Obrada signala. Televizijski standardi i formati

Oba dodatna signala krominacije ulaze PAL standard prenosi se istovremeno u kvadraturnoj modulaciji (varijacija), tipična frekvencija podnosača je 4433618,75 Hz (4,43 MHz). U ovom slučaju, "crveni" signal razlike u boji se ponavlja u sljedećem redu sa rotacijom faze od 180 stepeni. Da bi eliminisao faznu grešku, PAL dekoder dodaje trenutnu liniju i prethodnu iz memorije, čime potpuno eliminiše fazne greške (tipične za NTSC sistem). Kada se dodaju dva signala, "crvene" komponente razlike u boji se poništavaju, jer se njihov predznak promijenio. Prilikom oduzimanja dva signala, "plavi" signali se međusobno poništavaju. Dakle, izlazi sabirača-oduzimanja proizvode odvojene signale U i V, koji su skalirani R-Y i B-Y.

U analognim televizijskim prijemnicima ultrazvučna linija kašnjenja koristi se za pamćenje signala razlike u boji iz prethodne linije, u digitalnim - RAM po liniji.

Dakle, za razliku od NTSC-a, u standardu PAL, kada se koristi standardni analogni dekoder, vertikalna rezolucija boja je upola manja od monohromatske slike (zbog zbrajanja dvije susjedne linije u polju). Ovo je sasvim prihvatljivo, jer je i horizontalna rezolucija u boji niža zbog smanjenog propusnog opsega. Subjektivno, zbog veće osjetljivosti oka na komponentu svjetline, takvo pogoršanje se gotovo i ne primjećuje na prosječnim slikama. Treba imati na umu da je u prenesenom signalu vertikalna rezolucija boja potpuna; pogoršanje rezolucije se javlja samo u analognim PAL dekoderima.

Upotreba digitalne obrade signala omogućava vraćanje pune vertikalne rezolucije boja i poboljšanje razdvajanja svjetline/krominacije korištenjem češljastog (ili još složenijeg - tzv. 3D) filtriranja podnosača.

Primjena kvadraturne modulacije je karakteristična karakteristika PAL je iz SECAM standarda, rotacija faze “crvenog” signala duž linija ga razlikuje od NTSC, YUV model boja ga razlikuje od svih analognih sistema.

Geografija distribucije

PAL sistem je glavni televizijski sistem u boji u Evropi (osim Francuske, Rusije, Belorusije), Aziji, Australiji i nekoliko zemalja Afrike i Južne Amerike:

Burne rasprave o izboru sistema televizije u boji u vodećim zemljama zapadna evropa završio u korist PAL sistema - iza toga je bilo petnaestogodišnje iskustvo u emitovanju i proizvodnji opreme i televizora u SAD, Japanu, Kanadi i drugim zemljama koje koriste NTSC sistem. Naravno, tu je bila i politika (ovaj sistem je u šali nazvan “NATO sistem”) – kada se, nešto kasnije, Italija spremala da izabere sistem televizije u boji, tada je vladajući predsjednik Francuske J. Pompidou posebno došao u Rim i govorio u parlamentu sa apelom „pokažite rimsku solidarnost i prihvatite Francuski sistem" Međutim, Italija nije pokazala takvu solidarnost i priklonila se sistemu PAL.

vidi takođe

• PALplus

NTSC televizijski sistem u boji razvijen je u SAD 1950–1953. Nacionalni komitet Televizijski sistemi(Komitet nacionalnog televizijskog sistema) i odobren u zemlji kao nacionalni standard. Kasnije je NTSC sistem usvojen kao standard u Kanadi, u većini zemalja američkog kontinenta, u Japanu, Koreji, Tajvanu i nekim drugim zemljama.

NTSC sistem prenosi signale osvetljenosti i dva signala razlike u boji kao signale. Prijenos signala razlike u boji vrši se u spektru svjetline na jednoj frekvenciji podnosača boje f S(Slika 5.8).

Rice. 5.8. NTSC spektar signala slike

Napon podnosača moduliran signalima razlike u boji se naziva signal u boji . Zbir signala svjetline i boje U S forme signal u punoj boji U P. Da bi se modulirala jedna frekvencija podnosača sa dva signala razlike u boji, a metoda kvadraturne amplitudne modulacije. Njegova suština leži u sumiranju dva napona frekvencije podnosača moduliranih svakim od signala razlike u boji u odvojenim amplitudnim modulatorima (slika 5.9). Frekvencija podnosača se dovodi do modulatora u kvadraturi, tj. sa faznim pomakom od 90°. Signal boje dobijen kao rezultat sabiranja moduliran je ne samo amplitudno, već i fazno.

Rice. 5.9. Pojednostavljeni blok dijagram uređaja za kodiranje

Zaista, amplituda signala krominacije je:

(5.1)

i fazni pomak φ vektora U S u odnosu na jednu od vibracija

, (5.2)

gdje se zauzvrat određuju moduliranjem signala razlike u boji.

NTSC sistem ne koristi konvencionalne amplitudske modulatore, ali uravnotežen , koji, potiskujući sam podnosač, ostavlja samo bočne komponente spektra. Balansirana modulacija ima određene prednosti u odnosu na konvencionalnu amplitudnu modulaciju (slika 5.10). Uz isti raspon modulirajućih signala u odnosu na konvencionalnu modulaciju, balansirana modulacija generiše signal u boji najmanje dvostruko veće amplitude, što smanjuje njegovu vidljivost na ekranu crno-bijelog TV-a, za što treba uzeti u obzir signal u boji. kao smetnje. Time je poboljšana kompatibilnost crno-bijelog i kolor televizijskog sistema. Zauzvrat, kvaliteta kompatibilnosti je dodatno poboljšana kada se prikazuju neobojeni ili svijetlo obojeni detalji slike. U ovim slučajevima, signali razlike u boji (modulirajući) su nula ili male amplitude, a na izlazu balansiranih modulatora signal također teži nuli.

A)

b)

Rice. 5.10. a) amplitudna modulacija

b) balansirana modulacija

U NTSC prijemniku u boji iz primljenog signala u boji U S njegove kvadraturne komponente moraju biti izolirane da bi se dobili originalni signali razlike u boji. Pošto se razdvajanje signala može predstaviti kao operacija projektovanja vektora U S na dve ortogonalne ose koje se poklapaju sa modulacionim osovinama.

Problem u ovoj predstavi može se riješiti pomoću sinhroni detektor. U sinhronoj detekciji, dva signala dovedena na ulaz detektora se množe. Ako je jedan od ovih signala signal u boji koji prima televizijski prijemnik U S, a drugi – takozvani referentni napon U op predstavlja oscilaciju frekvencije podnosača f S sa početnom fazom φ=0, zatim napon na izlazu detektora U out će biti jednak:

Gdje U op je amplituda gornjeg referentnog napona.

Koristeći poznatu trigonometrijsku relaciju

dobijamo

Uz pretpostavku da je amplituda referentnog napona konstantna i ugradnju niskopropusnog filtera na izlaz sinhronog detektora, isključujući drugi član na desnoj strani jednačine, pobrinut ćemo se da problem izolacije jednog od kvadrata komponente je riješeno:

,

gdje je k koeficijent proporcionalnosti.

Ako se napon primjenjuje na sinhroni detektor kao referentni napon, onda

,

one. druga kvadratna komponenta će biti istaknuta.

Dakle, uređaj za razdvajanje kvadraturnih komponenti mora se sastojati od dva sinhrona detektora i generatora referentne frekvencije podnosača, sinhronizovanih po frekvenciji i fazi sa predajnim generatorom. Međutim, takva informacija nije sadržana u primljenom TV signalu, budući da je balansiranom modulacijom sam podnosač potisnut, a bočne frekvencije su modulacijski proizvod u zavisnosti od prenošene boje (i stoga sa faznim pomacima koji se razlikuju od nemodulirane vrijednosti f S).

Za izradu referentnog generatora podnosača f S u prijemniku bi mogao raditi sa fazom navedenom u televizijskom centru, sinkroniziran je sa posebnim signalom tzv signal u boji . Prenosi se u intervalu obrnuto Horizontalno skeniranje na mjestu horizontalnog zatamnjenog impulsa (HCP) iza horizontalnog sinhronizacijskog impulsa (HSP) i predstavlja paket oscilacija podnosača boje od 8...10 perioda (Slika 5.11). Ovaj paket se još naziva i blic u boji. Frekvencija bljeskalice je f S, faza je 180° (vektor oscilacije paketa poklapa se sa negativnim smjerom ose B–Y). Paket se prenosi u svim linijama skeniranja, osim u intervalu od 9H trajanja (H je trajanje jedne linije), u kojem se prenose ekvilizacijski impulsi i vertikalni sinhronizacijski impulsi (na vertikalnom impulsu zatamnjenja). Intervali između bljeskova jednaki su H.

Rice. 5.11. Signalni blic

Dakle, s kvadraturnom modulacijom, amplituda rezultirajućeg signala boje karakterizira zasićenost boje, a faza karakterizira ton boje. Vektori boja mogu se vizuelno prikazati grafički na dijagramu boja u polarnog sistema koordinate (slika 5.12)

Rice. 5.12. Dijagram boja u polarnom koordinatnom sistemu

Prilikom odabira frekvencije podnosača boje f S Moraju biti ispunjeni sljedeći uslovi.

1. Da biste smanjili vidljivost smetnji od signala u boji na slici na crno-bijelom TV-u U S frekvencija podnosača boje f S treba biti što je moguće više, jer će u tom slučaju struktura uzorka od smetnji biti manja i stoga manje uočljiva. S druge strane, značenje f S mora biti znatno manja od maksimalne frekvencije f max u spektru signala svjetline, tako da je ispunjen zahtjev za profesionalnu kompatibilnost sistema, tj. tako da se signal pune boje uklapa u standardni opseg signala u boji. Razlika (f max –f S) određuje maksimalnu širinu bočne trake signala u boji, a samim tim i maksimalnu moguću širinu spektra signala razlike u boji. Kao što je praksa pokazala, ova vrijednost ne može biti manja od 0,6 MHz, jer će se inače uočljive granice boja pojaviti na slici u boji u prijemniku na vertikalnim granicama između različitih boja. Od u Američki standard f max=4,18 MHz, dakle f S mora biti najmanje 3,58 MHz.

2. U istu svrhu smanjenja vidljivosti uzorka na ekranu crno-bijelog televizora dobijenog utjecajem podnosača na njega, njegova frekvencija f S je striktno povezan sa frekvencijom skeniranja slike. U ovom slučaju, ovaj odnos je podložan odnosu:

, (5.4)

gdje je n cijeli broj i frekvencija linija. Tada interval jedne, na primjer prve linije, odgovara cijelom broju perioda podnosača boje i druge polovine perioda. Stoga će se u sljedećem neparnom redu faza signala promijeniti u suprotnu, i tako od reda do reda. Kao rezultat modulacije svjetline pod utjecajem podnosača boje, na TV ekranu će se pojaviti mreža tamnih i svijetlih poteza, raspoređenih u šahovnici.

Pošto okvir sadrži neparan broj linija, polaritet signala u odgovarajućim linijama će biti obrnut kada se sljedeći okvir prenese. Oko će, zbog inercije vizuelnog aparata, usredsrediti ovu sliku. Dakle, zbog kompenzacije od linije do linije i od kadra do kadra, signal podnosača boje na TV ekranu će biti jedva primjetan, a što je manja struktura mreže, to je manje uočljiva.

Budući da je spektar signala svjetline diskretan i periodičan, harmonici signala boje, koji je također diskretan i periodičan, mogu se smjestiti u praznine između njegovih harmonika. Kada je uslov (5.4) zadovoljen, spektralne komponente signala boje nalaze se tačno u sredini. tzv alternacija (preplitanje) frekvencijskih spektra signala svjetline i boje (Slika 5.13), što u principu omogućava odvajanje ova dva signala u prijemnom uređaju sa velikom preciznošću.

Rice. 5.13.Frekvencijski spektar signala svjetline i boje

3. Šum na slici zbog prisustva frekvencije podnosača u spektru punog TV signala također može nastati zbog otkucaja između frekvencije podnosača signala u boji i druge međufrekvencije zvuka. Da bi se smanjila uočljivost smetnji, njena frekvencija je jednaka razlici u frekvencijama podnosača f S a druga međufrekvencija zvuka, iz istih razloga koji su navedeni u prethodnom paragrafu, takođe je jednaka neparnom harmoniku polulinijske frekvencije:

, (5.5)

Gdje k– cijeli broj. Iz (5.3) i (5.4) slijedi da

.

Zamjena f S njegovu vrijednost iz (5.4), dobijamo:

. (5.6)

Dakle, zahtjev (1.5) nužno povlači i zahtjev (1.6). Ali u svakom televizijskom sistemu za emitovanje ono je određeno razdvajanjem frekvencija nosioca slike i zvuka, a (1.6) se može napisati kao

, (5.7)

gdje je m cijeli broj.

U američkom standardu za crno-bijelu televiziju, za razliku od bilo kojeg od evropskih standarda, ovaj uslov nije ispunjen. U SAD na crno-beloj televiziji = 4,5 MHz; =15750 Hz. Dakle, njihov omjer je bio 285,714. Da bi se ispunio uslov (5.7), ovaj omjer je morao biti zaokružen na najbliži cijeli broj, tj. na 286, što je primoralo programere NTSC sistema da promene frekvencije skeniranja za 0,1% u skladu s tim: =15734,27 Hz, =59,94 Hz (umesto 60 Hz). Ovako beznačajna, ali fundamentalna promjena frekvencija skeniranja u sistemu boja nije zahtijevala izmjenu generatora skeniranja crno-bijelih televizora, budući da su naznačene nove vrijednosti frekvencija skeniranja očito unutar opsega hvatanja televizora. generatori skeniranja sinkronizirani njima.

4. Multiplikator (2n+1) u (5.4) treba da se sastoji od faktora koji su što manji kako bi se olakšalo postizanje stabilne podjele frekvencije pri dobijanju linijske frekvencije u generatoru takta od frekvencije glavnog oscilatora koji generiše frekvenciju f S. Pokazalo se da je optimalan broj (2n+1)=455 (13x7x5), što je odredilo izbor frekvencije podnosača MHz. Standard predviđa prihvatljivu nestabilnost ove vrijednosti od najviše 0,0003%, tj. ne gori od 10 Hz.

Signali razlike u boji E I i E Q

U NTSC sistemu u konačnoj verziji nisu korišteni signali kao signali u boji, već njihovi derivati ​​- signali i. Svrsishodnost prelaska na ove signale objašnjava se činjenicom da za male stvari naša vizija je dvobojna (dvobojna). Dihromatizam u normalnom vidu javlja se za objekte koji, kada se posmatraju, imaju veličinu od 12-20 lučnih minuta. Kada posmatra objekte ove veličine, ljudski vizuelni sistem ne razlikuje razliku između plave i zelene, crvene i ljubičaste boje. Sve nijanse boja percipiraju se kao mješavina narančaste i plavo cveće. Kako se detalji dalje smanjuju, oko prestaje razlikovati boju, a mi vidimo sitni dijelovi kao crno-belo. Ako nanesete na zamućenu granicu prijelaza iz jedne boje u drugu oštar pad svjetline, oko će vidjeti jasan prijelaz iz jedne boje u drugu.

Što se tiče televizije, iz ovoga proizilaze sljedeći zaključci. Detalji televizijske slike u rasponu od 10 do 22 lučne minute mogu se prenijeti u ograničenom roku sema boja, odgovarajuća mešavina narandžaste i plave boje. Isključivanje sitnih detalja u boji iz prijenosa ne bi trebalo primjetno utjecati na oštrinu prijelaza boja ako TV sistem oštro reproducira prijelaze svjetline.

Eksperimenti su pokazali da sva tri signala TV sistem mora prenositi u frekvencijskom opsegu do 0,5 MHz. U frekvencijskom opsegu od 0,5 MHz do 1,5 MHz potrebno je prenositi signale u boji koji odgovaraju mješavini narandžaste i plave. U frekventnom opsegu od 1,5 MHz do maksimalne frekvencije spektra, može se prenijeti jedan bezbojni signal svjetline.

Upotreba novih kvadraturnih komponenti omogućava prenošenje slike u boji na sljedeći način. Signal svjetline se prenosi preko cijelog frekventnog opsega. Signal u boji se prenosi u frekvencijskom opsegu do 1,5 MHz, a signal u opsegu do 0,5 MHz. U frekvencijskom opsegu od 0,5 do 1,5 MHz prenose se samo dva signala, koji pružaju reprodukciju narandžasto-crvene i plavo-zelene boje. Prelazak sa signala na signale omogućava da se donekle poboljšaju parametri sistema, jer se smetnje od signala boja u kanalu osvetljenosti smanjuju i postaje moguće malo povećati frekvenciju podnosača.

Primena signala E I I E Q, koji zauzimaju manji frekventni opseg u spektru luminantnog signala, umjesto konvencionalnih signala za razliku u boji pokazalo se prikladnim, budući da je širina video kanala u američkom standardu samo 4,2 MHz i položaj informacije o boji u spektru signala svjetline predstavlja određene poteškoće. U evropskoj NTSC verziji se koristi za poređenje razni sistemi TV u boji sa širinom video kanala od 6 MHz, korišteni su signali.

Slika 5.14 prikazuje pojednostavljeni blok dijagram enkodera u NTSC sistemu. Originalni signali su signali. Crtice u oznakama signala označavaju da su signali prethodno bili korigovani gama. Na izlazu matričnog kola M generiraju se signal svjetline i signali razlike u boji. Sinhronizacijski signal SSP prijemnika se uvodi u signal svjetline. Niskopropusni filteri LPF1 I LPF2 Frekvencijski opseg signala je ograničen na 1,3 i 0,6 MHz, respektivno. Generator frekvencije podnosača proizvodi sinusoidalni signal sa frekvencijom od 3,579545 MHz i fazom od 180°, što odgovara smjeru negativne ose B–Y. Za balansirani modulator BM frekvencija podnosača signala dolazi od oscilatora sa kašnjenjem od 57°, koje stvara fazni pomerač FV1. Za balansirani modulator BM signala, oscilacija frekvencije podnosača dolazi sa dodatnim kašnjenjem od 90° dobijenim u FV2, čime se obezbjeđuju uslovi za kvadraturnu modulaciju jednog podnosača sa signalima. Kvadraturne komponente iz izlaza balansiranih modulatora U I I U Q napaja se sabiraču, koji proizvodi signal u boji U S. U zbrajaču signal boje U S dodati signalu osvetljenosti. Na izlazu ovog sabirača, ukupni frekvencijski opseg je određen niskopropusnim filterom u opsegu od 0 do 4,18 MHz. Kao rezultat ovog ograničenja, kvadraturna komponenta U Q – LZ1 za približno 0,7 μs, au kanalu - LZ2 za 0,5 µs. Greška u vremenskom poravnanju sva tri signala ne bi trebala biti veća od polovine trajanja skeniranja crno-bijelog elementa slike (0,05 μs). Inače, na slici u boji može doći do primjetne neusklađenosti obojenih područja i dijelova kojima ta područja pripadaju.

Color Burst U CV se formira u ventilskom uređaju K korištenjem stroboskopa, čiji privremeni položaj odgovara položaju bljeskalice u boji na zadnjoj platformi horizontalnog impulsa zagasitosti (vidi sliku 5.11). U sabiraču se signal sinhronizacije boja dodaje signalima svjetline i boje.

Da bi se zadovoljio uslov (5.1), horizontalni sinhronizujući impulsi se dobijaju uzastopnim dijeljenjem frekvencije podnosača f S u razdjelniku frekvencije DC.

Rice. 5.14. Blok dijagram NTSC sistemskog kodera

Blok dijagram uređaja za dekodiranje

Kompozitni signal U P, koji sadrži signale svjetline i krominacije, kao i bljeskove u boji i signal sinhronizacije prijemnika, dovodi se u pojačalo signala svjetline i propusni filter PF signal u boji (slika 5.15). U kanalu osvetljenosti koristeći notch filter RF, podešen na frekvenciju podnosača, signal boje se potiskuje, eliminišući smetnje iz njega u obliku šablona šahovskih figura o kojem je gore diskutovano. Pojasni filter u kanalu za razliku u boji izdvaja puni signal U P hrominantni signal i signal rafalnih boja. Istovremeno, pažnja je posvećena i maksimalnom potiskivanju druge međufrekvencije zvuka (4,5 MHz) u signalu, što može izazvati neželjene otkucaje sa podnosačem boje. Chroma signal U LZ1 I LZ2.

Rafalni signal boje je odvojen od signala boje pomoću ventilskog uređaja K, koji prenosi bljeskove u boji na svoj izlaz kada stignu stroboskopski impulsi generirani u uređaju FSI. Zauzvrat, uređajem za formiranje upravljaju horizontalni sinhronizujući impulsi, odvojeni od kompletnog signala u selektoru sinhronizacionog impulsa.

Bljesci u boji su dizajnirani da sinhronizuju generator podnosača boje f S, koji ima kvarcnu stabilizaciju kako bi se osigurala tačnost.

Rice. 5.15. Blok dijagram NTSC sistemskog dekodera

Sinhronizacija je parametarska, kontrolni napon generiše fazni detektor FD, koji upoređuje frekvenciju i fazu oscilacija iz generatora i bljeskova u boji. Kolo s fazno zaključanom petljom najjednostavnije se izvodi do vrijednosti od 90° u odnosu na fazu bljeska, tj. do ose R-Y. Dakle, da bi se osigurala detekcija na osi I(u sinhronom detektoru SDI), potrebno je stvoriti oscilacije autooscilatora u faznom pomeraču FV1 napredovati za 33°. Dodatno odlaganje FV2 na 90° će omogućiti detekciju u SDQ po osi Q.

Pojačavač signala u boji koristi gejt impulse da potisne oscilacije bljeskova boja kako bi eliminisao njihov omotač na izlazu sinhronih detektora. U suprotnom, na rubu slike, ova koverta može stvoriti obojenu vertikalnu prugu koja odgovara položaju blica na horizontalnom području zatamnjenja.

Kanal signala u boji također mora biti blokiran kada se prima crno-bijela slika, jer bi se inače na ekranu kineskopa u boji pojavio krupnozrnati moar u boji. Potonji su proizvod otkucaja u sinhronim detektorima visokofrekventnih komponenti svjetlosnog signala sa oscilacijama autonomnog generatora podnosača. Chroma prekidač VC prima kontrolni napon za blokiranje kanala od faznog detektora. Prilikom emitovanja programa u boji, tj. u prisustvu bljeska u boji, od faznog detektora do VC prima se konstantan napon jednog predznaka, ali tokom crno-belog emitovanja ovaj napon menja svoj predznak.

Ako izuzmemo fazni pomerač iz razmatranog blok dijagrama FV1 na 33°, tada će se izvršiti sinhrona detekcija na osi R-Y I B–Y, i stoga će se signali primati na izlazima detektora. Ali u ovom slučaju, zbog raznolikosti komponenti U I I U Q Može doći do preslušavanja između signala.

Da bi se spriječila ova izobličenja, oba niskopropusna filtera na izlazu detektora moraju biti uskopojasna: 0...0,6 MHz, što će značajno pogoršati jasnoću boje. Stoga je ova verzija uređaja za dekodiranje manje uobičajena.

Sa stanovišta primenjene metode modulacije podnosača boje video signalima u boji, NTSC sistem ima sledeće glavne karakteristike:

Dobra upotreba kanal za prijenos (veliki volumen prenesenih informacija s visokom otpornošću na buku);

Visoka kvaliteta slika u boji u odsustvu neprihvatljivih izobličenja na putu prenosa (posebno, visoka jasnoća boje horizontalno i vertikalno);

Odsustvo muara i treperenja svjetline na slici na ekranima kolor i crno-bijelih televizijskih prijemnika kada se objekt prijenosa pomjera;

Dobra kompatibilnost(mala vidljivost smetnji od signala u boji);

Ispravnost i jednostavnost oblika signala u boji pri prijenosu test signala kolor traka, što olakšava kontrolu rada opreme i njeno konfiguriranje;

Visoka otpornost na šum video signala u boji u prijemniku od fluktuacionog šuma. Istovremeno, vidljivost šuma na slici u boji raste glatko kako se omjer signala i šuma smanjuje, a šum na slici ima strukturu blisku onoj na crno-bijeloj televiziji, iako je šum grube teksture. je nešto uočljiviji zbog šuma iz kanala signala u boji;

Visoka otpornost na buku kola za sinhronizaciju boja od buke fluktuacije;

Lako pomiješajte kompletne video signale U P =+ U DV sa raznih kamera, ne razlikuje se od miješanja signala na crno-bijeloj televiziji.

NTSC sistem ima sledeće nedostatke, zbog čega nije usvojen kao standard u Evropi za skeniranje od 625 linija:

Zahtjevi za odsustvo izobličenja amplitude i faze signala u boji na frekvenciji podnosača i za neiskrivljeni prijenos potrebnog frekvencijskog opsega su vrlo strogi, a njihova implementacija tokom kreiranja i rada opreme, kao i komunikacijskih kanala , povezan je sa značajnim poteškoćama;

Kod prijema više zraka (na primjer, u planinskim uvjetima) i u prisustvu reflektiranih signala dolazi do izobličenja u amplitudi i fazi signala u boji, što smanjuje kvalitetu slike u boji;

Prilikom snimanja kompletnog signala U Pri prenošenju na magnetnu traku i njenom puštanju potrebno je osigurati striktno konstantnost brzine kretanja magnetne trake u odnosu na magnetne glave, što je posebno važno za ponovno prepisivanje. Da bi ispunio ovaj zahtjev, videorekorder mora imati visokokvalitetne mehanizme i posebne jedinice za električnu korekciju nestalnosti brzina mehanizama.

PAL (Phase Alternating Line) je standard za televizijski signal koji je razvio inženjer Telefunkena Walter Bruch u Njemačkoj 1963. godine.

Kao i svi standardi analogne televizije, PAL je prilagođen i kompatibilan sa starijim monohromatskim (crno-bijelim) televizijskim emitiranjem. U prilagođenim analognim televizijskim standardima u boji, dodatni signal u boji se prenosi na kraju spektra monohromatskog televizijskog signala.

Poznato je da bilo koja boja koju ljudski vid opaža može biti sastavljena od primarnih boja: crvene (R), zelene (G) i plave (B). Ovaj model boja je skraćeno RGB. Zbog prevlasti komponente zelene boje u prosječnoj televizijskoj slici i kako bi se izbjeglo suvišno kodiranje, koriste se dodatni signali u boji R-Y razlike i B-Y (gdje je Y ukupna svjetlina monohromatskog TV signala). PAL sistem koristi YUV model boja.

Oba dodatna signala u boji u standardu PAL prenose se istovremeno u kvadraturnoj modulaciji (vrsta amplitudne modulacije - to je zbir dvije oscilacije nosioca iste frekvencije, ali pomjerene u fazi jedna u odnosu na drugu za 90 stepeni, od kojih je svaka moduliran po amplitudi sopstvenim modulirajućim signalom), tipični frekvencijski podnosač - 4433618,75 Hz (4,43 MHz). U ovom slučaju, "crveni" signal razlike u boji se ponavlja u sljedećem redu sa rotacijom faze od 180 stepeni. Da bi eliminisao faznu grešku, PAL dekoder dodaje trenutnu liniju i prethodnu iz memorije, čime potpuno eliminiše fazne greške (tipične za NTSC sistem). Kada se dodaju dva signala, "crvene" komponente razlike u boji se poništavaju, jer se njihov predznak promijenio. Prilikom oduzimanja dva signala, "plavi" signali se međusobno poništavaju. Dakle, izlazi sabirača-oduzimanja proizvode odvojene signale U i V, koji su skalirani R-Y i B-Y.

U analognim televizijskim prijemnicima, ultrazvučna linija kašnjenja koristi se za pohranjivanje signala razlike u boji iz prethodne linije; u digitalnim prijemnicima koristi se RAM po liniji.

Dakle, za razliku od NTSC, u standardu PAL, kada se koristi standardni analogni dekoder, vertikalna rezolucija boja je nešto niža od rezolucije jednobojne slike (zbog zbrajanja dvije susjedne linije preko polja). Ovo je sasvim prihvatljivo, jer je i horizontalna rezolucija u boji niža zbog smanjenog propusnog opsega. Subjektivno, zbog veće osjetljivosti oka na komponentu svjetline, takvo pogoršanje se gotovo i ne primjećuje na prosječnim slikama. Treba imati na umu da je u prenesenom signalu vertikalna rezolucija boja potpuna; pogoršanje rezolucije se javlja samo u analognim PAL dekoderima.

Upotreba digitalne obrade signala omogućava vraćanje pune vertikalne rezolucije boja i poboljšanje razdvajanja svjetline/krominacije korištenjem češljastog (ili još složenijeg - tzv. 3D) filtriranja podnosača.

Upotreba kvadraturne modulacije je karakteristična karakteristika PAL-a od standarda SECAM, rotacija faze "crvenog" signala duž linija ga razlikuje od njega, YUV model boja ga razlikuje od svih analognih sistema.

Televizijski okvir standarda PAL sastoji se od 576 linija (ukupan broj je 625, od kojih su neke uslužne), svaka linija se sastoji od 720 fragmenata, tj. je matrica 720*576.

Svaki okvir se sastoji od "polja" - naizmjeničnih parnih i neparnih linija; naizmjenična parna i neparna polja omogućavaju vam da smanjite treperenje slike.

Korišćeno je nekoliko modifikacija standarda PAL, sa razlikama u opsegu emitovanja, video propusnosti i frekvenciji nosača zvuka.

Većina analognih kamera za CCTV sisteme rade u PAL D standardu.

Frekvencijski spektar televizijskog signala PAL I:

Princip modulacije amplitude i frekvencije:

Signal - noseća frekvencija.

AM—amplitudski modulirani signal.

FM je frekvencijski modulirani signal.

PAL televizijski sistem u boji

PAL sistem je razvila njemačka kompanija Telefunken i usvojen je kao standard u većini zapadnoevropskih zemalja (Njemačka, Velika Britanija, Švedska, Austrija, Norveška, Belgija, Danska, Španija, Italija, itd.). Trenutno je PAL sistem najrasprostranjeniji televizijski sistem u boji na svijetu. Koristi se, pored evropskih zemalja, u većini zemalja Afrike, Azije, Australije i u nekim zemljama južna amerika. Naziv sistema je skraćenica od početnih slova engleska fraza"Phase Alternation Line" (izmjena faza duž linija).

PAL sistem, stvoren kao alternativa NTSC sistemu, međutim, može se smatrati njegovom uspješnom modernizacijom. Koristi iste signale kao i drugi televizijski sistemi u boji, i prenosi te signale na isti način kao u NTSC-u, kvadraturno uravnoteženom amplitudnom modulacijom frekvencije podnosača koja se nalazi u spektru signala osvetljenosti. Razlika od NTSC sistema je u tome što faza jedne od kvadraturnih komponenti signala hrominacije varira od linije do linije za 180°. Ovo je omogućilo da se eliminiše glavni nedostatak NTSC sistema - osetljivost na diferencijalno fazno izobličenje, a takođe se dobiju i brojne druge važne prednosti.

Slika 5.23 pokazuje kako se generiše signal boje u PAL sistemu. Kao iu NTSC sistemu, formira se od dvije kvadratne komponente. Ali jedna od ovih komponenti, s početkom svakog sljedećeg reda, mijenja fazu za 180°. Rezultirajući signalni vektori krominacije u susjednim redovima su kompleksno konjugirani. Da bi se ispravno dekodirao takav niz signala na prijemnom uređaju, potrebno je u detektoru sinhronog signala prebaciti fazu oscilatora referentne frekvencije podnosača za 180° na istoj frekvenciji kao i na kraju odašiljanja. Prebacivanje faza je ekvivalentno obrnutoj transformaciji vektora u njihove originalne kompleksno konjugirane vektore, respektivno. Radni uslovi detektora sinhronog signala ne razlikuju se od njegovog rada u NTSC sistemu.

Rice. 5.23. Fazno prebacivanje podnosača tokom prenosa signala

boja u PAL sistemu

Razmotrimo kako takav postupak prebacivanja faze utječe na diferencijalna fazna izobličenja koja nastaju na putu prijenosa. Na slici 5.24 na grafikonu boja u osama R– Y/ B–Y Označene su neke karakteristične boje i vektor koji odgovara prikazivanju ljubičaste boje. Prema principu prenosa signala u PAL sistemu, (n+1) th linija će dobiti vektorski kompleks konjugat vektora . Ako se na stazi pojave diferencijalna fazna izobličenja, tada će, bez obzira na uzroke, vektori i promijeniti svoj položaj u odnosu na originalne za istu vrijednost Δφ (slika 5.24, b). Na slici, fazna greška je pomerila oba vektora u smeru suprotnom od kazaljke na satu. U prijemnom uređaju, fazno prebacivanje oscilatora referentnog podnosača u kanalu R-Yće pretvoriti vektor u njegov konjugirani vektor (slika 5.24, V). Da biste analizirali izobličenja koja nastaju tokom procesa prenosa, kombinujte vektore i na jednom grafikonu (slika 5.24, G). To pokazuje da susjedni n-th i (n+1) Redovi su izobličeni na različite načine. Boja n-ta linija pomaknuta prema crvenoj, a boja (n+1)-ta linija – prema plavoj boji. Neiskrivljena boja odgovara prosjeku između vektora i pozicije. Stoga bi usrednjavanje ove dvije vektorske veličine omogućilo kompenzaciju faznih distorzija koje nastaju tokom procesa prijenosa. Većina na jednostavan način Usrednjavanje je usrednjavanje senzacija od strane samog vizuelnog aparata. Zbog njihove blizine jedna drugoj n-oh i (n+1)-th line funkcioniše mehanizam prostornog dodavanja boja. Različite nijanse boja dvije susjedne linije zbog izobličenja se zbrajaju, uzrokujući osjećaj prosječne boje između njih, kompenzirajući tako izobličenje:

a) grafikon boja;

b) fazna greška tokom prenosa signala;

c) signale u prijemniku nakon prebacivanja faze referentne oscilacije;

d) kombinovanje signala dve susedne linije.

Rice. 5.24. Kompenzacija za diferencijalnu faznu distorziju

u PAL sistemu

Razmatrana metoda vizuelne kompenzacije izobličenja implementirana je u tzv. „jednostavnom“ PAL prijemniku (Simple PAL ili PAL S). Slika se ispostavlja sasvim zadovoljavajućom ako fazne greške Δφ ne prelaze 25° (u NTSC - ne više od 5°). At velike vrijednosti greška integrativnog djelovanja oka više nije dovoljna; pojavljuje se primjetna razlika u boji susjednih linija polja, posebno žute, plave i plave boje(efekat „zastori“). Nelinearnost modulacijskih karakteristika kineskopa pogoršava ovaj efekat. Stoga metoda vizuelne kompenzacije faznih izobličenja u PAL sistemu nije našla široku upotrebu.

Najbolji rezultati se mogu dobiti električnim sabiranjem vektora kromatičnosti i dvije susjedne linije polja (slika 5.25). Geometrijski poluzbir ovih vektora odgovara položaju neiskrivljene boje na dijagramu. Kompenzuju se samo izobličenja tona boje, jer dužina rezultujućeg vektora zavisi od veličine fazne greške Δφ. Kako se greška povećava (Δφ 2 > Δφ 1), dužina ukupnog vektora se smanjuje (<). Это уменьшение пропорционально cosΔφ. Budući da dužina vektora određuje zasićenost emitovane boje, može se zaključiti da se u PAL sistemu izobličenja tona boje usled faznih grešaka transformišu u promene zasićenja, koje su manje uočljive. Dakle, ako prag vidljivosti u tonu boje odgovara kutnom pomaku na dijagramu boja φ=5...10°, tada je prag zasićenja približno 20%, što odgovara kutu Δφ=37°.

Mehanizam kompenzacije fazne greške u PAL sistemu eliminiše ne samo diferencijalnu faznu distorziju. Takođe je smanjen uticaj na kvalitet slike tačnosti rekonstrukcije podnosača od strane referentnog oscilatora u prijemniku. Greška Δφ u fazi oscilovanja referentnog oscilatora je ekvivalentna rotiranju osi grafika boja u odnosu na prenijete vektore kromatičnosti i za isti ugao Δφ. A ovo se, kao što je pokazano, kompenzira usrednjavanjem ovih vektora.

Metoda usrednjavanja zasnovana na sumiranju pretpostavlja istovremeno prisustvo signala sa dve uzastopno emitovane linije. Stoga, PAL prijemnik mora uključiti jedinicu za kašnjenje signala za vrijeme trajanja jedne linije. Ako je signal trenutno primljen na svom ulazu (n+1)-ti red, tada je istovremeno na njegovom izlazu prisutan signal prethodnog n-th line. Dostavljanjem ovih signala sabiraču može se postići željena kompenzacija izobličenja. Međutim, PAL dekoder često koristi malo drugačije kolo (slika 5.26), koje sadrži dva sabirača. Ova šema omogućava ne samo prosječenje signala dvije linije, već i razdvajanje dvije kvadraturne komponente signala boje. Ovo razdvajanje je efikasnije od razdvajanja u sinhronim detektorima (kao što je urađeno u NTSC sistemu), i stoga je manja verovatnoća da će doći do preslušavanja između signala.

Rice. 5.25. Kompenzacija izobličenja boja dodavanjem signala sa susjednih linija

Rice. 5.26 Blok kašnjenja signala u PAL sistemu

Blok dijagram uređaja za kodiranje

PAL sistem prenosi signal osvetljenosti i dva signala razlike u boji U I V. Signali U I V jednak signalima razlike u boji smanjenim faktorima kompresije:

(5.12)

Generisanje signala, U I V proizvedeno u uređaju za matričenje (slika 5.27). Opsezi video frekvencija U I V su ograničeni LPF do 1,3 MHz na –2 dB. U gujama 1 I 2 signali razlike u boji se miješaju s impulsima koji formiraju bljesak u boji i šalju se na balansirani modulatori , koji rade u kvadraturi, tj. pomak između oscilacija frekvencije podnosača u oba modulatora je 90°. Ova smjena je predviđena fazni pomerač 90°, uključen u krug modulatora balansirane komponente U V. Fazna promjena ove komponente kroz vod vrši se prekidačem koji povezuje modulator, ili direktno sa 90° fazni pomerač, ili sa dodatnim inverter na 180°. Prebacivanje se vrši pomoću generatora komutacionih impulsa koji je sinhronizovan sa frekvencijom linije.

Kvadraturne komponente U U and U V, sklapanje u guja 3, formiraju signal boje U S, koji zajedno sa signalima osvetljenosti i sinhronizacije prijemnika predstavlja kompletan (kompozitni) signal u boji U V. Linija kašnjenja u putanji signala osvetljenosti ima istu svrhu kao u NTSC i SECAM sistemima.

Rice. 5.27. Blok dijagram enkodera PAL sistema

Generator frekvencije podnosača je visoko stabilan uređaj sa stabilizacijom kvarcne frekvencije čija je vrijednost f S=4,43361875 MHz. Baš kao iu NTSC sistemu, postoji čvrsta veza između frekvencije podnosača i frekvencija skeniranja. Međutim, sam izbor vrijednosti podnosača u PAL sistemu ima svoje karakteristike.

Prije svega, oni se odnose na prebacivanje signala U V (svaka linija 180°). Ovo prebacivanje onemogućava odabir podnosača koji je jednak neparnom harmoniku frekvencije poluline. U ovom slučaju, neparni paritet poluperioda oscilacije podnosača u linijskom intervalu plus fazno prebacivanje za 180° rezultirao bi faznim podudaranjem signala U V u svim redovima slike. A to bi dovelo do povećanja vidljivosti podnosača na slici u obliku strukture okomite linije. Zauzvrat, nemoguće je odabrati vrijednost podnosača koja je višekratnik horizontalne frekvencije, budući da je komponenta U U, koji se prenosi bez preklapanja faze, stvara iste smetnje.

Programeri sistema napravili su kompromisno rešenje. Frekvencija podnosača odabrana je jednaka zbroju neparnog harmonika frekvencije četvrtine linije f Z i broj kadrova:

. (5.13)

Ova zavisnost se može približno izraziti kao

,

koji određuje plasman u linijskom intervalu od 284 perioda podnosioca minus jedna četvrtina. Dakle, u PAL sistemu, za razliku od NTSC sistema, oni implementiraju ne polulinijski pomak, već takozvani pomak četvrtine linije harmonika signala boje u odnosu na harmonike horizontalne frekvencije. Komponente brzine kadrova f okvir uzrokovati dodatnu promjenu polariteta podnosača u svakom polju za 180°. Eksperimenti su pokazali da je ovaj izbor podnosioca obezbedio visoku kompatibilnost PAL sistema.

Struktura spektra signala u boji u PAL sistemu razlikuje se od spektra signala u NTSC sistemu po tome što su harmonici hromatičnosti bliži harmonicima signala osvetljenosti (interval između njih je ¼ f Z). Ovo donekle komplikuje, ali ne isključuje mogućnost češljastog filtriranja prilikom odvajanja ovih signala na prijemniku.

U najčešćem evropskom standardu PAL sistema, signal pune boje je ograničen u propusnom opsegu u opsegu od 0 ... 5 MHz. Na specificiranoj vrijednosti frekvencije podnosača, najveće lateralne oscilacije signala krominacije za obje kvadraturne komponente U U and U V su asimetrično potisnuti. U NTSC sistemu, takvo ograničenje dva kvadraturna signala bi dovelo do izobličenja preslušavanja između njih u prijemnom uređaju. U PAL sistemu, princip progresivnog prebacivanja signala čini ova izobličenja minimalnim, praktično bez uticaja na kvalitet slike.

Video standardi

Od kada govorimo o video formati je već pokrenuto i o tome je već dosta rečeno, uključujući i o analogni I digitalni formate za snimanje video zapisa, pa sam odlučio da pričam direktno o takvim uobičajenim video standardi Kako: NTSC, PAL I SECAM. Hajde da shvatimo kako se razlikuju jedni od drugih.

Ako se odlučite za kupovinu fotoaparata u inostranstvu, posebno u SAD-u i Japanu, budite izuzetno oprezni. Cijene u ovim zemljama su izuzetno atraktivne, samo je sva video oprema dizajnirana za rad NTSC(međutim, posebno za ruske turiste u sistemu postoje prodavnice koje prodaju elektroniku PAL, ali ovdje morate biti dvostruko oprezni).

U tom smislu, ima smisla dublje ući u koncept skraćenica kao što su NTSC, PAL, SECAM.

Šta znači "NTSC"?

NTSC- ovo je skraćeno. engleski Nacionalni komitet za televizijske standarde - Nacionalni komitet za televizijske standarde - standard analogna televizija u boji, razvijena u SAD-u. 18. decembra 1953. godine po prvi put u svijetu pokrenuto je televizijsko emitiranje u boji koristeći ovaj sistemima. NTSC usvojen kao standard televizije u boji ( video) također u Kanadi, Japanu i nekoliko zemalja američkog kontinenta.

Tehničke karakteristike NTSC:

• broj polja - 60 Hz (tačnije 59,94005994 Hz);
• broj linija (rezolucija) - 525;
• frekvencija podnosača - 3579545,5 Hz.
• broj kadrova u sekundi - 30.
• Skeniranje zraka je isprepleteno (interlacing).

Šta znači "PAL"?

PAL- ovo je skraćeno. sa engleskog naizmjenična linija - standard analogna televizija u boji, koju je razvio inženjer njemačke kompanije “Telefunken” Walter Bruch i predstavljen kao standard televizija ( video) emitovano 1967.

Kao i sve analogne televizije ( video) standardima, PAL je prilagođen i kompatibilan sa starijim monohromatskim (crno-bijelim) televizijskim emitiranjem. U adaptiranom analognom standardima Kod televizije u boji, dodatni signal u boji se prenosi na kraju spektra monohromatskog televizijskog signala.

Kao što je poznato iz prirode ljudskog vida, osjet boje sastoji se od tri komponente: crvene (R), zelene (G) i plave (B). Ovaj model boja označen je skraćenicom RGB. Zbog dominacije komponente zelene boje u prosječnoj televizijskoj slici i da bi se izbjeglo suvišno kodiranje, razlika između R-Y i B-Y koristi se kao dodatni signal u boji (Y je ukupna svjetlina monohromatskog televizijskog signala). U sistemu PAL koristite model u boji YUV.

Oba dodatna signala krominacije ulaze PAL standard koji se istovremeno prenosi u kvadraturnoj modulaciji (varijacija AM), tipična frekvencija signala podnosača je 4433618,75 Hz (4,43 MHz).

U ovom slučaju, svaki signal razlike u boji se ponavlja u sljedećem redu sa faznom rotacijom frekvencije od 15,625 kHz za 180 stepeni, zbog čega dekoder PAL potpuno eliminiše fazne greške (tipične za sistem NTSC). Da bi eliminisao faznu grešku, dekoder dodaje trenutnu liniju i prethodnu iz memorije (analogni televizijski prijemnici koriste liniju odlaganja). Dakle, objektivno, televizijske slike u boji video standard PAL ima upola manju vertikalnu rezoluciju od jednobojne slike.

Subjektivno, zbog veće osjetljivosti oka na komponentu svjetline, takvo pogoršanje se gotovo i ne primjećuje na prosječnim slikama. Upotreba digitalne obrade signala dodatno ublažava ovaj nedostatak.

Šta znači "SECAM"?

SECAM- ovo je skraćeno. od fr. Séquentiel couleur avec mémoire, kasnije Séquentiel couleur à mémoire - sekvencijalna boja s pamćenjem - standard analogna televizija u boji, prvi put korištena u Francuskoj. Istorijski gledano, to je prvi Evropljanin standard televizije u boji.

Signal u boji kao standard SECAM prenosi se u frekvencijskoj modulaciji (FM), jedna komponenta u boji u jednoj televizijskoj liniji, naizmenično. Prethodni R-Y ili B-Y signal se koristi kao linije koje nedostaju, respektivno, primajući ga iz memorije (u analognim televizijskim prijemnicima za to se koristi linija odgode). Dakle, objektivno, televizijske slike u boji u standardu SECAM ima upola manju vertikalnu rezoluciju od jednobojne slike. Subjektivno, zbog veće osjetljivosti oka na komponentu svjetline, takvo pogoršanje se gotovo i ne primjećuje na prosječnim slikama. Upotreba digitalne obrade signala dodatno ublažava ovaj nedostatak.

Uobičajeno je da se skraćenica dešifruje kao šala SECAM kao “Sistem suštinski suprotan američkom” (sistem suštinski suprotan američkom).

Usput, video trake označene NTSC Kvalitet i trajanje snimaka ne zadovoljavaju standard PAL.