彩色電視基本原理.ppt

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1、第2章 彩色電視基本原理,2.1 彩色電視的理論基礎 2.2 彩色視頻圖像信號 2.3 電視信號傳輸制式,2.1 彩色電視的 理論基礎,2.1 彩色電視的理論基礎,2.1.1 彩色與光,自然界中五彩繽紛的景物和圖像，是通過光的傳遞才映入人的眼簾。沒有光的傳遞作用，人們就看不見五顏六色的風景和圖像。光是色存在的條件，色是光刺激人眼的視覺反映。 因此，彩色電視與人的視覺、光和彩色的特性都有著密切的關系，它們是電視技術發(fā)展的理論基礎。,圖 2-1 電磁輻射波譜,圖 2-1 電磁輻射波譜,光是一種以電磁波的形式存在物質(zhì)。其頻率范圍為1051025Hz (波長為3103310-17m)，它包括無線電波

2、、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線（宇宙射線）等，如圖2-1所示。只有可見光才能對人眼產(chǎn)生視覺反映，隨著波長由長到短對人眼引起的顏色感覺依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。,2.1.1 彩色與光,2.1 彩色電視的理論基礎,光是一種以電磁波的形式存在物質(zhì)。其頻率范圍為105 1025Hz (波長為3103310-17m)，它包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線（宇宙射線）等，如圖2-1所示。只有可見光才能對人眼產(chǎn)生視覺反映，隨著波長由長到短對人眼引起的顏色感覺依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。,2.1 彩色電視的理論基礎,2.1.2 彩色三要素,任何一束彩色光都可以用亮度、色調(diào)

3、和色飽和度這三個物理量來描述，并稱之為彩色三要素。 (1) 亮度是指彩色光作用于人眼時，引起視覺的明暗感覺。亮度與彩色光的能量及波長有關，對于同一波長的光，輻射能量越大，亮度越高，反之則亮度越低。亮度所轉(zhuǎn)換的電信號稱之為亮度信號，用表示。 (2) 色調(diào)是指顏色的類別，例如，紅、橙、黃、綠、青、藍、紫就是指不同的色調(diào)。色調(diào)是彩色電視必須要傳送的信息之一。 (3) 色飽和度是指顏色的深淺程度，即顏色的濃度。對于同一種色調(diào)的彩色光，其飽和度越高，則顏色越深，反之則顏色越淺。 色調(diào)和色飽和度是表征顏色的兩個物理量，在彩色電視中又被稱為色度，轉(zhuǎn)換成電信號稱為色度信號，用表示。,2.1 彩色電視的理論基礎

4、,,所謂三基色是指三種獨立的顏色，即其中的任何一種都不能由其它兩種顏色混合而產(chǎn)生，比如紅、綠、藍，黃、紫、青色等都是相互獨立的三基色。 實踐證明，自然界中幾乎所有的顏色都可以由三基色按不同比例混合而得到。反之，自然界中所有的顏色也幾乎都可以分解成三基色，這就是三基色原理。色調(diào)和色飽和度是表征顏色的兩個物理量，在彩色電視中又被稱為色度，轉(zhuǎn)換成電信號稱為色度信號，用表示。,1. 三基色原理,2.1.3 三基色原理與三基色的選擇,2.1 彩色電視的理論基礎,彩色電視三基色的選擇，原則上是任意的，哪三種顏色作為三基色都可以，但實驗證明，選擇紅色、綠色和藍色作為電視技術中的三基色比較合適。 自然界瞬息萬

5、變的彩色景象，彩色電視無需按其光譜成分及強度的真實分配情況來傳送，只要傳送能合成它們的紅、綠、藍三基色即可。,2. 三基色的選擇,2.1 彩色電視的理論基礎,,,2.1.4 彩色電視三基色的混色方法,彩色混色方法有兩種：,相加混色法 相減混色法,光線的混色采用相加混色法，印刷、繪畫和膠片采用相減混色法。相加混色的混色規(guī)律如圖。,,圖2-3 彩色三角形,2.1 彩色電視的理論基礎,,,2.1.4 彩色電視三基色的混色方法,彩色混色方法有兩種：,相加混色法 相減混色法,光線的混色采用相加混色法，印刷、繪畫和膠片采用相減混色法。相加混色的混色規(guī)律如圖。,,2.1 彩色電視的理論基礎,相加混色,1.

6、相加混色,如果改變?nèi)N色光的比例，,可以得到另外許許多多不同顏色的光。例如，紅光與綠光混合時，假設紅光由大到小變化，將依次產(chǎn)生紅、橙、黃、黃綠、綠等顏色。同理，當紅、綠、藍三基色光以不同比例混合時，將會得到各種顏色。為了直觀地表現(xiàn)三基色的混色原理，確定混色后各種顏色之間的關系，常采用彩色三角形來表示三基色混色規(guī)律，如圖所示。,2.1 彩色電視的理論基礎,相加混色,,我們把按適當比例相混合后，能產(chǎn)生白色的兩種顏色稱為互補色。,圖2-3 彩色三角形,2.1 彩色電視的理論基礎,彩色電視系統(tǒng)中，借助于接收機顯像管熒光屏的三基色熒光粉點組或條組來實現(xiàn)空間混色。顯像管的熒光屏上涂有幾十萬個三基色品字型熒

7、光粉點組或條組，這些點（條）組之間都離的特別的近。,2.1 彩色電視的理論基礎,2.相加混色的空間混色法,當受到電子束沖擊時，它們就會發(fā)出三種基色光，光的強弱受發(fā)送端景象的三基色電信號的控制。當人眼在離熒光屏一定距離觀看時，由于人眼對彩色分辨力較低的特點，就分辨不出三基色的單色，而只感覺到三基色的混合色，這就是空間混色法。目前廣播電視采用的就是這一種空間混色法。,2.1 彩色電視的理論基礎,我們用 Y 代表彩色的亮度，任意彩色光的亮度為:,2.1.5 亮度方程,為了方便起見，通常寫成:,上式是根據(jù)NTSC制中選擇的三基色而確定的: 用1單位紅基色光(1=0.30光瓦) l單位綠基色光(1=0.

8、59光瓦) 1單位藍基色光1=0.1l光瓦）相加，混合得到 1光瓦的白光。,簡稱亮度方程,2.1 彩色電視的理論基礎,2.1 彩色電視的理論基礎,,若用2個單位紅基色光、2個單位綠基色光和2個單位藍基色光相加，混合得到 2光瓦的 白光，以此類推，只要三基色的比例不變，色調(diào)就不變，但其亮度是變化的。 亮度方程是彩色圖像進行三基色分解、重現(xiàn)和進行編碼傳輸?shù)幕疽罁?jù)，是一個很重要的公式。 在 PAL制，顯像三基色和NTSC制略有不同，即當三色系數(shù)相同時，混成的標準白光是 D65白光。因此其亮度方程變?yōu)? 但由于NTSC制使用比較早，PAL制在進行亮度計算時，沿用了式(2-1)亮度方程。當然結果自然

9、有一些誤差，但在主要特性上仍然滿足視覺對亮度的要求。,,,,,2.2 彩色視頻 圖像信號,,2.2.1. 亮度信號及色差信號,在彩色廣播電視系統(tǒng)中，五彩繽紛的彩色景物，通過攝像機轉(zhuǎn)換為三個基色電信號，然后經(jīng)校正、編碼處理，將三個基色電信號轉(zhuǎn)換成一個亮度信號和兩個色差信號，再經(jīng)過信號處理，變成彩色全電視信號。然后再把彩色視頻全電視信號“載”到射頻上發(fā)射出去。 可見，彩色廣播電視系統(tǒng)傳輸?shù)牟⒉皇侨盘?，而是一個亮度信號和兩個色差信號。為什么呢？ 首先從以下幾個方面考慮:,2.2 彩色視頻圖像信號,, 考慮到彩色電視要能收到黑白電視信號（稱彩色電視與黑白電視兼容），黑白電視也要能收到彩色電

10、視信號（稱黑白電視與彩色電視逆兼容）。從這一點出發(fā)，要求彩色電視系統(tǒng)也要傳送一個只反映黑白圖像的信號稱亮度信號，它的一切特性應該和黑白電視信號相同。 由于單獨傳送了一個反映圖像明暗的亮度信號，而三基色信號中的亮度就可以扣除，這樣就得到了三個色差信號。而這三個色差信號并不是相互獨立的，其中的任何一個都可以由其他兩個合成，因此，選擇其中兩個即可。廣播電視系統(tǒng)選擇了 和 。,2.2 彩色視頻圖像信號,,1. 亮度信號,還可以寫成如下形式:,也稱為亮度信號。,2.2 彩色視頻圖像信號,,從原理上講，在三個色差信號中任意選擇兩個都可以，在現(xiàn)行的彩色電視廣播系統(tǒng)中，選用了 和 。 即彩色視頻圖像信

11、號，包含一個與黑白電視完全相同的亮度信號，還有兩個色差信號。,色差信號是指基色信號與亮度信號之差，其表達式如下,2.2 彩色視頻圖像信號,,,亮、色度信號的頻譜如圖2-5（a）（b）所示。由圖可見，其頻譜分布完全相同，并具有以下三個重要特點 頻譜是由以行頻及其諧波為中心的一束束離散的、梳狀的、金字塔型的譜線群組成。,2.2.2 亮、色信號的頻譜,圖2-5 亮、色信號的頻譜分布,2.2 彩色視頻圖像信號,, 隨著行頻諧波次數(shù)的增高，主譜線幅度逐漸減小，而且主譜線兩側的副譜線也很快衰減。 信號的頻譜高度集中在行頻諧波附近很窄的范圍內(nèi)，各束譜線群之間有60%的空隙存在。,2.2 彩色視頻圖像信號,這

12、里必須指出，由于它們都是從同一個景物的三基色信號中派生出來的，它們所占的頻帶寬度和頻譜結構是完全一致的，它們各自的視頻帶寬是6MHz，則信號總帶寬還是18MHz。因為黑白電視僅傳送一個亮度信號，其視頻帶寬為6MHz，為了使彩色電視與黑白電視兼容，其視頻帶寬也只能是6MHz。這樣看來彩色電視中一個亮度、兩個色差信號若在6MHz范圍內(nèi)順利地、互不干擾地傳輸，還要采取一定的措施。人們想到了利用頻譜搬移的方法，將亮、色信號的頻譜錯開。,2.2 彩色視頻圖像信號,,如果將色差信號的頻譜向右搬移半行，色差信號的頻譜恰好與亮度信號頻譜錯開，如圖2-5（c）所示。,圖2-5 亮、色信號的頻譜分布,2.2 彩色

13、視頻圖像信號,,實現(xiàn)頻譜向右搬移半行的方法：,如何實現(xiàn)頻譜向右搬移半行的呢？其方法是將色差信號對一個頻率和亮度信號的載頻相差半行的載頻進行調(diào)制，色差信號的頻譜就能向右搬移半行，然后均勻鑲嵌在一起，如圖2-6（a）（b）所示。,2.2 彩色視頻圖像信號,,,圖2-6 全電視信號的頻譜分布,,2.2 彩色視頻圖像信號,由圖可見，如果簡單地將色差信號的頻譜向右搬移半行，色差信號的頻譜范圍就會超出亮度信號頻譜范圍半行，色差信號的頻譜向右搬移半行，其頻譜范圍超出亮度信號頻譜范圍半行，即超出了6MHz的范圍。所以，要想將色差信號均勻地鑲嵌在亮度信號頻譜之間，并且不超出亮度信號頻譜的范圍，就應該考慮對色差信

14、號的頻帶進行壓縮，,2.2 彩色視頻圖像信號,,2.2.3 色度信號的頻帶壓縮及高頻混合,人眼對彩色細節(jié)的分辨能力較差，在傳送彩色景象時，只在粗線條、大面積的部分傳送彩色，而細節(jié)部分不傳送彩色，人眼對圖像的彩色感覺仍然很清晰。,1. 大面積著色原理,2.2 彩色視頻圖像信號,,2.2.3 色度信號的頻帶壓縮及高頻混合,人眼對明暗細節(jié)的分辨能力很強，因此亮度信號不能壓縮，而對于彩色信號，人們做了大量的實驗，用1.3MHz的窄帶來傳送，達到大面積的地方（低頻部分）著色，細節(jié)部分用亮度代替，實踐證明重現(xiàn)的彩色圖像98%的人是比較滿意的。因此在接收端所恢復的彩色圖像的三個基色信號，低頻部分（01.3M

15、Hz）的頻率分量有彩色，而高頻部分（1.36MHz）的頻率分量沒有彩色，由亮度信號來補充。,2. 色、亮高頻混合,2.2 彩色視頻圖像信號,,,2.2.4 亮、色頻譜間置,由于色差信號的頻帶壓縮到了1.3 MHz，所以它就可以向右搬移半行，與亮度信號頻譜錯開，均勻地鑲嵌在亮度信號頻譜之間，稱為頻譜間置，并且不會超出亮度信號頻譜的范圍，達到了在黑白電視規(guī)定的視頻帶寬（6MHz）內(nèi)同時傳送亮、色信號的目的。,2.2 彩色視頻圖像信號,圖2-61 壓縮以后全電視信號的頻譜分布,,彩色電視系統(tǒng)選擇了4.43 MHz作為彩色的載波，用色差信號對載波進行雙邊帶調(diào)幅，將它們的頻譜搬移到4.43 MHz 附近

16、。 如圖2-6（a）所示。然后將其頻譜鑲嵌在亮度信號頻譜的空隙中，如圖2-6（b）所示。為了區(qū)別圖像載頻，通常稱色差信號的載波為副載波，用表示。,2.2.4 亮、色頻譜間置,2.2 彩色視頻圖像信號,圖2-61 壓縮以后全電視信號的頻譜分布,將色度信號對進行雙邊帶調(diào)幅后，上邊帶為4.431.35.73 MHz；下邊帶為4.431.33.13MHz，其頻譜能量分布也可以用圖2-7表示。,圖2-7 亮、色信號頻譜分布,2.2 彩色視頻圖像信號,2.2.5 標準彩條信號,標準彩條是確定彩色電視接收機的技術指標和性能的一種測試信號。它是由彩條信號發(fā)生器產(chǎn)生的八條等寬的彩色豎條，其彩色依次為白、黃、青、

17、綠、紫、紅、藍、黑，如圖2-8(a)所示。彩條如果顯示在黑白電視機熒光屏上，則為自左至右，按亮度遞減的八條豎條。如圖所示。,2.2 彩色視頻圖像信號,2.2.5 標準彩條信號,標準彩條常用四位數(shù)碼來表示，如,10001000 彩條,2.2 彩色視頻圖像信號,,,,圖2-8所示的是10001000彩條的波形，可見它們都是由三個基色信號組合而成的，三個基色信號的電平最大值為1，最小值為0，如圖（b）、（c）、(d)所示。因此稱它們?yōu)?00飽和度、100幅度的彩條信號，簡稱100彩條信號。,2.2.5 標準彩條信號,圖2-8 10001000彩條信號波形,2.2 彩色視頻圖像信號,彩條的亮度和色度

18、信號電平值，列入表2-1中。,2.2 彩色視頻圖像信號,,根據(jù)這些電平數(shù)值分別做出亮度信號和色差信號波形，如圖2-8（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）所示。 100彩條信號彩條信號幅度很大、飽和度很高，反映到電視屏幕上效果并不好，我國彩色電視廣播采用1000750彩條，作為彩色電視的測試信號。它是由歐洲廣播聯(lián)盟（EBU）提出，故又稱EBU彩條。,1000750彩條,2.2 彩色視頻圖像信號,2.3 電視信號 傳輸制式,2.3 電視信號 傳輸制式,2.3 電視信號傳輸制式,掃描方式 場頻、行頻 頻道帶寬 射頻帶寬 視頻帶寬 圖像調(diào)制方式 伴音調(diào)制方式 圖像載頻與伴音載頻之

19、差 圖像調(diào)制極性等,廣播電視制式是指電視系統(tǒng)的體制和標準。它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：,以上這些指標有一項不同，就構成了一種不同的制式。,2.3.1 黑白電視制式概述,世界各國黑白電視制式差別比較大，為了便于區(qū)別，根據(jù)技術指標的不同，分別用A、B、C、D、E、G、H、I、K、L、M、N十一種來表示。,2.3 電視信號傳輸制式,表3-1 黑白電視制式主要內(nèi)容一覽表,可見，七種指標中有一種不同，就構成一種制式。我國黑白電視采用的是625行/50場的D/K制。,七種指標中有一種不同，就構成一種制式。我國黑白電視采用的是625行/50場的D/K制。我國黑白電視采用的是D/K制，掃描方式為隔行掃描、場

20、頻為50HZ、行頻15625HZ、頻道帶寬為8MHz、視頻帶寬為6MHz、圖像調(diào)制方式為殘留邊帶調(diào)幅制、伴音調(diào)制方式為雙邊帶調(diào)頻、圖像載頻與伴音載頻之差為6.5 MHz、圖像調(diào)制極性為負極性。,表3-1 黑白電視制式主要內(nèi)容一覽表,可見，七種指標中有一種不同，就構成一種制式。我國黑白電視采用的是625行/50場的D/K制。,2.3.2 彩色電視制式概述,彩色電視是在黑白電視的基礎上發(fā)展起來的，按它們的使用關系，彩色電視制式可分為兼容制與非兼容制兩大類。黑白電視機能接收彩色電視信號稱為兼容，彩色電視機能接收黑白電視信號稱之為逆兼容。為了達到兼容的目的，彩色電視必須具備黑白電視相應的特性。,2.

21、3 電視信號傳輸制式,NTSC制（美國制） PAL制（西德制） SECAM制（法國制）,目前世界上用于模擬廣播電視的有三大兼容制式,不同彩色電視制式的特點如表2-2。,2.3 電視信號傳輸制式,表2-2 不同彩色電視制式的特點一覽表,表2-2 不同彩色電視制式的特點,,NTSC制是1953年美國研制成功的世界上最早的兼容性彩色電視制式，PAL制和SECAM制都是為了克服NTSC制的缺陷，從NTSC制的基礎上派生出來的。我國彩色電視廣播采用的是PAL制，但由于PAL制是從NTSC制的基礎上派生出來的，所以在研究PAL制之前，首先討論NTSC制。,2.3 電視信號傳輸制式,2.3.3 NTSC制,

22、彩色電視不同制式的區(qū)別標志是兩個色差信號對副載波的調(diào)制方式的不同。,2.3 電視信號傳輸制式,NTSC制稱正交平衡調(diào)幅制。,2.3.3 NTSC制,1. 正交平衡調(diào)幅制色度信號,2.3 電視信號傳輸制式,平衡調(diào)幅為抑制掉載波的調(diào)幅，其波形如圖3-2-1A (d)、(h)所示。（c）、（g）為正常調(diào)幅波。,,圖 2-5 調(diào)幅波的頻譜,2.3 電視信號傳輸制式,將色差信號的頻譜搬移到副載波（4.43MHz）附近亮度頻譜的兩行之間 為了抑制掉載波，節(jié)省功率、減少干擾。,NTSC制用色差信號對副載波進行平衡調(diào)幅的目的有兩個：,（1）平衡調(diào)幅,A,調(diào)幅波的頻譜,2.3 電視信號傳輸制式,由于需要處理的色

23、差信號有兩個，若把它們同時調(diào)制到一個副載波上，勢必會造成干擾，而且無法分離，NTSC采用正交平衡調(diào)幅制，將兩個色差信號分別調(diào)制在頻率相同、相位相差900的兩個副載波上，是一種很簡便的調(diào)制方法。,（2）正交平衡調(diào)幅,將色差信號和B-Y調(diào)制在頻率相同、相位相差900的兩個副載波上，稱正交平衡調(diào)幅，這種調(diào)幅方式，可以實現(xiàn)兩個色差信號相互不干擾地同時傳送的體制，稱正交平衡調(diào)幅制，圖2-9示出正交平衡調(diào)幅方框圖。,2.3 電視信號傳輸制式,圖2.9 正交平衡條幅方框圖,（3）正交平衡調(diào)幅制色度信號的形成, 色度信號形成方框圖, 色度信號表達式 圖中用表示紅色差信號的平衡調(diào)幅波，用表示藍色差信號的平衡調(diào)幅

24、波，與混合成正交平衡調(diào)幅波,2.3 電視信號傳輸制式,圖2.9 正交平衡條幅方框圖,上式稱NTSC制色度信號表達式，可以用矢量圖表示。矢量 的長度代表色度信號的振幅， 代表 的相角。,2.3 電視信號傳輸制式,圖2.9 正交平衡條幅矢量圖,將上式改寫成模和相角的形式,2.3 電視信號傳輸制式,上式表明，NTSC制的已調(diào)色度信號是一個既調(diào)幅、又調(diào)相的雙重調(diào)制信號。,其振幅 的大小反映了彩色的飽和度，相角 的大小反映了彩色的色調(diào)（因為它由兩個色差信號的比值決定）。因此，可以說正交平衡調(diào)幅制，是用色度信號的幅度來傳送色飽和度信息，用色度信號的相角來傳送色調(diào)信息。,2.3 電視信號傳輸制

25、式,（4）色度信號的壓縮,以上討論了NTSC制對色度信號的處理方法，處理后的信號要和亮度信號、消隱信號、同步信號疊加起來形成彩色全電視信號。但是疊加后紅條和藍條超過同步頭很多，將嚴重影響同步頭之間的時間關系，因而影響接收機圖像信號的穩(wěn)定性。因此，在與亮度信號疊加之前，先將紅色差信號 和藍色差信號 分別壓縮為0.877 和0.493 ，壓縮以后的差信號分別用V和U表示，即,2.3 電視信號傳輸制式,兩個正交分量壓縮后，各種彩色電平和相角與原來相比都有了變化，很自然會影響色度信號的色調(diào)和色飽和度。 為了不失真地解調(diào)出三基色信號，到接收端解調(diào)之前，要恢復復兩個色差信號。,2.3 電視信

26、號傳輸制式,（5）壓縮后的彩條矢量圖,2.3 電視信號傳輸制式,壓縮后的彩條矢量如圖2-10所示。矢量長度表示彩色的飽和度，矢量相角則表示彩色的色調(diào)，矢量越長，顏色的飽和度越深，反之亦然。 電視系統(tǒng)的特性，可以用一種專門測量色度信號矢量的示波器，通過對以上標準彩條矢量的測試來確定。,圖2-10 壓縮后的彩條矢量圖,2. 色同步信號,(1) 色同步信號的作用 色同步信號的作用是作為接收機副載波發(fā)生器的頻率和相位基準，即用它去控制接收機中副載波恢復電路振蕩頻率，使之與發(fā)送端同頻同相。,2.3 電視信號傳輸制式,色同步信號是在傳送彩色電視信號的同時，傳送911個周期的基準副載波，并安置在行消

27、隱脈沖的后肩上，其前沿滯后于行同步脈沖前沿5.6s，幅度與行、場同步脈沖的幅度相同，如圖2-11（a）所示。,2.3 電視信號傳輸制式,（2）色同步信號的形成,色同步信號也是一種色度信號，因為它也有一定的幅度和角度，即色飽和度和色調(diào)，但到底是什么顏色我們沒必要去關心它，因為色同步信號是在掃描逆程期間傳送的，顏色已經(jīng)沒有意義。我們所關心的是它的相位，因為它要對接收機的副載波振蕩器進行“鎖相”，使副載波振蕩器產(chǎn)生與發(fā)送端同頻、同相的信號。在NTSC制中，規(guī)定色同步矢量位于 軸的負方向上，與 信號相差1800，與 信號相差900，它們的矢量 關系如圖2-11（b）所示。,2.3 電視信號傳輸制式,

28、,（3）色同步信號的數(shù)學表達式,色同步信號可以用下式表示:,2.3 電視信號傳輸制式,3. 彩色視頻全電視信號,壓縮后的彩色視頻全電視信號如圖2-12所示。 （a）（b）分別為已調(diào)色度信號的兩個分量 和 的波形 (c) 為已調(diào)色度信號和色同步信號 的波形； (d) 為亮度信號和同步信號 的波形；,圖212 10001000彩條形成彩色 全電視信號波形(壓縮后),,,,,3. 彩色視頻全電視信號,(e) 為彩色視頻全電視信號的波形。圖中亮度信號和彩色全電視信號都是正極性的。 彩色視頻全電視信號包括：色度信號、亮度信號、消隱信號、行場同步信號和彩色同步信號，用FBAS表示。,圖212 100

29、01000彩條形成彩色 全電視信號波形(壓縮后),,,,以上討論的是正交平衡調(diào)幅方式的基本原理，可以說是625行的NTSC制，實際上美國、日本、加拿大等國家使用的NTSC制的亮度信號的帶寬為4.2MHz；色差信號的帶寬為0.5MHz，并且上、下邊帶是不等的，上邊帶為0.5MHz，下邊帶為1.3MHz。這種制式，稱為525行的NTSC制。這里不再討論。,2.3 電視信號傳輸制式,4. NTSC制的主要優(yōu)、缺點,NTSC制最主要的優(yōu)點是兼容效果好。亮度信號與色度信號頻譜以最大間距半行頻錯開，亮度信號與色度信號的互相串擾小，圖像質(zhì)量好，編碼、解碼過程簡單，易于集成化。,（1）主要優(yōu)點,2.3 電視信

30、號傳輸制式,NTSC制的主要缺點是，微分相位失真和微分增益失真。,（2）主要缺點,2.3 電視信號傳輸制式, 微分相位（DP）失真 傳輸通道的非線性特性，會引起已調(diào)色度副載波相位的失真，稱為微分相位（DP）失真。由于NTSC制，是用彩色矢量的相角代表色調(diào)，因此，已調(diào)色信號的相位失真將明顯地影響重現(xiàn)彩色的色調(diào)，而人眼對色調(diào)失真很敏感。因此，在NTSC制中規(guī)定微分相位的容限為120，這是NTSC制的主要缺點。,, 微分增益（DG）失真 由于色度信號是“載”到亮度信號上的，當傳輸系統(tǒng)存在著非線性時，亮度信號的變化會引起色度已調(diào)波幅度的變化，這種色度信號的振幅增益隨著亮度信號電平高低而產(chǎn)生的大小變化

31、，稱為微分增益（DG）失真。而NTSC制是用彩色矢量的幅度代表色飽和度的，所以，色度信號的幅度失真將影響重現(xiàn)彩色的飽和度，所以NTSC制規(guī)定微分增益失真的容限為30。,2.3 電視信號傳輸制式,2.3.4 PAL制,PAL是“Phase Alternation Line”（逐行倒相）的縮寫詞。為了克服NTSC制的相位失真而引起的色調(diào)失真，1962年聯(lián)邦德國首先提出了發(fā)送端將色度信號的分量逐行倒相。 按對色度信號的處理方式:,2.3 電視信號傳輸制式,PAL制又稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。,,1. PAL制的色度信號,（1）PAL制色度信號矢量圖 PAL制與NTSC制所不同的就是將紅色差信號

32、 分量進行了逐行倒相，其矢量如圖2-13所示。由圖可見，第 行與NTSC制完全一樣，第 +1行的 分量倒相1800。 （2）PAL制色度信號表達式 PAL制色度信號的數(shù)學表達式如下,2.3 電視信號傳輸制式,或者表示為,式中 稱開關函數(shù)，逐行取值為1。,已調(diào)色度信號的分量 V 或者說 分量 ，在開關函數(shù) 的作用下逐行倒相。若將圖2-13中的(a) (b)合成一個圖，如圖2-13（c）所示。 通常，我們把未倒相的行，稱為 NTSC 行或者 n 行，,2.3 電視信號傳輸制式,圖2-13 PAL制色度信號矢量圖,用 FN 表示；而把倒了相的行，稱為PAL行或者 P 行，用 Fn+1表示。可見，

33、對于任意色度信號是以 U 軸為基準的鏡像信號。,2.3 電視信號傳輸制式,（3）FV 逐行倒相補償相位失真的原理,FV 逐行倒相補償相位失真的示意圖,2.3 電視信號傳輸制式,但PAL制的第 Fn+1 行的 FV倒相1800，使 FV 成為以U軸為基準的Fn+1 的鏡像信號。在傳輸過程中，PAL行色度矢量Fn+1和 Fn 行失真方向是一致的，如圖2-14(a)所示。 接收端接收機把PAL行 的V矢量再倒相1800，于是產(chǎn)生了 色度，如圖2-14(b),所示?？梢?PAL制相鄰兩行色度信號,將是 與 ，它們正好對稱于F的兩旁，將它們相加，再經(jīng)平均后，可準確地重現(xiàn)原有彩色。如圖2-14(b)所

34、示。,FV 逐行倒相補償相位失真的示意圖,由于色度矢量的幅度代表著色飽和度，因此，PAL制是以色飽和度的下降為代價，換取了色調(diào)的穩(wěn)定，人眼對飽和度的變化不太敏感。 PAL制在發(fā)送端將FV 分量進行逐行倒相，收端將倒了相的FV分量再倒回來，倒了相的,PAL行和未倒相的NTSC行進行矢量相加后再平均，這樣就可以抵消色度信號在傳輸過程中引入的相位失真。因此，PAL制相位失真的容限可以增加到 。,FV 逐行倒相補償相位失真的示意圖,2.3 電視信號傳輸制式,PAL制色同步信號的作用有兩個： 為接收機副載波恢復電路提供頻率、相位基準。 識別 FV 分量是否倒相 。,2. PAL制色同步信號,2.3

35、 電視信號傳輸制式,（1） PAL制色同步信號的作用, 數(shù)學表達式 參照NTSC制，色度信號與色同步信號的關系，再根據(jù)PAL制逐行倒相色度信號與色同步信號的關系，可以寫出色同步信號的數(shù)學表達式如下：,2.3 電視信號傳輸制式,（2） PAL制色同步信號的數(shù)學表達式與矢量圖,,色同步信號初相位是1350時說明發(fā)送端發(fā)的是倒了相的PAL行，+1350時發(fā)送端發(fā)的是未倒相的NTSC行。, 矢量圖,2.3 電視信號傳輸制式,PAL制色同步信號和NTSC制一樣，是插在行消隱的后肩上傳送的。由101個周期的副載波組成，見圖2-15（b）所示。由圖可見PAL行和NTSC行的相位是不一樣的。,色同步信號的矢量

36、如圖2-15（a）所示。,圖2-15 PAL制色同步信號,（3）PAL制色同步信號的形成,,3. PAL編碼器,將彩色攝像機、彩條信號發(fā)生器等信號源產(chǎn)生的 、 、 三基色信號和一些輔助信號，進行線性組合，形成彩色視頻全電視信號，稱為編碼，完成編碼的電路稱為編碼器。,2.3 電視信號傳輸制式,,（1）編碼器方框圖 PAL編碼器由以下幾部分組成：, 脈沖預置電路,圖2-16 PAL 編碼器方框圖, 編碼矩陣, 亮度信號處理通道, 色度信號處理通道, 信號混合電路, PAL開關電路, 脈沖預置電路, 編碼矩陣電路 編碼矩陣電路是將三基色信號VR、VG、VB轉(zhuǎn)換成一個亮度信號VY 、兩個色差信號VR

37、-Y、VB-Y，經(jīng)壓縮得到 V 和 U信號。 亮度通道 4.43MHz陷波器：是濾掉4.43 范圍內(nèi)的亮度信號，以減少亮度信號對色度信號的干擾，陷波特性如圖2-17所示。,2.3 電視信號傳輸制式,編碼矩陣框圖,（2） PAL編碼器各部分的作用,b. 0.6s延時電路：解決亮、色信號到達合成點的時間差問題。 c. 自動轉(zhuǎn)換開關：在傳送黑白圖像時，利用自動轉(zhuǎn)換開關，短路副載波陷波電路。,2.3 電視信號傳輸制式,亮度通道,亮度通道框圖,2.3 電視信號傳輸制式, 色度通道及混合輸出電路 a. 脈沖：作為接收機的同步選通脈沖。 b. 低通濾波：將色差信號的頻帶寬度限制在1.3MHz，完成頻帶壓縮

38、的任務。 c. U、V平衡調(diào)幅器：完成兩個色差信號的平衡調(diào)幅，分別得到 和 。 d. 混合輸出電路：將 和亮度信號Y 混合成視頻全電視信號。 PAL開關電路 完成副載波 的逐行倒相, P脈沖 P脈沖的作用是保證電視臺發(fā)射系統(tǒng)中所有的信號源同步工作，所以P脈沖又稱“定相”脈沖。 脈沖預置電路 產(chǎn)生電視系統(tǒng)中用到的所有的脈沖，如行推動脈沖 、 脈沖、控制脈沖、復合同步脈沖S、復合消隱脈沖A以及定相脈沖等。,2.3 電視信號傳輸制式,、,把彩色全電視信號恢復成三基色信號的過程稱為解碼。完成解碼的電路稱為解碼器。解碼是編碼的逆過程。第6章。,2.3 電視信號傳輸制式,4. PAL解

39、碼器,5. PAL制的主要優(yōu)、缺點 （1）主要優(yōu)點 克服了NTSC制相位敏感的缺點； 減小了串色； 提高了彩色信噪比。,2.3 電視信號傳輸制式,（2）主要缺點 PAL信號處理較為復雜。由于NTSC制是1/2行頻間置，PAL制為1/4行頻加半場偏置，二者相比，實現(xiàn)PAL信號的亮、色分離要比NTSC制復雜的多。 存在 “爬行”，又稱“百葉窗”效應或“彩裙”。這些缺點解決起來比較困難； 彩色清晰度PAL制比NTSC制低； 設備復雜，接收機價格較高。,2.3 電視信號傳輸制式,SECAM制對彩色信號的處理方式是順序傳送與存儲復用。 SECAM是法文(順序傳送彩色與存儲）的縮寫詞。這一制式是在PAL

40、制問世的同時，由法國工程師亨利弗朗斯研制成功的。 SECAM制與以上兩種制式的主要區(qū)別是亮度信號每一行都傳送，兩個色差信號逐行輪換傳送。 假設第 n 行 傳送VY、 第 n+1 行 傳送VY、 第 n+2行 傳送VY、,2.3.5 SECAM制簡介,,在任一瞬間傳輸通道中只有一個亮度信號和一個色差信號存在，所以不會發(fā)生色差信號的相互串色現(xiàn)象。為了完整地恢復每行都有兩個色差信號，在SECAM制的解碼器中，利用一根延遲線，將前一行色差信號存儲復用，使每一色差信號可以使用兩次，即在恢復三基色信號時，直通行的一個亮度信號和一個色差信號及延遲行的色差信號一起送入解碼矩陣電路，正確地恢復出三

41、基色信號 、 、 。,2.3 電視信號傳輸制式,在SECAM制中，色差信號對彩色副載波的調(diào)制方式采用了調(diào)頻制，這樣，在傳輸過程中引入的相位失真將不會對大面積的彩色產(chǎn)生影響。并且調(diào)頻信號在進行頻率檢波時可以進行限幅，因此SECAM制的色度信號幾乎不受幅度失真的影響，克服了NTSC制對相位失真敏感、PAL制“爬行”等缺點。 采用這一制式的國家有法國、俄羅斯、波蘭、匈牙利、沙特阿拉伯等30多個國家。 限于篇幅，本書對SECAM制的編碼方式不再作詳細介紹，請參看有關書籍。 關于數(shù)字電視制式見第10章。,2.3 電視信號傳輸制式,作 業(yè),2-1 寫出亮度信號的方程，并說明亮度方程式中，各符號及符號前的系數(shù)表示什么意義？ 2-2 副載波 是多少？用色度信號對副載波 進行雙邊帶調(diào)幅的目的是什么？ 2-3 什么是正交平衡調(diào)幅？NTSC制對色度信號進行調(diào)幅的目的是什么？進行平衡調(diào)幅的目的是什么? 進行正交平衡調(diào)幅的目的是什么? 2-5 NTSC制和PAL制對色度信號的處理上有哪些共同的措施，主要區(qū)別是什么? 2-8 畫出PAL編碼器的組成方框圖？說明各部分的作用？并標出各方塊前后的波形？ 2-9 畫出PAL解碼器組成方框圖？說明各部分的作用？并標出各方塊前后的波形？,