電視原理彩色電視信號的傳輸

1、第三章 彩色電視信號的傳輸3.1 兼容制傳送方式3.2 正交平衡調(diào)幅 3.3 色度信號及NTSC制編、解碼過程3.4 PAL制及其編、解碼過程3.5 SECAM制及其編、解碼過程13.1 兼容制傳送方式 3.1.1兼容的必備條件 要實現(xiàn)彩色與黑白電視兼容，彩色電視應(yīng)滿足以下根本條件: (1)所傳送的電視信號中應(yīng)有亮度信號和色度信號兩部分。 (2)彩色電視信號通道的頻率特性應(yīng)與黑白電視通道頻率特性根本一致，而且應(yīng)該有一樣的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。 2第三章 彩色電視信號的傳輸 (3)彩色電視與黑白電視應(yīng)有一樣的掃描方式及掃描頻率，一樣的輔助信號及參數(shù)。 (4)應(yīng)盡能夠地減小黑白電視機收看彩

2、色節(jié)目時的彩色干擾，以及彩色電視中色度信號對亮度信號的干擾。 3第三章 彩色電視信號的傳輸 3.1.2 頻帶緊縮 實驗測定闡明，假設(shè)分開電視機屏幕一定間隔處，能區(qū)分出白色襯底上直徑為1mm的黑色細節(jié)，那么在同樣條件下，紅色時底上的綠色細節(jié)部分曲直徑約為2.5 mm時才干開場加以區(qū)分，在藍色襯底上的綠色細節(jié)部分直徑為5mm時才干開場加以區(qū)別。 假設(shè)傳送的彩色細節(jié)尺寸小于上述情況，那么人眼看到的各個細節(jié)部分只能是在亮度方面存在著差別，而無顏色部分的差別、均表現(xiàn)為灰色。 4第三章 彩色電視信號的傳輸 根據(jù)上述分析，在彩色圖像傳送中，只需大面積部分需求在傳送其亮度信息的同時還必需傳送其色度成分，而顏色

3、的細節(jié)部分，可以用亮度信號來取代。 換言之，把三個基色中的圖像信號的高頻分量(對應(yīng)著圖像彩色細節(jié))，可以用一個只代表亮度的信號來傳送。這種方法又常稱為“混合高頻原理 5第三章 彩色電視信號的傳輸 人眼對彩色細節(jié)的分辨力比較差， 在傳送彩色圖像時只需傳送一幅粗線條大面積的彩色圖像配上亮度細節(jié)就可以了， 沒有必要傳送彩色細節(jié)， 這稱為大面積著色原理。 我國電視規(guī)范規(guī)定， 亮度信號帶寬為06 MHz， 色度信號帶寬為01.3 MHz。 6第三章 彩色電視信號的傳輸 由于每個基色信息中都含有亮度信息，假設(shè)直接傳送基色信號，已傳送的亮度信號Y(為各基色亮度總和)與所選出的兩個基色所包含的亮度參量就反復(fù)了

4、，因此使得基色與亮度之間的相互關(guān)擾也會非常嚴重帶寬不同。 所以通常選擇不反映亮度信息的信號傳送色度信息，例如基色信號與亮度信號相減所得到的色差信號(R-Y)、(G-Y)和(B-Y)，可從中選取兩個代表色度的信息。因此，在彩色電視系統(tǒng)中，為傳送彩色圖像，選用了一個亮度信號和兩個色差信號。7第三章 彩色電視信號的傳輸 R=(R-Y)01.3+Y06=R01.3+Y1.36 G=(G-Y) 01.3 + Y06 =G01.3+ Y1.36 B=(B-Y) 01.3 + Y06 =B01.3+ Y1.36 最后重現(xiàn)彩色的三個基色信號在01.3 MHz頻率范圍內(nèi)含有彩色分量， 在1.36 MHz 頻率范

5、圍內(nèi)只需亮度信號分量。 8第三章 彩色電視信號的傳輸 當色差信號的帶寬為01.3 MHz， 亮度信號的帶寬為06 MHz 時， 恢復(fù)的三個基色信號為: 3.1.3 頻譜交錯 彩色電視和黑白電視采用一樣的帶寬，用三基色信號構(gòu)成亮度信號和兩個色差信號后， 都放在06 MHz的頻帶內(nèi)用一個通道傳送。 在06 MHz頻帶內(nèi)，先選擇一個頻率稱為彩色副載波，用兩個色差信號對彩色副載波進展調(diào)制，調(diào)制后的信號稱為色度信號。 將得到的色度信號與亮度信號、 同步信號疊加為彩色全電視信號， 再去調(diào)制圖像載波， 稱為二次調(diào)制。 二次調(diào)制后的射頻信號經(jīng)功率放大后發(fā)射出去。 9第三章 彩色電視信號的傳輸 彩色副載波放在6

6、 MHz頻帶的高端以減少彩色干擾和亮度竄色. 由于干擾花紋的顯眼程度與干擾信號的頻率有關(guān)， 假設(shè)色度信號放在低端， 干擾顯示為粗線條的花紋， 非常顯眼， 而色度信號放在高端， 干擾花紋極其細密， 不易被人覺察。 亮度信號在高頻端幅度很小， 色度信號放在高端可以減少亮度信號對色度信號的干擾。 10第三章 彩色電視信號的傳輸 由于相鄰行圖像信號相關(guān)性很強和采用周期性掃描， 所以黑白電視信號(亮度信號)的頻譜構(gòu)造是線狀離散譜。 亮度信號雖然占據(jù)了06 MHz的頻帶寬度， 但并未占滿整個6 MHz 的帶寬。 亮度信號的能量只集中在行頻fH及其諧波nfH附近很窄的范圍內(nèi)， 隨諧波次數(shù)的升高， 能量逐漸下

7、降。 在(n-1/2)fH附近沒有亮度信號能量， 留有較大的空隙， 如圖3-1a所示。 11第三章 彩色電視信號的傳輸 圖 3-1 亮度信號頻譜圖 (a) 以行頻為間隔的譜線群； (b) 每一譜線群構(gòu)造12第三章 彩色電視信號的傳輸 圖3-1b是將nfH附近的一族譜線放大， 可以看出在行頻主譜線兩側(cè)有以幀頻、 場頻為間隔的副譜線。 當圖像活動加快時， 各副譜線之間的空隙被填滿， 但在(n-1/2)fH附近仍有較大的空隙， 慢變化的圖像頻譜空隙達93%， 較快變化的圖像頻譜空隙仍有46%， 所以可以將色度信號的頻譜插在亮度信號的頻譜空隙中間， 用一個6 MHz帶寬的通道同時傳送亮度信號和色度信號

8、， 這種方法稱為頻譜交錯或頻譜間置。 13第三章 彩色電視信號的傳輸 色差信號有與亮度信號一樣的頻譜構(gòu)造， 緊縮后占據(jù)較窄的頻帶， 如圖3-2a所示。 其表現(xiàn)也是以行頻為間隔的譜線群構(gòu)造。 根據(jù)副載波平衡調(diào)幅構(gòu)成的色度信號也發(fā)生了頻譜遷移， 各譜線群出如今fSCnfH處， 如圖3-2b所示。 只需選用副載頻為半行頻的奇數(shù)倍， 即fSC=(n-1/2)fH， 就能將色度信號正好插在亮度信號頻譜的空隙間， 如圖3-2c所示。14第三章 彩色電視信號的傳輸 圖 3-2 頻譜交錯 (a) 色差信號頻譜； (b) 色度信號頻譜； (c) 頻譜交錯15第三章 彩色電視信號的傳輸頻譜間置圖3.2.1 信號選

9、取 要做到兼容， 必需對光電傳感器輸出的R、 G、 B三個基色信號進展處置。 首先用一個編碼矩陣電路根據(jù)Y=0.30R+0.59G+0.11B的亮度公式編出一個亮度信號和R-Y、 B-Y兩個色差信號。 色差信號是基色信號R、 G、 B與亮度信號Y之差：3.2 亮度信號與色差信號16第三章 彩色電視信號的傳輸亮度、色差與R、G、B的關(guān)系 由亮度方程知 Y=0.3R+0.59G+0.11B (3-1) 那么,R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G- 0.11B (3-2a)B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R- 0.59G+0.89B (3-

10、2b) G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B (3-2c) 17第三章 彩色電視信號的傳輸 在知(R-Y)和(B-Y)的情況下，可以容易地按照下述步驟求得(G-Y)。由 Y=0.3Y+0.59Y+0.11Y (3-3) Y=0.3R+0.59G+0.11B (3-4) 用式(3-4)減去式(3-3), 0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0 (3-5) 那么18第三章 彩色電視信號的傳輸接納端由矩陣電路把收到的(R-Y)和(B-Y),按式(35)恢復(fù)出(G-Y),然后再以矩陣電路使之分別與Y信號相加,從而恢復(fù)出三基色。即 (

11、R-Y)+Y=R (36a) (B-Y)+Y=B (36b) (G-Y)+Y=G (36c) 在傳送黑白電視信號時，因色度信號為零，R、G、B應(yīng)相等。設(shè)R=G=B=Ex,那么利用亮度方程可求得:19第三章 彩色電視信號的傳輸 Y=0.3Ex+0.59Ex+0.11Ex=Ex (37a) R-Y=Ex-Ex=0 (37b) B-Y=Ex-Ex=0 (37c) 這就闡明，對于黑白電視信號，反映顏色與飽和度(即色度)的色差信號為零，且亮度Y的電壓值與三個基色電壓值相等,即 Y=R=G=B 20第三章 彩色電視信號的傳輸 比如傳送飽和黃色，那么可知R=G=1，B=0，其亮度信號和色差信號分別為 Y=0

12、.31+0.591+0.110=0.89 R-Y=1-0.89=0.11 B-Y=0-0.89=-0.89 可見此時(R-Y)和(B-Y)不再為零。21第三章 彩色電視信號的傳輸 用色差信號傳送色度信號具有以下優(yōu)點： (1) 可減少色度信號對亮度信號的干擾， 當傳送黑白圖像時， R=G=B, 兩個色差信號R-Y和B-Y均為零， 不會對亮度信號產(chǎn)生干擾。 (2) 可以實現(xiàn)亮度恒定原理， 即重現(xiàn)圖像的亮度只由傳送亮度信息的亮度信號決議。 (3) 可節(jié)省色度信號的發(fā)射功率。 在彩色圖像中大部分像素接近于白色或灰色， 它們的色差信號為零， 小部分彩色像素才有色差信號， 因此發(fā)射色差信號比發(fā)射R、 G、

13、 B信號需求的發(fā)射功率小。 22第三章 彩色電視信號的傳輸3.2.2 規(guī)范彩條亮度與色差信號的波形與特點 規(guī)范彩條信號是由彩條信號發(fā)生器產(chǎn)生的一種測試信號。對彩色電視系統(tǒng)的傳輸特性進展測試和調(diào)整。 規(guī)范彩條信號有多種規(guī)范，圖32給出的波形稱為“100%幅度、100%飽和度彩條信號。對于這種規(guī)范，白條對應(yīng)的電平為1(即100%)，黑條對應(yīng)的電平為0，三基色信號的電平非1即0，由其顯示的彩色均為飽和色。 23第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-2 100%幅度,100%飽和度彩條信號 (a)彩條圖像; (b)三基色電壓; (c)亮度信號; (d)色差信號24表31 100%幅度、100%飽和度彩條三基

14、色、亮度、色差電平值25 由式(3-1)和式(3-2)可求得100%幅度，100%飽和度彩條信號中各條相應(yīng)的亮度信號和色差信號電平，其值列入表3-1。第三章 彩色電視信號的傳輸表3-2 75%幅度、100%飽和度規(guī)范彩條三基色、 亮度、色差電平值26第三章 彩色電視信號的傳輸練習(xí)題檢驗：1、全電視信號包含哪幾部分？2、行、場同步脈沖寬度各為多少？3、行、場消隱脈沖寬度各位多少？4、黑白彩色兼容必需滿足哪些根本要求？3.3 色度信號及NTSC信號編、解碼過程 根據(jù)前面分析，必需將色差信號調(diào)制到副載波才干實現(xiàn)頻譜交錯，但是如何進展調(diào)制，可選擇的方法不同就產(chǎn)生了不同的彩色電視制式。3.3.1 色度信

15、號的構(gòu)成 在NTSC制中，是將正交調(diào)幅與平衡調(diào)幅結(jié)合起來，將兩個色差信號分別對正交的兩個副載波進展平衡調(diào)幅，由此得到已調(diào)信號，稱其為色度信號。 29第三章 彩色電視信號的傳輸 1.平衡調(diào)幅 所謂平衡調(diào)幅，是指抑制載波的一種調(diào)制方式。它與普通調(diào)幅不同之處在于，平衡調(diào)幅不輸出載波，現(xiàn)舉例加以闡明。 設(shè):調(diào)制信號為u=Ucost ，載波信號為us=Uscosst，那么調(diào)幅后構(gòu)成的普通調(diào)幅波為：30第三章 彩色電視信號的傳輸(3-11) 式(3-11)闡明，普通調(diào)幅波的頻譜是由載頻s和兩個邊頻(s+)、(s-)三個分量組成的，調(diào)幅波的波形如圖3-4所示。31第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-4 調(diào)幅波波

16、形 (a)調(diào)制信號;(b)載波;(c)AM波;(d)平衡調(diào)幅波32第三章 彩色電視信號的傳輸33第三章 彩色電視信號的傳輸 平衡調(diào)幅抑制了載波分量，使得調(diào)幅波中沒有Uscosst一項，因此其表達式變?yōu)椋?用一個乘法器將色差信號與載波相乘就可以得到平衡調(diào)幅波， 如圖3-5所示。 圖 3-5 平衡調(diào)幅波 (a) 色差信號(調(diào)制信號)； (b) 副載波信號； (c) 平衡調(diào)幅波34第三章 彩色電視信號的傳輸35第三章 彩色電視信號的傳輸 由式(3-12) 可以看出，平衡調(diào)幅波的特點是: (1)平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號幅度的絕對值成正比。 (2)調(diào)幅信號為正值時，平衡調(diào)幅波與載波同相；調(diào)制信號電壓為

17、負值時，平衡調(diào)幅波與載波反相。 2. 正交調(diào)幅 將兩個調(diào)制信號分別對頻率相等、相位相差90的兩個正交載波進展調(diào)幅，然后再將這兩個調(diào)幅信號進展矢量相加，從而得到的調(diào)幅信號稱為正交調(diào)幅信號，這一調(diào)制方式稱正交調(diào)幅。 36第三章 彩色電視信號的傳輸 3.色度信號的構(gòu)成 在將兩個色差信號分別對兩個正交的副載波進展平衡調(diào)幅之前，先對其進展適當?shù)姆染o縮，緊縮后的色差信號分別用U和V表示，它們與緊縮前的色差信號(R-Y)和(B-Y)的關(guān)系是 U=0.493(B-Y) (3-13) V=0.877(R-Y) (3-14)37第三章 彩色電視信號的傳輸 式中，0.493和0.877稱為色差信號的緊縮系數(shù)。緊縮

18、后的色差信號分別對兩個正交副載波sinSCt和cosSCt進展平衡調(diào)幅，從而得到兩個平衡調(diào)幅信號 FU=UsinSCt (3-15) FV=VcosSCt (3-16) 這兩個平衡調(diào)幅信號頻率相等，相差90,堅持著正交關(guān)系，將二者相加便得到正交平衡調(diào)幅的色度信號 F=UsinSCt+VcosSCt (3-17)38第三章 彩色電視信號的傳輸 F常被稱為已調(diào)色差信號或色度信號。F亦可用矢量表示，稱彩色矢量，如圖3-6所示。 由圖3-6可見,色度信號的振幅和相角分別為(318) (319) 39第三章 彩色電視信號的傳輸 圖36 彩色矢量圖 40第三章 彩色電視信號的傳輸圖37 正交平衡調(diào)幅色度信

19、號構(gòu)成方框圖41第三章 彩色電視信號的傳輸 3.3.2 同步檢波原理 同步檢波可解調(diào)出色差信號，還可由數(shù)學(xué)分析加以證明。 對于U同步檢波，色度信號F與sinSCt相乘: (3-20) 42第三章 彩色電視信號的傳輸 式中U/2是解調(diào)出的色差信號。頻帶為01.3MHz，其他項是副載波的諧波分量，頻率為8.68MHz，很容易用濾波器濾出，從而得到色差信號。 同步檢波原理方框圖如圖3-8所示。43第三章 彩色電視信號的傳輸 圖38同步檢波原理方框圖 443.3.3色同步信號 由于檢波原理可知，要實現(xiàn)同步解調(diào)，關(guān)鍵是要有一個與色差信號調(diào)制時的副載波同頻、同相的恢復(fù)副載波。 由于色度信號中副載波已被平衡

20、調(diào)制器所抑制，所以在彩色電視接納機中要設(shè)置一個副載波產(chǎn)生電路。 為保證所產(chǎn)生的副載波與發(fā)端的副載波同頻同相，需求發(fā)端在發(fā)送彩色全電視信號的同時發(fā)出一個能反映發(fā)端副載波頻率與相位信息的信號，即色同步信號。共電視接納機作為參考。45第三章 彩色電視信號的傳輸圖 3-9 NTSC制色同步信號 色同步信號是9個周期左右的、 振幅和相位都恒定不變的副載頻群， 放在行消隱后肩。 如圖3-9所示， 距行同步前沿5.6 s， 幅度為0.30 V9 mV， 寬度為2.25 s230 ns， 由91個副載波頻率的正弦波組成， 其相位與U軸反相。第三章 彩色電視信號的傳輸46 色同步信號的幅度與同步脈沖幅度相等 ，

21、假設(shè)以h表示同步脈沖幅度，F(xiàn)b表示色同步信號,那么 色同步信號與彩色電視信號一同傳送到接納端，彩色電視機將其從彩色全電視信號中分別出來，由此去控制接納機的副載波發(fā)生器，使之產(chǎn)生與發(fā)送端副載波同頻、同相的恢復(fù)副載波。 (3-21) 47第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-9 同步檢波器波形分析 48 彩色全電視信號的構(gòu)成過程。3.3.4 NTSC制編、解碼過程 NTSC制得名于美國National Television System Committee(國家電視制委員會)，這一制式是在正交平衡調(diào)制之前，將被緊縮的色差信號U、V又進展了一定的變換，從而產(chǎn)生了I，Q信號，這樣做可以對信號進一步緊縮。一、

22、 I、Q色差信號 對視覺特性研討闡明，人眼對紅、黃之間顏色的分辨力最強，而對藍、品之間顏色的分辨力最弱。 49第三章 彩色電視信號的傳輸50經(jīng)過幾何關(guān)系不難推得它們之間有如下關(guān)系: Q=Ucos33+Vsin33 I=U(-sin33)+Vcos33 (3-25)第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-10 Q、I軸和U、v軸的關(guān)系 利用亮度方程及式 U=0.493(B-Y) 和式V=0.877(R-Y) 結(jié)合式Q=Ucos33+Vsin33 I=U(-sin33)+Vcos33 關(guān)系可求出Q、I與三基色R、G、B的關(guān)系為: Y=0.30R+0.59G+0.11B (3-26) Q=0.21R-0.5

23、2G+0.31B (3-27) I=0.60R-0.28G-0.32B (3-28)51第三章 彩色電視信號的傳輸二、 NTSC制編、解碼方框圖 NTSC制編、解碼方框圖分別如圖3-15和圖3-16所示。 編碼器中，矩陣電路按式(3-26)式(3-28)對R、G、B信號進展線性組合，從而產(chǎn)生I、Q和Y信號。 載波構(gòu)成電路分別輸出相位為33、123、180的三個副載波，供Q調(diào)制器、I調(diào)制器和色同步平衡調(diào)制器之用。 52第三章 彩色電視信號的傳輸53第三章 彩色電視信號的傳輸3-11 NTSC制編碼方框圖54第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-12 NTSC制解碼方框圖三、NTSC制的主要參數(shù)及性能

24、1.主要參數(shù) 對于NTSCM(美國制式)，場頻fV=59.94Hz(60Hz);行頻fH=525fV/2=15.734kHz;每幀525行;圖像信號標稱帶寬為4.2MHz;伴音與圖像載頻之差為4.5MHz;彩色副載波頻率fSC=3.57954506MHz。彩色全電視信號頻譜如圖313所示。 55第三章 彩色電視信號的傳輸圖313 NTSC制彩色全電視信號頻譜56第三章 彩色電視信號的傳輸 2. 主要性能 (1)現(xiàn)有的三種兼容制彩色電視制式中，NTSC制色度信號組成方式最為簡單,因此解碼電路也最為簡單，易于集成化,特別是，在許多場所需求對電視信號進展各種處置， 因此NTSC制在實現(xiàn)各種處置也就簡

25、單。 (2)NTSC制中采用1/2行間置，使亮度信號與色度信號頻譜以最大間距錯開，亮度串色影響因之減小，故兼容性好。 57第三章 彩色電視信號的傳輸 (3)NTSC制色度信號每行都以同一方式傳送，與PAL制和SECAM制相比，不存在影響圖像質(zhì)量的行順序效應(yīng)。 (4)采用NTSC制一個最嚴重的問題，就是存在著相位敏感性，即存在著色度信號的相位失真對重現(xiàn)彩色圖像的顏色的影響。58第三章 彩色電視信號的傳輸3.4 PAL制及其編、解碼過程 NTSC制根據(jù)人眼的視覺特性，采取了一些措施，較好地處理了彩色電視與黑白電視的兼容問題，電視接納電路簡單，圖像質(zhì)量較高等優(yōu)點。 但是NTSC制一個最嚴重的問題，就

26、是存在著相位敏感性，即存在著色度信號的相位失真對重現(xiàn)彩色圖像的顏色的影響。 59第三章 彩色電視信號的傳輸 PAL是Phase Alternation Line(逐行倒相)的縮寫。它是對色度信號采用正交平衡調(diào)幅的根底上，使其中一個色度分量(FV分量)逐行倒相。 PAL的根本出發(fā)點是，在發(fā)端周期性的改動彩色相序，而在收端采取平均措施，這樣可以減輕相位誤差帶來的影響，目前這種制式是世界上運用的國家和地域是最多的。3.4.1 相位失真的概念及影響 彩色電視機不能夠完全正確地重現(xiàn)原景物的亮度、飽和度和顏色，因此存在著失真。彩色圖像的失真有亮度失真、飽和度失真和顏色失真。 60第三章 彩色電視信號的傳輸

27、 其中，亮度失真主要影響景物的層次，飽和度失真那么改動視色的深淺程度，而顏色失真會呵斥景物的顏色改動，在以上三種失真中，人眼對顏色的失真最為敏感。 實際證明，要使人眼覺得不到顏色畸變，相位失真應(yīng)小于5o，也就是說，在矢量圖上，各種彩色偏離正確的位置的角度不能大于5o,假設(shè)超出這個范圍，人眼就可覺察到顏色失真，因此，NTSC制彩色電視系統(tǒng)對整個傳輸通道的非線性提出了非常嚴厲的要求，彩色電視信號的傳送是經(jīng)過光纜、微波接力、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播等進展傳輸。61第三章 彩色電視信號的傳輸 在NTSC制式系統(tǒng)中，總的相位失真要求必需限制在50范圍內(nèi)，這一點非常困難。 處理方法： 一、提高傳輸技術(shù)，以減小相位失真，目

28、前因技術(shù)的開展，傳輸技術(shù)得以提高，顏色失真減小了。 二、改良制式，由此產(chǎn)生了PAL制，它就是為處理相位敏感性而開展起來的。62第三章 彩色電視信號的傳輸3.4.2 PAL制色度信號 PAL制獲得色度信號的方法，也是先將三基色信號R、G、B變換為一個亮度信號和兩個色差信號，然后再用正交平衡調(diào)制的方法把色度信號安插到亮度信號的間隙之中，這些與NTSC制大體一樣。 PAL制色度信號的數(shù)學(xué)表達式為: F=FUFV=UsinSCtVcosSCt =Fmsin(SCt+) (329)6364 留意：逐行到相并非將整個色度信號倒相，也不是指行掃描的方向逐行改動，而是將產(chǎn)生其中的一個色度分量的副載波相位逐行改

29、動1800 式(3-29) 中的號表示： 第n行(由于這一行與NTSC制一樣， 又稱NTSC行)取正號， 通常用矢量Fn表示； 第n+1行(又稱PAL行)取負號， 通常用矢量Fn+1表示。如圖3-14所示。第三章 彩色電視信號的傳輸 Fm決議所傳彩色的飽和度，角度決議了彩色的顏色。圖314 隔行掃描逐行倒相的正負號改動規(guī)律 (a)奇數(shù)幀; (b)偶數(shù)幀65第三章 彩色電視信號的傳輸 假設(shè)第n行和第n+1行彩色一樣， 例如彩條信號， 由于Fn和Fn+1的FU分量是同相的， 僅FV分量倒了相， 所以Fn+1應(yīng)是Fn以U軸為基準的一個鏡像， 圖3-15(a)以紫色為例畫出了這種情況。 圖3-15(b

30、)那么是整個彩條矢量圖逐行倒相的情況， 其中實線表示NTSC行， 虛線表示PAL行。 接納機為了按色度信號原來的相位正確重現(xiàn)顏色， 必需將倒相的PAL行色度信號Fn+1再重新倒回到Fn的位置上來。 66第三章 彩色電視信號的傳輸 圖315 逐行倒相色度信號矢量圖(a)任一顏色的色度信號; (b)彩條矢量逐行倒相情況 67第三章 彩色電視信號的傳輸 圖316 逐行倒相實現(xiàn)框圖 68第三章 彩色電視信號的傳輸 圖317 逐行倒相波形關(guān)系(a)半行頻方波; (b)90移相后的副載波 (c)逐行倒相輸出副載波 69第三章 彩色電視信號的傳輸色度信號的頻譜 色度信號FV分量逐行倒相后，使色度信號的頻譜構(gòu)

31、造發(fā)生了變化，其中FU分量與倒相無關(guān)，它的主譜線位置未變，仍以行頻fH為間距，對稱分布在副載波fsc的兩旁，如圖3-18a所示， FU分量的主譜線位置為fscnfHn=1、2、3。 色度信號FV的主譜線由于逐行倒相，位置發(fā)生了變化。的主譜線分布在 70 ，所以FV的主譜線，剛好和FU差半個行頻。如圖3-18b所示。第三章 彩色電視信號的傳輸 圖318 PAL色度信號頻譜(a)FU分量頻譜; (b)FV分量頻譜; (c)色度信號F的頻譜71第三章 彩色電視信號的傳輸 PAL制中將色度信號的FV分量逐行倒相，可以使相鄰兩行的相位失真互補， 以減少顏色畸變。 由于第n行與第n+1行在屏幕上是上下緊挨

32、著的，所以假設(shè)第n行和第n+1行彩色一樣，因此色度信號Fn和Fn+1以u軸對稱。 如彩條信號，某位置是紫色，設(shè)第n行(NTSC行)傳送的是Fn矢量，它在第一象限， 相角=61，如圖3-19所示， 第n+1行(PAL行)由于FV分量倒了相，因此所傳送的Fn+1矢量便到了第四象限，相角=-61；72 3.4.3 PAL制抑制相位敏感性的原理第三章 彩色電視信號的傳輸圖 3-19 相鄰兩行相位失真互補73第三章 彩色電視信號的傳輸 在接納機中，為了能正確地重現(xiàn)原來的顏色，解調(diào)時必需采取相應(yīng)的措施，把PAL行色度信號分量重新倒過來。 即PAL開關(guān)要將倒了相的Fn+1重新倒回到Fn的位置， 當傳輸通道中

33、不產(chǎn)生相位失真時， Fn和Fn+1矢量的位置不變， 所以在接納機的熒光屏上最終顯示出原來的紫色； 74第三章 彩色電視信號的傳輸 當傳輸通道中存在相位失真時， 第n行的矢量Fn產(chǎn)生了一個正的相移， 即變成了Fn矢量， 那么Fn不再是紫色， 而是紫偏紅。 第n+1行為倒相行， 由于n+1行和n行的色度信號是在同一通道中傳送的， 具有一樣的相移， 因此Fn+1矢量也產(chǎn)生一個正的相移, 變成了Fn+1矢量。 75第三章 彩色電視信號的傳輸 Fn+1矢量經(jīng)接納機中PAL開關(guān)倒回到第一象限為Fn+1矢量， Fn+1矢量比Fn矢量的相角滯后, 它的顏色為紫偏藍， 接納機最終獲得的色度信號是第n行為Fn矢量

34、(紫偏紅)， 第n+1行為Fn+1矢量(紫偏藍)。 接納機中再采用一行延時線把前一行的色度信號延遲后與本行的色度信號相加， 即將矢量Fn和Fn+1合成、平均， 就能使相鄰兩行有相反方向顏色畸變的色度信號相互補償， 得到的將是無顏色畸變的紫色。 76第三章 彩色電視信號的傳輸PAL制對相位補償?shù)倪^程演示 3.4.4 PAL制副載波的選擇 在彩色廣播電視系統(tǒng)中，亮度信號和色度信號必需共同占用與黑白電視信號一樣的信號帶寬。 由此確定副載波的頻率選擇的原那么：應(yīng)使亮度信號與色度信號頻譜的主譜線彼此錯開； 此外，應(yīng)盡量選擇頻率較高的副載波，以減小副載波的諧波干擾。但又不能使調(diào)制后的已調(diào)色差信號的上邊帶超

35、出6MHz的范圍。77第三章 彩色電視信號的傳輸 副載波的譜線詳細選擇： 由前面分析我們知道，PAL制中已調(diào)顏色差信號FU與 FV頻譜的主譜線不是占有一樣的位置，而是彼此錯開半個行頻，即它們的間距是fH/2，如圖3-20a所示。 假設(shè)將副載波頻率選擇為與整數(shù)倍行頻差半行，即采用1/2行間置，必然導(dǎo)致 FV的主譜線與亮度信號的主譜線重合，如圖3-20b所示這樣會呵斥亮度信號與色度信號嚴重串擾。78第三章 彩色電視信號的傳輸 圖320 PAL副載波選擇分解圖(a)PAL色度信號頻譜圖;(b)1/2行間置時的頻譜構(gòu)造;(c)1/4行間置時的頻譜構(gòu)造79第三章 彩色電視信號的傳輸 假設(shè)選擇fsc既不等

36、于行頻的整數(shù)倍，也不選擇1/2行間置，而是做如圖3-20c那樣的選擇，即令nfH位于(fsc+fH/2)之間，這樣就可以使亮度信號與色度信號分量的頻譜相互錯開，那么nfH應(yīng)滿足下述關(guān)系。3-3280第三章 彩色電視信號的傳輸從而求出: 對于行頻為15625Hz，場頻為50Hz，標稱視頻帶寬為6MHz的系統(tǒng)，根據(jù)選擇fSC盡量高的原那么，可取式(332)中n=284，這樣可以求得副載波頻率為283.75fH。81MHz實踐的PAL制彩電副載波為:第三章 彩色電視信號的傳輸行頻間置頻譜分布圖 添加25Hz的目的在于使色度信號與亮度信號的副頻譜線之間的間距增大到3倍，減輕副載波的光點干擾的可見度，同

37、時對改善色度信號與亮度信號的以場頻為間隔的副頻譜線之間的交錯情況有重要的作用，也就是說，它是進一步減小亮度、顏色干擾的有效措施。82第三章 彩色電視信號的傳輸 3.4.5 PAL制編、解碼過程 1. PAL制編碼器及編碼過程 所謂編碼，就是把三基色電信號R、G、B編制成彩色全電視信號FBAS的過程，編碼器就是用來編碼的電路。PAL制編碼器的方框圖如圖321所示。83第三章 彩色電視信號的傳輸圖321 PAL制編碼器方框圖 84第三章 彩色電視信號的傳輸85 光電傳感器送來的三基色信號R、 G、 B經(jīng)過矩陣電路產(chǎn)生亮度信號Y和緊縮了的色差信號U和V。 為了緊縮色差信號帶寬， 讓U、 V信號經(jīng)過低

38、通濾波器， 濾除1.3 MHz以上的高頻信號， 然后分別混入不同極性的K脈沖， 以便在彩色全電視信號中產(chǎn)生色同步信號。 帶有K脈沖的帶寬為1.3 MHz的U、 V信號送入U和V平衡調(diào)幅器， 對零相位的副載波和90的副載波進展平衡調(diào)幅， 輸出的FU和FV分量在線性相加器疊加得到有色同步信號的色度信號F。 第三章 彩色電視信號的傳輸86 為了減少色度信號對亮度信號的干擾， 將Y信號經(jīng)過一個中心頻率為fSC、 帶寬為400 kHz的-6 dB陷波器。 然后， 在亮度信號中混入復(fù)合同步和復(fù)合消隱信號。 亮度通道的帶寬為6 MHz， 色度通道的帶寬為1.3 MHz， 由于通道延遲時間與帶寬成反比， 亮度

39、信號延遲小于色差信號延遲， 色度信號落后于亮度信號0.6 s，亮度信號假設(shè)不延時那么呵斥彩色鑲邊景象。 目前單片編碼器集成電路有很多型號， 如日立公司的HA11883MP、 Sony公司的CX20055等廣播級編碼器， Motorola公司的MC7、 Philips公司的TDA8501等編碼器。 這些編碼器只需附加少量器件就能組成PAL制編碼器。87第三章 彩色電視信號的傳輸 因此將亮度信號延遲0.6 s使亮度信號和色度信號在時間上一致。 色度信號F與亮度信號Y在線性相加器疊加輸出彩色全電視信號。 作業(yè)： PAL制電視是如何抑制相位敏感性的？第三章 彩色電視信號的傳輸882、PAL制解碼器及解

40、碼過程 解碼器的種類很多，有簡單解碼器PALS 、鎖相解碼器PALN 、延遲解碼器PALD，其中，延遲解碼器運用較為廣泛。 詳細解碼過程如圖3-22所：1 亮度信號和色度信號的分別 中、 小屏幕彩色電視機用頻帶分別法把彩色全電視信號分別為亮度信號和色度信號。 彩色全電視信號經(jīng)4.43 MHz陷波器濾去色度信號， 得到亮度信號； 彩色全電視信號用一個中心頻率為4.43 MHz, 帶寬為2.6 MHz的帶通濾波器選出色度信號。89 圖323 Y與F的分別原理、波形及頻譜90第三章 彩色電視信號的傳輸91圖 3-22 PAL解碼器方框圖 頻帶分別法簡單、 本錢低， 但亮度和色度分別不干凈， 圖像質(zhì)量

41、易受影響； 大屏幕彩色電視機改用頻譜分別法， 用梳狀濾波器實現(xiàn)亮度和色度的分別。 92第三章 彩色電視信號的傳輸 2 色度信號的兩個分量FU、 FV的分別 色度信號的兩個分量FU、 FV是用頻譜分別法分別的。 由于FV的逐行倒相， 主譜線和FU的主譜線正好錯開半個行頻， 因此可以用梳狀濾波器進展頻率分別。 93第三章 彩色電視信號的傳輸 梳狀濾波器，每隔一個行頻有一個最大傳輸點；每兩個最大傳輸點的中心是吸收點，兩個吸收點的間距也是一個行頻。這樣的兩個輸出對應(yīng)的最大傳輸點與吸收點相互交錯。 梳狀濾波器由一行延遲線、 加法器和減法器組成， 如圖3-24所示。梳狀濾波器頻譜特性圖3-24 梳狀濾波器

42、組成延時線的延時過程 當色度信號加到梳狀濾波器的輸入端后， 信號分成兩路： 一路直接送到加法器和減法器， 稱為直通訊號； 另一路經(jīng)過延時線延遲63.943 s后送到加法器和減法器， 稱為延時信號， 延時信號比直通訊號延遲283.5個副載波周期， 相位滯后180。 94第三章 彩色電視信號的傳輸95第三章 彩色電視信號的傳輸 延時線延遲時間d應(yīng)選擇得既非常接近行周期(64s)，以便相加、減時是相鄰行相應(yīng)像素間的加或減；而又必需為副載波半周期的整數(shù)倍，以保證延時前、后色度信號副載波相位一樣(0)或相反(180)。 根據(jù)fSC=283.75fH+25Hz的關(guān)系，可以得到行周期TH與副載波周期TSC之

43、間的關(guān)系為(3-33) 因此,d可選擇為副載波半周期TSC/2的567倍或568倍。通常選擇d為 即延時線輸出的副載波信號與輸入副載波信號相位相反。將fSC=4.43361875MHz代入式(334)求得9696第三章 彩色電視信號的傳輸(3-34) 設(shè)輸入到梳狀濾波器的第n行色度信號為 F(n)=UsinSCt+VcosSCt=FU+FV (3-35) 那么第n+1行色度信號必然為 Fn+1=UsinSCt-VcosSCt=FU-FV (3-36)97第三章 彩色電視信號的傳輸 根據(jù)d的選擇知，延時前與延時后的副載波相位相反，假設(shè)以F n-1、F n分別表示經(jīng)延時后的相應(yīng)行的色度信號，那么

44、Fn-1=-F n-1=-(UsinSCt-VcosSCt)=-FU+FV (337) Fn=-Fn=-(UsinSCt+VcosSCt)=-FU-FV (338) 98第三章 彩色電視信號的傳輸 由此可以求得，第n行輸入時，相加電路輸出為 Fn+Fn-1=(FU+FV)+(-FU+FV)=2FV (339) 相減電路的輸出為 Fn-Fn-1=(FU+FV)-(-FU+FV)=2FU (340)99第三章 彩色電視信號的傳輸 同理，在第n+1行輸入時，相加電路和相減電路分別輸出為: Fn+1+Fn=-2FV (341) F n+1-Fn=2FU (342) 依次類推。由式(339)式(342)

45、明顯地看出，梳狀濾波器有效地分別了兩個色度分量FU與FV。圖325闡明了梳狀濾波器的頻率特性及分別前后的波形及頻譜。100第三章 彩色電視信號的傳輸圖 3-25 FU與VV的分別 101第三章 彩色電視信號的傳輸 所以色度信號一行一行地送到梳狀濾波器的輸入端， 從加法器輸出逐行倒相的FV分量， 從減法器輸出FU分量。 可以證明加法器和減法器的輸出幅頻特性具有正弦全波整流的波形， 在某些頻率上信號全經(jīng)過， 在某些頻率上信號被阻止， 經(jīng)過和被阻止的頻率以半行頻之差在頻率軸上以梳齒狀交錯， 這與PAL制色度信號FU、 FV分量的頻譜一樣， 所以梳狀濾波器能有效地將FU、 FV信號分別。102第三章

46、彩色電視信號的傳輸FU、 FV分別的原理1033 色同步信號和色度信號的分別 可以用時間分別法分開色同步信號和色度信號。 行同步脈沖前沿延遲5.6 s產(chǎn)生寬度為2.26s的門控脈沖， 在時間上正好對齊色同步信號； 用兩個門電路在門控脈沖控制下交替導(dǎo)通來實現(xiàn)時間分別， 如圖3-26所示。 門控脈沖無效時， 色同步消隱門導(dǎo)通， 得到色度信號。 門控脈沖有效時， 色同步消隱門關(guān)斷， 以阻止色同步信號竄入色度信號； 色同步選通門導(dǎo)通， 選出色同步信號。104第三章 彩色電視信號的傳輸 圖 3-26 色同步信號與色度信號的分別 105第三章 彩色電視信號的傳輸 3.4.6 PAL制的主要性能特點 根據(jù)以

47、上分析，可以對PAL制的性能作如下小結(jié)。 (1)抑制了NTSC制相位敏感的缺陷。 (2)PAL制采用1/4行間置再加25Hz確定副載波，有效地實現(xiàn)了亮度信號與色度信號的頻譜交錯，因此有較好的兼容性。 (3)梳狀濾波器在分別色度信號的同時，使亮度串色的幅度也下降了3dB，從而使彩色信噪比提高了3dB。 (4) 由于NTSC制是1/2行間置，PAL制為1/4行間置，PAL制式編解碼比NTST制復(fù)雜。106第三章 彩色電視信號的傳輸 (5) 存在行順序效應(yīng)，即“百葉窗效應(yīng)。產(chǎn)生行順序效應(yīng)的內(nèi)因是色度信號逐行倒相，外因是傳輸誤差或解碼電路中的各種誤差。上述緣由都會引起FU與FV二分量相互串擾，又因串擾

48、也是逐行倒相的，呵斥相鄰兩行間較大亮度差別。 107第三章 彩色電視信號的傳輸3.5 SECAM制及其編、解碼過程 3.5.1 SECAM制的主要特點 SECAM制是法國工程師亨利弗朗斯于1956年提出的， 也是為了抑制NTSC制的相位敏感性而研制的。 SECAM制根據(jù)時分原那么， 采用逐行順序傳送兩個色差信號的方法， 在傳輸通道中無論什么時間只傳送一個色差信號， 這樣就徹底處理了兩個色度分量相互竄擾的問題。 108 (1)在NTSC和PAL制中，兩個色度信號是同時傳送的。 (2)SECAM制中，發(fā)送端對(R-Y)和(B-Y)兩個色差信號采用了行輪換調(diào)頻的方式。 (3)為了傳送兩個色度分量，就

49、必需采用兩個副載波頻率。 (4)SECAM制逐行輪換傳送色差信號，使彩色垂直明晰度下降。對有垂直快速運動的畫面，其影響將有所反映。109第三章 彩色電視信號的傳輸 SECAM制的亮度信號是每行都傳送， 兩個色差信號那么是逐行順序傳送的。 每一行是亮度信號與一個色差信號同時傳送。 在SECAM制中， 色度信號的傳送采用調(diào)頻方式， 兩個色差信號那么分別對兩個不同頻率的副載波進展頻率調(diào)制， 這樣做可使傳輸中引入的微分相位失真的影響較小。 在接納機中， 調(diào)頻信號在鑒頻前先進展限幅， 所以幅度失真的影響也很小。 由于對色差信號可以直接進展鑒頻， 不像PAL制需求恢復(fù)彩色副載波， 因此SECAM制的色同步

50、信號是一個行順序制信號， 在場消隱期間后平衡脈沖之后9行內(nèi)傳送。 110 SECAM制編碼對色度信號有兩次預(yù)加重處置: 第一次對視頻色差信號進展視頻預(yù)加重; 第二次對已調(diào)副載波進展高頻預(yù)加重。 視頻預(yù)加重使幅度較小的高頻分量得到較多的提升， 能提高高頻分量的信噪比。 高頻預(yù)加重使傳送多數(shù)淡色圖像時副載波幅度減小， 從而降低了干擾光點的可見度。111第三章 彩色電視信號的傳輸 3.5.2 SECAM制編、解碼器的方框圖 SECAM制編碼器如圖3-27所示。由圖可見，經(jīng)校正的三基色信號R、G、B送入矩陣電路進展線性組合和幅度加權(quán)，構(gòu)成亮度信號Y和兩個加權(quán)色差信號DR和DB。 其中，DR=-1.9(

51、R-Y)、DB=1.5(B-Y)。DR式中的負號，表示在對副載波調(diào)頻時，正的(R-Y)將引起負的頻偏。112第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-27 SECAM制編碼器方框圖 113第三章 彩色電視信號的傳輸圖3-28 SECAM制解碼電路方框圖 114 SECAM制的特點是：傳輸失真的影響小， 大面積彩色幾乎不受微分增益和微分相位失真的影響， 微分增益容限可達60%， 微分相位容限可達40。 SECAM制接納機比NTSC制復(fù)雜， 但比PAL制簡單； 兼容性比NTSC制和PAL制差， 由于色差信號為零時仍有副載波， 這樣會對亮度信號產(chǎn)生干擾； 在正確傳送彩色方面， 比NTSC制和PAL制都好。 法國、 前蘇聯(lián)地域和東歐一些國家均采用SECAM制。115第三章 彩色電視信號的傳輸思索題和習(xí)題 1. 填空題 (1) 我國電視規(guī)范規(guī)定， 亮度信號帶寬為_， 色度信號帶寬為 _ 。 (2) 傳送黑白圖像時兩個色差信號_， 不會對亮度信號產(chǎn)生干擾。 (3) 用兩個色差信號對_進展