4.1.6. Сигнал яркости и цветоразностные сигналы

Одно из основных требований, предъявляемых к системам телевизионного вещания, – совместимость систем цветного и черно-белого телевидения. Под совместимостью систем цветного и черно-белого телевидения понимается:

1. Использование ТВ системами таких сигналов, которые могли бы быть приняты как приемниками цветного изображения, так и приемниками черно-белого изображения;

2. полоса частот, занимаемая системой цветного ТВ вещания, не должна превосходить полосу частот, отведенную для передачи сигналов черно-белого телевидения.

Сигналы основных цветов не могут быть приняты приемником черно-белого изображения, поэтому эти сигналы подвергают преобразованиям в передающем устройстве. Приемники черно-белого изображения используют только один сигнал – сигнал яркости (Е_Y). Сигнал яркости несет информацию о яркости передаваемого изображения. Для получения сигнала яркости сигналы основных цветов преобразуются в передающем устройстве в сигнал Е_Y.

Для передачи цвета можно использовать полученный сигнал яркости и любую пару сигналов основных цветов, например Е_R, Е_В. Таким образом, получается система из трех новых основных цветов. Однако, сигналы Е_R и Е_В в передающем устройстве также подвергаются преобразованиям. Это объясняется тем, что при передаче черно-белого изображения сигналы Е_R и Е_В не равны нулю и создают помеху при приеме сигнала Е_Y, поэтому сигналы Е_R и Е_В заменяются сигналами Е_R-Y и Е_В-Y, которые получаются вычитанием из сигналов Е_R и Е_В сигнала Е_Y. Сигналы Е_R-Y, Е_G-Y называются цветоразностными.

Переход к сигналам Е_Y, E_R-Y, E_B-Y можно рассматривать как представление любого цвета тремя новыми цветовыми составляющими: яркостной составляющей с координатой, пропорциональной сигналу Е_Y; составляющей, передающей малиново-голубые цвета с координатой, пропорциональной величине E_R-Y; и составляющей сине-желтых цветов, координата которой пропорциональна величине E_B-Y.

Формирование сигнала яркости. Поскольку сигнал яркости Е_Y несет информацию о яркости изображения, то он должен быть пропорционален величине F_Ц в выражении (4.3). Соотношение единичных количеств основных цветов в этом выражении составляет F_0R : F_0G : F_0B = 0.3 : 0.59 : 0.11, поэтому сигнал яркости через сигналы основных цветов можно записать как

Е_Y = 0.3E_R + 0.59E_G + 0.11E_B (4.5)

Формирование цветоразностных сигналов. Существует три цветораз- ностных сигнала: цветоразностный сигнал красного E_R-Y, зеленого E_G-Y, и сине- го E_B-Y (названия следует понимать не в буквальном смысле, а в смысле форми- рования цветоразностных сигналов из сигналов основных цветов). Эти сигналы получаются путем вычитания из сигналов основных цветов сигнала яркости

E_R-Y = E_R - Е_Y, E_B-Y = E_B - Е_Y, E_G-Y = E_G - E_Y (4.6)

Для понимания работы цветной ТВ системы, настройки и регулировки ТВ приемников необходимо знать свойства цветоразностных сигналов.

Свойства цветоразностных сигналов

1. Цветоразностные сигналы могут быть выражены через сигналы основных цветов. Учитывая выражения (4.6) и (4.5), имеем

E_R-Y = 0.7E_R – 0.59E_G – 0.11 E_B;

E_B-Y = – 0.3E_R – 0.59E_G + 0.89E_B;

E_G-Y = – 0.3E_R + 0.41E_G – 0.11E_B. (4.7)

2. При передаче черно-белого изображения цветоразностные сигналы равны нулю. Действительно в этом случае E_R = E_G = E_B, тогда, как следует из (4.7), E_R-Y = E_B-Y = E_G-Y = 0.

3. Любой цветоразностный сигнал может быть получен из двух других. Например, выразим E_G-Y через E_B-Y и E_R-Y. Для этого представим E_Y как

E_Y = 0.3E_Y + 0.59E_Y + 0.11E_Y.

Вычитая из равенства ( 4.5 ) это равенство, имеем

0 = 0.3E_R-Y + 0.59E_G-Y + 0.11E_B-Y,

откуда

E_G-Y = -0.51E_R-Y – 0.19E_B-Y. (4.8)

4. При передаче информации о цвете можно в принципе выбирать любую пару цветоразностных сигналов. На практике выбирают E_R-Y и E_B-Y. Это объясняется тем, что для большинства передаваемых сюжетов уровень сигналов E_R-Y и E_B-Y оказывается большим, чем уровень сигнала E_G-Y. Поэтому при сигналах E_R-Y и E_B-Y обеспечивается большая помехоустойчивость ТВ приемника.

5. Как известно, изменение яркости изображения в А раз изменяет величину сигналов E_R, E_G и E_B также в А раз. Следовательно, как вытекает из ( 4.5 ), ( 4.7 ), в А раз изменяется и величина сигналов E_Y, E_R-Y, E_B-Y.

6. Отношение цветоразностных сигналов E_R-Y : E_B-Y не меняется при изменении яркости изображения. Это отношение определяет цветовой тон.

7. Сигналы Е_R-Y, Е_B-Y могут передаваться в более узкой полосе частот, чем сигнал Е_Y. Это связано с особенностями зрения человека. Мелкие детали изображения, размеры которых не превышают 10' (размеры пространственного угла зрения, в который укладывается деталь) воспринимаются как черно-белые. Для передачи таких деталей требуется полоса частот сигнала от 0 до 6 МГц. Цвет деталей, угловые размеры которых составляют от 10' до 20', воспринимается человеком как состоящие из смеси всего двух цветов: оранжевого и голубого. Для передачи таких деталей сигнал должен иметь полосу до 1-1,5 МГц. Для предметов с размерами более 20' наше зрение трехцветно. Для передачи этих деталей требуется полоса до 0,6-1 МГц. Из всего сказанного следует, что мелкие детали можно передавать сигналом Е_Y, а для передачи цвета более крупных деталей можно использовать, сигналы Е_R-Y и Е_B-Y с полосой частот от 0 до 1,5 МГц и сигнал яркости Е_Y. Для этого сформированные сигналы Е_R-Y и Е_B-Y в передающем устройстве пропускаются через низкочастотный фильтр.

8. Сигналы E_R-Y и E_B-Y могут принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Краткие итоги

• Для того, чтобы систему цветного телевидения можно было совместить с

системой черно-белого ТВ вещания, в системе цветного ТВ формируется сигнал яркости.

• Приемники черно-белого изображения принимают только сигнал яркости.

• Для приемников цветного изображения, кроме сигнала яркости, формируются еще два цветоразностных сигнала.

• Сигнал яркости несет информацию о яркости изображения.

• Отношение цветоразностных сигналов определяет цветовой фон.

• При передаче белого и серого изображений цветоразностные сигналы равны нулю.

• По двум цветоразностным сигналам можно восстановить третий цветоразностный сигнал.

Контрольные вопросы

1. С какой целью в ТВ системах при передаче цветного изображения переходят от сигналов

основных цветов к сигналу яркости и цветоразностным сигналам?

2. Каковы свойства цветоразностных сигналов?

3. Как получается сигнал яркости?

4. Как получаются цветоразностные сигналы?