Обратно

Хохлов Б.Н.
О переключаемой матрице RGB
(сокращенный вариант)

Параметры матрицы RGB в цветном телевизоре обычно определяются на основе известного уравнения:
E’_Y=k₁ E’_R+k₂ E’_G+k₃ E’_B,                  (1)
где коэффициенты соответствуют относительным величинам яркостей основных цветов приемника и зависят от цветовых координат этих цветов и выбранного белого. Для вычисления значения цветоразностного сигнала E’G–Y используется формула:
E’_G–Y= –k₄ E’_R–Y – k₅ E’_B–Y,              (2)
где k₄=k₁/k₂; k₅=k₃/k₂.
Наконец, необходимо знать соотношение цветоразностных сигналов, подаваемых на входы матриц:
k₆=E’_B–Y /E’_R–Y=(1–k₃)/(1–k₁)           (3)
В колориметрии существуют матричные преобразования, которые позволяют, зная основные цвета кинескопа и координаты выбранного белого, найти коэффициенты уравнения (1). Расчетные формулы для определения значений коэффициентов k₁–k₃ имеют вид:
k₁=(y_R/y_Б)(x_Б(y_G–y_B)–y_Б(x_G–x_B)+x_G y_B–x_B y_G)/D         (4)
k₂=(y_G/y_Б)(x_Б(y_B–y_R)–y_Б(x_B–x_R)–x_R y_B+x_B y_R)/D         (5)
k₃=(y_B/y_Б)(x_Б(y_R–y_G)–y_Б(x_R–x_G)+x_R y_G–x_G y_R)/D,        (6)
где: D=x_R(y_G–y_B)+x_G(y_B–y_R)+x_B(y_R–y_G)                      (7)
— детерминант матрицы преобразования, x_Б, y_Б — координаты принятого белого, а x_R,G,B, y_R,G,B — координаты основных цветов приемника.
В результате расчетов по формулам (4)–(6), (2) и (3) получаем:
E’_Y = 0,2989 E’_R+0,5866 E’_G+0,1145 E’_B
E’_G–Y = –0,5095 E’_R–Y–0,1951 E’_B–Y
E’_B–Y/E’_R–Y=1,2630,
как и принято в системе НТСЦ.
Отношение цветоразностных сигналов на выходах канала цветности НТСЦ определяется коэффициентами компрессии на передающей стороне и равно 0,493/0,877=0,562. Значит, амплитуды цветоразностных сигналов на входах матрицы должны подстраиваться. Если цветовые координаты используемого в приемнике кинескопа не соответствуют треугольнику НТСЦ и лежат внутри него, правильное матрицирование будет происходить только в пределах цветового треугольника кинескопа, и выйти за его пределы невозможно.
В системе ПАЛ приняты основные цвета приемника и белый цвет, рекомендованные Европейским содружеством (ЕС), причем принимается g=2,8
Однако расчет матричных цепей производится на базе белого С и основных цветов НТСЦ, поэтому коэффициенты матриц получаются такими же, как в этой системе. Использовать в приемнике матрицы, рассчитанные на основании цветового треугольника ЕС и белого D нельзя, так как сигнал яркости и цветоразностные сигналы E’_R–Y и E’_B–Y формируются в кодере в соответствии с белым С и цветовым треугольником НТСЦ и в таком виде получаются на выходах декодера приемника. Поэтому матричные цепи приемника должны выполняться на базе коэффициентов НТСЦ. Использование в телевизоре кинескопа, основные цвета которого не соответствуют треугольнику НТСЦ, вызывает некоторое изменение координат белого. Новые координаты можно получить, преобразовав уравнения (4)–(7):
x_Б=((x₁ y₂–x₂ y₁)/(y₂–y₁))–(k₃ y_Б D/(y₃(y₂–y₁)))–
–(y_Б(x₁ –x₂)/(y₂–y₁))                                                             (8)
y_Б=((x₂ y₃–x₃ y₂)/(y₂–y₃)+(x₃ y₁–x₁ y₃)/(y₁–y₃))/
/(((k₁ D/y₁)+x₂–x₃)/(y₂–y₃))+((k₂ D/y₂)+x₃–x₁)/(y₁–y₃))        (9)
В формулы подставляют значения цветовых координат люминофоров используемого кинескопа и коэффициенты матриц НТСЦ.
Подстройкой амплитуд сигналов E’R, E’G и E’B можно вернуться к заданному белому.
В отечественной системе СЕКАМ приняты основные цвета приемника и белое — как в системе ПАЛ (т.е. по рекомендации ЕС), коэффициент g составляет 2,8, а коэффициенты формулы (1) — как в системе НТСЦ. Таким образом, во всех трех цветовых стандартах используются матрицы НТСЦ. В соответствующем документе МККР имеется примечание, в котором для имеющегося на данный момент оборудования временно допускается в системе СЕКАМ использовать основные цвета НТСЦ и белое C. Вместе с тем отмечается, что со времени принятия системы НТСЦ цветовые координаты люминофоров кинескопов существенно изменились, не соответствуют основным цветам НТСЦ и близки к основным цветам ЕС. Одновременный переход в приемниках и студийном оборудовании ПАЛ и СЕКАМ к матрицам, рассчитанным на основании белого D и основных цветов ЕС, решил бы все проблемы. Но это не представляется возможным, поскольку существует огромный парк телевизоров ПАЛ и СЕКАМ с НТСЦ-матрицами.
В приемнике СЕКАМ, как и в приемниках ПАЛ и НТСЦ, уровни цветоразностных сигналов, подаваемых с канала цветности на матричные цепи, должны регулироваться, так как соотношение уровней цветоразностных сигналов на выходах канала цветности СЕКАМ определяется соотношением модулирующих сигналов в кодере:
D’_R/D’_B=1,5 E’_B–Y/1,9 E’_R–Y=0,789 E’_B–Y/E’_R–Y.
До середины 80-х годов в микросхемах телевизионных видеопроцессоров, выпускаемых в Европе, например, TDA3500; TDA3501 и TDA3505 фирмы Valvo (так называлось тогда отделение полупроводников фирмы Philips) использовали единую для трех цветовых стандартов матрицу RGB, рассчитанную на основе цветового треугольника НТСЦ, белого C и приведенных выше значений коэффициентов.
В 1984 г. фирма Valvo разработала новую микросхему видеопроцессора — TDA4580. В числе других новшеств микросхема содержала матрицу RGB, переключаемую с помощью изменения потенциала на одном из выводов из режима ПАЛ/СЕКАМ в режим НТСЦ (в то время для управления микросхемами еще не использовалась шина I2C). В описании микросхемы применение переключаемой матрицы объяснялось необходимостью учесть различия основных цветов приемника, координат белого и значения коэффициента g , принятых в Европе и в США. Для «американского» режима приводились следующие уравнения для модифицированных цветоразностных сигналов:
(E’R–Y)*=1,57 E’_R–Y – 0,41 E’_B–Y               (10)
(E’G–Y)*=– 0,43 E’_R–Y – 0,11 E’_B–Y            (11)
(E’B–Y)*=E’_B–Y                                            (12)
В описании ИС отмечается, что значение g в современных кинескопах составляет 2,7–2,9.
В 90-е годы фирмой Philips Semiconductors были разработаны микросхемы малосигнальных цепей телевизоров. В микросхемах TDA8846/47 используется переключаемая матрица НТСЦ США / НТСЦ Япония В 1998 г. переключаемая матрица ПАЛ/СЕКАМ/НТСЦ США—НТСЦ Япония была применена в микросхеме «Кадр в кадре» SDA9489 Siemens. Новые модели однокристальных видеопроцессоров Philips (например TDA93XX) также содержат переключаемую матрицу с тремя режимами работы. Использование нестандартных, неквадратурных осей декодирования при приеме стандартного сигнала НТСЦ приводит к сложению проекций векторов цветоразностных сигналов на выбранную ось. В отличие от выражений (10) и (11) это делается не в матрице, а в демодуляторах канала цветности.
Анализ результатов измерений позволяет разделить исследованные устройства отображения на три группы: европейские кинескопы (например, Philips), цветовые координаты которых близки к треугольнику основных цветов ЕС; кинескопы азиатского производства (например, LG), у которых снижена цветовая насыщенность синего люминофора; плазменные панели, у которых уменьшена насыщенность как в синем, так и в зеленом цветах. Отечественные телевизионные заводы могут применять в разрабатываемых телевизорах все три группы устройств отображения. Как уже говорилось, применение в телевизоре кинескопа, цветовые координаты люминофоров которого отличаются от цветовых координат треугольника НТСЦ, приводит к смещению координат белого. Регулируя размахи сигналов, поступающих на катоды кинескопа, можно восстановить исходное белое, например, белое D. Если после этого заменить в телевизоре европейский кинескоп на кинескоп, изготовленный в Юго-Восточной Азии, то белые участки изображения примут красноватый оттенок и потребуется новая подстройка размахов сигналов. Поэтому дрейф белого, вызванный различием координат цветового треугольника НТСЦ и основных цветов приемника, — недостаток, приводящий к увеличению нелинейных искажений в сигналах RGB или к необходимости увеличить напряжение питания выходных усилителей.
В цифровых телевизорах желательно обеспечить точное матрицирование, исключив погрешности, связанные с различием координат цветовых треугольников НТСЦ и используемого кинескопа. На выходах цифрового блока можно получить как сигналы RGB, так и полный цветовой видеосигнал или сочетание сигналов E’Y и С, обычно с модуляцией по стандарту ПАЛ. Предпочтительно использовать сигналы RGB. Они подаются на входы аналогового видеопроцессора, где сначала преобразуются с помощью первой матрицы в сигналы YUV. Это обеспечивает возможность оперативной регулировки цветовой насыщенности. Затем с помощью второй матрицы формируются сигналы RGB, которые поступают на кинескоп. Так как система матриц в видеопроцессоре автономна и никак не связана с параметрами парка аналоговых цветных телевизоров, матрицы можно выполнить на базе цветовых координат используемого типа кинескопа и белого D, что исключит дрейф координат белого в приемнике. В следующей таблице приведены значения коэффициентов матриц для трех типов устройств отображения — европейского кинескопа, азиатского кинескопа и плазменной панели.

Полный текст - в № 11 журнала "ТКТ" за 2002 год

Обратно