Cнижение перекрестных искажений между сигналами яркости и цветности в системе SECAM
Уменьшение перекрестных искажений яркость–цветность. Сигнал цветности в системе SECAM, как и в системе NTSC, передается в общей полосе частот с сигналом яркости. Полосовой фильтр в декодирующем устройстве не может полностью освободить сигнал цветности от составляющих сигнала яркости. Высокочастотные компоненты последнего проникают на вход частотного детектора, взаимодействуя в нем с сигналом цветности как помеха. Амплитуда прошедших в канал цветности яркостных компонентов в зависимости от сюжета может быть весьма значительной, превышающей существующий для ЧМ так называемый пороговый эффект. В этом случае резко возрастает паразитная девиация детектируемого сигнала. На изображении возникают характерные искажения. Они проявляются в виде зубцов или «бахромы» за вертикальными яркостными переходами или участками с большой детальностью, приобретая иногда характер мерцающих синих или красных факелов. Эти помехи получили название «кросс-колор».
Рис. 12.5.Корректор перекрестных искажений «яркость-цветность»
Стандартом на систему SECAM-IIIб рекомендуется ослабление спектральных составляющих сигнала яркости в зависимости от их амплитуды в полосе частот сигнала цветности. Предназначенное для этого устройство называют корректором перекрестных искажений «яркость-цветность», который установлен в яркостном канале кодирующего устройства и может иметь структуру, изображенную на рис.12.5.
Яркостный сигнал E'Y поступает одновременно на два канала: один содержит цепь, режектирующую компоненты сигнала, расположенные около частоты 4,28 МГц, а другой - селективно пропускает именно эти компоненты. Если амплитудный ограничитель в последнем канале не воздействует на сигнал, то на выходе сумматора яркостный сигнал по спектральному составу не отличается от входного. Просто разные частотные компоненты от входа на выход пройдут по разным каналам. Обратим внимание, что компоненты яркостного сигнала, проходящие по верхнему (см. рис. 1) каналу, и представляют потенциальную помеху для сигнала цветности. Поэтому если эти компоненты превышают по амплитуде определенное допустимое значение (цифра стандартом не оговаривается), то они должны быть ограничены. Это ограничение выполняется подбором соответствующего уровня ограничения в ограничителе. Таким образом, рассмотренный корректор адаптивно, в зависимости от передаваемого сюжета, воздействует на спектральный состав яркостного сигнала.
Применение более простого, пассивного устройства, состоящего только из одного режектирующего контура, настроенного на среднюю частоту поднесущей, дало бы худшие результаты. В этом случае постоянное подавление высокочастотных компонентов сигнала яркости снижало бы четкость изображения, поскольку мелкие детали в цветном телевидении передаются с помощью сигнала яркости.
Минимальная заметность поднесущей в изображении достигается при жесткой связи частоты поднесущей с частотами разверток. При этих условиях рисунок от помехи имеет менее заметную неподвижную структуру. Поэтому в системе NTSC частоты разверток образовывались делением частоты поднесущей. Этот метод получил название частотной синхронизации.
В системе SECAM такой способ неприемлем, так как частота поднесущей вследствие ЧМ непостоянна и не может быть связана с частотой разверток. Тем не менее добиться неподвижности структуры помехи и в этом случае возможно, если фиксировать фазу колебаний поднесущей в начале каждой строки. Это выполняется ударным запуском генератора поднесущей специально сформированными импульсами.
При разработке системы SECAM очень важно было подобрать такой закон коммутации фазы, который позволил бы обеспечить наилучшую совместимость ее сигнала. Перемена фазы поднесущей в каждой второй строке, как в системе NTSC, невыгодна, так как в этом случае поднесущая всех «красных» строк оказалась бы в одной фазе, а «синих» — в другой, но также для всех строк в одинаковой фазе. Структура рисунка от поднесущей имела бы достаточно выраженную штриховую структуру. При этом и временной компенсации, как в системе NTSC, не происходило бы, так как в следующем кадре «красные» строки поменялись бы местами с «синими» (из-за нечетности строк в растре).
При внедрении цветного телевидения уже в первых телевизорах SECAM были отмечены искажения, которые проявлялись на однородных цветовых полях в виде мешающего "коврового рисунка", характер которого связан с принятым законом коммутации фазы поднесущих. Анализ причин таких искажений: использование в канале цветности ультразвуковой линии задержки (УЛЗ) приводило к тому, что в декодере одновременно присутствовали сигналы цветности из смежных строк, т. е. «красной» R и «синей» В, имеющих разные частоты. Взаимодействие между этими сигналами вызывает интерференцию, создающую искажения в виде синусоидальных насадок на горизонтальных участках импульсов демодулированных цветоразностных сигналов.
Помимо основного, используемого в отечественной системе SECAM, разработаны (и применяются) другие законы коммутации фазы цветовой поднесущей. Например, в венгерском патенте предложено коммутировать фазу поднесущей так: 0-0-π-π-0-0…,- а в российских патентах так: 0-0-0-0-π-π-π-π… Во втором варианте обеспечивается минимальная помеха в черно-белых телевизорах.
Но основная цель таких изменений - уменьшение искажений на цветовых полях. По патенту перекрестные искажения снижаются, так как синфазная и противофазная синусоидальные насадки чередуются во всех строках кадра с одинаковыми интервалами в две строки, что создает более однородный рисунок муара. Причем уменьшается и контрастность между участками изображения с противофазными помехами. Мешающий рисунок от эхо-сигналов в УЛЗ по патентам становится более однородным, хотя и остается, в то время как коммутация по патенту полностью устраняет разнояркость строк. Для уменьшения помех от эхосигналов в УЛЗ предлагалось также подавлять коммутацию фазы цветовой поднесущей в декодере телевизора.
Однако эксперименты показали, что существует лишь один кардинальный способ, который полностью устраняет все искажения в телевизоре, вызванные взаимодействием цветовых поднесущих, - это замена УЛЗ полупроводниковой ЛЗ на ПЗС или коммутируемых конденсаторах, которую включают после частотных детекторов.
Для разделения составляющих яркости и цветности по системе SECAM можно использовать вертикальный гребенчатый фильтр, а не дорогостоящий двумерный фильтр с памятью на поле. Хотя применение гребенчатой фильтрации в системе SECAM не дает столь эффективного повышения горизонтальной четкости, как в системе PAL (это вызвано рядом причин, в том числе наличием режекторного фильтра в канале яркости кодера), составляющие яркости и цветности разделяются и качество изображения, безусловно, повышается (в частности, полностью устраняются искажения яркость-цветность). Поясним это на примере.
В случае коммутации фазы по патенту основная (U0) и задержанная на две строки (U1) последовательности имеют следующий вид:
При их сложении получается последовательность: Значит, выделились только компоненты сигнала яркости, отстоящие по вертикали на две строки. Составляющие сигнала цветности оказались полностью подавленными.
Для того чтобы получить разделенные компоненты, можно использовать адаптивный вертикальный гребенчатый фильтр, структурная схема которого представлена на рис.12.6. Через фильтр низших частот ФНЧ проходят низкочастотные компоненты сигнала яркости в интервале 0...3,3 МГц. Полосовой фильтр ПФ выделяет участок спектра 3,3...5,3 МГц, где присутствуют как составляющие сигнала яркости, так и цветности. На выходе сумматора СМ1 получаются высокочастотные составляющие сигнала яркости (так, как это показано выше). В сумматоре СМ2 они складываются с низкочастотной яркостной компонентой и образуют широкополосный сигнал яркости. При вычитании в звене В1 из комплексного сигнала высокочастотной компоненты сигнала яркости формируются чередующиеся через строку компоненты R и B сигнала цветности.
Рис.12.6. Адаптивный вертикальный гребенчатый фильтр
Рассмотренный вертикальный фильтр SECAM может быть выполнен с использованием устройств задержки на коммутируемых конденсаторах. Отметим, что такой фильтр эффективно работает лишь на участках изображения с мелкой вертикальной структурой, где содержание соседних строк практически одинаково. За этим следит блок управления БУ. Если содержание соседних строк разное, ключи К1 и К2 находятся в положении, показанном на рис.12.6. При этом сигнал цветности снимается с выхода полосового фильтра ПФ, а сигнал яркости - с выхода ФНЧ, т. е. вертикальный фильтр заблокирован.
На участках изображения с мелкой вертикальной структурой, где содержание соседних строк одинаково, ключи К1 и К2 переводятся во второе рабочее положение. В этом случае к сигналу яркости добавляется его высокочастотная компонента, а сигнал цветности освобождается от помех, создаваемых составляющими сигнала яркости, лежащими в полосе частот ПФ.
В заключение отметим особенности частотного спектра сигнала цветности в системе SECAM. Напомним, что модулирующие поднесущую частоту цветоразностные сигналы имеют, как и яркостный сигнал, ярко выраженную линейчатую структуру спектра. При выборе поднесущей частоты, равной нечетной гармонике полустрочной частоты (как это сделано в системе NTSC), спектр модулированного сигнала сохраняет свою линейчатую структуру, но его компоненты соответствуют уже не строчным, а полустрочным гармоникам. В результате в системе NTSC достигалось отмеченное в предыдущих разделах перемежение спектров яркостного сигнала и сигнала цветности.