NTSC RENKLİ TELEVİZYON SİSTEMİNDE RENK VE PARLAKLIK İŞARETLERİ, RENK İLETİMİ

T I M U R SAYRAC

ÖZET

Bu yazıda NTSC renkli televizyon sisteminde yük sek nitelikli renk iletimi anlatılmaktadır. Bun dan başka faz ve genlik düzeltmelerinden sonra ki "J" ve "O" işaretleri tanımlanmakta, parlak lık ve renk işaretlerinin gelişimine ilişkin te mel bilgiler verilmektedir.

UDK: 621.397.743

SUMMARY

Basic information on luminance and chrominance signal developments, on NTSC System is given. The way in which "I" and "Q" signals are produ ced after phase and amplitude corrections are also defined and discussed.

1. RENK ve PARLAKLIK İŞARETLERİ

Bir resmin renkli olarak televizyonda gösterile bilmesi için üç ana renk olan kırmızı, yeşil ve mavinin b e l l i oranlarda birleştirilerek kullanıl malarının yeterli olduğu bilinmektedir. Ancak bu üç renk b i l g i s i resim işaretinin siyah beyaz re sim işaretinin frekans bandına sığdırılmasını sağ lamak amacıyla ayrı ayrı değil de bunların belli oranlarda birleştirilmesinden oluşmuş bileşik bir işaret olarak yayınlanır. Bu bileşik işareti ken disiyle birlikte yollanan parlaklık işareti ta mamlar. Parlaklık işareti de renk işareti gibi üç renk bilgisinin b e l l i oranlarda birleştirilme si i l e elde edilir. Renkli yayın yapan bir veri cinin siyah beyaz alıcılardan incelenmesi de za ten bu şekilde mümkündür. Siyah beyaz alıcılar resim işareti olarak yalnızca parlaklık b i l g i s i ni kullanırlar. Bu iki işaret, yani renk ve par laklık işaretleri, birlikte resim taşıyıcısına bindirilir. Renkli televizyon a l ı c ı l a r ı her iki işareti birden kullanır.

Resim parlaklığını sağlayan işarete (parlaklık işaretine) Y denecek olursa:

Y = 0,30R + 0.59G + 0.11B

(1)

Yani mavi , B, beyaza nazaran % 11, yeşil, G, % 59 ve kırmızı, R, % 30 parlaklık sağlamakta dır. Diğer bir deyişle, renkli kamera çıkışında,

üç resim işaretini 30:59:11 oranlarında birleş tirebilirsek siyah beyaz kameranın aynı resim için vereceği parlaklığı sağlamış oluruz. Şe kil 1. renkli kamera çıkışının siyah beyaz işare te, yani parlaklık işaretine dönüştürülmesini göstermektedir.

Renk işareti (2),(3) ve (4) denklemleri i l e ve rilen ve "renk fark işaretleri" diye adlandırı lan R Y, GY ve BY işaretleri aracılığı i l e i fade edilebilir.

(R Y) = 0,70R 0.59G 0.11B

(2)

(G Y) = 0,30R + 0,41G + 0.11B

(3)

fB Y) = 0,30R 0,59G + 0.89B

(4)

Renk bilgisinin tümünün alıcıya aktarılması için Y işaretinin yanı sıra yalnızca iki renk fark i şaretinin gönderilmesi yeterlidir. Eksik olan ü çüncü renk fark işareti bütün renk bilgisine sa hip diğer ikisi aracılığı ile alıcı içinde geliş tirilmektedir. Bunun için yayınlanan iki renk fark işaretinin belli yüzdelere ayarlanması ye terlidir. Şekil 2'de bunu görmekteyiz.

Y»0,J0R+0,S»G*0,HB

RESİM LAMBASI

KAMERALAR

_İ

BİRLEŞTİRİCİ/

RENKLİ TV

Şekil 1. Renkli yayının siyah beyaz işarete dönüştürülmesi.

Timur Sayraç, TRT

Şekil 2. Renkli TV. alıcı ve verici birleştirici

Y =D,30R+0,59G+(VI1B r «|BirU»tirici |~

|FAZ DEĞIŞTIRICI

RENK İŞARETLERİ Y + RENK

ISENK.Detlektörp ıcsriF^ı

Şekil 3.

Renkli televizyonda frekans bant genişliği

|A= OI9|

Y SENKRONİZASJ

Y ON İÇARETLERİİ

NK.DedeMor ALICI

Y RESİM LAMBASI

Şekil 4. Renkli televizyon verici ve alıcısının blok diagramı

/R E SM TAŞTY CBI

RENK Y ARDIMCI TAŞIY ICISI

V

VİDEO İŞARETİ

ARTIK VAN BAND

PARLAKLIK

İŞARETİ

.Y •

\ti

• TOPLAM TV KANALI i MHi

Renk fark i ş a r e t i (G Y) şu şekilde de gösterile bilir:

(G Y) = 0,51(R Y) 0,19(B Y)

(3A)

2. RENK İLETÎMÎ

NTSC sisteminde bir renkli televizyon kanalını yayınlayabilmek için 6 MHz bant genişliği ye terlidir. Şekil 3'de de gösterildiği gibi alçak ve yüksek frekans uçlarındaki koruyucu bantlar dışındaki bantın büyük bölümü siyah beyaz resim işareti için kullanılmaktadır.

Renk yardımcı taşıyıcısının resim taşıyıcısına göre üst yan bant üzerinde 3,58 MHz e yerleşti rilmesinin, bantın parlaklık işaretinin en az bozulmasına yol açan şekil olduğu deneyler so nucu bulunmuştur. Resim işaretinin resim taşı yıcısına bindirilmesinden önce, yardımcı taşı yıcı yanbantlara bindirilir. Yardımcı taşıyıcı nın yanbant bilgisi, aynı frekans bantı içinde bulunmasına rağmen ana resim taşıyıcısının yan bant bilgisi ile ilgili değildir. Pratikte 3,58 MHz'teki yardımcı taşıyıcı, renkli televizyon yayınında verici enerjisini boşa harcıyacağın dan tamamen bastırılır ve deteksiyon işlemi i

çin kullanılmak üzere renk senkronizasyon işa retleri ile birlikte tekrar alıcıda üretilir.

Bölüm A'da bahsedildiği gibi iki renk fark işa reti (R Y) ve (B Y) renk bilgisine bütünü ile sahiptirler. Doğal olarak bu iki işaret aynı bant genişliği içindedir. Renk ayrıntısı, renk fark işaretlerine ayrılan frekans bandı ile doğru orantılıdır. Ancak bu işaretlerin parlak lık işaretinin kapladığı bant içinde mümkün o lan en az bandı kaplaması; ancak buna ek olarak renk ayrıntısının da iyi bir düzeyde tutulabil mesi için, iki renk fark işareti iki ayrı renk yardımcı taşıyıcı yerine, parlaklık taşıyıcısı na 3,58 MHz uzakta bir tek yardımcı taşıyıcıya genlik modülasyonu biçiminde bindirilir. Ancak bunların alıcıda birbirinden ayrılabilmelerini olanaklı kılmak amacıyla, iki işaretten biri diğerine göre 90° kaydırılır. Fazları farklı bu iki işaret tek bir modülasyon zarfı meydana getirir. Bu fazlara göre ayarlı bir detektörden geçen sonuç işaretten iki işaret tekrar elde e dilebilir. Şekil 4. renk işaretlerinin bu yön temle yayınını blok diagram olarak göstermekte dir.

(R Y )coiwt

|

Y =0,30R*0,S9G+0,11 B

(R Y ) = 0,70R 0,S9G 0,11 B

R (KIRMIZI)

(B Y ) = 0,»R 0,59G+0,89B

0,70 0.134

0,762

y M (EFLATUN)

]I

Y 0,W7

*\

(SARİ) 5 ,

1\

7 , 2 *^—*—. — >

W!

•«s

ry \

*•

0,897 B(MAVİ)

// \

G(0Y,E83Ş4İL)

0,752 C (GÖZTAŞI)

Şekil 5. (R Y) ve (B Y) vektörlerinin genlik ve açı durumları

Şekil 6.

RENK k G B Y R Y B Y

BEYAZ 1 1 1 1,00 0

SARI

1 1 0 0,89 0,11 0,89

GÖZTAŞI 0 1 1 0,70 0,70 0,30

YEŞİL 0 1 0 0,59 0,59 0,59

EFLATUN 1 0 1 0,41 0,59 0,59

KIRMIZI 1 0 0 0,30 0,70 0,30

MAVİ

0 0 1 0,11 0,11 0,89

SİYAH 0 0 0 0

SEVİYE

YE +c

1,00

0,007 0,062 0,244 0,424 0,462 0,787

1.00

1,787 1,462 1.424 1,244 1.062 1.007

_

172,8°

293,2° 225,0°

45,0°

11312°

352,8°

Şekil 4'ten görüleceği üzere toplam renk ve par laklık işareti

Y + RENK = Y + (R Y) Cosu t + (B Y) Sinu> t

şeklinde yazılabilir. Burada ıÜ 3.58 MHz'lik osi R latör frekansını göstermektedir. 90° faz farklı (R Y) ve (B Y) renk fark işaretlerinin genlikle ri ve açısal durumları Şekil 5'de görülmektedir.

Şekil 5'ten, u» taşıyıcısının genliği ve fazı (5) ve (6) dakı şekilde yazılabilir :

E = /(R Y)2 + (B Y)2 c

(5)

(R Y)

• = Atg (B Y)

(6)

Üç temel rengin 8 değişik şekilde birleştirilme si Şekil 6'da gösterilen tablodaki 8 değişik ren gin elde edilmesini sağlar. Tabloda ayrıca her renk için Y, Y + Ec (seviye) ve <fr° (faz) değer leri de gösterilmiştir. Şekil 7'de ise her renk için gerekli seviye değerleri gösterilmiştir. Parlaklık ve renk bilgisine sahip işaretlerin bu şekilde birleştirilmesinden meydana gelen bileşik resim işareti, vericinin pozitif ve ne gatif yönlerde gereğinden fazla yüklenmesine yol açacaktır. Bunu engellemek için renk bilgi sine sahip olan işaret bu tehlikeyi ortadan kal

3*yoz Son kjöktap Y e*il Eflatun Kırmızı Mavi

dıracak biçimde değiştirilir. Gürültü ve girişim standartları dışına çıkmaksızın renk bilgi sevi yesi düşürülür. Renk fark işaretleri olan (B Y) yi a ve (R Y) yi b ile çarptığımızı kabul etsek, yardımcı taşıyıcı genliği

a2 (B Y)2 + b2(R Y)2

(7)

şekline dönüşür. Bu durumda bileşik resim sevi yesi 1 + 1/3 ve 0 1/3 değerlerine kadar ulaşa bilecektir. Böylece, toplam genlik, Y işaretini ancak 1/3 oranında geçebilecektir. Verici % 100 modülasyonda biraz yüklenmiş olacaktır, ancak test sonuçları bunun sakıncalı olmadığını gös termiştir. Alt ve üst uçlar olan kırmızı ve ma viyi dikkate alarak değerleri yerine koyarsak:

/ a 2 ( 0 , 8 9 ) 2 + b2(0,ll)2 = 1/3 + 0,11 = 0,44 ve, / a 2 ( 0 , 3 0 ) 2 + b2(O,7O)2 = 1/3 + 0,30 = 0,63 bu iki eşitliğin çözülmesinden, a 0,493 = 1/2,03 b = 0,877 = 1/1,14 elde edilir. Yani, (B Y) işaretinin 1/2,03 ve (R Y) işaretinin 1/1,14 oranında genlikleri dü şürülmelidir. Bu düzeltmeden sonra (R Y) ve (B Y) vektörlerinin genlik ve açı durumları Şekil 8'de gösterildiği gibi olur.

(R Y ) coiw t

Şekil 7. Elektrik Mühendisliği 217

0,594

*.<B Y )sinwt 0,447

0,632

Şekil 8. Genlik düzeltmesinden sonraki vektörler 53

ila' |BE Y A Z |SA RI

Y EŞL TUN* KjRMI^vi |SIY AH|

_ı t

1,2 i ı.o | 0,1 K o,s y o,t İ

1 1,33 V»

V ar»;

1 1 1,18

0,S9.

0,2

L HU

ŞtüV o.oo'

°'2 W 0,4

1—RENK BURST İŞARETİ

0,93

0f30^ ^\^ 0 , 1 i "

'£

0,33 0,33

Y A W SENKRONİZASY ON DARKSİ

Şekil 9.

Bu durumda Şekil 7'de gösterilen seviye diyagra mı Şekil 9'daki gibi olur.

3. RENK İŞARETLERİNDE YENİDEN FAZ AYAR LANMASI

A ve B bölümlerinde (R Y) ve (B Y) renk fark işa r e t l e r i n i n meydana g e t i r i l i ş i n i ve genlik faz i l i ş k i l e r i n i incelemiştik. Bu bölümde renk detayı ile bant genişliği sınırlandırması arasındaki i l i ş k i l e r i inceleyelim. NTSC sisteminde renk yar dımcı t a ş ı y ı c ı s ı n ı n 3,58 MHz'de bulunması ş a r t ı ile resim parlaklık i ş a r e t i için gerekli en ge niş bant 4,1 MHz'dir. Renk i ş a r e t i n i çiftyanbant olarak yayınlamak demek, bu i ş a r e t i n 0,5 MHz1 l i k b i r banta sınırlandırılmış olması demektir. Bu durumda resimdeki bütün ince a y r ı n t ı l a r yok o l a b i l i r . Bu sakıncayı önlemek için renk i ş a r e ti de "artıkyanbant" olarak, yani siyah beyaz yayında olduğu gibi yanbantlardan b i r i b a s t ı r ı larak yayınlanır. Ancak bu işlem yalnızca renk fark işaretlerinden b i r i için y a p ı l ı r . Sonuç o larak fark işaretlerinden b i r i 1,5 MHz'lik b i r ' artıkyanbant diğeri ise 0,5 MHz'lik b i r ç i f t yanbant i ş a r e t i şekline dönüştürülür (Şekil 11).

Gözümüzün seçebileceği en ince renk oluşumları diğer renklere oranla turuncu ve göztaşı renkle r i d i r . Eğer bu esas (R Y) ve (B Y) yayın stan dartlarında k u l l a n ı l ı r s a , her i k i renk fark i şaretinin yanbant uzantılarını da yayınlamak gerekecektir. Çünkü her i k i s i de ya turuncu ya da göztaşı rengini meydana getirmek durumunda d ı r . (R Y) nin yanbantı uzatıldığında mavimsi kırmızı veya mavimsi yeşil(göztaşı) rengi, (B Y) nin yanbandı uzatıldığında kırmızımsı ye ş i l veya sarımsı y e ş i l rengi tam olarak meyda na gelebilecektir. Ayrıca, gözümüzün resimdeki elemanların boyutlarına göre, her rengi eşit algılamadığını hatırlamak gerekir. Belli bir detay i n c e l i ğ i i l e r i s i n d e bütün renk sahaları gözümüzde ya turuncu veya göztaşı renginde a l

g ı l a n ı r . Yani, detay küçüldükçe bu i k i rengin dışındaki diğer renkleri algılayamayız. Bu man tıktan hareketle, eğer renk yardımcı t a ş ı y ı c ı işaretlerinin eksenleri, referans yardımcı t a şıyıcıya kıyasla b i r i turuncu veya göztaşı ren ginin ekseni üzerine, diğeri buna dik y e r l e ş t i rilecek şekilde bir faz ayarlaması y a p ı l ı r s a , yayında k a r ş ı l a ş ı l a n renk sorunlarının büyük b i r bölümü çözülecektir. Turuncu göztaşı ekseni 1,5 MHz'e u z a t ı l a b i l i r . Böylelikle gözün ince renk detaylarını gerektiğince algılaması sapta nabilecektir. Renk i ş a r e t l e r i n i n faz ayarlama sından ve işaretlerden birinin uzatılmış yan bantlı olarak yayınından sonra, resimdeki bütün renkler 0 i l e 0,5 MHz. bant arasında tam olarak elde e d i l e b i l i r . Turuncu göztaşı i ş a r e t i 1,5 MHz bant içinde var olduğuna göre bu iki rengin ya yınlanmasından bütün diğer renkler göz tarafın dan görülebilecektir. Buna k a r ş ı l ı k 1,5 MHz1in ilerisindeki frekanslarla yayınlanabilecek renk l e r meydana gelmeyecektir. Renk i ş a r e t l e r i n i n bu faz ayarlamasına EN UYGUN RENK YAYINI denil mekte, günümüz NTSC sisteminde kullanılmakta d ı r . Yeni renk eksenleri (R Y) ve (B Y) i l e ay nı olmadığına göre yeni isimler almalıdır. "Burst" i ş a r e t i n i n veya referans yardımcı t a ş ı yıcının fazına çok yakın olması nedeni i l e b i rine " I " i ş a r e t i , buna dik olan diğerine "Q" i ş a r e t i denilmektedir. Şekil 10. bu durumu gös termektedir. Vericide bu işlem için dengeli vno dülatörlerin fazlarında ayar yapılması gerekli d i r . (B Y) i ş a r e t i , bu i ş a r e t i n dengeli modüla törünü referans yardımcı taşıyıcı ile aynı faz da (veya 180° faz farkı ile) ve (R Y) işareti de bu işaretin dengeli modülatörünü referans yardımcı taşıyıcıya dik (90° veya 270°) modüle edilmesi ile elde edilir. " I " ve "Q" işaretle ri biribirlerine 90° olacak şekilde ve +1 işare ti referans yardımcı taşıyıcıya göre +57° , I işareti 237°de yerleştirilmelidir. Buna karşılık, +Q işareti "Burst" işaretine göre 57°+90° = 147° ve Q işareti 180° faz farkı ile 327° de yerleş tirilmelidir.

i O,t77IR Y ) 270

+I

<L KIRMIZI ^L 0,63

EFLATUN 059

w/ AA7 W\

\\ İDE

\

=>

bAKI BURST

ÎT /

\ \ s^

fi CQ

Û v^C \.

G

\^

\\ MAVİ

\\ B \\

0*3 \ GÖZTAŞI \

C\

0 İM S

1o

/> f

a

k

Şekil 10. I ve O eksenleri ile çeşitli renklerin genlik ve fazları

RESİM TAŞIY ICISI fv PARLAKLIK İŞARETİ

1,25

2 2,1

4,5

4,75

Şekil 11. ı,Q ve Y işaretlerinin resim bandında kapladıkları yerler

Şekil ll'de renk işaretleri I ve Q parlaklık i şareti olan Y işaretinin resim bantları göste rilmiştir.

I ve Q işaretleri verici birleştiricisinde kır mızı, R, yeşil.G, ve mavi.B'nin aşağıdaki birle şimlerinden meydana gelmektedir.

I = 0,60R 0,28G 0,32B

(8)

Q = 0,21R 0,52G+0,31B

(9)

Şekil 12, I ve Q koordinatlarındaki renk işaret lerini kullanarak yayxn yapan bir renkli tele vizyon vericisinin blok diyagramxnı göstermekte dir. I işaretini meydana getirmede kırmızı, +Q işaretini meydana getirmede ise yeşil işaret nega tif olacağından, birleştirici bölümünde kırmızı ve

yeşil kamera çıkışları faz değiştiricilerden ge çirilir. Filtre bölümü her resim işareti için gerekli bant geçirme işlemini yapar. Y için 4.1 MHz., I için 1,5 MHz. ve Q için 0,5 MHz. Bu işaretlerin biribirlerine göre özel yerlere, uy gun zaman aralıklarx ile oturtulması gerektiği ne ve çeşitli bant genişliklerine sahip olduk larına göre, I ve Y işaretleri karıştırıcı bölü müne geciktirilmiş olarak uygulanır. Renk işa retlerini meydana getirecek olan I ve Q işaret leri çift dengeli modülatörlere bağlanır. Re ferans yardımcı taşıyıcı frekansı dik olarak dengeli modülatörlere uygulanmadan evvel 57°lik bir faz kaydırılmasına uğratılır. Uç resim işa reti, burst ve senkronizasyon işaretleri ile ka rxştxrıcx bölümünde birleştirildikten sonra bi leşik renkli resim işareti olarak çıkış yüksel tecine ve vericiye gönderilir.

, , ANTEN

RENKLİ KAMERA İŞARETLERİ

OQ<

fv=0,X R*0,.5t(»*O,11B"

4İI0 WMc i ı FİLTRE

GECİK TİRME

.SENK

r Y ÜKSELT»,

FAZ

•HH

DESİŞ.

•*•

DEĞİŞ

' I |I= 0,60R+0,2«G+0,32B I

1' ı ı r

ı

D 1.5MH2

GECİK

FİLTRE |I

TİRME

II

Fİ L TRE BOLUMU | |

ÇİFT DENGELİ MODÜLATÖR

] 0 = 0,21R+0,31B 0,52G ! J

| 0 0.5MHI

ı rr—'•

FİLTRE

:

57° GECİKT.

90° GECİKT.

ÇİFT DENGELİ MOOULATÖR

YARDIMCI TAŞIYICI '

O— '

BURST İŞARETİ O

MODULATOURK

BURST ANAHT.

BBOOLLUUMMUU

1» Y ÜKSELT

ÇIKIŞ LT.

(MİKSER)

tKyAuRtIıŞşTımIRIıCuIı

•

I BBÖÖLLÜÜMMÜÜ

Şekil 12. Renkli televizyon öbek diyagramı