Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

19 ПЕРЕДАЧА

ТЕЛЕВИЗИОННЫХ

СИГНАЛОВ

19.1 ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

ервый этап развития радиотехники увенчался появлением морзянки (сигнал

которой впервые был передан в начале 20х годов прошлого века) после чего

развитие это застопорилось на аудиовещании и низкоскоростной передаче неподвиж

ных изображений. Для того, чтобы наконец возможной стала передача изображений

движущихся, потребовался еще один и довольно долгий период времени. Как ни

странно, но методы, которые, в конечном итоге стали применяться для этих целей,

были предложены еще неким КэмпбелломСвинтоном в его удивительно прозорливой

статье «Distant Electric Vision», опубликованной в одном из июньских номеров

«Nature» за 1908 г. (CampbellSwinton, 1908)

. Однако прежде чем пророчества учено

го начали сбываться, продолжался активный поиск альтернативных способов реше

ния данной задачи (Hawker, 1983).

Презентация первой работоспособной телевизионной системы состоялась в 1926 г.,

в Лондоне на Фритстрит, и была проведена неким Дж. Л. Бердом на 50летнем юбилее

Королевской научной ассоциации (Shiers, 1976). В бердовской системе сцена проеци

ровалась на вращающийся диск (см. рис. 20.1): благодаря пакетам отверстий в этом

диске свет, отраженный от объектов сцены, распределялся в виде некоей последова

тельности точек, образующей искривленные линии и воздействовал на фотоэлементы,

выдававшие в ответ электрические сигналы. Кодирование информации о количестве

света происходило путем изменения амплитуды этих сигналов. Закодированная ин

формация передавалась затем по обычным (голосовым) телефонным проводам и на

обычных радиовещательных частотах. Приемником изображение воспроизводилось

путем управления интенсивностью свечения специальной неоновой лампы и просмат

ривалось это изображение через такой же диск, с такими же отверстиями. Строк в сис

теме было всего лишь 30, и поэтому четкость воспроизводимого изображения была

очень низкой; частота кадров составляла 12.5 кадр/с, в результате чего экранная кар

тинка неприятно дрожала.

В 1928 Берд смог показать цветные изображения, используя при этом метод после

довательных кадров (см. раздел 3.2), в котором один за другим воспроизводились

красный, зеленый и синий изображения. В том же 1928 г. была сконструирована не

кая альтернативная студийная система, основанная на принципе т.н. бегущего луча:

сцена освещалась точечным источником, свет которого пробегал серию строк, а отра

женный свет захватывался фотоэлементами.

Экспериментальное «немое» монохромное ТВвещание началось в Лондоне в

1929 г., «звук» добавили в 1930 г., открытое телевещание появилось в 1931, а к показу

441

http://www.manhattanrarebooksscience.com/swinton.htm — Прим. пер.

кинолент по телевидению приступили в 1932 г. Отметим, что все перечисленное осу



ществлялось с 1932 по 1937 гг. силами BBC

(Bridgewater, 1977).

Стоит отметить, что низкая четкость и заметное мерцание при 30 строках и 12.5

кадрах в секунду являлись весьма слабым местом системы, и, в итоге, Берд изобрел те

лесистему в 240 строк при частоте 25 кадр/с, но, к сожалению, работать она смогла

только в студийных условиях: к крупным сценам применялась обычная кинокамера,

производившая фотографическую регистрацию сцены, после чего в течение 64 секунд

кинопленку проявляли и сканировали. В отношении малых сцен использовался уже

знакомый нам метод бегущего луча (Herbert, 1987 и 1990).

Тем временем в исследовательских лабораториях EMI

под руководством

Дж. Д. МакГи активно велась работа по внедрению бездисковых систем и систем, не

требующих применения устройств механического сканирования (таких как бердов

ские зеркальные барабаны). В итоге, уйти от механического сканирования удалось

благодаря тому, что:

— вопервых, научилисьтаки осуществлять телевизионный захват за счет скани

рования специальной чувствительной поверхности электронным лучом в т.н. передаю

щей трубке, изобретенной в 1928 г. В.К. Зворыкиным.

— вовторых, к тому времени уже существовало устройство (хоть и далекое от со

вершенства), позволявшее воспроизводить телевизионное изображение путем скани

рования светоизлучающей поверхности опять же электронным лучом (электроннолу

чевая трубка).

Позднее на базе электронносканирующих устройств команда EMI (но уже под ру

ководством Исаака Шоенберга) разработала систему из 405 строк при частоте 25 кад

ров в секунду.

Итак, наступил момент испытаний, которые должны были показать, чья система

(бердовская или EMI) лучше подходит широковещательному телевидению: в ноябре

1936 г., лондонское подразделение BBC начало передачи на базе обеих систем, но в раз

ные дни. Моментально стало ясно, что будущее за EMIсистемой, причем не только по

тому, что у нее было больше строк (и, следовательно, выше деталировка изображе

ний), но еще и потому, что ее камеры оказались легче, мобильнее и могли не только

легко перемещаться по студии, но и использоваться при внестудийных передачах.

Бердовская 240строчная система (использовавшаяся, напомним, либо в связке с ки

нокамерой, либо со сканирующей осветительной системой) оказалась громоздка и не

442

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

BBC (British Broadcasting Corporation) — Британская радиовещательная корпорация,

Бибиси (радио и телевещательная компания в Лондоне; находится под контролем правитель

ства; ведёт передачи на всю страну и большинство стран мира; BBC 1 , BBC 2 , Radio 1 , Radio 2 ,

Radio 3 , Radio 4 , Radio 5 , Broadcasting House; Учреждена в 1927 как радиовещательная кор

порация; телепередачи ведутся с 1936). — Прим. пер.

EMI (Electrical and Musical Industries) — «Электрикал энд мьюзикал индастриз» (крупная

электротехническая компания; владеет дочерними компаниями «МорфиРичардз»

[MorphyRichards] и «Хиз мастерз войс» [His Master's Voice], производят радиоэлектронное обо

рудование и приборы, вычислительные устройства, бытовую радиотехнику и т.п. Основана в

1931. В 1979 слилась с «Торн электрикал индастриз» [Thorn Electrical Industries] под названием

«Торн Иэмайз» [Thorn EMI]). — Прим. пер.

Владимир Козьмич Зворыкин (18891982) — гениальный инженер и изобретатель. Родился

в России, в 1918 эмигрировал, с 1919 в США. В 1931 создал иконоскоп первую передающую те



левизионную трубку. Разрабатывал фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, электрон



ные микроскопы и др. В. К. Зворыкина по праву называют «отцом телевидения». — Прим. пер.

поворотлива и, главное, ни при каких обстоятельствах не была пригодной к внесту



дийному вещанию. В итоге, эксплуатация системы Берда прекратилась в феврале

1937 г. (Birkinshaw, 1977).

Вплоть до начала второй мировой войны телесистема EMI активно использовалась

для удовлетворения постоянно растущих запросов телестудий, а также при внесту

дийном вещании (отсчет которому ведется от коронации короля Англии Георга VI и

Уимблдонского теннисного турнира, состоявшихся в 1937 г).

К 1939 г. уже действовало порядка 20000 телекомплексов, но дело застопорилось

изза разразившейся мировой войны. После войны первое регулярное государственное

телевещание (с приемлемой четкостью передаваемого изображения) восстановилось в

1946 г. в Берлине — при этом использовалась система образца 1935 г. на 180 строк

(Sidey, Longman, Glencross и Pilgrim, 1981).

Итак, разговор о современных телевизионных системах мы начнем со знакомства с

основными требованиями, предъявляемыми к т.н. широковещательным телевизион

ным системам стандартной четкости.

19.2 ПОЛОСА ВЕЩАНИЯ

Начнем с того, что, к примеру, сигналы двух мощных радиостанций можно при

нимать без т.н. паразитной интерференции только тогда, когда частоты (длины

волн) обеих станций сильно разнесены: аналогично и в телевидении — каждая теле

станция должна работать в своем собственном частотном диапазоне или как обычно

говорят «в своей полосе вещания». Однако, радиоспектр достаточно ограничен и те

левидение должно считаться с требованиями радио, радиотелефонии, телеграфа, по

лицейской и военной связи, морской и авиа навигации, радиолокации и пр. Вместе с

тем, телевидение по определению требует более широкой полосы, нежели радиове

щание, и проблема поиска адекватного частотного диапазона для каждой станции

выражена гораздо сильнее.

Важно помнить, что в цветном телевидении необходимо передавать не одно, а три

изображения, то есть, мы говорим, что цветному телевидению нужна втрое бо\льшая

ширина полосы, нежели телевидению монохромному. В результате, проблемы т.н.

частотного фитинга без интерференции становятся в полный рост. То есть, передаче

полноцветных изображений необходима как можно более широкая полоса частот (к

обеспечению чего в свое время прилагались огромные усилия).

Чтобы продолжить разговор о причинах того, почему телевидению, в частности

цветному, требуется расширенная полоса вещания, дадим определение такого поня

тия как несущая частота:

Несущая частота — это частота электромагнитных колебаний, подвергаемых

модуляции сигналами с целью передачи информации.

В самих колебаниях с несущей частотой не содержится информации, они лишь

«несут» эту информацию.

Рассмотрим средневолновую станцию, несущая частота

которой равна, скажем,

443

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Единица частоты — герц (Гц), что равно 1 циклу в секунду. В радио и телевидении широко

используются килогерцы (КГц) — 1000 циклов в секунду и мегагерцы (МГц) — 1000000 цик



лов в секунду.

1000 кГц (что соответствует длине волны примерно в 300 м)

и передающую звуковые

сигналы двух видов: порядка 50 Гц (низкие) и порядка 5000 Гц (высокие). Модуляция

мегагерцовой несущей сигналом с частотой в 50 Гц даст появление в радиоспектре т.н.

сигнала боковых частот на 1000050 и 999950 Гц (соответствует длинам волн в 299.985

и 300.015 м), что крайне мало отличается от основной частоты в 1000000 Гц. Однако

модуляция сигналом в 5000 Гц даст появление в радиоспектре сигнала боковых частот

на 1005000 и 995000 Гц (что соответствует длинам волн в 298.6 и 301.5 м) и уже суще

ственно отлично от частоты самоей несущей.

В телевидении количество требуемых модуляций в секунду много больше, чем мак

симально необходимое их количество в радиовещании. Давайте, к примеру, возьмем

систему, работающую с 525 строками и при 30 полных кадрах в секунду. Количество

строк ограничивает деталировку передаваемых изображений по вертикали сеткой из

525 черных и белых горизонтальных строк, то есть их 525´1/2 парами. Если система

имеет точно такое же разрешение по горизонтальному направлению, то это значит, что

воспроизводимое изображение будет состоять из 1/2´525´4/3 пар строк: коэффициент

4/3 введен дабы учесть тот факт, что традиционное телевизионное изображение не

квадратное (формат кадра 4/3). Таким образом, каждая строка в системе может при

нять 1/2´525´4/3 полных модуляции: от черного через белый опять к черному (за

один проход). Однако коль скоро мы имеем 525 строк развертки и 30 кадров в секунду,

то число возможных модуляций в секунду будет равным:

1/2´525´(4/3)´525´30 = 5512500

или, приблизительно 5.5 МГц.

На практике, однако, вдобавок к передаче информации об изображении требуется

передача специальной синхронизирующей информации, поэтому не все 525 строк и не

все время развертки каждой строки приходятся собственно на изображение.

Простой расчет, приведенный выше, усложняется еще и тем фактом, что т.н. дроб

ление строк ведет к снижению разрешения пар строк до 3/4 от половинного количест

ва строк, то есть до 3/8 от их общего числа (коэффициент 3/4 — это т.н. коэффициент

Келла). Следовательно, максимальная фактическая частота в данной системе может

быть равной лишь примерно 4 МГц (Jesty, 1957).

Далее. Понятно, что телевизионные системы требуют передачи сигналов много

бо\льших частот, чем в традиционном радиовещании и, поскольку частота модулирую

щего сигнала может намного превышать 5 МГц, частота несущих не может быть ниже

50 МГц (что соответствует длинам волн порядка 6 м).

Частоты типичных несущих

волн даны в табл. 19.1.

Несущая с частотой 50 МГц, модулированная сигналами, превышающими по час

тоте 5 МГц, даст некоторый боковой сигнал, выходящий за рамки диапазона

4055 МГц (соответствует длинам волн от 6.7 до 5.5 м). Чем выше требуемая деталиров

444

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Произведение частоты на длину волны всегда равно скорости распространения этой волны.

В данном случае — скорости света в вакууме, то есть 3´10

м/с.

Кстати говоря, по этой причине радиовещательные сигналы могут быть переданы вокруг

Земли, а телевизионные всегда ограничены радиусом примерно в 100 миль: дело в том, что сиг



налы 50 МГцового частотного диапазона не отражаются от ионосферы и могут удовлетвори



тельно передаваться либо в радиусе действия передатчика, либо с помощью спутниковых

ретрансляторов.

ка телеизображения, тем шире должна быть полоса сигнала и тем выше должна быть

его максимальная частота (т.е. больше диапазон длин волн). Вычисления свидетельст

вуют, что максимальная частота модулирующего сигнала растет пропорционально

квадрату числа строк развертки (что также пропорционально частоте кадров).

Итак, в США была принята система, построенная на 525 строках развертки при 30

кадрах в секунду; в Великобритании — система, имевшая 425 строк развертки при 25

кадрах в секунду и работавшая при максимальной частоте модулирующего сигнала в

3 МГц (эксплуатировалась вплоть до 1964 г., когда ей на смену пришла телесистема,

построенная на 625 строках развертки при частоте 25 кадр/с и максимальной частоте

модулирующего сигнала в 5.5 МГц). Отметим, что 625 строк развертки были приняты,

в итоге, в качестве европейского телевизионного стандарта, в частности стандарта

цветного телевидения.

Сегодня во всех странах цветной телепоказ ведется либо в 525, либо в 625 строк, за

исключением т.н. ТВЧ — телевидения высокой четкости (см. раздел 19.16).

19.3 ЧЕРЕССТРОЧНАЯ РАЗВЁРТКА

Требуемый диапазон частот модулирующих сигналов, необходимый для эффек

тивной работы описанных систем, очень высок, что диктует необходимость примене

ния т.н. чересстрочной развертки или интерлейсинга.

Хорошо известно, что когда частота кадров низка, на экране возникает визуально

дискомфортное мелькание. При этом в кинематографе, где используется частота

25 кадр/с и при которой в процессе показа свет обычно прерывается обтюратором еди

ножды (реже дважды), результирующая частота мельканий составляет 50 (иногда

даже 75) раз в секунду, что практически незаметно (см. раздел 12.12). В телевидении,

однако, прерывание электронного луча в процессе сканирования изображения приво

дит к тому, что перестает восприниматься лишь часть изображения. Более того, пре

рывание светового потока, испускаемого электроннолучевой трубкой, создает вариа

ции фотометрической яркости внутри изображения, поскольку прерывание это воз

никает в разных точках экрана трубки и на разных этапах одного цикла т.н. послесве

чения люминофора. Проще говоря, при телепоказе диапазон 2530 кадр/с слишком ни

зок для того, чтобы уйти от мелькания и, следовательно, необходимо повышение час

тоты кадров. При этом понятно, что передаче двойного числа изображений в секунду

потребуется не менее чем двукратное увеличение полосы. Вот здесь и приходит на по



445

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

ТАБЛИЦА 19.1 Частоты несущих, используемые в широковещательном телевидении

Очень высокие частоты

VHF (Very high Frequencies)

от 30 до 300 МГц

Ультравысокие частоты

UHF (Ultra High Frequencies)

от 300 до 3000 МГц

Полоса I от 41 до 68 МГц

Полоса II от 87.5 до 100 МГц

Полоса III от 162 до 230 МГц

Полоса IV от 470 до 558 МГц

Полоса V от 582 до 860 МГц

мощь т.н. чересстрочная развертка, при которой частота мельканий удваивается без

увеличения ширины полосы пропускания.

В изображении, подвергнутом чересстрочной развертке, электронный луч вна

чале продуцирует все нечетные строки изображения: первую, третью, пятую и т.д.,

а затем добавляет между ними четные. Участки изображения, образованные всеми

четными, или всеми нечетными строками именуются чересстрочными полукадрами

или просто — полукадрами. За счет чересстрочной развертки при частоте 25 кадр/с

за секунду проходит 50 полукадров, и, хотя каждый из них состоит лишь из поло

винного количества строк, 50 полукадр/с (в контексте разговора об уходе от мель

кания) будут столь же визуально эффективны, что и гипотетические 50 кадров за ту

же секунду.

Отметим, что мелькания становятся заметнее по мере роста общей фотометриче

ской яркости изображения, и одним из достоинств системы, работающей при кадро

вой частоте 30 кадр/с (60 полукадров в секунду) в сравнении с системой на 25 кадр/с

(50 полукадров в секунду), является то, что первая позволяет работать на бо\льших фо

тометрических яркостях без появления визуально дискомфортного мелькания.

Стоит сказать также, что чересстрочная развертка всегда использовалась в чер

нобелом телевидении, поэтому ее применение в телевидении цветном не дает допол

нительной экономии полосы вещания.

19.4 ПЕРЕДАЧА НА ОДНОЙ БОКОВОЙ ПОЛОСЕ

Еще одним приемом, позволяющим сократить полосу телевещания, является пере

дача сигналов только тех частот, которые равны или больше частоты несущей. Сигна

лы, часто\ты которых ниже частоты несущей, идентичны тем, что выше ее и, следова

тельно, в передаче по обеим т.н. боковым полосам нет необходимости, поскольку и та, и

другая, несут всю полноту информации об изображении. Таким образом, большинство

телестанций фильтруют бо\льшую часть сигналов, частота которых ниже (или выше)

частоты несущей и передают эти сигналы лишь на одной из двух возможных боковых

полос. Последнее именуется «техникой передачи по одной боковой полосе» (либо «тех

никой ассиметричной передачи», либо «техникой остаточной передачи»). Следова

тельно, требуемая ширина полосы вещания в данном случае ограничена практически

максимальной частотой модулирующего сигнала (что уже отмечалось в разделе 19.2) и

не удваивает это значение.

Передача по одной боковой полосе всегда использовалась в монохромном телевиде

нии, поэтому ее применение в телевидении цветном не дает дополнительной экономии

полосы пропускания.

19.5 СИСТЕМЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПОКАДРОВОЙ

ПЕРЕДАЧИ ТРИХРОМАТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Простейшая система цветного телевидения представляла собой систему последова

тельной покадровой передачи трихроматических сигналов: перед объективом телека

меры быстро сменяли друг друга красный, зеленый и синий фильтры, размещенные

на вращающемся диске, а перед трубкой телеприемника — синхронно двигались ана

логичные (рис. 19.1).

Однако существуют как минимум три причины, по которым такая система не на

шла применения в широковещательном телевидении:

446

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

— первая состояла в том, что частота кадров, необходимая для ухода от мелькания

и хроматического дробления изображения, оказывалась в три раза большей, чем в

чернобелом телевидении, в результате чего чернобелые телеприемники (по крайней

мере не подвергнутые специальной модификации) не могли принимать цветные пере

дачи. То есть, имела место о несовместимость систем;

— вторая причина в том, что вращающееся фильтровое колесо представляло собой

нежелательный конструкционный элемент. (Следует сказать, что использовались

также и неподвижные фильтры в виде тонких красного, зеленого и синего стрипов, пе

ред которыми вибрировал линзоворастровый экран: на сетчатку глаз наблюдателей в

единицу времени воздействовал только один из кардинальных стимулов, но смена

этих стимулов происходила в очень быстрой последовательности.)

— третья причина состояла в том, что коль скоро в единицу времени должно было

передаваться в три раза больше визуальной информации, чем в монохромном телеви

дении, требовалась втрое бо\льшая полоса рабочих частот, к примеру: системе с кадро

вой частотой 30 кадр/с, нужно было за секунду «прогнать» 90 кардинальных трихро

матических изображений (последние обычно именуются кадрами). При помощи че

ресстрочной развертки сие превращается в: 30 изображений, 90 кадров и 180 полукад

ров в секунду. Такая частота полукадров позволяет уйти от мелькания фильтрового

колеса, за исключением изображений очень быстро движущихся объектов, у которых

неизбежно появляется паразитный хроматический контур (особенно когда объекты

эти ярко окрашены).

Отметим, что чересстрочная развертка никак не влияет на максимальную частоту

модулирующего сигнала, когда скорость смещения электронного пучка по каждой из

строк неизменна. Следовательно, частоты модулирующих сигналов в системах после

довательных полукадров при частоте этих полукадров 180 полукадр/с те же, что и у

цветных систем, передающих 90 цветных кадр/с, но не использующих при этом черес

строчной развертки (и при этом в три раза выше, чем у чернобелых систем, работаю

щих на 30 кадр/c [60 полукадр/с]).

Итак, необходимость в подъеме частот модулирующих сигналов до 15 МГц — оче

видна, и это значит, что количество станций цветного телевещания, способных рабо

тать в рамках данного диапазона длин волн, сокращается до одной трети от станций ве

447

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Îäíîïóøå÷íàÿ

ýëåêòðîííî-ëó÷åâàÿ

òðóáêà

Ïîñëåäîâàòåëüíûå RGB-ñèãíàëû

Îäíîòðóáî÷íàÿ òåëåêàìåðà

Рис. 19.1 Принципиальная схема системы последовательной покадровой передачи трихрома

тических сигналов.

То есть, превышающей порог мерцания — Прим. пер.

щания монохромного. По описанной причине, а также по причине несовместимости

систем высокой частоты кадров с чернобелыми телеприемниками, простые цветные

телевизионные системы последовательных полукадров не прижились в массовом те

левещании. Вместе с тем, такие системы могли дать высокое качество передаваемых

изображений при сравнительно простых оборудовании и методах его использования,

и поэтому в околотелевизионных областях системы последовательных полукадров

находилитаки свое применение, к примеру: они использовались при позитивной ви

зуализации изображений, зафиксированных на негативных пленках, имитируя при

этом результат печати с этих пленок (см. разделы 16.2 и 16.3).

В широковещательном телевидении обсуждаемые системы действовали в очень ко

роткий период с 1950 по 1951 г., когда проект, предложенный CBS

, был одобрен Феде

ральной комиссией по связи США (FCC)

: 144 полукадра в секунду при 405 строках

развертки и только 2 МГц полосы на каждое из трех изображений (весьма низкого раз

решения, разумеется), т.е. общая ширина полосы — 6 МГц. Однако из соображений

безопасности в 1951 г. использование телекомплекса было прекращено и в дальней

шем в США вступила в строй принципиально иная система (см. далее).

19.6 РЕДУКЦИЯ СИНЕГО КАНАЛА

Выше мы рассмотрели ряд приемов, позволяющих уменьшить ширину полосы час

тот, необходимой цветному телевидению, и теперь обратимся к еще одному способу

экономии этой полосы — методу редукции синего канала.

Известно, что человеческое зрение гораздо лучше распознает мелкие длинноволно

вые (красные) и средневолновые (зеленые) стимулы, чем коротковолновые (синие).

Однако в цветном телевидении передаче мелких деталей изображения необходимы

модулирующие сигналы высоких частот. К примеру, передача изображения ствола

толстого черного дерева на фоне белого неба приведет к тому, что всякий раз как ска

нирующий электронный луч пройдет через этот ствол, возникнут единичные модуля

ции по каждому из кардинальных стимулов на одну строку в одном изображении, то

есть: в системе на 525 строк и при 30 кадрах в секунду — 15750 раз в секунду.

Вместе с тем, изображение лесной опушки, скажем из 200 деревьев, приведет к 200

модуляциям сканирующего луча и, следовательно, к частоте в 3150000 МГц. Однако,

коль скоро с обычного просмотрового расстояния человеческое зрение в «синем» кар

динальном изображении не способно различить 200 полос, то нет необходимости пере

давать все 200 по синему каналу. То есть, специальный высокочастотный фильтр мо

жет отсечь все сигналы, частота которых выше той, что обеспечивает различимость де

талей в синем кардинальном изображении с нормального просмотрового расстояния.

448

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

CBS (Columbia Broadcasting System) — СиБиЭс (одна из трёх крупнейших радиотелевеща

тельных компаний США). — Прим. пер.

FCC (Federal Communications Commission) — Федеральная комиссия по связи (ФКС) Неза

висимая федеральная комиссия [independent regulatory commission]; создана в 1934 по Закону

о федеральных средствах связи [Federal Communications Act of 1934] и состоит из пяти человек.

Регулирует работу таких видов связи, как радио, телевидение, телеграф, телефон и кабельная

связь и выдает лицензии на их деятельность. — Прим. пер.

На фоне этого неизбежно возникают т.н. высшие гармоники, которые, однако, не портят об



щей картины.

С помощью метода редукции синего канала ширину его полосы можно сократить от

5 МГц до 1 МГц.

Отметим, что редукция синего канала неэффективна в системах последовательных

полукадров, поскольку даже когда синее кардинальное изображение передается по со

кращенной полосе, сканирование красного и зеленого кардинальных изображений бу

дет попрежнему занимать по одной трети времени.

19.7 РЕДУКЦИЯ ПОЛОСЫ

Способность зрения различать мелкие детали по большей части зависит от разно

сти фотометрических яркостей между элементами изображения и значительно в мень

шей степени от хроматического контраста между этими элементами. К примеру, визу

альная различимость белых букв на темносером фоне (когда они рассматриваются с

определенного расстояния), повысится не сильно, если к яркостному контрасту между

буквами и фоном добавить контраст хроматический — скажем, буквы сделать желты

ми, лежащими на темносинем фоне (или, к примеру, оранжевыми на темнозеле

ном) — имея одинаковые яркостные отличия от этого фона, они едва ли станут выгля

деть светлее. Объяснением сказанному является то (см. раздел 18.7), что ахроматиче

ский канал зрения подвержен влиянию колбочек всех трех типов, и мы говорим,

что его разрешающая способность соответствует диаметру одной колбочки. Однако

возникновение т.н. цветоразностных (оппонентных) сигналов зрения требует участия

колбочек как минимум двух типов (следовательно, как минимум двух колбочек), при

этом значимым обычно оказывается сигнал от четырех колбочек (при их случайном

распределении) (Mollon и Bowmaker, 1992), и поэтому говорят, что разрешение цвето

разностного сигнала соответствует диаметру группы из четырех колбочек

(Hunt, 1967).

Сказанное выше указывает на то, что информацию в цветном телевизионном изо

бражении можно разделить на яркостную и хроматическую составляющие, но при

этом только яркостная информация требует передачи с высоким разрешением (в ре

зультате чего ширину полосы можно уменьшить, транслируя хроматическую инфор

мацию при уменьшенном разрешении). Сказанное целиком подтверждается практи

кой и дает замечательный эффект.

19.7.1 Яркостный и цветоразностный сигналы

Поскольку три электрических сигнала телекамеры — E

, E

(обычно выражае

мые в вольтах), по каждой точке изображения пропорциональны их трихроматиче

ским составляющим (R, G, B) и зависят от спектральной чувствительности трех кана

лов телекамеры, то фотометрическая яркость (L) каждой точки изображения равна:

LLRLGLB=++

RG B

где L

, L

и L

— фотометрические яркости единичных количеств красного, зеленого и

синего кардинальных стимулов. Таким образом, вполне можно воспроизвести элек

трический сигнал, E

, который будет пропорционален фотометрической яркости, L,

воспроизводимого стимула и, соответственно, сумме пропорций сигналов E

, E

Допустив при этом постоянство пропорциональности между электрическими и опти



ческими сигналами по всем трем каналам телесистемы, получаем:

449

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

ELELELE

LRRGGBB

=++

Далее. Если три переданных сигнала представляют собой не E

, E

,а,E

какихлибо два других сигнала, скажем E

и E

,тоE

сигнал можно передавать в ши

роком диапазоне частот, а E

и E

— в узком. Однако в этом случае приемник должен

будет восстановить E

сигнал, необходимый для конечной трихроматической визуа

лизации изображения с помощью операции:

=--

По ее выполнении (и при условии, что два цветовых стимула, формируют некий

паттерн такой мелкой деталировки, что хроматическое отличие между этими стиму

лами не передаваемо за счет E

иE

сигналов, но яркостное отличие при этом успешно

передано с помощью сигнала E

) приемник воспроизведет стимулы с цветностями,

равными средней цветности исходных двух стимулов, но с яркостными отличиями,

продуцированными E

сигналом. В итоге, мы получим корректные фотометрические

яркости элементов изображения.

Предположим теперь, что истинные сигналы E

и E

по некоей области изображе

ния вследствие усреднения цветностей, искажены до E

+ А и E

+ B. Результирующие

сигналы визуализации будут в этом случае изменены до:

()()

EEA

EEB

RM R

BM B

=- +- +

а фотометрическая яркость этой области окажется пропорциональной:

() ()()()

LE LE LE

LE A E LE A LE B LE B

RRM GGM BBM

RR L RR BB BB

=++-+-+++

Итак, понятно, что фотометрическая яркость воспроизводимого стимула будет той

же, что суммарная яркость неизмененных сигналов E

и E

и, следовательно, стимул

несмотря на ошибки по цветности, будет воспроизведен с верной фотометрической яр

костью. Сие есть очень важный и значимый результат, именуемый принципом посто

янства фотометрической яркости.

19.7.2 Преимущества технологии яркостного

и цветоразностных сигналов

Было выявлено также, что с помощью раздельной передачи яркостного сигнала

высокого разрешения и цветоразностных (хроматических) сигналов низкого разре

шения можно добиться очень серьезной экономии частотной полосы. Если, поло

жим, в некоей системе яркостный сигнал имеет ширину полосы, равную b, то остав



450

ГЛАВА 19 ПЕРЕДАЧА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ