Большая советсткая энциклопедия Цветное телевидение

Цветное телевидение

Цветное телевидение, телевидение, в котором осуществляется передача цветных изображений. Донося до зрителя богатство красок окружающего мира, Ц. т. позволяет сделать восприятие изображения более полным.

  Принцип передачи цветных изображений в телевидении основан на теории трёхкомпонентности цветового зрения. Многообразие природных цветов можно воспроизвести оптически с помощью 3 основных цветов (см. Цветовые измерения). В соответствии с этим принципом в цветной телевизионной передающей камере с помощью 3 светофильтров — красного, зелёного и синего — создают на светочувствительных мишенях передающей телевизионной трубки 3 одноцветных оптических изображения объекта передачи, которые затем преобразуют в 3 линейных видеосигнала E_R, E_G, E_B, пропорциональных соответственно красной (R), зелёной (G) и синей (В) составляющим цвета, считываемого в процессе развёртки изображения. Для формирования телевизионного сигнала и передачи его в канал связи в системах Ц. т. применяют специальные методы кодирования цветовой информации. В цветном телевизоре видеосигналы выделяются (путём декодирования) из телевизионного сигнала; поступая на кинескоп, они управляют яркостью свечения его люминофоров. Так, в наиболее распространённом трёхцветном трехлучевом кинескопе с теневой маской видеосигналы подаются одновременно на управляющие электроды (модуляторы) трёх электронных прожекторов. В результате ток электронных лучей изменяется в соответствии с изменением амплитуды видеосигналов. Люминофоры на экране цветного кинескопа наносятся обычно в виде мозаики из небольших кружков (люминофорных пятен), сгруппированных в триады (рис. 1). Триада содержит три кружка люминофоров, каждый из которых под действием электронных лучей начинает светиться определённым (присущим ему) цветом: красным (R_П), зелёным (G_П) или синим (В_П). Благодаря экранирующему действию маски лучи возбуждают в триадах люминофоры только "своего" цвета. Т. о., каждый из лучей порознь позволяет получить на экране красный, зелёный или синий цвет, а вместе эти лучи создают изображение, цвет которого определяется соотношением яркостей красного, зелёного и синего цветов свечения. Путём аддитивного сложения последних получают любой цвет в пределах треугольника основных цветов приёмника на хроматической диаграмме (рис. 2). Для правильного цветовоспроизведения в канал передачи при необходимости вводится преобразователь линейных видеосигналов в видеосигналы основных цветов приёмника — матричный цветокорректор. В целях компенсации нелинейности характеристик передающей и приёмной телевизионных трубок линейные видеосигналы E_R, E_G, E_B, кроме линейной матричной коррекции, подвергаются нелинейной коррекции (т. н. гамма-коррекции), в результате которой формируются нелинейные видеосигналы E'_R, E'_G, E'_B согласно формулам:

E'_R = E_R^1/(; E'_G = E_G^1/(, E'_B = E_B^1/(,

где g — показатель степенной модуляционной характеристики кинескопа. Сигналы E'_R, E'_G, Е'_В — широкополосные, спектр каждого из них занимает полосу частот до 6 Мгц.

  Формирование и передача сигналов Ц. т. Видеосигналы E'_R, E'_G, E'_B могут быть переданы в приёмник последовательно (поочерёдно) один за другим либо одновременно. Известна система Ц. т. с последовательно и передачей цветовых полей, при этом частота полей составляет 150 гц. Этой системе присущ ряд недостатков, главный из которых — неэкономичность, т. к. при такой передаче требуется канал связи с полосой пропускания, втрое превышающей полосу частот стандартной системы черно-белого телевидения; цветной ореол (окаймление) изображений при быстром перемещении объектов передачи; "разрывы" цветов, возникающие при перемещении взгляда по экрану. По этим причинам такая система не используется для телевизионного вещания, она применяется (благодаря её простоте) для некоторых прикладных целей (например, для передачи изображений полостных органов тела; см. Эндоскопия). В системах Ц. т. с одновременно и передачей в общем случае также требуется 3 стандартных телевизионных канала или 1 широкополосный канал с полосой пропускания 3×6 = 18 Мгц. По этой причине трёхканальная система Ц. т. с одновременной передачей несовместима со стандартной системой черно-белого телевидения. Поскольку совместимость — одно из основных технико-экономических требований, предъявляемых к вещательным системам Ц. т., для его удовлетворения применяют различные методы уплотнения спектра передаваемого сигнала (см. Линии связи уплотнение) с тем, чтобы телевизионный сигнал одной программы Ц. т. имел спектр частот до 6 Мгц. Один из таких методов, используемый во всех стандартных системах Ц. т., заключается в том, что вместо широкополосных сигналов E'_R, E'_G, E'_B с помощью специальных кодирующих матричных устройств (КУ; см. рис. 3, а) формируются следующие сигналы: 1) сигнал яркости E'_Y, равный a×Е'_R + b×E'_G + dE'_B и несущий информацию только о распределении яркости передаваемой сцены (коэффициенты a = 0,30; b = 0,59; d = 0,11, определены на основе колориметрических расчётов); он характеризуется полосой частот 6 Мгц; 2) цветоразностные сигналы E'_R—Y = E'_R — E'_Y и E'_B—Y = Е'_В — Е'_У, содержащие информацию о цветности передаваемой сцены; характеризуются полосой частот от 0,5 до 1,5 Мгц и передаются на поднесущих частотах, размещаемых в спектре сигнала яркости.

  В КУ осуществляется также амплитудная или частотная модуляция колебаний поднесущей частоты цветоразностными сигналами, в результате образуется сигнал цветности U_Ц. Сигналы E'_Y, U_Ц, синхроимпульсы U_C и импульсы цветовой синхронизации U_ЦС, складываясь, образуют на его выходе полный цветовой телевизионный сигнал е_П (рис. 3, б). При передаче опорного белого цвета (в качестве такого в Ц. т. принято излучение стандартного источника Д₆₅₀₀, где индекс 6500 обозначает цветовую температуру в К) видеосигналы, подаваемые на вход КУ, удовлетворяют условию: E'_R = E'_G = E'_B = 1; для опорного белого цвета E'_Y = 1 и E'_R—Y = E'_B—Y = 0.

  Получение цветного изображения в приёмнике. В цветном телевизоре полный сигнал е_П с выхода видеодетектора подаётся на декодирующее устройство, состоящее из полосового электрического фильтра (ПЭФ), детекторов колебаний поднесущей частоты (ДПК) и декодирующей матрицы (ДМ). С помощью ПЭФ из сигнала е_П выделяется сигнал U_Ц + U_ЦС, поступающий на вход ДПК, на выходе которых получают цветоразностные сигналы E'_R—Y и E'_B—Y. Из этих сигналов и сигнала яркости E'_Y образуются видеосигналы основных цветов приёмника E'_R, E'_G, E'_B, которые подаются на трехлучевой кинескоп. Иногда цветоразностные сигналы E'_R—Y, E'_G—Y, E'_B—Y (второй получают, складывая в определённых пропорциях первый и третий) подают непосредственно на управляющие электроды (модуляторы) кинескопа, а сигнал яркости — на его катоды. В этом случае матрицирование осуществляется в прожекторах кинескопа, и в конечном итоге электронные лучи также модулируются сигналами E'_R, E'_G, Е'_В. При воспроизведении опорного белого цвета на экране кинескопа создаётся эталонный (равносигнальный) цвет Д₆₅₀₀.

  Историческая справка. В 1907—08 русский инженер И. А. Адамиан предложил метод одновременной передачи цветовых кадров, а в 1925 — систему трёхцветного телевидения с последовательной передачей цветовых полей с помощью развёртывающего диска П. Нипкова (технически реализована английским изобретателем Дж. Бэрдом в 1928). В 1929 в лаборатории "Американ телефон энд телеграф компани" (США) демонстрировалась одновременная система Ц. т. с механической развёрткой; в ней для передачи сигналов пользовались тремя независимыми каналами. В 1929 советский инженер Ю. С. Волков предложил применять в приёмнике Ц. т. электроннолучевую трубку с тремя экранами; оптическое совмещение трёх цветоделённых изображений (в основных цветах R, G и В) осуществлялось с помощью полупрозрачных зеркал. В 1938—50 в США радиовещательной компанией Коламбия бродкастинг систем (CBS) была разработана последовательная система Ц. т. электронного типа; с 1951 по 1953 она использовалась в США в качестве стандартной системы телевизионного вещания. Аналогичная система была разработана в СССР в 1948—53 (в 1954—56 в Москве по этой системе проводилось опытное вещание). В 1953 в США было начато цветное телевизионное вещание по системе NTSC, принятой в качестве стандартной в США (1954), Канаде (1964) и ряде др. стран Американского континента, а также в Японии (1960). В 1958 в СССР была создана система Ц. т. с т. н. квадратурной модуляцией цветовой поднесущей, совместимая с системой черно-белого телевидения, которая использовалась с 1959 для опытного телевизионного вещания. В 1966 была создана советско-французская система "SECAM = III", введённая в эксплуатацию одновременно в СССР и Франции в октябре 1967 (см. СЕКАМ). С 1967 началось цветное телевизионное вещание в ФРГ, Великобритании, Нидерландах и др. странах Западной Европы, а также в Австралии по системе PAL, разработанной в 1962—66 в ФРГ.

  Краткое описание стандартных систем Ц. т. Известны (1978) 3 стандартные системы Ц. т.: СЕКАМ, NTSC и PAL. Они различаются между собой главным образом методами образования телевизионного сигнала.

  Система СЕКАМ принята в СССР и большинстве социалистических стран, а также во Франции и ряде стран Африки. В СЕКАМ сигнал U_Ц образуется поочерёдной частотной модуляцией поднесущих колебаний сигналами Д'_R = — a₁×E'_R—Y И Д'_В = a₂×E'_B—Y (a₁ = 1,9; a₂ = 1,5) т. о., что в одних строках телевизионного кадра (например, чётных) модуляцию производят сигналом Д'_R (центральная частота f_0R колебаний поднесущей частоты при этом равна 4,406250 Мгц), в других — сигналом Д'_В (центральная частота f_0B = 4,250000 Мгц). В результате в канале передачи в каждой строке имеется сигнал яркости E'_Y и один из цветовых сигналов Д'_R или Д'_В. В приёмнике для формирования цветоразностных сигналов необходимо одновременное присутствие обоих сигналов Д'_R и Д'_В. Для их совпадения во времени используется ультразвуковая линия задержки (УЛЗ): задержка производится на время развёртки одной строки (64 мксек). Благодаря используемой в СЕКАМ частотной модуляции сигнал цветности U_Ц относительно мало подвержен амплитудно-частотным и фазовым искажениям.

  Система NTSC (от начальных букв английских слов National Television System Committee — Национальный комитет по телевизионным системам). В системе NTSC сигнал U_Ц. образуется методом амплитудной балансной модуляции двух поднесущих колебаний с одинаковыми частотами f₀ = 3,579545 Мгц видеосигналами E'_RD = 0,877E_R—Y и E'_BD = 0,493E_B—Y (или видеосигналами E'_I = 0,7355E'_R—Y — 0,2684E'_B—Y и E'_Q = 0,4776E'_R—Y + 0,4133E'_B—Y). При этом модулируемые поднесущие колебания сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90° (находятся в квадратуре). Сумма этих колебаний на выходе КУ даёт сигнал U_Ц, в спектре которого благодаря балансной модуляции отсутствуют колебания поднесущей частоты (присутствуют только боковые полосы). Сигнал U_Ц модулирован по амплитуде и фазе (подобная модуляция называется квадратурной), причём амплитуда определяется насыщенностью передаваемого цвета, а фаза — цветовым тоном. Для детектирования сигнала U_Ц в приёмнике используются 2 синхронных детектора, на которые подают сигнал U_ЦС и колебания поднесущей частоты от местного генератора, управляемого по фазе и частоте сигналами цветовой синхронизации U_ЦС. Последний передаётся в полном телевизионном сигнале в виде цветовых вспышек (пакетов), размещаемых на заднем уступе строчного гасящего импульса. Достоинства системы NTSC: высокая помехоустойчивость, относительная простота кодирования и декодирования, высокая цветовая чёткость и др., основной недостаток — большая чувствительность сигнала U_ЦС к амплитудно-частотным и фазовым искажениям.

  Система PAL (от начальных букв англ. слов Phase Alternation Line — перемена фазы по строкам). Подобна системе NTSC; основное отличие состоит в том, что в PAL колебания поднесущей частоты, модулируемые сигналом E'_R—Y, изменяют фазу от строки к строке на 180°. В приёмнике для разделения сигнала цветности на квадратурные составляющие применяется УЛЗ на 64 мксек и электронный коммутатор. Система PAL малочувствительна к фазовым искажениям, что является основным её достоинством по сравнению с системой NTSC.

  Использование Ц. т.; перспективы развития. В телевизионном вещании Ц. т. приходит на смену черно-белому. Ведутся разработки систем цветного стереоскопического телевидения. Технические средства Ц. т. всё шире используются в промышленном телевидении практически во всех областях его применения. Так, при космических исследованиях с помощью Ц. т. наблюдают за состоянием космонавтов, процессом стыковки космических кораблей (в частности, это имело место в июле 1975 при стыковке советского и американского кораблей "Союз" и "Аполлон"), передают из космоса цветные изображения поверхности Земли и др. космических объектов; в медицине Ц. т. используют, например, при эндоскопии, а также для демонстрации хирургических операций; перспективно применение Ц. т. в металлургии, физике, химии и т. д. Всё большее распространение получает профессиональная и любительская цветная видеозапись на магнитные носители (ленту, диск, карту); организуются выпуск массовым тиражом цветных видеозаписей на поливинилхлоридных дисках и производство сравнительно недорогих приставок к цветному телевизору для воспроизведения этих записей.

  В количественном отношении советское телевидение развивается в направлении полного перехода на Ц. т. С этой целью организуется во всё более широких масштабах выпуск студийного и внестудийного оборудования для передачи цветных программ; с помощью синхронных спутников связи системы "Экран" и сети наземных ретрансляторов расширяется территория, охваченная цветным телевизионным вещанием. В СССР, в Москве, строится передающий телевизионный комплекс Ц. т., рассчитанный на передачу 20 программ. Перспективно создание системы передачи различных справочных данных в виде страниц, воспроизводимых на экране телевизора (система "телетекст").

  В качественном отношении актуальными в Ц. т. являются такие проблемы, как переход на однотрубочную передающую камеру в сочетании с однолучевым кинескопом на приёмной стороне и др., в стереоцветном телевидении — изыскание методов сужения полосы частот, разработка систем передачи изображений с несколькими (более двух) позиций (многопозиционных систем), поиски и разработка методов голографического телевидения.

  Лит.: Телевидение, под ред. П. В. Шмакова, 3 изд., М., 1970; Новаковский С. В., Цветное телевидение, М., 1975; его же, Стандартные системы цветного телевидения, М., 1976; Техника цветного телевидения, под ред. С. В. Новаковского, М., 1976.

  С. В. Новаковский.