11.6. Совместимая система цветного телевидения ntsc [7]

В совместимой системе NTSC для обоих цветоразностных сигналов используется только одна поднесущая. Для разделения на месте приема цветоразностных сигналов, передаваемых на одной поднесущей, в передающем устройстве системы NTSC используется квадратурная модуляция, сущность которой заключается в следующем. Оба сигнала цветности – Е_R-Y и Е_B-Y – модулируют одну и ту же поднесущую (рис. 11.12 а), получаемую от задающего кварцевого генератора f_П. Фазы этой поднесущей, подаваемой на модуляторы R–Y и B–Y, сдвинуты на 90°.

Модуляторы R–Y и B–Y имеют балансную схему. Это значит, что их выходные напряжения пропорциональны произведениям входных напряжений, а поднесущая отсутствует (подавлена). Этим устраняется мешающее действие цветовой поднесущей на изображение. В блоке, сложения оба цветоразностных сигнала, теперь уже помещенные на поднесущую, линейно складываются, образуя полный сигнал цветности:

U_цв = U_R-Y + U_B-Y = kE_(R-Y)cosω_Пt + kE_(B-Y)sinω_Пt,

где k – коэффициент пропорциональности.

Наглядное представление о полном сигнале цветности дает векторная диаграмма (рис. 11.12 б). В зависимости от окраски передаваемого в данный момент участка изображения цветоразностные сигналы меняются по амплитуде, но остаются сдвинутыми по фазе на 90°. Соответственно их суммарный вектор U_цв меняется как по величине U_цв, так и то фазе φ. Для лучшего представления о векторной цветовой плоскости определим значения цветоразностных сигналов для некоторых характерных цветов:

а)

б )

Рис. 11.12. Квадратурная модуляция: а) структурная схема;

б) образование вектора сигнала цветности; в) длина и

фаза вектора сигнала насыщенного красного цвета

красного, желтого, зеленого, сине-зеленого и пурпурного. Например, для красного:

E_R = 1B, E_B = 0; E_G = 0; E_Ykp = 0,11E_B + 0,59 E_G + 0,30E_R = 0,30E_R = 0,3B,

E_B-Y = E_B – E_Y = 0 – 0,3 = -0,3B, E_R-Y = E_R – E_Y = 1 – 0,3 = 0,7B.

Соответствующая красному цвету векторная диаграмма изображена на рис. 11.12в. В табл. 11.3 приведены основные сигналы – Е_R, Е_B, Е_G, а также сигнал яркости и соответствующие цветоразностные сигналы для указанных выше цветов, рассчитанные так же, как и в приведенном примере. Там же указаны фазовые сдвиги φ вектора U_цв относительно вектора E_B-Y направление которого условно принято за нулевое.

Таблица 11.3

Цвета	ER	EB	EG	EY	ER-Y	EB-Y	φ, ·
	1	0	0	0,3	0,7	-0,3	113
Желтый	1	0	1	0,89	0,11	-0,89	173
Зеленый	0	0	1	0,59	-0,59	-0,59	225
Сине-зеленый	0	1	1	0,7	-0,7	-0,3	293
Синий	0	1	0	0,11	-0,11	0,89	353
Пурпурный	1	1	0	0,41	0,59	0,59	45

На рис.11.13 показаны положения и относительные размеры вектора полного сигнала цветности U_цв для всех случаев таблицы. Для белого цвета оба цветоразностных сигнала равны нулю, т. е. точка белого на векторной диаграмме находится в начале координат 0.

Длина вектора U_цв определяет цветовую насыщенность, а положение вектора (фазовый сдвиг φ) – цветовой тон. Другими словами, полный сигнал цветности имеет одновременно амплитудную (насыщенность) и фазовую (цветовой тон) модуляции.

В цветных телевизионных приемниках системы NTSC имеется устройство для обратного разделения полного сигнала цветности на два цветоразностных сигнала. Работа этого устройства, называемого синхронным детектором, иллюстрируется структурной схемой на рис. 11.14. Синхронные детекторы R – Y и R – Y по принципу действия являются такими же балансными модуляторами, как и в передающем устройстве (рис. 11.12 а). Их выходное напряжение должно быть пропорционально произведению двух входных напряжений.

Н

Рис. 11.13. Положение векторов сигналов цветности для различных цветовых тонов

а первые входы синхронных детекторов одновременно дается полный сигнал цветности, на вторые входы – синусоидальное напряжение от местного генератора. Относительный сдвиг фазы этого напряжения на входах детекторов также составляет 90°. Напряжение на выходе синхронного детектора R-Y является произведением двух входных напряжений и имеет следующий вид:

U_вых(R-Y) = U_цвU'_пcosω_пt = kU'_п(E_R-Y)cosω_пt cosω_пt + kU'_п(E_B-Y)sinω_пt cosω_пt.

На основании элементарных формул тригонометрии

cosα·cosα = ½ (1 +·cos2α), sinα·cosα = ½ sin2α,

обозначая k' = kU'_п/2, получаем:

U_вых(R-Y) = k'E_R-Y + k'E_R-Ycos2ω_пt + k'E_B-Ysin2ω_пt.

Первый член правой части полученного выражения является цветоразностным сигналом. Два другие – высокочастотные (их поднесущая имеет частоту 2ω_п – легко подавляются фильтром нижних частот.

Соответственно на выходе детектора B-Y цветоразностных сигналов получаем:

U_вых(B-Y) = k'(E_B-Y) - k'(E_B-Y)cos2ω_пt + k'(E_R-Y)sin2ω_пt.

Рис. 11.14. Структурная схема синхронного детектирования

На рис. 11.15 а представлена с некоторым упрощением структурная схема передающего устройства совместимой системы с цветоразностными. сигналами цветности и квадратурной модуляцией. Три сигнала, поступающие от передающих трубок и соответствующие трем основным цветам, после усиления поступают на кодирующую матрицу, в которой алгебраическим сложением в нужной пропорции создаются: сигнал яркости – Е_Y и два цветоразностных сигнала цветности – Е_B-Y и Е_R-Y. Сложение основных сигналов – Е_R, Е_G и Е_B – в этих матрицах должно осуществляться согласно уравнениям (11.7) и (11.9).

Далее спектры цветоразностных сигналов ограничиваются фильтрами, с полосой пропускания 0–1,5 МГц. Заметим, что более полная схема содержит узлы независимой коррекции формы амплитудных характеристик всех трех каналов (гамма-коррекция), линии задержки, обеспечивающие точное временное совпадение сигналов Е_Y, Е_R-Y. и Е_B-Y в блоке сложения.

В блоках квадратурной модуляции цветоразностные сигналы помещаются на синусоидальную и косинусоидальную составляющие поднесущей (рис. 11.12 а). В блок сложения поступают все сигналы, образующие полный сигнал цветного телевидения: сигнал яркости , сигналы цветности «в квадратуре» на одной поднесущей Е_R-Y. и Е_B-Y, сигналы (импульсы) гашения луча, синхронизации разверток и сигнал цветовой синхронизации.

Для того чтобы поднесущая частота f_п была нечетной полугармоникой строчной частоты, необходима соответствующая связь через блок деления частоты между генератором поднесущей и синхрогенератором, что и показано на структурной схеме.

а)

б)

Рис. 11.15. Система NTSC: а) структурная схема передающей части; б) строчной гасящий импульс и синхроимпульс со вспышкой цветовой синхронизации

Чтобы избежать искажений цветовых тонов принимаемого изображения, фаза колебаний поднесущей во всех синхронных детекторах цветных телевизоров должна быть точно (до 5°) равна фазе поднесущей на передающем устройстве. Для этого в полный, телевизионный сигнал во время обратного хода по строкам замешивается «вспышка» колебаний поднесущей (8 – 10 периодов). Форма такого сигнала цветовой синхронизации показана на рис. 11.15 б. Частота и фаза вспышки точно равны частоте и фазе поднесущей в передающем устройстве.

Рассмотрим теперь структурную схему приемного устройства показанную на рис. 11.16. После усиления на высокой частоте, промежуточной частоте и детектирования (эти узлы не показаны на рис. 11.16, так как они аналогичны узлам черно-белого приемника) сложный видеосигнал цветного телевидения усиливается и одновременно поступает в три блока:

Рис. 11.16. Структурная схема приемной части системы

1. На вход резонансного усилителя, настроенного на частоту поднесущей f_п, выделяющего вспышки цветовой синхронизации. В фазовом детекторе происходит сравнение по фазе «вспышки» и напряжения местного генератора. Соответствующее напряжение ошибки с фазового детектора поступает на схему с реактивной лампой, которая и подстраивает местный гетеродин до нужной фазы.

2. На вход фильтра, имеющего полосу пропускания (2 – 4,2) МГц. После фильтра сигнал подается на выходы синхронных детекторов. Назначение фильтра – подавить напряжение составляющих на всех частотах, лежащих вне спектра цветоразностных сигналов. Этим уменьшается мешающее действие на работу канала цветности значительной части сигнала яркости Е_Y.

3. На три параллельно соединенных катода цветного кинескопа подаётся сигнал яркости Е_Y.

В свою очередь, три цветоразностных сигнала подаются на соответствующие управляющие электроды. В данном случае кинескоп работает как матрица, т. е. между его катодами и управляющими электродами образуются сигналы трех основных цветов:

Е₁ = Е_R-Y + Е_Y = Е_R, Е₂ = Е_G-Y + Е_Y = Е_G, Е₃ = Е_B-Y + Е_Y = Е_B

Таким образом, применение цветоразностных сигналов не усложняет цветной телевизионный приемник. Напротив, при отсутствии цветовых сигналов (приемник принимает черно-белую программу) сигнал Е_Y , действующий одновременно на всех трех катодах цветного кинескопа, образует черно-белое изображение. Никаких переключений при переходе на прием черно-белой программы производить не нужно.

В канале цветности имеются блоки синхронного детектирования, работа которых объяснялась ранее. После ограничивающих фильтров с полосой 0 – 1,5 МГц цветоразностные сигналы Е_R-Y и Е_B-Y подаются на входы декодирующей матрицы. Алгебраическое сложение этих двух сигналов в нужной пропорции создает на выходе матрицы третий цветоразностный сигнал.

Формула, определяющая этот сигнал через два других, имеет вид

Е_G-Y = – 0,51Е_R-Y – 0,19Е_B-Y (11.10)