《基于MATLABSimulink彩色全電視信號(hào)仿真》模板

1、中國傳媒大學(xué)南廣學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告基于MATLAB/Simulink彩色全電視信號(hào)仿真學(xué) 院 傳媒技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 姓 名 王晶 學(xué) 號(hào) 20120803103 指導(dǎo)教師 華鳴 指導(dǎo)日期 中國傳媒大學(xué)南廣學(xué)院 2015年 10月 30 日摘要3一、基于MATLAB的彩色電視信號(hào)的構(gòu)成31.1電視基本組成原理.41.2彩色圖像的攝取與重現(xiàn).5二、簡化的彩色電視接收機(jī)仿真62.1彩色圖像的攝取與重現(xiàn).72.2彩色電視的基本傳送過程.8三、發(fā)送彩條信號(hào)時(shí)的仿真電視接收機(jī)輸出結(jié)果對(duì)比圖MATLAB-GUIDE的設(shè)計(jì)9四、Simulink彩色全電視信號(hào)的編碼144.1彩色全電視信號(hào)的構(gòu)

2、成. 14五、課程設(shè)計(jì)小結(jié)16六、附錄16摘要本課程設(shè)計(jì)主要是以matlab/simulink為基礎(chǔ)平臺(tái)，基于matlab的彩色電視信號(hào)的構(gòu)成；簡化的彩色電視接收機(jī)仿真；彩色全電視信號(hào)的編碼仿真。對(duì)彩色全電視編碼過程及其重要信號(hào)與其頻譜分析進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)仿真電視系統(tǒng)中各主要階段的電視波形，并對(duì)波形進(jìn)行分析。主要分析和比較模型的顯示波形與理論波形仿真結(jié)果表明，該模型能夠正確地仿真出動(dòng)態(tài)的電視信號(hào)波形。 其中包括色差信號(hào) （R-Y,B-Y） ,亮度信號(hào) Y,色度信號(hào) （U,FU,V,FV,F） 以及行同步，場(chǎng)同步，消隱脈沖，色同步等信號(hào)以及最終合成的彩色全電視信號(hào)（FBAS）的波

3、形圖。對(duì)彩色全電視解碼過程及其重要信號(hào)與其頻譜分析進(jìn)行了詳細(xì)論述。關(guān)鍵詞： PAL；MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái)；電視信號(hào)波形；標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào) 一、 基于MATLAB的彩色電視信號(hào)的構(gòu)成彩色全電視信號(hào)波形如圖 所示。在一個(gè)掃瞄行中，由行同步脈沖、消隱脈沖、色同步脈沖以及圖像信號(hào)波形構(gòu)成。行頻率為15625KHz，對(duì)應(yīng)的行周期是64微s。其中，消隱脈沖約占15¹s，相對(duì)電平為0.75，行同步脈沖位于消隱脈沖之中，寬度是4:7微s，相對(duì)電平為1，色同步脈沖位于行同步脈沖的后肩上，由具有一定相位的十個(gè)周期左右的副載波組成，其振幅的相對(duì)電平大小約0:12。其余約49微s 時(shí)間上用于傳

4、送一行圖像，即圖像矩陣中的某一行。圖像信號(hào)相對(duì)電平范圍在0.125 到0.75 之間，其中，0.125 為白信號(hào)電平，0.75 為黑信號(hào)電平。圖1 彩色全電視信號(hào)波形彩色全電視信號(hào)中的圖像信號(hào)由亮度信號(hào)和色差信號(hào)組成。其中，兩個(gè)色差信號(hào)使用正交平衡調(diào)制后與亮度信號(hào)迭加。由于電視圖像信號(hào)是以行（64 微秒）為周期的近似周期信號(hào)，在頻譜上看，其信號(hào)能量集中在以行頻率（fH = 15625Hz）為間隔的譜線附近。這樣，如果選擇正交平衡調(diào)制載波頻率為fc = (n + 0:5)fH，n 為正整數(shù)，則色差信號(hào)經(jīng)過平衡調(diào)制后輸出信號(hào)頻譜譜線剛好插入在亮度信號(hào)的頻譜譜線間隙的中間，稱為半行頻間置，這樣就能夠

5、避免相互干擾。例如，NTSC 制式中，副載波頻率選為fc=283.5 fH=4:4296875MHzNTSC 制式中彩色全電視信號(hào)中圖像信號(hào)S 表示為S = Y + V cos 2¼fct + U sin 2¼fct其中，Y ，V ，U 分別為亮度信號(hào)和兩個(gè)壓縮色差信號(hào)。忽略場(chǎng)同步脈沖，試產(chǎn)生實(shí)例5.13 中彩條圖像的彩色全電視信號(hào)，并得出其NTSC 制式中彩色全電視信號(hào)中圖像信號(hào)S 表示為S = Y + V cos 2¼fct + U sin 2¼fct (5.47)其中，Y ，V ，U 分別為亮度信號(hào)和兩個(gè)壓縮色差信號(hào)。建模分析和仿真參數(shù)計(jì)算：設(shè)仿真

6、采樣率為20MHz，這樣可以仿真計(jì)算的最高頻率為10MHz。一行中的圖像信號(hào)傳輸時(shí)間為49 微秒，故每行圖像的相應(yīng)采樣點(diǎn)數(shù)為980 點(diǎn)。如果使用圖像矩陣中每行元素?cái)?shù)不為980，那么可用插值方法得出所需的采樣點(diǎn)數(shù)。消隱脈沖時(shí)長為15 微秒，用300 個(gè)采樣點(diǎn)表示，其中設(shè)第103 到197 點(diǎn)表示4.7 微秒的行同步脈沖頭，第220 到265 點(diǎn)表示色同步載波，其余表示消隱脈沖。色同步載波設(shè)為c(t) = 0.12 cos 2 fct (5.48)在仿真編程中，還需要將圖像矩陣中像素取值范圍（0 到255）轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)規(guī)定的表示范圍（0.125 到0.75）以及進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。根據(jù)以上分

7、析編寫的仿真程序如下。clear all;clc;I=imread('colorbar.tif');%彩條型號(hào)figure(1);imshow(I);title('彩條信號(hào)');I=double(I);m,n,p=size(I);I=-(0.75-0.125)./(255).*I+0.75;%換算為0.125到0.75電平R=I(:,:,1);G=I(:,:,2);B=I(:,:,3);%三基色分離R=reshape(R',1,m*n);%轉(zhuǎn)換為1維（紅）G=reshape(G',1,m*n);%轉(zhuǎn)換為1維（綠）B=reshape(B',

8、1,m*n);%轉(zhuǎn)換為1維（藍(lán)）Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B;%亮度R_Y=R-Y;%色差R0B_Y=B-Y;%色差B0V=0.877*R_Y;%色差電平壓縮U=0.493*B_Y;%色差電平壓縮f_c=283.5*15626;%副載波頻率tvY=interp1(Y,(1:n/980:m*n),'nearest');%插值：行采樣980點(diǎn)tvV=interp1(V,(1:n/980:m*n),'nearest');%插值tvU=interp1(U,(1:n/980:m*n),'nearest');%插值%全電視信號(hào)產(chǎn)生for h=1

9、:(m-2) s(1280*h+(1:102)=0.75;%消隱脈沖 s(1280*h+(103:197)=1;%行同步頭 s(1280*h+(198:300)=0.75;%消隱脈沖 s(1280*h+(301:1280)=tvY(h*980+(-1:978);%圖像一行像素亮度 % 色差V sV(1280*h+(1:300)=0;%消隱部分 sV(1280*h+(220:265)=0.12;%色同步選通 sV(1280*h+(301:1280)=tvV(h*980+(-1:978);%圖像信號(hào)部分 % 色差U sU(1280*h+(1:300)=0; sU(1280*h+(301:1280)

10、=tvU(h*980+(-1:978);endt=0:0.5e-7:0.5e-7*(length(s)-1);%計(jì)算時(shí)間點(diǎn)序列，采樣率20MhzF_v=sV.*cos(2*pi*f_c.*t);%色差信號(hào)正交調(diào)制F_u=sU.*sin(2*pi*f_c.*t);c=F_v+F_u; % 調(diào)制輸出的色差信號(hào)TVsignal=s+c; % 合成彩色電視信號(hào)figure(2); plot(t,TVsignal); xlabel('(時(shí)間)'); title('彩色電視信號(hào)');% 彩色電視信號(hào)figure(3); plot(t,s); xlabel('時(shí)間&#

11、39;);title('亮度信號(hào)'); % 亮度信號(hào)% 功率譜計(jì)算Pxxcc,F=psd(c,1e5,2e7);figure(4); plot(F,10*log10(Pxxcc),'g');hold on;% 調(diào)制后的色差信號(hào)頻譜Pxx,F=psd(s,1e5,2e7); % FFT長度為1e5點(diǎn)，故頻率分辨率100Hzfigure(4);plot(F,10*log10(Pxx),'k');%亮度信號(hào)頻率xlabel('頻率Hz');ylabel('功率譜密度dB'); matlab仿真結(jié)果如下： 圖一 彩條信號(hào)

12、圖二 彩色電視信號(hào) 圖三 亮度信號(hào) 圖四 功率譜密度二、 簡化的彩色電視接收機(jī)仿真2.1彩色圖像的攝取與重現(xiàn)根據(jù)三基色原理，一幅彩色圖像可以分解為三個(gè)基色圖像，在發(fā)端將一幅欲傳送的彩色圖像分解為三幅基色圖像信號(hào)，合用一個(gè)通道傳送給接收端；接收端將收到的三個(gè)基色圖像信號(hào)還原成原來的彩色圖像。 彩色電視的基本傳送過程 彩色電視接收機(jī)簡稱彩色電視機(jī)，是模擬電視信號(hào)接收機(jī)。MATLAB仿真代碼如下：clear all;clc;I=imread('colorbar.tif');% 讀入彩條信號(hào)figure(1);imshow(I);title('彩條信號(hào)');I=doub

13、le(I);m,n,p=size(I);I=-(0.75-0.125)./(255).*I+0.75; % 換算為0.125到0.75電平R=I(:,:,1);G=I(:,:,2);B=I(:,:,3);% 三基色分離R=reshape(R',1,m*n); % 轉(zhuǎn)換為1維（紅）G=reshape(G',1,m*n); % 轉(zhuǎn)換為1維（綠）B=reshape(B',1,m*n); % 轉(zhuǎn)換為1維（藍(lán)）Y=0.30*R+0.59*G+0.11*B;%亮度R_Y=R-Y;%色差R0B_Y=B-Y;%色差B0V=0.877*R_Y; % 色差電平壓縮U=0.493*B_Y;

14、% 色差電平壓縮f_c=283.5*15625; % 副載波頻率tvY=interp1(Y,(1:n/980:m*n),'nearest');% 插值:行采樣980點(diǎn)tvV=interp1(V,(1:n/980:m*n),'nearest');% 插值tvU=interp1(U,(1:n/980:m*n),'nearest');% 插值% 全電視信號(hào)產(chǎn)生for h=1:(m-2) s(1280*h+(1:102)=0.75;%消隱脈沖 s(1280*h+(103:197)=1;%行同步頭 s(1280*h+(198:300)=0.75;%消隱脈沖

15、 s(1280*h+(301:1280)=tvY(h*980+(-1:978);%圖像一行像素亮度% 色差V sV(1280*h+(1:300)=0; % 消隱部分 sV(1280*h+(220:265)=0.12;% 色同步選通 sV(1280*h+(301:1280)=tvV(h*980+(-1:978);% 圖像信號(hào)部分 % 色差U sU(1280*h+(1:300)=0; sU(1280*h+(301:1280)=tvU(h*980+(-1:978);endt=0:0.5e-7:0.5e-7*(length(s)-1);% 計(jì)算時(shí)間點(diǎn)序列，采樣率20MHzF_v=sV.*cos(2*p

16、i*f_c.*t); % 色差信號(hào)正交調(diào)制F_u=sU.*sin(2*pi*f_c.*t);c=F_v+F_u; % 調(diào)制輸出的色差信號(hào)TVsignal=s+c; % 合成彩色電視信號(hào)%-帶限高斯信道-TVsignal=TVsignal+0.1*randn(size(TVsignal); % 加入噪聲b,a=butter(2,5e6/(20e6/2); % 傳輸信道帶寬5MHzTVsignal=filter(b,a,TVsignal); % 通過帶限信道%-接收部分-b,a=butter(2,0.5e6/(20e6/2); % 行同步濾波h_pulse=filter(b,a,TVsignal)

17、;h_pulse=h_pulse>0.87; % 行同步脈沖選出。門限0.87c_gate=zeros(1,100),h_pulse(1:length(h_pulse)-100);% 延遲100點(diǎn)，選通色同步脈沖syn=zeros(size(TVsignal);% 色差信號(hào)載波存儲(chǔ)空間syn=c_gate.*TVsignal; % 色同步信號(hào)選出b,a=butter(2,f_c-1000,f_c+1000/(20e6/2);syn=filter(b,a,syn); % 副載波濾波恢復(fù)sync=hilbert(syn, length(syn)/max(syn); % 正交副載波份量恢復(fù)rV

18、=2*TVsignal.*real(sync);rU=2*TVsignal.*imag(sync);% 相干解調(diào)b,a=butter(2,1e6./(20e6/2);rV=filter(b,a,rV);rU=filter(b,a,rU); % 色差信號(hào)解調(diào)低通1MHzrc=rV+rU;b,a=butter(3,3e6./(20e6/2);rY=filter(b,a,TVsignal); % 亮度信號(hào)低通3MHzrR=rV/0.877+rY; % 彩色解碼rB=rU/0.493+rY;rG=rY/0.59-(0.3/0.59)*rR-(0.11/0.59)*rB;for h=1:(m-2)rRi

19、mg(h*980+(0:979)=rR(1280*h+(301:1280);% 行圖像信號(hào)選出rGimg(h*980+(0:979)=rG(1280*h+(301:1280);% 行圖像信號(hào)選出rBimg(h*980+(0:979)=rB(1280*h+(301:1280);% 行圖像信號(hào)選出endrRimg=interp1(rRimg,0,(1:980/n:m*980);% 插值,恢復(fù)原圖分辨率rGimg=interp1(rGimg,0,(1:980/n:m*980);% 插值rBimg=interp1(rBimg,0,(1:980/n:m*980);% 插值rI(:,:,1)=(resha

20、pe(rRimg,n,m)' % 組合為3維數(shù)組并顯示圖像rI(:,:,2)=(reshape(rGimg,n,m)'rI(:,:,3)=(reshape(rBimg,n,m)'figure(2); plot(t,TVsignal); xlabel('(時(shí)間)'); title('彩色電視信號(hào)');% 彩色電視信號(hào)figure(3); plot(t,rY); xlabel('時(shí)間');title('亮度信號(hào)'); % 亮度信號(hào)% 功率譜計(jì)算Pxxcc,F=psd(rc,1e5,2e7);figure(4); plot(F,10*log10(Pxxcc),'g');hold on;% 調(diào)制后的色差信號(hào)頻譜Pxx,F=psd(rY,1e5,2e7); % FFT長度為1e5點(diǎn)，故頻率分辨率100Hzfigure(4);plot(F,10*log10(Pxx),'k');%亮度信號(hào)頻率xlabel('頻率Hz');ylabel('功率譜密度dB');figure(5); imshow(uint8(255-(rI-0.125)./(0.75-