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 xF , yF [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 xR, yR, xG, yG, xB, yB 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 xF, yF совпадают с центром тяжести невесомого треугольника, в вершинах которого закреплены массы, численно равные цветовым модулям:
Соответственно значения xF, yF 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 EY (рис. 6. 3), и для того чтобы яркости объектов, отображаемых на экране цветного и черно-белого кинескопов, были одинаковы, сигнал EY 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 EY.
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 скрыта4. 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 xF и yF 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 xF и yF 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.