彩色電視機(jī)彩色全電視圖像信號的模擬

彩色電視機(jī)彩色全電視信號的模擬一、題目分析1.1彩色電視機(jī)成像原理彩色圖像的顯示基于三基色的原理。任何彩色都可以用紅綠藍(lán)三種基色配合而產(chǎn)生基本相同的視覺效果。彩色管不同于黑白管，它有產(chǎn)生三種基色的熒光屏和激勵(lì)熒光屏上數(shù)以萬計(jì)的三基色單元的三個(gè)電子束。只要三基色熒光粉所產(chǎn)生的光的分量不同，就可以形成自然界的各種彩色。如紅綠藍(lán)三基色的光通量依一定的比例配合就成白光。紅和綠配合就成黃光。紅和藍(lán)配合就成紫光。只有紅槍的電子束激發(fā)紅粉則發(fā)紅光，只有藍(lán)束激發(fā)藍(lán)粉則發(fā)藍(lán)光，只有綠束激發(fā)綠粉則發(fā)綠光。如果三束電流均為零（熒光屏未被激發(fā)）則呈黑色。彩色電視信號傳輸不同于黑白電視之處就是除亮度信號外還有一個(gè)色度信號。彩色電視機(jī)接收這兩個(gè)信號，經(jīng)過處理后分解為三個(gè)（紅、綠、藍(lán)）亮度信號分別去調(diào)制相應(yīng)的電子槍。1.2彩色電視信號 電視制式：是電視廣播與接收機(jī)之間約定的特定方式或技術(shù)規(guī)范。電視制式包括了黑白電視制式和彩色電視制式兩部分。兼容制是指彩色和黑白電視節(jié)目可以互看的電視制式。兼容制彩色電視制式要求：（1）彩色電視信號中要有一個(gè)亮度信號，被黑白電視機(jī)接收顯示黑白圖像，又能被彩色電視機(jī)顯示彩色圖像的亮度；（2）彩色電視信號中應(yīng)有反映圖像彩色的色度信號，用來傳送圖像的彩色。（3）彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)采用相同的黑白制式。

世界上現(xiàn)存的三種兼容制彩色電視制式：1．NTSC制——正交平衡調(diào)幅制。這種制式是用色差信號對彩色副載波進(jìn)行正交平衡調(diào)幅，所以也稱做正交平衡調(diào)幅制。該制式兼容性較好，具有圖像色彩清晰及電視接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但它對信號相位失真十分敏感，容易產(chǎn)生色調(diào)失真。采用NTSC制的國家和地區(qū)主要有美國、日本、加拿大、墨西哥及中國臺灣等。NTSC彩色電視制的主要特性是：一幀圖像的總行數(shù)為525行，分兩場掃描。行掃描頻率為15750Hz，周期為63.5μs；場掃描頻率是60Hz，周期為16.67ms；幀頻是30Hz，周期33.33ms。每一場的掃描行數(shù)為525/2=262.5行。除了兩場的場回掃外，實(shí)際傳送圖像的行數(shù)為480行。2．PAL制,采用PAL制的國家主要有德國、芬蘭、奧地利、中國等。3．SECAM制,采用SECAM的國家主要有前蘇聯(lián)、法國、東歐各國及部分非洲國家。

NTSC制、PAL制和SECAM制均可與黑白電視兼容，但因各種制式對色度信號傳輸處理的方式及解調(diào)電路存在差別，使得它們之間不能相互兼容。三種制式各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以它們能共存至今。本題利用MATLAB強(qiáng)大的圖像處理功能仿真彩色全電視信號，直觀反映彩色全電視圖像的信號特點(diǎn)。眾所周知，在數(shù)學(xué)上，圖像可以用矩陣表示出來，矩陣中元素表示圖像中的一個(gè)點(diǎn)，稱為像素，圖像的總像素等于矩陣中元素總的個(gè)數(shù)。對于灰度圖像，矩陣元素的值等于對應(yīng)像素的亮度值。通常規(guī)定的亮度取值在0~255之間，用來表示256級灰度，0表示最暗，255表示最亮，這樣，一個(gè)像素就可以用8bit來表示。對于彩色圖像，最常見的是RGB的表示格式，一個(gè)像素由紅、綠、藍(lán)3種顏色分量組合而成。相應(yīng)地，表示像素的矩陣元素就是一個(gè)3元素組成的向量（R、G、B）。全電視信號是電視視頻基帶內(nèi)傳輸圖像的復(fù)合信號。黑白電視的全電視信號包括：掃描逆程期間的行(水平)、場(垂直)掃描同步和消隱信號、掃描正程時(shí)間的黑白亮度信號。其中同步信號使收發(fā)的掃描同步，以保證接收圖像的穩(wěn)定重現(xiàn)；消隱信號用來消除回掃亮線干擾；黑白亮度信號供黑白或彩色電視機(jī)接收黑白電視圖像。在彩色廣播中，為了兼容黑白電視信號傳輸模式，不能直接將三基色矩陣作為三路信號傳送，而需要將三基色信號轉(zhuǎn)換為亮度信號Y和兩個(gè)色差信號R0和B0。其中，兩個(gè)色差信號使用正交平衡調(diào)制（NTSC）后與亮度信號疊加。由于電視圖像信號是以行為周期的近似周期信號，在頻譜上看，其信號能量集中在以行頻率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，則能避免與亮度信號的干擾。彩色電視的全電視信號除有同于黑白電視的內(nèi)容外，還有色同步信號和色度信號。其中色同步信號在掃描逆程期間傳送，在NTSC制和PAL制中,它提供接收解碼器所需色副載波的頻率和相位基準(zhǔn)。色度信號在掃描正程期間和黑白亮度信號同時(shí)傳送，它占用視頻基帶的高頻端少部分。經(jīng)解調(diào)得到兩個(gè)色差信號，黑白亮度信號占用視頻基帶自低頻以上二、數(shù)學(xué)原理（R、G、B）轉(zhuǎn)換為亮度信號Y和兩個(gè)色差信號R0和BY=0.30R+0.59G+0.11BR0=B為了避免過調(diào)制，實(shí)際傳輸過程中還需要對兩個(gè)色差信號進(jìn)行壓縮，得到壓縮色差信號V和U為：V=0.877R0；U=0.493B0。在NTSC制式中，副載波頻率選為設(shè)仿真采樣率為20MHz，這樣可以仿真計(jì)算的最高頻率為10MHz。一行中的圖像信號傳輸時(shí)間為49μs,故每行圖像的相應(yīng)采樣點(diǎn)數(shù)為980點(diǎn)。如果使用的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15μs，用300個(gè)采樣點(diǎn)表示，其中設(shè)第103~197點(diǎn)表示4.7μs的行同步脈沖，第220~265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在仿真編程中，還需要將圖像矩陣中的像素取值范圍（0~255）轉(zhuǎn)換為視頻信號規(guī)定的表示范圍（0.125~0.75）以及進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。得到的彩色電視信號圖像如下圖：三、解題過程3.1構(gòu)建彩色RGB圖像，并保存為名為colorbar的tif格式圖像clear;r=[11001100];g=[11110000];b=[10101010];n=30;s=ones(n,1);r=s*r;r=reshape(r,1,n*8);g=s*g;g=reshape(g,1,n*8);b=s*b;b=reshape(b,1,n*8);m=200;s=ones(m,1);r=s*r;g=s*g;b=s*b;I(:,:,1)=r;I(:,:,2)=g;I(:,:,3)=b;I=uint8(I*255);imshow(I);imwrite(I,'colorbar.tif','tif');3.2將制作的圖像“colorbar.tif”轉(zhuǎn)化為彩色電視的全電視信號clear;i=imread('colorbar.tif');figure(1);imshow(i);i=double(i);[m,n,p]=size(i);i=(0.75-0.125)./(255).*i+0.75;r=i(:,:,1);g=i(:,:,2);b=i(:,:,3);r=reshape(r',1,m*n);g=reshape(g',1,m*n);b=reshape(b',1,m*n);y=0.30*r+0.59*g+0.11*b;r_y=r-y;b_y=b-y;v=0.887*r_y;u=0.493*b_y;f_c=285.5*15625;tuY=[interp1(y,(1:n/980:m*n),'nearest')];tuV=[interp1(v,(1:n/980:m*n),'nearest')];tuU=[interp1(u,(1:n/980:m*n),'nearest')];forh=1:(m-2)s(1280*h+(1:102))=0.75;s(1280*h+(103:197))=1;s(1280*h+(198:300))=0.75;s(1280*h+(301:1280))=tuY(h*980+(-1:978));sv(1280*h+(1:300))=0;sv(1280*h+(220:265))=0.12;sv(1280*h+(301:1280))=tuV(h*980+(-1:978));su(1280*h+(1:300))=0;su(1280*h+(301:1280))=tuU(h*980+(-1:978));endt=0:0.5