Електронски склопови и уреди I - Вовед во ТВ

1. ВОВЕД ВО ТЕЛЕВИЗИЈА ВО БОЈА

1.1 СВЕТЛИНА И БОЈА

Светлината е оној дел од електромагнетниот спектар на зрачење кој е видлив за окото. Бидејки светлосните зраци имаат карактер на електромагнетни бранови, секоја компонента т.е. боја во спектарот на светлината има своја бранова должина . Видливите компоненти на спектарот на светлината се оние чии бранови должини се во границите меѓу 780nm (црвена) и 380nm (виолетова).

Разно-разните бои не се јасно раздвоени, туку се прелеваат една во друга. Од сончевата бела светлина можат да бидат издвоени видливите компоненти (разните бои на видливиот спектар) со помош на стаклена призма. Како што е прикажано на Сл. 1.1. ако едниот крај од призмата е осветлен со тенок сноп бела сончева светлина, на другиот крај од призмата секоја компонента излегува под различен агол. Ова е така затоа што индексот на прекршување е различен за секоја бранова должина. Ако сега се постави бела површина на одредено растојание од призмата, ќе се забележи дека таа површина е покриена со повеќе различно обоени подрачја (почнувајки од црваната, преку портокалевата, жолтата, зелената, сината, па се до виолетовата).

Сл. 1.1

1.2 СЈАЈНОСТ И ОБОЕНОСТ

Човековото око е способно да разликува три особини на светлината и тоа: сјајност (brightness), нијанса на обоеност (hue) и заситување на обоеност (saturation).

Сјајноста е интензитетот т.е. јачината на светлината емитирана од единица површина на изворот на светлина. Пример ако два извори имаат различни површини а исти интензитети на светлина, тогаш оној извор со помала површина дава впечаток дека е посјаен.

1

ЕЛЕКТРОНСКИ СКЛОПОВИ И УРЕДИ - 1. ВОВЕД ВО ТЕЛЕВИЗИЈА ВО БОЈА Тоше Делев

Нијансата на обоеност e одредена од брановата должина на светлосните зраци, додека интензитетот на обоеност е наречен заситување.

Заситени бои се оние кои не содржат други компоненти од белата светлина. Заситени бои ретко се среќаваат во природата, т.е. повеќето бои се незаситени. Пример ако на црвената боја му се додаде бела боја таа повеќе не е заситена и станува светло црвена (кон розева). Колку на некоја боја му се намалува заситувањето толку таа станува посветла. Ако заситувањето целосно изчезне бојата станува бела.

Кај телевизијата во боја се пренесуваат два сигнали (Сл. 1.2) и тоа:- луминентен сигнал Y (интензитет на осветленост т.е. сјајност) и- хроминентен сигнал F (обоеност т.е. нијанса и заситување)

Како што ќе видиме во наредните теми, сигналите Y и F заедно со некои дополнителни импулси го сочинуваат основниот колор видео сигнал.

Сл. 1.2

1.3 МЕШАЊЕ НА БОИТЕ

Кај телевизијата се користат два процеси на мешање:- субтрактивен процес и- адитивен процес

1.3.1 Субтрактивен процес

Субтрактивниот процес кај телевизијата во боја се користи при снимање во колор TV камерата. Терминот “субтрактивен” значи дека одредени компоненти се одземени од белата сончева светлина. Наједноставно ова може да се постигне со обоен оптички филтер (обоено стакло), низ кој може да помине само одреден дел од спектарот на светлината (Сл. 1.3). Пример ако се осветли црвен оптички филтер со бела светлина, од другата страна на стаклото ќе помине само црвена светлина.

Обоените тела кога се осветлени со бела светлина го рефлектираат само оној дел од спектарот што одговара на нивната боја. Останатиот дел од спектарот на

2


белата светлина е абсорбиран од телата. На Сл. 1.3 е прикажано како коцка со сина боја е осветлена со бела светлина. Коцката рефлектира само сина светлина. Доколку сега коцката се осветли со црвена светлина, коцката ќе ја абсорбира истата а нема да има што да рефлектира. Според тоа коцката ќе изгледа дека е црна.

На овој начин се врши одземање (субтракција) на одредени бои (компоненти) од спектарот на светлината.

Сл. 1.3

1.3.2 Адитивен процес

Адитивниот процес на мешање се прави со истовремено проектирање на две или повеќе светлини со различна боја врз некоја површина. На овој начин боите се мешаат заедно т.е. суперпонираат. Вака осветлената површина со повеќе бои ќе биде обоена со боја различна од боите што се мешаат.

Претходно беше кажано дека белата светлина во својот спектар ги содржи сите бои видливи за окото. Ова значи дека ако сите тие бои се смешаат со исти интензитет ќе се добие бела боја. Експериментално е потврдено дека белата боја исто така може да се добие со мешање на светлосните зраци од само две бои. Овие две бои со чие мешање се добива белата светлина се викаат комплементарни бои. Пример комплементарни бои се сина и жолта, зелена и виолетова и.т.н.

Исто така потврдено е дека со мешање на црвената светлина, зелената светлина и сината светлина со соодветен интензитет може да се добие било која боја од видливиот спектар. Со мешање на овие три бои со исти интензитет се добива белата боја.

Според тоа: црвената - RED, зелената - GREEN и сината - BLUE (RGB) се основните (примарни) бои во колор телевизијата.

Со мешање на светлините со ист интензитет на две бои од основните се добиваат следните комбинации:

црвена + зелена жолта (YELLOW)

сина + зелена тиркизна (CYAN)

црвена + сина виолетова (MAGENTA)

Со мешање на сите три со ист интензитет:

црвена + зелена + сина бела (WHITE)

Од горните комбинации може да ги одредиме и комплементарните бои:

3


црвена + тиркизна бела

виолетова + зелена бела

сина + жолта бела

Може да се заклучи дека трите примарни бои (RGB) или две комплементарни се неопходни за добивање на белата боја. Сите други бои од видливиот спектар може да се добијат со соодветно мешање на примарните бои (RGB).

Како што се гледа од претходните комбинации, со мешање на црвена и зелена светлина со исти интензитет се добива жолта. Доколку само една светлина (црвената или зелената) се намали по интензитет, резултатот ќе биде жолта боја со црвенкаста или зеленкаста нијанса, зависно од односот на интензитетите на црвената и зелената компонента.

Ако сите три примарни бои се со различен интензитет и така се смешаат, ќе се добие боја која ќе има карактеристика на доминанатната примарна боја (онаа со најголем интензитет), како и соодветна нијанса на бело. Со други зборови ќе се добие незаситена боја.

Црната боја се добива со тотално отсуство на светлина за сите бранови должини (темница), или доколку телото што е осветлено ги абсорбира сите компоненти на светлината со кое што е осветлено (црно тело).

Ако три многу мали извори на светлина се доближани еден до друг и ги зрачат примарните бои (RGB), адитивниот процес на мешање практично настанува во окото. Ова е така затоа што на некое доволно големо растојание окото е неспособно да ги гледа трите мали извори одвоено, т.е. ги гледа како еден извор на светлина. Овој факт е искористен за да се репродуцира слика во боја во TV приемниците.

1.4 ПРИНЦИП НА РАБОТА НА КОЛОР TV КАМЕРА

На Сл. 1.4 наједноставно блоковски е прикажана колор TV камера. Светлосните зраци од кадарот што се снима поминуваат низ објективот кон останатиот дел кој е составен од: призма, огледала, три обоени оптички филтри (црвен, зелен и син) и три електронски цевки за анализа. Обоената светлина од кадарот што се снима истовремено паѓа врз сите три оптички филтри. Секој од нив ја пропушта соодветната компонента на светлината (црвена, зелена и сина). Елктронските цевки вршат анализа за секоја компонента соодветно (за анализа на сликата ќе стане збор покасно). На своите излези електронските цевки генерираат напони што одговараат на интензитетот на соодветната компонента т.е. боја. Така, за црвената боја се добива напонот , за зелената и за сината . Со други зборови електронските цевки вршат претворување на светлината во електричен сигнал т.е. во случајов напон. Односот помеѓу овие три напони ја одредува обоеноста, додека нивните апсолутни вредности ја одредуваат сјаноста на сликата.

1.4.1 Гама ( ) корекција

При репродукција на сликата во катодната цевка (екранот) на TV приемникот се јавува нелинеарна зависност помеѓу интензитетот на емитираната светлина од екранот и трите RGB напони добиени од камерата. Оваа нелинеарност предизвикува изобиличување на контрастот и нијансата на бојата во репродуцираната слика.

За да се избегнат овие изобиличувања потребно е да се изврши корекција врз напоните , и . Оваа корекција може да се изврши или во TV приемникот или во TV камерата. Бидејки бројот на TV приемници е многу поголем од бројот на

4


TV камери, корекцијата на , и се врши во TV камерата. На овој начин е смалена цената на чинење на TV приемниците.

Корекцијата на , и ја прават електронските кола наречени гама коректори. Тие врз , и применуваат нелинеарна операција инверзна (обратна) од претходно споменатата нелинеарната зависност во TV приемникот. Така се добиваат корегираните напони UR, UG и UB кои се пренесуваат понатаму.

Врската помеѓу UR, UG, UB и , , е следната:

Поради коефициентот (гама) оваа корекција е наречена гама корекција.

Сега во TV приемникот ќе постои нелинеарна зависност помеѓу интензитетот на емитираната светлина од екранот и напоните UR, UG и UB. Бидејки нелинеарната зависност на UR, UG и UB од , и е обратна од горната нелинеарна зависност, конечната зависност на емитираната светлина од напоните , и

ќе биде линеарна. На овој начин се избегнуваат изобиличувањата на контрастот и нијансата во репродуцираната слика.

Сл. 1.4

1.4.2 Временски графици на UR, UG и UB

Бидејки (како што ќе видиме понатаму) анализата на сликата во електронските цевки се врши по хоризонтални линии, напоните UR, UG и UB временски ќе се менуваат како што се менува содржината на сликата по хоризонтала. На пример доколку се снима слика која по хоризонтала на почетокот е бела, потоа жолта, тиркизна, зелена, виолетова, црвена, сина и на крајот црна, тогаш временските графици (облици) на UR, UG и UB ќе бидат како на Сл. 1.5.

При тоа претпоставено е дека сите овие бои се заситени. Како што се гледа на местото каде што сликата е жолта напоните UR и UG имаат максимална вредност Umax што одговара на потполна заситеност додека напонот UB има вредност 0V. Ова

5


е јасно со оглед на тоа што жолтата боја се добива со мешање на црвена и зелена боја. Со други зборови при субтрактивниот процес во камерата од жолтата светлина ќе бидат издвоени само црвена и зелена светлина но не и сина.

Сл. 1.5

1.4.3 Луминентен сигнал (Y сигнал)

Познато е дека на почетокот на развојот на телевизијата се вршел пренос и репродукција на црно-бела (монохроматска) TV слика. Со појавата на телевизијата во боја, се јавил проблем како колор TV камерата да генерира видео сигнал кој успешно ќе биде репродуциран од колор TV приемник (телевизор) но и од црно-бел TV приемник. Со други зборови сликата во боја што се снима да се репродуцира како црно-бела од црно-бел телевизор.

За разлика од сликата во боја кај црно-белата слика деталите се разликуваат само според нивната сјајност т.е. нијансата на сиво. Како што видовме колор TV камерата генерира три напони UR, UG и UB кои одговараат на интензитетот на светлинските зраци на трите основни бои. Од друга страна црно-белата TV камера генерира само еден напон кој одговара на сјајноста т.е. луминентноста на сликата. Овој напон е познат како луминентен сигнал т.е. Y сигнал и се означува со UY.

Со цел да се репродуцира црно-бела слика кога црно-бел телевизор прима колор видео сигнал, колор TV камерата покрај UR, UG и UB треба да генерира и напон UY т.е. Y сигнал кој ќе одговара на сјајноста на сликата.

Оваа врска помеѓу црно-белите TV системи и колор TV системите остварена со Y сигналот се нарекува компатибилност.

Кога црно-бел телевизор прима колор видео сигнал тогаш тој го користи само луминентниот сигнал UY. Според тоа UY генериран од колор TV камерата треба да е компатибилен со UY генериран од црно-бела TV камера. Значи, ако две камери од кои едната е колор а другата црно-бела снимаат исти кадар, тогаш UY генериран од колор камерата треба да е еднаков со UY генериран од црно-белата камера.

Колор TV камерата напонот UY го генерира со помош на Y матрицата. Вредноста на UY добиен на излез од Y матрицата директно зависи од вредностите на UR, UG и UB приклучени на нејзините влезови (Сл. 1.4).

Зависноста на UY од UR, UG и UB ќе ја одредиме со неколку примери.Нека се снима потполно бела слика (кадар) истовремено и со колор камера и

со црно-бела камера. Тогаш трите светлосни зраци што одговараат на трите

6


примарни бои (RGB) имаат ист интензитет. Поради тоа, трите напони UR, UG и UB

генерирани од колор TV камерата се еднакви и имаат 100% од дозволената напонска вредност т.е. Umax.

Единствениот напон UY што го генерира црно-белата TV камера ќе има исто така 100% од дозволената напонска вредност т.е. Umax.

Ако се земе дека напон Umax = 1V, тогаш колор TV камерата што снима бела слика ќе генерира три напони UR = UG = UB = 1V, додека црно-белата TV камера што снима бела слика ќе генерира само еден напон UY = 1V.

За да се оствари компатибилноста, Y матрицата на колор TV камерата треба да генерира напон UY кој ќе има вредност 1V кога се снима бела слика. Значи, ако влезните напони се UR = UG = UB = 1V излезниот напон треба да биде UY = 1V.

Очигледно е дека Y матрицата не врши едноставно сумирање на UR, UG и UB, бидејки во спротивно UY би бил 3V. Значи напоните UR, UG и UB прво се намалуваат (редуцираат) па потоа се сумираат. По некоја логика би се очекувало дека редуцирањето ќе биде по 1/3 за секој напон. Меѓутоа секоја боја кога се репродуцира од црно-бел телевизор окото треба да ја гледа како различна нијанса на сиво.

Пример ако два извори црвен и зелен зрачат светлина со еднаков интензитет окото таа еднаквост нема да ја забележи. Окото е поосетливо на зелена светлина одколку на црвена, па се добива впечаток дека зелениот извор зрачи поинтензивно. Бидејки интензитетот на двата извори е еднаков колор TV камерата ќе генерира еднакви напони UR и UG. Сега при репродукција на црно-бел телевизор двете бои ќе бидат со исто ниво на сјајност т.е. нијанса на сиво. Со други зборови кај црно-бела слика окото нема да ги разликуваат црвениот и зелениот извор на светлина. Затоа кај црно-бела слика црвениот извор треба да биде прикажан со потемна нијанса на сиво во однос на зелениот. Ова значи дека Y матрицата треба повеќе да го редуцира напонот UR а помалку UG.

Ако со a, b и c ги означиме коефициентите на редукција за UR, UG и UB, зависноста на UY од UR, UG и UB може да се напише со следната формула :

UY = aUR + bUG + cUB

Сл. 1.6Кога се снима бела слика UR = UG = UB = 1V тогаш треба и UY = 1V. Сега со

замена во горната равенка се добива: 1 = a1 + b1 + c1, односно:

7


a + b +c = 1

На Сл. 1.6 графички е прикажана кривата на осетливост на окото за различни бранови должини која е добиена експериментално. Може да се види дека осетливоста на окото V за основните бои (RGB) е најголема на зелената а најмала на сината светлина.

Ако ги прочитаме коефициентите на осетливост V за трите примарни бои од графикот на Сл.1.6 ќе добиеме V = 0.47 за R, V = 0.92 за G и V = 0.17 за B. Со сумирање на овие коефициенти се добива:

0.47 + 0.92 + 0.17 = 1.56

Ако сега последната равенка ја поделиме со 1.56 лево и десно се добива:

0.3 + 0.59 + 0.11 = 1

Имајки предвид дека a + b + c = 1 следува:

a = 0.3; b = 0.59; c = 0.11

Според тоа:

UY = 0.3UR + 0.59UG + 0.11UB

Значи, за да се добие компатибилен луминентен сигнал од колор TV камерата потребно е трите напони UR, UG и UB да се редуцираат со коефициенти 0.3, 0.59 и 0.11 соодветно а потоа да се сумираат. Овие операции Y матрицата ги прави едноставно со отпорничко разделничко коло, при што отпорниците RR, RG и RB треба да имаат соодветни вредности (Сл. 1.7).

Сл. 1.7

Заради едноставност во понатамошниот текст напоните UY , UR, UG и UB ќе ги означуваме со Y, R, G и B. Ова значи дека : Y = UY, R = UR, G = UG и B = UB. Според тоа може да ја напишеме следната равенка:

Y = 0.3R + 0.59G + 0.11BВредностите на Y сигналот за боите на спектарот се прикажани во Табела 1.1.

8


Табела 1.1

На Сл. 1.8 се прикажани временските графици на напоните 0.3R, 0.59G и 0.11B како и временскиот график на напонот Y за боите на спектарот. Под графиците е прикажана палета со нијансите на сиво што одговаараат на боите од спектарот. Сега јасно е дака црно-белиот TV приемник ќе емитира различна осветленост т.е. нијанса на сиво за секоја боја посебно.

Сл. 1.81.4.4 Колор-диферентни сигнали

БОЈАНАПОНИ НА КАМЕРАТА

R G B 0.3R + 0.59G + 0.11B

Y

БЕЛА 1 1 1 0.3 + 0.59 + 0.11 1.0ЖОЛТА 1 1 0 0.3 + 0.59 + 0.0 0.89ТИРКИЗНА 0 1 1 0.0 + 0.59 + 0.11 0.7ЗЕЛЕНА 0 1 0 0.0 + 0.59 + 0.0 0.59ВИОЛЕТОВА 1 0 1 0.3 + 0.0 + 0.11 0.41ЦРВЕНА 1 0 0 0.3 + 0.0 + 0.0 0.3СИНА 0 0 1 0.0 + 0.0 + 0.11 0.11ЦРНА 0 0 0 0.0 + 0.0 + 0.0 0.0

9


Со цел да се пренесат типичните карактеристики на бојата (нијанса и заситување), мора да се генерираат други помошни сигнали покрај Y сигналот.

Бидејки овие сигнали мора да ја содржат само обоеноста, Y сигналот се одзема (диференцира) од трите RGB сигнали што ги генерира камерата. Овие сигнали не ја содржат луминентноста и се наречени колор - диферентни сигнали.

Колор-диферентни сигнали се следните:

R - Y G - Y B - Y

Ако во овие равенки се замени равенката за Y се добива зависноста на колор-диферентните сигнали од примарните RGB сигнали, т.е. :

R - Y = R - (0.3R + 0.59G + 0.11B) = 0.7R - 0.59G - 0.11B

G - Y = G - (0.3R + 0.59G + 0.11B) = - 0.3R + 0.41G - 0.11B

B - Y = B - (0.3R + 0.59G + 0.11B) = - 0.3R - 0.59G + 0.89B

Сигналот Y и колор-диферернтните сигнали мора да се пренесат со цел да се изврши пренос на колор слика. Меѓутоа, доволно е да се пренесуваат само два од трите колор-диферентни сигнали, бидејки од горните три равенки и равенката за Y лесно се добива:

G - Y = - 0.51(R - Y) - 0.19(B - Y)

Од последната равенка се заклучува дека сигналот G - Y може да се добие од двата сигнали R - Y и B - Y. Ова значи дека покрај Y доволно е да се пренесуваат само сигналите R - Y и B - Y, додека на приемна страна G - Y лесно може да се добие од последните два сигнали.

1.4.5 Генерирање на R - Y и B - Y во колор TV камерата

Сигналите R - Y и B - Y ги генерира колор-диферентната матрица (Сл. 1.4). Блок шемата на оваа матрица е прикажана на Сл. 1.9. На влезот доаѓаат сигналите Y, R и B. Сигналот Y се инвертира со инверторот при што се добива -Y сигналот. Во горниот суматор се врши сумирање R + (-Y) при што се добива сигналот R - Y, а во долниот суматор се врши сумирање B + (-Y) при што се добива сигналот B - Y .

Сл. 1.9

10


Табела 1.2

Сл 1.10

Табела 1.3

Сл 1.11


R G B 0.7R - 0.59G - 0.11B R - YБЕЛА 1 1 1 0.7 - 0.59 - 0.11 0.0ЖОЛТА 1 1 0 0.7 - 0.59 - 0.0 0.11ТИРКИЗНА 0 1 1 0.0 - 0.59 - 0.11 - 0.7ЗЕЛЕНА 0 1 0 0.0 - 0.59 - 0.0 - 0.59ВИОЛЕТОВА 1 0 1 0.7 - 0.0 - 0.11 0.59ЦРВЕНА 1 0 0 0.7 - 0.0 - 0.0 0.7СИНА 0 0 1 0.0 - 0.0 - 0.11 - 0.11ЦРНА 0 0 0 0.0 - 0.0 - 0.0 0.0


R G B - 0.3R - 0.59G + 0.89B

B - Y

БЕЛА 1 1 1 - 0.3 - 0.59 + 0.89 0.0ЖОЛТА 1 1 0 - 0.3 - 0.59 + 0.0 - 0.89ТИРКИЗНА 0 1 1 0.0 - 0.59 + 0.89 0.3ЗЕЛЕНА 0 1 0 0.0 - 0.59 + 0.0 - 0.59ВИОЛЕТОВА 1 0 1 - 0.3 - 0.0 + 0.89 0.59ЦРВЕНА 1 0 0 - 0.3 - 0.0 + 0.0 - 0.3СИНА 0 0 1 0.0 - 0.0 + 0.89 0.89ЦРНА 0 0 0 0.0 - 0.0 + 0.0 0.0

11


Во Табела 1.2 се прикажани вредностите на R - Y а во Табела 1.3 вредностите на B - Y кои се добиваат за боите од спектарот. На графикот на Сл. 1.10 е прикажан временскиот облик на сигналот R - Y според Табела 1.2. а на графикот на Сл. 1.11 е прикажан временскиот облик на сигналот B - Y според Табела 1.3.

Подетално за сигналите R - Y и B - Y ќе стане збор во наредните теми.

ПРАШАЊА ЗА ПОВТОРУВАЊЕ

1. Што се случува кога ќе се осветли стаклена призма од едната страна, а од другата страна се постави бела површина ? Објасни зошто ?

2. Кои особини на светлината ги разликува човековото око ?

3. Кои сигнали се пренесуваат кај телевизијата во боја ?

4. Што е тоа субтрактивен процес ? Наведи еден пример.

5. Што е тоа адитивен процес ?

6. Што се тоа комплементарни бои ?

7. Кои се примарните бои во колор TV ?

8. Како од примарните бои се добива бела боја а како нијанса на сиво ?

9. Дадена е блок шема на колор TV камера (Сл. 1.4). Напиши ги составните делови.

10. Зошто е потребна гама корекција, каде се прави таа и како ?

11. Со кој сигнал се остварува компатибилност помеѓу колор TV и црно-бела TV и како се вика тој сигнал ?

12. Со помош на коефициентите 0.59, 0.3 и 0.11 и сигналите R, G и B напиши го изразот за Y сигналот. Зошто трите коефициенти не се еднакви ?

13. Кои се трите колор диферентни сигнали и со која цел се генерираат ?

14. Кои два колор диферентни сигнали се пренесуваат и зошто не се пренесува третиот ?

15. Зошто сигналите Y, R, G и B имаат секогаш позитивни вредности, а сигналите R - Y и B - Y имаат и позитивни и негативни вредности ?

12

Електронски склопови и уреди I - Вовед во ТВ

Documents

Transcript of Електронски склопови и уреди I - Вовед во ТВ