∆елезо / 130200
∆елезо / јнтенны / “елевизионные и спутниковые антенны / —ѕ”“Ќ» ќ¬џ≈ —»—“≈ћџ ÷¬≈“Ќќ√ќ “≈Ћ≈¬»ƒ≈Ќ»я

—ѕ”“Ќ» ќ¬џ≈ —»—“≈ћџ ÷¬≈“Ќќ√ќ “≈Ћ≈¬»ƒ≈Ќ»я

—истема цветного телевидени€ Ч комплекс характеристик и параметров, определ€ющих особенности конкретного стандарта цветного телевизионного вещани€. —истема определ€ет способ передачи полной информации о цветности и €ркости изображени€ передаваемого объекта от передающей телевизионной камеры до приемника.

¬ телевизионном вешании на поверхности «емли используютс€ три системы цветного телевидени€. јмериканска€ система NTSC (National Television System Committee Ч национальный комитет телевизионной системы) разработана и внедрена в —Ўј в 1953 г. Ёто перва€ система цветного телевидени€, нашедша€ практическое применение. «ападногерманска€ система PAL (Phase Alternation Line Ч изменение фазы от строки к строке) разработана в ‘–√ в 1963 г. в цел€х устранени€ недостатков системы NTSC. —оветско-французска€ система SECAM (Sequence de Couleurs Avec Memoire Ч последовательна€ передача цветов с запоминанием) используетс€ с 1967 г. ¬ странах —Ќ√ примен€етс€ вариант системы SECAM-IIIЅ.

—ущественна€ и принципиальна€ разница в устройстве систем цветного телевидени€ заключаетс€ в способах передачи цветной телевизионной информации от передающей камеры к приемнику. ѕоэтому под выражением Ђсистема цветного телевидени€ї в насто€щее врем€ понимают метод передачи сигнала по центральной части тракта цветного телевидени€, т. е. способ передачи сигнала цветности. ¬ основе построени€ всех систем цветного телевидени€ лежат следующие физические процессы.

1. ќптическое разложение передаваемого многоцветного изображени€ на три одноцветных изображени€ в основных цветах Ч красном R, зеленом G и синем ¬.

2. ѕреобразование трех одноцветных изображений R, G и ¬ в электрические сигналы Er, ≈g и Eb.

3. ќбразование электрического сигнала €ркости (сигнал черно-белого изображени€) ≈у и так называемых цветоразностных сигналов Er-у Eg-y и Eb-y

¬ычитание из сигнала основного цвета сигнала €ркости формально означает, что цветоразностный сигнал содержит информацию только о цветности, но не о €ркости. ѕоэтому главной особенностью цветоразностных сигналов €вл€етс€ то, что на черно-белых и серых местах изображени€ они равны нулю, а это, в свою очередь, устран€ет мелкоструктурную сетку от поднесушей частоты (помеху) на экране кинескопа.

»з трех составл€ющих R, G и ¬ наибольшую интенсивность (59%) и широкую полосу частот имеет зеленый сигнал G. ¬ этом смысле он очень близок к €ркостному сигналу Y. »ными словами, если на черно-белый телевизор подать сигнал ≈—, то изображение на его экране будет довольно близко к изображению, получаемому от €ркостного сигнала ≈у. —игналы Er и ≈b требуют значительно меньшей полосы частот, чем сигнал ≈g имеют меньшую интенсивность (соответственно 39 и 11%). ѕоэтому выгодно не передавать самый интенсивный и широкополосный сигнал из трех цветоделенных сигналов. ¬о всех системах цветного телевидени€ при передаче формируют только красный ≈r-y и синий Eb-y цветоразностные сигналы, а зеленый сигнал ≈g-у восстанавливаетс€ в самом телевизоре.

4. ѕередача и прием трех электрических сигналов изображени€ ≈у, Er-y и Eb-y по лини€м св€зи.

5. ќбратное преобразование электрических сигналов ≈у, Er-y и Eb-y и выделение из них сигналов ≈у, Er, ≈g и ≈b.

6. ѕреобразование электрических сигналов ≈у, Er, ≈g и ≈b в три одноцветных оптических изображени€ Ч красного R, зеленого G и синего ¬ цветов.

7. —мешение одноцветных составл€ющих R, G и ¬ в одно многоцветное изображение.

¬ спутниковом телевизионном вешании используютс€ системы NTSC, PAL и SECAM (аналоговые), существенно отличающиес€ от наземных. ƒл€ того чтобы оценить преимущества Ђчистої спутниковых систем цветного телевидени€, целесообразно изучить принципы кодировани€ сигнала цветности в аналоговых системах телевизионного вещани€.

¬ системах NTSC, PAL и SECAM используют разные по частоте поднесущие и виды их модул€ции цветоразностными сигналами, что и €вл€етс€ основным отличием одной системы от другой.

21.jpg

¬ системе SECAM посто€нно передаетс€ только сигнал €ркости, а в каждой строке Ч один из сигналов цветности на поднесущей. Ќапример, в 1-й строке передаетс€ красный сигнал, во 2-й Ч синий, в 3-й снова красный и т. д. ѕоэтому систему SECAM называют последовательно-одновременной (рис. 2.1).

ƒл€ модул€ции поднесушей цветоразностными сигналами используетс€ частотна€ модул€ци€. «начение поднесущей посто€нно лишь в состо€нии поко€ (при отсутствии модул€ции), и точно уложить составл€ющие спектра сигнала цветности в промежутки между гармониками сигнала €ркости не представл€етс€ возможным.

ѕоднесущие частоты наход€тс€ внутри спектра €ркостного сигнала, поэтому при приеме цветного изображени€ на экране телевизора станов€тс€ заметными помехи от под-несущих. Ёти помехи особенно интенсивны на насыщенных элементах изображени€ и на границах цветовых переходов. ќни просматриваютс€ в виде чередующихс€ вдоль строк мелких светлых и темных участков. —ледовательно, в телевизионном приемнике необходимо предусмотреть значительное ослабление в области частот, где расположены сигналы цветности. –ежекци€ (вырезание) части спектра сигнала в области поднесущих частот осуществл€етс€ с помощью полосовых фильтров. ѕри наличии эффективно действующих режекторных фильтров цветное изображение воспри-

22.jpg

нимаетс€ как более Ђм€гкоеї Ч без видимых помех от под-несущих и без разно€ркости строк (рис. 2.2).

≈ще одним недостатком названных систем цветного телевидени€ €вл€ютс€ перекрестные искажени€ между каналами цветности и €ркости или более коротко помехи из Ђ€ркости в цветностьї. ќни про€вл€ютс€ в виде окрашенного муара, цвет которого зависит от содержащейс€ в мешающем сигнале основной частоты.

¬ аналоговых системах также существуют перекрестные искажени€ между каналами цветности, образующиес€ в результате их паразитных св€зей. ¬ системе SECAM возникает дополнительна€ помеха из-за биений поднесущих частот сигналов цветности. ќна имеет вид структуры, плывущей вверх по экрану, и создает искажени€ насыщенности и цветового тона.

–ассмотрим основные различи€ систем цветного телевидени€ NTSC и PAL сравнительно с системой SECAM.

—истемы NTSC и PAL Ч одновременные, так как в каждый момент времени они передают все три сигнала: €ркостный и два цветоразностных. ќднако вместо двух поднесущих используетс€ одна с частотой 3,58 ћ√ц в системе NTSC и 4,43 ћ√ц в системе PAL.

ћодул€ци€ по амплитуде поднесущей двум€ цветоразностными сигналами производитс€ методом квадратурной модул€ции, при которой поднесуща€ делитс€ на две составл€ющие, сдвинутые одна относительно другой по фазе

на 90°. ќдна составл€юща€ модулируетс€ красным цвето-разностным сигналом, друга€ Ч синим. ѕри этом несуща€ частота промодулированных сигналов полностью подавл€етс€ и остаютс€ лишь боковые полосы частот.

ƒл€ передачи информации о цвете в системе NTSC примен€ютс€ не цветоразностные сигналы ≈r-у и Eb-y, а их линейные комбинации Ч сигналы Eq и ≈j. Ёто вызвано тем, что неискаженна€ и независима€ передача двух сигналов, передаваемых методом квадратурной модул€ции, возможна при сохранении квадратуры, т. е. сдвига между сигналами, равного 90°.

Ќоминальна€ ширина полосы частот €ркостного сигнала составл€ет 4,2 ћ√ц. ÷ветова€ поднесуща€ fц модулируетс€ двум€ цветоразностными сигналами Eq и ≈j. —игнал Eq передаетс€ в полосе видеочастот 0...0,6 ћ√ц и занимает относительно цветовой поднесущей обе боковые полосы. —игнал Ej передаетс€ в полосе видеочастот 0..1.4 ћ√ц с частично подавленной верхней боковой полосой (рис. 2.3).

—истема цветного телевидени€ PAL, в своей основе содержаща€ все идеи американской системы NTSC, €вл€етс€ дальнейшим ее усовершенствованием и отличаетс€ оригинальным способом устранени€ фазовых искажений. ƒостигаетс€ это тем, что поднесуща€, модулированна€ красным цветоразностным сигналом, измен€ет свою фазу на обратную при переходе с одной строки к следующей. ƒруга€ составл€юща€, модулированна€ синим цветоразностным сигналом, имеет посто€нную фазу.  омпенсаци€ фазовых

23.jpg

искажений происходит путем сложени€ сигналов двух соседних строк, фазовые сдвиги которых имеют одинаковую величину, но противоположные знаки.

“аким образом, фазовые искажени€ результирующего цветового сигнала, независимо от причины их по€влени€, измен€€сь на противоположные в каждой следующей строке и соответственно в каждом следующем кадре, всегда взаимно компенсируютс€. ¬ итоге цветовой тон передаваемого изображени€ сохран€етс€. ¬ этом заключаетс€ основное преимущество системы PAL по сравнению с системой NTSC.

¬ результате изложенного можно сделать следующие выводы. ¬ системах NTSC, PAL и SECAM с целью передачи полной информации в одном канале используетс€ принцип наложени€ спектра сигнала цветности на поднесущей частоте на спектр сигнала €ркости. ¬ телевизионном приемнике практически невозможно разделить эти спектры без взаимных перекрестных искажений.   тому же снижаетс€ четкость изображени€ (различимость мелких деталей) из-за режекции части спектра сигнала черно-белого изображени€ в участке размещени€ поднесущей сигнала цветности.

јналоговые методы передачи цветного изображени€ накладывают определенные ограничени€ на качество сигнала, что существенно снижает возможности развити€ телевизионного вешани€. ќдной из главных причин этих ограничений €вл€етс€ низка€ помехозащищенность аналогового сигнала, так как при прохождении всего телевизионного тракта он подвергаетс€ воздействию шумов и других помех. ј вещательна€ телевизионна€ сеть представл€ет собой очень длинную цепь устройств преобразовани€ и передачи сигналов. ќсобенно это относитс€ к системам спутникового телевидени€.

ѕолный цветовой сигнал дл€ передачи по спутниковому телевидению создаетс€ абсолютно так же, как изложено выше дл€ наземного телевизионного вещани€. ќднако в спутниковом вещании существует возможность улучшени€ качества передаваемого и принимаемого сигналов в св€зи с использованием частотной модул€ции несущей частоты передатчика изображени€.

ѕреимуществами частотной модул€ции несушей частоты передатчика по сравнению с амплитудной €вл€етс€ меньша€ чувствительность к помехам и шумам, низка€ чувствительность к нелинейности динамических характеристик каналов передачи сигналов, а также стабильность передачи на большие рассто€ни€. Ёти преимущества объ€сн€ютс€ посто€нством уровн€ в каналах передачи, возможностью проведени€ частотной коррекции предыскажений, положительно вли€ющих на отношение сигнал/шум.

Ѕлагодар€ применению частотной модул€ции несушей частоты телевизионного передатчика, ширине полосы канала передачи со спутника в 27 ћ√ц качество изображени€ аналоговых систем оказываетс€ выше, чем при наземном телевизионном вешании.

¬ насто€щее врем€ в спутниковом телевидении происходит переход от аналоговых на более совершенные системы передачи цветных телевизионных сигналов, которые основаны на принципе временного уплотнени€ сигналов €ркости, цветности и преобразованных в так называемую Ђцифровую формуї. ѕромежуточным звеном здесь €вл€етс€ комбинированный аналогоцифровой стандарт, получивший название MAC (Multiplexed Analogue Components Ч система уплотнени€ аналоговых компонент).

ѕрактическое применение получили несколько вариантов системы MAC. ƒл€ телевизионных систем стандартов разложени€ изображени€ на 625 строк и 50 полей, прин€тых в странах «ападной ≈вропы, Ѕеларуси, –оссии, на ”краине и др., используетс€ система D2-MAC. D2 означает дуобинарное (трехуровневое) кодирование. ¬ отличие от бинарного (двухуровневого) в нем логической Ђ1ї соответствует импульс положительной или отрицательной пол€рности. Ћогическому Ђ0ї соответствует импульс с нулевой амплитудой.

—истему D2-MAC можно разделить на две части: аналоговую и цифровую. јналоговые сигналы €ркости и цветности передаютс€ в течение активной строки в сжатом во времени виде, а цифрова€ часть сигнала (звуковое сопровождение, сигналы синхронизации, телетекст и др.) объединены в пакеты, передаваемые в течение обратного хода разверток по строкам и пол€м.

Ќачальную часть строки (17,2 мкс) занимает один из цветоразностных сигналов ≈r-у или Eb-y которые передаютс€ поочередно через строку. ƒалее следует €ркостна€ составл€юща€ видеосигнала, котора€ занимает 34,4 мкс (рис. 2.4).

ќбщим дл€ всех вариантов систем MAC €вл€етс€ способ передачи аналоговых сигналов €ркости и цветности с предварительным сжатием временного масштаба этих сигналов:

дл€ строки €ркостного сигнала Ч в 1,5 раза, дл€ строк сигналов цветности Ч в 3 раза.

—жатие аналогового сигнала осуществл€етс€ путем стробировани€ с тактовыми частотами: 6,75 ћ√ц дл€ сигналов цветности и 13,5 ћ√ц дл€ €ркостного сигнала. ѕолученные сигналы накапливаютс€ в запоминающем устройстве, после чего происходит их ускоренное считывание с более высокой тактовой частотой Ч 20,25 ћ√ц. ѕолученные цифровые данные передаютс€ в дуобинарном коде.

ѕо сравнению с традиционными аналоговыми системами

24.jpg

в D2-MAC отсутствуют перекрестные искажени€ сигналов €ркости и цветности; значительно снижены шумы в канале цветности благодар€ его переводу в область низких частот (нет необходимости производить модул€цию поднесущей частоты цветоразностными сигналами); повышена разрешающа€ способность изображени€ за счет более широкой полосы частот сигналов €ркости и цветности, отсутствию необходимости режекции в €ркостном сигнале в области отсутствующих поднесущих частот; сигналы синхронизации, звукового сопровождени€, телетекста и другой информации передаютс€ в цифровой форме.

¬ результате стандарт цветного телевидени€ MAC позвол€ет получить улучшенное изображение на экране телевизора даже по сравнению со спутниковыми системами NTSC, PAL и SECAM.

¬ насто€щее врем€ в спутниковое вещание начала внедр€тьс€ еще более современна€ система MPEG-2. Ёто сокращенное название организации ЂMoving Picture Expert Groupї. (Ёкспертна€ группа движущихс€ изображений). Ёта система цифрового телевидени€ (Digital TV) также основана на уплотнении (компрессии) видеосигнала.

“ак что же такое Ђкомпресси€ видеосигналаї? „тобы пон€ть смысл этой операции, представим баржу, плывущую по реке от фермы до городского рынка. —тоимость доставки пшеницы будет определ€тьс€ тем, сколько места она займет на барже. Ќо у вас есть волшебна€ машина, котора€ может

сжать пшеницу, и цена доставки уменьшитс€ вдвое.  огда вы доплывете до рынка, машина вернет зерну первоначальный размер, и вы его продадите.

÷ифрова€ компресси€ Ч Ђволшебна€ машинаї -дл€ телевизионного сигнала, котора€ его сжимает, вследствие чего он занимает меньшую полосу частот в спутниковом канале св€зи по сравнению с несжатым (аналоговым).

ѕри стоимости аренды спутникового канала свыше 200 тыс. долл. —Ўј в мес€ц эффект от применени€ компрессии составл€ет более 1 млн. долл. в год. ƒефицит спутниковых каналов и св€занный с этим рост цен на услуги спутникового вещани€ и св€зи делают применение технологии цифровой видеокомпрессии особенно выгодной. ѕоэтому компании, эксплуатирующие спутники, однозначно выиграют от перехода на новую технологию независимо от того, начинают ли они осваивать спутниковое вешание или уже ищут возможности его расширени€.

“ипичный цифровой некомпрессированный видеосигнал представл€ет собой информационный поток 150 ћбит/с (бит Ч наименьша€ единица информации). јлгоритм (последовательность действий или команд, выполнение которых приводит к желаемому результату) компрессии основан на том факте, что видеосигнал состоит из отдельных элементов изображени€ или пикселов.  аждый кадр содержит дес€тки тыс€ч пикселов. ¬идеосигнал компрессируетс€ одним из двух способов: внутрикадровым или межкадровым. ¬нутрикадрова€ компресси€ происходит внутри каждого отдельного кадра, а межкадрова€ использует последовательность кадров.

ѕри внутрикадровой компрессии происходит сжатие отдельного кадра безотносительно ко всем остальным. ѕоскольку компресси€ каждого кадра происходит заново, даже если изменени€ в следующем кадре минимальны, то степень сжати€ информационного потока получаетс€ ограниченной.

ћежкадрова€ компресси€ основана на том, что больша€ часть изображени€ остаетс€ неизменной от кадра к кадру. јппаратура цифровой компрессии проводит сравнительный анализ кадровой последовательности и пересылает только информацию об изменени€х в кадрах, а не сами кадры. Ёто позвол€ет значительно уменьшить цифровой поток и достигать больших коэффициентов компрессии по сравнению с внутрикадровым сжатием.

ѕосле того как аналоговые сигналы Ч звуковой, видео, телетекст, служебна€ информаци€ Ч подвергаютс€ цифровой обработке и сжатию, они пересылаютс€ по спутниковым каналам св€зи дл€ распространени€. Ќа выходе приемной аппаратуры происходит обратное преобразование: сигналы раздел€ютс€ на звуковой, видео, телетекст, служебную информацию и принимают первоначальную аналоговую форму.

¬ отличие от аналоговой технологии цифрова€ видеокомпресси€ обеспечивает устойчивый, высококачественный сигнал по всему тракту передачи и приема. ѕоскольку цифровой сигнал не подвержен преобразовани€м как аналоговый, то телевизионного приемника достигает тот же сигнал, который выходит из студии.

Ќачинаетс€ нова€ эра дальнейшего развити€ спутникового телевизионного вешани€. ƒл€ приема передач в системе MPEG-2 необходима совершенно нова€ и пока очень дорогосто€ща€ аппаратура. Ќо насто€щее и будущее Ч за спутниковым цифровым телевидением.

“ак например, 23 но€бр€ 1998 г. с базы ¬¬— —Ўј (мыс  анаверал, штат ‘лорида) с помощью американской ракеты Ђƒельта-2ї в позицию 36° ≈ запущен принадлежащий –оссии спутник BONUM-1 (ћќ—“-1), который передает 17 программ телевидени€ в цифровом виде. “ранспордеры ведут передачи в  и диапазоне на частотах 12, 226 √√ц и выше с круговой пол€ризацией (попеременно чередуютс€ L и R пол€ризации).

∆елезо / јнтенны / “елевизионные и спутниковые антенны / —ѕ”“Ќ» ќ¬џ≈ —»—“≈ћџ ÷¬≈“Ќќ√ќ “≈Ћ≈¬»ƒ≈Ќ»я