Comments 46
всё ладно, и подробно очень, вот только вопрос: зачем для русскоязычной аудитории заостряться именно на NTSC, не лучше ли было тогда сразу PAL разобрать, как более распространённую везде кроме штатов? Или это перевод без указания автора?
P.S. а вообще, большинство сохранившихся аналоговых телевизоров кроме совсем уж древних имеют вход SCART на который можно сразу RGB подавать, для потенциальных самодельщиков всяко удобнее
Эх, как тут не хватает анимаций квадратурной модуляции.. Тут момент интересный в том, что цветное ТВ это надстройка над ЧБ, и логично было бы сначала сформировать чб сигнал.
Какой же гениальный хак придумали инженеры, чтобы впихнуть цветной сигнал в полосу черно-белого, да еще и с обратной совместимостью. По сути спрятали информацию о цвете в фазе и амплитуде высокочастотной поднесущей
Это просто красиво
их можно вывести математически; оставляю читателю эту увлекательную задачу.
"Я нашёл этому поистине чудесное доказательство, но поля книги слишком узки для него." Пьер Ферма
Лучик света в тёмном царстве иишных статей и статей-твитов... Автор, пожалуйста, не бросай это дело!
Схема развёртки
У вас что, нейросеть рисовала схему развертки? Почему стрелочки изображающие движение луча двунаправленные? Почему строки нечетного поля и четного поля совпадают? И почему на нечетном поле последняя строка заканчивается на середине, а на четном первая начинается с середины?
Спасибо за замечания. Нет. Рисовал сам. Сейчас перепроверю.
Стрелочки не двунаправленные, это две стрелочки, одна для прямого другая для обратного хода луча. По поводу начала на середине и окончании на середине я еще раз перепроверю, но вроде так и должно быть. Смещения строк исправлю.
Ага, со стрелочками понял. Но выглядят как двунаправленные при беглом взгляде. А со смещением на полстроки это же во временной диаграмме только. У одного полукадра строки по времени смещены на половину периода строчной развертки чтобы точно между строками второго полукадра попадать, но они все равно начинаются с левой границы.
P.S. Я был не прав. Для нечетного числа строк в кадре (NTSC 525, PAL/SECAM 625), полукадры, если мы хотим иметь кадровую развертку с постоянной частотой, будут иметь не целое число строк. Один действительно будет обрываться на середине горизонтального хода луча. А делать кадровый генератор у которого период колеблется (то 262 строки, то 263) на аналоговой схемотехнике сложнее. А главное, придется как-то маркировать полукадры, который из них четный, а который нечетный. А так все автоматически получается.
А вот и оригинальная иллюстрация из 1947 года с разъяснением чересстрочной развертки.
Мы оба были неправы, но вместе мы разобрались). Исправил рисунок для развертки в статье.
Кстати, много где используют такие картинки, но это не имеет ничего общего с реальным ходом луча в кинескопе, так и касательно "пикселей" кадра.
Прямой строчный ход луча - он как раз горизонтальный, а обратный - по диагонали.
И это начало строки с середины экрана - оно находится за пределами видимой области экрана, луч погашен и эти строки не содержат картинки.
Возможно я ошибаюсь, но скорость перемещения луча по вертикали постоянная при отрисовке поля. Поэтому за время отрисовки одной строки при прямом ходе луч сдвинется по вертикали больше, чем при обратном ходе.
Если быть более точными, луч будет сдвигаться по вертикали и при прямом ходе и при обратном, только при прямом это более заметно. Если присмотреться к рисунку, что привел @sappience, то там как раз это и видно.
Поправьте, если я неправ.
Это работало для чёрно-белых, однолучевых кинескопов, там без разницы. В простом случае, конец строки съедет на ~1.5 высоты строки вниз. А в цветных есть апертурная сетка и матрица, линии которых, по идее, строго горизонтальны. И им требуется небольшая компенсация, чтоб луч четко попадал.
Ну и если говорить про источники сигнала (с тех пор как стали использовать ПЗС-матрицы), сложно представить как можно сканировать прямоугольную матрицу под углом.
За полное время строки (64мкс для системы D/K) луч "прорисует" видимую линию в течении 52мкс, затем вернется в течение 12мкс. Поскольку, как правильно заметил @artyomsoft, вертикальная составляющая скорости луча развертки в пределах видимой части полукадра постояяна (ток в катушках вертикального отклонения пилообразен), на прямом ходе вертикальное смещение будет в 52 /12 = 4.33 раза больше, чем на обратном.
Несмотря на иллюстативность, картинки правы. Линия прямого хода луча наклонена вниз. Обратный ход тоже наклонен, но вертикальная разность начала и конца обратного хода меньше, чем половина межстрочного интервала.
В цветном кинескопе есть маска, но это никак не изменяет устройство кадровой развертки - ток в катушках всё та же "линейная пила".
Насколько я помню из личного опыта настройки телевизоров, максимально сфокусированный луч засвечивает люминофорные триады через несколько отверстий маски, "попадание" невозможно и не нужно.
Лучу необходимо сместиться на две строки за время прямого и обратного хода (в чересстрочном режиме), 52/12 дадут смещение начала и конца строки больше чем 1,5 строки. Это было бы заметно на любых горизонтальных линиях. Потому как используется компенсация - поворот отклоняющей системы, неортогональность катушек развертки или электронным путем.
Согласен, абсолютное смещение на прямом ходе 52/32 = 1,625 межстрочнго интервала. Видиимых строк на экране - 576.
Если взять типовой кинескоп с диагональю 51см , то высока экрана - 300мм.
На эти 300мм приходится в теории 576 строк, т.е. 1 строка имеет высоту 0,52мм. Смещение в миллиметрах будет 0,52 * 1,625 = 0.85мм.
Телевизор смотрели с расстояния минимум метра 2, думаете кто-нибудь заметит разницу высот в 0,85мм на длине 40 см (ширина экрана) уклон с такого расстояния?
К тому же, разрешающая способность самого кинескопа (ТВ, не компьютерного 21") примерно 400 - 450 линий. Это еще больше "размазывало" горизонтальные линии.
И телекамера в студии использует ту же развертку, луч присканировании мишени смещается в относительных единицах абсолютно так же, т.е. это смещение полностью компенсировано.
Телевизор смотрели с расстояния минимум метра 2, думаете кто-нибудь заметит разницу высот в 0,85мм на длине 40 см (ширина экрана) уклон с такого расстояния?
Бредовые домыслы. Отклоняющая система (ОС) это прибор, надеваемый на горловину кинескопа и он никак не привязан к ориентации экрана.
Учитывая, что строки должны рисоваться строго горизонтально, то ОС крепится с небольшим поворотом, компенсируя наклон растра. Т.е. никакого наклона нет для смотрящего. Это всего лишь вопрос перспективы.
Что касается черезстрочности, то тут всё ещё забавнее. Кадровый задающий генератор это по сути конденсатор, который заряжается через генератор тока. Так соблюдается строгая линейность. А так как уровень заряда напрямую зависит от времени, то сформированная пила будет отличаться по размаху для 50Гц и 60Гц, т.к. это разное время (20мс против 16мс). В мультисистемных телевизорах есть схема коррекции размера по вертикали при обнаружении синхросигнала определённой частоты (+- отклонение захвата ФАПЧ). Далее, если мы берём, например, частоту полей 50Гц и 625 строк развёртки, то растр формируется не 312,5 строк а 312+313 строк (по позиции кадрового импульса после интегратора). А так как в одном поле на одну строку больше, то и его вертикальный размер больше как раз на высоту половины строки. Т.е. высота полей дрожит на полстроки относительно центра в обе стороны: это аналоговая система, на выходе которой стоит конденсатор, так что постоянное смещение обрезается. А разбивка строчной синхронизации на полстроки оставили для DSP, которые по ней определяют поля (потому что там время отличается заведомо сильнее возможностей ФАПЧ). Для 60Гц ситуация по сути та же самая. А если начать передавать поля с одинаковым количеством строк то телевизор автоматом из-за физиологии переходит в прогрессивный режим.
Вот блок кадровой развёртки ЧБ телевизора Кварц 40ТБ-306:
Где I(t) — синфазная составляющая, Q(t) — квадратурная составляющая.
Везде попадалось I*sin + Q*cos
Отличная статья, аж олдскулы свело.
Я бы добавил где-нибудь в начале параграфа "Видеосигнал NTSC" пару важных, на мой взгляд, абзацев.
1. Почему информация о цвете была помещена в стандартный к тому времени сигнал ч/б телевидения именно на такой поднесущей:
Специалисты компании RCA (разработчик NTSC) обнаружили, что если информацией о цвете, имеющей спектр, схожий со пектром сигнала яркости, модулировать поднесущую, частота которой является полуцелым кратным частоты строк, то максимумы спектра модулированной поднесущей будут точно располагаться между максимумами спектра сигнала яркости, и взаимные помехи будут сведены к минимуму. Спектр видеосигнала имеет "гребенчатую" структуру с периодом максимумов, равным частоте строк.
Полностью устранить их нельзя, однако инерционность люминофора кинескопа и человеческого глаза сведут кажущиеся помехи к минимуму.
Так же было желательно иметь частоту цветовой поднесущей кратной промежуточной частоте зукового канала (в США это было 4,5 МГц + амплитудная модуляция).
Таким образом, частота строк в цветном ТВ с 15 750 Гц была снижена до (1/286) 4 500 000 Гц = 15 734,265734266 Гц, частота кадров с 60Гц до 59.94 Гц. Ну а поднесущая цвета стала
(4 500 000 / 286) * (455 / 2) = 3 579 545,(45) Гц.
И второе:
Полоса частот сигналов цетности может быть гораздо уже яркостных сигналов, т.к. разрешающая способность глаза по цвету в разы хуже, чем по яркости (палочки/колбочки). Поэтому детали в цветоразностных сигналах можно отфильтровать и относительно узкополосные результаты поместить куда повыше в спектре сигнала яркости. На ч/б телевизоре будет виден мелкий муар, который из-за несовершенства тогдашних кинескопов будет малозаметен.
И еще добавлю -
а) Есть книжка по НТСЦ, выпущенная в 1950е годы, автор - один из разработчиков НТСЦ.
https://www.worldradiohistory.com/BOOKSHELF-ARH/Technology/Technology-General/Color-Television-Simplified-Theory-Philco-1956.pdf
и её русский перевод тех же лет - Дональд Г. Финк, Стандарт цветного телевидения. 1956г.
https://ir.ozone.ru/s3/multimedia-9/wc1000/6387538857.jpg
Перевод сделан задолго до появления ПАЛ и СЕКАМ и описывает именно оригинальную систему НТСЦ.
б) Есть программа hacktv ( https://codeberg.org/fsphil/hacktv ), позволяющая генерировать цветной ТВ сигнал в разных стандартах, используя HackRF.
Автору - с нетерпением жду следующих статей.
У меня есть Hi-Fi S-VHS NTSC-only видак Панасоник, приходится для настройки и проверки использовать hacktv, но качество видео, прошедшего через радиоканал, далеко от эталона..
Может, ваша разработка поможет.
В самих колебаниях с низкой частотой не содержится информации, они лишь «несут» её.
Наверное, все же с высокой частотой. А она модулируется сигналом низкой частоты, содержащей информацию (AM-приемник).
Точкой она называется, потому что находится она на фронте, когда он достигнет 50% порога.
Возможно, в данном случае лучше добавлять "на отрицательном фронте" (или негативном), чтобы было понятнее, что сигнал спадает, идет вниз.
А вообще интереснее было бы более подробно увидеть в статье, почему была выбрана именно QAM-модуляция, т.е., как полагаю, она удобно "аппаратно" накладывается на круговое представление цвета на плоскости.
А еще было бы интересно увидеть продолжение про кодирование PAL на МК, особенно какие недостатки NTSC оно устранило. Про выбор поднесущей уже есть отличный комментарий.
Опечатка детектед, там, где матрицы поворота. Справа мы вращаем (U,V) но получаем опять (U, V), а должны (I, Q)
При использовании псевдопрогрессивной развёртки VBI можно упростить, что и делали разработчики бытовых компьютеров и игровых консолей прошлого.
При использовании чересстрочной тоже можно. Learned it the hard way, как говорится. Как раз пытаюсь сделать обратное — написать программный декодер видеосигнала. Вот импульсы кадровой синхронизации из трёх разных записей с телевидения, сделанных лет 20 назад:
Стандарту соответствует только нижняя. А я, пока не записал их в файлы, никак не мог понять, какого же чорта у меня нормальная картинка не получается из остальных, и строки куда-то съезжают странным образом. И почему китайский преобразователь AV-HDMI не хочет ничего делать с этими сигналами.
Как я понимаю, на последней осциллограмме еще и телетекст в VBI есть?
С какого телевизионного источника была записана средняя?
Очень странные осциллограммы.
На первой на интервале кадрового гашения какой-то жуткий мусор (интересно бы на него посмотреть на нормальном осцилле типа C1-81). Хотя сам кадровый синхроимпульс вполне честный. И вместо стандартных SECAM'овских 9 "бутылочек" справа что-то странное.
На второй уравнивающие вообще куда-то пропали. Зато бутылочки и VITS вполне себе присутствуют.
А вот третий отличный.VITS правда нет, но он и не обязан быть.
Это точно записано с одного источника?
PS: эх, ностальгия, настройка SECAM кодера Snell & Wilcox, снятие осциллограмм, коррекция АЧХ линий...
Это точно записано с одного источника?
С одного и того же видеомагнитофона, но с разных кассет, записанных с разных каналов с разным качеством приёма в разное время. Сами сигналы оцифровывал через АЦП AD9226 с частотой дискретизации 20 МГц.
На второй уравнивающие вообще куда-то пропали.
Я уже после того, как запостил тот коммент, осознал, что конкретно этот файл я записал во время того, как видик был на паузе. Типа, такой torture test для моего декодера. Так что конкретно тут претензии снимаются)
В случае чересстрочной развёртки в кадре должно умещаться "полуцелое" количество строк, а не целое как у вас. А в случае прогрессивной развёртки, наверное, частота кадров должна быть (почти) в 2 раза выше, а строки должны быть (почти) в 2 раза реже.
С первым утверждением согласен, но нужно перепроверить источники. А со вторым и третьим - нет.
Кадр - это прохождение луча по всем строкам, количество строк в кадре одинаковое и при прогрессивной и при чересстрочной развертке.
Количество кадров в секунду одинаковое при прогрессивной и чересстрочной развертке.
При чересстрочной развертке количество полукадров в секунду в два раза больше, чем количество кадров в секунду.
После отрисовки всех чётных полей и вертикального обратного хода, луч должен попасть в начало первого нечётного поля.
А прогрессивных развёртки тут напрашивается (для NTSC) две: 262p и 525p. Я имел ввиду 262p 60 Гц, которая успешно использовалась на видеокартах CGA. А вот 525p 30 Гц и 525p 60 Гц телевизоры NTSC не поймут. К тому же в случае 525p 30 Гц были бы жуткие (очень заметные для глаз) мерцания.
P. S. 262p и 525p -- это я некорректно написал, указав полное количество строк, а не количество видимых строк. Но смысл должен быть понятен.
Цветное телевидение - это куча компромиссов и хаков, с посредственным результатом.
Потеря разрешения в яркостном канале, очень низкое разрешение в цветовом канале, артефакты, взаимные помехи между цветовым и яркостным каналом.
Разбираемся с композитным видеосигналом NTSC, и стоит ли изучать его в 2025 году. Часть 1