Historisch
Techniek vroeger en nu
Kleur bij de video

Kleur: NTSC, PAL of SECAM

-

-

Zoals bij radio-uitzendingen in stereo die compatibel zijn met mono-ontvangers, moesten de uitzendingen in kleur bekeken kunnen worden op een z/w televisie, en een kleurentelevisie moet een zwart-wit signaal kunnen weergeven (beide in z/w, natuurlijk!). Het zwart-wit signaal mag dus niet gewijzigd worden om de compatibiliteit met bestaande televisietoestellen niet te breken.

Deze pagina is het vervolg op het videosignaal.


Het compleet videosignaal met de kleurdraaggolf.
Amplitude van de kleurdraaggolf: kleursaturatie
Fase van de kleurdraaggolf: tint.
De fasereferentie wordt tijdens de blanking doorgestuurd.


Zo ziet het videosignaal er in werkelijkheid uit op een oscilloscoop.

Men ziet goed de color burst, de kleurdraaggolven de verschillende helderheidsniveaus.

Omdat een oscilloscoop alle lijnen van een volledig beeld samenvoegt zijn er storende elementen in beeld.


Een vectorscoop toont de fase van de kleurfraaggolf. Het signaal komt overeen met een testbeeld met de kleuren wit, geel (Yl), cyan (Cy), groen (G), magenta (Mg), rood (R), blauw (B) en zwart.

Een vectorscoop toont goed de kleurcomplementariteit, bijvoorbeeld magenta en groen, en geel en blauw.

De modulatiediepte wordt beperkt langs het as geel-blauw om oversturing te vermijden (fel geel dat boven de 100% modulatie zou gaan of blauw dat in het syncgebied zou terechtkomen)


Een vectorscope in werkelijkheid (videosignaal)

De kromme lijnen worden veroorzaakt door niet-lineariteiten.


Een kleurbeeld op een monochrome monitor (die heeft geen filter om de kleurrdraaggolf te onderdrukken). De kleurdraaggolf is zichtbaar in delen die chrominantie bevatten als stippels.

Televisietoestellen gingen in die tijd tientallen jaren mee, en men lanceerde nooit een nieuwe techniek, als die niet kon voortbouwen op bestaande systemen. Een volledig nieuw systeem zou nooit van de grond kunnen komen (nieuwe videocamera's, videorecorders, mengtafels, versterkers, modulatoren, en bij de klant een volledig nieuw toestel).

Zoals bij stereo gebruikt men een extra draaggolf, dit is eigenlijk een extra "zender" zodat de kleurinformatie los zit van de helderheidsinformatie.

  • De kleurinformatie kan uit het composiet signaal (helderheid + kleur) gefilterd worden door demodulatie, en
  • de luminantie wordt ontdaan van chrominantie door een speciale bandfilter (kamfilter).

Baseband en draaggolf

De helderheidsinformatie is de baseband, het ongemoduleerd signaal, terwijl de kleurinformatie op een draaggolf gezet wordt, zoals een radioprogramma op een draaggolf gezet wordt om uitgezonden te worden. Hier dient de draaggolf niet om het programma uit te zenden, maar om samen met de helderheid verstuurd te kunnen worden zonder dat beide elkaar zouden storen. Bij televisie zit deze draaggolf op een frekwentie tussen de gebruikte beeldfrekwentie, op 4.43MHz. dankzij een kamfilter is het mogelijk de chroma-informatie uit het luminantiesignaal te halen.

Een zwart-wit beeld bevat een identieke hoeveelheid rood, groen en blauw (de drie primaire kleuren waaruit alle kleuren gemaakt worden). De helderheid wordt Y of luminantie genoemd. De kleurfinformatie bestaat enkel uit de kleurverschilsignalen, dus hetgeen nodig is om van een zwart-wit beeld een kleurbeeld te maken. Men stuurt dus het roodverschil en het blauwverschil (R-Y en B-Y). Omdat het Y signaal altijd uitgezonden wordt is het gemakkelijk om hieruit het R en B signaal af te leiden. Omdat B+G+B = Y kan men even gemakkelijk de overblijvende groene kleur berekenen: G = Y - (R+B)

De resolutie van de kleurinformatie is beperkt tot ongeveer 1/5 van die van de helderheid (er is minder dan 1MHz over in het televisiekanaal), maar dit is niet echt storend omdat onze ogen meer gevoelig zijn voor helderheidsverschillen.

Probeer deze tekst te lezen: de kleuren zijn totaal verschillend (orange en groen), maar de helderheid van de achtergond is ongeveer gelijk aan de helderheid van de letters. Het lezen gaat niet gemakkelijk omdat onze ogen details enkel kunnen zien als helderheidsverschillen.
Tip: selecteer de tekst met de cursor om de achtergrond invers te maken.

NTSC

Maar we zijn er nog niet. Er moeten dus twee kleursignalen doorgestuurd worden op één enkele draaggolf. En hier verschillen de systemen van elkaar. Bij het oudste systeem NTSC worden de twee kleuren gewoon in kwadratuur gemoduleerd. De amplitude-gemoduleerde B-Y en R-Y signalen worden gewoon samengevoegd, maar één van de signalen is 90° in fase verschoven ten opzichte van de andere. Door bij de demodulatie te kijken naar de fase van de draaggolf kan men beide kleursignalen detecteren (met een synchrone demodulator).
  • De intensiteit van de kleur wordt weergegeven door de amplitude van de draaggolf,
  • terwijl de tint weergegeven wordt door de fase.

De referentiefase of "burst" wordt uitgestuurd op een ogenblik dat er geen videosignaal doorgestuurd wordt. Deze burst synchroniseert de locale oscillator die nodig is om de kleuren te demoduleren. Als de synchronisatie verloren is dan heb je wel kleur, maar de kleuren verlopen constant. Vaak zit er in het televisietoestel een color killer om het toestel in zwart/wit te laten werken als de kleuroscillator niet gesynchroniseerd kan worden. Met een vectorscope is het mogelijk de fasesignalen te zien.

Het NTSC heeft een nadeel, dat is dat fasefouten zichtbaar worden als kleurfouten, en die vallen snel op. Fase fouten kunnen optreden omdat het televisienetwerk niet volkomen lineair werkt (van de zender tot de ontvanger). Een slecht afgestelde tuner kan dus kleurfouten veroorzaken.

PAL

Bij het PAL systeem (Phase Alternating Line) wordt de fase iedere lijn omgekeerd. Een fasefout werkt dus alternerend in positieve zin (orange wordt rood) en in negatieve zin (orange wordt geel). Fasefouten heffen elkaar dus op, met als resultaat een minder gesatureerde kleur, maar wel de juiste kleur. Om de volledige onderdrukking van de kleurenfouten te garanderen is een delay line nodig (die de kleurinformatie van de vorige lijn bevat). Door beide signalen op te tellen verdwijnt de fasefout.

De goedkoopste televisies hadden geen delay line, waardoor men afwisselend een lijn die te rood of te geel was had (dit werd dan door onze ogen en door de beperkte beeldscherpte van de goedkope beeldbuizen uitgemiddeld). Het weglaten van de delay line werd gedaan om geen patentrechten aan Telefunken te moeten betalen (PAL betekent niet voor niets “Pay Another License”). Overigens trad de fasefout enkel op bij slechte ontvangst (multipath) of een slecht afgeregelde element van de volledige video-keten.

SECAM

Bij het franse SECAM (Séquentiel Couleur à mémoire) wordt er slechts één kleur per lijn uitgestuurd, en de andere kleur (die nodig is om de drie kleuren te restitueren) wordt in een lijnbuffer opgeslagen (hier ook een delay line van 64µs). Dit systeem heeft als gevolg dat de verticale kleurresolutie half zo groot is, maar in de praktijk merkt men daar niets van. In principe is het SECAM systeem de beste. Het SECAM is trouwens het oudste niet-amerikaans systeem en predateert het PAL systeem.

Maar terwijl het NTSC en PAL systeem fasegerelateerde amplitude modulatie gebruikt, gebruikt het SECAM systeem FM modulatie voor de kleurdraaggolf. De kleurinformatie is daardoor robuster (en dus minder gestoord als het antennesignaal zwak wordt, wat een voordeel is over lange afstanden), maar het zal later blijken dat deze FM modulatie voor talrijke problemen zal zorgen (in video-mengtafels bijvoorbeeld)

De draaggolf (die altijd aanwezig is bij FM modulatie) veroorzaakt echter een storing in de helderheid. Het is dezelfde storing die men kan zien op een zwart-wit televisie (en zeker op een monitor met een veel hogere videobandbreedte) als men een PAL kleursignaal aanbiedt. Bij PAL is de storing enkel te zien op plaatsen waar er gesatureerde kleuren hadden moeten zijn (zie als voorbeeld beide testbeelden, de eerste op een televisie, de tweede op een monochrome computermonitor met een bandbreedte van 8MHz).

De aanwezigheid van een FM draaggolf in plaats van een AM draaggolf betekent ook dat twee synchrone composiet videosignalen niet gemixt kunnen worden (wat wel mogelijk is met PAL of NTSC). Een mengconsole moet dus noodzakelijk werken met het gedemoduleerd (Y, B-Y en R-Y) signaal. SECAM mengconsoles bestaan er niet.

Het SECAM systeem werd ontwikkeld als tegenpool van het NTSC. SECAM werd vertaald als "Something exceedingly Contrary to the American Method" of "Système Elégant Contre les AMéricains". Dit werd bereikt door

  • de eigen videonorm (819 lijnen), die later niet verder gebruikt werd omdat kleur praktisch niet haalbaar was,
  • de positieve video-mudulatie (in plaats van de technisch betere negatieve modulatie)
  • amplitude-gemoduleerd geluid (in plaat van het betere FM geluid)
  • frekwentie gemoduleerd chroma-signaal (waar het vooral voor technische problemen zorgt)
SECAM werd dan ook vooral gezien als "Surtout Eviter la Compatibilité Avec le Monde". Het is dan ook niet vreemd dat de SECAM norm gebruikt werd in totalitaire regimes (DDR, USSR, enz) omdat er in die landen geen PAL toestellen verkocht mochten worden.

Wat het systeem vooral gehinderd heeft, was, hoe vreemd het ook moge klinken, de staatsinmenging in de normen. Het principe van het SECAM systeem was ideaal, maar de implementatie was alles behalve geslaagd te noemen. Er werden wettelijke bepalingen voorzien, zodat er uiteindelijk verschillende SECAM versies in Frankrijk van toepassing waren (kleuridentificatie tijdens de rasterterugslag, en later tijdens de lijnterugslag), zodat oudere kleurtelevisies de nieuwe SECAM versie niet konden weergeven.

De strijd tussen NTSC, SECAM en PAL is beslecht ten voordele van DVB (Digital Video Broadcast). In Europa wordt er niet meer uitgezonden in analoge televisie.

Nu kunnen we eindelijk uitleggen hoe het videosignaal opgenomen kan worden: enter the videorecorder!

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's