Телевизионная тестовая шкала SMPTE для стандарта NTSC

Введение

Широко используемый телевизионный тест-шаблон NTSC SMPTE – это телевизионный тест-шаблон, применяемый в странах, использующих видеостандарт NTSC, включая страны Северной Америки. Общество инженеров кино и телевидения (SMPTE) обозначает этот шаблон как Инженерное руководство (EG) 1 1990. Его компоненты являются известным стандартом и генерируются генераторами тестовых шаблонов. Сравнение полученного сигнала с известным стандартом позволяет видеоинженерам оценить, как видеосигнал NTSC был изменен в процессе записи или передачи, и определить необходимые корректировки для приведения его в соответствие со спецификацией. Он также используется для настройки телевизионных мониторов или приемников для корректного воспроизведения информации о цветности и яркости NTSC. Предшественник тест-шаблона SMPTE был разработан Норбертом Д. Ларки (1927–2018) и Дэвидом Д. Холмсом (1926–2006) из лабораторий RCA и впервые опубликован в бюллетене для лицензиатов RCA LB 819 7 февраля 1951 года. Патент США 2,742,525 на генератор цветных тест-шаблонов (сейчас истекший) был выдан Ларки и Холмсу 17 апреля 1956 года. Позже EIA опубликовала стандарт RS 189A, который в 1976 году стал EIA 189A и описывал стандартный цветной тестовый сигнал, предназначенный для использования в качестве сигнала для настройки цветовых мониторов, настройки кодировщиков и быстрой проверки систем цветного телевещания. В 1977 году А. А. Голдберг из Технологического центра CBS описал улучшенный цветной тестовый сигнал, разработанный в центре Хэнком Малером (1936–2021), который затем был представлен в Комитет по видеотехнологиям SMPTE для рассмотрения в качестве рекомендуемой практики SMPTE. Этот улучшенный тестовый сигнал был опубликован как стандарт SMPTE ECR 1 1978. Разработка CBS была удостоена премии "Эмми" в области технологий и инженерии в 2002 году. CBS не подавала заявку на патент на этот тестовый сигнал, тем самым сделав его общедоступным для общего использования в отрасли. Расширенная версия цветовых полос SMPTE, SMPTE RP 219:2002, была введена для тестирования сигналов HDTV (см. подраздел). Хотя цветовые полосы изначально были разработаны для калибровки аналогового оборудования NTSC, они по-прежнему широко используются в телевещании и на современных цифровых телевизионных объектах. В настоящее время цветовые полосы используются для поддержания точного уровня цветности и яркости на ЭЛТ, ЖКД, светодиодных, плазменных и других видеодисплеях, а также в системах дублирования, спутниковой, волоконно-оптической и микроволновой передачи, а также в телевизионном и веб-трансляционном оборудовании. В опросе лучших стандартов за первые 100 лет существования организации SMPTE EG 1 был признан пятым по важности стандартом SMPTE.

Widely used NTSC television test pattern

SMPTE color bars are a television test pattern used where the NTSC video standard is utilized, including countries in North America. The Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) refers to the pattern as Engineering Guideline (EG) 1 1990. Its components are a known standard, and created by test pattern generators. Comparing it as received to the known standard gives video engineers an indication of how an NTSC video signal has been altered by recording or transmission and what adjustments must be made to bring it back to specification. It is also used for setting a television monitor or receiver to reproduce NTSC chrominance and luminance information correctly. A precursor to the SMPTE test pattern was conceived by Norbert D. Larky (1927–2018) and David D. Holmes (1926–2006) of RCA Laboratories and first published in RCA Licensee Bulletin LB 819 on February 7, 1951. U. S. patent 2,742,525 Color Test Pattern Generator (now expired) was awarded on April 17, 1956, to Larky and Holmes. Later, the EIA published a standard, RS 189A, which in 1976 became EIA 189A, which described a Standard Color Bar Signal, intended for use as a test signal for adjustment of color monitors, adjustment of encoders, and rapid checks of color television transmission systems. In 1977, A. A. Goldberg, of the CBS Technology Center, described an improved color bar test signal developed at the center by Hank Mahler (1936–2021) that was then submitted to the SMPTE TV Video Technology Committee for consideration as a SMPTE recommended practice. This improved test signal was published as the standard SMPTE ECR 1 1978. Its development by CBS was awarded a Technology & Engineering Emmy Award in 2002. CBS did not file a patent application on the test signal, thereby putting it into the public domain for general use by the industry. An extended version of the SMPTE color bars, SMPTE RP 219:2002 was introduced to test HDTV signals (see subsection). Although color bars were originally designed to calibrate analog NTSC equipment, they remain widely used in transmission and within modern digital television facilities. In the current context color bars are used to maintain accurate chroma and luminance levels in CRT, LCD, LED, plasma, and other video displays, as well as duplication, satellite, fiber optic and microwave transmission, and television and webcast equipment. In a survey of the top standards of the organizations' first 100 years, SMPTE EG 1 was voted as the 5th most important SMPTE standard.

SMPTE ECR 1-1978 (SDTV)

В цветной шкале SMPTE верхние две трети телевизионного изображения содержат семь вертикальных полос интенсивностью 75%. В порядке слева направо цвета следующие: белый или серый, жёлтый, голубой, зелёный, пурпурный, красный и синий. Выбор белого или серого зависит от того, является ли яркость этой полосы 100% или нет. Эта последовательность охватывает все семь возможных комбинаций, использующих как минимум один из трёх основных цветовых компонентов – зелёный, красный и синий, при этом синий циклически включается и выключается между каждой полосой, красный – каждые две полосы, а зелёный – в течение четырёх левых полос и выключается в трёх правых. Поскольку зелёный цвет вносит наибольший вклад в яркость, за ним следует красный, а затем синий, эта последовательность полос на волновом мониторе в режиме яркости выглядит как нисходящая лестница слева направо. На шкале векторскопа нанесены прямоугольники, показывающие допустимые области, в которых должны располагаться трассы этих семи полос при правильной настройке сигнала. Под основным набором из семи полос расположена полоса из голубых, пурпурных, синих и белых или серых зубцов. Когда телевизионный приёмник настроен на фильтрацию всех цветов, кроме синего, эти зубцы в сочетании с основным набором цветовых полос используются для настройки цветовых регуляторов; они отображаются как четыре сплошные синие полосы, без видимого различия между полосами и зубцами при правильной настройке цветовых регуляторов. Нижняя часть содержит квадрат белого цвета со 100% интенсивностью и прямоугольник чёрного цвета с 7,5% интенсивностью, используемые для установки диапазона яркости. Более современные версии шаблона включают импульс PLUGE. Белый квадрат выровнен так, чтобы располагаться под жёлтыми и голубыми полосами, и на волновом мониторе это отображается как белая полоса, перекрывающая пик жёлтой и голубой хромы на 100 единицах IRE. Импульс PLUGE (сокращение от picture line up generation equipment – оборудование для генерации выравнивания изображения) расположен внутри чёрного прямоугольника, под красной полосой (он присутствует на иллюстрации, но может быть трудно различим). Он состоит из трёх небольших вертикальных полос: самая правая с интенсивностью 4% выше уровня чёрного (11,5 IRE), средняя с интенсивностью, точно равной чёрному (7,5 IRE), и самая левая с интенсивностью 4% ниже чёрного (суперчёрный или чёрнее чёрного, 3,5 IRE). Импульс PLUGE помогает регулировать нижнюю часть диапазона яркости, чтобы избежать вымывания чёрных тонов в серые или сжатия информации изображения в отсечку сигнала, которая происходит на небольшом расстоянии ниже уровня чёрного (известного как "crushing the blacks" – сжатие чёрных). При правильной настройке монитора самая правая полоса PLUGE должна быть едва заметной, а две левые – неотличимы друг от друга и полностью чёрными. Также в нижней части есть два участка, содержащие сигналы In phase и +Quadrature (см. YIQ), центрированные на уровне чёрного и имеющие тот же коэффициент усиления, что и сигнал цветного всплеска; они отображаются на шаблоне как квадрат очень тёмно-синего цвета и квадрат очень тёмно-фиолетового цвета. На векторскопе они выглядят как две короткие линии, разделённые на 90 градусов. Они используются для обеспечения правильной демодуляции телевизионным приёмником цветовой поднесущей частотой 3,58 МГц. Векторы блоков I и +Q должны точно совпадать с осями I и Q на векторскопе при правильной демодуляции цветовой информации. Эти полосы являются источником исторического обозначения "полосы и тон". Как правило, телевизионная сеть, телеканал или другой источник видеопрограмм передаёт цветную шкалу SMPTE вместе с непрерывной синусоидальной волной частотой 1000 Гц перед отправкой программного материала, чтобы подтвердить право собственности на линию передачи или среду, а также чтобы приёмные станции и провайдеры телекоммуникаций-посредники могли настроить своё оборудование. Аналогично, производители телевизионных программ обычно записывают "полосы и тон" в начале видеокассеты или другого носителя, чтобы можно было откалибровать оборудование воспроизведения. Часто название или позывной телеканала, другая информация, такая как текущее время, или другой источник сигнала графически накладываются на полосы.

In a SMPTE color bar image, the top two thirds of the television picture contain seven vertical bars of 75% intensity. In order from left to right, the colors are white or gray, yellow, cyan, green, magenta, red, and blue. The choice of white or gray depends on whether that bar's luminance is 100% or not. This sequence runs through all seven possible combinations that use at least one of the three basic color components of green, red, and blue, with blue cycling on and off between every bar, red cycling on and off every two bars, and green on for the leftmost four bars and off for the rightmost three. Because green contributes the largest share of luminance, followed by red, then blue, this sequence of bars thus appears on a waveform monitor in luminance mode as a downward staircase from left to right. The graticule of a vectorscope is etched with boxes showing the permissible regions where the traces from these seven bars are supposed to fall if the signal is properly adjusted. Below the main set of seven bars is a strip of blue, magenta, cyan, and white or gray castellations. When a television receiver is set to filter out all colors except for blue, these castellations, combined with the main set of color bars, are used to adjust the color controls; they appear as four solid blue bars, with no visible distinction between the bars and the castellations if the color controls are properly adjusted. The bottom section contains a square of 100% intensity white and a rectangle of 7.5% intensity black, for use in setting the luminance range. More modern versions of the pattern feature a PLUGE pulse. The white square lines up so that it is below the yellow and cyan bars, and on a waveform monitor this will show up with the white bar overlapping the peak of the yellow and cyan chroma at 100 IRE units. The pluge (short for picture line up generation equipment) pulse is positioned within the black rectangle, below the red bar (it is present in the illustration but may be hard to see). It comprises three small vertical bars, a rightmost one with intensity 4% above black level (11.5 IRE), a middle one with intensity exactly equal to black (7.5 IRE), and a leftmost one with intensity 4% below black (super black or blacker than black, 3.5 IRE). The pluge pulse aids in adjusting the bottom of the luminance range to avoid either washing out the black tones into grays or collapsing picture information into the signal clipping that occurs a small distance below the black level (known as crushing the blacks). When a monitor is properly adjusted, the rightmost pluge bar should be just barely visible, while the left two should appear indistinguishable from each other and completely black. Also in the bottom section are two sections that contain In phase and +Quadrature signals (see YIQ), centered on black level and having the same gain as the color burst signal; these show up on the pattern as a square of very dark blue, and a square of very dark purple. On a vectorscope, they appear as two short lines ninety degrees apart. These are used to ensure that the television receiver is properly demodulating the 3.58 MHz color subcarrier portion of the signal. The vectors for the I and +Q blocks should fall exactly on the I and Q axes on the vectorscope if the chrominance signal is demodulated properly. These bars give rise to the former portion of the casual term bars and tone. Typically, a television network, TV station, or other originator of video programming transmits SMPTE color bars together with a continuous 1,000 Hz sine wave before sending program material, in order to assert ownership of the transmission line or medium, and so that receiving stations and intermediary telecommunications providers may adjust their equipment. Likewise, producers of television programs typically record bars and tone at the beginning of a videotape or other recording medium so that the playback equipment can be calibrated. Often, the name or callsign of the TV station, other information such as a real time clock, or another signal source is graphically superimposed over the bars.