Мини-лекции. Цветное телевидение. NTSC

   Американская система цветного телевидения, — NTSC.

   NTSC. Что в переводе с американского на татаро-монгольский означает: National Television System Commitee (Национальный комитет телевизионных систем). Как я уже говорил в предыдущих мини-лекциях, американская система NTSC появилась в 1953 году. Кроме США она применяется также в Канаде, Японии, Корее, Тайване и ряде других стран. Казалось бы какое нам дело до NTSC? Тем более, если она шибко мерзопакостная? Не торопитесь. Ведь известная западноевропейская (немецкая) система PAL не только знакома специалистам, видеоманам но и обычным обывателям. А PAL это же ближайшая родственница той самой NTSC, но шибко модернизированная и приспособленная к другому телевизионному формату. И где-то, в чём-то схожего с нашим форматом. Вот как-то так...

   Американские изобретатели, как впрочем и другие, были шибко озабочены двумя головными болями! Во-первых, система должна быть совместима с чёрно-белой системой, а во-вторых передача цвета в рамках той же чёртовой совместимости с чёрно-белым. Независимо от страны происхождения, от разработанной системы, всё начинается у всех одинаково! Студия, камера и выходные сигналы Y — яркостный. RGB — цветовые: красный, зелёный и синий (голубой). А, что потом? Потом, суп с котом. Как оказалось каждый пошёл своим путём. Вот только все пришли к одному мнению, передавать нужно не сами цветовые сигналы, а только цветоразностные рис8. Здесь изображены диаграммы сигналов, полученных при передаче цветных полос на рис8 вверху. Передавать цветоразностные и причём только два: Er-y и Eb-y (голубой прямоугольник) . А на месте, в телевизоре из Y, Er-y и Eb-y собрать недостающий Eg-y. А в остальном проблему каждый решал по-своему.

   Задача-то стояла перед разработчиками ведь не только передать сигналы, но и сделать так, чтобы они не создавали друг другу помехи. А заодно и чёрно-белому. Если уж не на все сто процентов, то хотя бы свести к минимуму!

   Американцы решили оба сигнала (Er-y и Eb-y) и плюс Y передавать одновременно. Передавать с применением так называемой квадратурной модуляции. О всех видах модуляций рассказано в мини-лекции «Модуляция». Квадратурная модуляция позволяет передавать два независимых сигнала одновременно. Избежать взаимных помех с помощью фазового разделения. Как это осуществить? С помощью квадратурной модуляции. А это, что такое? Каждый цветоразностный сигнал модулирует одну и ту же поднесущую частоту. Что означает поднесущая?

   Для передачи общего, полного телевизионного сигнала используют НЕСУЩУЮ частоту, а для передачи цвета ПОДНЕСУЩУЮ (поднесущие). С той лишь разницей, что поднесущая частота fs на один модулятор подаётся непосредственно с генератора, а на другой с фазовым сдвигом в 90° рис2. В итоге вектор Ur-y, полученный в результате модуляции, перпендикулярен вектору Ub-y, хотя у них и одна поднесущая — 3,579545 МГц. Почему именно такая? Ну!.. Это долгая и отдельная история. Если кратко, всё связано с американским стандартом, а именно: числом строк разложения 525 и 30 кадров. В то время как в Европе и у нас 625 строк и 25 кадров. А выбор поднесущей именно на это всё и ориентируется (и не только!).

   А так-как спектр чёрно-белого сигнала [Y] дискретный и цвета тоже, то подобрав соответствующую поднесущую мы с можем безболезненно подселить цвет к чёрно-белому. На рис6 продемонстрировано это самое подселение. Где [a] спектр чёрно-белого сигнала [Y], [b] спектр цветного, а [с] совмещённые спектры (после подселения). Но есть ещё ряд нюансов... В итоге получилась поднесущая, — 3,579545 МГц.

   Вот только такая система оказалась мёртворождённой! Почему? Дело в том, что мы сдуру (о чём потом пожалели) применили амплитудную модуляцию в чистом виде. В результате в сумматоре сложенные два промодулированных дали вот такую картинку рис2, справа. Чем характеризуется цвет в прямоугольной системе координат? Длина вектора это насыщенность цвета, а угол, фаза цветовой тон. Стало быть вектор по идее должен быть во всех четырёх квадрантах (четвертях) системы координат. На рис8 на диаграмме B-Y показана временная ось t и как она делит сигнал на положительные и отрицательные значения. Вот только в нашем случае наши векторы не могут принимать отрицательные, эти самые значения? Все фазы ограничены только углом в 90°. И, что же нам делать? Применить балансную модуляцию. Это та же амплитудная, но с подавлением несущих частот. Да, при амплитудной модуляции векторы боковых частот вращаясь заходили в отрицательные области, вот только нам, что с этого? Они только изменяли длину вектора несущей не меняя фазы! Отчего результирующий вектор «топтался» только в первом квадранте рис2 справа.

   В балансной модуляции векторы боковых частот также как и в амплитудной вращаются, но при отсутствие несущей результирующие вектора заходят во все квадранты рис5. В данном случае B-Y отрицательный. На рис4 показаны вектограммы такой вот балансно-квадратурной модуляции. Через a и b обозначены как бы вектора, но подавленной поднесущей. А с другой стороны на этом месте находится вектор результирующего сигнала. А уже после сумматора окончательно получаем результирующий Us.

   Другая особенность NTSC это выбор осей кодирования не R-Y и B-Y, а сдвинутых (опережающих) на 33° осей I и Q рис3. Там много чего за и против, но? Но вот так применяют эти I и Q в NTSC. В основном все эти извращения связаны с повышением цветовой чёткости. А точнее подстройки системы к цветовому свойству глаза. Кроме этого сигналы R-Y, B-Y подвергаются компрессии для уменьшения так называемого динамического диапазона. И стало быть к 33° добавляют ещё и коэффициенты компрессии. В итоге (после всех издевательств) мы имеем: Ei=0,74Er-y - 0,27Eb-y; Eq=0,48Er-y + 0,41Eb-y. На рис3 Вы и видите как перекосило ось [+Q,] - [-Q]. И естественно и [+I] - [-I].

   На рис9 показана блок-схема декодирующего устройства, где: Гs — генератор поднесущей, той самой 3,579545 МГц. Для чего здесь генератор и поднесущая? Без него ничего мы не сможем сделать. На передающей стороне поднесущую же подавили! На приёмной надо сыграть в обратную. Поднесущую подают вместе с общим цветовым сигналом Us на синхронный детектор. Их два, по числу цветоразностных сигналов. На СДr-y поднесущую подают через фазовращатель 90°. После модуляции мы и получим чего так долго добивались Er-y и Eb-y. Но это всё без учёта поворота осей I-Q. Чтобы всё срослось нужно искусственно повернуть с помощью фазовращателей.

   На рис1 показана блок-схема кодирующего устройства, а на рис6 декодирующего. БМ1 и БМ2 и есть те балансные модуляторы. Крестиком помечены сумматоры. Чтобы избежать неприятностей в общий сигнал втискивают так называемую вспышку рис10. Это 8-10 периодов поднесущей частоты. Она на приёмной стороне подправляет генератор в нужную сторону. Ну, чтобы не очень уклонялся куда не надо?! Пурпурным цветом показаны фазовращатели, благодаря которым ось I-Q и встала на дыбы!

   На рис7 декодирующее устройство NTSC. То самое, что на рис9 но с добавлением фазовращателя на 33°. Всякие фильтры и ЛЗ1, ЛЗ2. Это линии задержки для того чтобы разнополосные (разноскоростные) сигналы свести одновременную картину.

   На рис11 показаны часть спектра полного телевизионного сигнала NTSC. Жёлтым цветом яркостный Y. Внутрь вставлены спектры цветоразностныз сигналов:Ui и Uq. В силу ряда причин при одной поднесущей спектры отличаются друг от друга по ширине. На врезке вверху рис11 кусочек такого же но только для системы PAL. Они же родственники, но как видите поднесущая уже другая и ширина спектров цветоразностных сигналов равны. Я только занизил высоту Uv (Ub-y), чтобы показать прячущегося за ним сигнала Uu (Ur-y). Так, что родственными их делает только балансно-квадратурная модуляция, а дальше всё, полный раздрай! В следующей мини-лекции мы и рассмотрим эту самую систему PAL.