Евгений Айсберг - Радио и телевидение?.. Это очень просто!

Л. — Твое рассуждение справедливо. Однако ты не учитываешь принципов совместимости, сформулированных известным французским специалистом в области телевидения Жоржем Валенси. Он высказал принципы совместимости между монохромным телевидением (которое не совсем правильно называют «черно-белым») и цветным.

В соответствии с его идеями цветные передачи должны приниматься не только цветными телевизорами, но также и черно-белыми, на которых они, разумеется, появляются без разнообразия цветов.

Валенси не ограничился высказыванием этих требований совместимости. Он также сформулировал основной принцип, позволяющий их удовлетворить; этот принцип лежит в основе всех современных систем цветного телевидения: передача одновременно содержит три основных цвета и сигнал яркости. Последний идентичен видеосигналу монохромного телевидения и, следовательно, позволяет принимать эти передачи цветными телевизорами.

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.

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.