3.1.6 Принцип передачи цветного изображения

Принцип передачи цветного изображения основан на так называемой трехкомпонентной теории цветового зрения, соглас­но которой практически все цвета, существующие в природе, можно получить с помощью смешения трех основных — крас­ного, зеленого, синего, — взятых в определенной пропорции.

В телевидении их обозначают начальными буквами

соот­ветствующих английских слов: R (Red), G (Green) и В (Blue).

Вспомним известный опыт: если с помощью фонарей оди­наковой интенсивности источников с красным, зеленым и си­ним светофильтрами осветить экран таким образом, чтобы разные цвета частично совместились (рисунок 3.12), то зеленый и красный в смеси дадут желтый цвет, красный и синий —

К — красный; 3 — зеленый; С — синий; Ж — желтый; П — пурпурный; Г — голубой

Рисунок 3.12 - Смешение трех основных цветов

175

пурпурный, синий и зеленый — голубой, а место совмещения красного, зеленого

и синего даст в сумме белый цвет.

Если теперь в одинаковой пропорции увеличивать или уменьшать мощности всех источников, то яркость белого пят­на будет соответственно увеличиваться или уменьшаться, а цветовой тон смеси при этом останется неизменным.

Если же изменять мощность источников в разных пропор­циях, то тогда каждый цветовой участок будет менять свой цвет, включая и белый участок. При рассмотрении каждого источника в отдельности можно отметить неодинаковую их яркость: зеленый источник будет казаться ярче красного' и синего, а красный — ярче синего. Все дело в различной чув­ствительности глаза к яркости каждого цвета в отдельности.

3.1. 7 Совместимость цветного телевидения

При построении вещательного цветного телевидения кроме трех сигналов, несущих информацию о цвете, необходимо пе­редавать и сигнал, соответствующий черно-белому изображе­нию. Этот сигнал должен обеспечить совместимость цветного и черно-белого телевидения, т. е. возможность принимать на эк­ране черно-белого телевизора цветную программу в черно-бе­лом виде, а на экране цветного телевизора — черно-белую программу в черно-белом изображении.

Этот сигнал называется яркостным и обозначается Е_у. Он может быть получен при смешении в определенной пропорции сигналов основных цветов (обозначаются E_R, E_G и Е_в). Соотношение между сигналом яркости Е_у и сигналами основных цве­тов E_R E_G и Е_в было найдено с учетом кажущейся различной яркости основных цветов. Сигнал яркости можно выразить уравнением:

E_Y =0,30 E_R + 0,59 E_G + 0,11 Е_в. ( 3.1 )

Сигнал яркости E_Y формируется в специальной матрице (матрицей в цветном телевидении называют устройства, кото­рые выполняют операции сложения или вычитания. Они могут быть выполнены с помощью резисторов и фазоинверторов). Получение сигнала яркости Е_Y поясняется рисунок 3.13 Неокрашенный объект (например, газетный лист) используется для первоначальной регулировки усиления трех видеоусилителей передающей телевизионной камеры, содержащей три трубки R, В, Y. Такая регулировка необходима для подбора составляю­щих Е_R, E_G и Е_в, образующих бесцвет­ный сигнал Еу в необходимой про­порции.

Световой поток F, исходящий от объекта передачи, расщепляется дихроичными зеркалами на три потока основных цветов F_R, F_G и F_B, которые соответствующим образом попадают на фото мишени трех передающих тру­бок, создавая на этих мишенях оптиче­ское изображение, соответствующее одному из основных цветов. В усилите­лях производится регулировка всех

176

Рисунок 3.13 - Схема получения сигнала яркости Е _Y

Рисунок 3.14 - Схемы матрицы, формирующей сигнал яркости

сигналов на одинаковый уровень (например, Е _R=Е _G=Е _В=1 В). Далее эти три сигнала подаются на матрицу М₁ где в соответствии с уравнением (3.1) формиру­ется сигнал яркости E_Y.

Принцип действия матрицы поясняется устройством, содержащим четыре резистора (рисунок 3.14). Для правильной, точной работы необходимо соблюдать ус­ловия:

R_R » R_вых; R_G » R_вых; Rв » R_вых. (3.2)

В этом случае взаимное влияние сигналов E_R, E_G и Е_в на работу матрицы практи­чески исключается.

В соответствии с (3.2) можно принять R_R=1/30 МОм; R_G=1/59 МОм; R_В=1/11 МОм. Для соблюдения неравенств (3.2) примем

R_вых = 1 кОм = 10^-3 МОм.

177

На резисторе R_вых сумма сигналов составит

U_Y= U_R+U_G+U_B= (R_вых/R_R)E_R+ (R_вых/R_G)E_G+(R_вых/R_В) E_B = 0,1 В.

Для получения E_Y =E_R =E_G =E_B= 1В необходимо, чтобы коэффициент уси­ления усилителя составил K_Y = E_Y/ U_Y = 1/0,1 = 10.

Следует обратить внимание, что полный сигнал цветного телевидения, изо­браженный на рисунок 3.15, содержит четыре составляющих E_Y, E_R, E_G, Е_в . Таким образом, введение в структуру спектра сиг­нала яркости E_Y в этом случае еще больше расширяет полосу частот (рисунок 3.15,а).

Для черно-белого телевидения принцип совместимости здесь, казалось бы, соблюдается. В самом деле, настроив черно-белый телевизор (при помощи гете­родина) на участок спектра сигнала E_Y (рисунок 3.15,б), получим нормальное изображе­ние в необходимой полосе частот со стандартными строчной и кадровой разверт­ками. Однако для цветного канала телевизионной связи несовместимость еще более усугубляется. Полная полоса частот F_nолн. = 27 МГц. При этом обращает на себя внимание следующее противоречие. Как излагалось ранее , цвет является трехмерной величиной (определяемой тремя основными цветами R, G и В или тремя другими составляющими - яркость, цветовым тоном и насыщенностью ).

а - четыре составляющих полного спектра ;

б - настройка черно-белого телевизора на сигнал яркости

Рисунок 3.15 - Полный спектр сигнала

В системе на рисунок 3.15 информация о цветном изображении передается четырьмя данными. В дальнейшем развитии цветного телевидения это несоответ­ствие, эта избыточная информация была устранена исключением из передачи одного из сигналов цветности, обычно сигнала Е_G. (Как будет видно из дальнейшего, этот сигнал имеет наибольшую полосу частот, и исключение из передачи имен­но его дает наибольшую экономию в ширине полного спектра.)

При наличии сигнала яркости Е_у нет необходимости пере­давать все три цветовых сигнала, так как один из них всегда можно получить при сложении, Используя приведенное выше соотношение между яркостным сигналом и сигналами основ­ных цветов. В телевидении принято не передавать зеленый E_G

178

сигнал, так как он наиболее широкополосный, в яркостном сигнале содержится 59% 'зеленого.

Кроме того; во всех совместимых системах передаются не сигналы E_R и Е_в, а так называемые цветоразностные сигна­лы E_R-_Y и Е_В - у. Это связано с тем, что информация о ярко­сти, которая содержится в цветовых сигналах E_R и Е_в, излиш­ня, поскольку она содержится в яркостном сигнале Е_у . На экране же черно-белого телевизора эти сигналы создавали бы помеху в виде мелкоструктурной сетки. Цветоразностные сиг­налы E_R-Y и E_B-_Y формируются в матрицах путем вычитания сигнала Е_у из сигналов E_R и Е_в.

Наиболее наглядно формирование яркостного сигнала Е_у и цветоразностных сигналов E_R-_Y и Е_B-Y можно проследить на примере формирования испытательного сигнала цветных полос в специальных генераторах - телетекстах, предназначенных для проверки и настройки телевизионных приемников. С помощью такого генератора можно получить на экране телевизора во­семь цветных полос — белую (или бело-серую), желтую, голу­бую, зеленую, пурпурную, красную, синюю и черную.

Генератор цветных полос вырабатывает три видеосигнала основных цветов, представляющие собой напряжения прямо­угольной формы строчной частоты для сигнала E_G; двойной строчной для E_R и учетверенной строчной для Е_в. Размах этих сигналов составляет в относительных единицах — 1 (на белой полосе) и 0,75 на других полосах при формировании белой полосы с двумя уровнями яркости (рисунок 3.16 )

а) б)

а — видеосигналы основных цветов E_R; E_G; Е_в;

б — сигнал яркости Е_Y., и цветоразностные сигналы E_R-Y и Е_B-Y

Рисунок 3.16 - Испытательный сигнал вертикальных цветных полос

179

Сигнал яркости E_Y образуется путем сложения сигналов E_R, E_G, Е_в и представляет собой сигнал ступенчатой ниспада­ющей формы.

Цветоразностные сигналы E_R-_Y и E_B-_Y получаются путем вычитания из сигналов E_R и Е_в сигнала яркости E_Y.

Дальнейшее формирование сигналов зависит от выбора системы цветного телевидения, с которыми мы познакомимся в следующих уроках.