но каналы стали неравнозначными. Как известно (п. 1.2), в мелких деталях глаз цвета не различает; они как бы выцветают и различаются только по яркости. С учетом этой особенности зрения полную полосу частот целесообразно сохранить только для яркостного канала, а сигналы основных цветов передавать в сокращенной (примерно в 4 раза) полосе частот. Тогда система, построенная по схеме рис. 5.3, позволит сократить спектр частот телевизионного сигнала по сравнению с исходной схемой в 2 раза за счет уменьшения психовизуальной избыточности телевизионного сообщения.

В системе монохромного телевидения имеется и статистическая избыточность, что проявляется, например, в дискретности частотного спектра телевизионного сигнала (рис. 3.4), имеющего глубокие провалы в области частот, кратных нечетному числу полупериодов строчной частоты. Рациональное кодирование телевизионного сигнала позволяет уплотнить спектр и передавать цветовую информацию вместе с яркостным сигналом в одном канале, отведенном для монохромного телевидения. Сущность этого кодирования сводится к образованию перемежающихся спектров яркостного и цветовых сигналов. Для этого цветовые сигналы передаются на цветовой поднесущей, частота которой f _ц.п выбирается из условия

т. е. кратной нечетному числу полупериодов строчной частоты f_c . При этом спектр модулированной цветовой поднесущей оказывается вложенным в спектр яркостного сигнала (рис. 5.4). Итак, перемежение спектров осуществить сравнительно легко, сложнее разделить сигналы в приемнике. Конечно, можно воспользоваться двумя гребенчатыми фильтрами, один из которых настраивается на спектр яркостного сигнала, а другой — на спектр цветовых сигналов. Однако для широковещательных приемников это дорого. В связи с этим операция фильтрации возлагается на зрительный аппарат человека.

Если цветовая поднесущая выбрана в соответствии с критерием (5.3), то на интервале одной, например первой, строки укладывается целое число периодов цветовой поднесущей и еще половина периода (рис. 5.5). Поэтому в следующей нечетной строке, фаза сигнала изменится на противоположную (красные кривые) и так далее от строки к строке. В результате яркостной модуляции под действием цветовой поднесущей на экране телевизора возникает сетка темных и светлых штрихов, расположенных в шахматном порядке.

Поскольку в кадре содержится нечетное число строк, при передаче следующего кадра полярность сигнала в соответствующих строках изменится на противоположную (синие кривые). Глаз вследствие инерционности зрительного аппарата будет усреднять эту картину. Таким образом, за счет компенсации от строки к строке и от кадра к кадру сигнал цветовой поднесущей на экране телевизора будет мало заметен, причем тем меньше, чем мельче структура сетки. Следовательно, удовлетворяя условию (5.3), необходимо цветовую поднесущую выбирать возможно выше (больше к). Поэтому спектр сигнала цветовой поднесущей располагают так, чтобы он примыкал к верхней границе спектра яркостного сигнала.

Возможен и другой путь выбора частоты сигнала цветовой поднесущей. Чтобы добиться компенсации цветовой поднесущей на экране телевизора, не обязательно выполнять условие (5.3). Такой же эффект можно получить, если осуществить фиксацию фазы произвольно выбранной цветовой поднесущей в начале строки и от строки к строке поворачивать ее на 180°. Все совместимые системы цветного телевидения (НТСЦ, СЕКАМ, ПАЛ) используют принцип частотного перемежения, но различаются по способу передачи в яркостном канале двух цветовых сигналов.