Renk sinyali

Renk sinyali renkli televizyon yayıncılığında görüntü sinyalinin bir bileşenidir.

Televizyon yayıncılığında yayıncının görevi bileşik görüntü sinyalini iletmektir. Renkli ve renksiz yayınlarda bileşik görüntü sinyalleri bir osiloskopta karşılaştırılacak olursa, bu iki sinyalin birbirine benzediği, ancak iki sinyal arasında iki küçük fark olduğu görülür.
Her satırda senkron darbesi ve karartma eşiği gibi yardımcı bilgilerin dışında kalan 52 μsn. lik süre boyunca görüntü bilgileri iletilir. Renksiz yayında bu bilgi sadece aydınlık (parlaklık, luminance) bilgisidir. Renkli yayında ise bu bilgi aydınlık sinyali ile renk sinyalinin toplamından oluşur.
Renkli yayında art karartma eşiği üzerinde burst adı verilen kısa bir sinyal yer alır.
Renk sinyalinin koşulları
Düz renkli herhangi bir yüzeyi tanımlamak için en az üç bilginin iletilmesi gerekir. Ne var ki, televizyon yayıncılığında üç ayrı bilgi göndermek üç ayrı yayın kanalı işgal etmek anlamına gelir. Kaldı ki, bu şekilde yapılan yayın renksiz (monochrome) TV alıcıları tarafından da alınamaz. Bu sebepten renkli yayın için iki sorunun çözülmesi gerekir.
Yayınlanacak sinyalin ana bileşeni renksiz alıcılarda normal görüntü oluşturabilmelidir.
Yayınlanacak sinyalin yardımcı bileşenleri ayrı yayın kanalına ihtiyaç göstermemelidir.
Bu koşulları sağlanmak için renkli yayında bileşik görüntü sinyali iki sinyalin toplamından oluşmalıdır:
Aydınlık sinyali (luminance) : Hem renkli hem renksiz alıcılar için gerekli olan sinyal
Renk sinyali : Sadece renkli alıcılar için gerekli olan sinyal
Bu iki sinyalin toplamı 64 μsn lik bir satırın sadece 52 μsn sinde yayınlanır. Bu sinyallere ayrıca senkron ve karartma eşiği gibi yardımcı sinyaller de eklenir.
Aydınlık sinyali
Bütün renkler üç ayrı rengin uygun oranda karışımıyla elde edilebilir. Karışıma giren üç renk her teknolojide (fotoğrafçılık, boya, aydınlatma vb.) ayrı ayrı seçilir. Televizyon tekniğinde bu üç renk şu şekilde seçilmiştir:

700 nm. dalga boyundaki kırmızı
546.1 nm dalga boyundaki yeşil
435.8 nm dalga boyundaki mavi.
(Burada nm kısaltmasıyla nanometre yani 10−9 metre kastedilmektedir. Bu optik spektrumdaki dalga boyudur.)

Televizyon kamerası uygun renk filtreleriyle aynı görüntünün bu üç renkte versiyonlarını oluşturur.
Öte yandan üç rengin uygun oranda karıştırılması aydınlık sinyalini (yani renksiz yayındaki görüntü sinyalini) oluşturur. Ölçümlere göre,
Aydınlık = % 59 Yeşil+ % 30 Kırmızı + % 11 Mavi
Kamera çıkışında yer alan bir matriks devre üç renkli görüntüden istifade ederek aydınlık sinyalini oluşturur.
Fark sinyalleri
Renk sinyali de matriks devre yardımıyla elde edilir. Bu devrede fark sinyali adını alan iki sinyal üretilir :
Kırmızı fark = Kırmızı - Aydınlık = % 70 Kırmızı - % 59 Yeşil - % 11 Mavi
Mavi fark = Mavi - Aydınlık = % 89 Mavi - % 59 Yeşil - %30 Kırmızı
Daha sonra bu iki sinyal renk taşıyıcısı adını alan bir sinyali modüle ederler.
Renkli yayın sistemleri
Günümüzde analog televizyon yayıncılığında Dünyada üç sistem rekabet halindedir.
NTSC: National Television System Committee : 1953 yılında ABD de geliştirilmiş bir sistemdir. ABD ve Amerika kıtasındaki çeşitli ülkelerin yanı sıra Japonyada da kullanılmaktadır.
SECAM: Séquentiel couleur à mémoire : 1956 yılında Fransada geliştirilmiştir. Fransa ve eski Fransız kolonilerinin yanı sıra Rusyada da kullanılmaktadır.
PAL : Phase alternating at line rate :1963 yılında Almanyada geliştirilmiştir. Türkiye'de ve Avrupanın büyük bölümünde kullanılmaktadır.
Renkli TV sistemleri arasında temel fark renk taşıyıcısının modülasyonundadır.
Modülasyon tekniği
NTSC de iki fark sinyali (I ve Q) bir renk taşıyıcısını karesel genlik modülasyonu (QUAM) tekniği ile modüle ederler. Yapılan modülasyonla iki fark sinyali tek taşıyıcıyı aynı anda modüle etmiş olurlar. Karesel modülasyonda bilgiler hem genlik ve hem de faz ile iletildiğinden bu sistem faz ve genlik bozulmalarına karşı çok hassastır. Genlik bozukluğu renklerin doyumunu, faz bozukluğu ise türünü etkiler. (Renk sinyalinde aydınlık sinyali genliğine bağlı olarak görülen bozukluklar difransiyel faz ve difransiyel kazanç bozukluğu olarak bilinmektedir.)
SECAM da modülasyon frekans modülasyonudur. İki taşıyıcı seçilir. İki fark sinyalinden biri bir satırda diğeri ikinci satırda modülasyon yaparlar. Gerçi sistem faz ve genlik bozulmalarına karşı dayanıklıdır. Ama aynı sinyal iki satırda bir gösterildiği için düşey yönde renk çözünürlüğü NTSC den daha düşüktür. (Ayrıca frekans demodülasyonu için kullanılan devrelerin alıcının fiyatını artırdığı öne sürülmüştür.)
PAL NTSC nin geliştirilmiş halidir. Zayıflatılmış mavi fark (U) ve kırmızı fark (V) sinyalleri renk taşıyıcısını NTSC deki gibi karesel genlik modülasyonu tekniği ile modüle ederler. Ama her iki satırda bir V sinyalinin polaritesi değiştirilir. Bu yöntem faz bozukluklarına karşı bir önlemdir. Çünkü faz bozukluğu hep aynı yönde olduğundan iki satırın birinde artı yönde kayan faz ikinci satırda eksi yöne kaymakta ve ortalama alınarak doğru faz bulunmaktadır. (PAL sisteminin ilk zamanlarında ortalamanın insan gözü tarafından alınabileceği düşünülmüş ve buna PAL S adı verilmişti. Günümüzde ise ortalama elektronik olarak alınır.) Bu sistem renk bozulmalarına karşı dayanıklı olmakla birlikte renk doyumu bozukluklarına karşı dayanıklı değildir.
Renk taşıyıcının seçimi
PAL ve NTSC de renk sinyalini görüntü sinyalinin bir parçası olarak iletmenin bir bedeli vardır. Aydınlık bilgisi genlik ile iletildiği için renk sinyali de televizyon alıcısı tarafından aydınlık bilgisinin bir parçası olarak algılanabilir. Bunun görüntüde kırpışmaya yol açmaması için iki önlem alınır.
Renk sinyalinin bandı filtre yardımıyla daraltılır. Bu bant görüntü bandı içinde, ama bu bandın yüksek frekanslı bölgesinde yer alır.
Renk taşıyıcısı ekranda aydınlık bilgisinin bir parçası olarak algılansa bile, bunun sürekli olmaması için, renk taşıyıcısının frekansının aydınlık sinyalinin satır ve alan frekansı (15625 ve 50 Hz) harmoniklerine denk gelmemesi sağlanır.
Renk taşıyıcıları üç sistemde şu şekilde seçilmiştir : (Hz cinsinden)

NTSC...: 3 579 545
PAL...: 4 433 618.75
SECAM..: 4 406 250 ve 4 250 000
Burst (Renk pilotu)
NTSC ve PAL da renk türü faza bağlı olduğu için alıcı ile kamera arasında faz senkronizasyonu yapılmalıdır. Bunun için bileşik görüntü işaretinin art karartma eşiği süresince renk taşıyıcısı frekansında ve % 30 tepe tepe genlikte 10 periyotlık bir sinüs sinyali gönderilir. Bu yardımcı sinyale burst adı verilir. Burst ayrıca renksiz yayın sırasında alıcının renk işleme devrelerini de durdurarak parazit sebebiyle oluşabilecek renkli noktaların önüne geçer.