彩色電視基本原理.ppt

《彩色電視基本原理.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《彩色電視基本原理.ppt（91頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2章 彩色電視基本原理,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ) 2.2 彩色視頻圖像信號(hào) 2.3 電視信號(hào)傳輸制式,2.1 彩色電視的 理論基礎(chǔ),2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),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(fēng)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(guān)系，它們是電視技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。,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(duì)人眼產(chǎn)生視覺反映，隨著波長由長到短對(duì)人眼引起的顏色感覺依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。,2.1.1 彩色與光,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),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(duì)人眼產(chǎn)生視覺反映，隨著波長由長到短對(duì)人眼引起的顏色感覺依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),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(gè)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(shí)，引起視覺的明暗感覺。亮度與彩色光的能量及波長有關(guān)，對(duì)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(hào)稱之為亮度信號(hào)，用表示。 (2) 色調(diào)是指顏色的類別，例如，紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、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(duì)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(gè)物理量，在彩色電視中又被稱為色度，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)稱為色度信號(hào)，用表示。,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ)

4、,,所謂三基色是指三種獨(dú)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(lán)，黃、紫、青色等都是相互獨(dú)立的三基色。 實(shí)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(gè)物理量，在彩色電視中又被稱為色度，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)稱為色度信號(hào)，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(chǔ),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(shí)驗(yàn)證明，選擇紅色、綠色和藍(lán)色作為電視技術(shù)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(qiáng)度的真實(shí)分配情況來傳送，只要傳送能合成它們的紅、綠、藍(lán)三基色即可。,2. 三基色的選擇,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),,,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(chǔ),,,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(chǔ),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(shí)，假設(shè)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(dāng)紅、綠、藍(lán)三基色光以不同比例混合時(shí)，將會(huì)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(guān)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(chǔ),相加混色,,我們把按適當(dāng)比例相混合后，能產(chǎn)生白色的兩種顏色稱為互補(bǔ)色。,圖2-3 彩色三角形,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),彩色電視系統(tǒng)中，借助于接收機(jī)顯像管熒光屏的三基色熒光粉點(diǎn)組或條組來實(shí)現(xiàn)空間混色。顯像管的熒光屏上涂有幾十萬個(gè)三基色品字型熒

7、光粉點(diǎn)組或條組，這些點(diǎn)（條）組之間都離的特別的近。,2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),2.相加混色的空間混色法,當(dāng)受到電子束沖擊時(shí)，它們就會(huì)發(fā)出三種基色光，光的強(qiáng)弱受發(fā)送端景象的三基色電信號(hào)的控制。當(dāng)人眼在離熒光屏一定距離觀看時(shí)，由于人眼對(duì)彩色分辨力較低的特點(diǎn)，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(chǔ),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(lán)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(chǔ),2.1 彩色電視的理論基礎(chǔ),,若用2個(gè)單位紅基色光、2個(gè)單位綠基色光和2個(gè)單位藍(lán)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(jìn)行三基色分解、重現(xiàn)和進(jìn)行編碼傳輸?shù)幕疽罁?jù)，是一個(gè)很重要的公式。 在 PAL制，顯像三基色和NTSC制略有不同，即當(dāng)三色系數(shù)相同時(shí)，混成的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行亮度計(jì)算時(shí)，沿用了式(2-1)亮度方程。當(dāng)然結(jié)果自然

9、有一些誤差，但在主要特性上仍然滿足視覺對(duì)亮度的要求。,,,,,2.2 彩色視頻 圖像信號(hào),,2.2.1. 亮度信號(hào)及色差信號(hào),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(jī)轉(zhuǎn)換為三個(gè)基色電信號(hào)，然后經(jīng)校正、編碼處理，將三個(gè)基色電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)處理，變成彩色全電視信號(hào)。然后再把彩色視頻全電視信號(hào)“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?hào)，而是一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)。為什么呢？ 首先從以下幾個(gè)方面考慮:,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),, 考慮到彩色電視要能收到黑白電視信號(hào)（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(hào)（稱黑白電視與彩色電視逆兼容）。從這一點(diǎn)出發(fā)，要求彩色電視系統(tǒng)也要傳送一個(gè)只反映黑白圖像的信號(hào)稱亮度信號(hào)，它的一切特性應(yīng)該和黑白電視信號(hào)相同。 由于單獨(dú)傳送了一個(gè)反映圖像明暗的亮度信號(hào)，而三基色信號(hào)中的亮度就可以扣除，這樣就得到了三個(gè)色差信號(hào)。而這三個(gè)色差信號(hào)并不是相互獨(dú)立的，其中的任何一個(gè)都可以由其他兩個(gè)合成，因此，選擇其中兩個(gè)即可。廣播電視系統(tǒng)選擇了 和 。,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,1. 亮度信號(hào),還可以寫成如下形式:,也稱為亮度信號(hào)。,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,從原理上講，在三個(gè)色差信號(hào)中任意選擇兩個(gè)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(hào)，包含一個(gè)與黑白電視完全相同的亮度信號(hào)，還有兩個(gè)色差信號(hào)。,色差信號(hào)是指基色信號(hào)與亮度信號(hào)之差，其表達(dá)式如下,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,,亮、色度信號(hào)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(gè)重要特點(diǎn) 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(hào)的頻譜,圖2-5 亮、色信號(hào)的頻譜分布,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),, 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(cè)的副譜線也很快衰減。 信號(hào)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(hào),這

12、里必須指出，由于它們都是從同一個(gè)景物的三基色信號(hào)中派生出來的，它們所占的頻帶寬度和頻譜結(jié)構(gòu)是完全一致的，它們各自的視頻帶寬是6MHz，則信號(hào)總帶寬還是18MHz。因?yàn)楹诎纂娨晝H傳送一個(gè)亮度信號(hào)，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(gè)亮度、兩個(gè)色差信號(hào)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(hào)的頻譜錯(cuò)開。,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,如果將色差信號(hào)的頻譜向右搬移半行，色差信號(hào)的頻譜恰好與亮度信號(hào)頻譜錯(cuò)開，如圖2-5（c）所示。,圖2-5 亮、色信號(hào)的頻譜分布,2.2 彩色

13、視頻圖像信號(hào),,實(shí)現(xiàn)頻譜向右搬移半行的方法：,如何實(shí)現(xiàn)頻譜向右搬移半行的呢？其方法是將色差信號(hào)對(duì)一個(gè)頻率和亮度信號(hào)的載頻相差半行的載頻進(jìn)行調(diào)制，色差信號(hào)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(hào),,,圖2-6 全電視信號(hào)的頻譜分布,,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),由圖可見，如果簡單地將色差信號(hào)的頻譜向右搬移半行，色差信號(hào)的頻譜范圍就會(huì)超出亮度信號(hào)頻譜范圍半行，色差信號(hào)的頻譜向右搬移半行，其頻譜范圍超出亮度信號(hào)頻譜范圍半行，即超出了6MHz的范圍。所以，要想將色差信號(hào)均勻地鑲嵌在亮度信號(hào)頻譜之間，并且不超出亮度信號(hào)頻譜的范圍，就應(yīng)該考慮對(duì)色差信

14、號(hào)的頻帶進(jìn)行壓縮，,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,2.2.3 色度信號(hào)的頻帶壓縮及高頻混合,人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨能力較差，在傳送彩色景象時(shí)，只在粗線條、大面積的部分傳送彩色，而細(xì)節(jié)部分不傳送彩色，人眼對(duì)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(hào),,2.2.3 色度信號(hào)的頻帶壓縮及高頻混合,人眼對(duì)明暗細(xì)節(jié)的分辨能力很強(qiáng)，因此亮度信號(hào)不能壓縮，而對(duì)于彩色信號(hào)，人們做了大量的實(shí)驗(yàn)，用1.3MHz的窄帶來傳送，達(dá)到大面積的地方（低頻部分）著色，細(xì)節(jié)部分用亮度代替，實(shí)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(fù)的彩色圖像的三個(gè)基色信號(hào)，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(hào)來補(bǔ)充。,2. 色、亮高頻混合,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,,2.2.4 亮、色頻譜間置,由于色差信號(hào)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(hào)頻譜錯(cuò)開，均勻地鑲嵌在亮度信號(hào)頻譜之間，稱為頻譜間置，并且不會(huì)超出亮度信號(hào)頻譜的范圍，達(dá)到了在黑白電視規(guī)定的視頻帶寬（6MHz）內(nèi)同時(shí)傳送亮、色信號(hào)的目的。,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),圖2-61 壓縮以后全電視信號(hào)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(hào)對(duì)載波進(jìn)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(hào)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(hào)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(hào),圖2-61 壓縮以后全電視信號(hào)的頻譜分布,將色度信號(hào)對(duì)進(jìn)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(hào)頻譜分布,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)彩條是確定彩色電視接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和性能的一種測試信號(hào)。它是由彩條信號(hào)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(lán)、黑，如圖2-8(a)所示。彩條如果顯示在黑白電視機(jī)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(hào),2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)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(hào),,,,圖2-8所示的是10001000彩條的波形，可見它們都是由三個(gè)基色信號(hào)組合而成的，三個(gè)基色信號(hào)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(hào)，簡稱100彩條信號(hào)。,2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào),圖2-8 10001000彩條信號(hào)波形,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),彩條的亮度和色度

18、信號(hào)電平值，列入表2-1中。,2.2 彩色視頻圖像信號(hào),,根據(jù)這些電平數(shù)值分別做出亮度信號(hào)和色差信號(hào)波形，如圖2-8（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）所示。 100彩條信號(hào)彩條信號(hào)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(hào)。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(hào),2.3 電視信號(hào) 傳輸制式,2.3 電視信號(hào) 傳輸制式,2.3 電視信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)。它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：,以上這些指標(biāo)有一項(xiàng)不同，就構(gòu)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(shù)指標(biāo)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(hào)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(biāo)中有一種不同，就構(gòu)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(biāo)中有一種不同，就構(gòu)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(fù)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(biāo)中有一種不同，就構(gòu)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(chǔ)上發(fā)展起來的，按它們的使用關(guān)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(jī)能接收彩色電視信號(hào)稱為兼容，彩色電視機(jī)能接收黑白電視信號(hào)稱之為逆兼容。為了達(dá)到兼容的目的，彩色電視必須具備黑白電視相應(yīng)的特性。,2.

21、3 電視信號(hào)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(diǎn)如表2-2。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,表2-2 不同彩色電視制式的特點(diǎn)一覽表,表2-2 不同彩色電視制式的特點(diǎn),,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(chǔ)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(chǔ)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(hào)傳輸制式,2.3.3 NTSC制,

22、彩色電視不同制式的區(qū)別標(biāo)志是兩個(gè)色差信號(hào)對(duì)副載波的調(diào)制方式的不同。,2.3 電視信號(hào)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(hào),2.3 電視信號(hào)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(hào)傳輸制式,將色差信號(hào)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(hào)對(duì)副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅的目的有兩個(gè)：,（1）平衡調(diào)幅,A,調(diào)幅波的頻譜,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,由于需要處理的色

23、差信號(hào)有兩個(gè)，若把它們同時(shí)調(diào)制到一個(gè)副載波上，勢必會(huì)造成干擾，而且無法分離，NTSC采用正交平衡調(diào)幅制，將兩個(gè)色差信號(hào)分別調(diào)制在頻率相同、相位相差900的兩個(gè)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(hào)和B-Y調(diào)制在頻率相同、相位相差900的兩個(gè)副載波上，稱正交平衡調(diào)幅，這種調(diào)幅方式，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)色差信號(hào)相互不干擾地同時(shí)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(hào)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(hào)的形成, 色度信號(hào)形成方框圖, 色度信號(hào)表達(dá)式 圖中用表示紅色差信號(hào)的平衡調(diào)幅波，用表示藍(lán)色差信號(hào)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(hào)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(hào)表達(dá)式，可以用矢量圖表示。矢量 的長度代表色度信號(hào)的振幅， 代表 的相角。,2.3 電視信號(hào)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(hào)傳輸制式,上式表明，NTSC制的已調(diào)色度信號(hào)是一個(gè)既調(diào)幅、又調(diào)相的雙重調(diào)制信號(hào)。,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?yàn)樗蓛蓚€(gè)色差信號(hào)的比值決定）。因此，可以說正交平衡調(diào)幅制，是用色度信號(hào)的幅度來傳送色飽和度信息，用色度信號(hào)的相角來傳送色調(diào)信息。,2.3 電視信號(hào)傳輸制

25、式,（4）色度信號(hào)的壓縮,以上討論了NTSC制對(duì)色度信號(hào)的處理方法，處理后的信號(hào)要和亮度信號(hào)、消隱信號(hào)、同步信號(hào)疊加起來形成彩色全電視信號(hào)。但是疊加后紅條和藍(lán)條超過同步頭很多，將嚴(yán)重影響同步頭之間的時(shí)間關(guān)系，因而影響接收機(jī)圖像信號(hào)的穩(wěn)定性。因此，在與亮度信號(hào)疊加之前，先將紅色差信號(hào) 和藍(lán)色差信號(hào) 分別壓縮為0.877 和0.493 ，壓縮以后的差信號(hào)分別用V和U表示，即,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,兩個(gè)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(huì)影響色度信號(hào)的色調(diào)和色飽和度。 為了不失真地解調(diào)出三基色信號(hào)，到接收端解調(diào)之前，要恢復(fù)復(fù)兩個(gè)色差信號(hào)。,2.3 電視信

26、號(hào)傳輸制式,（5）壓縮后的彩條矢量圖,2.3 電視信號(hào)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(hào)矢量的示波器，通過對(duì)以上標(biāo)準(zhǔn)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(hào),(1) 色同步信號(hào)的作用 色同步信號(hào)的作用是作為接收機(jī)副載波發(fā)生器的頻率和相位基準(zhǔn)，即用它去控制接收機(jī)中副載波恢復(fù)電路振蕩頻率，使之與發(fā)送端同頻同相。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,色同步信號(hào)是在傳送彩色電視信號(hào)的同時(shí)，傳送911個(gè)周期的基準(zhǔn)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(hào)傳輸制式,（2）色同步信號(hào)的形成,色同步信號(hào)也是一種色度信號(hào)，因?yàn)樗灿幸欢ǖ姆群徒嵌?，即色飽和度和色調(diào)，但到底是什么顏色我們沒必要去關(guān)心它，因?yàn)樯叫盘?hào)是在掃描逆程期間傳送的，顏色已經(jīng)沒有意義。我們所關(guān)心的是它的相位，因?yàn)樗獙?duì)接收機(jī)的副載波振蕩器進(jìn)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(hào)。在NTSC制中，規(guī)定色同步矢量位于 軸的負(fù)方向上，與 信號(hào)相差1800，與 信號(hào)相差900，它們的矢量 關(guān)系如圖2-11（b）所示。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,

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

29、01000彩條形成彩色 全電視信號(hào)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(shí)際上美國、日本、加拿大等國家使用的NTSC制的亮度信號(hào)的帶寬為4.2MHz；色差信號(hào)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(hào)傳輸制式,4. NTSC制的主要優(yōu)、缺點(diǎn),NTSC制最主要的優(yōu)點(diǎn)是兼容效果好。亮度信號(hào)與色度信號(hào)頻譜以最大間距半行頻錯(cuò)開，亮度信號(hào)與色度信號(hào)的互相串?dāng)_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(diǎn),2.3 電視信

30、號(hào)傳輸制式,NTSC制的主要缺點(diǎn)是，微分相位失真和微分增益失真。,（2）主要缺點(diǎn),2.3 電視信號(hào)傳輸制式, 微分相位（DP）失真 傳輸通道的非線性特性，會(huì)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(hào)的相位失真將明顯地影響重現(xiàn)彩色的色調(diào)，而人眼對(duì)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(diǎn)。,, 微分增益（DG）失真 由于色度信號(hào)是“載”到亮度信號(hào)上的，當(dāng)傳輸系統(tǒng)存在著非線性時(shí)，亮度信號(hào)的變化會(huì)引起色度已調(diào)波幅度的變化，這種色度信號(hào)的振幅增益隨著亮度信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)的分量逐行倒相。 按對(duì)色度信號(hào)的處理方式:,2.3 電視信號(hào)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(hào),（1）PAL制色度信號(hào)矢量圖 PAL制與NTSC制所不同的就是將紅色差信號(hào)

32、 分量進(jìn)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(hào)表達(dá)式 PAL制色度信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,或者表示為,式中 稱開關(guān)函數(shù)，逐行取值為1。,已調(diào)色度信號(hào)的分量 V 或者說 分量 ，在開關(guān)函數(shù) 的作用下逐行倒相。若將圖2-13中的(a) (b)合成一個(gè)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(hào)傳輸制式,圖2-13 PAL制色度信號(hào)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?？梢?，

33、對(duì)于任意色度信號(hào)是以 U 軸為基準(zhǔn)的鏡像信號(hào)。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,（3）FV 逐行倒相補(bǔ)償相位失真的原理,FV 逐行倒相補(bǔ)償相位失真的示意圖,2.3 電視信號(hào)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(zhǔn)的Fn+1 的鏡像信號(hào)。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(jī)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(hào),將是 與 ，它們正好對(duì)稱于F的兩旁，將它們相加，再經(jīng)平均后，可準(zhǔn)確地重現(xiàn)原有彩色。如圖2-14(b)所

34、示。,FV 逐行倒相補(bǔ)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(jià)，換取了色調(diào)的穩(wěn)定，人眼對(duì)飽和度的變化不太敏感。 PAL制在發(fā)送端將FV 分量進(jìn)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(jìn)行矢量相加后再平均，這樣就可以抵消色度信號(hào)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(bǔ)償相位失真的示意圖,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,PAL制色同步信號(hào)的作用有兩個(gè)： 為接收機(jī)副載波恢復(fù)電路提供頻率、相位基準(zhǔn)。 識(shí)別 FV 分量是否倒相 。,2. PAL制色同步信號(hào),2.3

35、 電視信號(hào)傳輸制式,（1） PAL制色同步信號(hào)的作用, 數(shù)學(xué)表達(dá)式 參照NTSC制，色度信號(hào)與色同步信號(hào)的關(guān)系，再根據(jù)PAL制逐行倒相色度信號(hào)與色同步信號(hào)的關(guān)系，可以寫出色同步信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,（2） PAL制色同步信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式與矢量圖,,色同步信號(hào)初相位是1350時(shí)說明發(fā)送端發(fā)的是倒了相的PAL行，+1350時(shí)發(fā)送端發(fā)的是未倒相的NTSC行。, 矢量圖,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,PAL制色同步信號(hào)和NTSC制一樣，是插在行消隱的后肩上傳送的。由101個(gè)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(hào)的矢量

36、如圖2-15（a）所示。,圖2-15 PAL制色同步信號(hào),（3）PAL制色同步信號(hào)的形成,,3. PAL編碼器,將彩色攝像機(jī)、彩條信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)源產(chǎn)生的 、 、 三基色信號(hào)和一些輔助信號(hào)，進(jìn)行線性組合，形成彩色視頻全電視信號(hào)，稱為編碼，完成編碼的電路稱為編碼器。,2.3 電視信號(hào)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(yù)置電路,圖2-16 PAL 編碼器方框圖, 編碼矩陣, 亮度信號(hào)處理通道, 色度信號(hào)處理通道, 信號(hào)混合電路, PAL開關(guān)電路, 脈沖預(yù)置電路, 編碼矩陣電路 編碼矩陣電路是將三基色信號(hào)VR、VG、VB轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號(hào)VY 、兩個(gè)色差信號(hào)VR

37、-Y、VB-Y，經(jīng)壓縮得到 V 和 U信號(hào)。 亮度通道 4.43MHz陷波器：是濾掉4.43 范圍內(nèi)的亮度信號(hào)，以減少亮度信號(hào)對(duì)色度信號(hào)的干擾，陷波特性如圖2-17所示。,2.3 電視信號(hào)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(shí)電路：解決亮、色信號(hào)到達(dá)合成點(diǎn)的時(shí)間差問題。 c. 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)：在傳送黑白圖像時(shí)，利用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，短路副載波陷波電路。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,亮度通道,亮度通道框圖,2.3 電視信號(hào)傳輸制式, 色度通道及混合輸出電路 a. 脈沖：作為接收機(jī)的同步選通脈沖。 b. 低通濾波：將色差信號(hào)的頻帶寬度限制在1.3MHz，完成頻帶壓縮

38、的任務(wù)。 c. U、V平衡調(diào)幅器：完成兩個(gè)色差信號(hào)的平衡調(diào)幅，分別得到 和 。 d. 混合輸出電路：將 和亮度信號(hào)Y 混合成視頻全電視信號(hào)。 PAL開關(guān)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(tái)發(fā)射系統(tǒng)中所有的信號(hào)源同步工作，所以P脈沖又稱“定相”脈沖。 脈沖預(yù)置電路 產(chǎn)生電視系統(tǒng)中用到的所有的脈沖，如行推動(dòng)脈沖 、 脈沖、控制脈沖、復(fù)合同步脈沖S、復(fù)合消隱脈沖A以及定相脈沖等。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,、,把彩色全電視信號(hào)恢復(fù)成三基色信號(hào)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(hào)傳輸制式,4. PAL解

39、碼器,5. PAL制的主要優(yōu)、缺點(diǎn) （1）主要優(yōu)點(diǎn) 克服了NTSC制相位敏感的缺點(diǎn)； 減小了串色； 提高了彩色信噪比。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,（2）主要缺點(diǎn) PAL信號(hào)處理較為復(fù)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(shí)現(xiàn)PAL信號(hào)的亮、色分離要比NTSC制復(fù)雜的多。 存在 “爬行”，又稱“百葉窗”效應(yīng)或“彩裙”。這些缺點(diǎn)解決起來比較困難； 彩色清晰度PAL制比NTSC制低； 設(shè)備復(fù)雜，接收機(jī)價(jià)格較高。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,SECAM制對(duì)彩色信號(hào)的處理方式是順序傳送與存儲(chǔ)復(fù)用。 SECAM是法文(順序傳送彩色與存儲(chǔ)）的縮寫詞。這一制式是在PAL

40、制問世的同時(shí)，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(hào)每一行都傳送，兩個(gè)色差信號(hào)逐行輪換傳送。 假設(shè)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(gè)亮度信號(hào)和一個(gè)色差信號(hào)存在，所以不會(huì)發(fā)生色差信號(hào)的相互串色現(xiàn)象。為了完整地恢復(fù)每行都有兩個(gè)色差信號(hào)，在SECAM制的解碼器中，利用一根延遲線，將前一行色差信號(hào)存儲(chǔ)復(fù)用，使每一色差信號(hào)可以使用兩次，即在恢復(fù)三基色信號(hào)時(shí)，直通行的一個(gè)亮度信號(hào)和一個(gè)色差信號(hào)及延遲行的色差信號(hào)一起送入解碼矩陣電路，正確地恢復(fù)出三

41、基色信號(hào) 、 、 。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,在SECAM制中，色差信號(hào)對(duì)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(huì)對(duì)大面積的彩色產(chǎn)生影響。并且調(diào)頻信號(hào)在進(jìn)行頻率檢波時(shí)可以進(jìn)行限幅，因此SECAM制的色度信號(hào)幾乎不受幅度失真的影響，克服了NTSC制對(duì)相位失真敏感、PAL制“爬行”等缺點(diǎn)。 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(gè)國家。 限于篇幅，本書對(duì)SECAM制的編碼方式不再作詳細(xì)介紹，請(qǐng)參看有關(guān)書籍。 關(guān)于數(shù)字電視制式見第10章。,2.3 電視信號(hào)傳輸制式,作 業(yè),2-1 寫出亮度信號(hào)的方程，并說明亮度方程式中，各符號(hào)及符號(hào)前的系數(shù)表示什么意義？ 2-2 副載波 是多少？用色度信號(hào)對(duì)副載波 進(jìn)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(duì)色度信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅的目的是什么？進(jìn)行平衡調(diào)幅的目的是什么? 進(jìn)行正交平衡調(diào)幅的目的是什么? 2-5 NTSC制和PAL制對(duì)色度信號(hào)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(biāo)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(biāo)出各方塊前后的波形？,