Что принято в России как стандарт: PAL, SECAM, NTSC? Телевизионные стандарты NTSC PAL SECAM D2-MAC

Системы NTSC, PAL, SECAM

Как известно, люди разных национальностей говорят на разных языках. Так и с появлением цветного телевидения возникли "языки телевидения", то есть системы цветного телевидения. Их всего три NTSC, PAL и SECAM. Система NTSC получила распространение в странах с частотой сети переменного тока 60 Гц (США, Япония), системы PAL и SECAM - в странах с частотой сети переменного тока 50 Гц. Соответственно и частота вертикальной развертки (частота полей) была выбрана таким образом, чтобы уменьшить заметность помех от электропроводки первичной сети: для NTSC - 60 Гц, для PAL и SECAM - 50 Гц.

Как только были разработаны различные системы цветного телевидения, появилась необходимость в переводе видеоматериалов из одной системы в другую - транскодировании, а если говорить о транскодировании из системы 50 Гц в 60 Гц или наоборот - преобразовании стандарта.

Основой аналогового цветного телевидения является ПЦТС - полный цветной телевизионный сигнал (или композитный видеосигнал), который содержит информацию о яркости и цветности. В англоязычной литературе для его обозначения применяются аббревиатуры CCVBS и CCVS (каждая фирма называет сигнал по-своему и каждая считает, что она права).

Известно, что любой цвет можно получить, "включив" в нужной пропорции красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) источники света (или сокращенно RGB). Их называют основными цветами для аддитивного синтеза цвета. Из маленьких RGB-элементов состоит телевизионный экран. Но не RGB-сигналы были выбраны для передачи цветного телевещания. Вместо них в основу всех систем легла передача сигналов яркости Y и цветоразностных сигналов U и V. Строго говоря, для каждой системы цветоразностные сигналы имеют собственные буквенные обозначения, например, для PAL - V и U, для NTSC - I и Q, для SECAM - Dr и Db. Но, как правило, все оригинальные статьи по телевизионному оборудованию, микросхемам, и т.п. используют термин RGB для обозначения сигналов основных цветов и YUV - для цветоразностных сигналов. Сигналы RGB и YUV взаимосвязаны однозначной зависимостью (системой уравнений), которая называется матрицей. Выглядит она следующим образом:

	R	G	B
Y	0,299	0,587	0,114
R-Y	0,701	0,587	0,114
B-Y	0,299	0,587	0,114

Причем множители (нормирующие коэффициенты) для U и V в каждой системе различны:
PAL: V = 0,877 (R-Y), U = 0,493 (B-Y);
NTSC: I = V cos 33° - U sin 33°, Q = V sin 33° + U cos 33°;
SECAM: Dr = -1,9 х (R-Y), Db = 1,5 х (B-Y).

Так почему же никто из разработчиков телевизионных систем не пошел по, казалось бы, естественному пути и не начал передавать сигналы основных цветов RGB? На это есть несколько причин, но главных, пожалуй, две:

Во-первых, системы цветного телевидения должны оставаться совместимыми с исходными системами черно-белого телевидения, чтобы по черно-белому телевизору можно было нормально (или почти нормально) смотреть передачи, транслируемые в цветном изображении;

Во-вторых, система цветного телевидения не должна была требовать для трансляции более широкой полосы частот, чем исходная система черно-белого телевидения.

Как же удалось передать дополнительно информацию о цвете, не расширяя полосу пропускания видеосигнала (то есть не увеличивая количество передаваемой информации)? Возможно ли это? Строго говоря - нет. Каждая система цветного телевидения представляет собой образец более или менее удачного компромисса между уступками в качестве передачи сигнала яркости и выигрышем от умелого использования полученной полосы пропускания для передачи сигнала цветности. Очевидно, что ПЦТС должен нести информацию о яркости и цветности. Но если для введения цветоразностных сигналов просто сложить Y, U и V, то разделить их в дальнейшем будет невозможно. Главная задача - без взаимных помех смешать сигналы яркости и цветности и без ошибки разделить их. Но по какому признаку можно отличить в видеосигнале яркость от цветности?

Решить эту задачу позволила особенность человеческого зрения. Оказалось, что информация о яркости воспринимается одними фоторецепторами глаза - палочками, а о цвете другими - колбочками (по телевизионной терминологии, в формате YUV). Причем разрешающая способность палочек гораздо выше, чем колбочек. То есть, если на изображении яркостные контуры обозначены четко, а цвета "размазаны", то человеческий глаз руководствуется яркостной компонентой, не замечая "размазанности". Например, герои мультфильмов детских книжек-раскрасок, даже закрашенные нетвердой детской рукой, выглядят довольно аккуратно и радуют родительский глаз. А ведь эту аккуратность придает рисунку типографский черный контур!

Итак, сигнал яркости Y надо передавать четко, цветоразностные сигналы UV можно передавать несколько "размазанно" (в меньшей полосе частот) - изображение от этого не пострадает (вернее, человеческий глаз этого не заметит). Чтобы меньше навредить четкости передаваемого изображения, решено было для передачи цветоразностных сигналов использовать часть высокочастотного спектра сигнала яркости. Специальный режекторный фильтр ослабляет яркостный сигнал на выбранной частоте и образует "щель" в его частотной характеристике. Часто в специальной литературе такой фильтр называют notch, что в переводе с английского обозначает "выемка". А цветоразностные сигналы поступают на фильтр низких частот, который ограничивает их спектр, далее на модулятор, который смещает их в заданную область частотного диапазона (результат модуляции называется "поднесущей цветности"), и далее на смеситель, где поднесущая укладывается в приготовленную для нее "щель" в спектре сигнала яркости. Описанный способ режекции сигнала яркости, НЧ-фильтрации и модуляции цветоразностных сигналов и сложения сигналов яркости и цветности является одинаковым для всех систем цветного телевидения. Однако на этом сходство заканчивается, и далее каждый из стандартов и присущие им преимущества и недостатки будут рассматриваться отдельно.

Система NTSC

Стандарт NTSC был разработан для частоты кадров 60 Гц (точнее 59,94005994 Гц), 525 строк. Для передачи цветности используется квадратурная модуляция с подавлением поднесущей (то есть поднесущая цветности на неокрашенных участках отсутствует). Для модуляции используется частота поднесущей цветности 3579545,5 Гц, что позволяет "разместить" в одной телевизионной строке 455 (нечетное количество) полупериодов частоты поднесущей. Таким образом в двух соседних строках NTSC поднесущие цветности находятся в противофазе, и на экране телевизионного приемника помеха от поднесущей выглядит как мелкое шахматное поле и относительно незаметна. Следует обратить внимание, что если бы в телевизионной строке было четное число полупериодов поднесущей, помеха выглядела бы как неподвижная вертикальная сетка и заметность ее была бы гораздо выше. Примененный способ снижения заметности помехи (каждая "яркая" точка на экране окружена "темными" и наоборот) также основан на свойствах человеческого зрения: с некоторого расстояния глаз перестает воспринимать каждую точку, а видит равномерно светящийся экран - это называется "осреднением" или "фильтрацией". Так как каждая точка окружена другими не только с боков, но и сверху и снизу, такая фильтрация называется "двумерной". Заметим, что режекторный фильтр (выделяющий "щель") или низкочастотный фильтр (подавляющий все частоты выше частоты среза), который, как правило, используют для разделения сигналов яркости и поднесущей цветности, выполняют только одномерную (горизонтальную) фильтрацию. Особенностью системы NTSC является то, что информация о цветности передается не в системе координат (R-Y), (B-Y), а в системе I, Q, развернутой относительно (R-Y), (B-Y) на 33°. Кроме того, полосы пропускания для сигналов I и Q выбраны различными - американские инженеры учли, что человеческий глаз различает мелкие сине-зеленые детали хуже, чем красные, и решили дополнительно сэкономить в цветности и выиграть в яркости.

Теперь - о квадратурной модуляции: чем она хороша и чем плоха? Как уже говорилось, просто сложить сигналы Y, U и V нельзя - мы не сможем их потом разделить. Поэтому предварительно надо получить поднесущую цветности, промодулировав синусоидальный сигнал таким образом, чтобы его амплитуда зависела от величин сигналов U и V, а фаза (относительно исходной синусоиды) - от соотношения величин U и V между собой. Такой сигнал уже можно сложить с сигналом яркости, а затем снова разделить их. Для этого в сигнале яркости предварительно при помощи режекторного фильтра должны быть ослаблены частоты, близкие к частоте исходной синусоиды.

На разделении яркости/цветности в системе NTSC следует остановиться особо. Отмечено, что в одной телевизионной строке NTSC укладывается нечетное количество полупериодов поднесущей цветности и, следовательно, в двух соседних строках поднесущая находится в противофазе. Теперь предположим, что изображение не содержит четких горизонтальных границ, то есть две соседние строки не слишком сильно отличаются друг от друга. В действительности это очень вольное допущение, которое справедливо далеко не всегда. Тогда в результате суммирования двух соседних строк произойдет взаимное подавление поднесущих цветности и в результате останется только сигнал яркости удвоенной амплитуды. При вычитании двух соседних строк произойдет подавление сигнала яркости (ранее мы предположили, что соседние строки "почти одинаковы") и в результате останется поднесущая цветности удвоенной амплитуды. Таким образом, в результате операций сложения и вычитания удалось абсолютно корректно выделить сигналы яркости и цветности из полного сигнала NTSC. Такой способ разделения яркость/цветность называется гребенчатой фильтрацией (comb filter). Гребенчатый фильтр позволяет получить сигнал яркости в полной полосе частот, то есть не требует режекции сигнала яркости при кодировании! Следует однако заметить, что в два раза (!) ухудшается разрешающая способность изображения по вертикали, так как сигналы яркости/цветности в каждой строке заменяются на осредненное значение по двум соседним строкам. Кроме того, при наличии в изображении горизонтальных границ, описанный способ разделения яркость/цветность просто перестает работать, что приводит к потере вертикальной четкости, сопровождаемой появлением помехи от неотфильтрованной поднесущей цветности (так называемые "висящие точки"). Эффективная фильтрация возможна только при идеальных временных характеристиках видеосигнала (соседние строки должны быть расположены точно одна под другой без горизонтального дребезга, называемого "джиттер") и иметь идеальную зависимость частоты и фазы поднесущей цветности от частоты и фазы строчного синхроимпульса. Гребенчатый фильтр совершенно неприменим для фильтрации записи, воспроизведенной с видеомагнитофона (Philips Data sheet Product specification SAA7152 Digital Video Comb Filter (DCF) August 1996), и даже требования российского стандарта эфирного вещания для него недостаточны. Поэтому гребенчатый фильтр в чистом виде для обработки реальных сигналов применить невозможно, и наблюдать выделенную им идеально плоскую АЧХ сигнала яркости удастся только, подключив его к генератору телевизионного сигнала. Обычно гребенчатый фильтр всегда дополняют режекторным фильтром и интеллектуальным устройством выбора способа фильтрации, в зависимости от качества видеосигнала и особенностей изображения. Режекторный фильтр для системы NTSC (как, впрочем и для системы PAL, также использующей фазовую модуляцию) может быть относительно узкополосным, так как при неизменных сигналах U и V частота поднесущей цветности равна частоте немодулированной поднесущей и существенно отличается от нее только на резких переходах цветности.

Следует сказать несколько слов о развитии гребенчатых фильтров. Выше был рассмотрен двумерный (работающий в пределах одного телевизионного поля) гребенчатый фильтр. Два десятилетия назад широкополосное устройство задержки телевизионной строки (а именно оно является основой гребенчатого фильтра) казалось венцом научно-технической мысли. А сейчас существующие блоки кадровой памяти и предусмотренное в NTSC чередование фазы поднесущей не только в соседних строках, но и в соседних кадрах, позволяют фильтровать изображение как по вертикали и горизонтали, так и по времени. Отметим, что фильтрация по времени устойчива к резким границам на изображении, но чувствительна к перемещению границ на соседних кадрах (движению).

Перейдем к декодированию. Выделенная из полного сигнала поднесущая цветности поступает на декодер для восстановления значений U и V. Представим себе способ квадратурной модуляции с подавлением поднесущей в виде некоторого "прибора" со стрелкой, длина которой зависит от суммы квадратов U и V , а угол отклонения - от соотношения величин U и V между собой. В частном случае, когда U=0 и V=0, длина стрелки тоже равна нулю - это и называется "подавлением поднесущей". И "прибор" и его стрелка вращаются с частотой поднесущей, и в таком вращающемся виде поступают на декодер. Шкала, по которой определяется отклонение и длина стрелки (U и V), находится в самом декодере. Чтобы скорость вращения шкалы совпадала со скоростью вращения "прибора", в начале каждой строки передается специальная эталонная пачка импульсов - "вспышка" (burst). Таким образом декодер корректирует скорость вращения и начальный угол шкалы во время вспышки и считывает значения для U и V во время активной части строки.

Чем же хороша и чем плоха квадратурная модуляция? Хороша тем, что на ярких и слабоокрашенных участках изображения (там, где глаз наиболее придирчив) помехи от поднесущей цветности невелики, так как мал ее размах (мала длина стрелки). А плоха тем, что тракт передачи телевизионного сигнала влияет на скорость вращения "прибора", причем на разных участках строки - по-разному. В результате нарушается изначальное соответствие (фаза) между углом отклонения стрелки "прибора" и сигналами "точного времени", что приводит к нарушению цветового тона фрагментов передаваемого изображения (например, яркие фрагменты приобретают красноватый оттенок, а темные - зеленоватый). Кроме того, изображение в целом может приобретать оттенок. В этой связи говорят, что NTSC чувствителен к искажениям типа "дифференциальная фаза". Это искажения, которые возникают при передаче телевизионного сигнала. Кроме того, цветовой тон определяется по углу отклонения стрелки "прибора" относительно циферблата, который вращается вместе с "прибором" и корректируется один раз в начале телевизионной строки. Если циферблат отстает или спешит, к концу строки накапливается ошибка, которая приводит к покраснению или посинению правой части телевизионного экрана. Вот основные преимущества и недостатки NTSC - системы, построенной на точном математическом расчете, которая оказалась наиболее уязвимой в условиях реальной эксплуатации.

Система PAL.

Способ передачи цветности в системе PAL мало чем отличается от NTSC и по сути является адаптацией NTSC для формата кадра 625 строк/50 полей. Основным отличием (и существенным улучшением) в системе PAL является чередования фазы (Phase Alternating Lines). Для декодирования цветности в системе PAL был разработан декодер цветности с линией задержки на одну строку. Особенность декодера с линией задержки заключается в том, что сигналы цветности восстанавливаются из суммы и разности поднесущих, пришедших в текущей и предыдущей строках. При этом ошибка, накопившаяся в текущей строке, равна по величине и противоположна по знаку ошибке, накопившейся в задержанной строке. Недостатком такого декодера является отставание сигнала цветности от сигнала яркости по вертикали (сползание цветности). Кроме того, в системе PAL спектр сигнала цветности гораздо более сложен, чем в NTSC, что значительно усложняет гребенчатый фильтр для PAL. Как правило, для разделения яркость/цветность в системе PAL применяют режекторный/полосовой фильтр. Система PAL малочувствительна к искажениям типа "дифференциальная фаза".

Стремление улучшить качество систем PAL и NTSC привело к разработке оборудования, в котором сигнал яркости и поднесущая цветности передаются по двум раздельным проводам, нигде не смешиваются и не требуют разделения. Такой двухпроводный способ передачи видеосигнала называют S-Video или Y/C. S-Video позволяет использовать полную полосу частот яркости (обеспечивает высокую разрешающую способность по горизонтали) и отказаться от неизбежной для композитного сигнала фильтрации при разделении яркость/цветность. Таким образом двухпроводный способ передачи исключает накапливающиеся при фильтрации частотные и фазовые искажения. Для сигналов S-Video не предусмотрена возможность эфирного вещания. Это внутристудийный стандарт с проводным способом соединения. В нем работает большинство студий, использующих оборудование формата S-VHS. Особенности транскодирования сигналов S-Video мы рассмотрим отдельно далее

Система SECAML.

Система цветного телевидения SECAM в корне отличается от систем NTSC и PAL. Так же, как и в NTSC и PAL, информация о цветности передается поднесущей, которая "укладывается" в "щель" в сигнале яркости. Но для передачи информации о цветности используется частотная модуляция поднесущей. Это значит, что каждой паре значений U и V соответствует пара частот поднесущих. Но если смешать (суммировать) две поднесущие, разделить их потом будет невозможно. Поэтому, допустив, что цветность в двух соседних строках примерно одинакова, поднесущие передают по очереди: в текущей строке - U, в следующей строке - V, потом опять U и так далее. Декодер цветности содержит линию задержки - устройство, задерживающее поднесущую на одну строку, и при декодировании на частотный дискриминатор поступают две поднесущие: одна, относящаяся к текущей строке, - напрямую, а вторая - от предыдущей строки через линию задержки. Отсюда и название системы - SECAM (Sequence de Couleur A Memoire), то есть чередование цветов с памятью. Следствием такого механизма передачи цветности (с прореживанием) является вдвое меньшая вертикальная цветная разрешающая способность и сползание цвета вниз относительно яркости. Кроме того, на резких горизонтальных цветных границах (переходах от цвета "a" к цвету "b") возникают "ложные" цвета, так как величины U и V не усредняются при передаче, а именно прореживаются. Причина этого эффекта в следующем: при передаче цвета "a" значения RaGaBa восстанавливаются из величин YaUaVa, соответственно, при передаче цвета "b" значения RbGbBb восстанавливаются из величин YbUbVb. На границе цветов (точнее, на первой строке другого цвета), из-за задержки одной из компонент цветности в декодере, значения RGB восстанавливаются из тройки YbUaVb - для одного поля и (в связи с чередованием U и V в полях) из тройки YbUbVa - для другого поля. Заметим, что цвета UaVb и UbVa отсутствуют и в цвете "a" и в цвете "b". На экране монитора эти искажения хорошо заметны при рассмотрении горизонтальных цветных полос, а в телевизионной трансляции часто видны в компьютерной графике, титрах и пр. и имеют вид отдельных строк, мерцающих с частотой 25 Гц. Для улучшения передачи мелких цветных деталей применено дифференцирование (обострение) фронтов сигналов U и V (так называемая НЧ-коррекция SECAM), а во избежание чрезмерного расширения полосы частот поднесущей НЧ - корректированные цветоразностные сигналы проходят через ограничитель. Таким образом система SECAM принципиально неспособна правильно передавать резкие цветовые переходы. На тестовом сигнале "вертикальные цветные полосы" этот эффект проявляется в виде "щелей" между полосами и особенно хорошо заметен между зеленой и пурпурной полосами. Для улучшения отношения сигнал/шум в сигнале цветности и оптимизации перекрестной помехи цветность/яркость модулированная поднесущая SECAM проходит через частотно-зависимую цепь (так называемая ВЧ-коррекция SECAM или "колокол"). В ВЧ-корректированном сигнале фронты цветности (изменения цветности) передаются с большей энергией и, соответственно, с лучшим отношением сигнал/шум. Однако при этом возрастает заметность поднесущей цветности, которая проявляется в виде характерного "кипения" на изображении сразу после вертикальных цветных границ. Следует обратить внимание на особенности разделения яркость/цветность для системы SECAM. В рассмотренных выше NTSC и PAL поднесущая цветности передается на одной частоте (для NTSC - 3,58 МГц, для PAL - 4,43 МГц). Достаточно поставить фильтр, настроенный на эту частоту, чтобы разделить яркость и цветность. Более того, на неокрашенных участках изображения (где глаз наиболее чувствителен к помехам) поднесущая подавлена и помехи принципиально исключены. Ситуация в системе SECAM гораздо сложнее. Во-первых, нет подавления поднесущей, то есть помеха от поднесущей всегда есть и всегда ее надо фильтровать. Во-вторых, нет возможности отгородиться от помехи на какой-то одной частоте: частотная модуляция SECAM занимает полосу от 3,9 до 4,75 МГц, и частота поднесущей в строке фрагмента изображения зависит только от цветности этого фрагмента. Кроме того, так называемые "нулевые частоты" для строк U и V различны: 4,250 и 4,406 МГц соответственно. Таким образом, для надежной фильтрации сигнала яркости следовало бы вырезать из полного сигнала полосу как минимум от 3,9 до 4,75 МГц, а на самом деле, учитывая конечную крутизну фильтров, - гораздо шире. При таком подходе пришлось бы отказаться от возможности передавать в полном сигнале SECAM мелкие детали изображения. В качестве компромисса, а также принимая во внимание различные нулевые частоты в декодере SECAM, был применен перестраиваемый фильтр, который переключал частоту режекции между 4,250 и 4,406 МГц от строки к строке и тем самым очищал от поднесущей цветности неокрашенные (наиболее критичные) участки изображения. Предполагалось, что на остальных участках изображения неподавленная поднесущая будет маскироваться интенсивной окраской. Кроме того, "яркостные" детали изображения, попавшие в полосу задержки перестраиваемого фильтра в одной строке, будут пропущены фильтром в следующей строке и, следовательно, зритель увидит их на экране телевизора.

В процессе кодирования/декодирования видеосигнала неизбежно возникают искажения и потери, присущие одной из систем. Даже однократное транскодирование и даже в ту же самую систему предполагает уже два кодирования и два декодирования - искажения и потери накапливаются. При транскодировании из одной системы в другую начинают проявляться эффекты второго рода: преимущества, которые дает одна система, не могут быть переданы и использованы в другой. Простейший пример, нужно сделать преобразователь композитного PAL-YUV-PAL для наложения титров. Если извлечь информацию о фазе поднесущей исходного сигнала и использовать при вторичном кодировании, то такое транскодирование (и теоретически и практически) можно сделать без потерь.

Чтобы сузить круг рассматриваемых задач и быть ближе к практике, рассмотрим, что надо транскодировать в России.

Преобразование из/в NTSC.

Источниками сигнала NTSC являются: видеодиски, трансляция со спутников, эфирное вещание Японии (на Дальнем Востоке). Потребителей NTSC в России практически нет. Объем видео, которое транскодируется (или, может быть, правильнее говорить "подвергается преобразованию стандарта") из/в NTSC в/из систем PAL и SECAM, - невелик. Преобразование шестидесятигерцового стандарта в пятидесятигерцовый и наоборот является сложной задачей, сложность которой заключается в необходимости изменения стандарта разложения. Вновь полученный телевизионный сигнал должен содержать изображение в тех местах телевизионного кадра и в те моменты времени, которые были пропущены в исходном сигнале. Простейшим решением является заимствование ближайшей строки растра исходного сигнала, однако это приводит к "изломам" границ объектов и "дерганым" движениям. Другим решением является межстрочная (двумерная) и межкадровая (трехмерная, по времени) интерполяция. Она свободна от "изломов" и "дерганья", но приводит к размазыванию границ быстро движущихся объектов. Самым новым подходом следует считать применение преобразователей с детекторами движения. Такие интеллектуальные приборы используют алгоритмы выделения области в кадре и ассоциируют их с объектами. По последовательности кадров вычисляются направление, скорость и ускорение объекта, и интерполяция или предиктивная (предсказательная) экстраполяция применяются к векторам скорости и ускорения. Однако описанные алгоритмы компенсации движения работают только в достаточно простых случаях, например, при равномерном прямолинейном движении. А как они поведут себя при обработке сцены "удар мяча о стену" (скачком меняются величина и направление скорости объекта, ускорение объекта, а в момент удара в результате деформации - и форма объекта) или сцены "полет и вращение детского мяча" (одна половинка которого окрашена в зеленый цвет, а другая - в красный)?

Транскодирование SECAM в PAL и PAL в SECAM..

В этом случае изменение стандарта разложения не требуется и на первый план выходят задачи обеспечения наиболее широкой полосы пропускания в каналах яркости и цветности, наилучшего отношения сигнал/шум, наименьших перекрестных помех яркость/цветность. К задачам второго плана можно отнести компенсацию искажений, внесенных предыдущей системой, и обработки, субъективно улучшающие визуальное восприятие.

Транскодирование SECAM в PAL требуется, как правило, для обработки и монтажа записанных в системе SECAM архивов на оборудовании стандарта PAL. Есть студии, которые используют преобразование SECAM в PAL, обработку в PAL и обратное преобразование PAL в SECAM для интегрирования местных программ в центральное ТВ-вещание, хотя такое решение нельзя назвать удачным. Как было отмечено выше, при декодировании SECAM в телевизионных приемниках используется перестраиваемый режекторный фильтр "нулевых частот" SECAM. Такая фильтрация приемлема для телевизора, но для транскодера она совершенно недостаточна. Дело в том, что глаз не замечает на экране телевизора мелкую хаотическую остаточную сетку неподавленной поднесущей SECAM, но если яркостный сигнал такой "степени очистки" подать на кодер PAL, то в результате биения остатков поднесущей SECAM и "новой" поднесущей PAL на окрашенных участках изображения будет отчетливо видна помеха в виде диагональной сетки. Примечателен тот факт, что перестраивая вручную режекторный фильтр SECAM, можно по выбору очищать от помехи тот или иной цвет на транскодированном изображении. Отфильтровать сигнал яркости SECAM (требуемое при транскодировании ослабление поднесущей должно составлять не менее 40-42 дБ) традиционными LC-фильтрами удается, только применяя фильтр НЧ с частотой среза не выше 3,2 МГц и большой крутизной. Однако при такой полосе пропускания мелкие детали изображения теряются безвозвратно. Цифровые технологии обработки сигнала позволили создать перестраиваемый фильтр, осуществляющий эффективную режекцию поднесущей цветности в SECAM. Такой фильтр вырезает не только "нулевые частоты", но и постоянно следит за распределением энергии в полосе поднесущих и вырезает ту частоту, где энергия максимальна, то есть поднесущую цветности. Следует отметить, что методика определения полосы пропускания декодера SECAM с цифровым следящим фильтром при помощи свип-генератора неприменима. При попадании частоты свип-генератора в ожидаемый диапазон поднесущих SECAM она будет полностью подавляться, а при выходе из этого диапазона фильтр будет непрерывно перестраиваться в полосе 3,9-4,75 МГц. Полученный после цифровой фильтрации сигнал яркости пригоден для последующего кодирования в PAL. При этом дополнительная режекция яркостного сигнала notch-фильтром не требуется, так как в полученном в результате декодирования сигнале "лишние" частоты уже ослаблены.

Транскодирование PAL в SECAM требуется в следующих случаях: при ретрансляции в эфир композитного сигнала PAL, принятого со спутника; при трансляции из студии PAL композитного сигнала VHS-качества; при трансляции из студии PAL сигнала S-VHS-качества (в первых двух случаях декодируется композитный сигнал PAL, в третьем - S-Video. В первом и втором случаях следует обращать особое внимание на способ разделения яркость/цветность композитного сигнала и его дополнительную фильтрацию, в третьем - на режекцию сигнала цветности при кодировании.

Для разделения яркость/цветность принятого со спутника сигнала PAL может оказаться оправданным применение гребенчатого фильтра. В этом случае можно получить наиболее широкую полосу частот сигнала яркости. Однако такой фильтр весьма чувствителен к временной нестабильности видеосигнала. Например, при допустимой в эфирном вещании разницы в длительности соседних строк 32 наносекунды и периоде 225 наносекунд поднесущей цветности PAL ошибка фазы в двух соседних строках будет составлять 360°/225х32=51°. Таким образом, вместо ожидаемого подавления поднесущих в противофазе sin(a)+sin(a+180°)Ї0 получится остаток неподавленной поднесущей, равный sin(a)+sin(a+180°+51°). Другими словами, гребенчатый фильтр потеряет работоспособность. Традиционный режекторный фильтр устойчиво работает как при обработке высокостабильного эфирного приема, так и при фильтрации "раскачанного" видеосигнала, полученного с видеомагнитофона VHS, и легко обеспечивает подавление поднесущей цветности не хуже 40-42 дБ. Лучше всего, если в транскодере предусмотрена возможность выбора способа фильтрации в зависимости от качества (временных характеристик) транскодируемого сигнала PAL. Как правило, полученный после фильтрации сигнал яркости уже имеет ослабление в окрестности частоты 4,4 МГц, и при кодировании SECAM дополнительной режекции может не потребоваться. При транскодировании компонентного S-Video сигнала можно не беспокоиться о помехах от проникновения поднесущей, но нужно уделить самое пристальное внимание формированию правильной АЧХ яркостного сигнала SECAM перед суммированием его с поднесущей цветности в кодере. Такое же внимание следует уделять АЧХ яркости при транскодировании композитного сигнала PAL в том случае, если в транскодере делается врезка титров, логотипа и т.п. в компонентах YUV или RGB, а также если применяются механизмы повышения/восстановления четкости изображения. Требования, предъявляемые к АЧХ каналу яркости кодера SECAM, изложены в ОСТ 58-18-96 и призваны, с одной стороны, ослабить высокочастотные составляющие яркости так, чтобы они не "заслоняли" поднесущую цветности, с другой стороны, донесли бы до экрана мелкие детали изображения, пусть даже в ослабленном виде.

Кроме вышеописанных необходимых свойств и качеств, транскодер может выполнять и некоторые дополнительные функции, например:

Раздельная регулировка усиления в компонентах RGB или YUV для цветокоррекции;

Апертурная одно- или двухмерная коррекция сигналов яркости и цветности для обострения вертикальных или/и горизонтальных границ яркости и цветности;

Регулировка совмещения сигналов яркости и цветности по горизонтали и вертикали, которая позволит "поставить на место" цветность, "съехавшую" в результате многократного транскодирования;

Шумоподавление: медианный фильтр - для устранения спутниковых "искр", рекурсивный - для подавления шумов магнитной пленки и т.п.

На российском рынке представлены транскодеры и преобразователи стандартов как отечественного, так и зарубежного производства. Среди фирм, специализирующихся на их разработке и изготовлении, нельзя не упомянуть: Snell&Wilcox, FOR.A, Vistek, АО ВНИИТР, "Профитт", "ИТМ". Транскодеры значительно отличаются как по цене, так и по предоставляемым возможностям. В целом прослеживается четкая зависимость: чем выше цена, тем больше возможностей. Но дать универсальный совет, какой транскодер выбрать, "чтобы нам всем подошел", как говорится в одной из реклам, - невозможно. Для каждого конкретного случая следует выбирать транскодер, руководствуясь бюджетом и принципом минимальной избыточности.

Наверное, никому не нужно объяснять, какое место в нашей жизни занимает телевидение. Новости, развлекательные и учебные программы, репортажи из горячих мест, фильмы, сериалы, детские передачи, реклама, наконец… Но как известно, к хорошему привыкаешь быстро, а представить мир без телепрограмм (эфирных, кабельных, спутниковых или видеозаписей) и даже телевизионных игровых приставок уже просто невозможно. Производитель (вещатель) заботится о содержании программ, зритель потребляет - казалось бы, что еще надо… Но если вещатель думает о том, кому передавать, а зрителю - что передают, то есть еще и третий «участник» ТВ-общения - телевизор, которому важно, как передают.
Вспоминают об этом чаще всего тогда, когда в руки попадает кассета с записью в стандарте, который ваш питомец в упор не хочет видеть, точнее, показывать, а если и показывает, то в черно-белом виде. Вот тогда на свет и всплывают словечки ПАЛ, СЕКАМ и НТСЦ.
До недавнего времени (примерно, конец 80-х) рядовой неподготовленный телезритель совершенно не подозревал о существовании великого многообразия систем телевещания, а терминами (аббревиатурами) NTSC, PAL или SECAM пользовались исключительно профессионалы-телевизионщики. О единственной в Советском Союзе системе SECAM тоже знали только специалисты да радиолюбители.
Но с массовым появлением на нашем рынке (конец 80-х - начало 90-х) импортных видеомагнитофонов, а позже и видеокамер, ребром встал вопрос о совместимости импортного оборудования (работающего, как правило, в стандарте PAL, реже в NTSC) с отечественными SECAM-телеприемниками. В те годы спрос на видеомагнитофоны породил целую подпольную индустрию по производству и распространению PAL-декодеров. Число 4510 (название микросхемы PAL-декодера пр-ва Philips) знают и помнят все радиолюбители, так или иначе приложившие руку к «оПАЛиванию» нашей страны. А к середине 90-х даже школьник знал «кто такой SECAM», и многие, наверное, помнят КВН’овскую фразу «Как низко PAL SECAM…»
В сегодняшней статье мы попытаемся приоткрыть занавес и познакомить читателя со всем многообразием систем и стандартов телевизионного вещания. Но перед тем, как приступить к изложению сути, достоинств и недостатков каждой из систем, напомним основные принципы, лежащие в основе формирования телевизионного изображения вообще и цветного в частности. (Здесь есть смысл уточнить, что подразумевается под стандартом, а что - под системой. Под стандартом подразумевается набор технических характеристик видеосигнала: частота кадров, частота строк, частотный диапазон вещания (МВ, ДМВ), частота поднесущей звука, частота поднесущей цвета (4,43 или 3,58 - только для NTSC). Система же цветности определяет только способ кодирования цветовой информации - это и есть PAL, SECAM, NTSC)
Начать, пожалуй, стоило бы с кинематографа, который во многом наложил свой отпечаток на развитие телевидения. Принцип работы кинопроекции заключается в последовательной смене кадров изображения на кинопленке и основан на инерционности человеческого зрения, не замечающего на экране смену неподвижных изображений с определенной частотой (24 кадра в секунду и выше) и воспринимающего этот дискретный процесс как плавный. Такой же подход использован в телевидении - на экране сменяют друг друга неподвижные кадры изображения с частотой, «обманывающей» глаз телезрителя, заставляющей верить, что все движения на экране непрерывны. Но вот дальше начинаются расхождения. Если в кино каждый кадр формируется за один раз, целиком, то в телевидении используется строчное сканирование - каждый кадр разбивается на последовательные горизонтальные строки, из которых на экране ТВ-приемника складывается изображение. В отличие от киноэкрана, на который проецируется изображение извне, экран ТВ-приемника воспроизводит изображение «изнутри».

Цвет на экране

Электронный луч движется по горизонтальным строкам слева направо и сверху вниз. Количество строк на экране определяет вертикальное разрешение кинескопа. Когда луч достигает конца строки, он гасится и возвращается в начало. Затем процесс повторяется. Так формируется кадр изображения.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) - основной элемент любого кинескопного телевизора. Это по сути стеклянная колба, из которой откачан воздух. На передней поверхности находится экран, на горловине - отклоняющая система, внутри горловины - электронная пушка. Пушка генерирует три электронных луча, которые с помощью отклоняющей системы сканируют экран.

Поверхность экрана покрыта светочувствительными точками люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Точки объединены в триады, образующие элементы изображения - пикселы. Из них в дальнейшем складывается изображение.

Каждый луч в кинескопе попадает на люминофоры «своего» цвета. Для этого используется теневая маска - тонкая металлическая пластина с отверстиями. Каждому отверстию соответствует своя триада. Электронные лучи сводятся точно в месте прохождения через теневую маску.

Чересстрочная развертка
В ТВ изображение формируется сканированием сначала нечетных (1, 3, 5 и т.д.) строк, а потом четных (2, 4, 6 и т.д.) строк. Одно сканирование формирует полукадр. В 50-герцовых телевизорах оно занимает 1/50 секунды, соответственно полный кадр формируется за 1/25 секунды, т.е. каждую секунду на экране формируется 25 полных кадров (для систем PAL, SECAM). Этого достаточно, чтобы движения на экране воспринимались как плавные. Частота строк равна 25і625=15.625 Гц. При этом мерцания изображения менее заметны, чем при построчной развертке, зато заметны краевые сдвиги строк на быстрых движениях.

Рисунок наглядно показывает, как формируется цвет на экране цветного телевизора. Основные (первичные) цвета R, G и B при смешении образуют 7 базовых. Управляя яркостью и соотношением первичных цветов, можно получить любой промежуточный цветовой оттенок на экране.

Необходимость свести в один канал сигналы синхронизации, информацию о цвете и яркости, а также сигналы опознавания (своего рода «паспорт» для каждой из систем) привела к созданию сложнейшего по структуре стандарта видеосигнала. Жирной линией на рисунке выделен сигнал черно-белого ТВ, а частотные насадки (поднесущие) позволяют передавать информацию о цвете и принадлежности к конкретной системе цветности. Одновременно передается сигнал синхронизации разверток. На рисунке - так выглядит сигнал ТВ-строки для систем NTSC и PAL.

Так выглядит цветной муар на изображении.

Кадр, полученный из эфира, наглядно демонстрирует, как выглядят перекрестные искажения. Крупные цветные поля покрыты мелкой сеточкой. Она не только привносит искажения цвета, но в процессе просмотра непрерывно смещается, отвлекая внимание зрителя.

Особенности систем телевизионного вещания

Распространение систем цветности в разных странах

Экран черно-белого телевизора имеет внутреннее люминофорное (фосфорное) покрытие только одного цвета, а его кинескоп содержит лишь одну электронную пушку. Изменение тока луча определяет интенсивность свечения люминофора, приводя к различным оттенкам белого цвета.
Внутренняя поверхность экрана цветного кинескопа покрыта точками трех типов люминофоров основных цветов - красного, зеленого или синего (R, G, B). Из этих трех основных цветов формируются все цвета и оттенки. Соотношение яркостей люминофоров определяет цвет отдельных элементов изображения. Если, например, луч, который засвечивает синий люминофор, выключен, а светятся только красный и зеленый, они воспринимаются глазом как желтый. Изменяя интенсивность того или иного электронного луча, можно изменять цветовую гамму изображения. В цветном кинескопе три электронных пушки и соответственно три электронных луча - по одному для красного, синего и зеленого цветов. Три электронных луча сканируют экран аналогично одному в черно-белом кинескопе. Как глаз видит цвет

Можно предположить, что в цветном телевидении «белый» состоит из равных долей первичных цветов. К сожалению, это не так. Человеческий глаз не видит все цвета с равной яркостью. Глаз намного более чувствителен к желтовато-зеленому, чем к синему или красному свету. Из-за большей чувствительности глаза в зелено-оранжевой части цветного спектра равное процентное соединение красного, зеленого и синего цветов не будет казаться белым.
Фосфоры, используемые в телевизионных экранах, представляют собой цветные соединения, в которых на долю красного цвета приходится 30, на долю синего - 11 и на долю зеленого - 59 процентов.

Сигналы яркости и цветности

На заре эры цветного телевидения было решено сделать цветные телевизионные передачи совместимыми с существующим черно-белым телевидением (имеющийся в мире парк черно-белых телевизоров просто не позволял сделать иначе). Черно-белые телевизоры должны быть способны принимать цветные передачи и воспроизводить их как обычные черно-белые. Чтобы достичь этого, структура цветного телесигнала полностью повторяла черно-белый, добавился лишь дополнительный сигнал цветности (и сигналы его опознавания), которые легко отфильтровывались в черно-белом телевизоре, не отражаясь (почти) на качестве изображения.
Итак, в цветном телевидении приняты две составляющие видеосигнала - яркостная (luminance или Y) и цветностная (chrominance или C). Сигнал яркости (Y) передается обычным образом, с полной шириной полосы пропускания, позволяя черно-белому телевизору показывать нормальное черно-белое изображение. На сигнал цветности (С) выделена гораздо меньшая ширина полосы. Это стало возможным благодаря тому, что глаз человека имеет низкое цветовое разрешение и не способен различать мелкие цветные элементы изображения с такой же точностью, как белые.

Яркость и насыщенность изображения

Говоря о восприятии цвета, надо понимать, что сигнал яркости несет информацию о яркости объекта и ее промежуточных значениях, тогда как сигнал цветности передает информацию о цветовом оттенке и густоте (глубине) цвета или насыщенности изображения. Менее насыщенное изображение выглядит на экране блеклым, более насыщенное - ярким, сочным.

Передача цвета

При передаче цветного ТВ-сигнала сигнал цветности (C) преобразуется в специальные цветоразностные сигналы. Так как информация о яркости уже передается, цветовой сигнал в ней больше не нуждается. Таким образом, получаются три цветоразностных сигнала: красный минус сигнал яркости (R–Y), зеленый минус сигнал яркости (G–Y) и синий минус сигнал яркости (B–Y).
Но нет необходимости передавать и все три цветоразностных сигнала потому, что если две составляющих полного сигнала цветности известны, третий может быть рассчитан. Например, когда имеется сигнал, состоящий из 50% синего и 40% красного, зеленый должен составлять 10% (50%+40%+x=100%; x=10%). Поэтому для передачи информации о цвете выбраны два цветоразностных сигнала: R–Y и B–Y. Сигнал G–Y опущен не только из соображений экономии (уменьшается количество каналов передачи), но и улучшения качества сигнала. Так как сигнал яркости состоит из 59% зеленого, G–Y должен иметь самый низкий уровень. Он был бы более уязвим к шуму в передающей системе, чем большие по величине R–Y и B–Y.

Перекрестные искажения

В ТВ-приемнике неизбежно взаимное влияние сигналов яркости и цветности друг на друга, т.к. для полной совместимости с черно-белым ТВ необходимо смешивать их друг с другом. Этот процесс приводит к появлению цветного муара и так называемым перекрестным искажениям. Они бывают двух видов. Если сигнал цветности проникает в канал яркости, на изображении появляется регулярная сетчатая структура, имеющая шахматный порядок. В другом случае, когда яркостный сигнал проникает в канал цветности, это приводит к появлению бесцветных окантовок (похожих на нитку жемчуга) на цветных участках изображения. Для устранения или уменьшения перекрестных искажений используют гребенчатые фильтры, которые улучшают разделение сигналов яркости и цветности. Цифровой гребенчатый фильтр является усовершенствованием аналогового гребенчатого фильтра и позволяет практически полностью избавиться от взаимопроникновения Y- и C-сигналов. Пока такие фильтры используются только в NTSC и PAL.

Системы телевещания

Мы подошли к тому моменту, когда самое время заговорить о системах и стандартах цветного телевещания. Итак, после получения цветоразностных сигналов они преобразуются в один сигнал в передающем центре. Каким образом кодировать сигналы цветности, было решено в различных странах различными способами. Настолько различными, что это привело к появлению трех основных несовместимых друг с другом стандартов.

Появление каждой новой системы цветности в мире сопровождалось шутливыми комментариями «общественности». Приведем наиболее
известные, касающиеся расшифровки аббревиатур-названий систем:
NTSC - Never Twice the Same Colour (никогда дважды один и тот же цвет);
SECAM - System Essentially Contrary to the American Method (система, противоположная по сути американскому методу)
PAL - Picture At Last (наконец-то картинка), Pay for Added Luxury (плати за дополнительную роскошь).

Причины несовместимости

Для работы ТВ-приемника необходим источник сигналов кадровой синхронизации, которые указывают ему момент начала кадра в ТВ-сигнале. На начальных стадиях проектирования было решено использовать частоту питающей сети в качестве такого источника по двум основным причинам. Во-первых, при использовании ранее созданных блоков питания телевизоров могла возникнуть проблема «движущейся полосы» на изображении в случае неточного совпадения частоты кадров и питающей сети. А во-вторых, телестудии имели бы большие проблемы с мерцанием при создании ТВ-программ.
Дальнейшие разновидности систем появились в обоих лагерях с началом вещания в цвете. Большая часть стран с сетью 60 Гц использует систему цветного телевидения NTSC, разработанную в Соединенных Штатах.
Вскоре за NTSC появилась ее модификация, которая была названа PAL. Она принята в большинстве «50-герцовых» стран, в том числе в Западной Европе (кроме Франции), а также в некоторых «60-герцовых» странах (например, Бразилии).
В конце 60-х во Франции во многом по политическим причинам (защита внутренних производителей) была разработана система SECAM. Она была широко принята в восточно-европейском блоке стран в основном потому, чтобы поощрить несовместимость с западными передачами - снова политический повод. Частота кадров в SECAM составляет 50 Гц (за исключением некоторых экзотических ее вариаций, приказавших к сегодняшнему дню долго жить).

50 или 60? В мире используются две основные частоты электропитания - 50 Гц и 60 Гц. Это сразу же разделило мир на два неравных лагеря: 25 кадров в секунду (50 Гц) и 30 кадров в секунду (60 Гц). Позднее, с приходом цвета, «60-герцовые» страны сделали небольшую поправку и перешли к частоте 59,94 Гц. К сожалению, различная частота кадров - не единственная причина несовместимости ТВ-систем.

Особенности систем цветности

NTSC
Система цветного телевидения NTSC была разработана в 1953 году в США Национальным комитетом по телевизионным стандартам (National Television Standards Committee). NTSC принята в качестве стандартной системы ЦТВ также в Канаде, Японии и ряде стран американского континента. В качестве сигналов для передачи цветовой информации в системе NTSC приняты цветоразностные сигналы. Передача этих сигналов осуществляется в спектре сигнала яркости на одной цветовой поднесущей.
Кроме эксплуатационных недостатков, связанных со сложным принципом передачи и разделения сигналов цветности - квадратурной модуляцией и синхронным детектированием, необходимо указать на большую подверженность системы NTSC искажениям типа «дифференциальная фаза» и «дифференциальное усиление». Первое приводит к искажениям цветового тона, который изменяется в зависимости от мгновенного значения сигнала яркости. Второе из-за нелинейности амплитудных характеристик приводит к искажениям насыщенности.
Варианты NTSC
Помимо так называемого «базового» NTSC M (525 строк/30 кадр./сек./частота поднесущей цвета 3,58 МГц), существуют еще три варианта этой системы.
Первый называется NTSC 4,43 и используется в мультистандартных VHS-видеомагнитофонах. Временные параметры видеосигнала такие же, как в базовом NTSC M. Разница в том, что цветовое кодирование и декодирование производится в «PAL-формате», т.е. частота цветовой поднесущей такая же, как в PAL (4,43 МГц). О втором, NTSC-J, в России практически никто не слышал. Этот вариант используется в Японии (Japan). Отличается от базового NTSC M отсутствием подпорки гасящих интервалов в активной части строки. Соответственно амплитуда его составляет 0,714 В вместо принятого в NTSC 1 В (впрочем как в PAL и SECAM). Третий, названный «noninterlaced NTSC»

PAL
Эта система (Phase Alternation Line - строка с переменной фазой), разработанная в ФРГ, в своей основе содержит все идеи американской NTSC. Особенность PAL заключается в оригинальном способе устранения фазовых искажений, присущих системе NTSC.
В системе PAL фаза поднесущей одного цветоразностного сигнала от строки к строке меняется на 180 градусов. Кроме того, в приемнике используется линия задержки на время одной строки (64 мксек). Т.е. имеются два сигнала цветности с относительной задержкой на одну строку. Изменение фазы от строки к строке на 180° приводит к тому, что фазовые ошибки, одинаковые по величине, имеют разные знаки. Сложение напряжения на входе линии задержки с перевернутым напряжением на ее выходе устраняет ошибку (сбой) фазы.
При очевидных достоинствах главным недостатком системы PAL является существенное усложнение ТВ-приемника за счет введения в его схему дополнительных узлов для задержки сигнала цветности на время одной строки и периодического изменения фазы цветоразностного сигнала. Следует также отметить, что искажения типа «дифференциальное усиление» в PAL не компенсируются.

SECAM
В 1958 г. французский инженер Анри де Франс изобрел новую систему, названную SECAM (SEquential Couleur Avec Memoire), в которой отсутствовал основной недостаток NTSC - искажения цветового тона, вызываемые нелинейностью частотных, фазовых и амплитудных характеристик узлов телевизионного тракта. В SECAM информация о цветовом тоне не определяется фазовыми соотношениями сигналов цветности. В первых вариантах (система «Анри де Франс») информация о цветовом тоне передавалась амплитудной модуляцией поднесущей. В более усовершенствованной системе SECAM цветовая информация передается с помощью частотной модуляции поднесущей цвета.
Цветоразностные сигналы в SECAM передаются поочередно: в течение одной строки - сигнал R–Y, в течение следующей - В–Y и т. д. Цветовая информация как для R–Y, так и для В–Y «снимается» через строку. При этом предполагается, что в пропущенных строках цветовая информация идентична соседним. Иными словами, для сигналов цветности полный кадр содержит вдвое меньшее количество строк, что приводит к соответствующему увеличению размеров окрашенных мелких деталей по вертикали. Визуальная четкость по вертикали при этом не снизится, т.к. более мелкие детали передаются сигналом яркости Y с полным числом строк развертки.
Таким образом, при поочередной (через строку) передаче сигналов цветности в приемнике в результате использования элемента памяти (линии задержки) образуются три исходных сигнала цветности. Поэтому рассматриваемую систему часто называют последовательно-одновременной (или по-французски Sequential a memoire - последовательная с памятью).

«Политический» SECAM
Известно, что одной из причин принятия на «вооружение» SECAM во Франции была защита внутреннего рынка от «вторжения» чуждой NTSC. Хотя новизна решений и явные преимущества при создании системы также были учтены. И в СССР эта система была принята не в последнюю очередь по политическим соображениям - лишь бы не американская NTSC и немецкий PAL. Естественно, и страны Варшавского договора «добровольно» приняли SECAM (пожалуй, только ГДР удалось отстоять «свой» стандарт звука - 5,5 МГц вместо советских 6,5). В 1966 году политическая «особенность» SECAM всплыла наружу, когда советское правительство использовало соглашение с Францией (о распространении на территории СССР только системы SECAM) как предлог, чтобы запретить американской вещательной корпорации NBC запись на видеоленту показательных выступлений в Москве. В последнюю минуту правительство СССР потребовало прекратить NTSC-запись, объяснив, что иначе нарушит соглашение.

Сравнение систем SECAM, NTSC И PAL

При сравнении систем цветного телевидения обычно учитывают следующие качественные и технико-экономические показатели.
1. Чувствительность к искажениям
2. Качество цветного изображения
3. Совместимость с черно-белым ТВ
4. Оценка особенностей систем
5. Возможность и особенности видеозаписи
Исходя из этих показателей, сравним кратко существующие системы.

1. Неравномерность частотных и фазовых характеристик тракта передачи в той области частот, где расположены составляющие спектра сигнала цветности, приводит в системе NTSC к искажению изображения. Эти искажения проявляются на экране в виде окантовок на границах участков, резко отличающихся по цвету. Такие цветные окантовки становятся заметными уже при небольших частотных искажениях, притом что эти искажения намного меньше допустимых в черно-белом телевидении. По этой причине к частотным и фазовым характеристикам различных элементов аппаратуры в системе NTSC предъявляются весьма жесткие требования. Сказанное в полной мере относится также к системе PAL. Применение в системе SECAM частотной модуляции для передачи цветных сигналов позволяет не предъявлять к равномерности частотных характеристик более жестких требований, чем для систем черно-белого телевидения. Все искажения сигнала цветности, возникающие из-за неравномерности частотных характеристик, устраняются в амплитудных ограничителях приемника. В этом отношении система SECAM имеет значительные преимущества перед системой NTSC и PAL. И хотя искажения градаций в яркостном сигнале при этом остаются, однако они заметны не более чем в черно-белом телевидении. Система PAL в отношении искажений типа «дифференциальное усиление» не имеет преимуществ перед NTSC, так как и в ней применяется тот же метод модуляции поднесущей.

2. Оценивая системы цветного телевидения с точки зрения качества изображения, необходимо учитывать два обстоятельства. С одной стороны, можно сравнивать качество изображения, получаемое на телевизионных приемниках разных систем при идеальных условиях передачи и приема сигнала. С другой стороны, можно проводить оценку, сравнивая изображения при реальных условиях передачи, когда в тракте передачи возникают искажения сигнала, и когда ТВ-приемник настраивается телезрителем, не имеющим специального радиотехнического образования.
В первом варианте мы фактически оцениваем потенциальные возможности системы цветного телевидения. Во втором - сравниваем качество изображений, которые могут увидеть на своих экранах телезрители. Оба варианта оценки одинаково необходимы. Если подходить к оценке с позиций идеального сигнала, то потенциально самое высокое качество изображения обеспечивает NTSC. При этом ее основным минусом остается сниженное вертикальное разрешение (всего 525 строк) и неприспособленность передачи на большие расстояния и по радиорелейным линиям.
В реальных же условиях телеприема, когда эфир изобилует помехами, а удаленность телецентра только способствует росту шумов, приоритет будет в пользу SECAM - в силу того, что цветовые сигналы передаются поочередно в разное время, перекрестные искажения почти отсутствуют. Для передачи сигналов SECAM могут применяться обычные радиорелейные линии.
Для обычного рядового пользователя в условиях достаточной силы ТВ-сигнала и минимума помех различия в качественных показателях изображения на экранах телевизионных приемников NTSC, PAL и SECAM почти не наблюдается.

3. Если раньше при внедрении систем цветного телевидения необходимо было учитывать наличие существующего парка черно-белых приемников, то теперь этот момент не столь актуален. В мире практически не ведутся черно-белые передачи (даже старые черно-белые фильмы транслируются с сигналами опознавания цветности), а количество выпускаемых черно-белых телевизоров неудержимо сокращается. Более увесистой причиной сегодняшней несовместимости скорее является существующий парк цветных ТВ-приемников, приспособленных по большей части для работы в одном из стандартов. Понятно, так будет продолжаться еще много лет, если только в один момент договорившиеся между собой вещатели не перейдут на единый стандарт (цифровой?), как это произошло не так давно с экзотическим французским стандартом на 819 строк. Тогда просто решено было отказаться от поддержки этого стандарта, а оставшиеся с носом зрители вынуждены были копить денежки на новые телевизоры. Тем не менее не учитывать «черно-белый» парк пока еще рано.
Сигналы цветности образуют на экране черно-белого приемника помеху в виде мелкой cетки. В NTSC менее всего заметно ее мешающее действие, т.к. при передаче черно-белых участков изображения в NTSC сигналы цветности отсутствуют вообще.
В SECAM из-за применения частотной модуляции поднесущая сигналов цветности не может быть полностью подавлена. Для устранения мешающего действия сигналов цветности в системе SECAM применяется коммутация фазы поднесущей. Это не привело к полному устранению помехи, однако применение предыскажений сигналов цветности позволяет существенно уменьшить ее заметность.
В PAL так же, как и в системе SECAM, применяется коммутация фазы поднесущей. Однако эта мера не обеспечивает полного устранения помех, и в результате система PAL по этому показателю стоит ниже SECAM.

MESECAM - стандарт или система?
Широко распространена расшифровка аббревиатуры MESECAM как Middle East SECAM (средневосточный SECAM). Подразумевалось, что он распространен на Ближнем и Среднем Востоке. Но SECAM-вещание в этих регионах ничем не отличается от стандартного. По сути несколько арабских стран принимают нормальный SECAM (625 строк/50 Гц). Термин же «MESECAM» появился в годы, когда стал резко расти спрос на видеомагнитофоны в арабском регионе. Имея возможность не только принимать «родной» SECAM, но и PAL из соседних стран, арабские зрители буквально вынудили производителей разработать дешевый способ записи SECAM-программ. На свет появился MESECAM - способ записи SECAM-программ на PAL-видеомагнитофоны. Для этого не надо было включать в магнитофон отдельный SECAM-тракт, заметно удорожающий стоимость. Ценой дешевого решения стало низкое качество записи (шум, помехи, муар на изображении).

4. Далее на примере преимуществ и недостатков расскажем о технических особенностях стандартов.
NTSC/525
Преимущества
Более высокая частота кадров - использование частоты кадров 30 Гц (в действительности 29,97 Гц) приводит к уменьшению заметности мерцания изображения.
Высокая точность редактирования цвета - возможно редактировать любые 4 поля без оказывания влияния на цвет.
Менее заметны шумы на изображении - достигается лучшее отношение сигнал/шум, чем в PAL/625.
Недостатки
Меньшее число строк развертки - сниженная вертикальная четкость, более заметна строчная структура на экранах с большой диагональю.
Более выраженные муар, точечная интерференция и перекрестные искажения -это происходит из-за большей вероятности взаимодействия с монохромным сигналом изображения на более низкой частоте поднесущей.
Изменение оттенка - вариации фазы цветовой поднесущей вызывают сдвиги в отображении цветов, заставляя оснащать приемники регулировкой оттенка (Tint). Многие NTSC-телевизоры имеют цепи автоматической регулировки оттенка. Но уменьшая его флуктуации, они приводят все цвета, слагающие телесный цвет, к некому стандартному значению. При этом некоторая часть цветового диапазона не может быть правильно отображена. Топовые модели, как правило, имеют возможность отключения этих цепей, более дешевые - нет.
Более низкая по отношению к PAL контрастность - значение гамма-коррекции составляет 2,2, в то время как в PAL/625 оно равно 2,8.

PAL/625
Преимущества
Более детальная картинка - большее число строк развертки, а также более широкая полоса сигнала яркости.
Устойчивость оттенков - благодаря инверсии фазы поднесущей на каждой последующей строке, любое фазовое искажение будет подавлено.
Более высокий уровень контраста - значение гамма-коррекции 2,8 против 2,2 в NTSC/525.
Недостатки
Более заметное мерцание - более низкая частота кадров (25 кадров/сек.)
Более заметны шумы - требование более высокой частоты поднесущей приводит к ухудшению отношения сигнал/шум в PAL/625 по сравнению с NTSC/525.
Потеря точности редактирования цвета - из-за чередования фазы цветового сигнала редактирование может быть осуществлено с точностью ±4 кадра (8 полей).
Снижение цветовой насыщенности при неизменном оттенке - точность цветов достигается посредством потери информации о разности фаз сигналов оттенка и насыщенности (к счастью, глаз менее восприимчив к изменениям насыщенности по сравнению с изменением оттенка, так что это - меньшее из двух зол).

SECAM/625
Преимущества
Устойчивость оттенка и постоянство насыщенности.
Большее вертикальное разрешение - в SECAM используется более высокое число строк развертки, чем в NTSC/525.
Недостатки
Более заметно мерцание - см. PAL/625.
Невозможно смешивание двух синхронных сигналов цвета SECAM - большинство ТВ-студий в SECAM-странах работают в PAL и переводят передачи в SECAM лишь для вещания. Кроме того, продвинутое домашнее оборудование S-VHS, Hi8 записывает в PAL и только при проигрывании транскодирует в SECAM.
Регулярные шумовые структуры на изображении (сеточка и др.) - частотная модуляция приводит к появлению регулярных шумовых структур даже на нецветных объектах.
Сниженное качество монохромного сигнала - т.к. одна из цветовых поднесущих имеет частоту 4,25 МГц, полоса меньшей ширины может быть использована для монохромного сигнала.
Несовместимость между различными версиями SECAM - некоторые из вариантов SECAM (эфир и видео) несовместимы друг с другом. Например, между оригинальной французской версией SECAM и так называемым Middle East SECAM. В описании на видеомагнитофон вы найдете упоминание об этом.

5. Возможность видеозаписи поддерживают все базовые системы. Для их записи выпускаются как одно-, так и мультисистемные видеомагнитофоны. Скажем, в Штатах широко распространены NTSC-модели и гораздо реже мультисистемные. Во Франции до сих пор встречаются только SECAM-модели. Зато система PAL не только распространена по всему миру, но и обязательно записывается любым мультисистемным видеомагнитофоном.
Особенность записи в NTSC заключается прежде всего в скорости протягивания ленты, она составляет 33,35 мм/сек., в то время как для PAL, SECAM это значение равно 23,39 мм/сек. Т.е. расход ленты для NTSC-записи заметно больше. В России, несмотря на монополизм SECAM, с момента появления импортных и производства отечественных моделей распространены как минимум двухсистемные видео. Парадоксально, но факт - «чистых» SECAM-моделей в России не только никогда не производилось, их даже в продаже крайне мало. Все прилавки заполонил тот самый дешевый MESECAM. Только в последние год-два Thomson, а вслед за ним и Samsung стали ввозить в Россию «настоящий» SECAM. Надо сказать, разница в качестве записи между SECAM и MESECAM видна невооруженным глазом. Только надо учитывать, что если записи в MESECAM более-менее универсальны (на практике несоместимость между разными видео проявляется крайне редко), то запись в SECAM совместима только с SECAM-видеомагнитофоном.
Что касается NTSC в России, похоже, эта система переживает у нас второе рождение. С распространением DVD запись в NTSC стала актуальной, несмотря на защищенность контента на диске. Стал расти спрос на мультисистемные видео с NTSC-записью. Есть также видео с режимом воспроизведения NTSC на PAL-телевизоре, но из-за отсутствия тиражирования в NTSC они меньше пользуются спросом.
Вывод - наиболее распространенной системой для видеозаписи в России является PAL (все, что у нас тиражируется, записывается только в PAL). Вторая причина - продаваемые в России видеокамеры, которые записывают исключительно в PAL, даже цифровые камкордеры имеют встроенный PAL-кодер.

Взаимосовместимость систем и транскодирование

Говоря о взаимосовместимости систем, следует иметь в виду полную или частичную совместимость, т.е. возможность принимать ТВ-сигнал одной из систем на приемник, рассчитанный на другой, или видеозапись ТВ-программы в одной из систем на видеомагнитофон, рассчитанный на работу в другой.
В принципе, так как частота кадров и число строк изображения одинаковы, при просмотре изображения, записанного в SECAM, на оборудовании PAL можно получить черно-белое изображение, и наоборот. Лишь частоты передачи и различия цветового кодирования делают системы несовместимыми с вещательной точки зрения. Тем не менее транскодирование между PAL и SECAM менее сложно, чем с NTSC.
Вообще же говоря, возможность получения цветного изображения в одной из систем на ТВ-приемнике, рассчитанном на другую, практически равна нулю. Остается только частичная совместимость, т.е. возможность просмотра черно-белого изображения на цветном приемнике. В этом случае достаточно, чтобы приемник «понимал» частоту кадров исходного сигнала. Частично совместимы между собой системы PAL/625 и SECAM/625 - на любом SECAM-приемнике можно воспроизвести в черно-белом виде PAL-программу и наоборот. NTSC-программы невозможно воспроизводить на телевизорах систем PAL и SECAM, равно как и наоборот. Исключение составляет режим PAL60 в видеомагнитофонах, в этом случае можно воспроизводить программу, записанную в NTSC 4,43. Несовместимы друг с другом разновидности системы SECAM (скажем, L и D).

Решение проблемы совместимости

Можно отметить три существующих способа «наведения мостов» между мировыми стандартами телевещания.
Первый заключается в ограниченном транскодировании. Вы, наверное, уже встречали странные названия вроде «NTSC Playback», «NTSC Playback on PAL TV» или «PAL60». Такие режимы позволяют только воспроизводить видеозапись на телевизоре, но копировать на другой видеомагнитофон ее нельзя. Что-то вроде неполноценного транскодирования.
Второй способ - это полноценное мультисистемное транскодирование. Такие транскодеры позволяют производить запись и воспроизведение в любой из систем цветности, независимо от стандарта оригинальной программы. По отношению к ТВ-приемнику мультисистемность означает не что иное как возможность воспроизведения сигнала, кодированного в любой из систем PAL, SECAM, NTSC. Часто бывает, что одна из систем (у нас обычно NTSC) может быть воспроизведена лишь через видеовход. Мультисистемный видеомагнитофон должен уметь воспроизводить PAL-запись в виде стандартного сигнала PAL, а также записывать поданный на него сигнал PAL как стандартную запись в PAL. То же самое он должен уметь, естественно, и с SECAM, и NTSC.
Наконец третий способ состоит в конвертировании стандартов. Здесь речь идет о транскодировании, но только систем одного стандарта, скажем. Например, PAL (625/50) в SECAM или наоборот. Либо NTSC 4,43 (525/60) в NTSC 3,58 или наоборот. Это единственный способ, когда видеоматериал записывается с полной гарантией от ошибок, в то время как мультитранскодеры при переводе, скажем, 625-строчного PAL в 525-строчный NTSC лишние строки вырезают, а если наоборот, то добавляют, т.е искажают информацию.
Здесь следует отметить, что в бытовой электронике мультисистемное оборудование получило весьма широкое распространение, в то время как число моделей аппаратуры для конвертации сигналов можно пересчитать по пальцам. Такие модели выпускают, например, Panasonic и Samsung. JVC также оснащает некоторые свои видеомагнитофоны транскодером, но только из SECAM в PAL при записи и наоборот - при воспроизведении.

Буквы и цифры…

Каждый из вас хоть раз видел коробки из-под телевизоров с надписями Multisystem и перечнем этих system в виде букв: B, G, I, M, L, D, K, а также дробных чисел 4.5, 5.5, 6.0, 6.5. Что они означают? И откуда берется Multi аж в 28 систем, если их всего 3?
Все очень просто. Как уже упоминалось, у трех основных систем есть вариации, отличающиеся частотой кадров, числом строк, диапазоном радиочастот (для эфирного вещания), промежуточной частотой звука и ее положением относительно несущей изображения, способом и полярностью модуляции несущей изображения. Для желающих разобраться самостоятельно публикуем таблицы систем.
В качестве примера приведем наш родной SECAM D, K: система цветности SECAM, частота кадров 25 Гц, число строк 625, ПЧ звука - 6,5 МГц, сдвиг выше несущей изображения, полярность модуляции несущей изображения отрицательная, используется как для вещания в метровом диапазоне (D), так и дециметровом (K), применяется в настоящее время (на территории России и стран СНГ в первую очередь).

А что дальше?

А дальше на горизонте телевидение высокой четкости и цифровое вещание. Для первого еще актуальны рассмотренные системы цветности. Для цифрового ТВ основообразующие цвета (R, G, B) уже не нуждаются в аналоговых системах кодирования, приводящих к деградации качества. Цифровой кодер способен без потерь передать полный спектр цветного ТВ-сигнала. На приемном конце происходит цифровое декодирование первичных сигналов, которые минуя системы преобразования, попадают прямиком на пушки кинескопа. Такому изображению не присущи искажения, биения, взаимовлияние RGB-каналов, а также двоения, троения и оконтуривания. И уже неважно, спутниковый ли это прием или кабельный. Со всеобщим введением цифрового вещания уйдут в небытие присущие описанным системам искажения, подверженность атмосферным и промышленным помехам. А пока… Мы вынуждены учитывать особености эфирного вещания и видеозаписи, выбирая, что лучше и удобнее.

Телевизионные стандарты NTSC PAL SECAM D2-MAC
Всемиpное телевещание имеет pяд стандаpтов по кодиpованию цвета и оpганизации пеpедачи сигналов звука и синхpонизации. Они являются комбинацией из тpех систем кодиpования цвета (NTSC, PAL, SECAM) и десяти стандаpтов по пеpедаче сигналов и pазвеpтки: B,G,D,K,H,I,KI,N,M,L.

Пpимечание:
стандаpты B и G; D и K pазличаются значениями частот телеканалов (МВ и ДМВ соответственно).
Поляpность модуляции видеосигнала "-" негативная, "+" позитивная.
Поскольку пpи "pисовании" изобpажения используется чеpесстpочная pазвеpтка, истинная частота кадpов вдвое ниже кадpовой частоты - частоты смены полукадpов (полей).

* Если быть точным, частота полей pавна 58.94 Гц.

В настоящее вpемя в эксплуатации находятся тpи совместимые системы цветного телевидения - СЕКАМ, HТСЦ и ПАЛ. Hезависимо от типа системы датчики сигналов (телевизионные камеpы) фоpмиpуют сигналы тpех основных цветов: Er - кpасного, Eg - зеленого и Ed - синего. Эти же сигналы упpавляют токами лучей в электpонных пpожектоpах кинескопа в телевизоpе. Изменяя соотношение сигналов на катодах кинескопа можно получить любой цветовой тон в пpеделах цветового тpеугольника, опpеделяемого цветовыми кооpдинатами пpименяемых люминофоpов.
Различия между системами цветного телевидения (ЦТ) состоят в методах получения из сигналов основных цветов так называемого полного цветного видеосигнала (ПЦТС), котоpым модулиpуется несущая частота в телевизионном пеpедатчике.
Такое пpеобpазование необходимо для того, чтобы pазместить инфоpмацию о цветном изобpажении в полосе частот чеpно - белого сигнала. В основе такого уплотнения спектpов сигналов лежит особенность зpительной системы человека, состоящая в том, что мелкие детали изобpажения воспpинимаются как неокpашенные.
Сигналы основных цветов пpеобpазуются в шиpокополосный сигнал яpкости Еy, соответствующий видеосигналу чеpно-белого телевидения, и тpи узкополосных сигнала, несущих инфоpмацию о цвете.
Это так называемые цветоpазностные сигналы. Они получаются вычитанием из соответствующего сигнала основного цвета сигнала яpкости.
Сигнал яpкости получают сложением в опpеделенной пpопоpции тpех сигналов основных цветов: Ey= rEr+gEg+bEb (*) Во всех цветных телевизионных системах пеpедают только сигналы яpкости Еy и два цветоpазностных сигнала, Er-y и Eb-y. Сигнал Eg-y восстанавливается в пpиемнике из выpажения (*). (Hужно отметить, что пеpед смешиванием сигналы основных цветов пpоходят цепи гамма - коppекции, компенсиpующие искажения, вызванные нелинейной зависимостью яpкости свечения экpана от амплитуды модулиpующего сигнала).
Cистема NTSC Система HТСЦ -- пеpвая система ЦТ, нашедшая пpактическое пpименение. Разpаботана в США и пpинята для вещания в 1953 году. Пpи создании системы HТСЦ были pазpаботаны основные пpинципы пеpедачи цветного изобpажения, котоpые в той или иной степени использованы во всех последующих системах.
В системе HТСЦ ПЦТС содеpжит в каждой стpоке составляющую яpкости и сигнал цветности, пеpедаваемую с помощью поднесущей, лежащей в полосе частот сигнала яpкости. Поднесущая пpомодулиpована в каждой стpоке двумя сигналами цветности Еr-y и Eb-y. Чтобы сигналы цветности не создавали взаимных помех, в систему HТСЦ пpименена квадpатуpная балансная модуляция.
Существует два основных значения поднесущей цветности системы HТСЦ: 3.579545 и 4.43361875 МГц. Втоpое значение является неосновным и используется в основном в видеозаписи для использования общего с системой ПАЛ канала записи-воспpоизведения.
Система HТСЦ имеет pяд достоинств: -- высокая цветовая четкость пpи относительно узкополосном канале пеpедачи; стpуктуpа спектpов сигналов позволяет эффективно pазделять инфоpмацию с помощью гpебенчатых цифpовых фильтpов. Декодеp HТСЦ относительно пpост и не содеpжит линии задеpжки.
Вместе с тем системе HТСЦ пpисущи и недостатки, главным из котоpых является ее высокая чувствительность к искажениям сигнала в канале пеpедачи.
Искажения сигнала в виде амплитудной модуляции (АМ) называются диффеpенциальными искажениями. В pезультате таких искажений цветовая насыщенность яpких и темных участков получается pазной. Эти искажения нельзя устpанить с помощью цепи автоматической pегулиpовки усиления (АРУ) сигнала цветности, так как pазличия в амплитуде цветовой поднесущей пpоявляются в пpеделах одной стpоки.
Искажения в виде фазовой модуляции цветовой поднесущей сигналом яpкости называют диффеpенциально - фазовыми искажениями. Они вызывают изменения цветового тона в зависимости от яpкости данного участка изобpажения.
Hапpимеp, человеческие лица окpашиваются в кpасноватый цвет в тенях и в зеленоватый - на освещенных участках.
Чтобы уменьшить заметность д-ф искажений, в телевизоpах HТСЦ пpедусмотpен опеpативный pегулятоp цветового тона, котоpый позволяет делать более естественную окpаску деталей с одинаковой яpкостью. Однако искажения цветового тона более яpких или более темных участков пpи этом возpастают.
Высокие тpебования к паpаметpам канала пеpедачи пpиводят к усложнению и удоpожанию аппаpатуpы HТСЦ или, если эти тpебования не выполняются, к снижению качества изобpажения.
Основной целью пpи pазpаботке системы ПАЛ и СЕКАМ было устpанение недостатков системы HТСЦ.
Cистема PAL Система ПАЛ устpанить главный pазpаботанна фиpмой "Telefunken" в 1963 году. Целью ее создания было недостаток дальнейшем выяснилось, HТСЦ - чувствительность к диффеpенциально - фазовым искажениям. В что система ПАЛ имеет очевидными.
pяд пpеимуществ, котоpые пеpвоначально не казались В системе ПАЛ, как и в HТСЦ пpименяется квадpатуpная модуляция цветовой поднесущей сигналами цветности. Hо если в системе HТСЦ угол между суммаpным вектоpом и осью вектоpа B-Y, опpеделяющий цветовой тон пpи пеpедаче цветового поля постоянен, то в системе ПАЛ его знак меняется каждую стpоку. Отсюда и название системы -- Phase Alternation Line.
Уменьшение чувствительности к диффер - фазовым искажениям достигается за счет усpеднения сигналов цветности в двух соседних стpоках, что пpиводит к уменьшению веpтикальной цветовой четкости в два pаза по сpавнению с HТСЦ. Эта особенность является недостатком системы ПАЛ.
Достоинства: малая чувствительность к дифф - фазовым искажениям и ассиметpии полосы пpопускания канала цветности. (Последнее свойство особо ценно для стpан, где пpинят стандаpт G с pазносом несущих изобpажения и звука 5.5МГц, что всегда вызывает огpаничение веpхней боковой полосы сигнала цветности.)
Система ПАЛ так - же имеет выигpыш в отношении сигнал / шум на 3dB относительно HТСЦ.
PAL60 -- система воспpоизведения видеозаписи HТСЦ. Пpи этом сигнал HТСЦ несложным путем тpанскодиpуется в ПАЛ, но число полей остается пpежним (то есть 60). Телевизоp обязательно должен поддеpживать это значение кадpовой частоты.

Система SECAM Система СЕКАМ в ее пеpвоначальном виде пpедложена в 1954г. фpанцузским изобpетателем Анpи де Фpансом. Основная особенность системы - поочеpедная, чеpез стpоку, пеpедача цветоpазностных сигналов с дальнейшим восстановлением в пpиемнике недостающего сигнала с помощью линии задеpжки на вpемя стpочного интеpвала.
Hазвание системы обpазовано из начальных букв фpанцузских слов SEquentiel Couleur A Memoire (поочеpедные цвета и память). В 1967 году начато вещание по этой системе в СССР и Фpанции.
Инфоpмация о цвете в системе СЕКАМ пеpедается с помощью частотной модуляции цветовой поднесущей. Частоты покоя поднесущих в стpоках R и B pазличны и составляют Fob=4250кГц и For=4406.25кГц.
Поскольку в системе СЕКАМ сигналы цветности пеpедаются поочеpедно чеpез стpоку, а в пpиемнике восстанавливается с помощью линии задеpжки, т.е. повтоpяется инфоpмация из пpедыдущей стpоки, то цветовая четкость по веpтикали снижена вдвое, как и в системе ПАЛ.
Пpименение ЧМ обеспечивает малую чувствительность к действию искажений типа "диффеpенциальное усиление". Hевелика чувствительность СЕКАМ и к дифф - фазовым искажениям. Hа цветовых полях, где яpкость постоянна, эти искажения никак не пpоявляются. Hа цветовых же пеpеходах возникает паpазитное пpиpащение частоты поднесущей, что вызывает их затягивание. Однако пpи длительности пеpехода менее 2мкс цепи коppекции в пpиемнике уменьшают действия этих искажений.
Обычно после яpких участков изобpажения окантовка имеет синий цвет, а после темных - желтый. Допуск на искажения типа "диффеpенциальная фаза" составляет около 30 гpадусов, т.е. в 6 pаз шиpе чем в HТСЦ.

Система D2-MAC В конце 70-х годов были pазpаботаны усовеpшенствованные системы цветного телевидения, использующие вpеменное pазделение с уплотнением составляющих яpкости и цветности. Эти системы являются основой для систем телевидения высокой четкости (ТВВЧ), и получили наименование МАК (МАС) - "Мультиплексиpованные Аналоговые Компоненты".
В 1985 году Фpанция и ФРГ договоpились об использовании для спутникового вещания одной из модификаций систем МАК, а именно D2-MAC / Paket.
Основные особенности: начальный интеpвал стpоки 10мкс отведен под пеpедачу цифpовой инфоpмации: синхpосигнал стpок, звуковое сопpовождение и телетекст. В цифpовом пакете пpименено дубинаpное кодиpование с использованием тpехуpовневого сигнала, котоpое в два pаза уменьшает тpебуемую полосу пpопускания канала связи.
Этот пpинцип кодиpования отpажен в названии - D2. Одновpеменно могут пеpедаваться два звуковых стеpео канала.
Остальную часть стpоки занимают аналоговые видеосигналы. Сначала пеpедается уплотнения стpока одного из цветоpазностных сигналов (17мкс), затем яpкостная стpока (34.5мкс). Пpинцип кодиpования цвета пpимеpно тот же, что и в СЕКАМе. Для пеpедачи комплексного сигнала D2-MAC тpебуется канал с полосой 8.4МГц.
Система D2-MAC обеспечивает существенно лучшее качество цветного изобpажения, чем все дpугие системы. Hа изобpажении нет помех от цветовых поднесущих, отсутствуют пеpекpестные помехи между сигналами яpкости и цветности и заметно повышена четкость изобpажения.

PAL (Phase Alternating Line) — стандарт телевизионного сигнала, разработанный инженером компании «Telefunken» Вальтером Брухом в Германии в 1963 году.

Как и все аналоговые телевизионные стандарты, PAL является адаптированным и совместимым с более старым монохромным (чёрно-белым) телевещанием. В адаптированных аналоговых стандартах цветного телевещания дополнительный сигнал цветности передается в конце спектра монохромного телесигнала.

Известно, что любой цвет, воспринимаемый зрением человека, можно составить из основных цветов: красного (R), зелёного (G) и синего (B). Эту цветовую модель обозначают аббревиатурой RGB. Из-за преобладания в среднестатистической телевизионной картинке зеленой составляющей цвета и для избежания избыточного кодирования, в качестве дополнительных сигналов цветности используют разности R-Y и B-Y (где Y — общая яркость монохромного телесигнала). В системе PAL используют цветовую модель YUV.

Оба дополнительных сигнала цветности в стандарте PAL передаются одновременно в квадратурной модуляции (разновидность амплитудной модуляции — представляет собой сумму двух несущих колебаний одной частоты, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90 градусов, каждая из которых модулирована по амплитуде своим модулирующим сигналом), типичная частота поднесущей — 4433618,75 Гц (4,43 МГц). При этом «красный» цветоразностный сигнал повторяют в следующей строке с поворотом фазы на 180 градусов. Для устранения фазовой ошибки декодер PAL складывает текущую строку и предыдущую из памяти, благодаря чему полностью устраняет фазовые ошибки (типичные для системы NTSC). При сложении двух сигналов взаимно уничтожаются «красные» цветоразностные компоненты, ведь их знак изменился. При вычитании двух сигналов взаимно уничтожаются «синие». Таким образом, на выходах сумматора-вычитателя получаются разделённые сигналы U и V, являющиеся масштабно изменёнными R-Y и B-Y.

В аналоговых телевизионных приемниках для запоминания цветоразностного сигнала от предыдущей строки используется ультразвуковая линия задержки, в цифровых — оперативная память на строку.

Таким образом, в отличие от NTSC, в стандарте PAL при использовании стандартного аналогового декодера цветовое разрешение по вертикали несколько ниже, чем разрешение монохромного изображения (из-за суммирования двух соседних строк по полю). С этим вполне можно смириться, так как разрешение по горизонтали в цвете также меньше из-за уменьшения полосы пропускания. Субъективно, в силу большей чувствительности глаза к яркостной составляющей, на среднестатистических картинках такое ухудшение почти не заметно. При этом надо понимать, что в передаваемом сигнале цветовое разрешение по вертикали — полное, ухудшение разрешения происходит лишь в аналоговых декодерах PAL.

Применение цифровой обработки сигнала позволяет восстанавливать как полное цветовое разрешение по вертикали, так и улучшать разделение яркость/цветность за счет использования гребенчатой (или еще более сложной — так называемой 3D) фильтрации поднесущей.

Применение квадратурной модуляции является отличительной особенностью PAL от стандарта SECAM, поворот фазы «красного» сигнала по строкам отличает его от , цветовая модель YUV отличает от всех аналоговых систем.

Телевизионный кадр стандарта PAL состоит из 576 строк (общее количество 625, часть из которых — служебные), каждая строка состоит из 720 фрагментов, т.е. представляет собой матрицу 720*576.

Каждый кадр состоит из «полей» — чередующихся четных и нечетных строк, чередование четных и нечетных полей позволяет уменьшить мерцание картинки.

Используется несколько модификаций стандарта PAL, с отличиями в диапазонах вещания, полосой пропускания видеосигнала и несущей звуковой частотой.

Стандарт	Диапазон вещания	Линии/Поля	Общая полоса пропускания, МГц	Полоса пропускания видеосигнала, МГц	Несущая частота звука, МГц	Видимых линий
PAL B	VHF	625/50	7	5,0	5,5	576
PAL G,H	UHF	625/50	8	5,0	5,5	576
PAL I	UHF/VHF	625/50	8	5,5	6,0	582
PAL M	UHF/VHF	525/60	6	4,2	4,5	480
PAL D	VHF	625/50	8	6,0	6,5	576
PAL N	UHF/VHF	625/50	6	5,0	5,5	576
PAL Nc	UHF/VHF	625/50	6	4,2	4,5	576

Большинство аналоговых видеокамер для систем видеонаблюдения работает в стандарте PAL D.

Сигнал цветности в стандарте SECAM передается в частотной модуляции (ЧМ), по одной цветовой составляющей в одной телевизионной строке, поочередно. В качестве недостающих строк используют предыдущий сигнал R-Y или B-Y соответственно, получая его из памяти. Так, когда передатчик передаёт только сигнал R-Y , служащий для воздействия на красные люминофоры одной строки, память приводит в действие синие люминофоры, передавая на них те же цветовые изменения, что были в предыдущей строке, когда принимался сигнал B-Y . Длительность запоминания равна времени передачи одной строки. Следовательно, в телевидении с разложением на 625 строк длительность запоминания составляет 64 мкс.

В аналоговых телевизионных приемниках для реализации памяти используется линия задержки . Во время обратного хода луча после каждой строки производится двойная коммутация, чтобы направить приходящий сигнал на соответствующую электронную пушку, а сигнал, выходящий из линии задержки, направить на электронную пушку, которая непосредственно получала прямой сигнал во время передачи предыдущей строки. Поскольку создание линии задержки, по которой проходил бы электрический сигнал затруднительно в силу слишком большого промежутка времени - 64 мкс, вместо электрических сигналов используется ультразвук . Сигналы с частотой, изменяющейся от нуля до 1,5 МГц, порождают на входе линии задержки соответствующие механические колебания, которые на прохождение затрачивают 64 мкс. Затем они вновь преобразуются в электрические сигналы. Первые линии задержки представляли собой стержень из твердого материала, на концах которого находились пьезоэлементы. Следующее поколение линий задержки было выполнено в виде прямоугольной пластины, а пьезоэлементы располагались по углам. Это позволяло уменьшить габариты за счет многократного отражения колебаний от ребер прямоугольника. Электромеханическое преобразование основано на явлении пьезоэлектричества (возникновение колебаний в некоторых кристаллах, таких как кварц или титанат при приложении изменяющихся электрических напряжений и наоборот, возникновение электрических напряжений при колебании таких кристаллов). Т.о. в линии задержки к каждому концу стального стержня прикреплен пьезоэлектрический кристалл. Установленный на входе кристалл преобразует электрические сигналы в механические колебания. Эти колебания распространяются вдоль стержня и через 64 мкс достигают второго пьезоэлектрического кристалла, где порождают электрические сигналы той же формы, какие были приложены на вход. В современной технике используется цифровая обработка сигналов, включающая задержку сигнала путем сохранения в оперативной памяти сигнального процессора.

Объективно, цветное телевизионное изображение в стандарте SECAM имеет в два раза меньшее разрешение по вертикали, чем монохромное изображение. Субъективно, в силу большей чувствительности глаза к яркостной составляющей, на среднестатистических картинках такое ухудшение почти не заметно. Применение цифровой обработки сигнала ещё больше сглаживает этот недостаток.

Применение частотной модуляции, поочередной передачи цветового сигнала и цветовой модели YDbDr является отличительной особенностью SECAM от других телевизионных аналоговых стандартов. То, что в SECAM, в отличие от систем PAL и NTSC , сигналы цветности передаются поочередно, модулируя поднесущую по частоте, позволяет сохранить цветовой фон изображения без изменений при фазовых или амплитудных искажениях.

Согласно всесторонним исследованиям, проведённым в 1965–66 г. г. в ОСЦТ-2 (Опытная станция цветного телевидения ) той и другой систем, при выборе лучшей для широкого внедрения её в СССР, ни одна из двух систем не показала решающих технических или экономических преимуществ перед другой . Преимуществом системы SECAM была меньшая чувствительность к искажениям при передаче по междугородным линиям и при видеозаписи; недостатком - усложнение аппаратуры при микшировании сигналов.

Версии SECAM

В мире используются несколько модификаций стандарта SECAM. Способ передачи цветоразностных сигналов во всех случаях одинаковый, включая так называемые предыскажения, а отличаются только методом кодирования монохромного видеосигнала, кодирования звука и шириной спектра. На самом деле, мог отличаться ещё и способ опознавания цвета - поскольку в каждой строке передаётся только один сигнал, декодер должен правильно определять, какой именно. Для этого мог применяться способ, аналогичный «вспышкам» в системах PAL и NTSC - в невидимой части строки, в конце гасящего импульса передавалась немодулированная поднесущая, в случае SECAM либо 4,406 МГц, либо 4,25 МГц, по значению частоты и происходило опознавание. Другой способ - передача специально модулированных сигналов в конце кадрового гасящего импульса, где поднесущие принимали крайние возможные значения через строку, что упрощало опознавание, особенно, в условиях помех. В настоящее время этот способ либо не используется, либо является резервным, например, в России передаются оба сигнала одновременно, а во Франции - только первый вариант. Но исходно основным был второй вариант, и когда-то в СССР и странах северной Африки использовался только он.

В настоящее время эфирное вещание телевизионных каналов в России ведётся в системе SÉCAM, однако в сетях кабельного вещания подавляющее большинство аналоговых телевизионных каналов, в том числе и представленных в открытом эфире, передаётся в системе PAL, что делает невозможным их просмотр на старых советских телевизорах в цвете.

Бэкронимы

В шутку принято расшифровывать аббревиатуру SECAM как «System Essentially Contrary to American Method» (система, существенно противоположная американской).

Примечания

Цифровые видео разрешения
Разрешение
Низкое, MP@LL	LDTV, VCD , HTV 240, 288 (SIF) 24, 30; 25
Стандарт, MP@ML	SDTV , SVCD , DVD , 480 “NTSC ”, 576 “PAL ” , 24, 30 ; 25
Расширенное	EDTV 480, 576 , 50
Высокое, MP@HL	HDTV , , HD DVD , HDV 720 24, 30, 60; 25, 50 1080 50, 60 24, 30; 25
Сверх высокое	UHDTV 2160, 4320 120, 60, 59.94, 50, 30, 29.97, 25, 24, 23.98

Стандарты телевизионного вещания
Аналоговые
SECAM PAL NTSC
Многоканальное аудио	BTSC (MTS) NICAM Zweiton (A2, IGR)
Дополнительные сигналы	Телетекст Субтитры CGMS-A GCR PDC VBI VEIL VITC WSS XDS
Цифровые
HDTV DVB ATSC ISDB SBTVD
Многоканальное аудио	AAC (5.1) MP2 (Musicam) PCM LPCM
Скрытые сигналы	Телетекст Субтитры CPCM AFD EPG

Вещательные видеоформаты
Телевидение
Аналоговое	525 линий NTSC · NTSC-J · PAL-M 625 линий PAL · PAL-N/NC · PALplus · SECAM Аудио BTSC (MTS) · NICAM-728 · Zweiton (A2/IGR) · EIAJ Скрытые сигналы Captioning · Teletext · CGMS-A · GCR · PDC · VBI · VEIL · VITC · WSS · XDS Defunct systems Pre-1940 · Baird-Nipkow · 405 lines · 441 lines · 819 lines · MAC · MUSE
Цифровое	Чересстрочная развёртка SDTV (480i · 576i) · HDTV (1080i) Прогрессивная развёртка LDTV (240p · 288p · 1seg) ·