Тогда когда появился первый цветной телевизор. Цветное телевидение

Цветное телевидение

Телевидение , в котором осуществляется передача цветных изображений. Донося до зрителя богатство красок окружающего мира, Ц. т. позволяет сделать восприятие изображения более полным.

Принцип передачи цветных изображений в телевидении основан на теории трёхкомпонентности цветового зрения (См. Цветовое зрение). Многообразие природных цветов можно воспроизвести оптически с помощью 3 основных цветов (См. Основные цвета) (см. Цветовые измерения). В соответствии с этим принципом в цветной телевизионной передающей камере (См. Телевизионная передающая камера) с помощью 3 светофильтров - красного, зелёного и синего - создают на светочувствительных мишенях передающей телевизионной трубки (См. Передающая телевизионная трубка) 3 одноцветных оптических изображения объекта передачи, которые затем преобразуют в 3 линейных Видеосигнал а E R , E G , E B , пропорциональных соответственно красной (R ), зелёной (G ) и синей (В ) составляющим цвета, считываемого в процессе развёртки (См. Развёртка) изображения. Для формирования телевизионного сигнала (См. Телевизионный сигнал) и передачи его в Канал связи в системах Ц. т. применяют специальные методы кодирования цветовой информации. В цветном Телевизор е видеосигналы выделяются (путём декодирования) из телевизионного сигнала; поступая на Кинескоп , они управляют яркостью свечения его люминофоров (См. Люминофоры). Так, в наиболее распространённом трёхцветном трехлучевом кинескопе с теневой маской видеосигналы подаются одновременно на управляющие электроды (модуляторы) трёх электронных прожекторов. В результате ток электронных лучей изменяется в соответствии с изменением амплитуды видеосигналов. Люминофоры на экране цветного кинескопа наносятся обычно в виде мозаики из небольших кружков (люминофорных пятен), сгруппированных в триады (рис. 1 ). Триада содержит три кружка люминофоров, каждый из которых под действием электронных лучей начинает светиться определённым (присущим ему) цветом: красным (R П ), зелёным (G П ) или синим (В П ). Благодаря экранирующему действию маски лучи возбуждают в триадах люминофоры только «своего» цвета. Т. о., каждый из лучей порознь позволяет получить на экране красный, зелёный или синий цвет, а вместе эти лучи создают изображение, цвет которого определяется соотношением яркостей красного, зелёного и синего цветов свечения. Путём аддитивного сложения последних получают любой цвет в пределах треугольника основных цветов приёмника на хроматической диаграмме (рис. 2 ). Для правильного цветовоспроизведения в канал передачи при необходимости вводится преобразователь линейных видеосигналов в видеосигналы основных цветов приёмника - матричный Цветокорректор . В целях компенсации нелинейности характеристик передающей и приёмной телевизионных трубок линейные видеосигналы E R , E G , E B , кроме линейной матричной коррекции, подвергаются нелинейной коррекции (т. н. гамма-коррекции), в результате которой формируются нелинейные видеосигналы E" R , E" G , E" B согласно формулам:

E" R = E R 1/ (; E" G = E G 1/ (, E" B = E B 1/ (,

где γ - показатель степенной модуляционной характеристики кинескопа. Сигналы E" R , E" G , Е" В - широкополосные, спектр каждого из них занимает полосу частот до 6 Мгц.

Формирование и передача сигналов Ц. т. Видеосигналы E" R , E" G , E" B могут быть переданы в приёмник последовательно (поочерёдно) один за другим либо одновременно. Известна система Ц. т. с последовательно и передачей цветовых полей, при этом частота полей составляет 150 гц. Этой системе присущ ряд недостатков, главный из которых - неэкономичность, т. к. при такой передаче требуется канал связи с полосой пропускания, втрое превышающей полосу частот стандартной системы черно-белого телевидения; цветной ореол (окаймление) изображений при быстром перемещении объектов передачи; «разрывы» цветов, возникающие при перемещении взгляда по экрану. По этим причинам такая система не используется для телевизионного вещания, она применяется (благодаря её простоте) для некоторых прикладных целей (например, для передачи изображений полостных органов тела; см. Эндоскопия). В системах Ц. т. с одновременно и передачей в общем случае также требуется 3 стандартных телевизионных канала или 1 широкополосный канал с полосой пропускания 3․6 = 18 Мгц. По этой причине трёхканальная система Ц. т. с одновременной передачей несовместима со стандартной системой черно-белого телевидения. Поскольку совместимость - одно из основных технико-экономических требований, предъявляемых к вещательным системам Ц. т., для его удовлетворения применяют различные методы уплотнения спектра передаваемого сигнала (см. Линии связи уплотнение) с тем, чтобы телевизионный сигнал одной программы Ц. т. имел спектр частот до 6 Мгц. Один из таких методов, используемый во всех стандартных системах Ц. т., заключается в том, что вместо широкополосных сигналов E" R , E" G , E" B с помощью специальных кодирующих матричных устройств (КУ; см. рис. 3 , а) формируются следующие сигналы: 1) сигнал яркости E" Y , равный α․Е" R + β․E" G + δE" B и несущий информацию только о распределении яркости передаваемой сцены (коэффициенты α = 0,30; β = 0,59; δ = 0,11, определены на основе колориметрических расчётов); он характеризуется полосой частот 6 Мгц; 2) цветоразностные сигналы E" R-Y = E" R - E" Y и E" B-Y = Е" В - Е" У, содержащие информацию о цветности передаваемой сцены; характеризуются полосой частот от 0,5 до 1,5 Мгц и передаются на поднесущих частотах, размещаемых в спектре сигнала яркости.

В КУ осуществляется также амплитудная или частотная Модуляция колебаний поднесущей частоты цветоразностными сигналами, в результате образуется сигнал цветности U Ц. Сигналы E" Y , U Ц , синхроимпульсы U C и импульсы цветовой синхронизации U ЦС, складываясь, образуют на его выходе полный цветовой телевизионный сигнал е П (рис. 3 , б). При передаче опорного белого цвета (в качестве такого в Ц. т. принято излучение стандартного источника Д 6500 , где индекс 6500 обозначает цветовую температуру в К) видеосигналы, подаваемые на вход КУ, удовлетворяют условию: E" R = E" G = E" B = 1; для опорного белого цвета E" Y = 1 и E" R-Y = E" B-Y = 0.

Получение цветного изображения в приёмнике. В цветном телевизоре полный сигнал е П с выхода видеодетектора подаётся на декодирующее устройство, состоящее из полосового электрического фильтра (См. Электрический фильтр) (ПЭФ), детекторов колебаний поднесущей частоты (ДПК) и декодирующей матрицы (ДМ). С помощью ПЭФ из сигнала е П выделяется сигнал U Ц + U ЦС, поступающий на вход ДПК, на выходе которых получают цветоразностные сигналы E" R-Y и E" B-Y . Из этих сигналов и сигнала яркости E" Y образуются видеосигналы основных цветов приёмника E" R , E" G , E" B , которые подаются на трехлучевой кинескоп. Иногда цветоразностные сигналы E" R-Y , E" G-Y , E" B-Y (второй получают, складывая в определённых пропорциях первый и третий) подают непосредственно на управляющие электроды (модуляторы) кинескопа, а сигнал яркости - на его катоды. В этом случае матрицирование осуществляется в прожекторах кинескопа, и в конечном итоге электронные лучи также модулируются сигналами E" R , E" G , Е" В. При воспроизведении опорного белого цвета на экране кинескопа создаётся эталонный (равносигнальный) цвет Д 6500 .

Историческая справка. В 1907-08 русский инженер И. А. Адамиан предложил метод одновременной передачи цветовых кадров, а в 1925 - систему трёхцветного телевидения с последовательной передачей цветовых полей с помощью развёртывающего диска П. Нипков а (технически реализована английским изобретателем Дж. Бэрдом в 1928). В 1929 в лаборатории «Американ телефон энд телеграф компани » (США) демонстрировалась одновременная система Ц. т. с механической развёрткой; в ней для передачи сигналов пользовались тремя независимыми каналами. В 1929 советский инженер Ю. С. Волков предложил применять в приёмнике Ц. т. электроннолучевую трубку с тремя экранами; оптическое совмещение трёх цветоделённых изображений (в основных цветах R, G и В ) осуществлялось с помощью полупрозрачных зеркал. В 1938-50 в США радиовещательной компанией Коламбия бродкастинг систем (CBS) была разработана последовательная система Ц. т. электронного типа; с 1951 по 1953 она использовалась в США в качестве стандартной системы телевизионного вещания. Аналогичная система была разработана в СССР в 1948-53 (в 1954-56 в Москве по этой системе проводилось опытное вещание). В 1953 в США было начато цветное телевизионное вещание по системе NTSC, принятой в качестве стандартной в США (1954), Канаде (1964) и ряде др. стран Американского континента, а также в Японии (1960). В 1958 в СССР была создана система Ц. т. с т. н. квадратурной модуляцией цветовой поднесущей, совместимая с системой черно-белого телевидения, которая использовалась с 1959 для опытного телевизионного вещания. В 1966 была создана советско-французская система «SECAM = III», введённая в эксплуатацию одновременно в СССР и Франции в октябре 1967 (см. СЕКАМ). С 1967 началось цветное телевизионное вещание в ФРГ, Великобритании, Нидерландах и др. странах Западной Европы, а также в Австралии по системе PAL, разработанной в 1962-66 в ФРГ.

Краткое описание стандартных систем Ц. т. Известны (1978) 3 стандартные системы Ц. т.: СЕКАМ, NTSC и PAL. Они различаются между собой главным образом методами образования телевизионного сигнала.

Система СЕКАМ принята в СССР и большинстве социалистических стран, а также во Франции и ряде стран Африки. В СЕКАМ сигнал U Ц образуется поочерёдной частотной модуляцией поднесущих колебаний сигналами Д" R = - a 1 ․E" R-Y И Д" В = a 2 ․E" B-Y (a 1 = 1,9; a 2 = 1,5) т. о., что в одних строках телевизионного кадра (например, чётных) модуляцию производят сигналом Д" R (центральная частота f 0R колебаний поднесущей частоты при этом равна 4,406250 Мгц ), в других - сигналом Д" В (центральная частота f 0B = 4,250000 Мгц ). В результате в канале передачи в каждой строке имеется сигнал яркости E" Y и один из цветовых сигналов Д" R или Д" В. В приёмнике для формирования цветоразностных сигналов необходимо одновременное присутствие обоих сигналов Д" R и Д" В. Для их совпадения во времени используется ультразвуковая Линия задержки (УЛЗ): задержка производится на время развёртки одной строки (64 мксек ). Благодаря используемой в СЕКАМ частотной модуляции сигнал цветности U Ц относительно мало подвержен амплитудно-частотным и фазовым искажениям.

Система NTSC (от начальных букв английских слов National Television System Committee - Национальный комитет по телевизионным системам). В системе NTSC сигнал U Ц. образуется методом амплитудной балансной модуляции двух поднесущих колебаний с одинаковыми частотами f 0 = 3,579545 Мгц видеосигналами E" RD = 0,877E R-Y и E" BD = 0,493E B-Y (или видеосигналами E" I = 0,7355E" R-Y - 0,2684E" B-Y и E" Q = 0,4776E" R-Y + 0,4133E" B-Y ). При этом модулируемые поднесущие колебания сдвинуты по фазе (См. Фаза) относительно друг друга на 90° (находятся в квадратуре). Сумма этих колебаний на выходе КУ даёт сигнал U Ц, в спектре которого благодаря балансной модуляции отсутствуют колебания поднесущей частоты (присутствуют только боковые полосы). Сигнал U Ц модулирован по амплитуде и фазе (подобная модуляция называется квадратурной), причём амплитуда определяется насыщенностью передаваемого цвета, а фаза - цветовым тоном. Для детектирования сигнала U Ц в приёмнике используются 2 синхронных детектора, на которые подают сигнал U ЦС и колебания поднесущей частоты от местного генератора, управляемого по фазе и частоте сигналами цветовой синхронизации U ЦС. Последний передаётся в полном телевизионном сигнале в виде цветовых вспышек (пакетов), размещаемых на заднем уступе строчного гасящего импульса. Достоинства системы NTSC: высокая помехоустойчивость, относительная простота кодирования и декодирования, высокая цветовая чёткость и др., основной недостаток - большая чувствительность сигнала U ЦС к амплитудно-частотным и фазовым искажениям.

Система PAL (от начальных букв англ. слов Phase Alternation Line - перемена фазы по строкам). Подобна системе NTSC; основное отличие состоит в том, что в PAL колебания поднесущей частоты, модулируемые сигналом E" R-Y , изменяют фазу от строки к строке на 180°. В приёмнике для разделения сигнала цветности на квадратурные составляющие применяется УЛЗ на 64 мксек и электронный коммутатор. Система PAL малочувствительна к фазовым искажениям, что является основным её достоинством по сравнению с системой NTSC.

Использование Ц. т.; перспективы развития. В телевизионном вещании Ц. т. приходит на смену черно-белому. Ведутся разработки систем цветного стереоскопического телевидения (См. Стереоскопическое телевидение). Технические средства Ц. т. всё шире используются в промышленном телевидении (См. Промышленное телевидение) практически во всех областях его применения. Так, при космических исследованиях с помощью Ц. т. наблюдают за состоянием космонавтов, процессом стыковки космических кораблей (в частности, это имело место в июле 1975 при стыковке советского и американского кораблей «Союз» и «Аполлон»), передают из космоса цветные изображения поверхности Земли и др. космических объектов; в медицине Ц. т. используют, например, при эндоскопии, а также для демонстрации хирургических операций; перспективно применение Ц. т. в металлургии, физике, химии и т. д. Всё большее распространение получает профессиональная и любительская цветная Видеозапись на магнитные носители (ленту, диск, карту); организуются выпуск массовым тиражом цветных видеозаписей на поливинилхлоридных дисках и производство сравнительно недорогих приставок к цветному телевизору для воспроизведения этих записей.

В количественном отношении советское телевидение развивается в направлении полного перехода на Ц. т. С этой целью организуется во всё более широких масштабах выпуск студийного и внестудийного оборудования для передачи цветных программ; с помощью синхронных спутников связи системы «Экран» и сети наземных ретрансляторов расширяется территория, охваченная цветным телевизионным вещанием. В СССР, в Москве, строится передающий телевизионный комплекс Ц. т., рассчитанный на передачу 20 программ. Перспективно создание системы передачи различных справочных данных в виде страниц, воспроизводимых на экране телевизора (система «телетекст»).

В качественном отношении актуальными в Ц. т. являются такие проблемы, как переход на однотрубочную передающую камеру в сочетании с однолучевым кинескопом на приёмной стороне и др., в стереоцветном телевидении - изыскание методов сужения полосы частот, разработка систем передачи изображений с несколькими (более двух) позиций (многопозиционных систем), поиски и разработка методов голографического телевидения.

Лит.: Телевидение, под ред. П. В. Шмакова, 3 изд., М., 1970; Новаковский С. В., Цветное телевидение, М., 1975; его же, Стандартные системы цветного телевидения, М., 1976; Техника цветного телевидения, под ред. С. В. Новаковского, М., 1976.

С. В. Новаковский.

Рис. 3. Упрощённая структурная схема совместимой системы цветного телевидения с передачей сигналов яркости и цветности в одном (уплотнённом) спектре частот (а) и условное изображение спектра полного телевизионного сигнала, формируемого в такой системе (б): ПС - объект передачи (передаваемая сцена); СДО - светоделительная оптическая система; ПТТ - передающие телевизионные трубки; ГК - цветовые гаммо-корректоры; КУ - кодирующее устройство; ДКУ - декодирующее устройство; К - кинескоп; Е R , Е G , Е B - видеосигналы на выходе ПТТ; Е’ R , Е’ G , Е’ B - видеосигналы на входе КУ и входе К; Е’ y - сигнал яркости; U ц - сигнал цветности; f - частота колебаний.

Рис. 2. Хроматическая диаграмма X Y Z с указанием треугольника основных цветов приёмника - красного R п (с координатами x = 0,640; y = 0,330), зелёного G п (0,290; 0,600) и синего В п (0,150; 0,060); D 6500 - опорный (равносигнальный) белый цвет (с координатами x = 0,313; y = 0,329).

Рис. 1. Принцип получения цветного изображения в кинескопе; П 1 , П 2 , П 3 - электронные прожекторы; ЭЛ 1 , ЭЛ 2 , ЭЛ 3 - электронные лучи; М - теневая маска; Э - экран кинескопа; R, G, B - люминофорные пятна с цветами свечения соответственно красным, зелёным и синим.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Современное цветное телевидение базируется на теории трехкомпонентного цветового зрения , из которой следует, что смешением трех основных спектральных цветов, взятых в определенных пропорциях, можно получить все возможные цвета. При этом основные цвета должны быть линейно-независимыми, т.е. ни один из них не может быть получен путем смешения двух других. В качестве основных обычно берутся следующие цвета монохроматического излучения: красный (R) с длиной волны λ =700,1 нм, зеленый (G)λ =546,1 нм, синий (B) λ =435,8 нм. Например, равноэнергетический белый цвет можно получить смешением в равной пропорции основных цветов R, G, B .

Для передачи по телевидению многоцветное изображение объекта на передающей стороне должно быть разделено на три одноцветных изображения (в красном, зеленом и синем цветах). Далее видеосигналы Е R , Е G , Е B данных одноцветных изображений следует передать по каналу связи по аналогии с черно-белым ТВ . На приемной стороне для получения цветного изображения объекта необходимо воспроизвести три одноцветных изображения и осуществить их совмещение.

Важнейшим требованием, предъявляемым к системам цветного ТВ , является совместимость , означающая:

1) возможность приема цветных передач в черно-белом виде на существующие черно-белые телевизоры (прямая совместимость);

2) прием сигналов черно-белого ТВ на цветные телевизоры (обратная совместимость) ;

3) передачу сигналов цветного и черно-белого ТВ по одному и тому же каналу связи (в полосе частот черно-белого ТВ) .

Для обеспечения совместимости в цветном ТВ необходимо иметь сигнал, который создавал бы нормальное черно-белое изображение с правильным воспроизведением градаций яркости цветного объекта. Поэтому в совместимых системах цветного ТВ из полученных на передающем конце видеосигналов основных цветов Е R , Е G , Е B формируется яркостный сигнал Е Y

E Y = 0.3E R +0.59E G +0.11E B

(уравнение 8.1)

в котором численные значения коэффициентов, определяющих долю напряжений видеосигналов основных цветов, выбраны с учетом характеристик принятого опорного белого цвета D 65 (источника с цветовой температурой 6500К, соответствующего излучению дневного облачного неба) и координат цветности люминофоров современных цветных кинескопов. Яркостный сигнал Е Y в соответствии с выражением (8.1) формируется с помощью кодирующей матрицы , которая представляет собой резистивные делители напряжения с общей нагрузкой.

Кроме яркостного сигнала , в совместимой системе цветного ТВ необходимо передавать информацию о цветности . Практически достаточно передавать на приемную сторону только два цветных сигнала, например, E R и Е B . Третий цветовой сигнал Е G может быть легко получен на приемном конце матрицированием на основании уравнения (8.1). Однако непосредственная передача сигналов Е R и Е B нецелесообразна, поскольку данные сигналы, кроме информации о цвете, содержат избыточную информацию о яркости, которая уже имеется в сигнале Е Y . Поэтому во всех совместимых системах цветного ТВ передаются цветоразностные сигналы , которые формируются вычитанием из Е R и Е B яркостного сигнала Е Y .



Особенность цветоразностных сигналов заключается в том, что они не содержат информации о яркости. Например, их амплитуда равняется нулю при передаче белых или серых участков изображения, когда E R = E G = Е B = Е Y , и мала на слабо насыщенных цветах. Так как такие цвета обычно преобладают, то средняя амплитуда цветоразностных сигналов гораздо меньше максимальной и много меньше той средней амплитуды, которая была бы при передаче сигналов Е R , Е G , Е B . Это намного улучшает помехоустойчивость и совместимость систем цветного ТВ . Причем цветоразностные сигналы достаточно передавать в сокращенной полосе до 1,5 МГц. Это объясняется особенностями зрительного восприятия цветных изображений. Экспериментальные исследования показали, что цветными зрительный аппарат человека воспринимает только крупные и средние детали изображения. Мелкие детали, которым соответствуют частоты цветоразностных сигналов более 1,5 МГц, достаточно воспроизводить черно-белыми, при этом общая оценка качества цветного изображения практически не ухудшится.

В совместимых системах цветного ТВ яркостный и цветоразностный сигналы должны передаваться в стандартной полосе частот черно-белого ТВ . Для этого используется уплотнение спектра яркостного сигнала сигналами цветности .

Практически в спектр яркостного сигнала вводятся одна или две поднесущие частоты , промодулированные двумя цветоразностными сигналами . Способ передачи и приема цветоразностных сигналов и различает между собой современные вещательные системы цветного ТВ . В настоящее время в различных странах мира эксплуатируются три вещательные системы цветного телевидения. Например, в США разработана цветная система с квадратурной модуляцией поднесущей частоты NTSC (National Television System Committee, т.е. система, предложенная национальным комитетом ТВ систем) . Система NTSC используется в 54 странах мира с населением 870 млн. человек. В ФРГ разработана система с квадратурной модуляцией и строчно-переменной фазой PAL (Phase Alternation Line ). Система PAL эксплуатируется в 81 стране мира с общим населением 3,5 млрд. человек. В нашей стране и еще в 60 странах мира с населением 760 млн. человек используется система цветного телевидения с последовательной передачей цветоразностных сигналов и частотной модуляцией поднесущих SЕСАМ-III .

Немного картинок из другого источника "Журнал телеспутник"

Песков С.Н., зам. директора по науке компании "Контур-М", к.т.н.

Принцип формирования цветного изображения наиболее просто поясняется на рис.12 и 13 . Если экран подсвечивать тремя независимыми проекторами с красным, синим и зеленым фильтрами, на выходе которых установлены диафрагмы, регулирующие яркость света каждого из проектора, то возможна реализация любого цвета (рис.12) . Аналогичная картина формирования цветовых полос во временной области представлена на рис.13 .