ZÁKLADY TELEVIZNíHO PØENOSU, ZÁKLADNí TELEVIZNí SOUSTAVY A NORMY

II.

ZÁKLADY TELEVIZNíHO PØENOSU, ZÁKLADNí TELEVIZNí SOUSTAVY A NORMY

4.0

VYTVOØENÍ TELEVIZNÍHO SIGNÁLU

4.1

Èásti pøenosové cesty

Jde-li o malé vzdálenosti, pøenášíse snímaný obraz v podobì elektrického signálu na místo pøijmu po kabelových vedeních. Tak je tomu napø.u prùmyslové televize (televize s uzavøeným okruhem). Na vìtší a velké vzdálenosti setelevizní pøenosuskuteèòujepomocí elektromagnetického vlnìní, podobnì jako rozhlasové vysíláni. Èasový prùbìh nosného vysokofrekvenèního signálu se ovlivòuje modulaèním obrazovým signálem dodávaným napø.televizní kamerou a dále zpracovávaným ve studiu nebo v pøenosovém voze (obr. 37). Ze studií se dostává televizní; signál pomocí smìrorych spojù na øidicí (uzlovou) stanici a odtud na televizní vysílaè. Øídicí stanice dostávátelevizní signály i z dalších pøispìvkových sítí pomocí retranslaèních linek. Elektromagnetické vlnìní se šíøiz vysílací antény až k pøijímacím anténám individuálním nebo skupinovým, které je pøevádìjí na elektrický signál, zpracovávaný pak v televizoru televizního úèastníka. Na stínítku obrazovky vzniká zdánlivì celistvý barevný obraz na základì souètového mísení barev od tøech druhù svìtélkujících miniaturních zdrojù, jejichž jas se mìní podle prùbìhu televizního signálu. Ovlivòování neboli modulace nosného vf signálu mùže být amplitudová (AM), kmitoètová (FM) nebo impulsovì fázová (PSK). Televiznípøenos má tedy èást snímací zakonèenou rysílací èástí a èástpøijímací pøedstavovanoupøijímací anténou a televizorem.

4.2

Podstatatelevizního pøenosu

Pro televizní pøenosvyužíváme již zmínìné vlastnosti lidského oka (èI. A-1.6), že vnímá dílèí podmìty jako celek, probíhají-li dostateènì rychle za sebou.Proto sev televizním snímacím zaøízení nehybný nebo pohyblivý obraz rozloží na velký poèet bodù o rùzném jasu ve tøech základních barvách (viz obr. 10). Podle toho zda je obrazový element velmi jasný, rùznì støednì jasný nebo tmavý, vzniká na každém ze tøí výstupù snímacího zaøízeníelektrické napìtí rùzné velikosti. Tak napø.pro malou èernou plošku vznikne na všech tøech výstupech napìtí 0,01 V, pro malou bílou plošku napìtí 0,75 V. Polarita tohoto napìtí v dalším zpracování signálu mùže být kladná nebo obvykle je obrácená, tj. záporná. Abychom se seznámili se základními vztahy u televizní normy, uvažujme pro jednoduchost, že snímámeve studiu èernobílý obraz, napø.film pro pamìtníky. Barevný pøenossi vysvìtlíme až na základì znalosti skladby jednoduchého televizního signálu. Pøi èernobílém obrazu dodává barevná kamera na svých tøech výstupech stejný èasový prùbìh napìtí, nebo• každé ze tøí rùznobarevnýchsnímacíchzaøízenímá pøibližnì stejnou spektrální citlivost, odpovídající prùbìhùm trojbarvých èlenitelù re ge be pro základní barevná svìtla obrazovky. Zatím ještì níc nevíme o èinnosti èernobílé kamery (napø.u prùmyslové televize) ani ètyødílné barevné kamery.

co c:

I

v'

,[~ ;0: Co

'i)IU

IU

IU o:

' '' '

I I I ..

,- "-' c: tU ~ E > ,aJ ,=' "'Qj 'o..

o ~'5 > " .91~ Ul

'c

--':---

c: .u N ni >= aJ Ul

:2! c: co 'u ~

2~

2! c ni 0 'u 'ti ;c

'~

'i: -UQ) IV U ~i: " IV IV~ II) ~

/

tU Gi E tU -"'

,

"

Ci>

'" E '" ~

'è: N :> CI) ""Oj

,

,

,

-4 ,

N .~ >

.~ o OJ o C Q) 'Ci

e

~ o ~ ,~ o ] "> u '2 Po :~ g. '" ..., o: "8

Velké množství obrazových bodù se v kameøesnímá za sebou v øádcích,jejichž urèitý poèet vytvoøí jeden snímek podobnì jako øádky v knize ètené zleva doprava vytvoøí jednu stránku. Rozkladu obrazu odpovídá na každém výstupu snímacího zaøízeníurèitý prùbìh støídavéhonapìtí. Pøítom pøedpokládámespojitý prùbìh signálu, tj. jeho analogovou podobu a nepøíhlížíme zatím k modernímu èíslicovému zpracování. Rozklad celé plochy se stále opakuje a získává setak èasovì promìnný napì•ový signál. Jak jsme již na obr. lOv èI. A-I.S pøedbìžnì upozorníli, odebírá se tento prvotní (surový) napì•ový signál v øádkovém sledu z pomocné pamìti kamery, kde byl uložen "pøeètením" nábojù na prvcích CCD (podrobnì v knize D). výstupní signál pøedstavujespojitou analogovouhodnotu (skuteènouvelikost napìtí ve voltech), kde velikosti napìtí v urèitém okamžiku odpovídá urèitý svìtlý nebo tmavý bod urèité barvy snímanéscény (viz obr. 38). Tomu souèasnì má odpovídatjas pøíslušnéhosvítícího bodu na stínítku obrazovky. Tato souèasnostvyžaduje synchronní rozklad obrazu jak v kameøetak i v televizním pøijímaèi.V dalších èláncích poznáme, že tyto úlohy plní pomocné impulsy pøidávanédo prvotního (surového) signálu na stranì snímací. TakQvéto pomocné signály nazýváme synchronizaèními impulsy. Po režijním zpracování ve studiu se televizní signál namoduluje na nosnou vlnu (s frekvencí øáduGHz) smìrového spoje a dopraví se jím pøes øídicí stanici na výkonný zemský televizní vysílaè nebo na družici rozhlasové služby. Nosná vlna vysílaèù se moduluje televizním signálem rùznì. Zemské vysílaèe pracují dosud s amplitudovou modulací (AM) uskuteènìnou úplným televizním signálem, vysílaèe na družicích pracují z úèinnostních dùvodù sfrekvenèní modulací (FM). Oba tyto druhy modulace vykazují mnohá zkreslení a pøi pøenosuna velké vzdálenosti se u nich uplatòují rušivá napìtí a šumy. V budoucnu se uvažuje o impulsové modulaci PCM nosné vlny a to s ovlivòováním pouze její fáze (modulace QPSK) nebo i amplitudy (QAM), viz èI. A-IS.3. Tyto druhy modulace vyžadují èíslicové zpracování televizního signálu (viz èI. A-4.3). Zvuk se pøenášíze studia na øídicí stanici souèasnì s obrazem pomocí smìrového pojítka. Na reprodukèním zaøízení,tj. na televizní obrazovce, sejeden snímek vytvoøí rychlým zobrazením rùznì svítících bodù, a to postupným øádkováním. Ucelený obraz vzniká krátkou setrvaèností svìtélkující látky na stínítku a setrvaèností oka.

4.3

Pøevodanalogovéhosignálu do èíslicovépodoby

o studiovém zpracování televizního signálu v analogové i èíslicové formì pojednáme v pøevážnéèásti knihy D. Protože však se v moderních televizních studiích zpracovává signál v èíslicové podobì, seznámíme se hned v úvodu s pøevodem analogového signálu na èíslicový. Èíslicovì režijnì zpracovaný signál sena výstupu z televizního studia pøevádído analogovépodoby, nebo• není dosud kromì vysíláni pøesnìkteré družice zavedenokomprimované èíslicové kódování zdrojového signálu (napø.MPEG2, viz èl.A-14.11), které by mohlo používat pøi vhodné modulaci (napø.OFDM) u zemských vysílaèù stávající televizní kanály s frekvenèní šíøkou7 nebo 8 MHz.

4.3

PULSNÍ KÓOOVÁ MODULACE (PCM)

Pro všechny druhy moderního èíslicového zpracování s vynecháním nadbyteènýcha zbyteèných informací v signálu je základem pøevodanalogového signálu na signál spulsní kódovou modulací PCM. Úoravv analogového signálu získaného z televizní kamery èi filmového snímaèenazýváme

:3 8

'rtM

== 8

~ ~ «

'"

a-

o

8

C\I

-

i :I I ,I-

§ § ~

-

.

~I'

-<9--- - - --- -

LO

i

:ro c O) "u; '~ "~ "in ;u

t

---

I

I

o

o o o o o

o o o o o

~

- : f o

o

-- -

cca o

.--""iii

o -

?-

--

5iI '~

.§

'aJ >

~

~

> o tJ

.tij

'..

:a.> u '2

I

...

II

-;

C\I

~

Ir ~ -::===l

r-è---~ ~ j ~ -

i I

-':"-

I

o

-'::-

-8 § ~ o o

. I I I I I I I I I I I I I I I I

" ; ~

~ ,

-;.. IC)

-

~ ~

I'--CD

-

s s

CD

-

.Q) c > o ".~

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

"tU ~ (II

'~ o OJ o

:iij ~ OJ "in

O>

I/\W] n 4

-

'u

ti] > o -c ti] > -'"

~

c >

.Q)

e .~ 'u ~ o "tJ o .c N e

o .-

zdrojovým kódováním signálu. Analogový signál ze zdroje je signál sjednou polaritou (viz obr. 38) v rozmezí odpovídajícím nejsvìtlejším a nejtmavìjším bodùm scény.Proto má svoustejnosmìrnou složku na rozdíl od zvukového signálu s ryze støídavýmprùbìhem. Stejnosmìrná složka se mìní podle obrazového obsahu. Televizní signál vycházející z kamery nebo filmového snímaèesejiž pøedzpracováním v dalších èástechstudiového zaøízenípøevededo èíslicové podoby (viz obr. 38). Známe již složky signálu základních barev R, G, B a pøíkladna èíslicový pøevoduvedemepro jeden z tìchto signálù.V dalším výkladu poznámejiné tøi složky barevného obrazu získané transformací složek základních barev R, G, B a pro nì budou platit èásteènì upravené základní poznatky o èíslicové modulaci. Vytvoøení èíslicového signálu pøedstavujetøi operace:vzorkování, kvantování a kódování (obr. 38).Analogový signál, tj. prùbìh napìtí j ako funkce èasusenejdøíveovzorkuje ve vzorkovacím obvodu. S opakovací frekvencí rovnou minimálnì dvojnásobku nejvyšší frekvence obsaženév signálu se z pøivedeného analogového signálu vyberou úzké impulsy s amplitudou, kterou má televizní spojitý signál v jednotlivých okamžicích. Vzdálenost meZi tìmito vzorky je urèena periodou Tv vzorkovací frekvence Iv. Ze spojitého signálu se stává signál diskrétní impulsový s analogovì promìnnou

amplitudou (PAM).

.

Podmínku pro vzorkovací frekvenci, tj. dvojnásobek nejvyšší modulaèní frekvence nazýváme Nyquistovou podmínkou (též Kotelnikùv Shannonùv teorém). Až se seznámíme se spektrem televizního signálu, poznáme,žeje možné i vzorkování zvané "subnyquistové" èili pod teoretickou frekvencí. V dalším obvodu se velikost amplitudovì modulovaných impulsù (PAM) kvantuje (èervenézobrazenína obr. 38), tj. pùvodní amplitudì sepøiøadívelikost k nejbližší úrovni. Rozhraní tvoøí rozhodovací úroveò v polovièní vzdálenosti mezi kvantizaèními hladinami. Má-li napø. televizní signál ve vzorkovacím bodì velikost 4 mV, ohodnotí se úrovní 4 mV. Rozdílným jiným amplitudám se pøisoudí úrovnì, které je možné vyjádøit celým èíslem. výšky impulsù se tedy nepøenášejído dalšího zpracování pøesnì, ale vždy jen s celou úrovní. Tím se do signálu zavádí pøídavný šum, zvaný kvantizaèní. Projevuje se na obrazovce drobným zmìním, které je však okem sotva postøehnutelné,nebo• celý rozkmit signálu od nejtmavšího do nejsvìtlejšího místa je rozdìlen na 256 kvantizaèních úrovní. K vantovaný signál se dále binárnì kóduje, tj. jednotlivým celým úrovním se pøiøazujebinární èíslo. K vantovaná amplituda v bodì 1 se ohodnotí èíslem 0100.Hodnotì 10m V pøíslušív binárním kódu velikost 1010.Prvnímu bitu zleva (I) tohoto èísla øíkáme MSB (= Most Significant Bit = = nejvýznamnìjší bit, tj. bit s nejvìtší vahou 23). Poslední bit (O)senazývá LSB (= Least Significant Bit = nejménì významný bit, tj. bit s nejnižší vahou 2°). Upozoròujeme, že pøi sériových pøenosech èíslicového signálu, viz teletext (èI. A-17.1) se nejdøíve vysílá bit LSB. Na obr. 38 se 10 kvantizaèních úrovní kóduje pomocí ètyøbitù. Pro zavedenérozdìlení do 256 úrovníjsou zapotøebí skupiny o 8 bitech (28 = 256). Skupiny o 8 bitech se nazývají byty (bajty) neboli slova. Skupina slov (u normy o teletextu budeme používat výraz slabika místo slova) tvoøí rámec. Pøi sériovém pøenosubitù je tøebazajistit nejen správný bitový takt pomocí hodinových impulsù, ale i informaci o rámci. Souèin vzorkovací frekvence, tj. minimálnì dvojnásobné maximální modulaèní frekvence, a délky slova (poètu bitù ve slovì) udává poèet pøenesenýchbitù za sekundu, tzv. bitovou rychlost. Pro televizní signál s nejvyšší pøenášenoufrekvencí, napø.6 MHz, by vzorkovací frekvence mìla být minimálnì 12 MHz. Pro snadnou konverzi mezi televizními normami NTSC a PAL (viz èI. A-5.7) je podle doporuèení ITU-R 601 stanovena pro evropské normy vzorkovací frekvence 13,5 MHz. Pøi osmibitovém kvantování je pak jedna ze tøí složek R G B televizního signálu pøenášenabitovou rychlostí 13,5 . 8 = 108 Mbitù/s. Jak se skuteènì pøenášíúplný barevný televizní signál ve tøech složkách, tj. jasové a dvou chrominanèních, pojednáme v dalších kapitolách.

1

Pøenosovárychlost bitového toku je závislá na rùzných úrovních, tj. na jakosti pøenosu.Je nižší pro standardní pøenos(s jakostí vysílání v soustavì PAL), vìtší pak pro budoucí vysílání s velkou rozlišovací schopností (HDVT). Rozhodnì však bude tøeba bitovou rycWost zmenšit (komprimovat signál), aby se z ekonomických dùvodù mohly používat stejné šíøe kanálù u zemskýchvysílaèù jako pøi analogových pøenosech,nebo aby se pøi družicovém vysílání mohlo do urèitého frekvenèního pásma umístit více programù. Než tomu tak bude v pøenosuobrazu (napø.podle standardu MPEG2, viz èi. A-14.ll), vysílá se již zvukový èíslicovì zpracovaný signál (se vzorkovací frekvencí 2 . 16 kHz = 32 kHz) u družicových soustav D2-MAC a D-MAC a u zemských vysílaèù se standardemNICAM, viz èi. A-6.3.2.5 a èi. A-6.3.1.3.

4.3.2

i

i

DIFERENèNÍ PULSNÍ KÓDOVÁ MODULACE DPCM

Vysoké bitové rychlosti èíslicového pøenosus modulací PCM a požadavek na velké kapacity pamìtí pøi úpravách a režijním zpracování v televizním studiu i v televizoru samém (viz èI. C-16 v knize C) vyžadují snížení tìchto rychlostí. Jedním øešenímje diferenèní pulsní kódová modul(;lce DPCM uplatòovaná i pøi moderních standardechkomprimovaného televizního signálu (viz èl.A-14.9). Jejedním pøikladem zdrojového kódovánítím, že se hodnota urèitého vzorku v televizním øádkuoceòujeporovnánímjejí skuteèné hodnoty s hodnotou napø. nìkterého døívìjšího vzorku. V jednodušším pøipadì je to hodnota pøedešlého vzorku v témže øádku,tj. o jednu vzorkovací periodu zpìt. Oznaèujemeji jako predikci (pøedpovìï) a pro pøenospoužijeme jen rozdíl skuteènéhodnoty vzorku s hodnotou predikovanou. Proto se toto kódování nazývá predikèní. Analogory signál SA vycházející z kamery (obr. 39) se kóduje v kodéru PCM s osmibitovým kvantováním na èíslicory signál SD. Princip kódování je vysvìtlen pomocí obr. 40. Pøenosovou rychlostje možné zmenšit bud' zmenšením vzorkovací frekvence (vzorkováním pod teoretickou frekvencí) nebo zmenšením poètu kvantizaèních úrovní. Zde se používá druhý zpùsob. V zjednodušenémvysvìtlení na obr. 40 se vytváøí rozdíl A mezi vstupním èíslicovým signálem Soa predikèním signálemSp. Ten se získá zpoždìním (v jednodušším pøípadì o jednu vzorkovací periodu) souètu A + Sp podle vztahu (SP)n= (A + SP)n-l. Z tabulky a z prùbìhu ovzorkovaného signáluna obr. 40 je patrné vytvoøení výstupního signálu A a zmenšeníjeho kvantovacího rozsahu. Výjimku v této redukci bitù tvoøí náhlé pøechody v amplitudách pùvodního analogového signálu. Øíkáme, že se pøenášejí jen rozdíly mezi skuteènou hodnotou a hodnotou pøedpovídanou (oceòovanou)èili predikèní odchylky. To znamená, že nemìní-li se velikost signálu, napø. pøi snímkuledové plochy kluzištì nebo oblohy, je v urèitém intervalu signál A nulový. Pro predikci je možnépoužit jednu èi více hodnot z téhož øádku, nebo ze sousedního minulého øádku téhož èi pøedchozíhosnímku (pùlsnímku). Pak rozeznáváme predikci prostorovou, tj. v témže snímku (pùlsnímku), nebo predikci èasovou, tj. mezi snímky (pùlsnímky). Predikceseuskuteèòujez hodnot vzorkù pøedcházejících(jednosmìrná predikce) nebo souèasnì i zevzorkù, které následují po oceòovanémmístì (obousmìrná predikce). O tom se blíže pojednává v èlánku o komprimovaných èíslicových signálech (viz èI. A-14.10.1). Obvod pro vytvoøení predikce zvaný prediktor je v obecném pøípadì složité zapojení rùzných zpožïovacích a souètorych obvodù, které zpTÙmìrují hodnoty z míst, odkud sejednotlivé složky predikce berou. Na obr. 39 je za rozdílovým èlenem pro A = SD - Sp zapojen kvantizér. V nìm se dynamicky mìní poèet úrovní podle velikostí vstupních hodnot A. Pøi velkých zmìnách jasu nebo barvy

61

o

~ '6 ~ C:l-

'-O) "C o ..x: O) "C

i o ~

~ ~ i

'"

.S ]

~ Il.

~

~

~

~

:g

~

... 'V

]

...

tO

"O

.~

"g ~

I.:

o-

'<§

.."'~

~~~-:;

--

-

. -.

. . . .

..

. . .

CD

.

3 . .

..,.

. .

-

-

N

. .

. .

. .

. . . . . . . .

IX)

--

(""'I

-

-

. . . . .

-:~=:==:=J

~ ~ Os n)jJOZAejOupolj

'" '" N '"

" ~

.~ ~ o "fi 'o: Co ~ 1;; > :o OJ '[

i

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

.g '1: 8'~ o ~ ~ > o ~ ~ > '8

i ~ ~

't

"o) ~ :g ~ ~

'8 '"

"O 'o ~

-g,

'8 'g ~ ~ :a 1:1'u ~

~ .: C

63

nevnímámezrakem drobné èlenìní na úrovnì, ale pøi detailech mezi rùznými odstíny šedéje tøeba použít hustou kvantizaènísít'. Pøivstupním signálu A v rozpìtí od -4. až do 4. úrovnì se výstup ~ pøenášís neredukovaným kvantováním (tj. se tøemi bity pro 8 úrovní). Pøi vìtších hodnotách diferenèního signálu A až do rozsahu od -14 do 14 úrovní (což by odpovídalo pìti bitùm) se signál ~pøekvantuje jen v rozsahu od -7. do 7. úrovnì, což pøedstavujepøenosse ètyømi bity. Vidíme, že jsme pomocí kvantizéru získali další snížení bitové rycWosti a to zmenšenímdélky slova. Ve výkladu o komprimovaném televizním signálu (viz èI. A-14.6) poznáme další zpùsob zmenšení pøenosovérycWosti kódováním s promìnnou délkou slova (VLC = Variable Length Coding). Pro výrobu signáluSpv prediktoru sepøekvantovanývýstupní signál AQpøevádíinverzním kvantizéremna signál A z dùvodu jednotnosti prediktoru v kodéru i dekodéru. Televizní signál v získané diferenèní podobì se ve studiu zpracuje, tj. zatemòuje se, opatøuje ~ synchronizaèními impulsy a režijnì se zpracovává. Pøed opuštìním studia se pøevede zpìt na analogový signál. Dekodér DPCM pøièítá ke zpracovanému signálu AQ signál z obvodu prediktoru, který je stejný jako na stranì kódovací. Tím vmiká èíslicový signál So shodný s pùvodním èíslicovým signálem (až na pøidružený kvantizaèní šum). Èíslicovì analogorym pøevodníkemse èíslicový signál zmìní na analogový a pøevádí se k vysílaèi smìrovým spojem. Kódovací a dekódovacíèástcelého zaøízenípro pøevodysignálu senazývá zkrácenì kodek.Zapojení pøevodníkùND a O/A se popisuje v kníze C.

4.4

Øádkový rastr

Rychlost vytváøení øádkù na snímacích soustavách kamery a na obrazovce televizoru, poèet øádkùpøipadajícína jeden snímek a poèet snímkù za sekunduje dán dvìma základními požadavky na jakost obrazu. Oko má svou setrvaèností za pøispìní setrvaènosti svìtélkující látky na stínítku obrazovky vnímat ucelený obraz podávající dojem plynulého pohybu, aè jde o pøenosinformací postupnì bod po bodu. Pøitom nemá obraz blikat, zvláštì pøi znaènýchjasech velkých ploch. Této spoleèné podmíncevyhovuje poèet snímkù minimálnì 70 za sekundu, aè pro vjem plynulého obrazu postaèí již 25 snímkù za sekundu. Druhou podmínkou je dobrá ostrost obrazu, která by se mìla vyrovnat ostrosti pøi promítání filmu šíøky 35 mm. V èI. A-l.6.3 jsme si øekli, že optimální pozorovací úhel 14 až 10° (kdy pozorovací vzdálenost od obrazu je rovna ètyønásobkuaž šestinásobkujeho výšky) vyžaduje pøi využití maximální rozlišitelnosti oka 0,5 až 1 úhlové minuty 600 až 1200 øádkùpro jeden snímek. Poèet snímkù za sekundu byl v evropských zemích stanoven na 25 vzhledem ke støídavé energetickésíti o frekvenci 50 Hz. V poèátcích televize byl totižpoèet snímkù za sekundu, pøesnìji øeèeno frekvence pùlsnímkového rozkladu, sfázována s frekvencí elektrovodné sítì 50 Hz. V USA a v Japonsku se z téhož dùvodu ustálil poèet snímkù 30 za sekundu, nebo• tamní elektrárny vyrábìjí sí•ová napìtí o frekvenci 60 Hz. Tento stav zùstal i nadále, kdy se již televimí rozklad nevážepevnì na frekvenci sítì. Americký a japonský zpùsob je z hlediska blikání velkých jasných ploch pøíznivìjší. U moderních velkoplošných obrazovek a u promítací televize tento poèet snímkù nevyhovuje a blikání seodstraòujeopakovanou reprodukcí jednotlivých snímkù. Podobnì èiní i kinematografie. Pro splnìní podmínky plynulosti pohybu staèípromítnout 24 filmových políèek za sekundu.Blikání obrazu v kinì se odstraní tím, že se jedno políèko pøipravené k projekci pro svìtlí dvakráte (48 snímkù/s) nebo tøikráte (72 snímkù/s). V televizní pøenosovétechnice je zavedeno lineární øádkování na rozdíl napø. od spirálového rozkladu u radaru. Pøi lineárním øádkování postupují

..;~,.

\/".

T~I~..;.

snimkový èinný bìh

II

Obl:41 Rozloženía vytvoøeníobrazuøádkovánímbez prokládání snímací i zobrazovací elektronové paprsky na stínítku zleva doprava pøímoèarým pohybem s rovnomìrnou rychlostí a vytváøejí tak jednotlivé øádky. Tomuto dìji øíkáme øádkový neboli horizontální èinný bìh. Jakmile paprsky dospìjí na pravý okraj obrazu, vracejí se rychle zpìt. Je to øádkový neboli horizontální zpìtný bìh. Protože však jsou paprsky podrobeny souèasnému pohybusvislým smìrem, ovšem mnohem pomalejšímu, jsou øádkovéèinné bìhy (obr. 41) mírnì sklonìny doprava a následujíc~øádekse zaèíná o nìco níže pod øádkempøedchozím. V barevné obrazovce øádkují po stínítku s miníaturními zdroji tøí barevných svìtel souèasnì tøi elektronové paprsky. Pro zjednodušení uvažujeme na obr. 41 a v dalších výkladech dráhu pouzejediného paprsku tak, jak je tomu u èernobílé obrazovky. Pro jeden snímek, správnìji pro snímkovýneboli vertikální èinný bìh, se použije urèitý poèet øádkùnapø.625 u starších televizních soustav(rozlišovací schopnostje menší než u filmu) nebo 1250øádkùu moderních soustavs velkou rozlišovací schopností (jakost jako u filmu), viz obr. 42. Obì soustavy se liší též pomìrem stran pomìr stran 4 : 3

pomìr stran 16 : 9

a)

b)

Obr:42 Rozdíl mezi televizory s rùzným poètemøádkùpro jeden snímek;a) starásoustavas pomìrem stran4: 3 a 625 øádky;b) nová soustava(HDVT) s pomìrem stran 16 : 9 a 1250øádky

obrazu. Jakmile napíše paprsek poslední øádek, vrátí se ve snímkovém zpìtném bìhu zezdola nahoru a kdyby byla tato doba návratu èili snímkového zpìtného bìhu rovna øádkovémuzpìtnému bìhu, byla by dráha snímkového zpìtného bìhu úhlopøíèkou (viz obr. 41). Snímkový bìh není však tak rychlý jako øádkovýzpìtný bìh, proto pøipadneurèitý poèet øádkùdo snímkového zpìtného bìhu a na televizní rastr, jak øikáme øádkùmv nezatemìném snímkovém èinném bìhu, pøipadne menší poèet z celkového poètu øádkù. Poznali jsme již, že z jedné snímací soustavy kamery vychází analogory spojitý signál, jehož velikost je promìnná s èasem. Pro názornost budeme v dalším výkladu používat analogovou formu televizního signálu, tedy pøedpøevodníkem na èíslicový signál. Seznámíme se tak lépe se skladbou signálu a s hlavními parametry televizní normy. Obrazový signál z jedné snímací soustavy kamery projeden øádekje znázornìn na obr. 43. Øádkový zpìtný bìh trvá urèitý èas.Proto seprùbìh obrazového signálu pøerušujeúsekem,kterému øíkámeøádkory zatemòovací interval. Vytváøí jej impuls se svým temenem na úrovni tmavého obrazového prvku. Zatemòovací impuls je nepatrnì delší než øádkový zpìtný bìh. Stejným zpùsobem se zatemòuje interval, v kterém nastává snímkový zpìtný bìh. I zde snímkový impuls zatemòuje èasový prùbìh televizního signálu po dobu delší, jak je trvání snímkového zpìtného bìhu, takže øadaøádkùje i ve svých èinných bìzích zatemnìna a mùže být využita pro jiné úèely. Obrazový signál má stejnosmìrnou složku S, která se mìní v jednotlivých øádcíchpodle skladby obrazu ze svìtlých a tmavých míst (viz obr. 43, 44).

:;:;

-;

.Q)

i-

I

Co co C

I I I I I I I I I

I

~ -I

I

úroveò: I I 'in """--zatemnìní I I 6>

I I I I I I I I I

Jjeden aktivní

I I

n ,

,.

1-

zpìtný:: bìh

i

~i I I I I I

-.,

úroveò

èinnýbìh

I I I I I

t t pravý levý

I ...

..

I I

:

: I

I -~

I

:

:

I I I I I

I I I I I

~i

""--

I

:1 :

bílé

øádkovy impuls synchronizaèní "-

:

I , .+-. , .'" II '-,...

i

fádkový

I

I I

. :,

:

:4

I I

--'

--J._-J.

øádkový

-

úroveò èerné

:

: :

/Í

øádek

.

I

.

~~-~

I I

l

:

ln! --

promìnná stejnosmìrná složka

: (pohyb paprsku)

i

t t

~

pravý levý okraj rastru

Obl: 43 Obrazovýsignáldoplnìný øádkovýmizatemòovacímiimpulsy ...J:_r- \/r,.

II

I I

T_I

I +

pravý

~

èerná

a šed~ '

bílá

'--l ---

--

---

~:>

1

èerná

b

.-

-'---l

----šedá--

::>

c

èerná

"---l =>

d tmavì šedá =>

e

tmavì šedá :j t>_í1~-

Obl: 44 Prùbìhy obrazovéhosignálu v rùzných øádcichsnímanéhoobrazu;prùbìhùm a) až e) pøísluší rùznástejnosmìrnásložka Us

4.5

Prokládané øádkování

Dosavadní výklad velmi jednoduchého rozkladu obrazu do televizního rastru byl pouze výukový. V dalším pojednání se budeme zabývat skuteèným rozkladem obrazu u soustav s 625 øádky na jeden snímek, které po nìkolik desetiletí vládly v Evropì televizní technice. Televizi s velkým poètem øádkù(1200) èili s velkou rozlišovací schopností(HDTV) budemevìnovat zvláštní kapitolu. Rovnìž si zjednodušíme prozatím prùbìh televizního signálu tím, že budeme pøedpokládat snímání èernobílého obrazu. V tom pøípadì vytváøejí všechny tøi snímací soustavy v barevné kameøestejné signály, které po pøenosuovládají stejným zpùsobemtøi elektronové trysky v barevné obrazovce. Budeme se zabývat signálem z jedné této snímací soustavy a podle úrovnì jasu pøevedenéna napì•ovou úroveò analogového signálu budeme hovoøit o øádku bílém, èerném, rùznì šedém. Složitìjší barevný pøenosvysvìtlíme pozdìji v èlánku o sluèitelné soustavì barevné a èernobílé televize. Budeme uvažovat starý klasický pomìr stran obrazu 4 : 3 (šíøka: výška). Pohyb snímacích a zobrazovacích paprskù obstarávají v televizní kameøe i v televizoru rozkladové obvody synchronizované synchronizaèními impulsy. Jsou to generátory proudù, vyrábìjící pilové prùbìhy, jimiž se napájejí vychylovací cívky v obou optoelektrických mìnièích (kameøe,obrazovce). Pilové prùbìhy vychylovacích proudù vytváøejí svou delší lineární èástí období èinného bìhu. Strmá èást pøíslušízpìtnému bìhu. Poèet øádkùnapsaný za jednu sekundu urèuje øádkovou (horizontální) frekvenci. Poèet snímkù za sekundu pøi bìžném neprokládaném øádkování by urèoval velikost vertikální neboli snímkové frekvence. Je tomu tak skuteènì pøi jednoduchých pøenosech prùmyslové televize nebo pøi reprodukci teletextové stránky, kdy prokládané øádkovánípùsobí rušivì. 2 3 4 " 6 8 7 9 1011 2 obrazové prvky

151~2;4-

- - - -~;~;~;;;; ;; - - - - - f - - -

_8~1

!832

616617 618619 62°621 622623 624

01 416 kmitù na jednom rádku

Obl: 45 Maximální rozlišeníobrazovýchprvkù ve svisléma vodorovnémsmìru pøipomìru stran3 : 4; øádkováníneníprokládané,øádkyjsou nakreslenytìsnì vedle sebe

Dosud uvažovaný zpùsob øádkování (popsaný v èi. 4.4) byl z hlediska televizního provozu a z hlediska pùvodnì uvažovaných normalizovaných šíøekpásma považována za nehospodárný, nebo•poèet øádkùnapsaných pøi 50 snímcích za 1 sekundu by byl 50 . 625 = 31 250. Kdyby body najednom øádkumìly být roz1išitelnétakjako ve svislém smìru, (tj. jeden øádekèerný a následující bílý) bylo by jich u obrazovky s pomìrem stran 4 : 3 v jednom øádku (4/3) . 625 = 832, tj. 416 period obdélníkového prùbìhu, nebo• øádek je 4/3 krát delší než výška obrazu. Pøitom pøedpokládámestøídání svìtlých a tmavých bodù (obr. 45). Za 1 sekundu by bylo tøebapøenést 416 . 31 250 = 13 000 000 period, tedy horní hranici pøenášenéfrekvence, a tím i potøebnášíøka televizníhokanálu by byla 13 MHz. Síøkupøenášenéhopásma mùžeme zmenšit na polovinu, tj. na6,5 MHz tím, že rozdìlíme 625 øádkùna dvapùlsnímky o 312,5 øádku.Oba pùl snímky do sebe ZApadají støídavì svými øádkya vytvoøí jeden snímek. Obraz nebude blikat, nebo• poèet pùlsnírnkù rozloženýchpøescelou plochu obrazu zùstane 50, ale poèet øádkù napsaný za 1 sekundu bude 50.312.5= 15625. Odtud je øádkováfrekvence horizontálního rozkladu 15 625 Hz,pùlsnímková frekvencevertikálního rozkladu pak 50 Hz. Protožena jeden pùl snímek pøipadá 312,5 øádku,konèí jedna soustava pùl snímkù v polovinì dolního okraje obrazu, následující soustava zaèíná ve stejné výšce jako první, ale v polovinì horníhookraje obrazu.Tímjsou obì soustavy vzájemnì proloženy (obr. 46) a na stínítku obrazovky sezobrazí 625 øádkù veydvou rùzných pù1snímcích tvoøících jeden snímek. Úplných snímkù je tedy 25 za 1 sekundu. Rádky od 1 do 312,5 poèítáme do lichého pùl snímku, øádky od 312,5 do 625 do sudého pùlsnímku. Øádkovéa pùlsnímkové zpìtné bìhy nejsou okamžité, tj. neprobíhají nekoneènì rychle. Obraz èasovì rozvinutý v body, tedy televizní signál s èasovì promìnným napìtím, je pøerušován ZAtemòovacím obdobím, urèenýmzatemòovacími impulsy. V tu dobu má signálové napìtí takovou úroveò,že se obrazovka nerozsvítí. V kratším zatemnìném období se uskuteèní øádkový zpìtný bìh (viz obr. 43), v delším zatemnìném období pùlsnímkový zpìtný bìh. Protože je pùlsnímkový zatemòovacíimpuls vždy delší, než bývá zpìtný bìh pøíslušnéhorozkladového generátoru, jsou na obrazovcezatemnìny i nìkteré øádky (dole a hlavnì nahoøe)v èinném pùlsnímkovém bìhu (obr.47 a 48).

312,5 313 2 314

3 315 4 ~ Q) E '" ci) ::s a. '>. .c .2

5

~

='"~i--~~=::+ '-

316 -- -

, 311

~ Q) E "co (/) ;:; Q. ">"C OJ (/)

623

312 624 zpìtný bìh po -sudém pùlsnímku

313

625 312,5 zpìtný bìh po lichém pùlsnímku

Obl:46 Prokládanéøádkovánís pùlsnímkovýmzpìtným bìhem rovným øádkovémuzpìtnémubìhu; pro názornost jsou bílé stopypaprskuna tmavémstínítkunakreslenytmavì na bílém podkladì

Obl: 47 Rozloženíøádkùv zasynchronizovaném snímku; šedýmrastremjsou vyznaèenypùlsnímkové zatemòovacíintervaly Pro zatemnìní jednoho pù1snímku je nonnou urèeno 25 celých øádkù, takže viditelný celý obraz je složen pouze ze 625 -2.25 = 575 øádkù.V soustavì PAL Plus (viz èl.A-8.19) se poèítá se 576 aktivními øádky, nebo• k ním náleží i tzv. signalizaèní øádky 23. a 623. V každém pùlsnímkovém zpìtném bìhu pokraèuje øádkové vychylování (obr. 49). Proto se paprsek pøi dokonèení obou pùl snímkù vrací z dolního øádkuna horní øádekklikatou èarou, jež pøedstavuje vlastnì pùlsnímkový zpìtný bìh v podobì èinných a zpìtných øádkových bìhù postupujících opaèným smìrem, tj. zdola nahoru. Tyto øádkynejsou na obrazovce viditelné (pokud nezvìtšíme nepøimìøenìjas obrazu), nebo• jsou zatemnìny pùlsnímkovým zatemòovacím impulsem, který je v televizním pøijímaèi umìle zvìtšen zhášecím impulsem. Do èinných bìhù øádkùv zaternòovacímpùlsnímkovém intervalu, které pøedstavujínevyužitou èásttelevizního signálu, sevkládají synchronizaèní signály, signály mìøicí, identifikaèní (SECAM) a signály pro pøenosinfonnaèní služby (teletextu), viz obr. 48. Rozlišovací schopnost ve smìru vodorovném, tj. poèet svislých proužkù pøipadajících na celý vodorovný rozmìr, se udává též poètem "øádkù" jako u rozlišení ve smìru svislém. Maximálnímu rozlišení 576 øádkùve smìru svislém odpovídá maximální rozlišení (4/3) . 576 = 768 "øádkù" ve smìru vodorovném. Je tøeba si uvìdomit, že pøi maximální pøenášenéfrekvenci 6,5 MHz je u obrazovky s pomìrem stran 16 : 9 a s 576 aktivními øádkymaximální rozlišení ve vodorovném smìru zmenšeno na 768.

= 768.~ = 576 "øádkù". 4

::I >-

nZBJqo fBJ)jO jUJO4

'"

>

i~ O...,

:;300 Q,N

",N

U...,

>

tli

>

>'"

,'"

"Q

~"5 O ,."

U

~~ ~

--.

~ 0\

>'r)

i]N ~-

~~

"Q

u...,

,~

Sr-d).=-

1 ,

"'~o

:;3>~ Q,

>< d)

d)

a ,~ .=~tJ.-

---

S

o

U)

E

='tJ~

tII-.= af-;tJ ,~>U "Qd)"Q

.~.~ d)

s

';j

...,

-0\"

'~

"

"

tli 00

r--

'u

>

i

~

...,

...,

N

~"

U

>0.. ,-

'tli

ft;

~

",:~ =' -'tli- ,"OU

o

~~d) ~~'" .5

= '"

~ ~

"""0 'r)tII

~

~...,

0.0::1

~ co. ... II :I: 10 N II o:J ~ "C 'ro ,'-

10 N II

u tli

,5

> ou 0>U;t:

!

'Es>d)

~;-::,~

'd) >, o

:;3Q,

'",

~N

6

1 ,

d)

"tJ o >.0 Q) .~.c ::I .~

~ Q) cn

~ECO

Q)OO ~

CO ~ ':J -" "C -cu ,'-

cu "in ~ ...

j

nZBJqo [BJ>jOjUIOp

0'=

'd)

"

oQ)

c >

::I

O "tJ

"tJ -
e

~ oQ)

oaJ

CO

~::I

.CI

E

o.~ ~

o.'c.cn

/

cn .- .c

~

'E

j-

o~ cn c CO ..~

?_~--

.. ..

~

._.~

>- ~ CIVI Co N

--

-C:CO"

o~cn "CO~

o

",.=tJ

i~~ .-

~

d) d)

.=

u o > o=,

e

-

"'Q)

~

1S

r5"5s ~:=>< ~ .-

~

-,~ .=

'03

"Q

~

tli

~ ~

oo~~Q, ~'r»d) I.:MS <3~]

-315

=-~-

315 316 ...

314-

1.

313 ..- --

312

-:------

313 ~

--

-----;.- -----------------~

Obl: 49 Skuteènádráhapaprskuv pùlsnímkovémzpìtném bìhu mezi lichým a sudýmpùlsnímkem

4.6

Nevýhody prokládaného øádkování

Øádkování samo vede k nesprávnému zobrazení šikmých èar a obloukù. Jejich reprodukce je zubatá závislá od poètu øádkùna jeden snímek. Vlivem nepøesnépùlsnímkové synchronizace se prokládání øádkù mùže zhoršit, øádky mohou párovat až i se navzájem krýt v lichém a sudém

pùlsnímku.Pak sezubatostšikmýchèarzvìtší jak patrnona obr. 50.

a)

Ohl: 50 Zobrazeníšikmýchèar v závislosti na prokládáníøádkù;a) snímanýobraz;b) zkreslenívlivem øádkovánís prokládánímøádkù;c) pøíztrátì prokládání

Inc

co

ír Vít: r.

-SEN

~

a> E 'c CI) ;s c. ,>u ~ CI)

N

~ Q) E 'co (/) ;s Co ,>, .c ,g N

-'"' Q) E 'E In ;s c. '>. 'C :J In

.-

~ O) E 'E CI) a Co '>. .c ,g

(0,(0

N I Ln N II

I

I:

CD "'"\ '. I.

I. '. I.

'. I.

'. I " 'L 'L I I I I I I I , , , r

O>

Ul O !!?:

v

Ci)

o L{) (ry

CI) o !:!?: N

(/)

o

~

.c

!e ~ ~ '"

N ~ oD Q) "S'

~

~

-5

J Po ~ '~ :s

8

~ "-' >

~ Po ~ :E' ~ .g '>.

-I '";'

i e o ~ ~ ] "u

~

~

;8,

~ oD 'Q) ~

i ~

'"

.,., ~

73

I pøi správném stoprocentním prokládání, kdy mezery mezi øádkylichého a sudého pùlsnímku jsou stejné, vzniká rušivý jev tzv. meziøádkovéblikání (viz obr. 51). Pøi zmínce o blikání velkých svìtlých ploch jsme uvedli, že frekvence blikání musí být vìtší než 70 Hz, aby oko toto rušení nepostøehlo.Jak vidíme z obr. 51, je vodorovný pøechodmezi bílou a èernou (èervenou) plochou snímán 156. a 157. øádkem lichého pùl snímku a 468. a 469. øádkem sudého pùl snímku. Pøi reprodukci prvního lichého pùlsnímku zobrazuje poèátekrozhraní 157.øádek.U dalšího pùlsnímku, tedy prvního sudého, zobrazuje rozhraní øádek469, který je však níže, než byl èerný øádek 157. V tøetím pùl snímku, tedy opìt za 2/50 sekundy se zobrazení opakuje druhým lichým pùlsnimkem. Rozhraní jasovì bliká, nebo• mihotání hranice mezi bílou a èernou plochou má frekvenci 25 Hz a o ní víme, že je okem dobøepostøehnutelná. V televizním pøenosublikají nejen velké plochy, ale i vodorovná a mírnì šikmá kontrastní rozhraní (zadní tenisové bílé èáry). Kromì meziøádkovéhoblikání mùže u prokládaného øádkovánívznikatplování øádkù,tj. jejich zdánlivý pohyb ve svislém smìru, vnímaný jako stroboskopický jev pøi svislém pohybu obrazu. Snahaodstranit nevýhody prokládanéhoøádkováníspolu s blikáním velkých ploch vedou k rozkladu obrazu v televizoru s dvojnásobnými frekvcncemi a k použití pùlsnímkových pamìtí (viz èI. C-16 v knize C). Pùlsnímkový rozklad má frekvenci 100 Hz s opakováním téhož pùl snímku. Øádková èili horizontální frekvence musí být pøi tom dvojnásobná tj. 2 . 15 625 = 31 250 Hz. Prokládané øádkovánís dvìma pùlsnímky na 1 snímek (znaèí se v normì 2 : I) znamená však úsporu šíøkypásma(na polovinu), takžeje zavedenoi u vìtšiny nových televizních soustavs velkou rozlišovací schopností (HDTV). Blikání a mihotání øádkù (kmitání vodorovných jasových rozhraní) se dá u moderních špièkových televizorù rovnìž zeslabit. Toto zdokonalení je znázornìno na obr. 51A, na kterém je -

èasový sled pùlsnímkù

~

0

i 312,5 i radku

0

0

soustava

:

312,5

:

rádku

0

standardní soustava 50 Hz

0

soustava

100 Hz ; rychlý pohyb

blikání øádkù25 Hz

soustava 100 Hz ; statický obraz blikání øádkù 50 Hz

soustava 100 Hz ; støednì rychlý pohyb blikání øádkù 50 Hz A* = interpolace z A (2 øádky) + B (1 øádek) B* = interpolace z A (1 øádek) + B (2 øádky)

10ms

20ms

Obl: 51A

74

Sled pùlsnímkù v rùzných soustavách pro odstranìní blikání øádkùurèených detektorem pohybu

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

t

nahoøeuveden bìžný sled pùl snímkù pøi rozkladu 50 Hz. Po pùlsnímku A (lichém) následuje za dobu 20 ms druhý (sudý) pùl snímek B s obrazovým obsahem rozdílným od pùl snímku A. Ukládánímpùlsnímkù.jejichž signál byl pøevedenz analogové do èíslicové podoby, dopùlsnímkové pamìti s následujícím pøeèteníms dvojnásobnou rychlostí a s opakováním pùlsnímku v poøadí A A B B v intervalu 10 ms se odstraní blikání velkých bílých ploch, ale mihotání øádkù na vodorovnýchjasorych rozhraních má dobøevnímanou frekvenci 25 Hz. Rozklad 100 Hz s poøadím pùlsnímkùA A B B tuto vadu neodstraní. Za pøispìní další, tj. druhé pùlsnímkové pamìti je možné pøi zrychleném ètení v intervalu 10ms seøaditsled pùlsnímkù A BAB, èímž se blikání øádkù zrychlí na frekvenci 50 Hz a není okemtémìø patrné. Tento zpùsob provozu je možné použít jen pøi statických obrazech, nebo pøi snímáníz filmu, kdy se oba pùlsnímky A B odvozují ze stejného filmového políèka. Pøipohybu v obrazeby pøi sledu A B A B.vznikalo mihotání (pokøivování) svislých hran, které se pohybují sesložkouve vodorovném smìru. Proto je v moderních obvodech 100 Hz rozkladu stanoven sled pùlsnímkù A A B B pøi rychlém pohybu v obraze a pøi statických obrazech pak poøadíA BAB. Tytozpùsobyprovozu se rozlišují pomocí detektoru pohybu, v nìmž se zajiš•uje pohybová zmìna porovnávánímdvou sousedních pùl snímkù stejného druhu. Pøipomalém pohybu je rybìrem vzorkù pomocí složitých algoritmù stanoventøetízpùsob sledu pùlsnímkùA A* B* B. Vybírají (nahrazují) se èíslicové hodnoty vzorkù uvnitøpùlsnímku (intra field) amezipùl snímky (inter field). V tomto módu se ve ètveøicipùlsnímkù pøenášejípùvodní pùlsnímky A a B z 50 Hz rozkladu a to jako první (A) respektive ètvrtý (B) pùlsnímek. Mezi nimi se vytváøejí zmínìnýmvýbìrem pùlsnímky A* a B* pomocí støedového(mediánního )filtru (viz dodatek knihy) zvanéhotéž smìšovaèempùlsnímkù. Vznikají tak umìlé pùlsnímky, a toA* s pøevládajícímobsahem pùvodníhopùlsnímku A, pøièemž se vzorky vybírají vždy ze 2 øádkù pùl snímku A a I øádku z pùlsnímkuB. Pùlsnímek B* (3. v poøadíjedné ètveøice)má pøevážnýobsah pùvodního snímku B pøivýbìru ze 2 øádkùpùlsnímku B a I øádkupùlsnímku A.

4.7

Norma televizního obrazovéhosignálu v analogovépodobì

Obrazový signál, který dodává televizní studio, nebo který se vyrábí pøi vysílání zkušebního obrazcev pøestávkáchprogramu pøimove vysílaèi, je normalizován. Televiznínorma urèuje vztahy meziamplitudou obrazové modulace a synchronizaèní smìsí a stanoví èasové rozdìlení a trvání zatemòovacích a synchronizaèních impulsù. Všimneme si podrobnìji jednotlivých úrovní analogovéhoobrazového signálu a èasovéhorozdìlení jeho úsekù.Víme již, že zaèátkyjednotlivých øádkùa samozøejmì i jednotlivých pùlsnímkù na obrazovce nemohou být èasovì libovolné. Je tøeba,aby øádkyna obrazovce zaèínaly vždy v urèitý okamžik a synchronnì (souèasnì se zaèátkem øádkovánína snímacím zaøízení). Totéž platí o jednotlivých pùl snímcích. Proto se do èasového prùbìhu televizního signálu vkládápovelová informace pro oba rozkladové generátory, a to jak ve snímacímzaøízení,tak i v televizním pøijímaèi. Tuto informaci oznaèujemejako synchronizaèní impulsy.Jsouumístìny v zatemòovacích intervalech ajejich napì•ová úroveò má takovou velikost, žepøesahujeúroveò èerné, takže obrazovka se pøi synchronizaèních impulsech nerozsvítí. Prùbìh obrazové modulace (tak se nazývá èasový prùbìh od bodovì rozloženého obrazu) doplnìný zatemòovacímia synchronízaèními impulsy se nazývá úplný obrazory televizní signál. Jeho èasové a úrovòové údaje stanoví televizní norma typická pro urèitou televizní soustavu. Obì hlavní evropskénormy registrované u mezinárodního telekomuníkaèního svazu ITU-R (International Telecommunication Uníon

-sektor Radiokomunikací)

døive CCIR (Comité Consultatiflnternational

Ina. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

75

des Radiocommunications), a to norma D (pro televizní pásmo VHF), viz èI. A-6.2.1 a norma K (pro televizní pásmo UHF) používané bývalou organizací OIRT (Organisation International de Radiodiffusion etTélévision) i norma B (VHF) a G (UHF), døíveoznaèovanépouze CCIR, používají 625 øádkùv prokládaných 50 pùlsnímcích za sekundu a orientují obrazovou modulaci záporným smìrem vzhledem k zatemòovacím a synchronizaèním impulsùm (obr. 52). Úroveò zatemòovacích impulsùje na 75% maximální hodnoty napì•ového prùbìhu, tj. 100%,jež odpovídá úrovni všech synchronizaèních impulsù. Úroveò pøíslušející bílému obrazovému prvku je zámìrnì pøisouzena 10% z maximální hodnoty, tedy nikoli nulovému napìtí. Obrazová modulace se rozdìluje (hlavnì v barevné televizi) do stupnice mezi nulou, pøíslušející èerné, ajednièkou, jíž pøíslušíúroveò bílé. Pøisoudíme-li maximálnímu rozkmitu mezi vrcholem synchronizaèního impulsu a úrovní bílé velikost rovnou jedné, je zatemòovací úroveò na 30% a úroveò èerné na 35% od vrcholu synchronizaèního impulsu (viz obr. 52).

øádkový synchronizaèni impuls

,-

" '~A'

c

~ ,~

H = 64ms = doba 1 øádku ,~ "

I I "4,5 až 4,9 ~s tf)

I I

e .~

100 % I I

.,:c::1,3až1,8IJS

zatemòovací

o

_1_~~:~

~

~:-~I

.-èerný øádek

0,3 0,35

t

~~ o

~t-

"---~-_.:::._L .11,8 až 12,31Js øádkový

zatemòovací impuls

Ohl: 52 Úrovnì televizního signálu se zápornì orientovanou obrazovou modulací u norem B/G, DIK; èasovérozdìlení øádkovýchsynchronízaèních a zatemòovacích impulsù; èela a týly synchronízaèních impulsù nejsou ve skuteènosti ideálnì kolmé, jejich strmost má své tolerance

Z horizontální rozkladové frekvence 15 625 Hz plyne doba trvání jednoho øádkuH = 1/15 625 = = 64 ~s. Je to souèet trvání èinného i zpìtného øádkovéhobìhu. Rovnìž èasové rozložení zatemòovací a synchronizaèní smìsi, jak nazýváme soubor všech impulsù oddìlený od obrazové modulace, je u obou uvedených soustav stejné (obr. 53). Øádkové synchronizaèní impulsy šíøky 4,5 až 4,9 ~s jsou umístìny nesymetricky vzhledem k øádkovému zatemòovacímu impulsu (šíøky 11,8 až 12,3 ~s) od úrovnì 75% do 100% z celkového signálu. Zadní delší èásti øádkových zatemòovacích impulsù mohou být využity pro jinou dodateènou informaci (synchronizaèní impuls barvy v soustavì PAL, nebo barvonosné frekvence soustavy SECAM). Informaci, že má nastat pùlsnímkový zpìtný bìh, získáváme zmìnou šíøky (støídy) synchronizaèního impulsu. Pùlsnímkory synchronizaèní impuls je však rozdìlen do pìti širokých impulsù (27,1 až 27,5 ~s) viz obr. 48 a 53, jejichž èela udržují øádkovou synchronizaci bìhem

76

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - SEN technická literatura

Vít: T4

BEN technická

pùlsnímkového zpìtného bìhu, avšak svou vìtší šíøkou vytvoøí v televizoru i ve snímacím rozkladovém zaøízeníjediný pùlsnímkový synchronizaèní impuls. Pro zjednodušení výkladu pøedpokládámevelmi rychlý (témìø okamžitý zpìtný bìh. takže starý pùlsnímek konèí a nový zaèíná vždy pøi výskytu prvního pùlsnímkového synchronizaèního impulsu. Pùlsnímkové synchronizaèní impulsy, pùlsnímkové zpìtné bìhy a pùlsnímkové rozkladové generátory oznaèujeme v praxi obvykle zkrácenì jako snímkové. Øádkové prokládání se dosahuje tím, že v lichém pùlsnímku (tj. pøiøádcíchI až 312,5 èasovì po sobì následujících) konèí skuteènì poslední (ale již zatemnìný) 313. øádekv polovinì dolního okraje a druhá èást 313. øádkuse zobrazuje již jako sudý proložený pùlsnímek zaèínající v polovinì horního okraje obrazového rastru. Pro zachování synchronizaceøádkùv obou pùlsnímcíchje nutné, aby rozdìlení pùlsnímkového impulsu bylo s dvojnásobnouøádkovoufrekvencíneboli o polovièní periodì (64 : 2 = 32 ~s). Pak se pùlsnímkové synchronizaèní impulsy v synchronizaci øádkù pøi lichých a sudých pùlsnímcích støídají.Podobnou úlohu pro udržení øádkovésynchronizace kromì úèelu zlepšujícího prokládání mají úzké ryrovnávací impulsy (šíøky 2,25 až 2,45 ~s), které se vyskytují s polovièní øádkovou periodou, a to pìt pøedpùlsnímkovými synchronizaèními impulsy a pìt za tìmito impulsy. Zaèíná-li lichý pùlsnímek v levém horním rohu obrazu, znamená to, že skuteèný obraz zaène v polovinì 23. øádku,nebo•je pøi25 zatemnìnýchøádcích2,5 øádkuzatemnìnodole (622,5.až 625. øádekodpovídající pìti vyrovnávacím impulsùm) u pøedcházejícíhopùlsnímku a 25 - 2,5 = = 22,5 øádkulichého pùlsnímkuje zatemnìno nahoøe(viz obr. 47), pøedpokládáme-li nekoneènì rychlý pùlsnímkový zpìtný bìh. Proto také skuteèný obraz konèí u lichého pùlsnímku úplným 310. øádkem (310 = 312,5 - 2,5) a u sudého pùl snímku zaèíná po skonèení zatemnìní úplným 336. øádkem (viz též obr. 53). O šíøcesynchronizaèních impulsù si jednoduše pamatujeme, že vyrovnávací impulsy jsou polovièní šíøky než øádkové synchronizaèní impulsy a mezery mezi pùlsnímkovými synchronizaèními impulsy se pøibližnì rovnají øádkovým synchronizaèním impulsùm. Za vyrovnávacími impulsy následnýmije po dobu dalšího trvání pùlsnímkového zatemòovacího impulsu ještì 17,5 øádku bez modulace s bìžnými øádkovými synchronizaèními impulsy (viz obr. 48). Do nìkterých (7. až 20. a 319. až 332.) "prázdných" zatemnìných øádkù se vkládá zkušební signál (mìøící øádky obr. 48, 53) urèený po vyhodnocení osciloskopem k objektivnímu posouzení jakosti televizního pøenosu(viz knihu D). Volné øádky mohou být využity pro rùzné úèely, napø.pro identifikaèní impulsy v barevné televizní soustavì SECAM a pro pøenosinformací (teletextu). V soustavì PAL Plusje navíc urèen celý 23. øádeka polovina øádku623 pro signalizaèní respektive referenèní úèely (viz èl.A-8.19.8). S 318. øádkemse v budoucnu poèítá pro referenèní signál sloužící k potlaèení odražených signálù. Z pùlsnímkové rozkladové frekvence 50 Hz vyplývá doba trvání jednoho pùlsnímku V = 1/50= = 20 ms. Je to souèet trvání èinného a zpìtného pùlsnímkového bìhu. Pùlsnímkový zatemòovací interval se rovná 25 øádkùm,tj. 25 H = 25 . 64 ~s = 1,6 ms.

4.8

Základní pásmo a televízní kanál

Dosudjsme sezabývali zjednodušujícím pøedpokladem,že snímámeèernobílý obraz. Uvažovali jsme jeden napì•ový signál vystupující z barevné kamery. Nazvali jsme ho obrazovým signálem a pøisoudili mu v èasové závislosti rùznou velikost podle velikosti jasu obrazového prvku ve snímané scénì. Abychom zobrazili jasové podrobnosti se stejnou rozlišovací schopností ve smìru vertikálním a horizontálním, dospìli jsme pøi 25 snímcích za sekundu majících 625 øádkù pøi pomìru stran obrazu 4 : 3 k šíøcepásma 6 MHz. Znamená to, že v tomto frekvenèním pásmu, zvaném základním semá pøenéststejnosmìrná složka a všechny modulaèní frekvence až do zmínìné mezní frekvence dané nejjemnìjšími kontrastními podrobnostmi v obraze. V základním pásmu je zabezpeèen i pøenossynchronízaèní smìsi.

78

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

Celým obrazorym modulaèním pásmem se moduluje hlavní nosná vlna o frekvenci, které øíkámeobrazová nosnáfrekvence. Kolem ní vmiknou modulací urèitì široká postranní pásma. Spolu s širokopásmovým obrazovým signálem týkajícím se prozatím jen èernobílého, tj. jasového pøenosu,se pøenášív televimím programu i zvuk. Jeho modulaèní složky o frekvencích do 10000 Hz modulujífrekvenènì nebo amplitudovì nosnou vlnu o frekvenci, rùznì vzdálenou od nosné frekvence obrazu podle vysílací televizní normy. Nìkteré televizní vysílaèe vysílají na druhé pomocné nosné frekvenci vzdálené od první hlavní nosné frekvence zvuku o 242 kHz výše nebo níže, druhý zvukový signál. Je to pøenos stereofonního zvuku, který mùže být využit i propøenosdvojjazyèného doprovodu, volitelného divákem (viz obr. 54). a)

televizni kanál 8 MHz

.-

. o o

, ;4

základní

.pásmo

6 MHz

,

, , ,

, ,

! , t.'75 o

-1

fmod[MHz] 2

3

4

, . o

o o o

,

,

6 i i i

5

, -:: '

~ -'0 ~-

:i

-I

, , !

sousední --- nosná frekvence obrazu

i i

~.~

7. kanálnormyD

;

-1,25 1io , , , , , , , , , ,

-, , : ~! -,

:15625Hz !. .-

f

:

zv2:

i ;4

6,26 MHz

,

, :~

:

'

, , , , ,

zv1

f~'

~ /::;;0.-' nosné:

i ,

frekvence:zvuku ,

,

, :

o

o

8 MHz:

f~1

'o ' :

~~,SMH~4

i

, , , , ,

-,-,-

-;-:174

:f '

:: ~ ,

6,SMHz

14

: ,

~"f ~ /::\

175,25

b)

iírka (rozteè) kanálu= 19,18MHz

fo

hlavní nosná

, 189,75

181,75 183,25

,.

frekvence

f~

"

J ~ákladní

:',

: ø

pásmo

--

obrazu

:,,

f' preemaze

~I

kanál 1

pøekrytí 7,85 MHz

I

nosná frekvence

sousedního

kana" u

kanál 2

,nosná frekvencJ -. -12

-10

-8

-6

-4

-2

O ; : ,

2

4

--.

6

8

10

12

14

---c

16

~~-

18 :20

f [MHz]

šíøkapostranních pásem = 27 MHz , , , ,

11,72748 GHz

19,74666 GHz

Obl:54 Signályzákladníhopásmaa šíøkakanálu;a) v soustavìs amplitudovoumodulací;b) v soustavì s frekvenèní modulacív televiznímdružicovémvysílání pøíméslužbyv pásmu11,7až 12,5GHz Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

79

Jak poznáme v èl.A-6.1, je v soudobých televizních pøenosechpoužita na zemských vysílaèích pro nosnou vlnu obrazu modulace amplitudová, u družicového vysílání .frekvenèní modulace, nehledì k ètyøstavovéfázové modulaci (PSK) pro zvuk v soustavì C-MAC, jak bude vysvìtleno zvláš• v èI. A-II. Aby se do urèitého .frekvenèního rozsahu, øíkáme do urèitého televizního pásma, vešel urèitý poèet vysílaèù, bylo dané frekvenèní pásmo (napø. 170 až 230 MHz) rozdìleno na televizní kanály v urèitém rastru. Šíøkakanálu závisí na frekvenèní vzdálenosti mezi dvìma nosnými frekvencemi obrazu a na druhu použité modulace. U amplitudové modulace s jedním èásteènì potlaèeným pásmem obsahuje televizní kanál celé horní postranní modulaèní pásmo od obrazové modulace a obì postranní pásma od jedné nebo dvou modulovaných nosných zvukorych .frekvencí. K tomu je tøebapøièíst (viz obr. 54a) zbývající èást omezeného dolní pásma obrazového signálu. Dolní pásmo se nepøenášícelé, aby se zmenšila potøebnášíøkapásma pro jeden kanál. Problémy s tím spojené se vysvìtlují v èI. B-27 o mezifrekvenèním zesilovaèi v knize B. Je proto šíøka kanálu u amplitudové modulace pozemních vysílaèù 7 nebo 8 MHz (podle druhu televizní normy, viz èI. A-6.1). U.frekvenènímodulace s obìma postranními pásmy,napø.u družicového pøíjmuv pásmu 12 GHz s kruhovou polarizací, je kanál široký 20 MHz (pøesnì 19,18), aè je šíøkapøenášeného modulaèního pásma 27 MHz (obr. 54b). Pásma sousedních kanálù se zde pøekrývají a rušení se odstraòuje rùzností smìru kruhové polarizace vysílaného elektromagnetického vlnìní (viz èI. A-6.2.4, A-18.5 a èI. B-16.5). Rozdìlení pásem na televizní kanály (viz èI. A-6.2) o urèité frekvenèní šíøce vycházelo z èernobílé 625 øádkovételevize sjediným obrazovým signálem vystupujícím z televizní kamery. Nástupem barevné televize vznikla otázka, jak pøenéstdalší dva signály urèující chromatiènost barvy, a to uvnitø základního pásma v jednom a témž kanálu. Byl to požadavek vzájemné sluèitelnosti èernobílého a barevného signálu, které oba mìly být zobrazitelné na èernobílém televizoru èernobíle a na barevném televizoru èernobíle nebo barevnì. K rozdìlení televizních pásem,zpùsobùm modulací a vysílacím televizním normám se vrátíme pozdìji v èI. A-6.0, až budeme znát podstatu úplného barevného televizního signálu.~

5.0

SLUÈITELNÝ PØENOS BAREVNÉHO TELEVIZNÍHO SIGNALU

5.1

Kolorimetrické vztahy pøi jednoduchém barevnémtelevizním pøenosu

Barevný obraz se reprodukuje na barevné obrazovce, jejíž miniaturní zdroje tøí barevných svìtel pøedstavujíbarevná televizní svìtla (~) (Ge) (Be)' V èI. A-3.2 jsme se seznámili s prùbìhy trojbarvých èlenitelù fe ge be pro urèení všech spektrálních barev stejné energie pomocí promìnného množství jednotek svìtel (~) (Ge) (Be)' Závislosti tøí modulaènich napìtí obrazovky na vlnové délce spektrálního barevného svìtla, které vytváøejí, nazýváme køivkami spektrální záøivosti (nesmìjí se zamìòovat se spektrálním složením svìtla luminoforù). Køivky spektrální záøivosti mají odpovídat svým prùbìhem køivkám spektrální citlivosti barevné kamery, což jsou závislosti výstupních napìtí z kamery na vlnové délce snímaného barevného svìtla. Oba druhy køivek u obrazovky a kamery mají odpovídat trojbarvým èlenitelùm fe ge be. V praxi se dosahuje spektrálního soubìhu mezi obrazovkou a kamerou pøizpùsobenímspektrálních citlivostí kamery prùbìhùm spektrální záøivosti základních barevných svìtel v obrazovce. Nelze však uskuteènit

80

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

ani v kameøeani v obrazovcezápornéèásti v prùbìzích,jaké mají trojbarvé èlenitele.Proto se prùbìhy spektrálníchcitlivostí snímacíchzaøízenív kameøezjednodušují,jak je èárkovanì vyznaèenona obr. 36. Tím vzniknou chyby v pøenosutónu a sytostibarev,které lze na snímací stranìzmírnit korekcemi(maskováním).

5.1.

BAREVNÝ PØENOSNA OBRAZOVCE SPOJENÉS KAMEROU KABELEM

Pro jednoduchý pøenos pøedpokládejme kabelové spojení kamery s barevnou obrazovkou (obr. 55). Pøi dopadu bílého svìtla C dává kamera na výstupu svých tøi zesilovaèù stejné napìtí, a to napø.1V z èerveného, 1 V zeleného a 1V z modrého výstupu. Bílé svìtlo se rozloží do složek (Re), (Ge), (Be) pøíslušnými dichroickými zrcadly a filtry. Dopadá-li do objektivu trojbarevné kamery pouze sytá žlutá barva, nedává modré snímací zaøízenína výstupu žádné napìtí, kdežto zelené a èervené dávají urèitá menší napìtí v pomìru, jaký pøísluší pro daný tón barvy (napø. 0,7 V pøeètenoz køivek spektrální citlivosti). Jednotlivé zdroje základních televizních barev v barevné obrazovce dostávají tøi napìtí od tøi výstupùbarevné kamery. Pøistejných velikostech napìtí po patøiènémzesílení v zesilovaèích svítí obrazovka výsledným bílým svìtlem C. Reprodukovaná obecná barva (i ménì sytá) je urèena rùznou velikostí tøi signálù. Jasovì rozlišujejednotlivé barvy oko pozorovatele samopodle køivkyjasové citlivosti (pomìrné úèinnosti). Pøenášejí-lise tøi základní syté televizní barvy, pak barevná kamera dává pro každou barvu na pøíslušnémvýstupu stejné napìtí. Stejná napìtí pro reprodukci tìchto barev dostávají i pøíslušné trysky barevné obrazovky. Rùzný jas mezi èervenou, zelenou a modrou rozliší pouze oko. Pøi zobrazenížluté èásti snímanéhoóbražu (viz. obr. 55) svítí zelené a èervené luminofory obrazovky od zesílenéhonapìtí 0,7 V na obou pøíslušnýchtryskách. Na výsledný jas žluté barvy pøispìjí obì svìtla podle køivky citlivosti oka.

5.1.2

ÈERNOBÍLÝ PØENOSBAREV SNÍMANÝCH BAREVNOU KAMEROU

Èernobílá obrazovka zobrazuje zmìny jasu jediným signálem. Tento signál dodává napø. èernobílákamera o vhodném prùbìhu spektrální citlivosti, a to s ohledem na rùznou jasovou citlivost oka pro jednotlivé barvy. Obrazovka reprodukuje pak barvy jako šedé s tím jasem, jak je vnímá oko. Barevná kamera však dodává pro bílé svìtlo C (izoenergetické) souèasnì tøi signálová napìtí UR' Uo, UB stejných velikostí. Pøi urèité stejné energii ojedinìle pùsobícího svìtla èerveného, zelenéhonebo modrého dává barevná kamera na pøíslušnýchvýstupech též stejná napìtí UR' Uo, VB' napø. I V. Kdybychom tyto signály pøivedli postupnì na èernobílou obrazovku, nebyl by jasový rozdíl mezi modrou, zelenou a èervenou. Pro správný èernobílý pøenosje tedy tøebaumìle vytvoøitjasové pøíspìyky od základních barev. Snímá-li tøíbarevnákamera èervenou barvu, dává pøi urèitém jasu na výstupu signál UR = I V. Oko však vnímá jas èervené barvy (~) s menší hodnotou, a to 30% proti 100% jasu pøi pøenosu bíléhosvìtla signálovými napìtími UR = I V, Uo = I V a UB= I V.Aby tedy èernobíláobrazovka reprodukovalaèervenou barvu s takovým jasem šedé,jakji vidí oko, je zapotøebívýstupní signál z barevnékamery umìle zmenšit na 30%, tj. na 0,3 V.

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

81

82

.-'

-,

, , , , ,

...' N'

o' >, 0)'

0)' -, '>" Ci >' 0)' ...' ro' .o' , , , ,

::J~

D

,, ,,-

,

I I I

I , , ,

ro, '-, Q), E' ro: ~, .ro : c, >, Q), '-, ro, .c, I , , I

~ ~

In

7

/

~

~~

~ ~ I

I'

1/

(.

=>

u.(:I. u.m,.J

11: --

r

•.

=>

---,

,

'

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

:

I I I I I , I I I I I I I I I I I I I I I I I

I

I

I

...' c'

,

,, I ,

.-'N' >, 0)1 -I 0), -, '>.' :=, .D' C' C' ...' 0)' 'U' 1 1 1 , ,

,,

~ a: "

~

1

a:

In a:

--~ [:a] ~~

>Ct:

~ "> ~ ] z.

i

~ )() tIS ,>,

~ .o ~ '8 ~

] 8~ ..g ,g ~ ~ .o ti) 8 ~ Il. ~ I.: ~

InQ. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

Podobnì platí, že zelená barva (Ge) pøenášenázeleným výstupem kamery jako výstupní napìtí UG= I V je správnì jasovì reprodukována èernobílou obrazovkou pøi zmenšení signálu na 0,59 V, modrábarva (Be) pak pøi zmenšení na 0,11 V. Pøenáší-li se bílé svìtlo C, pak všechny tøi výstupy kamerydávají na výstupu UR = Uo = UB = 1 V, ale pro èernobílou obrazovku je stanovený souèet tvoøenz jednotlivých podílù, tedy Uy = 0,30 + 0,59 + 0,11 = 1 V Takovérozdìlení jednotlivých signálù do jasových pøíspìvkù pro èernobílý pøenosje jedním druhemmaticování signálu a uskuteèòuje se napø. odporovými dìlièi se spoleèným sluèovacím odporemRy (obr. 55). Každábarva pøispívá do signálu, který by byl urèen pro èernobílou obrazovkujinýmjasovým podílem.Skládá-li se výsledná barva ze dvou základních barev,jasové pøíspìvky tìchto základních barevse sèítají. Má-li žlutá barva takový jas, že je rozložena v barevné kameøepodle køivek spektrální citlivosti na signál èervený UR = O,7V a zelený Uo = O,7V, bude na èernobílé obrazovce zobrazena jako šedá sjasem odpovídajícím vstupnímu napìtí Uy = 0,30 . 0,7 + 0,59 . 0,7 = 0,62 V (obr.55). Obecnì platí pro vytvoøeníjasového signálu ze základních barevných signálù vztah: Uy = 0,30UR + 0,59Uo + O,llUB'* kterýje velmi dùležitý i pøi barevném pøenosu,jak poznáme v dalším výkladu.

5.1.3

NORMALIZOVANÉ BAREVNÉ PRUHY A JEllCH JASOVÝ SIGNAL

Prokontrolní úèely ve všech èástechtelevizního pøenosovéhoøetìzce, tedy i v televizorech, se vytváøejísignály pøíslušné svislým pruhùm šesti rùzných barev a dvou nepestrých barev, bílé a èerné.Jejich signály nevznikají snímáním kamerou z osvìtlené pøedlohy,ale vytváøejí se umìle,

tj. v generátorech obdélníkorychprùbìhù napìtí. Poøadíbarevje uvedenona obr. 56.

~ "C

'<\I E

~

.8

Ob7:56 Zkušební svislé barevné pruhy základních a doplòkových barev, zobrazené na stínítku obrazovky

. V literatuøea v nonnách (standardech) bývají znaèeny tyto signály jako E. Pro napìtí je však podle ÈSN 01 1305 tøebapoužívat jen znak U, nebo• písmeno E znaèí intenzitu elektrického pole.

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

83

Barvy pruhù odpovídají obdélníkovým sígnálùm (viz obr. 57) pro pøenoszákladních barev, tj. signálùm UR Ua UB' Pro zobrazení prvního pruhu zleva (bílého) pøicházejí na jednotlivé trysky barevné obrazovky všechny tøi signály ve stejné amplitudì, napø. 100 V. Na obr. 57 odpovídá tomuto napìtí úsek na svislé ose O až 1. Pøi stejné spektrální záøivosti barevných luminofoTÙ na stínítku obrazovky svítí stínítko bílou barvou, urèitého, napø. maximálního, jasu. V druhém žlutém pruhu pøichází pouze èervený signál UR (obdélníkový impuls trvá) a zelený signál Ua, kdežto modrý signál je nulový. Stínítko obrazovky svítí souètovou barvou složenou z èervené a zelené, tj. žlutou, která je

IX

:,

t

"

:::I 1

In

::J t

Obl: 57 Prùbìhy signálùzákladníchbarevpøipøenosubarevnýchpruhù

84

InQ. Vladimír Vít: Televizní technika - SEN technická literatura

doplòkováke zbývající základní barvì, tj. modré. Modrozelený pruh svítí pøi pøítomnosti modrého signálu UB a zeleného signálu Uo. Modrozelená barva, zvaná cyan, je doplòková k èervené. Pøi zelenémpruhu svítí jen zelená tryska, nebo• modrá a èervenáje uzavøenanulovým impulsovým napìtím. U ostatníchpruhù je tomu obdobnì, výsledná barva odpovídá jednomu barevnému svìtlu nebosouètovémumísení dvou svìtel. Poslední pruh je èerný, nebo• nesvítí žádná tryska. Kdybychom vytvoøili ze signálù základních barev UR Uo UB podle jasové rovnice jasový signál, zobrazily by se na èernobílé obrazovce napájené tímto jasovým signálem svislé pruhy, jejichž jas by se mìnil od bílé pøesrùzný stupeò šedé do èerné (obr. 58). Pùvodní žlutý pruh by se jevil na èernobíléobrazovcejako slabì šedý. Pøiprvním bílém pruhu dostává èernobílá obrazovka modulaènínapìtí: Uy = 0,30UR + 0,59Uo + O,llUB = 0,30. 100 + 0,59. 100 + 0,11 . 100 = 100 V Pøižlutém pruhu je jasové napìtí: Uy=0,30.100+0,59.l00+0,ll.0=89V protožesvítí jen èervená a zelená tryska obrazovky. Podle jasové rovnice lze vypoèítat všechna napìtí pøíslušnápruhùm s postupnì se zmenšujícím jasem tak, jak pøecházejíod bílého pøesžlutý a dalšíaž k èernému (viz obr. 58 a tabulku I).

:

, , , , , , , ,

, , , ,

..,

! !, ,,, ,

,

, , , ,

0,5 -

1.0

:~ , ,, :,

i ..,.

,

,

L , o

, :, , , ,

, ,

, ,--_o_, ,

,I

''

~

, , ,

, :: . . .

' . ' '

~

1,0 -

.--0

--~

:0.89

.,

i .., .

o , , , , , ,

, , , , , , ,

: o, 11

: 0,3

L

0.7

1 ,,, ,

100 %

o , , , ,

:..Fn i i

"

:0.59

, , , , , , , ,

! .,, .

!. !, :

' :'

' I ,

: ,, ,, ,, ,, , r,

,, ,, , ,,, , ~ , , ,

,, ,

,,

I,

. :,

, :,

,

. o , ,

, , ,

7'

;

: ,, ,, ,, , ,, ~,

úroveò

èerné

,, ,

, , , ,

, , , ,

, , ,

'

,, ,

,

, :

,

~

m ~

; , , , ,

~

~ o ~C-

, , , , , , ,

: , , , ,

~

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

: , , , ,

úroveòbllé 10 %

, , ,

0%

Obl: 58 Prùbìhjasového signálu pøi pøenosusvislých barevných pruhù s maximálnímjasem (amplitudou); èárkovanìje vyznaèen prùbìh pøi 50% sytosti (100/50/100/50)

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

85

TabulkaI

a)

Jasovýsignálnonnalizovanýchbarevnýchpruhù

zmen~ený jas (kontrast)

75 % zmenšená

sytost

b)

75/0n5/0

100/25/100/25

1

o

o 1

o .aJ

:)

o,

f -t

-t

Obr. 59 Prùbìh signálù základních barev a jasového signálu pro normalizované barevné pruhy; a) pøizmenšeném jasu (kontrastu);b) pøizmenšenésytosti

86

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

Prùbìh jasového signálu elektronicky vyrobených normalizovaných barevných pruhù se liší odjasového signálu, který by poskytla po maticováni barevná kamera (nebo èernobílá kamera pøímo)pøi snimáni obtazu sytých barevných pruhù osvìtleného izoenergetickým svìtlem. Zmenšuje-li se amplituda jednotlivých signálù UR UG UB pro svislé barevné pruhy, a to od vrcholuobdélnikových impulsù pøi zachováni nulové úrovnì, zmenšuje sejas všech barev vèetnì bíléa tím se zmenšuje kontrast. Sytost zùstává 100%. Zmenšuje-li se amplituda jednotlivých signálù tak, že maximální úroveò zùstává stejná (1 V = 100%) a mìli se úroveò minima obdélníkových impulsù (nedosahuje na nulu), viz obr.57, 59, zmenšuje se sytost barev. Kromì bílého pruhu zvìtšují pøi tom ostatni pruhy svùj jas aèernýpruhsemìní v šedý.

Jakodùležitýpoznateksi pamatujme,že svítí-li všechnytøi !rysky obrazovkysouèasnì,je . Signálbarevných pruhù se definuje ètyømi èísly udávajícími maximální a minímální úroveò --- --~--- --~ UR Uo UB pøi nepestrých (první a druhé èíslo) a pøi barevných pruzích (tøetí a ètvrtéèíslo). Uveïme pøíklad: 100/0/100/0 znaèí maximálnì syté barevné pruhy s maximálním jasem 100/0/75/0 znaèímaximálnì syté barevné pruhy se 100% bílou a 0% èernou a s omezeným jasem všech šesti barevných pruhù 100/25/100/25 znaèí zmenšenou sytost barevných pruhù. Jas všech pruhù kromì bílého (zùstává 100%) se zvìtší a na místì èerného pruhuje 25% šedá 75/37,5/75/37,5 znaèí zmenšenýjas a sytost všech barevných pruhù se 75% bílou a se 37,5% tmavì šedou. J

J

J

URÈENÍ BARVY SLOŽKOVÝMI SIGNÁLY èláncíchjsme poznali, že pro urèeníbarvy s libovolnýmjasem a libovolnou ,. -," -'~_! UR UG UB' Vytvoøíme-limaticováním tìchto signálù základních barev podle jasové rovnicejasory signál .

-

-

&

-

-,

základníchbarev.Tøetízbývající signál lze

vyrobit maticováním. Uveïme pøíklady: Ze tøívýstupù barevné kamery vycházejí signály:

UR= 0,4V

Vo = 0,6V

VB= 0,8V

Mùžemevytvoøítjasovousložku: Uy = 0,3 . 0,4 + 0,59 . 0,6 + 0,11 . 0,8 = 0,562V Jeto zelenomodrá, ne zcelasytábarva. Dává-liv jiném pøíkladubarevnákamerana jednom výstupujiž maticovanýjasory signál --- vytvoøenývestavìným èernobílým snímacímzaøízením)Vy a na dalších dvou VR VB' vypoètemetøetísignál Vo zjasové rovnice: UR= 1 V VB = 0,3 V Vy = 0,75 V --~

J'

UG = Uy-0,3UR -O,llUB=

0,59

0,417 =O,7V 0,59

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

87

Výsledkem dosavadníchpoznatkùje zjištìní, že barevnésvìtlo je urèenopodle kolorimetrických definic tøemiúdaji a v televizních vysílacích i pøijímacích obvodech potøebujemepro jednoznaèné urèení pøenosubarevné informace tøi signály oproti jednomu pøi èernobílém pøenosu. Kromì jasového signálu jsou to dva barevné signály pro pøenosové soustavy upravované (zakódované) do rùzných forem, jak poznáme v dalších kapitolách.

5.2

Základní požadaveksluèitelnéhopøenosu

Zpùsob televizního barevného pøenosupo kabelu mezi barevnou kamerou s tøemi snímacími zaøízenímia tøemi zobrazovacími systémy barevné obrazovky by byl na dlouhé vzdálenosti velmi nákladný. Pro jednoduchost jsme uvažovali lineární závislost mezi jasem a elektrickým napìtím, tj. zabývali jsme se soustavou lineární. Šíøkapøenášenéhopásma u všech tøí signálù na tøech vedeních je stejná a rovná se 6 MHz, nebo• u každého signálu základní barvy pøenášímeveškeré jemné podrobnosti obrazu (viz obr. 60). Výsledný obraz barevného tulipánu se skládá z èerveného, zelenéhoa modrého obrazu každého s maximální rozlišovací schopností.Takový pøenospo kabelu seuskuteèòujejen u prùmyslové televize, napø.pøipøenosechv nemocnících. Je to "nízkofrekvenèní pøenos" tøí obrazových signálù. Kdybychom chtìli pøejít na rysokofrekvenèní bezdrátovýpøenos,potøebovali bychom barevný televizní kanál široký 15 MHz. Nehledì k hospodárnosti, lze takové vysílání uskuteènit tøeba obsazením tøí kanálù ve IV. a V. pásmu. Pak by ale nebylo možné pøijímat barevný signál

dosavadnímièernobílýmitelevizory,pøenosby nebyl sluèitelný.

barevný obraz

=

èervený obraz

zelený obraz

+

modrý obraz

Obl: 60 Pøenosbarevnéhoobrazusignálytøízákladníchbarev

88

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika

- BEN technická literatura

Kdybychom pro èernobílý televizor použili jeden ze tøí barevných signálù VR' VG' VB' dostali bychomna obrazovce s jedním systémem obraz, který by jasovì neodpovídal skuteènosti. Kdyby barevnákamera snímala obraz èerveného tulipánu v modré váze (obr. 61), zobrazila by èernobílá obrazovkanapájenáèerveným kanálem svìtlý tulipán a èernou vázu. Kdyby obrazovku øídil kanál modrý,objevil by se na stínítku èerný tulipán v šedéváze. Pøíjemna zeleném kanálu by zobrazoval èernýkvìt tulipánu se svìtlým listem v èerné váze. Podmínkou sluèitelnosti barevné televize s èernobíloutelevizí bude tedy pøítomnostjasového signálu Vy pøi obou pøenosech.Jasory signál zobrazína èernobílé obrazovce barvy s takorymi gradacemi šedé,jakje vnímá oko (viz obr. 61 d). Sluèitelnostobou pøenosùje oboustranná. Jednak lze na èernobílé obrazovce zachytit vysílaný barevnýobraz v èernobílých odstínech (i když s urèitými chybami, viz èI. A-5.6.2 o korekci gama),jednak lze na barevný televizor pøíjímat èernobílé vysílání, samozøejmìjen jako èernobílý obraz.

a)

b)

c)

d)

Obl:61 Reprodukcebarevnéhoobrazuna èernobíléobrazovce;a) pùvodníbarevnýobraz;b) reprodukce èerveným signálem;c) reprodukcemodrým signálem; d)správnáreprodukcejasovýmsignálemUy = O,30UR+ O,59UG+ O,llUB

5.3

Pøenosbarvy v sluèitelnésoustavì

Pøipøenosubarevné informace je zapotøebípøenášettøi velièiny:jas, tón a sytost barvy- Tyto tøi velièiny lze skrýt do signálù UR UG UB- Vytvoøíme-Ii pro sluèitelnost s èernobílým pøenosem umìle maticováním (nebo též pøímo kamerou) signáljasový Uy = O,3UR + O,59UG + O,IIUB' postaèípøenášetjiž jen dvì další velièiny, napø. UR a UB- Je ovšem tøeba pøenášetvšechny tøi

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

89