Н. — Эта совместимость — очень хорошая штука, но она должна привести к очень сложной конструкции, потому что в итоге приходится передавать четыре сигнала: три цвета плюс яркость.
Л. — Успокойся: при передаче цветных программ научились обходиться только тремя сигналами. Мой дядюшка объяснит тебе, как это осуществляется на практике.
Комментарий профессора РадиоляЦВЕТНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Как можно передать всю гамму цветов спектра с необходимой интенсивностью каждого цвета? Эта сложная проблема решена с использованием принципа трехцветного способа цветовоспроизведения. Цветная телевизионная передача должна, однако, быть совместимой, чтобы ее можно было принимать и на черно-белые телевизоры. Для этой цели несущую волну модулируют сигналами яркости. Подробно об этом расскажет профессор Радиоль.
Я предполагаю, Незнайкин, что после беседы с Любознайкиным ты немало подумал над проблемой, возникшей в конце беседы: каким образом, располагая только тремя каналами, передают четыре сигнала. Это сигнал яркости и сигналы трех основных цветов (красного, зеленого и синего).
В конечном итоге ты должен был найти решение, заключающееся в формировании яркости путем сложения трех основных цветов. Действительно, если мы наложим друг на друга красный, зеленый и синий лучи, дозируя при этом их интенсивность в соответствии с чувствительностью глаза к каждому из этих цветов, то получим белый свет.
Обозначим буквой Y яркость, а буквами R, G и В — три основных цвета, которым соответствуют следующие длины волн: R (красный) — 610 нм, G (зеленый) — 540 нм, В (синий) — 470 нм.
Взяв кривую хроматической чувствительности человеческого глаза и измерив величину, соответствующую каждому из трех основных цветов, ты убедишься, что чувствительность к красному цвету ниже чувствительности к зеленому в 2 раза, а чувствительность к синему составляет всего лишь пятую часть чувствительности к зеленому, которую мы принимаем равной 1 (рис. 207).
Рис. 207.Дозировка трех основных цветов: R (красного), G (зеленого) и В (синего) — в зависимости от чувствительности человеческого глаза.
Ты достаточно силен в арифметике, чтобы сложить чувствительности к зеленому, красному и синему цветам: 1 + 0,5 + 0,2 = 1,7.
А теперь рассчитаем удельный вес каждой из этих чувствительностей в полученной сумме. Для зеленого цвета мы должны 1 разделить на 1,7, что дает нам 0,59. Для красного получим: 0,5:1,7 = 0,30. И для синего: 0,2:1,7 = 0,11.
При желании получить яркость соответствующую хроматической чувствительности глаза, мы должны сложить три основных цвета в только что полученном нами соотношении. Поэтому для всех систем телевидения принята следующая формула:
Y = 0,30R + 0,59G + 0,11В.
Передай в таком соотношении три основных цвета, и на экране телевизионного приемника получишь точно такие же тона и такую же яркость, как при непосредственном восприятии передаваемого изображения. Если интенсивность каждого из основных цветов одинакова, то сложение их в соотношении, указанном в формуле, даст белый свет. Если же величины R, G и В не равны, то в результате сложения получатся различные цвета, изменяющиеся в зависимости от соотношения этих основных цветов.
Теперь ты убежден в правоте своей гипотезы, т. е. в том, что в цветном телевидении передают основные цвета R, G и В и обеспечивают необходимую яркость, дозируя их по только что выведенной нами формуле. К великому моему огорчению, должен сказать тебе, что так поступать не следует, потому что черно-белый телевизионный приемник не сможет воспроизвести изображения, переданные в такой форме. Он не обладает схемами, позволяющими дозировать по нашей формуле и складывать сигналы R, G и В, чтобы получить яркость, которую одну он и способен воспроизвести.
Для обеспечения совместимости во всех цветных телевизионных системах передают сигналы яркости Y.
Этот сигнал не отличается от видеосигнала монохромного телевидения и служит для получения полноценного изображения на экранах черно-белых телевизоров. На первых этапах разработки совместимых систем цветного телевидения кроме яркостного сигнала У передавались сигналы основных цветов — красный (R) и синий (В), необходимые для создания цветного изображения на экранах цветных телевизоров. Но на экранах черно-белых телевизоров сигналы R и В создавали помеху в виде мелкоструктурной сетки, относительно медленно перемещающейся по диагонали.
И вот для уменьшения неприятного действия этой помехи сейчас во всех, вещательных системах цветного телевидения вместо тройки каналов Y, R и В используют сигналы Y, R — Y, В — Y, где сигналы цветности R — Y и В — Y называются цветоразностными.
Почему использование цветоразностными сигналов R — Y и B — Y вместо R и В уменьшает помехи? Дело в том, что на неокрашенных участках изображения цветоразностные сигналы обращаются в нуль. А так как даже в цветных телевизионных передачах неокрашенные пли бледноокрашенные участки составляют не менее 60–70 %, то на эту же цифру снижаются эти мелкоструктурные помехи.
Теперь я объясню, почему цветоразностные сигналы на неокрашенных участках изображения обращаются в нуль. С этой целью воспользуемся таким примером. Пусть перед камерой цветного телевидения расположен монохромный объект передачи — газетный лист. Исходящий от него свет дихроичными зеркалами и светофильтрами расщепляется на три потока основных цветов R, G и В. При помощи трех передающих трубок и соответствующих усилителей создаются видеосигналы R, G и В. Далее эти сигналы поступают на матрицы.
Матрицы — это схемы, осуществляющие алгебраическое сложение сигналов в нужной пропорции и полярности (рис. 208).
Рис. 208.Матрица, формирующая сигнал яркости.
Например, матрица, формирующая сигнал яркости Y, содержит четыре резистора с правильно подобранными их сопротивлениями. Поступающие на три входа этой матрицы сигналы R, G и В, сложившись в нужной пропорции, создадут яркостный сигнал Y = 0,30R + 0,59G + 0,11В.
Точно так же в соответствующих матрицах образуются цветоразностные сигналы R — Y и В — Y. Знак минус для сигнала Y в этих матрицах реализуется поворотом фазы этого сигнала на 180° при помощи лампового или транзисторного каскада.
Теперь вернемся к неокрашенному изображению газетного листа. Для такого изображения R = G = В = 1, следовательно, Y = 0,30·1 + 0,59·1 + 0,11·1 = 1, поэтому R — Y = 0 и В — Y = 0.
Для получения сигналов красного и синего цветов достаточно на каждый из этих цветоразностных сигналов наложить сигнал яркости:
(R — Y) + Y = R;
(В — Y) + Y = В.
Но как же получить сигнал G? Займемся немного математикой. Теперь, когда, кроме сигнала Y, имеем значения R и В, мы можем из формулы Y = 0,30R + 0,59G + 0,11В вывести, что 0,59G = Y — 0,30R — 0,11В.
Разделив обе части этого равенства на 0,59, получим:
G = 1,7Y — 0,51R — 0,19В.
Как видишь, при передаче сигнала яркости Y и цветоразностных сигналов (R — Y) и (В — Y) можно восстановить третий основной цвет G. Эти сложные функции выполняет декодирующее устройство, являющееся частью цветного телевизора.
А теперь посмотрим, как при передаче создают сигналы трех основных цветов R, G и В, а также и сигналы яркости Y. Запомни сразу же, что нет необходимости получать сигнал яркости независимо от трех других, потому что его можно получить сложением их в соотношении, указанном формулой.
Для преобразования в электрические сигналы каждого из трех основных цветов нужно использовать одну из трех передающих телевизионных трубок.
Перед каждой из этих трубок следует установить фильтр соответствующего цвета, т. е. прозрачную пластинку, окрашенную в красный, зеленый или синий цвет. Само собой разумеется, что изображение на все эти три передающие телевизионные трубки должно подаваться от одного и того же объектива.
Каким образом это достигается?
Передаваемое изображение проецируется сначала на первое дихроичное зеркало, установленное под углом 45° относительно оси объектива. Знаешь ли ты, что так называют? Дихроичное зеркало представляет собой полупрозрачную пластинку; оно пропускает половину световых лучен, а другую их половину отражает. Отраженные лучи попадают на обычное зеркало, которое направляет их на передающую телевизионную трубку, предположим, снабженную синим светофильтром.
Прошедшие же через дихроичное зеркало лучи попадают на второе дихроичное зеркало, которое разделяет их на две части: отраженная часть лучей падает на обычное зеркало, направляющее их на передающую телевизионную трубку с красным светофильтром, а другая часть лучей, прошедшая через дихроичное зеркало, достигает передающей телевизионной трубки, снабженной зеленым светофильтром. Таким образом, с помощью обычных зеркал, а также таких необычных, как дихроичные, одно и то же изображение подается на все три передающие трубки и порождает там сигналы, соответствующие трем основным цветам (рис. 209).
Рис. 209. В передающей цветной телевизионной камере зеркала распределяют изображение между тремя передающими трубками, перед которыми установлены фильтры основных цветов.