Q (от зеленого до фиолетового), когда величина I равна нулю. Полное или частичное подавление верхней боковой полосы Q приводит к тому, что вектор перестает быть перпендикулярным оси I и вращается. Демодулированная составляющая I уже не может быть равной нулю, и изображение вместо того, чтобы прямо перейти от зеленого к фиолетовому, перейдет между этими цветами по эллипсу на графике цветности (рис. 56).
Рис. 56.Квадратурный дефект, вызываемый срезом полосы.
Можно было бы думать, что передача сигнала I с несимметричными двумя боковыми полосами систематически вызывает такое квадратурное искажение, но, к счастью, это не так. На самом деле такое искажение может возникнуть только для нижних боковых полос I, расположенных более чем на 0,6 Мгц от несущей (потому что до 0,6 Мгц полосы симметричны); тогда сигнал взаимной помехи в информации Q оказывается за пределами полосы пропускания (ограниченной до 0,6 Мгц). Следовательно, фильтры в декодирующем устройстве должны быть сделаны особенно тщательно.
Как правило, случайный срез полосы приводит к появлению неприятных окрашенных окантовок на переходах.
д) Отраженный сигнал
Хорошо известное в черно-белом телевидении явление, когда на экране видны наложенные друг на друга прямое и отраженное изображения, в цветном телевидении осложняется неприятным хроматическим искажением. В самом деле, предназначенный для восстановления поднесущей в декодирующем устройстве кварцевый генератор синхронизируется по первому сигналу цветной синхронизации, но весь график цветности (для больших цветных участков изображения) повернут на угол β, который одновременно зависит от запаздывания и от ослабления отраженного сигнала по сравнению с прямым сигналом. Таким образом, неизбежно возникает и искажение цветопередачи. Впрочем, между прямыми и повторными переходами образуется сочетание старой и новой фаз, из-за чего такое изображение в значительно меньшей степени, чем в черно-белом телевидении, приемлемо для практического использования.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О СИСТЕМЕ NTSC
Рассмотренный метод не всегда способен обеспечить верную цветопередачу в реальных условиях эксплуатации (которые весьма далеки от идеальных условий воспроизведения цветного изображения в лаборатории), поэтому американские и японские фирмы устанавливают на выпускаемых ими телевизорах две дополнительные ручки для регулировки цветового тона и насыщенности, которыми должен пользоваться телезритель.
Однако средний телезритель как в Соединенных Штатах, так и в любой иной стране с чрезвычайным трудом постигнет тайну регулировки яркости и контрастности в черно-белом телевидении. Я представляю моим слушателям возможность подумать о какофонии цветов, которая может появиться на экране в результате неумелого пользования телезрителями слишком многочисленными ручками регулировки…
Однако это совершенно не мешает миллионам американцев и японцев уже на протяжении ряда лет благодаря системе NTSC пользоваться удовлетворяющим их требованиям цветным телевизионным изображением. Не следует также забывать, что эта система лежит в основе всех созданных позднее систем цветного телевидения.
Принимая во внимание, что наиболее существенный недостаток системы NTSC заключается в очень большой чувствительности к фазовым искажениям, авторы системы PAL придумали метод компенсации этих искажений в декодирующем устройстве.
Основная идея изобретателя системы PAL доктора Вальтера Бруха — перевернуть на 180° направление оси (R — Y) на одной строке из каждых двух (отсюда происходит и само название системы Phase Alternation Line — строка с переменной фазой).
Для этой цели в кодирующем устройстве передатчика предусмотрен инвертор.
На приемной стороне подобный инвертор позволяет получить сигнал (R — Y) в правильной фазе. Но главная «хитрость» заключается в том, что с помощью линии задержки, представляющей собой «память», сигналы двух следующих одна за другую строк складываются таким образом, что их фазовые искажения оказываются в противофазе и взаимно уничтожаются.
Выдвигая этот принцип, Вальтер Брух основывался на фундаментальном законе, сформулированном Анри де Франсом; по этому закону цветовое содержание двух соседних строк довольно идентично.
1. КОДИРОВАНИЕ
На основе системы NTSC введен один вариант: у одной из двух строк изменена полярность несущей (R — Y), несущая (В — Y) не подвергается никаким изменениям (стр. 57).
Рис. 57. В системе PAL две передаваемые одна за другой строки имеют различные графики цветности (на левом рисунке сигнал +I находится вверху, а на правом рисунке сигнал +I находится внизу, ось Q у обеих строк занимает на графике одно и то же место).
Дальше в ходе лекции ради простоты изложения мы будем пользоваться обозначениями: I = R — Y и Q = B — Y. Следует помнить, что сигналы I и Q системы PAL не совпадают с сигналами I и Q системы NTSC. В частности, в системе PAL оба сигнала передаются с одинаковой шириной полосы пропускания (рис. 58).
Рис. 58.Упрощенная блок-схема кодирующего устройства системы PAL.
Как мы увидим, декодирующее устройство должно различать полярность несущей I (90 или 270°); для этого передают сигнал синхронизации с чередующейся фазой 180 — 45° и 180 + 45° (чередующийся сигнал синхронизации).
2. ДЕКОДИРОВАНИЕ
а) Стандартная система PAL
Представим, что мы одновременно имеем в своем распоряжении две диаграммы поднесущей, соответствующие графикам цветности четных и нечетных строк. Для достижения этого используют линию задержки со временем, равным времени передачи одной строки (в европейском стандарте с разложением изображения на 625 строк — 64 мксек); эта линия задержки хранит поднесущую и восстанавливает ее с опозданием на одну сторону (рис. 59).
Рис. 59.Упрощенная блок-схема декодирующего устройства стандартной системы PAL.
Вполне ясно, что сумма вектора V1представляющего одну строку, и вектора V2, представляющего следующую строку, равна 2Q', разность поочередно равна 2I' и —2I' (рис. 60). (Разность векторов получают сложением одного вектора с другим, у которого предварительно изменили знак на противоположный).
Рис. 60. Сложение и вычитание сигналов Q и I в двух передаваемых одна за другой строках.
Теперь предположим, что вектор V1, характеризующий цвет одного элемента из первой строки, имеет в качестве аргумента угол φ. Но при наличии фазового искажения, соответствующего некоторому углу а, он сместится в положение V2 (рис. 61, а).
На следующей строке (рис. 61, б) направление оси I изменяется на противоположное. Вектор V1 испытывающий такое же фазовое искажение α, перемещается в положение V2.
В приемнике инверсия оси I приведет вектор в симметричное по отношению к оси Q положение (рис. 61, в). Этот сигнал складывается (рис. 61, г) с сигналом предыдущей строки, который в течение 64 мксек хранился в линии задержки.
Рис. 61. Если при передаче первой строки (а) вектор V1 из-за фазового искажения смещается на угол α и занимает положение V2, то такое же явление происходит и при передаче второй строки (б), у которой ось направлена в противоположную сторону. В декодирующем устройстве приемника сигнал второй строки еще раз проходит через фазоинвертор (в) и складывается с сигналом первой строки (г).
Что дает это сложение? Фазовые ошибки обоих векторов оказываются равными по величине, но имеют противоположные знаки. В этих условиях они взаимно уничтожаются.
В этом заключается наибольшее преимущество системы PAL по сравнению с системой NTSC. Эта система позволяет правильно воспроизводить в приемнике цветовой тон передаваемого изображения.
А насыщенность? Мы можем сказать, что вследствие фазового искажения насыщенность претерпевает небольшое изменение. В самом деле, как показано на рис. 61, г, результирующий вектор вместо того, чтобы быть равным удвоенному V1, оказывается немного короче, так как он образует диагональ равностороннего параллелограмма. Однако при допустимых значениях фазового сдвига а получающиеся различия в насыщенности S практически незаметны для глаза.
Для детектирования необходимо, как и в системе NTSC, восстановить поднесущую. Демодулирование сигнала производится синхронно, а постоянная полярность сигнала I достигается за счет использования электронного инвертора, синхронизированного чередующимися сигналами синхронизации.
б) Упрощенная система PAL
В данном случае (рис. 62) используется декодирующее устройство системы NTSC, к которому добавляется инвертор полярности детектированного сигнала I; инвертор синхронизирован чередующимися сигналами синхронизации. Попутно отметим, что стандартная система PAL, которая первоначально в литературе фигурировала под названием PAL — DL (Delay — Line — линия задержки), теперь часто неправильно называется PAL — люкс (PAL de luxe).
Рис. 62.Принципиальная блок-схема декодирующего устройства упрощенной системы PAL.
3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ PAL
а) Дифференциальное усиление
В связи с тем, что амплитудная модуляция поднесущей производится так же, как в системе NTSC, характеристики системы PAL с точки зрения амплитудных искажений точно такие же, как и у системы NTSC.