Sistemul de televiziune din fiecare țară va specifica un număr de canale de televiziune în gama de frecvențe UHF sau VHF. Un canal constă, de fapt, din două semnale: informația de imagine este transmisă prin modulație de amplitudine pe o frecvență, iar sunetul este transmis prin modulație de frecvență pe o frecvență cu un decalaj fix (de obicei 4,5-6 MHz) față de semnalul de imagine.
Frecvențele canalelor alese reprezintă un compromis între a permite o lățime de bandă suficientă pentru video (și, prin urmare, o rezoluție satisfăcătoare a imaginii) și a permite ca suficiente canale să fie împachetate în banda de frecvență disponibilă. În practică, pentru a reduce spațierea canalelor se utilizează o tehnică numită bandă laterală vestigială, care ar fi de aproape două ori mai mare decât lățimea de bandă video dacă s-ar utiliza AM pur.
Recepția semnalului se face invariabil prin intermediul unui receptor superheterodină: primul etaj este un tuner care selectează un canal de televiziune și îl deplasează în frecvență la o frecvență intermediară (IF) fixă. Amplificatorul de semnal realizează amplificarea etajelor IF de la microvolți până la fracțiuni de volt.
Extragerea sunetuluiEdit
În acest moment, semnalul IF este format dintr-un semnal purtător video la o frecvență și purtătorul de sunet la un decalaj fix. Un demodulator recuperează semnalul video. De asemenea, la ieșirea aceluiași demodulator se află o nouă purtătoare de sunet modulată în frecvență la frecvența de decalaj. La unele aparate fabricate înainte de 1948, aceasta era filtrată, iar FI-ul de sunet de aproximativ 22 MHz era trimis la un demodulator FM pentru a recupera semnalul sonor de bază. La aparatele mai noi, această nouă purtătoare la frecvența de decalaj a fost lăsată să rămână ca sunet interpurtătoare și a fost trimisă la un demodulator FM pentru a recupera semnalul sonor de bază. Un avantaj deosebit al sunetului interpurtătoare este că, atunci când se reglează butonul de reglare fină de pe panoul frontal, frecvența purtătoare a sunetului nu se modifică odată cu reglarea, ci rămâne la frecvența de compensare menționată mai sus. În consecință, este mai ușor de acordat imaginea fără a pierde sunetul.
Atunci, purtătoarea de sunet FM este demodulată, amplificată și utilizată pentru a acționa un difuzor. Până la apariția sistemelor NICAM și MTS, transmisiile de sunet de televiziune erau invariabil monofonice.
Structura unui semnal videoEdit
Portătoarea video este demodulată pentru a obține un semnal video compozit; acesta conține luminanță, crominanță și semnale de sincronizare; acesta este identic cu formatul semnalului video utilizat de dispozitivele video analogice, cum ar fi videorecorderele sau camerele CCTV. Rețineți că modularea semnalului RF este inversată față de AM convențional: nivelul minim al semnalului video corespunde amplitudinii maxime a purtătoarei, și invers. Pentru a asigura o bună liniaritate (fidelitate), în concordanță cu costurile de fabricație accesibile ale emițătoarelor și receptoarelor, purtătoarea video nu este niciodată închisă complet. Atunci când, mai târziu, în 1948, a fost inventat sunetul între purtătoare, faptul de a nu opri complet purtătoarea a avut ca efect secundar faptul că a permis implementarea economică a sunetului între purtătoare.
Care linie a imaginii afișate este transmisă cu ajutorul unui semnal așa cum se arată mai sus. Același format de bază (cu diferențe minore legate în principal de sincronizare și codificarea culorilor) este utilizat pentru sistemele de televiziune PAL, NTSC și SECAM. Un semnal monocrom este identic cu unul color, cu excepția faptului că elementele prezentate în culori în diagramă (explozia de culoare și semnalul de crominanță) nu sunt prezente.
Porțiunea din față este o perioadă scurtă (aproximativ 1,5 microsecunde) inserată între sfârșitul fiecărei linii de imagine transmisă și marginea de atac a impulsului de sincronizare a liniei următoare. Scopul său era de a permite stabilizarea nivelurilor de tensiune în televizoarele mai vechi, prevenind interferențele între liniile de imagine. Porțiunea frontală este prima componentă a intervalului de ștergere orizontală, care conține, de asemenea, impulsul de sincronizare orizontală și porțiunea din spate.
Porțiunea din spate este porțiunea fiecărei linii de scanare dintre sfârșitul (frontul ascendent) al impulsului de sincronizare orizontală și începutul imaginii video active. Acesta este utilizat pentru a restabili referința nivelului de negru (300 mV) în video analogic. În termeni de procesare a semnalului, compensează timpul de cădere și timpul de stabilizare care urmează impulsului de sincronizare.
În sistemele de televiziune color, cum ar fi PAL și NTSC, această perioadă include, de asemenea, semnalul colorburst. În sistemul SECAM, conține subpurtătoarea de referință pentru fiecare semnal consecutiv de diferență de culoare, pentru a stabili referința de culoare zero.
În unele sisteme profesionale, în special legăturile prin satelit între locații, semnalul audio este încorporat în porțiunea din spate a semnalului video, pentru a economisi costul închirierii unui al doilea canal.
Extracția semnalului video monocromEditură
Componenta de luminanță a unui semnal video compozit variază între 0 V și aproximativ 0,7 V deasupra nivelului „negru”. În sistemul NTSC, există un nivel al semnalului de ștergere utilizat în timpul porțiunii din față și din spate și un nivel al semnalului negru de 75 mV deasupra acestuia; în PAL și SECAM acestea sunt identice.
Într-un receptor monocrom semnalul de luminanță este amplificat pentru a comanda grila de control din tunul de electroni al tubului cu raze catodice. Aceasta modifică intensitatea fasciculului de electroni și, prin urmare, luminozitatea spotului care este scanat. Comenzile de control al luminozității și contrastului determină deplasarea și, respectiv, amplificarea DC.
Extracția semnalului video colorEdit
În schimb, semnalele RGB sunt convertite în forma YUV, unde semnalul Y reprezintă luminozitatea și întunericul (luminanța) culorilor din imagine. Deoarece redarea culorilor în acest mod este obiectivul atât al filmelor alb-negru (monocrome), cât și al sistemelor de televiziune alb-negru (monocrome), semnalul Y este ideal pentru a fi transmis ca semnal de luminanță. Acest lucru asigură că un receptor monocrom va afișa o imagine corectă în alb-negru, unde o anumită culoare este reprodusă printr-o nuanță de gri care reflectă corect cât de deschisă sau închisă este culoarea originală.
Semnalul U și V sunt semnale de „diferență de culoare”. Semnalul U este diferența dintre semnalul B și semnalul Y, cunoscut și sub numele de B minus Y (B-Y), iar semnalul V este diferența dintre semnalul R și semnalul Y, cunoscut și sub numele de R minus Y (R-Y). Semnalul U reprezintă atunci cât de „albastru-violet” sau complementară „verde-gălbui-verde” este culoarea, iar semnalul V cât de „roșu-violet” sau complementară „verde-cian” este culoarea. Avantajul acestei scheme este că semnalele U și V sunt zero atunci când imaginea nu are conținut de culoare. Deoarece ochiul uman este mai sensibil la detalii în luminanță decât în culoare, semnalele U și V pot fi transmise într-un mod relativ cu pierderi (mai exact: cu o lățime de bandă limitată) cu rezultate acceptabile.
În receptor, un singur demodulator poate extrage o combinație aditivă de U plus V. Un exemplu este demodulatorul X utilizat în sistemul de demodulare X/Z. În același sistem, un al doilea demodulator, demodulatorul Z, extrage, de asemenea, o combinație aditivă de U plus V, dar într-un raport diferit. Semnalele de diferență de culoare X și Z sunt matriceate ulterior în trei semnale de diferență de culoare, (R-Y), (B-Y) și (G-Y). Combinațiile de obicei două, dar uneori și trei demodulatoare au fost:
- (I) / (Q), (așa cum se utilizează în 1954 RCA CTC-2 și în seria RCA „Colortrak” din 1985, și Arvin din 1954, precum și în unele monitoare color profesionale din anii 1990),
- (R-Y) / (Q), așa cum se utilizează în 1955 la receptorul color RCA de 21 inch,
- (R-Y) / (B-Y), folosit în primul receptor color de pe piață (Westinghouse, nu RCA),
- (R-Y) / (G-Y), (așa cum a fost folosit în șasiul RCA Victor CTC-4),
- (R-Y) / (B-Y) / (G-Y),
- (X) / (Z), așa cum a fost folosit în multe receptoare de la sfârșitul anilor ’50 și pe parcursul anilor ’60.
În cele din urmă, matricerea ulterioară a semnalelor de diferență de culoare de mai sus, de la c la f, a dat cele trei semnale de diferență de culoare, (R-Y), (B-Y) și (G-Y).
Semnalele R, G, B din receptor necesare pentru dispozitivul de afișare (CRT, afișaj cu plasmă sau afișaj LCD) sunt derivate electronic prin matricere după cum urmează: R este combinația aditivă a lui (R-Y) cu Y, G este combinația aditivă a lui (G-Y) cu Y, iar B este combinația aditivă a lui (B-Y) cu Y. Toate acestea se realizează în mod electronic. Se poate observa că, în procesul de combinare, porțiunea de joasă rezoluție a semnalelor Y se anulează, lăsând semnalele R, G și B capabile să redea o imagine de joasă rezoluție în culori complete. Cu toate acestea, porțiunile de rezoluție mai mare ale semnalelor Y nu se anulează și, prin urmare, sunt prezente în mod egal în R, G și B, producând detaliile imaginii de înaltă definiție (rezoluție mai mare) în monocromie, deși apare pentru ochiul uman ca o imagine în culori și cu rezoluție completă.
În sistemele color NTSC și PAL, U și V sunt transmise prin utilizarea modulației de amplitudine în cuadratură a unei subpurtătoare. Acest tip de modulație aplică două semnale independente la o subpurtătoare, în ideea că ambele semnale vor fi recuperate independent la capătul de recepție. Înainte de transmisie, subpurtătoarea însăși este eliminată din porțiunea activă (vizibilă) a imaginii video și este mutată, sub formă de rafală, în porțiunea de ștergere orizontală, care nu este direct vizibilă pe ecran. (Mai multe despre burst mai jos.)
Pentru NTSC, subpurtătoarea este o undă sinusoidală de 3,58 MHz. Pentru sistemul PAL, aceasta este o undă sinusoidală de 4,43 MHz. După modularea în cvadratură a amplitudinii subpurtătoarei, menționată mai sus, se produc benzile laterale ale subpurtătoarei, iar subpurtătoarea însăși este filtrată din porțiunea vizibilă a imaginii video, deoarece benzile laterale ale subpurtătoarei sunt cele care transportă toate informațiile U și V, iar subpurtătoarea însăși nu transportă nicio informație.
Benzile laterale ale subpurtătoarei rezultate sunt, de asemenea, cunoscute ca „croma” sau „crominanță”. Din punct de vedere fizic, acest semnal de crominanță este o undă sinusoidală de 3,58 MHz (NTSC) sau 4,43 MHz (PAL) care, ca răspuns la schimbarea valorilor U și V, își schimbă faza în comparație cu subpurtătoarea și, de asemenea, își schimbă amplitudinea.
Așa cum se pare, amplitudinea chroma (atunci când este considerată împreună cu semnalul Y) reprezintă saturația aproximativă a unei culori, iar faza chroma față de subpurtătoare ca referință reprezintă aproximativ nuanța culorii. Pentru anumite culori de test care se regăsesc în tiparul barei de culori de test, amplitudinile și fazele exacte sunt uneori definite doar în scopuri de testare și de depanare.
Deși, ca răspuns la schimbarea valorilor U și V, unda sinusoidală chroma își schimbă faza în raport cu subpurtătoarea, nu este corect să spunem că subpurtătoarea este pur și simplu „modulată în fază”. Acest lucru se datorează faptului că un singur semnal de test sinusoidal U cu QAM produce doar o singură pereche de benzi laterale, în timp ce o modulație de fază reală în aceleași condiții de testare ar produce mai multe seturi de benzi laterale care ocupă un spectru de frecvențe mai mare.
În NTSC, sinusoida de crominanță are aceeași frecvență medie ca frecvența subpurtătoarei. Dar un instrument analizor de spectru arată că, pentru crominanța transmisă, componenta de frecvență la frecvența subpurtătoarei este de fapt de energie zero, ceea ce verifică faptul că subpurtătoarea a fost într-adevăr eliminată înainte de transmisie.
Aceste frecvențe de bandă laterală se află în banda semnalului de luminanță, motiv pentru care sunt numite benzi laterale „subpurtătoare” în loc de simple benzi laterale „purtătoare”. Frecvențele lor exacte au fost alese astfel încât (pentru NTSC), ele se află la jumătatea distanței dintre două armonice ale frecvenței de repetiție a cadrelor, asigurându-se astfel că majoritatea puterii semnalului de luminanță nu se suprapune cu puterea semnalului de crominanță.
În sistemul britanic PAL (D), frecvența centrală reală a crominanței, cu benzi laterale inferioare și superioare egale, este de 4,43361875 MHz, un multiplu direct al frecvenței ratei de scanare. Această frecvență a fost aleasă pentru a minimiza modelul de interferență a bătăilor de crominanță care ar fi vizibil în zonele de saturație ridicată a culorilor din imaginea transmisă.
În anumite momente, semnalul de crominanță reprezintă doar semnalul U, iar 70 de nanosecunde (NTSC) mai târziu, semnalul de crominanță reprezintă doar semnalul V. (Aceasta este natura procesului de modulație de amplitudine în cvadratură care a creat semnalul de crominanță). Aproximativ 70 de nanosecunde mai târziu încă, -U, și alte 70 de nanosecunde, -V.
Atunci, pentru a extrage U, se utilizează un demodulator sincron, care folosește subpurtătoarea pentru a porni scurt (eșantiona) cromatica la fiecare 280 de nanosecunde, astfel încât ieșirea este doar un tren de impulsuri discrete, fiecare având o amplitudine care este aceeași cu semnalul original U la momentul corespunzător. De fapt, aceste impulsuri sunt eșantioane analogice discrete în timp ale semnalului U. Impulsurile sunt apoi filtrate cu trecere joasă, astfel încât se recuperează semnalul analogic original U în timp continuu. Pentru V, o subpurtătoare decalată la 90 de grade pornește semnalul cromatic la fiecare 280 de nanosecunde, iar restul procesului este identic cu cel utilizat pentru semnalul U.
Pentru V, o subpurtătoare decalată la 90 de grade pornește pe scurt semnalul cromatic la fiecare 280 de nanosecunde, iar restul procesului este identic cu cel utilizat pentru semnalul U.
Pentru V, la orice alt moment decât cele menționate mai sus, se va obține un amestec aditiv din oricare două dintre U, V, -U sau -V. Una dintre aceste metode de gating „în afara axei” (adică a axelor U și V) se numește demodulare I/Q. O altă schemă „în afara axei”, mult mai populară, a fost sistemul de demodulare X/Z. Matrizarea ulterioară a recuperat semnalele originale U și V. Această schemă a fost, de fapt, cea mai populară schemă de demodulare de-a lungul anilor ’60.
Procesul de mai sus folosește subpurtătoarea. Dar, așa cum s-a menționat anterior, aceasta a fost ștearsă înainte de transmisie și este transmisă doar cromatica. Prin urmare, receptorul trebuie să reconstituie subpurtătoarea. În acest scop, o scurtă rafală a subpurtătoarei, cunoscută sub numele de rafală de culoare, este transmisă în timpul porțiunii din spate (perioada de ștergere a retrecerii) a fiecărei linii de scanare. Un oscilator de subpurtătoare din receptor se blochează pe acest semnal (a se vedea bucla cu blocare de fază) pentru a obține o referință de fază, rezultând că oscilatorul produce subpurtătoarea reconstituită.
(O a doua utilizare a exploziei în modelele de receptoare mai scumpe sau mai noi este o referință pentru un sistem AGC pentru a compensa imperfecțiunile de câștig cromatic la recepție.)
NTSC utilizează acest proces nemodificat. Din păcate, acest lucru duce adesea la o reproducere slabă a culorilor din cauza erorilor de fază din semnalul recepționat, cauzate uneori de multipath, dar mai ales de o implementare deficitară la capătul studioului. Odată cu apariția receptoarelor cu semiconductori, a televiziunii prin cablu și a echipamentelor digitale de studio pentru conversia la un semnal analogic transmis prin eter, aceste probleme NTSC au fost în mare parte rezolvate, lăsând eroarea operatorului de la capătul studioului ca singura slăbiciune a sistemului NTSC în ceea ce privește redarea culorilor. În orice caz, sistemul PAL D (delay) corectează în mare parte aceste tipuri de erori prin inversarea fazei semnalului pe fiecare linie succesivă și prin calcularea mediei rezultatelor pe perechi de linii. Acest proces se realizează prin utilizarea unei linii de întârziere cu durata de 1H (unde H = frecvența de scanare orizontală). (Un circuit tipic utilizat cu acest dispozitiv convertește semnalul color de joasă frecvență în ultrasunete și invers). Prin urmare, erorile de defazaj între liniile succesive sunt anulate, iar amplitudinea semnalului dorit este crescută atunci când cele două semnale în fază (coincidente) sunt recombinate.
NTSC este mai eficient din punct de vedere spectral decât PAL, oferind mai multe detalii de imagine pentru o lățime de bandă dată. Acest lucru se datorează faptului că filtrele pieptene sofisticate din receptoare sunt mai eficiente cu cadența de fază a culorilor de 4 câmpuri a NTSC, comparativ cu cadența de 8 câmpuri a PAL. Cu toate acestea, în cele din urmă, lățimea mai mare a canalelor din cele mai multe sisteme PAL din Europa oferă totuși sistemelor lor PAL avantajul de a transmite mai multe detalii ale imaginii.
În sistemul de televiziune SECAM, U și V sunt transmise pe linii alternative, folosind o simplă modulație de frecvență a două subpurtătoare de culoare diferite.
În unele afișaje CRT color analogice, începând cu 1956, semnalul de control al luminozității (luminanță) este alimentat la conexiunile catodice ale tunurilor de electroni, iar semnalele de diferență de culoare (semnale de crominanță) sunt alimentate la conexiunile grilelor de control. Această tehnică simplă de amestecare a matricei CRT a fost înlocuită în proiectele ulterioare de procesare a semnalului în stare solidă cu metoda originală de matricere utilizată la receptoarele TV color din 1954 și 1955.