Лекция 12. Принципы формирования и передачи изображения в системе SECAM и основные ее характеристики

Содержание: Поочередная система передачи сигналов цветности. Структурная схема передающей и приемной части в системе SECAM. Особенности кодирования PAL и NTSC

SECAM (Sequence de Coleurs Avec Memoire - франц.)- поочередность цветов с памятью. Разработка системы начата во Франции в 1953 г. инженером Анри де Франсом. Дальнейшие работы проводились во Франции, а с 1965г. совместные работы французских и советских специалистов дорабатывали систему и оптимизировали ее параметры. В результате была создана система цветного телевидения SECAM. Цветное телевизионное вещание по системе SECAM началось в СССР 1 октября 1976г. Кроме СССР и Франции, система SECAM принята для вещания в ГДР, ЧССР, НБР, ВНР, в ряде стран Северной Африки.

Принципы построения системы SECAM. Возможность поочередной передачи цветовых сигналов основана на особенности зрения воспринимать цвет в полосе до 1, 5 МГц. Т. к. минимальные по размеру детали передаются на fв = 6 МГц (Е_Y), то окрашенные детали имеют размер по строке 6МГц/1, 5 МГц = 4 раза больше минимальных ч/б деталей. На выходе цветной ТВ камеры - сигналы Е_R, Е_G, Е_B с помощью кодирующей матрицы формируются в сигналы Е_Y, Е _R—Y и Е _B-Y. Они формируются непрерывно, т.е. существуют одновременно. Сигнал Е_Y передается непрерывно, а Е_R—Y и Е_B—Y - поочередно (см. рисунок 12.1): половина строк в цветовом сигнале компонента Е_R—Y, половина — Е_B—Y . Для сигналов цветности в кадре вдвое меньше строк, что увеличивает размеры окрашенных деталей по вертикали. Но общая четкость по вертикали сохранится, т.к. сигнал Е_Y передается в полном спектре.

Рисунок 12.1 – Поочередная система передачи сигналов цветности

На модуляторы кинескопа необходимо подавать одновременно три сигнала Е _R—Y, Е _B—Y и Е _G—Y. Для получения непрерывной последовательности Е_R—Y и Е_B—Y и формирования в матрице Е_G—Y в приемнике, используется ячейка памяти — линия задержки на одну строку t_з = Т_стр = 64 мкс. При воспроизведении цветного изображения каждый сигнал цветности используется дважды: один раз - со входа ЛЗ, другой — с выхода. Сигналы цветности на входе и выходе ЛЗ разные, т.е. всегда имеются одновременно оба сигнала цветности. Предполагается, что в пропущенных строках цветовой сигнал почти не отличается от сигнала соседних. В телевизоре из принятого ПЦТВС формируются цветоразностные сигналы Е_R—Y, Е_B—Y и Е_G—Y. С выхода детекторов сигналы поступают на матрицу, формирующую третий цветоразностный сигнал Е_G—Y. Для управления электронного коммутатора (ЭК) используют прямоугольные импульсы. Полный цикл коммутации - t = 2строки (fи= f_стр/2). Для синхронизации ЭК необходимо, чтобы переключение коммутатора соответствовало очередности цветоразностных сигналов. Для этого ЭК в телевизоре должен работать синфазно с ЭК кодирующего устройства, поэтому в приемник дополнительно передается сигнал цветовой синхронизации (см. рисунки 12.2, 12.3).

.

Рисунок 12.2 – Структурная схема передающей части в системе SECAM

Синхронизация генераторов строчной и кадровой разверток в цветном телевизоре происходит с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов. Цветоразностные сигналы преобразуются в сигналы Д_R, Д_B, согласно формуле Д_R, = - 1, 9 E _R-Y; Д _в = 1, 5 E _B-Y и подвергаются гамма-коррекции. Коэффициенты k_R = -1, 9 и k_B = 1, 5 улучшают совместимость и повышают помехоустойчивость системы.

Рисунок 12.3 – Структурная схема приемной части в системе SECAM

Значения сигналов изменяются в пределах: Е`_R—Y от – 0, 7 до + 0, 7,

Е`<sub>B—Y</sub> от – 0, 89 до + 0, 89. Если сигналы Е`_R—Y и Е`<sub>B—Y</sub> подать на ЧМ, то девиация частоты при передаче Е`_B—Y будет больше, чем при Е`<sub>R—Y</sub>. Общая полоса частот модулированного сигнала цветности будет определяться в первую очередь сигналом Е<sub>B—Y</sub>. Сигнал Е`_R—Y, имеющий меньшие экстремальные значения, займет меньшую полосу, что ухудшит помехоустойчивость канала R—Y, поэтому, чтобы уровнять условия передачи цветоразностных сигналов вводятся коэффициенты k_R и k_B.

Д`<sub>R</sub> /Д`_B = 1, 9 Е_R—Y / 1, 5 Е_R—Y = (1, 9´ 0, 7) / (1, 5 ´ 0, 89) = 1.

При сложении Д`<sub>R</sub> и Д`_B с Е_Y размах цветовой поднесущей составляет 25% от размаха сигнала яркости, что обеспечивает малую заметность помехи на экране ч/б приемника. В ранних вариантах SECAM цветоразностные сигналы по очереди модулировали общую поднесущую частоту. В стандартизированном варианте принято передавать сигналы Д`<sub>R</sub> и Д`_B на двух разных поднесущих: f_0R=282f_ст =4406, 25±2 кГц;

f_0B=272f_стр=4250, 00±2 кГц,

где f_стр = 15625Гц — частота ГСР.

Функциональная схема кодирующего устройства приведена на рисунке 12.4. Назначение кодера - сформировать на выходе полный ЦТ сигнал E_П = E^'_Y + U_ЧМ, где E^'_Y - сигнал яркости, подвергнутый гамма-коррекции; U_ЧМ – полный сигнал цветности на поднесущей с частотной модуляцией, включающий в себя ЧМ сигнал цветности изображения E_Ц и ЧМ сигнал цветовой синхронизации E_ЦС. Цветоделенные сигналы E^'_R, E^'_G, E^'_B с выхода камерного канала поступают на матричную схему, с помощью которой формируются сигнал E^'_Y и цветоразностные сигналы E^'_R-Y и E^'_B-Y. В сумматоре 2 в сигнал яркости E^'_Y вводятся синхронизирующие импульсы E_СИ. На выходе сумматора включена широкополосная линия задержки (ЛЗ) 3 для согласования во времени сигналов яркости с частотно-модулированным сигналом цветности на выходе сумматора 14. Задержка широкополосного (6 МГц) сигнала яркости на 0, 4 мкс компенсирует задержку сигнала цветности, возникающую при формировании его в узкополосном (1, 3 МГц на уровне 0, 7) канале цветности. Сигнал яркости поступает в корректор перекрестных искажений 4, уменьшающий влияние спектральных составляющих яркостного сигнала в диапазоне частот поднесущей на сигнал цветности. Цветоразностные сигналы E^'_R-Y и E^'_B-Y с выхода матрицы поступают в сумматоры 5, в которых к ним добавляются сигналы цветовой синхронизации E_ЦС (сигналы опознавания цвета – СО), представляющие собой девять импульсов специальной формы, передаваемых в период обратного хода по кадру.

Рисунок 12.4 – Функциональная схема кодера SECAM

Сумматоры 5 осуществляют также функцию формирования сигналов D^'_R и D^'_B, связанных с сигналами E^'_R-Y и E^'_B-Y следующими соотношениями: D^'_R = -k_R · E^'_R-Y, D^'_B = k_B · E^'_B-Y, где k_R=1, 9; k_B=1, 5 – коэффициенты выравнивания, значения которых (1, 9 и 1, 5) выбраны так, чтобы при передаче цветов с одинаковой насыщенностью максимальные абсолютные значения сигналов D^'_R и D^'_B были одинаковыми, что позволяет наиболее полно использовать динамическую характеристику модулятора. Знак минус перед коэффициентом k_R означает изменение полярности сигнала E^'_R-Y на противоположную. Изменением полярности сигнала E^'_R-Y добиваются того, что для большинства сюжетов при передаче обоих цветоразностных сигналов D^'_R и D^'_B преобладает отрицательная девиация частоты. Таким образом, при передаче реальных сюжетов частоты модулированных поднесущих будут в основном ниже частот покоя, что позволяет уменьшить заметность искажений цветного изображения, возникающих при ограничении верхней боковой полосы частот сигнала цветности. Далее сигналы D^'_R и D^'_B проходят цепи низкочастотных предыскажений 6. Низкочастотные предыскажения в кодирующем устройстве позволяют включить на выходе частотного детектора приемника фильтр с характеристикой, имеющей спад в области верхних частот, и тем самым ослабить наиболее «сильные» компоненты шума на выходе частотного детектора. Таким образом, низкочастотные предыскажения приводят к увеличению девиации поднесущей верхними частотами сигналов цветности. Номинальная девиация частоты поднесущей, соответствующая уровню сигналов D^'_R и D^'_B, равных 1, 0, составляет Δ f _B =230 кГц в строке с сигналом D^'_R и D^'_B = 1 и 280 кГц в строке с сигналом 0. Предельно допустимая величина девиации ограничивается:

+ 500 ± 25 кГц... ± 18 кГц для сигналов D^'_B,

± 25 кГц...+ 350 ± 18 кГц для сигналов D^'_R.

Для ограничения максимальных значений девиаций в схеме рисунка 9.1 предусмотрено устройство 8, ограничивающее вершины выбросов на уровнях, показанных на рисунке 9.3, б. Ограничение амплитудных выбросов приводит к «размытости» цветных вертикальных переходов. Электронный коммутатор 7, включенный перед ограничителем 8, преобразует одновременно существующие на входе коммутатора сигналы D^'_R и D^'_B в их чередующуюся от строки к строке последовательность на его выходе. С выхода амплитудного ограничителя 8 сигналы поступают на вход частотного модулятора (ЧМГ) 9. В системе СЕКАМ для повышения помехоустойчивости каждый цветоразностный сигнал D^'_R и D^'_B модулирует по частоте свою поднесущую. Выбранные поднесущие частоты являются гармониками строчной частоты

f _0R = 282 f _C= 4, 40625 МГц, f _0B= 272 f _C= 4, 25000 МГц,

и отличаются на 10 строчных периодов. В связи с этим на ЧМГ подают управляющее напряжение u ₁ в виде симметричных импульсов (меандров) полустрочной частоты, изменяющих частоту покоя ЧМГ от строки к строке на 10 f _C= 10 · 15625 = 156, 25 кГц. Далее через амплитудный ограничитель 10 модулированная поднесущая подается на коммутатор, который в целях улучшения совместимости меняет на 180° фазу поднесущих частот в начале третьей строки и каждого поля. Затем следует цепь высокочастотных предыскажений (ВЧПИ) 12. Включение цепи с такой характеристикой обеспечивает предыскажение спектра, которое позволяет использовать на входе блока цветности приемника цепь с обратной характеристикой, т.е. в форме колоколообразной кривой (клеш). Это, во-первых, повышает помехоустойчивость сигнала цветности, так как увеличивает уровень спектральных компонент сигнала, удаленных от поднесущей и в большей степени подверженных влиянию помех, во-вторых, улучшает совместимость системы, так как ослабляет заметность поднесущей на экранах черно-белых телевизоров. В суммирующем устройстве 14 складываются сигналы цветности U_ЧМ с яркостным сигналом E^'_Y.

Декодирующее устройство выполняет следующие функции: выделяет из полного сигнала полосу частот, в которой заключены составляющие сигнала цветности; детектирует сигналы цветности; корректирует высоко- и низкочастотные предыскажения сигнала, введенные в кодирующем устройстве; по сигналу опознавания формирует команды на прием черно-белого или цветного телевидения и осуществляет цветовую синхронизацию. Функциональная схема декодирующего устройства представлена на рисунке 12.5 (9.6). Полный телевизионный сигнал E_П поступает на корректор высокочастотных предыскажений КВП, представляющий собой колебательный контур, настроенный на частоту 4, 286 МГц. Форма частотной характеристики контура подобрана так, чтобы полностью скомпенсировать высокочастотные предыскажения поднесущей, введенные в кодирующем устройстве. С выхода КВП частотно-модулированный сигнал U_ЧМ поступает на амплитудный ограничитель 2, который устраняет паразитную амплитудную модуляцию, вызванную неравномерностью АЧХ канала передачи. Усилитель 3 компенсирует ослабление сигнала, вносимое ограничителем 2. На выходе усилителя 3 существует последовательность чередующихся от строки к строке частотно-модулированных сигналов D^'_R, D^'_B. Для получения сигнала E^'_G-R необходимо одновременное наличие сигналов D^'_R и D^'_B. Для выполнения этого условия в декодирующее устройство вводится элемент памяти - ультразвуковая линия задержки 4 на время, равное длительности одной строки (64 мкс).Если сигналы на входе линии задержки имеют последовательность D^'_R, D^'_B , D^'_R, D^'_B, D^'_R ,..., то сигналы на ее выходе чередуются в последовательности D^'_B , D^'_R, D^'_B, D^'_R,...

Из сравнения обеих последовательностей видно, что на входе и выходе линии задержки в каждый момент времени присутствуют одновременно оба сигнала D^'_R и D^'_B, чередующиеся от строки к строке. Для разделения этих сигналов по своим каналам демодуляции используется электронный коммутатор 6, переключающий с частотой строк выходы каналов прямого и задержанного сигналов на входы каналов демодуляции цветоразностных сигналов D^'_R и D^'_B. Канал задержанного сигнала кроме ультразвуковой линии задержки 4, содержит усилитель 5, компенсирующий ослабление сигналов, вносимое этой линией. Аттенюатор на R₁ позволяет уравнять размахи задержанного и прямого сигналов. После коммутатора сигналы поступают на амплитудные ограничители 9, которые устраняют паразитную амплитудную модуляцию, возникающую в линии задержки и коммутаторе, а также позволяют регулировать размахи цветоразностных сигналов на выходе частотных детекторов 10 и тем самым менять насыщенность цветного изображения. Частотные детекторы 10 в каналах D^'_R и D^'_B отличаются частотами настройки резонансных цепей и полярностью включения диодов, так как сигнал E^'_R-Y передается по каналу связи в отрицательной полярности. Демодулированные сигналы D^'_R и D^'_B подаются на входы корректоров низкочастотных предыскажений 11 и далее поступают на выходные видеоусилители 12. Сигнал E^'_R-Y формирует матрица 13. Электронный коммутатор 6, распределяющий сигналы D^'_R и D^'_B по своим каналам демодуляции, управляется сигналами, вырабатываемыми триггером 8. Поскольку начальная фаза работы триггера произвольна, коммутатор может работать так, что поднесущие сигналов D^'_R будут попадать в канал демодуляции D^'_R и D^'_B, а сигналов D^'_B - в канал D^'_R, что приведет к неправильному цветовоспроизведению. Следовательно, необходимо обеспечить правильную фазировку работы коммутатора.

Рисунок 12.5 - Функциональная схема кодера SECAM

Эту функцию выполняют цепи цветовой синхронизации, управляемые сигналом опознавания (СО), представляющим собой серию из девяти импульсов отрицательной полярности трапецеидальной формы. Длительность каждого импульса соответствует длительности активной части строки. СО передаются во время действия кадрового гасящего импульса, а именно: с 7-й по 15-ю строку первого поля и с 320-й по 328-ю строку второго поля. Сигналы опознавания цвета вводятся в кодирующем устройстве в оба цветоразностных сигнала до преобразования их в сигналы D^'_R и D^'_B. После преобразования вместе с сигналом E^'_R-Y меняют полярность и его СО, поэтому трапецеидальные импульсы в сигнале D^'_R имеют положительную полярность, а в случае D^'_B сохраняют отрицательную. Амплитуда СО равна соответствующим уровням ограничения выбросов –1, 52 для E_B и +1, 25 для D^'_R, так что СО занимает полный раствор девиации частоты. В строках D^'_R частота изменяется от 4, 406 до 4, 756 МГц, в строках D^'_B от 4, 25 до 3, 9 МГц. Таким образом, сигналы опознавания при передаче в строках D^'_R и D^'_B отличаются по частоте. Это отличие используется для формирования в цепях синхронизации импульса, управляющего фазой электродного коммутатора. Распространенным способом выделения сигнала опознавания (СО) является использование резонансных цепей, настроенных в прямом и задержанном каналах на частоты синих и красных строк (3, 9 и 4, 76 МГц). Отфильтрованные соответствующие пакеты поднесущей указанных частот из 9 строк сигнала опознавания благодаря задержке в ультразвуковой линии одновременно приходят на два входа схемы совпадения и в совокупности с кадровым импульсом на третьем входе формируют на выходе схемы совпадения импульс для принудительного фазирования триггера коммутатора. Этот же импульс является признаком приема сигнала цветного телевидения и служит для выработки команды отпирания обоих цветных каналов путем подачи питающего напряжения на усилители-ограничители 9 сигналов D^'_R и D^'_B, а также включения режекторного фильтра подавления поднесущей в яркостном канале. Спектр ПЦТВС в системе SECAM приведен на рисунке 12.6.

Рисунок 12.6 – Спектр ПЦТВС в системе SECAM