Учебное пособие елец 2008 удк ббк з
 Скачать 1.64 Mb.
|
Глава 4. Системы цветного телевидения NTSC и PAL
Система NTSC была разработана в США и принята в качестве стандартной системы цветного телевидения практически во всех странах Северной, Юж- ной и Центральной Америки, а также в ряде стран Азии (Япония, Южная Ко- рея и др.). В качестве сигналов для передачи цветовой информации в системе NTSC приняты цветоразностные сигналы. Передача этих сигналов осуществляется в спектре сигнала яркости на одной цветовой поднесущей. Для того чтобы иметь возможность передавать два видеосигнала цветности с помощью одной поднесущей частоты, применён метод квадратурной амплитудной моду- ляции. Сущность этого метода состоит в следующем. Основным элементом схемы квадратурной модуляции является балансный модулятор. Балансный модулятор выполняет две функции:
Модулирующие сигналы ЕR – Y и ЕB – Y подаются на два балансных моду- лятора (рис.4.1).  Рис.4.1. Принцип квадратурной модуляции сигнала ГП – генератор поднесущей; БМ1, БМ2 – балансные модуляторы; ФИ – фазоинвертор; СМ1, СМ2 – смесители. Модулируемые колебания имеют одну и ту же поднесущую частоту f0, од- нако сдвинуты относительно друг друга на угол 90°. На выходе балансных модуляторов получаются два сигнала: ЕR – Y ·Cos ω0t и ЕB – Y · Sinω0t, находя- щиеся в квадратуре. Эти сигналы являются сигналами цветности. При сложении этих сигналов образуется результирующий сигнал ЕР, моду- лированный по амплитуде и фазе (рис.4.2). ЕР = ЕR – Y Cos ω0t + EB – Y ·Sin ω0t ………………….. (4.1) Модуль результирующего вектора равен Е2 RY E2 BY |ЕР|= ……………………………….. (4.2) Разделив обе части (4.1) на (4.2) после несложных преобразований, получим: Е2 RY E2 BY ЕР = ·Sin (ω0t + θ), где θ = arctg (ER – Y / EB – Y) ……………………………. (4.3) Модуль вектора характеризует насыщенность цвета передаваемого элемен- та, а угол θ – его цветовой тон (рис.4.2)  Рис.4.2. Векторная диаграмма квадратурной модуляции Таким образом, в зависимости от окраски передаваемого в данный момент участка изображения ЦРС меняются по амплитуде, но остаются сдвинутыми по фазе на 90° относительно друг друга. Соответственно их суммарный век- тор ЕР меняется в пределах угла θ = 0° ÷ 360°. Поскольку при модуляции значения векторов ЕR – Y и ЕB – Y изменяются и при этом изменяется амплитуда и фаза результирующего колебания ЕР и θ, можно сказать, что квадратурная модуляция является амплитудно-фазовой модуляцией. Балансная модуляция имеет преимущества перед другими вида- ми модуляции, заключающиеся в том, что в значительной степени уменьша- ются помехи в канале яркости со стороны колебаний поднесущей частоты. При балансном методе модуляции поднесущей цветоразностными сигналами хорошая совместимость достигается, потому что на неокрашенных деталях изображения нет помех со стороны сигналов цветности, поскольку ЦРС, как это было показано ранее, равны нулю и напряжение поднесущей также равно нулю, так как она подавлена. В системе NTSC отводится сравнительно небольшая полоса частот для пе- редачи изображения (по стандарту 4,2 МГц). В связи с этим ограничивается и ширина спектров сигналов цветности, которые так же, как и в системе SECAM, «вкладываются» в спектр сигнала яркости. Уменьшение ширины спектра сигналов цветности приводит к ухудшению цветовой чёткости изо- бражения. Улучшить цветовую чёткость изображения при ограниченной ши- рине спектров сигналов цветности можно путём использования АМ-сигналов с одной боковой полосой (ОБП). При использовании сигналов с амплитудной модуляцией информацию можно передать с помощью одной боковой полосы спектра сигнала. Приме- нение сигналов с ОБП позволяет вдвое сократить полосу частот, занимаемую сигналом, либо при фиксированной ширине частотного интервала, отводимо- го для передачи информации, увеличить вдвое ширину спектра модулирую- щего сигнала. На практике обычно вторая боковая полоса подавляется лишь частично: от неё остаётся часть спектральных составляющих, примыкающих к частоте поднесущей. Такие сигналы называются сигналами с частично подавленной боковой полосой. Однако использование сигналов с ОБП в системах с квадратурной модуля- цией (КМ) наталкивается на серьёзные трудности. Это объясняется высокой чувствительностью таких систем к фазовым искажениям сигналов. Фазовые искажения приводят к появлению помех при приёме сигналов с КМ и иска- жению передаваемой информации. Под фазовыми искажениями понимается изменение начальной фазы сиг- нала. Такие искажения могут возникнуть при прохождении сигнала через ра- диотехнические цепи (контура, фильтры, и т.п.), при воздействии внешних помех в виде электрических колебаний и других причин. Это приводит к по- явлению помех и нарушению цветопередачи изображения. ЦветоразностныесигналывсистемеNTSC. Использование ЦРС ЕR – Y и ЕB – Y в системе NTSC оказывается малоэф- фективным. При разработке системы NTSC опытным путём были найдены цвета, при которых глаз человека обнаруживает наибольшую разрешающую способность. Эти цвета передаются сигналами ЕI и ЕQ , которые связаны с ЦРС ЕR – Y и ЕB – Y следующими соотношениями: ЕI = 0,47ЕR – Y – 0,27ЕB – Y ЕQ = 0,48ЕR – Y – 0,41ЕB – Y Использование балансной модуляции приводит к необходимости приме- нять в телевизоре синхронное детектирование для разделения квадратурных сигналов. Это усложняет схему, но повышает помехоустойчивость совмести- мой системы. Для синхронного детектирования, помимо квадратурных сигналов, на де- тектор необходимо подавать колебания цветовой поднесущей. В передавае- мом сигнале изображения поднесущая полностью подавлена. Поэтому в каж- дой строке ТВ-сигнала во время обратного хода передаётся так называемая «вспышка», представляющая собой 8…10 колебаний цветовой поднесущей. «Вспышка» является сигналом цветовой синхронизации. Форма этого сигнала показана на рис.4.3.  Рис.4.3. Форма строчного синхроимпульса с цветовой вспышкой Чтобы избежать искажений цветовых тонов принимаемого изображения, не только частота, но и фаза колебаний вспышки должна быть точно (до ± 5°) равна фазе поднесущей в кодирующем устройстве. Это необходимо потому, что синхронное детектирование работает на принципе сравнения фазы опор- ного напряжения (поднесущей частоты) с фазой детектируемого (квадратур- ного) сигнала. Принцип разделения сигналов, переданных методом квадратурной моду- ляции, основан на перемножении сигнала цветности ЕР, содержащего обе квадратурные составляющие, и напряжения опорной (поднесущей) частоты, совпадающей по фазе с какой-либо квадратурной составляющей. Такое пере- множение осуществляется в синхронном детекторе, структурная схема кото- рого показана на рис.4.4.  Рис.4.4. Структурная схема синхронного детектора РФ – режекторный фильтр; СД1, СД2 – синхронные детекторы; Г – генератор поднесущей; ФИ – фазоинвертор. На выходе синхронных детекторов получаются ЦРС ЕR – Y и ЕB – Y. Третий ЦРС ЕG – Y получается в декодирующей матрице приёмника из яркостного ЕY и двух ЦРС ЕR – Y и ЕB – Y . Система NTSC очень чувствительна к фазовым искажениям, которые при- водят к искажениям передаваемого цвета. Высокая точность, с которой необ- ходимо выдерживать все фазовые соотношения в полном цветовом сигнале, приводит к необходимости предъявлять очень жёсткие требования к характе- ристикам всех звеньев ТВ-системы и линии связи. Это послужило причиной отказа ряда стран от применения системы NTSC. Достоинства системы NTSC:
Недостатки системы NTSC:
Система PAL в своей основе содержит все идеи американской системы NTSC. Особенность системы PAL заключается в оригинальном способе уст- ранения фазовых искажений, присущих системе NTSC. Идея компенсации фазовых искажений заключается в том, что фаза поднесущей «красного» ЦРС ЕR – Y от строки к строке меняется на 180°. Фаза поднесущей «синего» сигнала цветности при этом остаётся неизменной. Инверсия фазы «красного» сигнала цветности от строки к строке приводит к тому, что искажения сигналов на выходах синхронных детекторов и пере- крёстные помехи, вызванные фазовыми искажениями, оказываются одинако- выми в соседних строках по форме, но с разными знаками. Следовательно, они могут быть скомпенсированы, если перед синхронным детектором или после него сложить сигналы двух соседних строк. Изменение фазы вектора ЕR – Y приводит к тому, что фазовые ошибки ∆θ двух соседних строк m и m + 1 (рис.4.5а), одинаковые по величине, имеют разные знаки. а) б) Рис.4.5. Компенсация фазовых искажений в системе PAL а – векторные диаграммы двух соседних строк; б – суммарный вектор 2ЕР в приёмнике после сумматора. ЕР1 и ЕР2 – векторы, правильно отображающие цвета m и m = 1 строк;
В системе PAL, как и в системе SECAM, используются ЦРС ЕR – Y и ЕB – Y. В ТВ-приёмнике для сигнала цветности устанавливается ультразвуковая ли- ния задержки на период одной строки (64 мкс). Таким образом, в тракте обра- ботки появляются два одноименных сигнала цветности с относительной за- держкой на период одной строки. Изменение полярности вектора ЕR – Y в сиг- нале цветности на выходе линии задержки и последующее сложение двух на- пряжений (напряжения на выходе УЗЛЗ Е'Р1 c инвертированным напряжени- ем на её входе Е'Р2) устраняет фазовую ошибку ∆θ, что показано на рис.4.5б. Удвоенный размах вектора ЕР за счёт ограничения приводится к нормальной величине. Одним из недостатков системы PAL является усложнение тракта обработ- ки сигнала цветности. Однако достоинства этой системы перед NTSC сделали эту систему весьма привлекательной, поэтому многие страны Западной Евро- пы, Азии, Африки и Австралия приняли её в качестве своего ТВ-стандарта. Структурная схема кодирующего устройства системы PALУпрощённая структурная схема кодирующего устройства системы PAL показана на рис.4.6.  Рис. 4.6. Упрощённая структурная схема кодирующего устройства системы PAL В матрице из сигналов Е'R, Е'G и Е'B формируются сигналы Е'Y, Е'R - Y и Е'B – Y. Цветоразностные сигналы через ФНЧ, ограничивающие их спектр, поступают на балансные модуляторы. Один из них (ФНЧ-R) служит для мо- дуляции поднесущей сигналом ЕR – Y, а другой (ФНЧ-В) – сигналом EB – Y. Ба- лансный модулятор «II» получает колебания поднесущей частоты непосред- ственно от генератора поднесущей. На балансный модулятор «I» колебания поднесущей поступают через коммутатор фазы и фазовращатель. Фазовраща- тель обеспечивает сдвиг фазы поднесущей на 90°, а коммутатор изменяет фа- зу колебания, поступающего от генератора поднесущей, на 180° от строки к строке. Управление коммутатором осуществляется специальными импульса- ми, поступающими от генератора коммутирующих импульсов. Синхрониза- ция генератора осуществляется импульсами строчной частоты. С выходов балансных модуляторов сигналы поступают на сумматор «I». В сигнал яркости с помощью сумматора «II» вводится синхронизирующий сигнал. Далее следует линия задержки, обеспечивающая совпадение во вре- мени сигналов яркости и цветности. Сигналы цветности отстают от сигналов яркости, так как каналы цветности имеют значительно более узкую полосу пропускания и вносят соответственно большую задержку при обработке сиг- нала. Сложение сигналов яркости и цветности осуществляется в сумматоре «III». Структурная схема декодирующего устройства системы PALУпрощённая структурная схема декодирующего устройства системы PAL показана на рис.4.7.  Рис.4.7. Упрощённая структурная схема декодирующего устройства системы PAL Полный цветовой сигнал с выхода видеодетектора поступает на полосовой фильтр. С помощью полосового фильтра выделяются сигналы цветности, пе- редаваемые на поднесущей частоте. Выделенные сигналы цветности посту- пают на сумматор «I» и через фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы на 180°, на сумматор «II». Кроме того, цветовые сигналы поступают на блок задержки. Блок задержки представляет собой последовательное включение двух линий: ультразвуковой и регулируемой линии, обеспечивающей точную подстройку времени задержки. Задержанные цветовые сигналы с выхода регулируемой линии задержки поступают на оба сумматора. Выделение сигналов Е'R – Y и Е'B – Y осуществля- ется с помощью двух синхронных детекторов. Выделение сигнала Е'B – Y осу- ществляется в синхронном детекторе «II», на который также подаётся колеба- ние опорной частоты от генератора поднесущей. На синхронный детектор «I», помощью которого выделяется сигнал Е'R – Y, опорное колебание поднесущей поступает через коммутатор фазы и фазовращатель. Фазовращатель сдвигает фазу опорного колебания на 90°, а с помощью коммутатора фазы осуществля- ется коммутация фазы на 180° от строки к строке. Коммутатор фазы управля- ется с помощью генератора коммутирующих импульсов. Правильная после- довательность коммутации задаётся схемой цветовой синхронизации. Достоинства системы PAL:
Недостатки системы PAL: Несколько большая сложность телевизионного приёмника по сравнению с системой NTSC. Практически все телевизоры, выпущенные промышленностью Советского Союза, не имели возможности принимать цветное изображение, передаваемое в системах NTSC и PAL. Для ликвидации этого недостатка были разработаны приставки к блокам цветности (транскодеры), способные обеспечивать вос- произведение изображения в цвете. Это усложняло схемы телевизоров; уста- новка таких транскодеров производилась, как правило, неспециалистами, что приводило к ухудшению качества работы ТВ-приёмника и, в конечном итоге, к снижению надёжности его работы. Современные телевизоры, выпускаемые ведущими фирмами мира, осна- щены мультистандартными устройствами, позволяющими воспроизводить цветное изображение с высоким качеством в любом стандарте цветного теле- видения. Контрольные вопросы:
|