21.2.1. СИСТЕМА НТСЦ [13-15]

Национальный комитет по телевизионным системам (НТСЦ) США был образован в 1940 г. с целью выработки стандартов для систем вещательного одноцветного телевидения. НТСЦ был сформирован вновь в 1950 г. с тем, чтобы изучить предложенные к тому времени системы цветного телевидения и дать рекомендаций по выбору стандартной системы для вещательного телевидения США.

В одноцветном варианте системы НТСЦ электрический сигнал, описывающий передаваемую сцену, создается на выходе телевизионной камеры в результате развертки по строкам. Полный цикл развертки включает последовательное образование четного и нечетного полей, составленных соответственно четными и нечетными строками. Телевизионным кадром называют совокупность обоих полей; кадр содержит в общей сложности 525 строк. На формирование каждого поля отводится  с, а кадра в целом —  с. Выбор частоты кадров определяется частотой переменного тока в энергосетях США, составляющей 60 Гц.

Рис. 21.2.1. Стандартный сигнал синхронизации системы НТСЦ [15]: а — сигналы синхронизации при передаче одноцветного изображения; б — детали сигнала синхронизации при передаче цветного изображения в интервале 5—5. чертеж (3).

Если бы частота полей не совпадала с этой величиной, то взаимодействие электромагнитных полей, создаваемых генераторами развертки и устройствами электропитания, привело бы к помехам на изображении за счет наводок на комбинационных частотах как в передатчике, так и в приемнике.

Рис. 21.2.2. Спектр сигнала яркости (воспроизводится с некоторыми упрощениями по работе[15]): а — спектр сигнала яркости; б — спектр при передаче белого поля — увеличенный участок спектра а; в — спектр при передаче типичной сцены — увеличенный участок спектра а

По окончании каждой строки передается синхроимпульс горизонтальной развертки; передача каждого поля завершается синхроимпульсом вертикальной развертки. На рис. 21.2.1 показаны типичные видеосигналы. Перед тем как использовать полный (т. е. содержащий синхроимпульсы) аналоговый видеосигнал для модуляции несущей, его пропускают через фильтр нижних частот с полосой пропускания около 4 МГц; коэффициент передачи по мощности на верхней граничной частоте составляет 0,5. В приемнике после демодуляции производится выделение синхроимпульсов из полного видеосигнала для управления цепями горизонтального и вертикального отклонений телевизионного видеомонитора.

В связи с периодичностью строчной и кадровой разверток спектр видеосигнала имеет дискретный характер. Это обстоятельство иллюстрируется рис. 21.2.2. Спектр здесь несколько идеализирован и соответствует передаче неподвижного изображения [15, стр. 8—65]. Линии спектра образуют ряд сгущений, располагающихся вдоль оси частот с одинаковым интервалом, равным 15 750 Гц (частота строчной развертки). Как показано на рис. 21.2.2, б, каждое сгущение в свою очередь представляет собой последовательность спектральных линий, разделенных интервалом 60 Гц (частота полей). Скачки в амплитуде от одной линии к соседней — следствие чересстрочной развертки. Наличие в передаваемой сцене подвижных объектов ведет к определенному расширению линий спектра (рис. 21.2.2, в).

В цветной телевизионной системе процесс развертки по строкам сопровождается формированием на выходе камеры трех сигналов, соответствующих красной, зеленой и синей составляющим передаваемой сцены. Комбинация этих трех сигналов определяет яркость изображения.

         (21.2.1)

определяет яркость изображения. Сигнал яркости  передается затем совместно с сигналами цветности  и , представляющими собой линейные функции цветоразностных сигналов  и . Цветоразностный сигнал может быть получен как

,                      (21.2.2)

а затем уже могут быть восстановлены сигналы , и  сложением яркости  с каждым из цветоразностных сигналов. Цветоразностные сигналы подвергаются нормировке согласно соотношениям

,                  (21.2.3а)

,                  (21.2.3б)

принятым в качестве стандарта в системах НТСЦ, ПАЛ и СЕКАМ. Нормировка проводится так, чтобы при переходе от одноцветной к цветной телевизионной передаче размах полного видеосигнала повышался не более чем в заданном отношении 1,33:1. В системе НТСЦ сигналы цветности  и  формируются с помощью соотношений

                (21.2.4а)

              (21.2.4б)

В то же время между сигналами , и , с одной стороны, и выходными сигналами камеры , , , с другой стороны, может быть установлена непосредственная связь:

                            (21.2.5а)

                           (21.2.56)

                             (21.2.5в)

Процесс обработки и кодирования видеосигнала в передатчике системы НТСЦ иллюстрируется схемой на рис. 21.2.3. Прежде всего производится фильтрация низких частот: для спектра сигнала яркости Y устанавливается полоса частот около 4 МГц, а для спектров сигналов  и  — соответственно 1,3 и 0,5 МГц. Достаточно жесткое ограничение полосы частот сигналов  и  не проходит, разумеется, бесследно для восстановленных на приемной стороне сигналов цвета , , .

Рис. 21.2.3. Процесс кодирования цветного изображения в системе НТСЦ; нормирование цветного видеосигнала

Однако это ограничение практически не отражается на визуальном восприятии изображения, так как по отношению к цветовым составляющим изображения пространственная разрешающая способность зрительной системы человека сравнительно невелика [16]. Далее уровень каждого из сигналов  и  модулирует по амплитуде соответствующую поднесущую, причем между двумя поднесущими установлен фазовый сдвиг, равный 90°. Сложение модулированных поднесущих дает объединенный сигнал цветности, который складывается с сигналом яркости. На рис. 21.2.4 показаны огибающие спектров сигнала яркости и объединенного сигнала цветности.

Рис. 21.2.4. Сложение спектров сигнала яркости и сигнала цветности [15].

Как отмечалось выше, спектр видеосигнала в случае телевизионного растра имеет линейчатую структуру, а его энергия рассредоточена между отдельными линиями вдоль всей отведенной полосы частот. Таким образом, при формировании объединенного сигнала цветности его спектр следует расположить на оси частот так, чтобы сложение сигналов яркости и цветности не приводило к наложению линий их спектров. Это достигается с помощью частотного сдвига, кратного половине частоты строчной развертки; спектры обоих сигналов располагаются при этом подобно паре гребенок, сдвинутых так, что зубья одной из них приходятся на просветы между зубьями другой. Таким способом сигналы яркости и цветности могут быть объединены в цветовой видеосигнал, полоса частот которого находится в тех же пределах, какие установлены для обычных систем одноцветного телевидения. Наконец, в интервалы цветового видеосигнала, соответствующие обратному ходу луча, вводятся синхроимпульсы строчной и кадровой разверток, что дает полный цветовой видеосигнал. В приемнике в результате отделения синхроимпульсов производится восстановление цветового видеосигнала. Затем демодулятор разделяет сигналы , , , результат преобразования которых, согласно соотношениям используется для управления видеомонитором.

                              (21.2.6а)

                              (21.2.6б)

                                (21.2.6в)