Lucrarea SVCC

Televiziune alb-negru şi color. Lucrări practice

1

22 SSeemmnnaalluull ddee tteelleevviizziiuunnee ccoolloorr

22..11 NNooţţiiuunnii tteeoorreettiiccee Semnalul de televiziune utilizat în sistemele de televiziune în culori diferă esenţial de

semnalul de televiziune “alb-negru”. Faţă de sistemul “alb-negru”, în cazul sistemelor de televiziune în culori este necesară transmisia unor informaţii suplimentare, referitoare la nuanţa şi saturaţia culorilor, pe lângă informaţia de luminanţă prezentă şi în semnalul “alb-negru”, sub forma semnalului video (de imagine).

Pe de altă parte, din considerente de compatibilitate între sistemele de televiziune în culori şi cele alb-negru, semnalul de televiziune în culori trebuie să conţină în structura sa semnalul corespunzător televiziunii alb-negru, respectiv semnalul de luminanţă. Pe lângă acesta, semnalul TV color va conţine informaţii referitoare al nuanţa şi saturaţia culorilor, grupate în semnalul de crominanţă. Cele două semnale se compun în aşa fel încât, pe de o parte, interferenţa între ele să fie cât mai mică, şi, pe de altă parte, să existe posibilitatea separării lor.

2.1.1 Semnalul de luminanţă şi semnalele de crominanţă Semnalul de luminanţă este foarte asemănător cu semnalul video alb-negru. Conform legilor

de bază ale amestecului culorilor (H. Grassman - 1853), prin alegerea adecvată a trei fascicule luminoase monocromatice, numite “culori primare” este posibilă reproducerea prin amestec aditiv a oricărei culori:

orice culoare ce se compune din amestecul a două culori se va găsi pe dreapta care uneşte cele două culori

culorile saturate se găsesc pe curba extremă, iar albul în centrul sistemului (punctul E) ordonata Y a fiecărei culori din interiorul diagramei indică luminanţa relativă a culorii

respective Din Figura 2.1 remarcăm faptul că toate culorile din natură sunt cuprinse în interiorul

conturului format din curba pe care se găsesc culorile primare R, G, B şi de dreapta purpurelor. O culoare din interiorul conturului este cu atât mai saturată cu cât este mai apropiată de curba extremă şi cu atât mai pastelată (diluată) cu cât este mai apropiată de punctul E.

Triunghiul culorilor G-Verde

B-Albastru

R-Roşu

Figura 2.1 Sistemul colorimetric XoY

În sistemele de TV în culori se utilizează culorile primare R, G, B, care nu sunt culori spectrale (nu se află pe curba extremă), rezultând deci un triunghi al culorilor reproductibile mai mic, dar comparabil cu domeniul de culori obţinute în cinematografia color. Una dintre caracteristicile sistemului colorimetric XoY este acela că axa Y conţine toate informaţia de strălucire a culorii (informaţia de luminanţă) şi nu conţine informaţii referitoare la cromaticitatea acesteia (nuanţă şi saturaţie). În raport cu culorile primare alese R, G, B, strălucirea Y se determină din relaţia următoare:

''' 11.059.03.0 BGRY ++= 2.1

Semnalul de televiziune color

2

Considerând traductorul lumină-semnal electric un element liniar, semnalul de luminanţă Ey corespunzător informaţiei de strălucire este:

BGRy EEEE 11.059.03.0 ++= 2.2

Coeficienţii ER, EG, EB sunt tabelaţi şi caracterizează din punct de vedere al strălucirii culorile întâlnite în natură. Pentru culori atonale (domeniul de gri-uri, de la negru până la alb), coeficienţii având valorile ER=EG=EB=0 pentru negru şi ER=EG=EB=1 pentru alb. Deoarece semnalul de luminanţă EY va conţine toată informaţia de strălucire a culorii, din semnalele de crominanţă este indicat să se excludă această componentă. În urma acestei operaţii rezultă semnalele diferenţă de culoare sau semnalele de crominanţă.

0,7 0,59 0,11

0,3 0,59 0.89

0,3 0,41 0.11

R Y R y R G B

B Y B y R G B

G Y G y R G B

E E E E E E

E E E E E E

E E E E E E

−

−

−

= − = − −

= − = − − +

= − = − + −

2.3

Din sistemul de trei ecuaţii ce se obţine se observă, pe de o parte, că pentru culorile atonale 0R Y G Y B YE E E− − −= = = şi pe de altă parte, că există o relaţie bine definită între cele trei semnale de

crominanţă şi anume:

YBYRYG EEE −−− −−= 19.051.0 2.4

Consecinţa de maximă importanţă a acestei proprietăţi a semnalelor de crominanţă constă în aceea că nu este necesară transmisia tuturor semnalelor de crominanţă ci este suficientă transmisia a două dintre ele, cel de al treilea semnal putând fi sintetizat din cele două, prin operaţii matematice. Banda de frecvenţă a semnalului de luminanţă este aceeaşi ca şi în cazul semnalului TV alb-negru (6,5MHz). Din observaţii experimentale s-a constat că detaliile de culoare sunt percepute mult mai puţin de către ochi decât detaliile alb-negru (acuitatea vizuală este diminuată pentru detaliile color). Rezultă de aici că banda de frecvenţă a semnalelor de crominanţă poate fi redusă fără a afecta calitatea imaginii color. În consecinţă, semnalele de crominanţă se transmit cu o bandă de frecvenţă mai mică de 1.5MHz, banda aleasă fiind diferită de la un sistem de televiziune în culori la altul.

Alb Galben Turcuaz Verde Mov Roşu Albastru Negru

Alb Galben Turcuaz Verde Mov Roşu Albastru Negru 1

0

0,1

0,2

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,9

0,8

1

0.89

0.7

0.59

0.41

0.3

0.11 0

Stingere pe orizontalăCursa directă

Nivel de negru

Nivel de stingere

a) b)

Figura 2.2 Mira de bare verticale (a) şi semnalul de luminanţă aferent (b)

În sistemele color RGB, fiecare cale video este, aşa cum am văzut, normalizată astfel încât semnalele corespund fie nivelului de negru (iluminare zero) fie nivelului maxim (iluminare maximă). Un semnal de test corespunzător trebuie să combine toate variantele posibile ale celor trei semnale componente cu valori de amplitudine zero şi maxim. Deoarece avem trei culori primare (căi video) fiecare putând lua două valori (zero, maxim) rezultă un număr de 23 posibilităţi, adică 8 culori. Aceste culori corespund practic culorilor primare (R – Roşu, G – Verde şi B – Albastru), culorilor complementare (T – turcuaz, M – mov, G – galben), alb şi negru. Ordonarea culorilor se face descrescător după nivelul semnalului de luminanţă şi anume: Alb, galben, turcuaz, verde, mov, roşu,


3

albastru, negru. Acest semnal de test format din cele bare verticale este unul din semnalele de bază folosite la testarea şi depanarea lanţului TV (Figura 2.2.a).

Semnalul de luminanţă corespunzător unei linii TV în cazul în care avem o miră de bare verticale, va avea forma unei „scări” în trepte, care începe cu valoarea amplitudinii egală cu 1 (alb) şi se termină cu valoarea 0 (negru) (Figura 2.2.b). Valorile amplitudinii semnalului de luminanţă corespunzătoare celorlalte culori, calculate cu ajutorul formulei 2.2 sunt prezentate în tabelul 2.1.

tabelul 2.1 Amplitudinea semnalului de luminanţă pentru mira de bare verticale

Amplitudinea relativă a semnalului 1/100 IRE Culoare ER EG EB EY 100% EY 75%

Alb 1 1 1 1 0.750 Galben 1 1 0 0.89 0.668

Turcuaz 0 1 1 0.7 0.525 Verde 0 1 0 0.59 0.443 Mov 1 0 1 0.41 0.308 Roşu 1 0 0 0.3 0.225

Albastru 0 0 1 0.11 0.083 Negru 0 0 0 0 0

Amplitudinile semnalelor de crominanţă pentru mira de 8 bare verticale sunt prezentate în

tabelul 2.2. Aceste amplitudini s-au obţinut pe baza relaţiilor (2.3). Semnalele diferenţă de culoare obţinute sunt prezentate în Figura 2.3.

tabelul 2.2 Amplitudinile semnalelor de crominanţă pentru mira de bare verticale

Amplitudinea relativă a semnalului (1/100 IRE) Culoare ER EG EB ER-Y EG-Y EB-Y EV EU EC

Alb 1 1 1 0 0 0 0 0 0 Galben 1 1 0 0.11 0.11 - 0.89 0.096 -0.439 0.449

Turcuaz 0 1 1 - 0.7 0.3 0.3 -0.614 0.148 0.631 Verde 0 1 0 - 0.59 0.41 - 0.59 -0.517 -0.291 0.594 Mov 1 0 1 0.59 - 0.41 0.59 0.517 0.291 0.594 Roşu 1 0 0 0.7 - 0.3 - 0.3 0.614 -0.148 0.631

Albastru 0 0 1 - 0.11 - 0.11 0.89 -0.096 0.439 0.449 Negru 0 0 0 0 0 0 0 0 0


1

- 1

- 0,8

- 0,6

0,4

0,2

0

- 0,2

- 0,4

0,8

0,6

0 0.11

- 0.7 - 0.59

0.7 0.59

- 0.11

0 t


- 1

- 0,8

- 0,6

0,4

0,2

0

- 0,2

- 0,4

0,8

0,6

0 0.11

0.3 0.41

- 0.41

- 0.11

0 t

- 0.3


- 1

- 0,8

- 0,6

0,4

0,2

0

- 0,2

- 0,4

0,8

0,6

0

0.3

- 0.59

0.890.59

- 0.3

0

t

- 0.89

a) ER-Y b) EG-Y c) EB-Y

Figura 2.3 Semnalele diferenţă de culoare

2.1.2 Semnalul de televiziune color PAL Semnale de crominanţă, notate în sistemul PAL cu Eu şi Ev sunt, de fapt, valori ponderate ale

semnalelor diferenţă de culoare ER-Y şi EB-Y.

)(493.0 YBYBBu EEEKE −== − 2.5


4

)(877.0 YRYRRv EEEKE −== − 2.6

Banda de frecvenţă a semnalelor de crominanţă se limitează la fU=fV=1,3MHz. Pentru a transmite informaţii de crominanţă simultan şi fără interferenţe între ele, precum şi fără interferenţe cu informaţia de luminanţă, se utilizează modulaţia în cuadratură cu subpurtătoare suprimată. De fapt, acelaşi tip de transmisie se foloseşte şi în sistemul american de televiziune NTSC al cărui precursor este sistemul PAL. Spre deosebire de sistemul NTSC însă, apar unele modificări în transmisia semnalelor de crominanţă, determinate de neajunsul cel mai important al sistemului american şi anume influenţa mare a erorilor de fază asupra nuanţei şi saturaţiei culorilor transmise. Particularitatea esenţială a sistemului PAL constă în compensarea erorilor de fază de către ochi şi, în consecinţă, eliminarea virajului de culoare.

S-a observat experimental că, dacă faza subpurtătoarei se schimbă cu 180 grade de la o linie la alta pentru unul din semnalele de crominanţă, efectul erorilor de fază este compensat de către ochi. Semnalul care se transmite cu fază alternantă se alege din considerentul de a micşora distorsiunile semnalului datorate comutării fazei de la o linie la alta. Din acest punct de vedere, se va comuta faza semnalului cu amplitudine mai mare, şi anume EV-Y.

Pe o linie oarecare, de rang n, semnalul de crominanţă modulat are forma:

tEtEV spUspVC ωω sincos += 2.7

Iar pe linia următoare, de rang n+1, semnalul va fi:

tEtEV spUspVC ωω sincos' +−= 2.8

Semnalele CV şi 'CV pot fi scrise şi sub forma:

2 2

' 2 2

sin( )

sin( )

C U V sp

C U V sp

V E E t

V E E t

ω ϕ

ω ϕ

= + +

= + − 2.9

Unde arctan V

U

EE

ϕ = . Reprezentarea grafică a acestor vectori este prezentată în Figura 2.4.a.

EV

-EV

EU

E’C(n)

E’C(n+1)

E’V(n+1)

E’V(n) E’U(n)

E’U(n+1)

ϕC

-ϕC

a) b)

Figura 2.4 Reprezentarea vectorilor de culoare (a) şi vectorograma PAL (b)

Reprezentarea vectorială a culorilor din „mira de bare color” într-un sistem de axe U-V se numeşte vectorograma PAL (Figura 2.4.b). Se observă că pentru fiecare culoare apar în vectorogramă doi vectori situaţi de o parte şi de alta a axei U, vectori corespunzători liniilor de rang n, respectiv liniilor de rang n+1. Acest lucru se datorează schimbării fazei subpurtătoare cu 180º. Astfel, pentru linia n avem notaţi vectorii corespunzători culorilor notaţi cu majuscule Mg – magenta (mov), R – red (roşu), B – blue (albastru), Yl – yellow (galben), Cy – cyan (turcuaz), G – green (verde). Vectorograma pentru linia n va fi obţinută prin unirea vârfurilor vectorilor enumeraţi


5

anterior. În mod asemănător, pentru linia n+1 avem notaţi vectorii corespunzători culorilor cu litere mici mg – magenta (mov), r – red (roşu), b – blue (albastru), yl – yellow (galben), cy – cyan (turcuaz), g – green (verde). Vectorograma pentru linia n+1 va fi obţinută prin unirea vârfurilor vectorilor enumeraţi anterior.

Alb Galben Turcuaz Verde Mov Roşu Albastru Negru 0.7

- 0.7

0 0

0.45

0.630.59

0 t

0.590.63

0.45

Figura 2.5 Semnalul de crominanţă modulat

Forma semnalului de crominanţă modulat în cuadratură este prezentată în Figura 2.5. Frecvenţa semnalului cu care se face modulaţia în cuadratură, numită frecvenţă subpurtătoare se alege din considerente de vizibilitate minimă pe imaginea alb-negru, precum şi pentru o întrepătrundere a spectrelor semnalului de luminanţă cu spectrele semnalelor de crominanţă în vederea evitării interferenţei între acestea. Frecvenţa subpurtătoare este dată de ecuaţia:

MHzffkf KHsp 433.441

≈+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= 2.10

Prin însumarea semnalului de luminanţă (VY – Figura 2.2.b) şi a semnalelor de crominanţă (VC – Figura 2.5) se obţine semnalul video complex color PAL (Figura 2.6.a). În afara acestor componente semnalul mai cuprinde impulsuri de stingere şi de sincronizare pe linii şi pe cadre, precum şi un aşa-numit semnal de sincronizare a culorii (semnal de burst) format dintr-o succesiune de 8-10 sinusoide de amplitudine vârf al vârf egală cu cea a impulsului de sincronizare, plasate pe palierul posterior al semnalului de stingere pe orizontală, după impulsul de sincronizare pe orizontală. Faza acestor sinusoide diferă de la o linie la alta, fiind de +135º faţă de axa U pe liniile pe care se transmite +Evcosωspt şi -135º pe liniile pe care se transmite -Evcosωspt.


100

0

10

20

70

60

50

40

30

90

80

100

V (IRE)

t (μs)

40 IRE

89

70

59

41

30

11

-20

-40

Nivel de negru 0IRE

30 IRE


100

0

10

20

70

60

50

40

30

90

80

100

V (IRE)

t (μs)

40 IRE

89

70

59

41

30

11

-20

-40

Nivel de negru 7.5IRE

30 IRE

a) b) Figura 2.6 Semnalul videocomplex color PAL de formă 100/0/100/0 (a) şi 100/7.5/100/0

În Figura 2.6.a amplitudinile semnalelor sunt reprezentate folosind unitatea de măsură IRE. Această unitate de măsură a fost definită de Institutul inginerilor radio (Institute of Radio Engineers - IRE) pentru a măsura amplitudinea semnalului video. Conform standardelor IRE domeniul de variaţie al semnalului video este de 1 Vvv. Acest domeniu a fost împărţit în două subdomenii şi


6

anume domeniul de imagine şi domeniul de sincronizare. Domeniul de imagine este definit pentru variaţii de la 0 IRE la 100 IRE în timp de domeniul de sincro este definit de la -40 IRE la 0 IRE. Astfel, domeniul de variaţie a semnalului TV este de 140 IRE. Valoarea unui IRE este de

11 7.14140IRE V mV= = . Când vorbim despre mira de bare verticale, trebuie să amintim că există două seturi de mire

de bare verticale care se utilizează în sistemele de TV. Unul dintre seturi se referă la o miră de bare verticale cu amplitudine 100%, iar celălalt se referă la setul de bare verticale cu 75% amplitudine. Fiecare miră de bare verticale poate fi definită funcţie de nivelul de alb şi negru. Astfel, fiecare miră va fi descrisă de patru numere nr1/nr2/nr3/nr4. Nr.1 reprezintă nivelul semnalelor de culoare primare pentru transmisia barei albe (valoarea maximă a ER, EG, EB). Nr.2 reprezintă nivelul semnalelor de culoare primare pentru transmisia barei de negru (valoarea minimă a ER, EG, EB). Nr.3 reprezintă nivelul semnalelor de culoare primare pentru transmisia barelor colorare (valoarea maximă a ER, EG, EB). Nr.4 reprezintă nivelul semnalelor de culoare primare pentru transmisia barelor colorare (valoarea minimă a ER, EG, EB). Figura 2.6.a reprezintă mira de bare verticale cu semnal 100% de forma 100/0/100/0. Aceasta înseamnă că albul se transmite cu 100IRE, negru cu 0IRE, iar nivelul de amplitudine maxim al ER, EG, EB pentru transmiterea barelor colorate este 100IRE respectiv nivelul minim este 0IRE. Figura 2.6.b reprezintă mira de bare verticale cu semnal 100% de forma 100/7.5/100/0. Aceasta înseamnă că albul se transmite cu 100IRE, negru cu 7.5IRE, iar nivelul de amplitudine maxim al ER, EG, EB pentru transmiterea barelor colorate este 100IRE respectiv nivelul minim este 0IRE. În tabelul 2.3 sunt prezentate nivelele de amplitudine ale semnalului de crominanţă aferent culorilor primare cu nivel de 100IRE respectiv 75IRE. tabelul 2.3 Amplitudinile semnalelor de crominanţă PAL pentru mira de bare verticale 100 IRE şi 75 IRE

Amplitudinea relativă a semnalului (1/100 IRE) Culoare ER-Y EB-Y EV EU EV(75IRE) EU(75IRE) EC(100IRE) EC(75IRE)

Alb 0 0 0 0 0 0 0 0 Galben 0.11 - 0.89 0.096 -0.439 0.072 -0.329 0.449 0.337

Turcuaz - 0.7 0.3 -0.614 0.148 -0.461 0.111 0.631 0.474 Verde - 0.59 - 0.59 -0.517 -0.291 -0.388 -0.218 0.594 0.445 Mov 0.59 0.59 0.517 0.291 0.388 0.218 0.594 0.445 Roşu 0.7 - 0.3 0.614 -0.148 0.461 -0.111 0.631 0.474

Albastru - 0.11 0.89 -0.096 0.439 -0.072 0.329 0.449 0.337 Negru 0 0 0 0 0 0 0 0


0 0

0.34

0.47 0.45

0 t

0.45 0.47

0.34

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-0.7

A(1/100IRE)


100

0

10

20

70

60

50

40

30

90

80 75

V (IRE)

t (μs)

40 IRE

66

53 44

30 22

8

-20

-40

Nivel de negru 0IRE

100 100

89

75

69

42

a) b)

Figura 2.7 a) semnalul de crominanţă modulat 75/0/75/0 b) SVCC PAL 75/0/75/0

Conform tabelul 2.3 rezultă că semnalul de crominanţă va avea forma şi nivelul de amplitudine (exprimat în unităţi IRE) prezentat în Figura 2.7.a. Ţinând cont de valorile semnalului de luminanţă pentru o reducere la 75% a semnalelor primare de culoare (vezi tabelul 2.1) şi de


7

valorile semnalului de crominanţă putem obţine semnalul aferent mirei de bare verticale color de forma 75/0/75/0 a cărei formă de undă este prezentată în Figura 2.7.b. Se pune întrebarea de ce să folosim mira de bare verticale cu amplitudine 75%? Să revenim la mira de bare verticale 100/0/100/0 (Figura 2.6). Din tabelul 2.1 şi tabelul 2.3 rezultă că amplitudinea maximă a SVCC PAL va fi în cazul galbenului de 134 IRE. Aceasta înseamnă că amplitudinea vârf la vârf a semnalului va fi 174 IRE (134 + 40). Rezultă deci că în cazul mirei de bare verticale de forma 100/0/100/0 amplitudinea vârf la vârf a SVCC PAL va fi de _ _100% 0.00714 174 1.242SVCC PALA V V= ⋅ = şi deci nu se respectă standardul de 1Vvv cât trebuie să-l aibă SVCC. Tot din tabelele tabelul 2.1 şi tabelul 2.3 se observă că în cazul mirei de bare verticale amplitudinea maximă pentru galben va fi 100 IRE (66IRE luminanţa + 34IRE crominanţa). Toate celelalte nivele ale amplitudinii semnalelor de crominanţă nu vor depăşi 100 IRE şi deci semnalul SVCC PAL nu va depăşi 140 IRE (100 IRE semnalul video + 40 IRE componenta sincro) şi respectându-se în acest fel standardul IRE şi anume ca SVCC să aibă amplitudinea vv (vârf la vârf) de 1Vvv.

În practică se utilizează mira de bare verticale cu amplitudinea 75% dar pentru bara de alb se foloseşte amplitudinea de 100%. Astfel mira de bare verticale va fi de forma 100/0/75/0. Unele generatoare de mire de bare verticale mai folosesc varianta împărţirii barei verticale albe în două. Astfel jumătate din bara albă (pe verticală) va fi alb 100% iar jumătate va fi alb 75%.


100

0

10

20

70

60

50

40

30

90

80

100 V (IRE)

t (μs)

40 IRE

66

53 44

30 22

8

-20

-40

Nivel de negru 0IRE

100 100

89

75

69

42


100

0

10

20

70

60

50

40

30

90

80

75

V (IRE)

t (μs)

40 IRE

66

53 44

30 22

8

-20

-40

Nivel de negru 0IRE

100 100

89

75

69

42

100

Figura 2.8 a) SVCC PAL 100/0/75/0 b) SVCC PAL 100/0/75/0 cu bara verticală albă de 100% şi 75%

2.1.3 Semnalul de televiziune color NTSC Aşa cum am amintit anterior deosebirea dintre sistemul PAL şi NTSC constă în schimbarea

fazei subpurtătoarei de culoare cu 180 grade de la o linie la alta pentru PAL. În cazul NTSC însă, subpurtătoarea de culoare are aceeaşi fază indiferent de linie.

Din multiple experienţe s-a constatat că există culori pentru care ochiul are posibilitatea de a discerne cele mai fine detalii ale acestora, spre deosebire de alte culori pentru care ochiul are o putere de rezoluţie mai mică de aproximativ 3 ori faţă de culorile din prima categorie, din punct de vedere al discernerii detaliilor fine. De exemplu, dacă se vizualizează două imagini care conţine o aceeaşi reţea de linii subţiri de culoare portocalie respectiv turcuaz se observă că numărul liniilor turcuaz văzute este de 3 ori mai mic decât cel al liniilor portocalii. Culorile pentru care ochiul are putere de rezoluţie mare se găsesc pe o axă numită „axa de bandă largă” şi este poziţionată în sistemul XoY pe direcţia de la portocaliu spre verde-albastru şi trece prin punctul W. Această axă este notată cu I. Culorile pentru care ochiul are o putere de rezoluţie mică se găsesc pe o axă numită „axa de bandă îngustă” orientată de la galben-verde spre purpuriu trecând prin punctul W (white - alb). Această axă este notată cu Q.

În sistemul NTSC se folosesc semnalele corespunzătoare unor două culori alese de pe axa I şi Q. Culorile fictive I şi Q se află la intersecţia axelor I şi Q cu axa X din sistemul XoY (Figura 2.1). Semnalele EI şi EQ se formează prin combinaţii liniare între semnalele diferenţă de culoare standard ER-Y şi EB-Y. Astfel, ecuaţiile matematice aferente acestor semnale sunt următoarele:


8

0.74 0.270.48 0.41

I R Y B Y

Q R Y B Y

E E EE E E

− −

− −

= −= +

2.11

Triunghiul culorilor G-Verde

B-Albastru

R-Roşu

Axa I

Axa Q

I

Q

W

Figura 2.9 Reprezentarea grafică a axelor I şi Q

tabelul 2.4 Amplitudinile semnalelor de crominanţă NTSC pentru mira de bare verticale

Amplitudinea relativă a semnalului (1/100 IRE) Culoare ER-Y EB-Y EI EQ EI(75IRE) EQ(75IRE) EC(100IRE) EC(75IRE)

Alb 0 0 0 0 0 0 0 0 Galben 0.11 - 0.89 0.322 -0.312 0.241 -0.234 0.448 0.336

Turcuaz - 0.7 0.3 -0.599 -0.213 -0.449 -0.160 0.636 0.447 Verde - 0.59 - 0.59 -0.277 -0.525 -0.208 -0.394 0.594 0.445 Mov 0.59 0.59 0.277 0.525 0.208 0.394 0.594 0.445 Roşu 0.7 - 0.3 0.599 0.213 0.449 0.160 0.636 0.447

Albastru - 0.11 0.89 -0.322 0.312 -0.241 0.234 0.448 0.336 Negru 0 0 0 0 0 0 0 0

Aşa după cum se poate observa din tabelul 2.3 şi tabelul 2.4 amplitudinea semnalelor de

crominanţă pentru sistemele PAL şi NTSC sunt aproximativ asemănătoare, şi ţinând cont de faptul că semnalul de luminanţă are aceeaşi formă putem spune că forma semnalului NTSC este asemănătoare cu cea a semnalului PAL (Figura 2.5, Figura 2.6, Figura 2.7 şi Figura 2.8). Spre deosebire de sistemul PAL, unde vectorii de culoare îşi modificau poziţia faţă de axa B-Y (axa U), în cazul NTSC vectorii de culoare au aceeaşi poziţionare indiferent de linie aşa după cum se poate observa şi din vectorograma NTSC.

A

4.2 MHzfSP

1.3 MHz

0.6 MHz 0.6 MHz

f

EY EI

EQ

a) b)

Figura 2.10 a) vectorograma NTSC b) benzile de frecvenţă ale semnalelor EY, EI, EQ

Un alt aspect pe care trebuie să-l avem în vedere în cazul NTSC este cel al benzii de frecvenţă ocupate de cele două semnale de culoare EQ, EI (Figura 2.10.b). Datorită faptului că EQ se


9

află pe axa cu cea mai slabă putere de rezoluţie este necesar ca acesta să se transmită cu bandă dublă, spre deosebire de semnalul EI care se va transmite cu bandă laterală inferioară şi un rest de bandă laterală superioară.

2.1.4 Semnalul de televiziune color SECAM Pornind de la imperfecţiunile ochiului uman, respectiv de la inerţia relativ mare a acestuia şi

acuitatea vizuală limitată, în sistemul francez de televiziune în culori SECAM (SEQuential A Memoire) nu se mai transmit cele două informaţii de crominanţă ci doar câte una, alternativ, pe fiecare linie. Ideea sistemului se bazează pe faptul că semnalele de pe două linii succesive nu diferă în mod esenţial. Semnalul de luminanţă este acelaşi ca în sistemele NTSC şi PAL. Semnalele de crominanţă transmise sunt:

( )

( )1.9 1.9

1.5 1.5R R Y R Y

B B Y B Y

D E E E

D E E E−

−

= − = − −

= = − 2.12

Coeficienţii de ponderare s-au ales din condiţia ca amplitudinile maxime ale semnalelor de crominanţă să fie egale cu unitatea, în cazul transmisiei mirei de bare color.

tabelul 2.5 Amplitudinile semnalelor de crominanţă SECAM pentru mira de bare verticale

Amplitudinea relativă a semnalului Culoare ER-Y EB-Y DR 100% DB 100% DR 75% DB 75%

Alb 0 0 0 0 0 0 Galben 0.11 - 0.89 - 0.209 - 1.335 - 0.157 - 1.001

Turcuaz - 0.7 0.3 1.330 0.450 0.998 0.338 Verde - 0.59 - 0.59 1.121 - 0.885 0.841 - 0.664 Mov 0.59 0.59 - 1.121 0.885 - 0.841 0.664 Roşu 0.7 - 0.3 - 1.330 - 0.450 - 0.998 - 0.338

Albastru - 0.11 0.89 0.209 1.335 0.157 1.001 Negru 0 0 0 0 0 0

Pe durata fiecărei linii deci, se transmite doar un semnal de crominanţă, fie DR, fie DB (Figura

2.11 a,b). La un moment dat, în canalul de comunicaţie este prezent doar unul dintre semnalele DR şi DB, deci interferenţa dintre aceste două semnale de crominanţă este eliminată şi este posibilă alegerea celui mai adecvat tip de modulaţie şi anume modulaţia de frecvenţă.

Înainte de modulare, semnalele DR şi DB suferă: o limitare a benzii de frecvenţă la 1,5 MHz, o preaccentuare a frecvenţelor înalte pentru îmbunătăţirea raportului semnal/zgomot

(Figura 2.11 c,d) o limitare pentru eliminarea vârfurilor ce pot să apară la trecerea de la o culoare la alta

datorită preaccentuării. Preaccentuarea are ca efect creşterea amplitudinii semnalelor DR şi DB aşa după cum se poate

observa şi din Figura 2.11.c, d. Astfel, amplitudinea semnalului după preaccentuare este cu atât mai mare cu cât saltul de nivel dintre două bare succesive este mai mare.

Rezultatul modulaţiei în frecvenţă este un semnal electric de amplitudine constantă a cărui frecvenţă variază în jurul frecvenţei centrale f0, între valorile extreme ( )0f f− Δ şi ( )0f f+ Δ corespunzătoare valorilor extreme ale semnalului modulator (Figura 2.14.a). În sistemul SECAM frecvenţa de repaus (frecvenţa subpurtătoare) este diferită pentru cele două semnale DR şi DB:

0 282 4,40625R hf f MHz= = 0 272 4,250B hf f MHz= =

Se observă alegerea f0R şi f0B ca multipli pari ai fH astfel încât, în absenţa informaţiei de crominanţa structura perturbatoare să apară fixă (este mai uşor tolerată de observator).


10


- 1.1

0 0 0 t

-0.157

1

-1

0.841

-0.841

0.157

Linia DR


- 1.1

0 0 0 t

-1

0.338

-0.338

-0.664

0.664 1

Linia DB

a) linia n (înainte de preaccentuare) b) linia n+1 (înainte de preaccentuare)


1.1

- 1.1

0 0 0 t

-0.157

1

-1

0.841

-0.841

0.157

Linia DR

2

- 2

1.25

-1.8


1.1

- 1.1

0 0 0 t

-1

0.338

-0.338

-0.664

0.664

1

Linia DB

2

- 2

2.18

-1.52

c) linia n (după preaccentuare) d) linia n+1 (după preaccentuare)

Figura 2.11 Influenţa preaccentuării şi reducerii benzii asupra semnalelor DR şi DB Datorită preaccentuării vârfurile care apar la tranziţiile de culoare ce depăşesc valorile +1,25

şi -1,8 pentru DR şi respectiv +2.18 şi –1.52 pentru DB vor induce o deviaţie de frecvenţă fΔ importantă. Astfel, este necesară limitarea amplitudinii semnalului după preaccentuare şi înainte de MF, la valorile de amplitudine de +1,25 şi -1,8 şi respectiv +2.18 şi –1.52. Nivele de limitare sunt alese ţinând cont de nivelul de amplitudine al semnalelor de identificare IR şi IB (vezi Figura 2.13.a).

După modulaţia în frecvenţă, semnalul modulat mai suferă anumite prelucrări dintre care amintim:

reducerea amplitudinii subpurtătoarei în jurul frecvenţelor de repaus, faţă de amplitudinea componentelor de frecvenţă instantanee îndepărtate de frecvenţa de repaus. Acest proces se numeşte accentuare de înaltă frecvenţă

inversarea fazei subpurtătoarei la fiecare a treia linie şi la fiecare semicadru, în scopul micşorării vizibilităţii subpurtătoarei pe ecranele receptoarelor TV alb-negru.

Accentuarea de înaltă frecvenţă are rolul de a reduce amplitudinea subpurtătoarelor de culoare în raport cu amplitudinea semnalului de luminanţă. Din studiile realizate s-a constatat că amplitudinea subpurtătoarei fOR este bine să fie 30,6% din amplitudinea semnalului de luminanţă, iar


11

cea aferentă subpurtătoarei fOB este bine să fie 23,8% din amplitudinea semnalului de luminanţă. În consecinţă în cazul în care amplitudinea semnalului de luminanţă este de 0.714 V (100IRE) rezultă că amplitudinile subpurtătoarelor modulate, după accentuarea de înaltă frecvenţă, vor fi 0,218 V pentru fOR şi respectiv 0.170 V pentru fOB. Atenuarea celor două subpurtătoare de culoare şi accentuarea de înaltă frecvenţă se realizează cu ajutorul unui filtru opreşte bandă de tip „anti-clopot” (Figura 2.12).

A(f) (dB)

f(MHz)

Frecvenţa centrală 4,286 MHz

fORfOB0

Deviaţia de frecvenţă maximă

3,9 4,756

Figura 2.12 Caracteristica de accentuare de înaltă frecvenţă (filtru anti-clopot)

Pa baza caracteristicii de accentuare de înaltă frecvenţă se pot stabili amplitudinile subpurtătoarelor modulate după etapa de accentuare (Figura 2.14.b).

Având în vedere transmisia succesivă a semnalelor de crominanţă, la recepţie este necesară o întârziere cu durata unei linii a unuia dintre semnalele de crominanţă, astfel încât, în fiecare moment vom avea la dispoziţie semnalul de crominanţă transmis pe linia curentă şi semnalul de crominanţă transmis pe linia precedentă. Din aceste două semnale după demodulare se poate obţine prin combinarea lor liniară al treilea semnal, după cum am văzut anterior (ec.2.4).

f(MHz) Amp. DR

Amp. DB

0

0 fOR=4,406

fOB=4,250

4,756

3,900 -1.52

1.25

Linia 7 Linia 8

DB

DR

a)

H/2 H/2 H

7 8 9 10 11 12 13 14 15

IB IR b)

Figura 2.13 Semnalele de identificare a liniilor IR şi IB înainte (a) şi după MF (b)

Ordinea de transmitere a semnalelor DR şi DB este bine precizată. Din această cauză este necesară existenţa unui sincronism între comutatoarele electronice de la emisie şi recepţie, comutatoare care realizează selecţia semnalelor de crominanţă. Pentru sincronizarea comutatoarelor se transmit semnale de identificare a culorii şi semnale de sincronizare a culorii. Semnalele de identificare se transmit pe durata a 9 linii succesive ale intervalului de stingere pe verticală în timpul liniilor 7-15 din primul semicadru şi 320-328 din al doilea semicadru (Figura 2.13). Aceste semnale


12

constau din trenuri de sinusoide corespunzătoare subpurtătoarei modulate în frecvenţă cu semnalele de identificare IR şi IB, transmise secvenţial pe linii. Forma trapezoidală a semnalelor modulate se obţine după trecerea acestora printr-un circuit de preaccentuare în înaltă frecvenţă. Practic aşa cum se poate observă şi din Figura 2.13.a datorită amplitudinii semnalelor de identificare frecvenţa semnalului de identificare MF va varia de la 4,406 MHz (adică fOR) dacă IR este zero şi până la 4,756 MHz dacă semnalul de identificare IR are valoare maximă (1,25). De asemenea, în cazul IB frecvenţa variază de la 4,250 MHz până la 3,9 MHz.

Semnalele de sincronizare a culorii se transmit pe palierul posterior al impulsului de stingere pe orizontală, după impulsul de sincronizare linii, sub forma unui tren de sinusoide de frecvenţă f0R sau f0B, în concordanţă cu semnalul de crominanţă transmis pe linia respectivă.

Forma semnalului videocomplex color SECAM pentru două linii succesive este prezentată în Figura 2.14. Alb Galben Turcuaz Verde Mov Roşu Albastru Negru

0 t

Linia DR

Δf=0, fOR -45 45 280 -280 235 -235

Δf=0, fOR


0 t

Linia DB

Δf=0, fOB -230 230 78 -78 -152 152

Δf=0, fOB

a)


0 t

Linia DR

30,6% 26,3%

36.1% 61,7%

67,8%

30,4% 35,9% 30,4%


0 t

Linia DB

23,8%30.3%

40%

24,1%30,2% 39,6% 23,8%

51,8%

b)

Linia DR


1

0

0,1

0,2

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,9

0,8

Cursa directă

t

Semnal de sincronizare a culorii fOR Semnal de sincronizare

a culorii fOB

Linia DB


1

0

0,1

0,2

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,9

0,8

Cursa directă

t

Semnal de sincronizare a culorii fOB Semnal de sincronizare

a culorii fOR

c)

Figura 2.14 Semnalul Video complex color SECAM: a) MF b) MF după preaccentuare c) SVCC-SECAM


13

22..22 DDeessffăăşşuurraarreeaa lluuccrrăărriiii

2.2.1 Aparate utilizate Osciloscop cu selector de linii Generator de semnale TV color PAL, SECAM, NTSC Sonde de măsură 1:1 Monitor/receptor TV

2.2.2 Desfăşurarea lucrării Se vor vizualiza cu ajutorul osciloscopului şi selectorului de linii, semnalele electrice livrate de

generatorul de semnale TV color. Se va studia forma semnalului complex color în sistemele PAL si SECAM şi se vor măsura cu ajutorul osciloscopului caracteristicile acestuia: amplitudini, durate, componenta continuă, etc.

a) mira de bare verticale PAL b) mira de bare verticale SECAM

c) semnalul burst de culoare PAL d) mira „ecran ALB”


14

e) mira „ecran ALBASTRU” f) mira „ecran ROŞU”

g) mira „ecran VERDE” h) semnalele de identificare a culorilor SECAM

i) cursa inversă câmp par j) cursa inversă verticală


15

k) mira „tablă şah”

Se va studia cu ajutorul generatorului de semnale TV color şi a monitorului TV color

influenţa diferitelor semnale asupra imaginii pe monitorul TV. Cu ajutorul potenţiometrelor şi a butoanelor de reglaj, se va studia influenţa modificării parametrilor semnalului electric asupra imaginii.

22..33 PPrroobblleemmee şşii îînnttrreebbăărrii 1. Cum se realizează separarea informaţiilor de luminanţă şi crominanţă transmise pe

acelaşi canal de comunicaţie? 2. Justificaţi necesitatea alternării fazei uneia dintre subpurtătoarele de crominanţă în

sistemul PAL. 3. Care este motivul apariţiei supracreşterilor, la trecerea de la o culoare la alta, în

semnalul videocomplex color SECAM? 4. Cum se pot obţine semnalele de crominanţă ER, EB şi EG pornind de la semnalul

complex color SECAM? 5. Desenaţi semnalul de crominanţă NTSC complex pentru amplitudine 75%. 6. Refaceţi graficele semnalelor din Figura 2.8.b pentru cazul în care avem un semnal

NTSC. 7. Calculaţi toate nivelele de amplitudine ale semnalului, exprimate în volţi (sau mV)

pentru graficele în care exprimarea s-a făcut în unităţi de măsură IRE. 8. Care este diferenţa dintre 1IRE şi 1V? 9. Care este mărimea impulsului de sincronizare pe orizontală exprimat în IRE (Figura

2.6). 10. De ce se utilizează ca miră standard mira de bare verticale? Care este modivul

standardizării mirei cu amplitudine 75% (sau mira 100/0/75/0)? 11. Care este semnificaţia descrierii unei mire de bare color de tipul 100/7.5/75/7.5? 12. Să se deseneze forma SVCC PAL pentru un ecran format din trei bare verticale roşu,

galben, albastru de dimensiuni egale. Specificaţi toate nivele de amplitudine şi timpii aferenţi ştiind că este vorba de culori de saturaţie 75%.

13. Să se deseneze forma SVCC NTSC pentru un ecran format din două bare verticale alb şi negru de dimensiuni egale (jumătate de ecran). Specificaţi toate nivele de amplitudine şi timpii aferenţi ştiind că este vorba de culori de o reprezentare de forma 100/7.5/75/0.

14. Să se deseneze forma SVCC PAL pentru un ecran format din trei bare orizontale roşu, galben, albastru de dimensiuni egale. Specificaţi toate nivele de amplitudine şi timpii aferenţi ştiind că este vorba de culori de saturaţie 75%.


16

15. Refaceţi problemele de la punctele 12-14 pentru toate variantele de semnale şi anume: semnal video pozitiv sau negativ de polaritate pozitivă sau negativă (4 variante pentru fiecare caz).

16. Desenaţi ultimele două linii ale câmpului par, cursa inversă pe verticală şi primele două linii ale câmpului impar pentru o miră de bare verticale PAL de forma 100/0/75/0. Specificaţi toate nivelele de amplitudine şi duratele aferente semnalelor.

17. Semnalele de identificare a culorii din SECAM (IR şi IB de pe durata stingerii pe verticală) sunt folosite pentru sincronizarea comutatoarelor electronice de la recepţie cu cel de la emisie astfel încât în fiecare moment să ştim ce linie se transmite. Imaginaţi un sistem de identificare (altul decât cel care foloseşte IR şi IB) astfel încât să se realizeze acest deziderat.

18. Ce se întâmplă cu semnalul recepţionat dacă dispare semnalul de sincronizare a culorii?

22..44 PPrreezzeennttaarreeaa rreezzuullttaatteelloorr Se vor desena diagramele temporale ale semnalelor vizualizate la punctul 2.2, cu precizarea

pe desen a tuturor parametrilor acestora: amplitudine, componentă continuă, perioadă, durată, etc.

Documents

Lucrarea SVCC