Лабораторная работа 6

 

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

 

Цель работы: изучение особенностей формирования и использования яркостного и цветоразностных сигналов, определение координат цветности цветных полос, воспроизводимых на экране кинескопа, исследование искажений цветопередачи при отсутствии некоторых сигналов и оценка влияния шумов по каналам яркости и цветности.

В цветном телевидении информация об изображении объекта с произвольной спектральной характеристикой передается тремя независимыми сигналами , формируемыми телевизионным датчиком [3]:

где – спектральные характеристики чувствительности каналов передающей камеры; l – длина волны.

Международная комиссия по освещению МКО стандартизовала систему цветовых единиц XYZ, на цветовом графике которой любой цвет F отображается точкой с координатами цветности x_F , y_F [3]. Спектральные, наиболее насыщенные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям электромагнитных колебаний с длиной волны l, отображаются подковообразной кривой – локусом (рис. 6. 1).

На прямой, замыкающей крайние точки локуса спектральных цветов, располагаются пурпурные цвета – смеси красного и фиолетового.

Все реальные цвета имеют координаты цветности, находящиеся в пределах полученной замкнутой области. За ее пределами находится область условных, не существующих в природе цветов, спектральные характеристики излучения которых должны были бы иметь отрицательные ветви. В центре графика располагается область ненасыщенного цвета – белого. Любой другой цвет – между белым и границей области реальных цветов – имеет промежуточную насыщенность.

Смешением двух цветов можно получить любой цвет из расположенных на прямой между ними. Смешение трех цветов, не лежащих на одной прямой, позволяет воспроизвести любой цвет, находящийся в пределах цветового треугольника с вершинами в точках смешиваемых цветов.

В телевидении такие три цвета представляют собой (см. рис. 6. 1) основные цвета кинескопа – цвета свечения трех люминофоров с координатами цветности (для приемника системы NTSC):

Для правильной цветопередачи спектральные характеристики должны быть линейно связаны с кривыми смешения системы XYZ, а весовые коэффициенты определяются координатами x_R, y_R, x_G, y_G, x_B, y_B и положением равносигнального цвета. Как правило, в цветных кинескопах, при одинаковом возбуждении люминофоров цвет свечения экрана – белый. Для стандартизованного треугольника основных цветов кинескопа системы NTSC яркости каждого из основных цветов соотносятся: .

При неодинаковых сигналах на экране кинескопа формируется цвет с таким же соотношением яркостей, а его координаты цветности x_F, y_F совпадают с центром тяжести невесомого треугольника, в вершинах которого закреплены массы, численно равные цветовым модулям:

Соответственно значения x_F, y_F вычисляются:

В телевидении для передачи по каналу связи информации о цвете можно использовать любые три сигнала, однозначно связанные с сигналами . Однако для черно-белого телевидения необходим только один сигнал – сигнал яркости:

,

где – кривая видности глаза (рис. 6. 2).

Для совместимости с черно-белым телевидением одним из передаваемых сигналов выбран сигнал E_Y (рис. 6. 3), и для того чтобы яркости объектов, отображаемых на экране цветного и черно-белого кинескопов, были одинаковы, сигнал E_Y учитывает вклад яркостей каждого из цветных люминофоров:

Информацию же о цвете несут два цветоразностных сигнала [1, с. 70–72]:

.

Эти сигналы имеют ряд достоинств. Их размах пропорционален насыщенности передаваемого цвета и обращается в нуль для белого и всех градаций серого, когда . Поскольку в реальных сюжетах преобладают слабонасыщенные цвета, средний размах цветоразностных сигналов меньше максимального и тем более меньше размаха сигналов . Цветоразностные сигналы несут информацию об изменении цветности. Их можно передавать в более узкой полосе частот, поскольку зрение человека не различает цвета мелких деталей изображения. Например, по стандарту при полосе частот яркостного сигнала 6.0 МГц цветоразностные сигналы передаются в полосе 1.5 МГц. В линейной системе помехи по каналу цветности не изменяют яркости (хотя и влияют на цвет) воспроизводимого изображения и поэтому менее заметны.

В цветном телевизионном приемнике восстанавливается зеленый цветоразностный сигнал:

,

а также сигналы, управляющие яркостью свечения трех люминофоров цветного кинескопа.

Отсутствие какого-либо из принимаемых или восстанавливаемых сигналов сопровождается искажениями цветопередачи.

Для настройки и контроля аппаратуры цветного телевидения используются три последовательности сигналов прямоугольной формы рис. 6. 3. Они создают на экране цветного кинескопа 8 вертикальных полос в последовательности: белая, желтая, голубая, зеленая, пурпурная, красная, синяя, черная.

При этом на экране черно-белого кинескопа формируется изображение убывающих по яркости серых полос в соответствии с сигналом E_Y.

 

6.1. Лабораторная установка

 

Лабораторная установка рис. 6. 4 представляет собой замкнутую телевизионную систему, содержащую генератор цветных полос, канал формирования сигналов цветного изображения и цветное видеоконтрольное устройство. В состав установки входят генератор шума и измеритель координат цветности.

Осциллограммы сигналов, как и значения цветовых координат выделяемых участков изображения, отображаются на экране видеоконтрольного устройства.

На пульте управления рис.6. 4 предусмотрена возможность выключения любого из сигналов, что позволяет имитировать условия:

- наличия сигналов лишь одного из основных цветов:

1)

2)

3)

- наличия яркостного и отсутствия цветоразностных сигналов:

4)

- отсутствия сигналов одного из основных цветов:

5)

6)

7)

8) наличия всех видов сигналов.

- наличия яркостного и одного из цветоразностных сигналов:

9)

10)

11)

- наличия яркостного и двух цветоразностных сигналов:

12)

13)

14)

- наличия цветоразностных сигналов и отсутствия яркостного сигнала:

15)

Определение координат цветности осуществляется путем совмещения измеряемой цветной полосы с контрольной, цветность которой изменяется при помощи регулировок X и Y.

 

 

6.2. Программа экспериментальных исследований

 

6.2.1. Подготовка к выполнению работы

 

Перед началом работы необходимо:

- изучить соответствующие разделы рекомендованной литературы [3, лабораторная работа №6];

- выполнить предварительные расчеты формы сигналов и цветовых координат воспроизводимых цветов в соответствии с заданием преподавателя и представить их в виде таблиц и графиков.

 

 

6.2.2. Порядок выполнения работы

 

1. Включить лабораторную установку.

2. В соответствии с заданием установить параметры тракта формирования, передачи и приема сигналов.

3. Зарисовать осциллограммы сигналов в контрольных точках макета и сопоставить экспериментальные результаты с расчетными.

return false">ссылка скрыта

4. Определить значения координат цветности для каждой из цветных полос, воспроизводимых на экране кинескопа.

5. Установить параметры тракта формирования, передачи и приема, соответствующие неискаженной цветопередаче.

6. Ввести шум в канал яркости и измерить по осциллограмме яркостного сигнала относительный уровень шума при его пороговой заметности на изображении цветных полос.

7. Ввести шум в канал красного цветоразностного сигнала и измерить по соответствующей осциллограмме относительный уровень шума при его пороговой заметности на изображении цветных полос.

8. Ввести шум в канал синего цветоразностного сигнала и измерить по соответствующей осциллограмме относительный уровень шума при его пороговой заметности на изображении цветных полос.

9. По окончании работы выключить лабораторную установку.

 

 

Полученные в процессе выполнения работы экспериментальные результаты оформляются в виде отчета, анализируются, сопоставляются с ожидаемыми, выявляются и комментируются их расхождения. В конце отчета формулируются общие выводы.

 

6.2.3 Рекомендации к домашнему заданию для отчета.

 

1. Оформить титульный лист, на котором должны быть отражены: название учебного учреждения, кафедра, название работы, состав бригады исполнителей и номер группы, преподаватель, проверяющий отчет, год выполнения.

2. Зарисовать блок–схему лабораторного макета и вставить ее в отчет. Кроме этого в отчете должны быть приведены все формулы (их 7 штук), по которым производится матрицирование (преобразование) сигналов в лабораторной установке.

3. Согласно пункту 6.2.1 данных методических указаний каждому студенту в бригаде по выданному преподавателем индивидуальному заданию (варианту) рассчитать и графически представить друг под другом формы сигналов (по примеру рис. 6.3) в контрольных точках макета. Обязательно привести численные значения рассчитанных значений напряжений сигналов по примеру рисунка 6.3 данных методических указаний.

4. Рассчитанные (вычисленные) значения выходных сигналов , , необходимы для дальнейших расчетов координат цветности x_F и y_F в цветовом треугольнике по вышеприведенным формулам в тексте методических указаний. Всего необходимо рассчитать координаты на тех участках, где одновременно выходные сигналы не обращаются в нуль. Одновременное обращение в нуль выходных сигналов означает нулевую яркость на экране кинескопа и черный цвет. Все результаты расчетов удобно привести в таблице, в которой кроме искомых значений x_F и y_F можно привести значения выходных сигналов , , . Примерный вид таблицы показан ниже.

№ полосы ПАРАМЕТР
xF
yF
xFЭКС
yFЭКС

 

Последние две графы таблицы заполнять не надо, они относятся к опытному определению координат цветности во время выполнения лабораторной работы. Число цветных полос и, соответственно число столбцов (колонок) в таблице зависит от числа ненулевых выходных сигналов и может составлять либо 2, либо 4, либо 8 штук.