Färg-TV

färgstaplar på gammal tv

Det är traditionellt att ge fasansfulla översättningar för färgsystemets akronymer:

  • "Aldrig två gånger samma färg".
  • "Pictures At Last" (avser hur lång tid det tog för Europa att få färg-TV).
  • “Betala för extra lyx”
  • "System i huvudsak (helt?) i motsats till den amerikanska metoden".

NTSC

Alla analoga färg-TV-system är baserade på NTSC-systemet, som för sin tid var en briljant ingenjörskonst. Tanken bakom det var att för att sända färg-TV var det inte nödvändigt att sända separata kanaler med rött, grönt och blått. Tre kanaler är nödvändiga, eftersom våra ögon har tre typer av färgreceptorer, men dessa kan bestå av kombinationer av RG och B, så att en kanal motsvarar en monokrom bild, och de andra kanalerna talar om för TV:n hur man avviker från monokrom för att återskapa färg. Vi tar det för givet nu att en svartvit TV kan ställas in på en färgsignal, men de system som föreslagits före denna uppfinning var inte svartvita kompatibla.

Signalerna som används kallas Luminans (Y), (där Y= 0,59R + 0,3G + 0,11B, kombinationen som simulerar vitt ljus), och färgskillnaden RY och BY. Färgskillnadssignalerna tillsammans kallas Chrominance eller Chroma. Y-kanalen är helt enkelt modulerad till en monokrom TV-vågform, för att ge en svart-vit-kompatibel TV-signal, och färgen måste gå någon annanstans. Det självklara att göra med chroma är att lägga in den i ett par extra TV-kanaler bredvid den monokroma, men några smarta knep gör en sådan bandbreddsslösande strategi onödig. Den första observationen är att ögat är mindre känsligt för detaljer i färg (koncellseende) än det är i monokront (stavcellseende), så de två färgskillnadssignalerna kan reduceras i bandbredd så att de var och en bara behöver halva bredden av en TV-kanal (eller mindre). Så nu har vi anpassat färgsignalen i endast två monokroma TV-kanaler, men ännu bättre; två signaler kan klämmas in i utrymmet för en genom att använda ett schema som kallas Quadrature Amplitude Modulation (QAM) – metoden som används nuförtiden för att få stora (ish) mängder data att färdas genom telefonlinjer. Så nu är vi nere på en och en halv tv-kanal, men så kommer spöket efter gamle Jean Baptiste Fourier för att visa hur man får ihop det hela.

Om du tittar på spektrumet av en TV-signal, finner du att det inte är kontinuerligt, utan består av spikar, vid multiplar av linjeavsökningsfrekvensen. Var och en av spikarna har sidoband på sig, åtskilda med multiplar av bildhastigheten, men ramsidobanden är svaga jämfört med linjeövertonerna; och så spektrumet har i princip hundratals stora luckor i sig, var och en lätt tillräckligt stor för att passa en AM-radiostation. Chroma-signaler är också TV-signaler, så de har samma typ av spektrum, så tricket är att modulera chroma på en underbärvåg som sitter exakt halvvägs mellan två av spikarna i luminansspektrumet. På detta sätt kan chroma-signalen placeras precis i videobandet, och alla spikar i dess spektrum passar mellan luminansspikarna. Denna teknik kallas interleaving och resulterar i kombination med interlacing i en TV-vågform där underbärvågsfasen återgår till sin startpunkt efter fyra fält (2 bildrutor). Modern videobandinspelning var på väg att uppfinnas av en AM Poiniatoff (par EXcellance)*, med ekonomiskt stöd av Bing Crosby. RCA-ingenjörerna kanske inte visste det, men NTSC skulle visa sig vara "vänligt för elektronisk redigering".

För att få tillbaka krominanssignalerna ur TV-signalen, tog systemdesignerna till ett trick som kallas synkron demodulation, en metod som används av spektoskopister och andra för att återställa signaler begravda i brus. Det fanns dock ett litet problem, som var att underbäraren var synlig som små prickar på skärmen, och även om dagens färgrör var för grova för att återge dem, kunde de ses på svartvita uppsättningar. Lösningen var att använda ett trick som utvecklats för kortvågsradiokommunikation, vilket var att använda undertryckt bärvågsamplitudmodulering för kroma. Det kan låta förvånande, men bärarsignalen för en AM-radiosändning innehåller ingen information. Mycket sändareffekt kan sparas genom att utelämna den, så länge den sätts in i mottagaren igen innan demodulering. En kortvågsradio hade en bärvågsinsättningsoscillator eller beat-frequency oscillator (BFO) för detta ändamål. Operatören justerar helt enkelt inställningen för att få oscillatorn på rätt plats, et voila – signalen blir förståelig. Men för en QAM-signal och för synkron detektering måste både frekvensen och fasen för bärvågen återupprättas, så i NTSC sänds en liten referensskur av bärvåg strax före början av varje linje. Att använda QAM med undertryckt bärvåg var en lysande idé, eftersom det innebar att det inte heller fanns någon färgsignal i de områden av bilden där det inte fanns någon färg. Punktinterferensen reducerades sålunda avsevärt och begränsades effektivt endast till områden med hög färgmättnad.

NTSC uppnådde en respektabel 3:1 bandbreddskompression, i en tid då ventiler (vakuumrör) var den dominerande tekniken, och ingen hade ännu gjort en integrerad krets, än mindre ett DSP-chip. Det var också väldigt vågat, att använda alla analoga signalbehandlingsknep i boken; och för att täcka allt så fungerade det. Den är dock inte perfekt och lider av två märkbara defekter:

  1. När videosignalen är rik på frekvenser som ligger i färgkanalen läcker luminans in i färgavkodaren och ger upphov till psykedeliska effekter. Av denna anledning kommer rutor och pin-stripes alltid att vara omodernt i NTSC TV-studior (och PAL är i sig värre). Effekten kallas 'color fire' eller 'cross color' och kan elimineras med modern signalbehandlingsteknik. TV-apparaten har en "färgdödare"-krets för att förhindra att korsfärger visas på monokroma bilder, även om TV-företag nuförtiden tenderar att sabotera svartvita filmer genom att lämna färgskuren påslagen.
  2. När den sammansatta NTSC-signalen lider av distorsion i transmissionskedjan, är QAM-signalen skev i fas och nyansförskjutningar inträffar. En NTSC-TV måste ha en nyanskontroll för att få hudtoner att se rätt ut, men även detta kan inte fixa den ljusstyrkeberoende differentiella fasförvrängningen som ibland uppstår. NTSC visste om detta, och ett alternativt schema kallat Chroma Phase Alternation (CPA) föreslogs som en lösning. CPA baserades på observationen att om en av färgskillnadssignalerna (t.ex. RY) inverterades på alternativa fält, så skulle eventuella nyansfel på alternativa linjer i en sammanflätad ram vara lika och motsatt, och om du stod tillbaka från skärmen , skulle par av felaktigt färgade linjer i genomsnitt få rätt färg. Problemet var att om fasfelen var dåliga gav de bilden en flimrande 'persienneffekt', som kunde se mycket otäckare ut än ett enkelt nyansfel. NTSC beslutade att den marginella fördelen med CPA inte motiverade den extra komplexiteten.

KOMPIS

När det amerikanska NTSC-systemet nådde marknaden arbetade andra länder, särskilt i Europa, med sina system. I synnerhet arbetade ett team på Telefunken, under ledning av Dr Walter Brüch, på en genialisk modifiering av NTSC-systemet som innebar att invertera fasen för en av färgskillnadssignalerna på alternativa linjer. De kallade systemet PAL, som stod för Phase Alternating Line, eller något liknande. Problemet med PAL-metoden var att, om kromafasfelen var dåliga, gav de bilden en upprörande 'Venetian Blind'-effekt, som de kallade 'Hanover Bars', efter staden där effekten 'först' upptäcktes ( NTSC övervägde nästan säkert både linje- och fält-CPA – men skulle ha förkastat linjeversionen med motiveringen att den över en hel ram förvärrar persienneffekten genom att producera ett par linjer i en nyans följt av ett par linjer med annan). Lösningen var att göra ett medelvärde för nyansfelen elektroniskt, genom att ta TV-linjen som kommer in från luften och kombinera den med den föregående raden lagrad i ett analogt minne (un memoire). Det ursprungliga minnet var en enhet som kallas en "fördröjningslinje" (linje som i tråd eller kabel, inte TV-linje, även om den lagrade nästan exakt en TV-linje), en besvärlig och förlustfull samling spolar och kondensatorer utformade för att simulera tiden fördröjning av en mycket lång kabel. Detta ersattes snart av ett litet glasblock med två piezo-omvandlare limmade på – en ultraljudsfördröjningslinje.

PAL-varianten av NTSC behövde några justeringar för att göra den till en hållbar standard. Speciellt förvärrades punktinterferensen med en halvlinjefärgssubbärarförskjutning av fasinversionsprocessen, vilket fick prickarna att ställa sig vertikalt. Lösningen var att flytta underbärvågen till en position en fjärdedel av linjefrekvensen bort från en av linjeövertonerna (faktiskt 15625 x 283,75 + 25 Hz = 4,43361875 MHz). Detta är något av en kompromiss, eftersom interfolieringen inte är så bra. Detta minskar signal/brusförhållandet för den synkrona demoduleringsprocessen, förvärrar färgbrand och ger mycket mättade delar av bilden ett krypande utseende. Kvartslinjeförskjutningen, med sammanflätning, resulterar också i en underbärvåg som återgår till sin ursprungliga fas efter 8 fält (4 ramar), vilket utesluter exakt elektronisk redigering. Detta var dock ett litet pris att betala för möjligheten att ta patent ovanpå NTSC-systemet och använda dem för att kontrollera den europeiska marknaden. Poängen var dock inte att patentera överföringsstandarden, som i alla fall bara var NTSC-CPA-H, utan att patentera tekniken som användes i mottagaren.

Telefunken-teamet beskrev tre avkodningsmetoder för HCPA (förlåt, PAL), som de kallade PAL-S, PAL-D och PAL-N (N:et i det här fallet står för "nytt" och har ingenting att göra med TV-system N används i Sydamerika). PAL-S (enkel PAL), var "låt dem stå tillbaka tills Hannover-stängerna inte märks", som inte kunde patenteras på grund av NTSC:s tidigare teknik. PAL-D var den grundläggande fördröjningslinjemetoden och PAL-N eller 'Chrominance Lock' var en mer sofistikerad fördröjningslinjemetod som kunde spåra och avbryta differentiell fasförvrängning, utan förlusten av färgmättnad som uppstår med den grundläggande D metod. Telefunken patenterade fördröjningslinjemetoderna och använde dessa patent kraftfullt i ett försök att utesluta japanska TV-tillverkare från den europeiska marknaden. Följaktligen, tills PAL-patenten gick ut i mitten av 1970-talet, använde alla japanska TV-apparater i Europa antingen den äckliga PAL-S eller tillverkades av Sony.

I början av 1970-talet introducerade Sony en rad PAL Trinitron TV-apparater, som hade en nyanskontroll som en NTSC-apparat. Dessa var en frisk fläkt i jämförelse med dagens fruktansvärda Shadow-Mask-TV, och det var en ganska statussymbol att äga en. Färgavkodaren innehöll en fördröjningslinje. Telefunken stämde – och förlorade. De fruktade japanerna hade träffat på en tredje fördröjningslinjemetod, som var så djävulskt enkel att bara någon vars hjärna inte var mättad med pro-PAL-propaganda kunde se den. Sony använde minnet för att lagra en linje så att den kunde slänga alternativa linjer och behandla signalen som om den vore NTSC*. Om NTSC var så dåligt som det påstods vara, borde Sony ha översvämmats med klagomål; men som det var, om du ägde ett Trinitron-set på den tiden, kom folk hem till dig för att titta på det med dig, och TV-bolagen antog videomonitorversionerna som studiomonitorer (trots EIA-rörfosforen – det var ljusstyrka de ville ha). Det ironiska var att de mest kräsna TV-ägarna tittade på PAL som NTSC. Sony bytte till PAL-D-metoden när Telefunken-patenten gick ut och kände sig tvungna att ta fram en nyanskontroll för det, för att hålla i traditionen. Kontrollen gjorde inget användbart, det gav i princip användaren valet att ha Hannover-barer eller inte, och de släppte idén ganska snabbt.

SECAM

Det franska systemet är resultatet av en mycket relevant observation av Henri de France, dess uppfinnare; att om du ska använda ett dyrt minne för att avkoda signalen, så kan du lika gärna avstå från den besvärliga QAM och helt enkelt skicka RY och BY på alternativa linjer. Han kom därmed nära ett schema som kunde ha gett en uttalad förbättring i vilken miljö som helst (studio, redigering och sändning), men djävulen finns alltid i detaljerna. Det fanns två tekniskt genomförbara metoder, vid den tiden, för att extrahera signaler begravda under andra signaler: den ena var synkron demodulering och den andra var FM-fångsteffekten. Det är välkänt att FM-radiostationer är immuna mot impulsstörningar, och tanken var att använda detta knep för att göra färgkanalen immun mot luminanskanalen. Så mycket för korsfärg, men tyvärr är immuniteten inte ömsesidig. Du kan inte undertrycka en FM-bärare, så ett FM-SECAM-system har prickar i delar av bilden där det inte finns någon färg, och prickarna är inte relaterade till linjestrukturen. Följaktligen ger en SECAM-signal mycket dålig visning på en svartvit TV (vissa skulle rent ut säga att den inte är svartvitkompatibel), och det finns ytterligare problem med att bearbeta signalen i studion.

Studior som arbetar i NTSC eller PAL kan låsa alla sina kameror till en underbärarreferens. PAL-studior måste också låsa sina kameror till en linjeidentifieringsreferens, så att de alla producerar +(RY) eller -(RY)-linjer samtidigt. När detta är gjort går det att korstona mellan olika källor nästan lika lätt som om de vore monokroma. Detta är grundläggande studiopraxis, men det kan inte göras om underbärarna är FM. Om du blandar två FM-signaler tillsammans får du hemska störningar. Den uppenbara lösningen var att arbeta med en separat basbandskrominanskanal (du behöver bara en med SECAM), men den pragmatiska lösningen som många TV-bolag använde var att köpa PAL-utrustning och koda om till SECAM för slutlig distribution. Detta är dock inte det missförstånd som det kan tyckas, eftersom SECAM-signaler är mycket robusta i överföring. (Många tv-bolag använder förstås nu digitala system internt.)

Både PAL- och SECAM-systemen behöver sända en linjeidentifieringsreferens för att tala om för TV:n vilken typ av krominansinformation som kommer härnäst. I PAL-fallet görs detta genom att skifta fasen för underbärvågsreferensskuren. I SECAM-fallet görs detta genom att skicka en referensskur i det vertikala släckintervallet (SECAM-V) eller i det horisontella släckintervallet (SECAM-H). SECAM-V är det äldre av de två systemen, och signalen kan bära båda typerna av linjeidentifierare för övergångskompatibilitet med äldre uppsättningar. V-ident-signalen måste dock försvinna om TV-stationen vill sända undertexter eller text-TV.

S-video

Poängen med alla färg-TV-standarder är att de faktiskt var tänkta som överföringsstandarder. När du lägger till färginformationen till TV-signalen försämrar det alltid kvaliteten på den grundläggande monokroma bilden, så det finns egentligen ingen anledning att göra det om du inte måste skicka signalen med radio. Det tog ett tag för tillverkarna av videoutrustning att förstå denna punkt, men när de gjorde det kom de fram till S-Video. Innan dess var vi tvungna att arbeta med komposit CVBS (Chroma, Video, Blanking och Sync), eller separat RGB. S-Video (Separerad) är bara C och VBS i separata kablar, men annars exakt som de skulle ha varit i sammansatt form. Om du vill använda en monokrom videomonitor med en färgkamera, mata den med VBS-delen av S-Video, snarare än komposit, så får du en bild fri från underbärarprickar.

VHS-videoinspelning

Om du byter videoband i inhemskt format med människor i andra länder är plattformen av intresse nästan säkert VHS. Följande punkter är därför relevanta:

  1. Alla 525-linjers NTSC-maskiner använder samma inspelningsformat.
  2. Alla 625-linjers PAL-maskiner använder samma inspelningsformat.
  3. 525 line och 625 line VHS-maskiner använder samma skanningsgeometri, de roterar bara huvudena och matar bandet med olika hastigheter; så att de kan fås att spela upp främmande band om tillverkaren beslutar att inkludera anläggningen. Detta har lett till utvecklingen av speciella hybridfärgsignaler (se nästa avsnitt) som kan lura en TV att arbeta med fel linjestandard.
  4. Alla SECAM-inspelningar är inte desamma.

Videobandspelare omvandlar luminanssignalen till FM och spelar in den som diagonala ränder på bandet, ett fält i taget. Mängden tejp som matas framåt när varje remsa skrivs beror på tjockleken på huvudet och hastigheten med vilken trumman roterar, vilket är anledningen till att 625 (E) och 525 (T) kassetter har olika längder på tejp för en given tidslängd. Krominansen separeras för inspelning och flyttas till ett subband under luminansen, vid cirka 650KHz. PAL- och NTSC-inspelare använder ett okomplicerat heterodyningssystem för att flytta ner färgen och flytta tillbaka den vid uppspelning genom att använda en snabb VCO (spänningskontrollerad oscillator), som justeras genom att jämföra burstsignalerna mot en lokal 3,58 eller 4,43MHz referens. VCO-systemet ger alltså en tidsbaskorrigering till kromatografin och skyddar den känsliga fasinformationen mot det mekaniska systemets nycker (dvs wow och fladder). Det finns dock vanligtvis ingen motsvarande tidsbaskorrigering för luminansen, så diagonala inspelningar har alltid något vingliga kanter på alla vertikaler i bilden. Detta problem kan lösas genom att mata videosignalen genom en box som kallas en Timebase Corrector (TBC). Vissa exklusiva S-VHS-spelare har en TBC inbyggd.

SECAM kan spelas in på standard VHS på ett av två sätt. Det kan antingen heterodynas ner och tillbaka; eller eftersom det är FM kan det behandlas som en sträng av pulser, dividerat med fyra för att få ner det till subbandet och multiplicerat med fyra för att få tillbaka det. Dela med fyra-metoden är vanligast. Den heterodyna metoden kallas MESECAM (som jag tror står för 'Mellanöstern'). S-VHS-inspelare använder dock inte någon av dessa metoder; de kodar om till PAL för inspelning och omkodar tillbaka till SECAM för uppspelning; vilket innebär att S-VHS är kompatibel i alla 625-linjers PAL- och SECAM-länder (men tyvärr inte väletablerat som ett inhemskt VTR-format).

Hybrid uppspelningsstandarder

NTSC-4.43, PAL-525 och NTSC 625

Dessa är inte överföringsstandarder, även om de kommer från RF-modulatorer. De används för att göra det möjligt för vissa videobandspelare att spela upp band med fel linjestandard. De utnyttjar alla det faktum att 625- och 525-linjesystemen har liknande linjefrekvenser (15625 vs 15734Hz) Så en bildskärm eller TV kan vanligtvis synkronisera till båda, med en liten justering av det vertikala hållet för att kompensera skillnaden mellan 50 och 59,94Hz . Syftet med hybridstandarden är att få färgen att fungera också.


NTSC-4.43 dök upp på 1970-talet, som ett sätt att göra det möjligt för Sony U-Matic PAL-videobandspelare att spela upp 525 rader NTSC-band. Återgivningskvaliteten är utmärkt, men systemet kräver en speciell typ av monitor.
PAL-525 (Mitsubishi och andra), involverar omkodning av NTSC-signalen som PAL, på en 4,43 MHz underbärvåg. Detta fungerar med nästan alla 625-linjers monitorer eller TV, men avkodarens fördröjningslinje är 0,44 mikrosekunder längre än de faktiska linjerna, och detta orsakar avkodningsfel vid färggränser i bilden. Resultaten är ändå generellt acceptabla.


NTSC-625 är en enkel fråga om att avkoda PAL-signalerna och koda om som NTSC-3.58. Det finns inga inneboende problem förutom att kromainterleavingen inte är optimal – vilket inte spelar någon roll förutsatt att S-Video används för länken mellan VTR och monitor.

Källa: http://www.camerasunderwater.info/engineering/tv_stds/colortv.html

Liknande inlägg