Система цветного ТВ вещания SECAM

Введение

1.Зрительное восприятие света. 3

2. Структура  системы цветного телевидения. 6

3. Система цветного  ТВ вещания SECAM. 13 

    1.Зрительное восприятие цвета.

    Согласно  теории цветовое зрения Юнга-Гемгольца (1821-1894) ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цвета. Эта теория хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами и предполагает, что в глазу есть только три типа светочувствительных приемников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приемники первого типа, зеленый - второго, синий - третьего. Сложением излучений таких трех цветов в различных пропорциях можно получить любую комбинацию возбуждения всех трех типов светочувствительных элементов, а значит и ощущение любого цвета.   Если все рецепторы возбуждены в одинаковой степени, мы имеем ощущение белого цвета, если рецепторы не возбуждены - черного. По этой причине, накладывающиеся области красного, зеленого и синего цвета выглядят как белое пятно. Наложение красного и синего цвета дает фиолетовый цвет, зеленого и синего - бирюзовый, красного и зеленого - желтый 

    Приведенный далее график показывает относительную  спектральную чувствительность глаза  к излучениям различных длин волн (так называемая кривая видности). Кривая видности красного цвета соответствует чувствительности глаза при дневном свете, а синяя - при сумеречном свете. Максимальная чувствительность глаза при дневном свете достигается на длине волны 555 нм, а при сумеречном свете - на длине волны 510 нм. Максимальная чувствительность глаза в обоих случаях принимается за единицу. Отличие между этими двумя кривыми видности объясняется тем, что дневной и сумеречный свет  воспринимаются различными рецепторами глаза (палочками при сумеречном свете и колбочками при дневном свете). При этом палочки обеспечивают чёрно-белое зрение и обладают очень высокой чувствительностью. Колбочки же позволяют человеку различать цвета, но их чувствительность гораздо ниже. В темноте работают только палочки - именно поэтому ночью воспринимаемое изображение серое.

    Как мы можем видеть из кривой видности, глаз способен воспринимать свет на длинах волн примерно от 400 нм до 760 нм. В условиях адаптации к темноте глаз может также немного видеть инфракрасный свет с длиной волны до 950 нм и ультрафиолетовый свет с длиной волны не меньше 300 нм. Границы частотного диапазона видимого света, а также сама форма кривой видности человеческого глаза были сформированы в процессе длительной эволюции, приспособившись к условиям освещения земных предметов солнечным светом, а также к условиям сумеречного и ночного освещения. Действительно, было бы биологически нецелесообразно, если бы глаз обладал способностью принимать излучение с длинами волн короче 290 нм, так как из-за наличия озонового слоя в атмосфере земли, поглощающего ультрафиолетовые лучи, спектр солнечного излучения вблизи поверхности Земли практически обрывается на длине волны 290 нм. С другой стороны, из-за теплового излучения самого глаза, его высокая чувствительность к инфракрасному излучению сделала бы невозможной работу глаза в условиях солнечного освещения.

    Ультрафиолетовое  излучение, невидимое для глаза, воздействует тем не менее на кожу. Под действием ультрафиолета, который присутствует в солнечном свете, в коже вырабатывается особый пигмент, интенсивно отражающий эту часть солнечного спектра. При этом кожа приобретает характерный оттенок, известный как загар, а вероятность её ожога сильно уменьшается. Почему же нельзя загореть через оконное стекло? Дело в том, что обычное оконное стекло не пропускает ультрафиолетовых лучей и, следовательно, солнечный свет, прошедший через стекло, не может вызвать загар. Загореть можно только через кварцевое стекло, прозрачное для ультрафиолета (см. рисунок).

    В отличие от обычного стекла, которое  состоит из смеси различных компонент, кварцевое стекло состоит только из оксида кремния, а количество примесей других химических элементов чрезвычайно  мало. Это приводит к тому, что  кварцевое стекло обладает чрезвычайно  широким спектром пропускания и  малым поглощением света (обычное  оконное стекло поглощает столько  же света, сколько и кварцевое  стекло толщиной в 100 метров). Это обуславливает  широкое применение кварцевого стекла в оптике. Если позволяют средства, вы можете застеклить на даче одно из окон кварцевым стеклом и загорать зимой.

    2. Структура системы цветного телевидения.

    В основе систем цветного телевидения  лежат следующие физические процессы:

• оптическое разложение многоцветного изображения на три одноцветных изображения в основных цветах - красном (R), зеленом (G) и синем (В);
• преобразование трех одноцветных изображений в соответствующие им три электрических сигнала (Еr, Еg и Еb);
• передача этих трех сигналов по каналу связи;
• обратное преобразование электрических сигналов в три одноцветных оптических изображения - красного, зеленого и синего цветов;
• оптическое сложение трех одноцветных изображений в одно многоцветное.

    С учетом спектральной чувствительности зрения и технических параметров передающего и приемного телевизионного оборудования определено соотношение  трех основных цветов, дающих в сумме  черно-белое изображение: 
Еу = 0.299 x Еr + 0.587x Еg + 0.114 x Eb

    Для выполнения условия совместимости  цветного и черно-белого телевидения, а также совместимости между  различными системами цветного телевидения, во всех системах реализован один общий  принцип передачи телесигнала - черно-белая информация передается в сигнале яркости Еу, а информация о цвете передается двумя цветоразностными сигналами Еr-у и Еb-у, сигнал Eg-y получается из двух других при помощи простейшей схемы из резистивной матрицы и инверторов. Необходимо отметить, что в разных источниках обозначение цветоразностных сигналов часто не совпадает и касается конкретных схемотехнических решений.

    Для получения компонентных сигналов Y, R-Y, B-Y, необходимо минимальное число преобразований исходных сигналов R, G, B.

    С учетом проблемы совместимости с  черно-белым телевидением, которая  решается достаточно просто только в  том случае, если в телевизионном  сигнале присутствует сигнал Y, передача компонент R-Y и B-Y становится необходимым (и достаточным!) условием передачи цветного изображения с минимальными искажениями. В этом и заключаются  две основные причины широчайшего  использования компонентных аналоговых сигналов на всех этапах видеопроизводства. Если в качестве эталонного рассматривать сигнал цветных полос со 100% насыщенностью, то параметры компонентных сигналов системы PAL выглядят следующим образом: Y = 700 мB, синхроимпульсы = 300 мВ, R-Y = B-Y = 700 мB. Не вдаваясь в технические подробности, необходимо отметить, что компонентные сигналы системы NTSC имеют небольшое отличие от сигналов PAL: Y=647.5 мВ (от белого до черного), "пьедестал" = 52.5мВ, синхроимпульсы = 300 мВ, R-Y = B-Y = 650 мB.

    Композитный видеосигнал

    Система кодирования полных (композитных) сигналов первоначально разрабатывалась как вещательная система, совместимая с черно-белым телевидением. В такой системе к сигналу существующего строчного стандарта добавляется цветовая информация на поднесущей, причем это делается таким образом, чтобы существующие телевизоры могли отображать черно-белое изображение. Другой критерий сводился к тому, что введение цвета не должно было приводить к увеличению полосы частот ТВ канала. В этом смысле полный цветовой видеосигнал можно рассматривать как один из ранних способов сжатия спектра. Хотя полные цветовые видеосигналы разработаны для передачи, их можно записывать на видеоленту. В случае систем NTSC и PAL возможно также микширование полных цветовых видеосигналов. Поэтому первые студии цветного телевидения строились исключительно с использованием композитных видеосигналов. Кодер устанавливался в блоке управления камерой, а декодер находился у телезрителя в телевизоре.

    Цвет  на экране

    Экран черно-белого телевизора имеет внутреннее люминофорное (фосфорное) покрытие только одного цвета, а его кинескоп содержит лишь одну электронную пушку. Изменение тока луча определяет интенсивность свечения люминофора, приводя к различным оттенкам белого цвета.

    Внутренняя  поверхность экрана цветного кинескопа  покрыта точками трех типов люминофоров  основных цветов — красного, зеленого или синего (R, G, B). Из этих трех основных цветов формируются все цвета  и оттенки. Соотношение яркостей люминофоров определяет цвет отдельных  элементов изображения. Если, например, луч, который засвечивает синий  люминофор, выключен, а светятся только красный и зеленый, они воспринимаются глазом как желтый. Изменяя интенсивность  того или иного электронного луча, можно изменять цветовую гамму изображения. В цветном кинескопе три электронных  пушки и соответственно три электронных  луча — по одному для красного, синего и зеленого цветов. Три электронных  луча сканируют экран аналогично одному в черно-белом кинескопе.

    Рисунок 3.Электронный луч движется по горизонтальным строкам слева направо и сверху вниз. Количество строк на экране определяет вертикальное разрешение кинескопа. Когда луч достигает конца строки, он гасится и возвращается в начало. Затем процесс повторяется. Так формируется кадр изображения.

    Как глаз видит цвет.

    Можно предположить, что в цветном телевидении  «белый» состоит из равных долей  первичных цветов. К сожалению, это  не так. Человеческий глаз не видит  все цвета с равной яркостью. Глаз намного более чувствителен к  желтовато-зеленому, чем к синему или красному свету. Из-за большей  чувствительности глаза в зелено-оранжевой  части цветного спектра равное процентное соединение красного, зеленого и синего цветов не будет казаться белым.

    Фосфоры, используемые в телевизионных экранах, представляют собой цветные соединения, в которых на долю красного цвета  приходится 30, на долю синего — 11 и на долю зеленого — 59 процентов.

    Рисунок 4.Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — основной элемент любого кинескопного телевизора. Это по сути стеклянная колба, из которой откачан воздух. На передней поверхности находится экран, на горловине — отклоняющая система, внутри горловины — электронная пушка. Пушка генерирует три электронных луча, которые с помощью отклоняющей системы сканируют экран.

    Сигналы яркости и цветности

    На  заре эры цветного телевидения было решено сделать цветные телевизионные  передачи совместимыми с существующим черно-белым телевидением (имеющийся  в мире парк черно-белых телевизоров  просто не позволял сделать иначе). Черно-белые телевизоры должны быть способны принимать цветные передачи и воспроизводить их как обычные  черно-белые. Чтобы достичь этого, структура цветного телесигнала полностью повторяла черно-белый, добавился лишь дополнительный сигнал цветности (и сигналы его опознавания), которые легко отфильтровывались в черно-белом телевизоре, не отражаясь (почти) на качестве изображения.

    Итак, в цветном телевидении приняты  две составляющие видеосигнала —  яркостная (luminance или Y) и цветностная (chrominance или C). Сигнал яркости (Y) передается обычным образом, с полной шириной полосы пропускания, позволяя черно-белому телевизору показывать нормальное черно-белое изображение. На сигнал цветности (С) выделена гораздо меньшая ширина полосы. Это стало возможным благодаря тому, что глаз человека имеет низкое цветовое разрешение и не способен различать мелкие цветные элементы изображения с такой же точностью, как белые.

    Яркость и насыщенность изображения

    Говоря  о восприятии цвета, надо понимать, что сигнал яркости несет информацию о яркости объекта и ее промежуточных  значениях, тогда как сигнал цветности  передает информацию о цветовом оттенке  и густоте (глубине) цвета или  насыщенности изображения. Менее насыщенное изображение выглядит на экране блеклым, более насыщенное — ярким, сочным.

    Рисунок 5.Поверхность экрана покрыта светочувствительными точками люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Точки объединены в триады, образующие элементы изображения — пикселы. Из них в дальнейшем складывается изображение.

    Передача  цвета

    При передаче цветного ТВ-сигнала сигнал цветности (C) преобразуется в специальные  цветоразностные сигналы. Так как  информация о яркости уже передается, цветовой сигнал в ней больше не нуждается. Таким образом, получаются три цветоразностных сигнала: красный  минус сигнал яркости (R–Y), зеленый  минус сигнал яркости (G–Y) и синий  минус сигнал яркости (B–Y).  
   Но нет необходимости передавать и все три цветоразностных сигнала потому, что если две составляющих полного сигнала цветности известны, третий может быть рассчитан. Например, когда имеется сигнал, состоящий из 50% синего и 40% красного, зеленый должен составлять 10% (50%+40%+x=100%; x=10%). Поэтому для передачи информации о цвете выбраны два цветоразностных сигнала: R–Y и B–Y. Сигнал G–Y опущен не только из соображений экономии (уменьшается количество каналов передачи), но и улучшения качества сигнала. Так как сигнал яркости состоит из 59% зеленого, G–Y должен иметь самый низкий уровень. Он был бы более уязвим к шуму в передающей системе, чем большие по величине R–Y и B–Y.