第24節(jié)色度信號與色同步信號

第2.4節(jié)色度信號與色同步信號本節(jié)要點：1、掌握平衡正交調(diào)幅原理、特性以及色度信號的形成。2、理解同步信號的作用、同步檢波原理。3、繪出彩條波形及矢量圖。

內(nèi)容提要：一色度信號的形成二同步檢波原理三色同步信號四彩條對應的信號波形及矢量圖一、色度信號形成色度信號：將兩個色差信號分別對正交的兩個副載波進行平衡調(diào)幅而得到的信號。平衡調(diào)幅：平衡調(diào)幅又稱為抑制載波調(diào)幅。抑制載波調(diào)幅可以抑制色度信號對亮度信號的干擾并節(jié)省發(fā)射功率。設(shè)用色差信號uR-Y=(R-Y)cosΩt對載波

uSC=USC

cosωSCt進行調(diào)幅，則調(diào)幅后信號的數(shù)學表達式為式中，m=(R-Y)／USC。上式表明調(diào)幅波包含了三個頻率：載波頻率ωSC和兩個邊頻頻率ωSC±Ω。因為載頻ωSC上不帶任何信息，所以把載頻抑制掉可以節(jié)省發(fā)射功率。載頻抑制后成為平衡調(diào)幅波，平衡調(diào)幅波的數(shù)學表達式為上式表明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，如下頁圖所示。平衡調(diào)幅波有如下特點：

(1)平衡調(diào)幅波不含載波分量。（由于抑制了載波，可使傳送同樣信息能量所需功率大為減少，減少副載波對亮度過信號的干擾。）

(2)平衡調(diào)幅波的極性由調(diào)制信號和載波的極性共同決定，如兩者之一反相，平衡調(diào)幅波的極性反相；色差信號(調(diào)制信號)通過0值點時，平衡調(diào)幅波極性反相180°。（在例子中：調(diào)幅信號為正值時，平橫調(diào)幅波與載波同相；調(diào)幅信號為負值時，平橫調(diào)幅波與載波反相。）

圖3-3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

(3)平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號幅度的絕對值成正比，與載波振幅無關(guān)。傳送圖像的色差信號為零時，平衡調(diào)幅波的值也為零，這樣可以節(jié)省發(fā)射功率，減少了色度信號對亮度信號的干擾。

(4)平衡調(diào)幅波的包絡不是調(diào)制信號波形，不能用普通的包絡檢波方法解調(diào)，只能采用同步檢波器在原載波的正峰點上對平衡調(diào)幅波取樣，才能得到原調(diào)制信號。為了在同一頻帶內(nèi)傳送兩個色差信號R-Y和B-Y，要將兩個色差信號進行正交平衡調(diào)幅，這就是用兩個色差信號R-Y和B-Y分別對頻率相同、相位相差90°的兩個色副載波cosωSCt和sinωSCt進行平衡調(diào)幅，然后相加成色度信號。下頁圖是正交平衡調(diào)幅器方框圖，由兩個平衡調(diào)幅器、一個副載波90°移相器和一個線性相加器組成。2.正交平衡調(diào)幅器－－色度信號的形成圖正交平衡調(diào)幅色度信號形成框圖

(a)正交平衡調(diào)幅器；(b)色度信號矢量圖設(shè)副載波的幅值為1，色差信號B-Y與副載波sinωSCt在平衡調(diào)幅器中相乘后得到平衡調(diào)幅信號（B-Y）sinωSCt。副載波sinωSCt經(jīng)90°移相器后，變成cosωSCt，與色差信號R-Y在平衡調(diào)幅器相乘后得到平衡調(diào)幅信號（R-Y）

cosωSCt，然后在線性相加器中相加，就得到色度信號：

式中（R-Y）（B-Y）Fm彩色矢量圖

圖中對角線的長度代表色度信號的幅值，而φ是F的相角。將色度信號F和亮度信號Y以及同步、消隱等信號混合，就得到了彩色全電視信號。色度信號的振幅和相角之中包含了彩色圖像的全部色度信息,振幅Fm取決于色差信號的幅值，決定了所傳送彩色的飽和度；而相角φ取決于色差信號的相對比值，決定了彩色的色調(diào)。也就是說，色度信號是一個既調(diào)幅又調(diào)相的波形，其幅值傳送了圖像的色飽和度，其相位傳送了圖像的色調(diào)。

同步檢波是利用兩個色度分量FU和FV的相位差來解調(diào)出色差信號的，也稱為同步解調(diào)。要從彩色全電視信號中獲得兩個色差信號，首先必須把色度信號從全電視信號中分離出來，然后送同步檢波電路，利用兩個色度分量FV、FU的相位差來解調(diào)出色差信號的。其解調(diào)原理如圖示。二、色度信號的同步檢波原理同步檢波方框圖同步檢波器可看成兩個受副載波控制的開關(guān)，如下圖所示。開關(guān)工作特點是，當副載波為正的最大值時，開關(guān)閉合，其余時間開關(guān)斷開。將色度信號F=UsinωSCt+VcosωSCt

送入這兩個同步檢波開關(guān)。在FU=UsinωSCt分量出現(xiàn)最大值時，U同步解調(diào)開關(guān)閉合，這時FV分量恰好為零，從而把U分量解調(diào)出來。同理亦可解調(diào)出V分量。由于控制同步檢波的副載波必須與被檢波的色度信號相位相同，所以稱同步檢波。其對應波形如圖2-11所示。

同步檢波開關(guān)控制原理圖

式中U/2是解調(diào)輸出的色差信號，頻帶為0~1.3MHz；其余兩項為副載波的諧波成分，頻率為副載波的二倍，很容易用低通濾波器將其濾除，從而得到色差信號。同理，用cosωSCt與F相乘，經(jīng)低通濾波器提取出V/2色差信號分量。同步檢波的數(shù)學分析

三、色同步信號1、色同步信號的功用

是作為接收機恢復彩色副載波的相位基準在同步解調(diào)過成中，需要一個與發(fā)送端同頻、同相的副載波。在彩色電視中,色差信號對彩色副載波均采用正交平衡調(diào)幅方式,即發(fā)送時抑制了彩色副載頻。接收端在同步解調(diào)時,必須恢復彩色副載波并與發(fā)端所用的基準副載波的頻率、相位保持一致,才能保證屏幕上的彩色穩(wěn)定,即所謂的彩色同步。所以在彩色電視接收機中需要設(shè)置一個副載波產(chǎn)生電路（副載波恢復電路）。為保證所恢復副載波與發(fā)端的副載波同頻、同相，需要發(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“色同步信號”，以使電視接收機中的副載波恢復電路所產(chǎn)生的恢復副載波與發(fā)端的副載波同步。因此,發(fā)送端所提供的色同步信號為接收機恢復副載波提供一個頻率與相位基準。2、色同步信號波形色同步信號是在每行逆程期中,即行消隱后肩的消隱電平上傳送9~11個周期的基準副載波,如圖所示。所以,色同步信號的寬度為2.25±0.23μs,波形對稱于黑色電平,與行同步前沿間隔為5.6±0.1μs,色同步脈沖的幅度與行、場同步脈沖的相同,占電視圖像信號幅度(包括同步頭)的25%,如果電視圖像信號的峰峰值是1V,則色同步脈沖的幅度將是0.3V±9mV。圖色同步信號波形色同步信號的幅度與行步脈沖幅度相等。若以h表示同步脈沖幅度，F(xiàn)b表示色同步信號，則

色同步信號與彩色電視信號一起傳送到接收端，彩色電視機將其從彩色電視信號中分離出來，去控制接收機的副載波發(fā)生器，使之產(chǎn)生與發(fā)送端副載波同頻、同相的恢復副載波。再將此恢復副載波加于同步檢波電路，從而解調(diào)出色差信號。1.5μs行消隱1.5μs黑電平四、彩條圖形的色度信號波形特點與矢量圖A、未壓縮彩條信號（100-0-100-0）：1、彩條圖形的色度信號波形及特點下面分別給出了全電視信號合成原理圖，100-0-100-0標準彩條信號的亮度信號、色度信號和復合信號的數(shù)據(jù)以及未壓縮標準彩條信號的基色信號和色差信號波形圖。編碼矩陣RGBB－YR－YF××付載波發(fā)生器90°移相＋＋Y×Fb彩色全電視信號全電視信號合成原理圖注：圖中的c即公式中的Fm

α即φY=0.30R+0.59G+0.11BR-Y=0.70R-0.59G-0.11BB-Y=-0.30R-0.59G+0.89BG-Y=-0.30R+0.41G-0.11B下表計算所用的計算公式：計算舉例例如,100/0/100/0彩條信號的黃色,見表5-1,其R-Y=0.11,B-Y=-0.89,則有：:資料1標準彩條信號數(shù)據(jù)根據(jù)上表作出的彩色電視信號的波形。100-0-100-0規(guī)格的三基色彩條R－Y色差信號的平衡調(diào)幅波形B－Y色差信號的平衡調(diào)幅波形色度信號的特點周期性奇諧對稱無直流復合色度信號形成彩色全電視信號的形成圖負極性100%幅度彩條波形圖

（c）Y+F+Fb+S信號

（a）Y+Fb+S信號（b）色度信號FB、色度信號幅度壓縮從表和圖中可看出，標準彩條信號的電平范圍大大超過了黑白電視所規(guī)定的范圍。對正極性標準黑白電視信號黑電平為0、白電平為1。而在表、圖中，黃、青、綠、紫、紅、藍都超過了黑白電平，其中黃色電平最高為1.79，超過了79%，而紅、藍條的最小數(shù)值又分別比黑電平低46%和79%。如果彩條信號未壓縮，則會造成藍、紅條彩條信號幅度高于同步脈沖幅度，破壞同步。黃條、青條信號低于白色電平，甚至小于0，可使發(fā)射機產(chǎn)生過調(diào)制，造成圖像失真，伴音中斷。青條：

＋0.70＝1.33

黃條：

＋0.89＝1.33

可以算出：

a＝0.877，b＝0.493（也可以紅、藍條的負峰值不低于-1.33計算，結(jié)果相同，這里從略）壓縮的彩條信號及壓縮系數(shù)的計算實驗證明，當彩條信號的最高電平不超出白電平的33％和最低電平不低于-33％時，可以適應發(fā)射機的動態(tài)范圍而不致影響接收機同步。故以此確定壓縮系數(shù)。設(shè)R-Y的壓縮系數(shù)為a，B-Y的壓縮系數(shù)為b；以黃、青條正峰值不超過1.33，列方程計算出a和b值：，，

實際中采用V、U符號代表已壓縮的R-Y和B-Y色差信號，即：

V＝a(R-Y)＝0.877(R-Y)

U＝b(B-Y)＝0.493(B-Y)壓縮后的色度信號Fc為：

壓縮彩條信號（100-0-100-00）：下面分別給出了全電視信號合成原理圖，100-0-100-0標準彩條信號的亮度信號、色度信號和復合信號的數(shù)據(jù)以及壓縮標準彩條信號的基色信號和色差信號波形圖與矢量圖。（c）Y+F+Fb+S信號

（a）Y+Fb+S信號（b）色度信號F2、彩條色度信號的矢量圖 用示波器觀察彩條信號的波形雖可以檢查鑒定色通道的質(zhì)量,但還有很大的局限性,因為從示波器上看到的彩條信號不能直接告訴我們色度信號相位失真的情況以及由這種失真引起的色調(diào)畸變。為了比較準確地測量色度信號振幅和相位失真的大小,并確定這些失真對重現(xiàn)彩色圖像的影響,僅靠觀察信號的波形還不夠,需要用彩條色度信號的矢量圖。因為色度信號的振幅(飽和度)和相位(色調(diào))失真都可以根據(jù)它們矢量位置的變化準確求得,所以用矢量圖研究和分析彩色信號是十分簡便和有效的。 彩條色度信號的矢量圖,就是將代表各彩條的色度信號的振幅和相位,用矢量形式表示在矢量坐標中所得到的矢量圖。由式(4-13)我們可得

例如,100/0/100/0彩條信號的黃色,見表5-1,其R-Y=0.11,B-Y=-0.89,則有: 同理,我們將表中各色度信號的幅值與初相數(shù)值列在表中。表未壓縮100/0/100/0彩條信號的合成矢量及相位角圖5-4未壓縮色度信號的矢量圖 根據(jù)上表數(shù)據(jù),可以畫出標準彩條色度信號的矢量圖如圖所示。 由圖可以得出以下結(jié)論: (1)不同色調(diào)的矢量處在平面不同位置上。正如時鐘用不同方位代表不同時刻一樣,在彩色電視中也仿此法,用不同方位來表示不同色調(diào)。因此,我們常稱色度信號矢量圖為“彩色鐘”。

(2)雖然被傳送的彩色都是100%飽和度,但色度信號的長度不盡相同，只有互補的兩個彩色矢量長度是相同的,因為互補的二色相加應為白色,即此二色的色度信號矢量之和應為零。

(3)色調(diào)相同而飽和度不同的彩色,其色度信號的初相角不變,僅僅矢量大小改變。例如,幅度仍為100%,而飽和度為50%的黃色,其三基色信號相對幅度應為R=G=1,B=0.5(相當含有50%的混合白光),可算得Y=0.945,而R-Y=0.055,B-Y=-0.445,則｜F黃｜0.45,φ黃=173°。此例說明,同樣是黃色,若色調(diào)不變,則R-Y、B-Y比例不變,φ角不變,飽和度不同,則R-Y與B-Y的大小變了,即色度信號的幅度變了。這進一步證明了色度信號的模值｜F｜表示被傳送彩色的飽和度,而色度信號的相角φ表示色調(diào)。

(4)白色與黑色不算彩色,其飽和度為零,是矢量圖的原點?？梢?矢量圖上各矢量的大小就表示飽和度的變化,飽和度愈低,越趨向原點。

(5)在矢量圖中,任意兩個矢量相加可得第三個矢量,合矢量表示該兩種彩色混合后的色調(diào)。如紅加綠,可得黃色,這樣比用公式計算要方便得多。 色度信號還有另一種經(jīng)過幅度壓縮的。我們也可將100/0/100/0彩條信號的已壓縮色度信號幅度與初相角計算出來,該色度信號矢量圖畫于下頁圖中,它們表示“彩色鐘”,我們常稱它為U、V面彩色鐘。表壓縮后的100/0/100/0彩條信號的合成矢量及相位角圖5-5壓縮后的色度信號矢量圖 最后順便指出:顯示彩色色度信號矢量