Цветное телевидение?.. Это почти просто! - Евгений Айсберг

При воспроизведении записанной на магнитной ленте телевизионной программы относительная точность воспроизведения фазы φ, считываемой видеомагнитофоном поднесущей, равна относительной точности выдерживания скорости воспроизведения V:

Δφ/φ = ΔV/V,

где Δφ и ΔV обозначают изменения фазы и скорости. Если осуществлять синхронизацию видеомагнитофона в конце каждой строки, допуская, что отклонение скорости остается постоянным, то фаза поднесущей в конце каждой строки (точно перед установкой синхронизации) будет иметь следующее отклонение:

Δφ = φмакс∙ΔV/V

где φмакс= 227,5∙360°= 163 800°.

При нормальном относительном уходе скорости ΔV/V =0,3 % Δφ = 491°24′, т. е. за время прохождения одной строки график цветности совершил вращение на целый круг и еще третью часть (!), и, следовательно, цветовой тон непрерывно искажается в направлении слева направо.

Студийные видеомагнитофоны обычно имеют по четыре вращающиеся головки, каждая из которых записывает или воспроизводит два десятка строк.

Само собой разумеется, что сложные передаточные функции этих четырех головок, т. е. их фазовые и амплитудные характеристики, не могут быть идентичными. Следовательно, коммутация сигнала с одной головки на другую вызывает резкое изменение фазы и амплитуды и кварц приемника из-за перегрузки не сможет их скомпенсировать. Поэтому на цветном изображении зритель заметит появление горизонтальных полос различных цветовых тонов и насыщенности.

Третье явление возникает при воспроизведении записанного на магнитной ленте телевизионного сигнала системы NTSC. Известно, что видеомагнитофоны работают с частотной модуляцией и что запись производится с низкой несущей. Синусоидальному сигналу в области видеочастот (например, поднесущей) в ЧМ-спектре соответствует не одна боковая как при амплитудной модуляции, а несколько боковых составляющих полос. Первая нижняя полоса попадает в спектр модулирующего сигнала, а вторая должна находиться в области отрицательных частот; следовательно, она «отражается» и интерферирует с первой и видеонесущей. Интерференция создает неприятные для глаз муаровые полосы, заметность которых возрастает в кубе от амплитуды поднесущей.

Эти недостатки, о которых нельзя было подозревать, ибо видеомагнитофоны появились через несколько лет после утверждения системы NTSC в качестве американского стандарта, побудили американских инженеров разработать высокочастотный стандарт записи и дополнительную аппаратуру, как, например, «Колортек», которую из-за ее сложности мы здесь рассматривать не будем. Только такой усложненный видеомагнитофон позволяет производить запись цветного телевизионного изображения по системе NTSC с высоким качеством.

г) Влияние полосы пропускания. Квадратурные искажения

Принцип передачи в системе NTSC основан на модулировании несущей сигналами цветности со сдвигом фаз на 90°. Поэтому проникновение модуляции I на ось Q и, наоборот, равно нулю, и взаимные помехи этих двух информации не возникают.

На деле неполадки в передаче, как, например, срез полосы пропускания, могут нарушить эту квадратуру (сдвиг фаз на 90°). В самом деле, амплитудную модуляцию можно изобразить на диаграмме Френеля комбинацией двух симметричных равных, но вращающихся в противоположных направлениях векторов. Эти два вектора изображают боковые линии модуляции, которая, разумеется, предполагается синусоидальной. Если частоту несущей обозначить F, а модулирующую частоту f, то эти боковые полосы будут соответственно F + f и F — f. Само собой разумеется, что случайный срез полосы пропускания в большей или меньшей мере ослабит верхнюю полосу; в этих условиях боковые полосы будут уже не равными, а векторы, изображающие I и Q, больше не будут перпендикулярными. Проекции I на Q и Q на I перестанут быть равными нулю и между этими двумя информациями о цвете возникнут взаимные помехи.

Представим для примера случай перехода по оси Q (от зеленого до фиолетового), когда величина I равна нулю. Полное или частичное подавление верхней боковой полосы Q приводит к тому, что вектор перестает быть перпендикулярным оси I и вращается. Демодулированная составляющая I уже не может быть равной нулю, и изображение вместо того, чтобы прямо перейти от зеленого к фиолетовому, перейдет между этими цветами по эллипсу на графике цветности (рис. 56).

Рис. 56. Квадратурный дефект, вызываемый срезом полосы.

Можно было бы думать, что передача сигнала I с несимметричными двумя боковыми полосами систематически вызывает такое квадратурное искажение, но, к счастью, это не так. На самом деле такое искажение может возникнуть только для нижних боковых полос I, расположенных более чем на 0,6 Мгц от несущей (потому что до 0,6 Мгц полосы симметричны); тогда сигнал взаимной помехи в информации Q оказывается за пределами полосы пропускания (ограниченной до 0,6 Мгц). Следовательно, фильтры в декодирующем устройстве должны быть сделаны особенно тщательно.

Как правило, случайный срез полосы приводит к появлению неприятных окрашенных окантовок на переходах.

д) Отраженный сигнал

Хорошо известное в черно-белом телевидении явление, когда на экране видны наложенные друг на друга прямое и отраженное изображения, в цветном телевидении осложняется неприятным хроматическим искажением. В самом деле, предназначенный для восстановления поднесущей в декодирующем устройстве кварцевый генератор синхронизируется по первому сигналу цветной синхронизации, но весь график цветности (для больших цветных участков изображения) повернут на угол β, который одновременно зависит от запаздывания и от ослабления отраженного сигнала по сравнению с прямым сигналом. Таким образом, неизбежно возникает и искажение цветопередачи. Впрочем, между прямыми и повторными переходами образуется сочетание старой и новой фаз, из-за чего такое изображение в значительно меньшей степени, чем в черно-белом телевидении, приемлемо для практического использования.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О СИСТЕМЕ NTSC

Рассмотренный метод не всегда способен обеспечить верную цветопередачу в реальных условиях эксплуатации (которые весьма далеки от идеальных условий воспроизведения цветного изображения в лаборатории), поэтому американские и японские фирмы устанавливают на выпускаемых ими телевизорах две дополнительные ручки для регулировки цветового тона и насыщенности, которыми должен пользоваться телезритель.

Однако средний телезритель как в Соединенных Штатах, так и в любой иной стране с чрезвычайным трудом постигнет тайну регулировки яркости и контрастности в черно-белом телевидении. Я представляю моим слушателям возможность подумать о какофонии цветов, которая может появиться на экране в результате неумелого пользования телезрителями слишком многочисленными ручками регулировки…

Однако это совершенно не мешает миллионам американцев и японцев уже на протяжении ряда лет благодаря системе NTSC пользоваться удовлетворяющим их требованиям цветным телевизионным изображением. Не следует также забывать, что эта система лежит в основе всех созданных позднее систем цветного телевидения.

Принимая во внимание, что наиболее существенный недостаток системы NTSC заключается в очень большой чувствительности к фазовым искажениям, авторы системы PAL придумали метод компенсации этих искажений в декодирующем устройстве.

Основная идея изобретателя системы PAL доктора Вальтера Бруха — перевернуть на 180° направление оси (R — Y) на одной строке из каждых двух (отсюда происходит и само название системы Phase Alternation Line — строка с переменной фазой).

Для этой цели в кодирующем устройстве передатчика предусмотрен инвертор.

На приемной стороне подобный инвертор позволяет получить сигнал (R — Y) в правильной фазе. Но главная «хитрость» заключается в том, что с помощью линии задержки, представляющей собой «память», сигналы двух следующих одна за другую строк складываются таким образом, что их фазовые искажения оказываются в противофазе и взаимно уничтожаются.

Выдвигая этот принцип, Вальтер Брух основывался на фундаментальном законе, сформулированном Анри де Франсом; по этому закону цветовое содержание двух соседних строк довольно идентично.