Техника - молодёжи 1996-09, страница 23

...И КАК ЕЕ РАСКРАСИТЬ

Передать цвета в телевизионном изображении гораздо сложнее, нежели сформировать монохромную картинку. Технические решения здесь разрабатывались, исходя из природы восприятия цветовой информации человеческим глазом. Ученые установили что из великого множества цветов и оттенков глаз на самом деле реагирует только на три цвета - красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Мы различаем около 16 млн цветовых оттенков, но все они задаются как смешение в различных пропорциях трех основных цветов. При этом говорят об RGB-представлении цвета (по первым буквам англоязычных названий трех основных цветов).

Именно так устроены телевизионные и компьютерные мониторы. В них экран одновременно сканируют не один, а три электронных луча, вызывая световые вспышки красного, зеленого и голубого цветов, т.е. формируя соответственно R-, G- и В составляющие одного и того же изображения Эти лучи маскируются таким образом, что каждый из них вызывает свечение точки только одного основного цвета, в чем легко убедиться, посмотрев на экран цветного телевизора через сильную лупу. Например, для цветных мониторов (а телевизоры устроены аналогично) относительные интенсивности лучей, попадающих на тройку точек, определяют цвет и яркость данного пиксела. При плавном изменении относительных интенсивностей RGB-лучеи на экране можно получить любой цвет — глаз воспринимает только результирующее изображение.

В то же время оказалось, что для трансляции цветного изображения в зфире (естественно, посредством радиоволн) более эффективен инои метод кодирования цвета. Изначально телевизионные системы были монохромными, то есть одноцветными (черно-белыми) и передавали изображение только как пространственное распределение его яркости, обычно обозначаемой буквой Y. Для совместимости новых и старых систем черно-белые телевизоры должны были без проблем принимать изображения, предназначенные для цветных. Также установили, что человеческий глаз менее чувствителен к пространственным изменениям оттенков цвета нежели к изменениям яркости. Соответственно, цветовая информация может быть передана с меньшей пространственной четкостью (разрешением). Ну а уменьшение объема передаваемой информации позволяет строить более дешевые системы, использующие более узкие частотные диапазоны, что дает возможность разместить большее количество независимых каналов в выделенном для телевещания радиочастотном диапазоне. В результате в телевидении R-, G- и В-сигналы перед передачей переводят в сигнал яркости Y и два цветоразностных сигнала U и V, а

Совмещение различных по интенсивности цветовых волн (красных, зеленых и синих — RGB) позволяет имитировать природную цветовую гамму. Красный, зеленый и синий называются аддитивными (слагаемыми) первичными цветами. Совмещение 100% R-, G- и В-со-ставляющих воспринимается как белый цвет. Отсутствие (0%) всех первичных цветов дает черный.

при приеме вновь формируют из них R-, G-, В-составля-ющие. При этом U и V передаются с вдвое меньшим разрешением, что и позволяет сузить частотный диапазон сигнала.

Именно Y-сигнал, являясь основным, воспринимался (и по-прежнему воспринимается) старыми черно-белыми системами. Цветоразностные U- и V-сигналы кодируются следующим образом. Генерируется специальный гармонический сигнал (поднесущая) на частоте, превышающей максимальную частоту в диапазоне Y; производится амплитудная и фазовая модуляция этой гармоники U- и V-сигна-лами; наконец, она добавляется к Y-сиг-налу. При этом в начале каждой телевизионной строки передается специальный импульс этой гармоники (вспышка) для задания начальной точки кодирования/декодирования. Цветной телевизор при приеме выделяет эту модулированную поднесущую и, декодируя сигнал, получает цветовые составляющие. Черно-белый телеприемник на дополнительную гармонику попросту не реагирует. Напомним, что U- и V-компоненты передаются с меньшей детальностью; именно этим и объясняются часто наблюдаемые цветовые размытия на контурах видеоизображений с насыщенными цветами.

ТРОЙСТВЕННЫЙ СОЮЗ ИЛИ БОРЬБА ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЕЙ?

Были придуманы и приняты в качестве стандарта не одна, а целых три различные схемы цветового кодирования, несколько отличающиеся способами модуляции. Американская NTSC (National Television Standards Committee) явилась первой — ее приняли для вещания в 1953 г. При ее создании были разработаны основные принципы передачи цветного изображения, которые в той или иной степени использованы в последующих системах. В NTSC применена вышеописанная базовая схема модуляции. Для нее характерны фазовые ошибки при демодуляции, вызванные взаимовлиянием U- и V-kom-понент, что может приводить к цветовому смещению в изображениях. Мы с этой проблемой встречаемся, когда наблюдаем несколько неестественные оранже вые» лица в американских программах но востей. За NTSC последовала немецкая

PAL (Phase Alternative Line, 1963 г.) и французская SECAM (Sequentiele Coloure А Memoire, 1967 г.). Данные системы избежали проблемы фазовых ошибок и цветового смещения. Для этого в PAL при передаче на каждой второй строке растра U-сигнал инвертируют (меняют полярность), «сообщая» об этом в начале строки с помощью специального импульса поднесущей. Для декодирования при приеме каждые две последовательные линии усредняют. Это позволяет более точно разделить U- и V-компоненты, но приводит к определенному размыванию цветового сигнала по вертикали. В SECAM используется только частотная модуляция двух различных поднесущих гармоник, но при этом U- и V-сигналы чередуются — передаются через строку, что также приводит к снижению цветового разреше ния по вертикали. В СССР остановились именно на этом, французском варианте.

Важно подчеркнуть, что во всех системах в начале каждого поля (полукадра) и в начале каждой телевизионной строки передаются специальные синхронизирующие импульсы, служащие для стабилизации кадра — точного задания положения горизонтальных линий, или строк, по вертикали.

Прежде чем перейти к проблеме преобразования телевизионных сигналов в информацию, используемую компьютером (и наоборот), отметим, что, наряду с несколькими видами систем кодирования сигналов, существует и несколько типов самих сигналов.

— Композитный: VHS, VHS-C, Video-8. Суммарный видеосигнал, полученный путем сложения яркостного Y- и модулированных цветоразностных U- и V-сигналов, а также синхроимпульсов. Во избежание интерференции складываемых сигналов и для однозначного их разделения при декодировании все компоненты — как яркостная, так и цветовые — ограничиваются по ширине полосы путем предварительной фильтрации. Это уменьшает четкость (разрешение) изображения.

— S-Video: S-VHS, S-VHS-C, Hi-8. Два независимых сигнала Y и С: Y несет ярко-стную Y-компоненту и синхроимпульсы, С (Chrominance) — модулированные цветоразностные компоненты. Поскольку фильтрации не требуется, качество изображения очень хорошее. Являясь дальнейшим развитием базовых систем VHS, VHS-C и Video-8 соответственно и имея более качественную раздельную запись параметров яркости и цвета, зти системы позволили сделать воспроизведение красок более естественным, уменьшить потери качества при перезаписи.

— YUV. Используются три незави :имых сигнала — Y для яркости и синхро-им-пульсов, U и V — для цветоразностей. Не требуется ни фильтрации, ни цветового модулирования. Отличное качество изображения, часто определяемое как профессиональное.

— RGB + Sync. Четыре независимых сигнала — свой для каждой компоненты. Иногда синхроимпульсы добавляются к G-компоненте. Реализовано в разъемах типа СКАРТ (SCART) некоторых телевизоров. Отличное качество изображения. ■

Продолжение следует.

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 9 ' 9 6

21