Systemen NTSC, PAL, SECAM

Zoals u weet spreken mensen van verschillende nationaliteiten verschillende talen. Met de komst van kleurentelevisie ontstonden er dus ‘televisietalen’, dat wil zeggen kleurentelevisiesystemen. Er zijn er maar drie: NTSC, PAL en SECAM. Het NTSC-systeem is wijdverspreid geworden in landen met een wisselstroomfrequentie van 60 Hz (VS, Japan), de PAL- en SECAM-systemen - in landen met een wisselstroomfrequentie van 50 Hz. Dienovereenkomstig werd de verticale scanfrequentie (veldfrequentie) zo gekozen dat de merkbaarheid van interferentie van de elektrische bedrading van het primaire netwerk werd verminderd: voor NTSC - 60 Hz, voor PAL en SECAM - 50 Hz.

Zodra er verschillende kleurentelevisiesystemen werden ontwikkeld, ontstond de behoefte om videomateriaal van het ene systeem naar het andere over te brengen - transcodering, en als we het hebben over transcodering van een 50 Hz naar 60 Hz-systeem of omgekeerd - standaardconversie.

De basis van analoge kleurentelevisie is PCTS - een full colour televisiesignaal (of composiet videosignaal), dat informatie bevat over helderheid en kleur. In de Engelstalige literatuur worden de afkortingen CCVBS en CCVS gebruikt om het aan te duiden (elk bedrijf noemt het signaal op zijn eigen manier en elk gelooft dat het juist is).

Het is bekend dat elke kleur kan worden verkregen door rode (rood), groene (groen) en blauwe (blauwe) lichtbronnen (of kortweg RGB) in de vereiste verhouding ‘aan te zetten’. Ze worden primaire kleuren genoemd voor additieve kleursynthese. Een televisiescherm is opgebouwd uit kleine RGB-elementen. Maar RGB-signalen werden niet gekozen voor kleurentelevisie-uitzendingen. In plaats daarvan zijn alle systemen gebaseerd op de overdracht van helderheidssignalen Y en kleurverschilsignalen U en V. Strikt genomen hebben kleurverschilsignalen voor elk systeem hun eigen letteraanduidingen, bijvoorbeeld voor PAL - V en U, voor NTSC - I en Q, voor SECAM - Dr en Db. Maar in de regel zijn alle originele artikelen over televisieapparatuur, microschakelingen, enz. gebruik de term RGB om naar primaire kleursignalen te verwijzen en YUV om naar kleurverschilsignalen te verwijzen. De RGB- en YUV-signalen zijn met elkaar verbonden door een unieke relatie (systeem van vergelijkingen), die een matrix wordt genoemd. Het ziet er zo uit:

Bovendien zijn de vermenigvuldigers (normaliserende coëfficiënten) voor U en V in elk systeem verschillend:
PAL: V = 0,877 (R-Y), U = 0,493 (B-Y);
NTSC: I = V cos 33° - U sin 33°, Q = V sin 33° + U cos 33°;
SECAM: Dr = -1,9 x (R-Y), Db = 1,5 x (B-Y).

Dus waarom heeft geen van de ontwikkelaars van televisiesystemen het ogenschijnlijk natuurlijke pad gevolgd en primaire RGB-kleursignalen uitgezonden? Daar zijn verschillende redenen voor, maar misschien wel de twee belangrijkste:

Ten eerste moeten kleurentelevisiesystemen compatibel blijven met de oorspronkelijke zwart-wittelevisiesystemen, zodat kleurenprogramma's normaal (of bijna) op een zwart-wittelevisie kunnen worden bekeken;

Ten tweede had het kleurentelevisiesysteem voor de transmissie geen grotere bandbreedte nodig mogen hebben dan het oorspronkelijke zwart-wittelevisiesysteem.

Hoe bent u erin geslaagd extra kleurinformatie te verzenden zonder de bandbreedte van het videosignaal uit te breiden (dat wil zeggen, zonder de hoeveelheid verzonden informatie te vergroten)? Is dit mogelijk? Strikt genomen niet. Elk kleurentelevisiesysteem is een voorbeeld van een min of meer succesvol compromis tussen compromissen in de kwaliteit van de luminantiesignaaltransmissie en winsten uit het vakkundig gebruik van de resulterende bandbreedte voor kleursignaaltransmissie. Het is duidelijk dat de PCTS informatie over helderheid en kleur moet bevatten. Maar als je simpelweg Y, U en V optelt om kleurverschilsignalen te introduceren, dan zal het onmogelijk zijn om ze in de toekomst te scheiden. De hoofdtaak is om de helderheids- en kleursignalen zonder wederzijdse interferentie te mengen en foutloos te scheiden. Maar op basis van welke criteria kun je helderheid van kleur onderscheiden in een videosignaal?

De eigenaardigheid van het menselijk zicht maakte het mogelijk dit probleem op te lossen. Het bleek dat informatie over helderheid wordt waargenomen door sommige fotoreceptoren van het oog - staafjes, en over kleur door andere - kegeltjes (in televisieterminologie, in YUV-formaat). Bovendien is de resolutie van staafjes veel hoger dan die van kegeltjes. Dat wil zeggen, als in het beeld de helderheidscontouren duidelijk gemarkeerd zijn, maar de kleuren ‘uitgesmeerd’ zijn, dan wordt het menselijk oog geleid door de helderheidscomponent, zonder de ‘uitstrijkje’ op te merken. Stripfiguren in kleurboeken voor kinderen, zelfs overschilderd door de hand van een onvast kind, zien er bijvoorbeeld heel netjes uit en zijn een lust voor het oog van de ouders. Maar de typografische zwarte omtrek geeft deze netheid aan de tekening!

Het helderheidssignaal Y moet dus duidelijk worden verzonden, de kleurverschilsignalen UV kunnen enigszins "uitgesmeerd" worden verzonden (in een kleinere frequentieband) - het beeld zal hier geen last van hebben (of beter gezegd, het menselijk oog zal het niet opmerken) . Om de helderheid van het uitgezonden beeld minder te schaden, is ervoor gekozen om een ​​deel van het hoogfrequente spectrum van het helderheidssignaal te gebruiken om kleurverschilsignalen uit te zenden. Een speciaal notch-filter verzwakt het helderheidssignaal op een geselecteerde frequentie en vormt een “gat” in de frequentierespons. Vaak wordt zo'n filter in de gespecialiseerde literatuur notch genoemd, wat vertaald uit het Engels "notch" betekent. En de kleurverschilsignalen gaan naar een laagdoorlaatfilter, dat hun spectrum beperkt, en vervolgens naar een modulator, die ze naar een bepaald gebied van het frequentiebereik verschuift (het modulatieresultaat wordt de "chrominantie-hulpdraaggolf" genoemd), en dan naar de mixer, waar de hulpdraaggolf in het "slot" past dat daarvoor is voorbereid " in het spectrum van het helderheidssignaal. De beschreven werkwijze voor het onderdrukken van luminantiesignalen, laagdoorlaatfiltering en modulatie van kleurverschilsignalen en optelling van luminantie- en chrominantiesignalen is voor alle kleurentelevisiesystemen hetzelfde. Dit is echter waar de overeenkomsten eindigen, en verder zullen elk van de standaarden en hun inherente voor- en nadelen afzonderlijk worden beschouwd.

NTSC-systeem

De NTSC-standaard is ontworpen voor een framesnelheid van 60 Hz (meer precies 59,94005994 Hz), 525 lijnen. Om chrominantie over te brengen, wordt kwadratuurmodulatie met onderdrukking van de hulpdraaggolf gebruikt (dat wil zeggen dat er geen chrominantie-hulpdraaggolf is in ongekleurde gebieden). Voor modulatie wordt een kleurhulpdraaggolffrequentie van 3579545,5 Hz gebruikt, waarmee u 455 (oneven aantal) halve cycli van de hulpdraaggolffrequentie in één televisielijn kunt "plaatsen". In twee aangrenzende NTSC-lijnen bevinden de chrominantiehulpdraaggolven zich dus in tegenfase, en op het tv-scherm ziet de interferentie van de hulpdraaggolf eruit als een klein schaakbord en is relatief onzichtbaar. Opgemerkt moet worden dat als de televisielijn een even aantal halve cycli van de hulpdraaggolf zou hebben, de interferentie eruit zou zien als een stationair verticaal raster en dat de zichtbaarheid ervan veel groter zou zijn. De toegepaste methode om de merkbaarheid van interferentie te verminderen (elk “helder” punt op het scherm wordt omringd door “donkere” punten en vice versa) is ook gebaseerd op de eigenschappen van het menselijk zicht: vanaf een bepaalde afstand stopt het oog met het waarnemen van elk punt, maar ziet een gelijkmatig lichtgevend scherm - dit wordt "middeling" of "filtering" genoemd. Omdat elk punt niet alleen vanaf de zijkanten, maar ook van boven en onder door anderen wordt omgeven, wordt een dergelijke filtering "tweedimensionaal" genoemd. Houd er rekening mee dat een notch-filter (dat een "notch" selecteert) of een laagdoorlaatfilter (dat alle frequenties boven de afsnijfrequentie afwijst), dat doorgaans wordt gebruikt om luminantie- en chrominantiesignalen te scheiden, slechts eendimensionale (horizontale) filtering uitvoert. . Een kenmerk van het NTSC-systeem is dat kleurinformatie niet wordt verzonden in het coördinatensysteem (R-Y), (B-Y), maar in het I, Q-systeem, geroteerd ten opzichte van (R-Y), (B-Y) over 33°. Bovendien werden de bandbreedtes voor de I- en Q-signalen anders gekozen - Amerikaanse ingenieurs hielden er rekening mee dat het menselijk oog kleine blauwgroene details slechter onderscheidt dan rode, en besloten verder te besparen op kleur en winst te maken op helderheid.

Nu - over kwadratuurmodulatie: wat is goed en wat is slecht? Zoals reeds vermeld kunnen we de signalen Y, U en V niet simpelweg optellen; we zullen ze later niet meer kunnen scheiden. Daarom is het eerst nodig om een ​​chrominantiehulpdraaggolf te verkrijgen door het sinusoïdale signaal zo te moduleren dat de amplitude ervan afhangt van de waarden van de signalen U en V, en de fase (ten opzichte van de oorspronkelijke sinusoïde) afhangt van de verhouding van de waarden van U en V met elkaar. Een dergelijk signaal kan al aan het helderheidssignaal worden toegevoegd en vervolgens weer worden gescheiden. Om dit te doen, moeten frequenties die dicht bij de frequentie van de oorspronkelijke sinusoïde liggen eerst worden verzwakt in het helderheidssignaal met behulp van een notch-filter.

De scheiding tussen luminantie en chrominantie in het NTSC-systeem verdient speciale aandacht. Opgemerkt wordt dat er in één NTSC-televisielijn een oneven aantal halve cycli van de kleurkwaliteitshulpdraaggolf is en dat de hulpdraaggolf zich daarom in twee aangrenzende lijnen in tegenfase bevindt. Laten we nu aannemen dat de afbeelding geen duidelijke horizontale grenzen bevat, dat wil zeggen dat twee aangrenzende lijnen niet erg van elkaar verschillen. In werkelijkheid is dit een zeer losse veronderstelling, die niet altijd waar is. Als gevolg van de sommatie van twee aangrenzende lijnen zal dan een wederzijdse onderdrukking van de chrominantiehulpdraaggolven optreden en als gevolg daarvan zal slechts een luminantiesignaal met dubbele amplitude overblijven. Door twee aangrenzende lijnen af ​​te trekken, wordt het luminasignaal onderdrukt (we gingen er eerder van uit dat de aangrenzende lijnen "bijna hetzelfde" zijn) en zal dit resulteren in een chrominantiehulpdraaggolf met dubbele amplitude. Als resultaat van optel- en aftrekbewerkingen was het dus mogelijk om de helderheids- en kleursignalen absoluut correct uit het volledige NTSC-signaal te extraheren. Deze methode voor het scheiden van helderheid en chrominantie wordt kamfiltering genoemd. Met het kamfilter kunt u een helderheidssignaal verkrijgen in de volledige frequentieband, dat wil zeggen dat het helderheidssignaal niet hoeft te worden afgewezen tijdens het coderen! Er moet echter worden opgemerkt dat de verticale resolutie van het beeld met een factor twee (!) verslechtert, omdat de helderheids-/kleursignalen in elke lijn worden vervangen door de gemiddelde waarde over twee aangrenzende lijnen. Als er bovendien horizontale grenzen in het beeld zijn, stopt de beschreven methode voor het scheiden van helderheid/chrominantie eenvoudigweg met werken, wat leidt tot een verlies aan verticale helderheid, vergezeld van de schijn van interferentie van de ongefilterde chrominantie-hulpdraaggolf (de zogenaamde “ hangende stippen”). Effectieve filtering is alleen mogelijk met ideale timingkarakteristieken van het videosignaal (aangrenzende lijnen moeten precies onder elkaar liggen zonder horizontale weerkaatsing, "jitter" genoemd) en een ideale afhankelijkheid hebben van de frequentie en fase van de kleurhulpdraaggolf van de frequentie en fase van de horizontale synchronisatiepuls. Het kamfilter is totaal niet toepasbaar voor het filteren van opnamen die worden afgespeeld vanaf een videorecorder (Philips Datasheet Productspecificatie SAA7152 Digital Video Comb Filter (DCF) Augustus 1996), en zelfs de eisen van de Russische uitzendstandaard zijn hiervoor onvoldoende. Daarom is het onmogelijk om een ​​kamfilter in zijn pure vorm te gebruiken voor het verwerken van echte signalen, en zal het alleen mogelijk zijn om de ideaal vlakke frequentierespons van het helderheidssignaal dat het produceert te observeren door het aan te sluiten op een televisiesignaalgenerator. Normaal gesproken wordt een kamfilter altijd aangevuld met een notch-filter en een intelligent apparaat voor het selecteren van de filtermethode, afhankelijk van de kwaliteit van het videosignaal en de beeldkenmerken. Een notch-filter voor het NTSC-systeem (evenals voor het PAL-systeem, dat ook fasemodulatie gebruikt) kan relatief smalbandig zijn, omdat bij constante U- en V-signalen de frequentie van de kleurkwaliteitshulpdraaggolf gelijk is aan de frequentie van de ongemoduleerde hulpdraaggolf en verschilt er alleen significant van bij scherpe kleurovergangen.

Er moeten enkele woorden worden gezegd over de ontwikkeling van kamfilters. Hierboven hebben we een tweedimensionaal (werkend binnen één televisieveld) kamfilter beschouwd. Twintig jaar geleden leek een breedband(het is namelijk de basis van het kamfilter) de kroon op het wetenschappelijke en technische denken. En nu maken de bestaande framegeheugenblokken en de subdraaggolffase-afwisseling die in NTSC niet alleen in aangrenzende lijnen, maar ook in aangrenzende frames wordt geboden, het mogelijk om het beeld zowel verticaal als horizontaal en in de tijd te filteren. Houd er rekening mee dat tijdfiltering bestand is tegen scherpe grenzen in het beeld, maar gevoelig is voor beweging van grenzen in aangrenzende frames (beweging).

Laten we verder gaan met het decoderen. De chrominantie-hulpdraaggolf, gescheiden van het volledige signaal, wordt naar de decoder gestuurd om de waarden van U en V te herstellen. Laten we ons een methode van kwadratuurmodulatie voorstellen met onderdrukking van de hulpdraaggolf in de vorm van een "apparaat" met een pijl, de waarvan de lengte afhangt van de som van de kwadraten van U en V, en de afwijkingshoek afhangt van de verhouding tussen de waarden U en V ten opzichte van elkaar. In het speciale geval waarin U=0 en V=0 is de lengte van de pijl ook nul - dit wordt "subdraaggolfonderdrukking" genoemd. Zowel het ‘apparaat’ als de wijzer roteren met de frequentie van de hulpdraaggolf, en in deze roterende vorm komen ze bij de decoder. De schaal waarmee de afwijking en pijllengte (U en V) worden bepaald, bevindt zich in de decoder zelf. Om de rotatiesnelheid van de schaal samen te laten vallen met de rotatiesnelheid van het "apparaat", wordt aan het begin van elke regel een speciale referentie-burst van pulsen verzonden - een "burst". Zo past de decoder tijdens het flitsen de rotatiesnelheid en starthoek van de schaal aan en leest hij tijdens het actieve deel van de lijn de waarden voor U en V uit.

Wat is goed en wat is slecht aan kwadratuurmodulatie? Het goede is dat in heldere en lichtgekleurde delen van het beeld (waar het oog het meest kieskeurig is) de interferentie van de hulpdraaggolf voor kleurkwaliteit klein is, omdat het bereik ervan klein is (de lengte van de pijl is kort). Het slechte is dat het transmissiepad van het televisiesignaal de rotatiesnelheid van het "apparaat" beïnvloedt, en op verschillende delen van de lijn - op verschillende manieren. Als gevolg hiervan wordt de initiële correspondentie (fase) tussen de afbuigingshoek van de "apparaat" -naald en de "precieze tijd" -signalen verstoord, wat leidt tot een schending van de kleurtoon van fragmenten van het verzonden beeld (bijvoorbeeld heldere fragmenten krijgen een roodachtige tint en donkere fragmenten worden groenachtig). Bovendien kan het beeld als geheel een tint krijgen. In dit opzicht wordt gezegd dat NTSC gevoelig is voor differentiële fasevervorming. Dit zijn vervormingen die optreden tijdens de transmissie van een televisiesignaal. Bovendien wordt de kleurtoon bepaald door de afwijkingshoek van de “apparaat”-naald ten opzichte van de draaiknop, die meedraait met het “apparaat” en eenmalig wordt aangepast aan het begin van de televisielijn. Als de wijzerplaat vertraagd of te snel draait, stapelt de fout zich op aan het einde van de regel, waardoor de rechterkant van het televisiescherm rood of blauw wordt. Hier zijn de belangrijkste voor- en nadelen van NTSC - een systeem dat is gebouwd op nauwkeurige wiskundige berekeningen en dat in reële omstandigheden het meest kwetsbaar bleek te zijn.

PAL-systeem.

De methode voor het verzenden van kleur in het PAL-systeem verschilt niet veel van NTSC en is in wezen een aanpassing van NTSC voor het frameformaat van 625 lijnen/50 velden. Het belangrijkste verschil (en aanzienlijke verbetering) in het PAL-systeem zijn de Phase Alternating Lines. Om chrominantie in het PAL-systeem te decoderen, werd een chrominantiedecoder met een éénlijnige vertragingslijn ontwikkeld. De eigenaardigheid van een decoder met een vertragingslijn is dat de kleursignalen worden gereconstrueerd uit de som en het verschil van de subdraaggolven die in de huidige en voorgaande lijnen worden ontvangen. In dit geval is de in de huidige lijn geaccumuleerde fout even groot en tegengesteld van teken als de fout die in de vertraagde lijn is geaccumuleerd. Het nadeel van een dergelijke decoder is dat het chrominantiesignaal verticaal achterloopt op het luminantiesignaal (chrominantiekruip). Bovendien is het chrominantiespectrum in PAL veel complexer dan in NTSC, waardoor het PAL-kamfilter veel complexer is. Normaal gesproken wordt een notch/banddoorlaatfilter gebruikt om de luminantie/chrominantie in het PAL-systeem te scheiden. Het PAL-systeem is ongevoelig voor differentiële fasevervorming.

De wens om de kwaliteit van PAL- en NTSC-systemen te verbeteren leidde tot de ontwikkeling van apparatuur waarbij het luminantiesignaal en de chrominantie-hulpdraaggolf over twee afzonderlijke draden worden verzonden, nergens gemengd zijn en geen scheiding behoeven. Deze tweedraadsmethode voor het verzenden van een videosignaal wordt S-Video of Y/C genoemd. Met S-Video kunt u de volledige luminantiefrequentieband gebruiken (biedt een hoge horizontale resolutie) en kunt u de filtering achterwege laten die onvermijdelijk is voor een samengesteld signaal bij het scheiden van luminantie en chrominantie. De tweedraadstransmissiemethode elimineert dus de frequentie- en fasevervormingen die zich tijdens het filteren ophopen. S-Video-signalen kunnen niet via de ether worden uitgezonden. Dit is een standaard voor in de studio met een bekabelde verbindingsmethode. Het herbergt de meeste studio's die S-VHS-apparatuur gebruiken. Hieronder zullen we de kenmerken van het transcoderen van S-Video-signalen afzonderlijk bespreken.

SECAML-systeem.

Het SECAM-kleurentelevisiesysteem verschilt fundamenteel van de NTSC- en PAL-systemen. Net als bij NTSC en PAL wordt chrominantie-informatie verzonden naar een hulpdraaggolf, die in een “slot” in het luminantiesignaal “past”. Maar om kleurinformatie te verzenden, wordt frequentiemodulatie van de hulpdraaggolf gebruikt. Dit betekent dat elk paar U- en V-waarden overeenkomt met een paar hulpdraaggolffrequenties. Maar als je twee subdragers mengt (optelt), zal het onmogelijk zijn ze later te scheiden. Daarom, ervan uitgaande dat de kleur in twee aangrenzende lijnen ongeveer hetzelfde is, worden de subdraaggolven om de beurt verzonden: in de huidige lijn - U, in de volgende lijn - V, dan weer U enzovoort. De chrominantiedecoder bevat een vertragingslijn - een apparaat dat de hulpdraaggolf met één lijn vertraagt, en tijdens het decoderen worden twee hulpdraaggolven ontvangen op de frequentiediscriminator: één die rechtstreeks verband houdt met de huidige lijn en de tweede van de vorige lijn via de vertragingslijn . Vandaar de naam van het systeem - SECAM (Sequence de Couleur A Memoire), dat wil zeggen kleuren afwisselen met geheugen. Het gevolg van dit kleurtransmissiemechanisme (met decimering) is de helft van de verticale kleurresolutie en een neerwaartse verschuiving van kleur ten opzichte van helderheid. Bovendien verschijnen bij scherpe horizontale kleurgrenzen (overgangen van kleur “a” naar kleur “b”) “valse” kleuren, omdat de waarden van U en V tijdens de transmissie niet worden gemiddeld, maar eerder worden uitgedund. De reden voor dit effect is als volgt: bij het verzenden van kleur “a” worden de RaGaBa-waarden hersteld op basis van de YaUaVa-waarden, bij het verzenden van kleur “b” worden de RbGbBb-waarden hersteld op basis van de YbUbVb-waarden. Aan de grens van kleuren (meer precies, op de eerste regel van een andere kleur), als gevolg van de vertraging van een van de kleurkwaliteitscomponenten in de decoder, worden RGB-waarden hersteld van de drievoudige YbUaVb - voor één veld en (vanwege de afwisseling van U en V in de velden) van de drievoudige YbUbVa - voor een ander veld. Merk op dat de kleuren UaVb en UbVa ontbreken in zowel kleur "a" als kleur "b". Op een beeldscherm zijn deze vervormingen duidelijk zichtbaar bij het onderzoeken van horizontale kleurstrepen, en bij televisie-uitzendingen zijn ze vaak zichtbaar in computergraphics, titels, enz. en hebben ze de vorm van individuele lijnen die flikkeren met een frequentie van 25 Hz. Om de overdracht van kleine kleurdetails te verbeteren, wordt differentiatie (verscherping) van de randen van de U- en V-signalen toegepast (de zogenaamde SECAM laagfrequente correctie), en om overmatige uitbreiding van de frequentieband van de lage frequenties te voorkomen -frequentiehulpdraaggolf, passeren de gecorrigeerde kleurverschilsignalen een begrenzer. Het SECAM-systeem is dus fundamenteel niet in staat scherpe kleurovergangen correct over te brengen. Op het testsignaal met "verticale kleurenbalken" verschijnt dit effect als "openingen" tussen de balken en is vooral merkbaar tussen de groene en magenta balken. Om de signaal-ruisverhouding van het chromasignaal te verbeteren en de chrominantie/luminantie-overspraak te optimaliseren, wordt de gemoduleerde SECAM-hulpdraaggolf door een frequentieafhankelijk circuit geleid (genaamd SECAM RF-equalisatie of "bel"). In een RF-gecorrigeerd signaal worden chromaranden (kleurveranderingen) met meer energie verzonden en dus met een betere signaal-ruisverhouding. Dit vergroot echter de zichtbaarheid van de chrominantiehulpdraaggolf, die in het beeld verschijnt als een karakteristiek “koken” onmiddellijk na de verticale kleurgrenzen. Let op de kenmerken van de helderheid/chrominantiescheiding voor het SECAM-systeem. In de hierboven besproken NTSC en PAL wordt de chrominantiehulpdraaggolf op dezelfde frequentie verzonden (voor NTSC - 3,58 MHz, voor PAL - 4,43 MHz). Het is voldoende om een ​​filter te installeren dat op deze frequentie is afgestemd om helderheid en kleur te scheiden. Bovendien wordt in ongekleurde delen van het beeld (waar het oog het meest gevoelig is voor interferentie) de hulpdraaggolf onderdrukt en wordt interferentie fundamenteel geëlimineerd. De situatie in het SECAM-systeem is veel gecompliceerder. Ten eerste is er geen onderdrukking van de hulpdraaggolf, dat wil zeggen dat er altijd interferentie is van de hulpdraaggolf en deze moet altijd worden gefilterd. Ten tweede is er geen manier om jezelf te isoleren van interferentie op welke frequentie dan ook: SECAM-frequentiemodulatie beslaat een band van 3,9 tot 4,75 MHz, en de hulpdraaggolffrequentie in een lijn van een beeldfragment hangt alleen af ​​van de kleur van dit fragment. Bovendien zijn de zogenaamde "nulfrequenties" voor de U- en V-lijnen verschillend: respectievelijk 4,250 en 4,406 MHz. Voor een betrouwbare filtering van het helderheidssignaal zou het dus nodig zijn om een ​​band van ten minste 3,9 tot 4,75 MHz uit het volledige signaal te verwijderen, en in feite zou deze, rekening houdend met de eindige steilheid van de filters, veel breder zijn. . Met deze benadering zou het nodig zijn om de mogelijkheid op te geven om fijne beelddetails in het volledige SECAM-signaal over te brengen. Als compromis, en ook rekening houdend met de verschillende nulfrequenties in de SECAM-decoder, werd een afstembaar filter gebruikt dat de notch-frequentie tussen 4,250 en 4,406 MHz van regel naar regel schakelde en daardoor de ongekleurde (meest kritische) gebieden van het beeld wist. van de chrominantiehulpdraaggolf. Er werd aangenomen dat in de resterende delen van het beeld de niet-onderdrukte hulpdraaggolf zou worden gemaskeerd door intense kleuren. Bovendien worden de ‘helderheids’-details van het beeld die op de ene regel in de vertragingsband van het afstembare filter vallen, door het filter op de volgende regel gemist en daarom ziet de kijker ze op het tv-scherm.

Tijdens het coderen/decoderen van een videosignaal ontstaan ​​onvermijdelijk vervormingen en verliezen die inherent zijn aan een van de systemen. Zelfs een enkele transcodering, en zelfs in hetzelfde systeem, vereist al twee coderingen en twee decoderingen - vervormingen en verliezen stapelen zich op. Bij het transcoderen van het ene systeem naar het andere beginnen effecten van de tweede soort zichtbaar te worden: de voordelen die het ene systeem biedt, kunnen niet worden overgedragen en gebruikt in een ander systeem. Het eenvoudigste voorbeeld is het maken van een samengestelde PAL-YUV-PAL-converter om titels over elkaar heen te leggen. Als je informatie over de hulpdraaggolffase van het originele signaal extraheert en deze gebruikt bij secundaire codering, kan een dergelijke transcodering (zowel theoretisch als praktisch) zonder verlies worden uitgevoerd.

Om het scala aan taken dat wordt overwogen te beperken en dichter bij de praktijk te komen, laten we eens kijken wat er in Rusland moet worden getranscodeerd.

Conversie van/naar NTSC.

NTSC-signaalbronnen zijn: videoschijven, satellietuitzendingen, uitzendingen in Japan (in het Verre Oosten). Er zijn vrijwel geen NTSC-consumenten in Rusland. De hoeveelheid video die wordt getranscodeerd (of misschien beter gezegd "gestandaardiseerd") van/naar NTSC naar/van PAL en SECAM is klein. Het omzetten van een zestig-hertz-standaard naar een vijftig-hertz-standaard en vice versa is een complexe taak, waarvan de moeilijkheid ligt in de noodzaak om de decompositiestandaard te veranderen. Het nieuw ontvangen televisiesignaal moet op die plaatsen in het televisieframe en op die tijdstippen een beeld bevatten dat in het oorspronkelijke signaal gemist werd. De eenvoudigste oplossing is om de dichtstbijzijnde rasterlijn van het oorspronkelijke signaal te lenen, maar dit leidt tot “knikken” van objectgrenzen en “schokkerige” bewegingen. Een andere oplossing is interline- (tweedimensionaal) en interframe-interpolatie (driedimensionaal, tijd). Het is vrij van "knikken" en "schokken", maar leidt tot vervaging van de grenzen van snel bewegende objecten. De nieuwste aanpak is het gebruik van transducers met bewegingsmelders. Dergelijke slimme apparaten gebruiken algoritmen om gebieden in het frame te selecteren en deze aan objecten te koppelen. Uit een reeks frames worden de richting, snelheid en versnelling van een object berekend, en wordt interpolatie of voorspellende extrapolatie toegepast op de snelheids- en versnellingsvectoren. De beschreven bewegingscompensatiealgoritmen werken echter alleen in vrij eenvoudige gevallen, bijvoorbeeld bij uniforme lineaire beweging. En hoe zullen ze zich gedragen bij het verwerken van de scène "een bal die een muur raakt" (de grootte en richting van de snelheid van het object, de versnelling van het object veranderen abrupt, en op het moment van impact als gevolg van vervorming, de vorm van het object object verandert) of de scène “vlucht en rotatie van een kinderbal” (de ene helft is groen geverfd en de andere rood)?

Transcoderen van SECAM naar PAL en PAL naar SECAM..

In dit geval is een verandering in de decompositiestandaard niet vereist en komen de taken van het garanderen van de grootste bandbreedte in de luminantie- en chrominantiekanalen, de beste signaal-ruisverhouding en de minste luminantie/chrominantie-overspraak naar voren. Secundaire taken omvatten compensatie voor vervormingen geïntroduceerd door het vorige systeem en verwerking die de visuele perceptie subjectief verbetert.

Het transcoderen van SECAM naar PAL is in de regel vereist voor het verwerken en bewerken van archieven die zijn opgenomen in het SECAM-systeem op PAL-standaardapparatuur. Er zijn studio's die SECAM naar PAL-conversie, PAL-verwerking en PAL naar SECAM-conversie gebruiken om lokale programmering in nationale uitzendingen te integreren, hoewel dit geen succesvolle oplossing is. Zoals hierboven opgemerkt, wordt bij het decoderen van SECAM in televisieontvangers een afstembaar “nulfrequentie” notch-filter SECAM gebruikt. Deze filtering is acceptabel voor een tv, maar voor een transcoder is deze volstrekt onvoldoende. Feit is dat het oog op het tv-scherm het fijne chaotische restraster van de niet-onderdrukte SECAM-hulpdraaggolf niet opmerkt, maar als een helderheidssignaal van een dergelijke “graad van zuivering” wordt toegepast op de PAL-encoder, dan als gevolg van zweving van de overblijfselen van de SECAM-hulpdraaggolf en de “nieuwe” PAL-hulpdraaggolf in de gekleurde gebieden van het beeld zal de interferentie in de vorm van een diagonaal raster duidelijk zichtbaar zijn. Het is opmerkelijk dat u, door het SECAM-notchfilter handmatig opnieuw op te bouwen, ervoor kunt kiezen om de ene of de andere kleur in het getranscodeerde beeld vrij te maken van interferentie. Het is alleen mogelijk om het SECAM-helderheidssignaal te filteren (de subdraaggolfverzwakking die vereist is tijdens het transcoderen moet minimaal 40-42 dB zijn) met traditionele LC-filters door gebruik te maken van een laagdoorlaatfilter met een afsnijfrequentie van niet hoger dan 3,2 MHz en een hoge helling. Met een dergelijke bandbreedte gaan fijne beelddetails echter voor altijd verloren. Digitale signaalverwerkingstechnologieën hebben het mogelijk gemaakt een afstembaar filter te creëren dat de chrominantiehulpdraaggolf in SECAM effectief afwijst. Zo'n filter schakelt niet alleen "nulfrequenties" uit, maar bewaakt ook voortdurend de verdeling van energie in de hulpdraaggolfband en schakelt de frequentie uit waar de energie maximaal is, dat wil zeggen de chrominantie-hulpdraaggolf. Opgemerkt moet worden dat de techniek voor het bepalen van de bandbreedte van een SECAM-decoder met een digitaal volgfilter met behulp van een sweepgenerator niet toepasbaar is. Wanneer de sweepgeneratorfrequentie binnen het verwachte bereik van SECAM-hulpdraaggolven valt, wordt deze volledig onderdrukt, en bij het verlaten van dit bereik wordt het filter continu afgestemd in de 3,9-4,75 MHz-band. Het na digitale filtering verkregen helderheidssignaal is geschikt voor latere codering in PAL. In dit geval is een extra onderdrukking van het helderheidssignaal door een notch-filter niet nodig, omdat de “extra” frequenties in het als gevolg van de decodering verkregen signaal al verzwakt zijn.

Het transcoderen van PAL naar SECAM is vereist in de volgende gevallen: bij het opnieuw uitzenden van een samengesteld PAL-signaal ontvangen van een satelliet; bij uitzending van een samengesteld signaal van VHS-kwaliteit vanuit een PAL-studio; bij het uitzenden van een signaal van S-VHS-kwaliteit vanuit een PAL-studio (in de eerste twee gevallen wordt het PAL-composietsignaal gedecodeerd, in het derde - S-Video. In het eerste en tweede geval moet speciale aandacht worden besteed aan de methode van het scheiden van de helderheid/chrominantie van het samengestelde signaal en de aanvullende filtering ervan, in de derde - om het kleursignaal tijdens het coderen te verwerpen.

Om de helderheid/chrominantie van een PAL-signaal dat van een satelliet wordt ontvangen te scheiden, kan het gerechtvaardigd zijn een kamfilter te gebruiken. In dit geval kunt u de breedste frequentieband van het helderheidssignaal verkrijgen. Een dergelijk filter is echter zeer gevoelig voor de temporele instabiliteit van het videosignaal. Met een acceptabel verschil in de duur van aangrenzende lijnen bij uitzending van 32 nanoseconden en een periode van 225 nanoseconden van de PAL-kleurenhulpdraaggolf zal de fasefout in twee aangrenzende lijnen bijvoorbeeld 360°/225x32=51° zijn. Dus in plaats van de verwachte onderdrukking van subdraaggolven in tegenfase sin(a)+sin(a+180°)Ї0, zal de rest van de niet-onderdrukte subdraaggolf gelijk zijn aan sin(a)+sin(a+180°+51°) . Met andere woorden: het kamfilter verliest zijn functionaliteit. Een traditioneel notch-filter werkt stabiel, zowel bij het verwerken van zeer stabiele ontvangst in de ether als bij het filteren van een "versterkt" videosignaal dat wordt ontvangen van een VHS-videorecorder, en zorgt gemakkelijk voor een onderdrukking van de chrominantiehulpdraaggolf van niet slechter dan 40-42 dB. Het is het beste als de transcoder de mogelijkheid biedt om een ​​filtermethode te selecteren, afhankelijk van de kwaliteit (tijdkarakteristieken) van het getranscodeerde PAL-signaal. In de regel heeft het na filtering verkregen luminantiesignaal al een verzwakking in de buurt van de frequentie van 4,4 MHz, en bij SECAM-codering is mogelijk geen extra notch nodig. Bij het transcoderen van een component S-Video-signaal hoeft u zich geen zorgen te maken over interferentie door penetratie van hulpdraaggolven, maar moet u goed letten op het vormen van de juiste frequentierespons van het luma SECAM-signaal voordat u dit optelt bij de chrominantie-hulpdraaggolf in de encoder. Dezelfde aandacht moet worden besteed aan de helderheidsfrequentierespons bij het transcoderen van een samengesteld PAL-signaal als titels, logo's enz. in de transcoder worden ingevoegd. in YUV- of RGB-componenten, en ook als er beeldverbeterings-/herstelmechanismen worden gebruikt. De vereisten voor de frequentierespons van het helderheidskanaal van de SECAM-encoder zijn vastgelegd in OST 58-18-96 en zijn enerzijds bedoeld om hoogfrequente helderheidscomponenten te verzwakken, zodat ze de chrominantie niet "verduisteren". subcarrier daarentegen om fijne details in de schermbeelden te brengen, zelfs in een verzwakte vorm.

Naast de noodzakelijke eigenschappen en kwaliteiten die hierboven zijn beschreven, kan de transcoder enkele extra functies uitvoeren, bijvoorbeeld:

Afzonderlijke versterkingsregeling in RGB- of YUV-componenten voor kleurcorrectie;

Een- of tweedimensionale correctie van helderheids- en chrominantiesignalen met opening om de verticale en/of horizontale grenzen van helderheid en chrominantie te verscherpen;

De combinatie van helderheid en kleursignalen horizontaal en verticaal aanpassen, waardoor u de kleur kunt “plaatsen” die is “verplaatst” als gevolg van meervoudige transcodering;

Ruisonderdrukking: mediaanfilter - om "vonken" van satellieten te elimineren, recursief - om magnetische filmruis te onderdrukken, enz.

De Russische markt biedt transcoders en standaardconverters van zowel binnenlandse als buitenlandse oorsprong. Onder de bedrijven die gespecialiseerd zijn in de ontwikkeling en productie ervan, kan men niet anders dan vermelden: Snell&Wilcox, FOR.A, Vistek, JSC VNIITR, Profitt, ITM. Transcoders verschillen aanzienlijk, zowel qua prijs als qua mogelijkheden. Over het algemeen is er een duidelijk verband: hoe hoger de prijs, hoe meer kansen. Maar het is onmogelijk om universeel advies te geven over welke transcoder je moet kiezen ‘zodat het ons allemaal uitkomt’, zoals een van de advertenties zegt. Voor elk specifiek geval moet u een transcoder kiezen op basis van uw budget en het principe van minimale redundantie.