Видео в конце...
Доброго всем времени суток. На этот раз будет обзор цветного телевидения. Казалось бы, по большей части с ним все понятно, в кинескопе три луча разных цветов, или не так, трехцветный экран с главными составляющими красный, синий, зеленый. Вот из этих составляющих получается то что мы видим на экране. Но поверьте, это куда более продуманная технология передачи изображения.
Из технологии передачи цветного изображения сейчас можно извлечь множество полезных уроков.
Лирическое...
Итак, после скоропостижной кончины черно-белого телевизора его место занял новичок Весна Ц-381.
Это было как в сказке. Даже и подумать раньше не мог насколько цвет меняет все напрочь. Раньше мозг сам додумывался какого цвета декорации в телестудии, одежда на людях по ту сторону экрана. Теперь же все иначе и это сказочное ощущение. Особо радовало то, что изображение не нужно было подстраивать регулировками, все происходит автоматически. Сейчас тем кто помоложе этого не понять. Этот аппарат постигла незавидная участь, но причина была совсем не в нас, она гораздо мощнее и сравнима разве что со стихией. Об этом в конце обзора.
"Невыполнимая " задача
Представьте, что перед вами как инженером поставлена задача придать существующему черно-белому телевидению красочность. Причем есть много условий, которые непременно нужно соблюсти. Первое - спектр сигнала по своей ширине не должен увеличиться, потому что уже строго определенный диапазон частот разбит на телевизионные каналы. Хорошенькое такое начало. Как мы помним, основную полосу в канале занимает амплитудно модулированный сигнал яркости изображения. Немного отдано под звук и уже все расставлено по своим местам.
Второе - при вводе в строй цветных телепередач, черно-белые телевизоры должны продолжать работать как работали. То есть должны принимать как цветные, так и черно-белые передачи. И это уже второй удар.
Но это не все, цветные телевизоры также должны принимать сигналы черно-белых телепередач. Кроме этих сокрушающих условий необходимо было еще организовать производство как передающего оборудования, так и приемного. Особое внимание нужно было выделить телевизорам, так так слишком высокая цена и сложность изготовления свела бы на нет все остальные достижения. Нужно было сделать хорошую потребительскую технику, а не штучные экземпляры для выставки. Инженер без воли к победе пошел стреляться.
Устройство передающей камеры
Переходим сразу к делу. Начинаем с конструкции передающей камеры. Инженеры в содружестве с физиологами вывели очень простые соотношения для интенсивностей трех основных длин волн света, одновременное наблюдение которых человеческая психика воспринимает как белый свет.
Если менять интенсивность составляющих, то совокупный сигнал будет восприниматься как другие цвета из спектра от красного до фиолетового. Задача инженеров это выделить каждую цветовую составляющую изображения.
Цветная передающая камера это почти такая же, как и монохромная, только увеличенная в три раза. Для каждой из составляющей цвета (R-красная, B-синяя, G-зеленая)выделена своя светочувствительная пластина. Смесь волн в оптическом диапазоне через систему зеркал попадает на светофильтры, пропускающие какую-то одну составляющую. Считанный с фоточувствительного элемента сигнал яркости компонент попадает на цветовой кодер. И вот тут начинается настоящее инженерное искусство. По формуле Y = 0,30R+0,59G+0,11B определяется яркостный сигнал всего изображения. Дополнительно формируются два цветоразностных сигнала (B-Y, R-Y). Это синий минус яркость и красный минус яркость. Минус это сдвиг сигнала по фазе на 180 градусов.
Гениальность решения вот в чем. Чтобы не сломать существующую на тот момент форму спектра телевизионного сигнала решено оставить сигнал яркости изображения на своем месте (синий цвет).
Звук, разумеется, также остается на своем месте.
Цветоразностный сигнал (на рисунке зеленый) добавляется в верхнюю часть спектра амплитудной модуляции. Вполне естественно, что такое перекрытие исказит форму обоих сигналов, но не все так однозначно.
Первым делом отмечаем, что цветоразностная составляющая одна, а не две. Передаются они по очереди, каждая на свою строку изображения. Это уже дает экономию и сильно не искажает сигнал яркости. Еще, как мы помним, высокочастотные компоненты в амплитудной модуляции находятся дальше от несущей, низкочастотные ближе. Это означает, что резкие переходы яркости в спектре находятся выше от несущей частоты, плавные переходы ближе к несущей. Другими словами,
плавные переходы останутся невредимыми и только резкие переходы между черным и белым будут смазанными.
Нас это устраивает? Да впрочем выбора особо нет, это лучшее решение из всех возможных.
Цветоразностная составляющая как можно сильнее заужена. Она передается частотной модуляций, где на ширину спектра оказывает влияние параметр девиации m. Благодаря лабораторным исследованиям подобраны оптимальные параметры, вызывающие наименьшее размытие на границах яркости.
Цветовая составляющая, несмотря на зауженность, все еще адекватно окрашивает изображение. Осталось решить одну маленькую проблему. В один момент времени передается информация не о трех цветовых составляющих, а по сути только одной. Нужно каким-то образом получить интенсивности всех трех составляющих.
Последовательная передача цветоразностей
Интенсивность составляющих вычисляется на существовавшей тогда элементной базе в аналоговом виде. Как уже сказано, в один момент времени передается только один сигнал цветоразности для конкретной строки изображения.
Для следующей строки предается другой цветоразностный сигнал.
Нет ничего лучше как запомнить сигнал текущей строку и повторить его при вычислениях на следующей строке. Таким образом, все компоненты цвета вычисляются по несложным формулам.
Зеленый компонент вытаскивается наиболее сложно. Теперь давайте подумаем как запомнить цветоразностный сигнал одной строки. Может быть оцифровать в микросхему памяти?
Память на основе ультразвуковой трубки
Самым подходящим решением на тот момент являлась простая трубка, по которой при помощи пьезоэлемента пускался цветоразностный сигнал в виде звуковых колебаний.
На другом конце другой пьезоэлемент превращал звук обратно в напряжение. Длина трубки подобрана так, чтобы к моменту прихода сигнала цветоразности текущей строки пьезоэлемент начинает выдавать сигнал цветоразности предыдущей строки.
Далее сигнал текущей строки отправляется на хранение в трубку и пока он движется с начала в конец, приходит уже новый компонент цветоразности следующей строки. В этом решении все прекрасно. Снова под ударом оказались резкие переходы, на этот раз переходы цвета. С таким подходом они будут казаться размытыми. Так как резким переходам уже досталось, то их не жалко.
Отдельного внимания заслуживают способы создания изображения на экране. Это вообще порой невообразимый полет инженерной мысли, но, к сожалению, это уже выходит за границы обработки сигналов, поэтому пусть это сделает кто-то другой.
Эпилог
Определенно, знакомство с этой технологией расширяет горизонты миропонимания инженера, учит не зацикливаться на слове "невозможно", заставляет мыслить нестандартно и смело.
Яркая раскрашенная жизнь советских цветных телевизионных приемников подходила к концу вместе с той страной, в которой они создавались. Ровно на следующее утро, стрелки часов показали 04:00. В предрассветном тумане, окутанные сизым дымом солярки на границе с сопредельной стороны, стояли тепловозы. В длинных составах до самого горизонта были загружены коробки. На них красовались изображения телевизоров с шильдиками Phillips, Panasonic, Aiwa. Эту битву мы проиграли...
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.