Телевидение Методические указания по выполнению лабораторной работы

Лабораторная работа 6

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Цель работы: изучение особенностей формирования и использования яркостного и цветоразностных сигналов, определение координат цветности цветных полос, воспроизводимых на экране кинескопа, исследование искажений цветопередачи при отсутствии некоторых сигналов и оценка влияния шумов по каналам яркости и цветности.

В цветном телевидении информация об изображении объекта с произвольной спектральной характеристикой  передается тремя независимыми сигналами , формируемыми телевизионным датчиком [3]:

где  – спектральные характеристики чувствительности каналов передающей камеры; l – длина волны.

Международная комиссия по освещению МКО стандартизовала систему цветовых единиц XYZ, на цветовом графике которой любой цвет F отображается точкой с координатами цветности xF , yF [3]. Спектральные, наиболее насыщенные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям электромагнитных колебаний с длиной волны l, отображаются подковообразной кривой – локусом (рис. 6. 1).

На прямой, замыкающей крайние точки локуса спектральных цветов, располагаются пурпурные цвета – смеси красного и фиолетового.

Все реальные цвета имеют координаты цветности, находящиеся в пределах полученной замкнутой области. За ее пределами находится область условных, не существующих в природе цветов, спектральные характеристики излучения которых должны были бы иметь отрицательные ветви. В центре графика располагается область ненасыщенного цвета – белого. Любой другой цвет – между белым и границей области реальных цветов – имеет промежуточную насыщенность.

Смешением двух цветов можно получить любой цвет из расположенных на прямой между ними. Смешение трех цветов, не лежащих на одной прямой, позволяет воспроизвести любой цвет, находящийся в пределах цветового треугольника с вершинами в точках смешиваемых цветов.

В телевидении такие три цвета представляют собой (см. рис. 6. 1) основные цвета кинескопа – цвета свечения трех люминофоров с координатами цветности (для приемника системы NTSC):


Для правильной цветопередачи спектральные характеристики   должны быть линейно связаны с кривыми смешения системы XYZ, а весовые коэффициенты определяются координатами xR, yR, xG, yG, xB, yB и положением равносигнального  цвета. Как правило, в цветных кинескопах, при одинаковом возбуждении люминофоров  цвет свечения экрана – белый. Для стандартизованного треугольника основных цветов кинескопа системы NTSC яркости каждого из основных цветов соотносятся: .

При неодинаковых сигналах  на экране кинескопа формируется цвет с таким же соотношением яркостей, а его координаты цветности xF, yF совпадают с центром тяжести невесомого треугольника, в вершинах которого закреплены массы, численно равные цветовым модулям:

Соответственно значения xF, yF вычисляются:

В телевидении для передачи по каналу связи информации о цвете можно использовать любые три сигнала, однозначно связанные с сигналами  . Однако для черно-белого телевидения необходим только один сигнал – сигнал яркости:

,

где  – кривая видности глаза (рис. 6. 2).


Для совместимости с черно-белым телевидением одним из передаваемых сигналов выбран сигнал EY (рис. 6. 3), и для того чтобы яркости объектов, отображаемых на экране цветного и черно-белого кинескопов, были одинаковы, сигнал EY учитывает вклад яркостей каждого из цветных люминофоров:

Информацию же о цвете несут два цветоразностных сигнала [1, с. 70–72]:

.

Эти сигналы имеют ряд достоинств. Их размах пропорционален насыщенности передаваемого цвета и обращается в нуль для белого и всех градаций серого, когда . Поскольку в реальных сюжетах преобладают слабонасыщенные цвета, средний размах цветоразностных сигналов меньше максимального и тем более меньше размаха сигналов . Цветоразностные сигналы несут информацию об изменении цветности. Их можно передавать в более узкой полосе частот, поскольку зрение человека не различает цвета мелких деталей изображения. Например, по стандарту при полосе частот яркостного сигнала 6.0 МГц цветоразностные сигналы передаются в полосе 1.5 МГц. В линейной системе помехи по каналу цветности не изменяют яркости (хотя и влияют на цвет) воспроизводимого изображения и поэтому менее заметны.

В цветном телевизионном приемнике восстанавливается зеленый цветоразностный сигнал:

,

а также сигналы, управляющие яркостью свечения трех люминофоров цветного кинескопа.

Отсутствие какого-либо из принимаемых или восстанавливаемых сигналов сопровождается искажениями цветопередачи.

Для настройки и контроля аппаратуры цветного телевидения используются три последовательности сигналов прямоугольной формы рис. 6. 3. Они создают на экране цветного кинескопа 8 вертикальных полос в последовательности: белая, желтая, голубая, зеленая, пурпурная, красная, синяя, черная.

При этом на экране черно-белого кинескопа формируется изображение убывающих по яркости серых полос в соответствии с сигналом EY.

6.1. Лабораторная установка

Лабораторная установка рис. 6. 4 представляет собой замкнутую телевизионную систему, содержащую генератор цветных полос, канал формирования сигналов цветного изображения и цветное видеоконтрольное устройство. В состав установки входят генератор шума и измеритель координат цветности.


Осциллограммы сигналов, как и значения цветовых координат выделяемых участков изображения, отображаются на экране видеоконтрольного устройства.

На пульте управления рис.6. 4 предусмотрена возможность выключения любого из сигналов, что позволяет имитировать условия:

наличия сигналов лишь одного из основных цветов:

1)

2)

3)

наличия яркостного и отсутствия цветоразностных сигналов:

4)

отсутствия сигналов одного из основных цветов:

5)

6)

7)

8) наличия всех видов сигналов.

наличия яркостного и одного из цветоразностных сигналов:

9)

10)

11)

наличия яркостного и двух цветоразностных сигналов:

12)

13)

14)

наличия цветоразностных сигналов и отсутствия яркостного сигнала:

15)

Определение координат цветности осуществляется путем совмещения измеряемой цветной полосы с контрольной, цветность которой изменяется при помощи регулировок X и Y.

6.2. Программа экспериментальных исследований

6.2.1. Подготовка к выполнению работы

Перед началом работы необходимо:

изучить соответствующие разделы рекомендованной литературы [3];

выполнить предварительные расчеты формы сигналов и цветовых координат воспроизводимых цветов в соответствии с заданием преподавателя и представить их в виде таблиц и графиков.

6.2.2. Порядок выполнения работы

Включить лабораторную установку.

В соответствии с заданием установить параметры тракта формирования, передачи и приема сигналов.

Зарисовать осциллограммы сигналов в контрольных точках макета и сопоставить экспериментальные результаты с расчетными.

Определить значения координат цветности для каждой из цветных полос, воспроизводимых на экране кинескопа.

Установить параметры тракта формирования, передачи и приема, соответствующие неискаженной цветопередаче.

Ввести шум в канал яркости и измерить по осциллограмме яркостного сигнала относительный уровень шума при его пороговой заметности на изображении цветных полос.

Ввести шум в канал красного цветоразностного сигнала и измерить по соответствующей осциллограмме относительный уровень шума при его пороговой заметности на изображении цветных полос.

Ввести шум в канал синего цветоразностного сигнала и измерить по соответствующей осциллограмме относительный уровень шума при его пороговой заметности на изображении цветных полос.

По окончании работы выключить лабораторную установку.

Полученные в процессе выполнения работы экспериментальные результаты оформляются в виде отчета, анализируются, сопоставляются с ожидаемыми, выявляются и комментируются их расхождения. В конце отчета формулируются общие выводы.

Физика, электротехника решение задач