Televizní systém každé země určuje počet televizních kanálů ve frekvenčním pásmu UHF nebo VHF. Kanál se ve skutečnosti skládá ze dvou signálů: obrazová informace je přenášena pomocí amplitudové modulace na jedné frekvenci a zvuk je přenášen pomocí frekvenční modulace na frekvenci s pevným posunem (obvykle 4,5 až 6 MHz) od obrazového signálu.
Zvolené frekvence kanálů představují kompromis mezi tím, aby byla zajištěna dostatečná šířka pásma pro obraz (a tedy uspokojivé rozlišení obrazu), a tím, aby se do dostupného frekvenčního pásma vešel dostatek kanálů. V praxi se ke zmenšení odstupu kanálů používá technika zvaná vestigial sideband, která by při použití čistého AM činila téměř dvojnásobek šířky obrazového pásma.
Příjem signálu se vždy provádí prostřednictvím superheterodynního přijímače: prvním stupněm je tuner, který vybírá televizní kanál a frekvenčně jej posouvá na pevnou mezifrekvenci (IF). Zesilovač signálu provádí zesílení na stupně IF v rozsahu od mikrovoltů až po zlomky voltu.
Extrakce zvukuEdit
V tomto okamžiku se signál IF skládá z obrazového nosného signálu na jedné frekvenci a zvukového nosného signálu s pevným posunem. Demodulátor obnoví videosignál. Na výstupu téhož demodulátoru je také nová frekvenčně modulovaná nosná zvuku na offsetové frekvenci. V některých soupravách vyrobených před rokem 1948 byl tento signál odfiltrován a zvukový IF o frekvenci přibližně 22 MHz byl poslán do demodulátoru FM, aby se obnovil základní zvukový signál. V novějších soupravách byla tato nová nosná na offsetové frekvenci ponechána jako zvuk mezi nosnými a byla poslána do demodulátoru FM pro obnovení základního zvukového signálu. Jednou z konkrétních výhod mezonosného zvuku je, že při nastavení knoflíku jemného ladění na předním panelu se nosná frekvence zvuku nemění s laděním, ale zůstává na výše zmíněné offsetové frekvenci. V důsledku toho je snazší naladit obraz, aniž by došlo ke ztrátě zvuku.
Takto je nosná zvuku FM následně demodulována, zesílena a použita k pohonu reproduktoru. Až do nástupu systémů NICAM a MTS byly televizní zvukové přenosy vždy monofonní.
Struktura videosignáluUpravit
Video nosná je demodulována, čímž vzniká kompozitní videosignál; ten obsahuje jasový, chrominanční a synchronizační signál; je totožný s formátem videosignálu, který používají analogová video zařízení, jako jsou videorekordéry nebo kamery CCTV. Všimněte si, že modulace RF signálu je ve srovnání s běžným AM obrácená: minimální úroveň videosignálu odpovídá maximální amplitudě nosné a naopak. Aby byla zajištěna dobrá linearita (věrnost) odpovídající přijatelným výrobním nákladům vysílačů a přijímačů, nosná videosignálu se nikdy zcela nevypíná. Když byl později v roce 1948 vynalezen mezipřenosový zvuk, mělo nevypínání nosné úplně vedlejší účinek, který umožnil ekonomickou realizaci mezipřenosového zvuku.
Každý řádek zobrazeného obrazu je přenášen pomocí signálu, jak je uvedeno výše. Stejný základní formát (s drobnými rozdíly týkajícími se především časování a kódování barev) se používá pro televizní systémy PAL, NTSC a SECAM. Monochromatický signál je totožný s barevným s tím rozdílem, že nejsou přítomny prvky, které jsou ve schématu zobrazeny barevně (barevná vlna a chrominanční signál).
Přední porce je krátká (asi 1,5 mikrosekundy) perioda vložená mezi konec každého přenášeného řádku obrazu a náběžnou hranu dalšího řádkového synchronizačního impulsu. Jejím účelem bylo umožnit stabilizaci napěťových úrovní ve starších televizorech a zabránit tak rušení mezi řádky obrazu. Přední porce je první složkou intervalu horizontální mezery, která obsahuje také horizontální synchronizační impuls a zadní porci.
Zadní porce je část každého řádku snímání mezi koncem (vzestupnou hranou) horizontálního synchronizačního impulsu a začátkem aktivního obrazu. Používá se k obnovení referenční úrovně černé (300 mV) u analogového videa. Z hlediska zpracování signálu kompenzuje dobu poklesu a dobu ustálení následující po synchronizačním impulsu.
V barevných televizních systémech, jako jsou PAL a NTSC, zahrnuje tato perioda také signál colorburst. V systému SECAM obsahuje referenční subnosnou pro každý po sobě jdoucí barevný rozdílový signál za účelem nastavení nulové barevné reference.
V některých profesionálních systémech, zejména u satelitních spojů mezi lokalitami, je zvuk vložen do zadního portu videosignálu, aby se ušetřily náklady na pronájem druhého kanálu.
Extrakce monochromatického videosignáluEdit
Jasová složka kompozitního videosignálu se pohybuje mezi 0 V a přibližně 0,7 V nad úrovní „černé“. V systému NTSC se při přední a zadní vertikále používá úroveň slepého signálu a úroveň černého signálu 75 mV nad ní; v systémech PAL a SECAM jsou tyto úrovně shodné.
V monochromatickém přijímači je jasový signál zesílen pro řízení řídicí mřížky v elektronovém děle CRT. Tím se mění intenzita elektronového svazku, a tedy jas snímaného bodu. Ovládání jasu a kontrastu určuje stejnosměrný posun, resp. zesílení.
Extrakce barevného videosignáluEdit
Barevný signál zprostředkovává obrazovou informaci pro každou z červených, zelených a modrých složek obrazu (další informace najdete v článku o barevném prostoru). Ty se však nepřenášejí jednoduše jako tři samostatné signály, protože: takový signál by nebyl kompatibilní s monochromatickými přijímači (důležitý aspekt při zavádění barevného vysílání). Zabíral by také třikrát větší šířku pásma než stávající televize, což by vyžadovalo snížení počtu dostupných televizních kanálů. Kromě toho by typické problémy s přenosem signálu (například rozdílné úrovně přijímaného signálu mezi různými barvami) vyvolávaly nepříjemné vedlejší účinky.
Na místo toho se signály RGB převádějí do formy YUV, kde signál Y představuje světlost a tmavost (jas) barev v obraze. Protože vykreslení barev tímto způsobem je cílem černobílého (monochromatického) filmu i černobílých (monochromatických) televizních systémů, je signál Y ideální pro přenos jako signál jasu. Tím je zajištěno, že monochromatický přijímač zobrazí správný černobílý obraz, kde je daná barva reprodukována odstínem šedi, který správně odráží, jak světlá nebo tmavá je původní barva.
Signály U a V jsou signály „rozdílu barev“. Signál U je rozdíl mezi signálem B a signálem Y, známý také jako B minus Y (B-Y), a signál V je rozdíl mezi signálem R a signálem Y, známý také jako R minus Y (R-Y). Signál U pak vyjadřuje, jak je barva „purpurově modrá“ nebo její doplňková barva „žlutozelená“, a signál V, jak je barva „purpurově červená“ nebo její doplňková barva „zelenkavě azurová“. Výhodou tohoto schématu je, že signály U a V jsou nulové, pokud obrázek nemá žádný barevný obsah. Vzhledem k tomu, že lidské oko je citlivější na detaily v jasu než v barvě, lze signály U a V přenášet relativně ztrátovým způsobem (konkrétně: s omezením šířky pásma) s přijatelnými výsledky.
V přijímači může jediný demodulátor extrahovat aditivní kombinaci U plus V. Příkladem je demodulátor X používaný v demodulačním systému X/Z. Tento demodulátor může být použit i v případě, že se jedná o demodulační systém. V tomtéž systému druhý demodulátor, demodulátor Z, rovněž extrahuje aditivní kombinaci U plus V, ale v jiném poměru. Barevné rozdílové signály X a Z se dále maticují na tři barevné rozdílové signály: (R-Y), (B-Y) a (G-Y). Kombinace obvykle dvou, ale někdy i tří demodulátorů byly následující:
- (I) / (Q), (jak bylo použito v RCA CTC-2 z roku 1954 a v řadě RCA „Colortrak“ z roku 1985 a v Arvinu z roku 1954 a v některých profesionálních barevných monitorech v 90. letech),
- (R-Y) / (Q), jak bylo použito v 21palcovém barevném přijímači RCA z roku 1955,
- (R-Y) / (B-Y), používaný v prvním barevném přijímači na trhu (Westinghouse, nikoli RCA),
- (R-Y) / (G-Y), (používaný v šasi RCA Victor CTC-4),
- (R-Y) / (B-Y) / (G-Y),
- (X) / (Z), používaný v mnoha přijímačích z konce 50. a celých 60. let.
Nakonec dalším maticováním výše uvedených signálů barevné diference c až f vznikly tři signály barevné diference: (R-Y), (B-Y) a (G-Y).
Signály R, G, B v přijímači potřebné pro zobrazovací zařízení (CRT, plazmový displej nebo LCD displej) jsou elektronicky odvozeny maticováním takto: R je aditivní kombinace (R-Y) s Y, G je aditivní kombinace (G-Y) s Y a B je aditivní kombinace (B-Y) s Y. To vše se provádí elektronicky. Je vidět, že v procesu kombinování se část signálů Y s nízkým rozlišením vyruší, takže signály R, G a B jsou schopny vykreslit obraz s nízkým rozlišením v plných barvách. Části signálů Y s vyšším rozlišením se však neruší, a tak jsou stejně přítomny v signálech R, G a B, což vytváří detail obrazu s vyšším rozlišením (vyšším rozlišením) v monochromatickém provedení, ačkoli se lidskému oku jeví jako plnobarevný obraz s plným rozlišením.
V barevných systémech NTSC a PAL se U a V přenášejí pomocí kvadraturní amplitudové modulace subnosné. Tento druh modulace aplikuje dva nezávislé signály na jednu subnosnou s tím, že oba signály budou na přijímacím konci obnoveny nezávisle. Před přenosem se samotná subnosná odstraní z aktivní (viditelné) části videa a přesune se ve formě burstu do horizontální slepé části, která není přímo viditelná na obrazovce. (Více o burstu níže.)
Pro NTSC je subnosnou sinusová vlna o frekvenci 3,58 MHz. Pro systém PAL je to sinusová vlna o frekvenci 4,43 MHz. Po výše zmíněné kvadraturní amplitudové modulaci subnosné vznikají postranní pásma subnosné a samotná subnosná je z viditelné části videa odfiltrována, protože právě postranní pásma subnosné nesou veškerou informaci U a V a samotná subnosná nenese žádnou informaci.
Vzniklá postranní pásma subnosné jsou také známa jako „chroma“ nebo „chrominance“. Fyzikálně je tento chrominanční signál sinusová vlna o frekvenci 3,58 MHz (NTSC) nebo 4,43 MHz (PAL), která v reakci na měnící se hodnoty U a V mění fázi oproti subnosné a také mění amplitudu.
Jak se ukazuje, amplituda chromatičnosti (uvažujeme-li ji společně se signálem Y) představuje přibližnou sytost barvy a fáze chromatičnosti oproti subnosné jako referenci přibližně představuje odstín barvy. Pro konkrétní testovací barvy, které se nacházejí v testovacím barevném pruhovém obrazci, jsou někdy přesné amplitudy a fáze definovány pouze pro účely testování a řešení problémů.
Ačkoli v reakci na měnící se hodnoty U a V mění sinusovka chromatičnosti fázi vzhledem k subnosné, není správné říkat, že subnosná je jednoduše „fázově modulována“. Je to proto, že jediná sinusovka U testovacího signálu s QAM vytváří pouze jeden pár postranních pásem, zatímco skutečná fázová modulace by za stejných testovacích podmínek vytvářela více sad postranních pásem zabírajících větší frekvenční spektrum.
V NTSC má chromatická sinusovka stejnou průměrnou frekvenci jako frekvence subnosné. Přístroj pro analýzu spektra však ukazuje, že u přenášené chrominance má frekvenční složka na frekvenci subnosné ve skutečnosti nulovou energii, což ověřuje, že subnosná byla před přenosem skutečně odstraněna.
Tyto postranní frekvence se nacházejí v pásmu luminančního signálu, a proto se nazývají postranní pásma „subnosné“ namísto prostého postranního pásma „nosné“. Jejich přesné frekvence byly zvoleny tak, aby se (v případě NTSC) nacházely uprostřed mezi dvěma harmonickými opakovací frekvence snímku, čímž je zajištěno, že se většina výkonu luminančního signálu nepřekrývá s výkonem chrominančního signálu.
V britském systému PAL (D) je skutečná střední frekvence chrominance se stejnými dolními a horními postranními pásmy 4,43361875 MHz, což je přímý násobek frekvence snímací frekvence. Tato frekvence byla zvolena proto, aby se minimalizoval rušivý vzor chrominančních kmitů, který by byl viditelný v oblastech s vysokou sytostí barev v přenášeném obraze.
V určitých časech představuje chrominanční signál pouze signál U a o 70 nanosekund později (NTSC) chrominanční signál představuje pouze signál V. (To je dáno povahou procesu kvadraturní amplitudové modulace, který vytvořil chrominanční signál). Přibližně o 70 nanosekund později ještě -U a o dalších 70 nanosekund později -V.
Pro extrakci U se tedy využívá synchronní demodulátor, který využívá subnosnou ke krátkému gate (vzorkování) chromatického signálu každých 280 nanosekund, takže výstupem je pouze sled diskrétních impulzů, z nichž každý má amplitudu stejnou jako původní signál U v příslušném čase. Tyto impulsy jsou vlastně analogové vzorky signálu U v diskrétním čase. Impulsy se pak filtrují dolní propustí, takže se obnoví původní analogový signál U ve spojitém čase. V případě signálu V se každých 280 nanosekund na krátkou dobu přeruší chromatický signál subnosnou posunutou o 90 stupňů a zbytek procesu je totožný s procesem použitým pro signál U.
Při přerušení v jakémkoli jiném čase, než jsou výše uvedené časy, vznikne aditivní směs libovolných dvou signálů U, V, -U nebo -V. Jedna z těchto metod „mimo osu“ (tj. osy U a V) gatingu se nazývá I/Q demodulace. Dalším mnohem populárnějším schématem „mimo osu“ byl systém X/Z demodulace. Dalším maticováním se obnovily původní signály U a V. Toto schéma bylo ve skutečnosti nejoblíbenějším demodulačním schématem po celá 60. léta.
Výše uvedený postup využívá subnosnou. Jak však bylo uvedeno výše, byla před přenosem vymazána a přenáší se pouze chromatický signál. Proto musí přijímač subnosnou znovu vytvořit. Za tímto účelem se během zpětného porchování (re-trace blanking period) každého snímacího řádku vysílá krátká dávka subnosné, známá jako barevná dávka. Subnosný oscilátor v přijímači se uzamkne na tento signál (viz fázově uzamčená smyčka), aby se dosáhlo fázové reference, což vede k tomu, že oscilátor produkuje rekonstituovanou subnosnou.
(Druhým použitím burstu v dražších nebo novějších modelech přijímačů je reference pro systém AGC, který kompenzuje nedokonalosti chromatického zisku při příjmu.)
NTSC používá tento proces v nezměněné podobě. Bohužel to často vede ke špatné reprodukci barev v důsledku fázových chyb v přijímaném signálu, které jsou někdy způsobeny vícecestným přenosem, ale většinou špatnou implementací na straně studia. S příchodem polovodičových přijímačů, kabelové televize a digitálních studiových zařízení pro převod na analogový signál byly tyto problémy systému NTSC z velké části odstraněny a jedinou slabinou barevného podání systému NTSC zůstala chyba operátora na straně studia. V každém případě systém PAL D (zpoždění) většinou opravuje tyto druhy chyb obrácením fáze signálu na každém následujícím řádku a zprůměrováním výsledků pro dvojice řádků. Tohoto procesu se dosahuje použitím zpožďovacího řádku o délce 1H (kde H = frekvence horizontálního snímání). (Typický obvod používaný s tímto zařízením převádí nízkofrekvenční barevný signál na ultrazvuk a zpět). Chyby fázového posunu mezi po sobě jdoucími řádky se tedy vyruší a amplituda hledaného signálu se zvýší, když se dva fázové (shodné) signály znovu zkombinují.
NTSC je spektrálně účinnější než PAL a poskytuje více detailů obrazu při dané šířce pásma. Je to proto, že důmyslné hřebenové filtry v přijímačích jsou účinnější při kadenci barevné fáze 4 polí u NTSC ve srovnání s kadencí 8 polí u PAL. Nakonec však větší šířka kanálu většiny evropských systémů PAL stále dává jejich systémům PAL výhodu v přenosu většího množství detailů obrazu.
V televizním systému SECAM jsou signály U a V přenášeny na střídavých řádcích pomocí jednoduché frekvenční modulace dvou různých barevných subnosných.
V některých analogových barevných CRT displejích, počínaje rokem 1956, je signál řízení jasu (jas) přiváděn na katodové spoje elektronových děl a signály barevného rozdílu (signály chrominance) jsou přiváděny na spoje řídicích mřížek. Tato jednoduchá technika maticového míchání CRT byla v pozdějších polovodičových konstrukcích zpracování signálu nahrazena původní metodou maticového míchání použitou v barevných televizních přijímačích z let 1954 a 1955.