电视原理第3章彩色电视信号的传输.ppt

第三章彩色电视信号的传输,3.1兼容制传送方式3.2正交平衡调幅3.3色度信号及NTSC制编、解码过程3.4PAL制及其编、解码过程3.5SECAM制及其编、解码过程,1,3.1兼容制传送方式,3.1.1兼容的必备条件要实现彩色与黑白电视兼容，彩色电视应满足以下基本条件:(1)所传送的电视信号中应有亮度信号和色度信号两部分。(2)彩色电视信号通道的频率特性应与黑白电视通道频率特性基本一致，而且应该有相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。,2,第三章彩色电视信号的传输,(3)彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率，相同的辅助信号及参数。(4)应尽可能地减小黑白电视机收看彩色节目时的彩色干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰。,3,第三章彩色电视信号的传输,3.1.2频带压缩实验测定表明，如果离开电视机屏幕一定距离处，能辨别出白色衬底上直径为1mm的黑色细节，那么在同样条件下，红色时底上的绿色细节部分曲直径约为2.5mm时才能开始加以辨别，在蓝色衬底上的绿色细节部分直径为5mm时才能开始加以区别。如果传送的彩色细节尺寸小于上述情况，那么人眼看到的各个细节部分只能是在亮度方面存在着差别，而无颜色部分的差异、均表现为灰色。,4,第三章彩色电视信号的传输,根据上述分析，在彩色图像传送中，只有大面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度成分，而颜色的细节部分，可以用亮度信号来取代。换言之，把三个基色中的图像信号的高频分量(对应着图像彩色细节)，可以用一个只代表亮度的信号来传送。这种方法又常称为“混合高频原理”,5,第三章彩色电视信号的传输,人眼对彩色细节的分辨力比较差，在传送彩色图像时只要传送一幅粗线条大面积的彩色图像配上亮度细节就可以了，没有必要传送彩色细节，这称为大面积着色原理。我国电视标准规定，亮度信号带宽为06MHz，色度信号带宽为01.3MHz。,6,第三章彩色电视信号的传输,由于每个基色信息中都含有亮度信息，如果直接传送基色信号，已传送的亮度信号Y(为各基色亮度总和)与所选出的两个基色所包含的亮度参量就重复了，因而使得基色与亮度之间的相互干扰也会十分严重（带宽不同）。所以通常选择不反映亮度信息的信号传送色度信息，例如基色信号与亮度信号相减所得到的色差信号(R-Y)、(G-Y)和(B-Y)，可从中选取两个代表色度的信息。因此，在彩色电视系统中，为传送彩色图像，选用了一个亮度信号和两个色差信号。,7,第三章彩色电视信号的传输,R=(R-Y)01.3+Y06=R01.3+Y1.36G=(G-Y)01.3+Y06=G01.3+Y1.36B=(B-Y)01.3+Y06=B01.3+Y1.36,最后重现彩色的三个基色信号在01.3MHz频率范围内含有彩色分量，在1.36MHz频率范围内只有亮度信号分量。,8,第三章彩色电视信号的传输,当色差信号的带宽为01.3MHz，亮度信号的带宽为06MHz时，恢复的三个基色信号为:,3.1.3频谱交错彩色电视和黑白电视采用相同的带宽，用三基色信号形成亮度信号和两个色差信号后，都放在06MHz的频带内用一个通道传送。在06MHz频带内，先选择一个频率称为彩色副载波，用两个色差信号对彩色副载波进行调制，调制后的信号称为色度信号。将得到的色度信号与亮度信号、同步信号叠加为彩色全电视信号，再去调制图像载波，称为二次调制。二次调制后的射频信号经功率放大后发射出去。,9,第三章彩色电视信号的传输,彩色副载波放在6MHz频带的高端以减少彩色干扰和亮度窜色.因为干扰花纹的显眼程度与干扰信号的频率有关，如果色度信号放在低端，干扰显示为粗线条的花纹，十分显眼，而色度信号放在高端，干扰花纹极其细密，不易被人察觉。亮度信号在高频端幅度很小，色度信号放在高端可以减少亮度信号对色度信号的干扰。,10,第三章彩色电视信号的传输,因为相邻行图像信号相关性很强和采用周期性扫描，所以黑白电视信号(亮度信号)的频谱结构是线状离散谱。亮度信号虽然占据了06MHz的频带宽度，但并未占满整个6MHz的带宽。亮度信号的能量只集中在行频fH及其谐波nfH附近很窄的范围内，随谐波次数的升高，能量逐渐下降。在(n-1/2)fH附近没有亮度信号能量，留有较大的空隙，如图3-1（a）所示。,11,第三章彩色电视信号的传输,图3-1亮度信号频谱图(a)以行频为间隔的谱线群；(b)每一谱线群结构,12,第三章彩色电视信号的传输,图3-1（b）是将nfH附近的一族谱线放大，可以看出在行频主谱线两侧有以帧频、场频为间隔的副谱线。当图像活动加快时，各副谱线之间的空隙被填满，但在(n-1/2)fH附近仍有较大的空隙，慢变化的图像频谱空隙达93%，较快变化的图像频谱空隙仍有46%，所以可以将色度信号的频谱插在亮度信号的频谱空隙中间，用一个6MHz带宽的通道同时传送亮度信号和色度信号，这种方法称为频谱交错或频谱间置。,13,第三章彩色电视信号的传输,色差信号有与亮度信号相同的频谱结构，压缩后占据较窄的频带，如图3-2（a）所示。其表现也是以行频为间隔的谱线群结构。根据副载波平衡调幅形成的色度信号也发生了频谱迁移，各谱线群出现在fSCnfH处，如图3-2（b）所示。只要选用副载频为半行频的奇数倍，即fSC=(n-1/2)fH，就能将色度信号正好插在亮度信号频谱的空隙间，如图3-2（c）所示。,14,第三章彩色电视信号的传输,图3-2频谱交错(a)色差信号频谱；(b)色度信号频谱；(c)频谱交错,15,第三章彩色电视信号的传输,频谱间置图,3.2.1信号选取要做到兼容，必须对光电传感器输出的R、G、B三个基色信号进行处理。首先用一个编码矩阵电路根据Y=0.30R+0.59G+0.11B的亮度公式编出一个亮度信号和R-Y、B-Y两个色差信号。色差信号是基色信号R、G、B与亮度信号Y之差：,3.2亮度信号与色差信号,16,第三章彩色电视信号的传输,亮度、色差与R、G、B的关系由亮度方程知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(3-2b)G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B(3-2c),17,第三章彩色电视信号的传输,在已知(R-Y)和(B-Y)的情况下，可以容易地按照下述步骤求得(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)减去式(3-3),0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0(3-5)则,18,第三章彩色电视信号的传输,接收端由矩阵电路把收到的(R-Y)和(B-Y),按式(35)恢复出(G-Y),然后再以矩阵电路使之分别与Y信号相加,从而恢复出三基色。即(R-Y)+Y=R(36a)(B-Y)+Y=B(36b)(G-Y)+Y=G(36c)在传送黑白电视信号时，因色度信号为零，R、G、B应相等。设R=G=B=Ex,则利用亮度方程可求得:,19,第三章彩色电视信号的传输,Y=0.3Ex+0.59Ex+0.11Ex=Ex(37a)R-Y=Ex-Ex=0(37b)B-Y=Ex-Ex=0(37c)这就说明，对于黑白电视信号，反映色调与饱和度(即色度)的色差信号为零，且亮度Y的电压值与三个基色电压值相等,即Y=R=G=B,20,第三章彩色电视信号的传输,比如传送饱和黄色，则可知R=G=1，B=0，其亮度信号和色差信号分别为Y=0.31+0.591+0.110=0.89R-Y=1-0.89=0.11B-Y=0-0.89=-0.89可见此时(R-Y)和(B-Y)不再为零。,21,第三章彩色电视信号的传输,用色差信号传送色度信号具有以下优点：(1)可减少色度信号对亮度信号的干扰，当传送黑白图像时，R=G=B,两个色差信号R-Y和B-Y均为零，不会对亮度信号产生干扰。(2)能够实现亮度恒定原理，即重现图像的亮度只由传送亮度信息的亮度信号决定。(3)可节省色度信号的发射功率。在彩色图像中大部分像素接近于白色或灰色，它们的色差信号为零，小部分彩色像素才有色差信号，因此发射色差信号比发射R、G、B信号需要的发射功率小。,22,第三章彩色电视信号的传输,3.2.2标准彩条亮度与色差信号的波形与特点标准彩条信号是由彩条信号发生器产生的一种测试信号。对彩色电视系统的传输特性进行测试和调整。标准彩条信号有多种规范，图32给出的波形称为“100%幅度、100%饱和度”彩条信号。对于这种规范，白条对应的电平为1(即100%)，黑条对应的电平为0，三基色信号的电平非1即0，由其显示的彩色均为饱和色。,23,第三章彩色电视信号的传输,图3-2100%幅度,100%饱和度彩条信号(a)彩条图像;(b)三基色电压;(c)亮度信号;(d)色差信号,24,表31100%幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值,25,由式(3-1)和式(3-2)可求得100%幅度，100%饱和度彩条信号中各条相应的亮度信号和色差信号电平，其值列入表3-1。,第三章彩色电视信号的传输,表3-275%幅度、100%饱和度标准彩条三基色、亮度、色差电平值,26,第三章彩色电视信号的传输,练习题,测验：1、全电视信号包含哪几部分？2、行、场同步脉冲宽度各为多少？3、行、场消隐脉冲宽度各位多少？4、黑白彩色兼容必须满足哪些基本要求？,3.3色度信号及NTSC信号编、解码过程,根据前面分析，必须将色差信号调制到副载波才能实现频谱交错，但是如何进行调制，可选择的方法不同就产生了不同的彩色电视制式。3.3.1色度信号的形成在NTSC制中，是将正交调幅与平衡调幅结合起来，将两个色差信号分别对正交的两个副载波进行平衡调幅，由此得到已调信号，称其为色度信号。,29,第三章彩色电视信号的传输,1.平衡调幅所谓平衡调幅，是指抑制载波的一种调制方式。它与普通调幅不同之处在于，平衡调幅不输出载波，现举例加以说明。设:调制信号为u=Ucost，载波信号为us=Uscosst，则调幅后形成的一般调幅波为：,30,第三章彩色电视信号的传输,(3-11),式(3-11)说明，普通调幅波的频谱是由载频s和两个边频(s+)、(s-)三个分量组成的，调幅波的波形如图3-4所示。,31,第三章彩色电视信号的传输,图3-4调幅波波形(a)调制信号;(b)载波;(c)AM波;(d)平衡调幅波,32,第三章彩色电视信号的传输,33,第三章彩色电视信号的传输,平衡调幅抑制了载波分量，使得调幅波中没有Uscosst一项，因而其表达式变为：,用一个乘法器将色差信号与载波相乘就可以得到平衡调幅波，如图3-5所示。,图3-5平衡调幅波(a)色差信号(调制信号)；(b)副载波信号；(c)平衡调幅波,34,第三章彩色电视信号的传输,35,第三章彩色电视信号的传输,由式(3-12)可以看出，平衡调幅波的特点是:(1)平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。(2)调幅信号为正值时，平衡调幅波与载波同相；调制信号电压为负值时，平衡调幅波与载波反相。,2.正交调幅将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加，从而得到的调幅信号称为正交调幅信号，这一调制方式称正交调幅。,36,第三章彩色电视信号的传输,3.色度信号的形成在将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行平衡调幅之前，先对其进行适当的幅度压缩，压缩后的色差信号分别用U和V表示，它们与压缩前的色差信号(R-Y)和(B-Y)的关系是U=0.493(B-Y)(3-13)V=0.877(R-Y)(3-14),37,第三章彩色电视信号的传输,式中，0.493和0.877称为色差信号的压缩系数。压缩后的色差信号分别对两个正交副载波sinSCt和cosSCt进行平衡调幅，从而得到两个平衡调幅信号FU=UsinSCt(3-15)FV=VcosSCt(3-16)这两个平衡调幅信号频率相等，相差90,保持着正交关系，将二者相加便得到正交平衡调幅的色度信号F=UsinSCt+VcosSCt(3-17),38,第三章彩色电视信号的传输,F常被称为已调色差信号或色度信号。F亦可用矢量表示，称彩色矢量，如图3-6所示。由图3-6可见,色度信号的振幅和相角分别为,39,第三章彩色电视信号的传输,图36彩色矢量图,40,第三章彩色电视信号的传输,图37正交平衡调幅色度信号形成方框图,41,第三章彩色电视信号的传输,3.3.2同步检波原理同步检波可解调出色差信号，还可由数学分析加以证明。对于U同步检波，色度信号F与sinSCt相乘:,(3-20),42,第三章彩色电视信号的传输,式中U/2是解调出的色差信号。频带为01.3MHz，其余项是副载波的谐波分量，频率为8.68MHz，很容易用滤波器滤出，从而得到色差信号。同步检波原理方框图如图3-8所示。,43,第三章彩色电视信号的传输,图38同步检波原理方框图,44,3.3.3色同步信号,由于检波原理可知，要实现同步解调，关键是要有一个与色差信号调制时的副载波同频、同相的恢复副载波。由于色度信号中副载波已被平衡调制器所抑制，所以在彩色电视接收机中要设置一个副载波产生电路。为保证所产生的副载波与发端的副载波同频同相，需要发端在发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发端副载波频率与相位信息的信号，即色同步信号。共电视接收机作为参考。,45,第三章彩色电视信号的传输,图3-9NTSC制色同步信号,色同步信号是9个周期左右的、振幅和相位都恒定不变的副载频群，放在行消隐后肩。如图3-9所示，距行同步前沿5.6s，幅度为0.30V9mV，宽度为2.25s230ns，由91个副载波频率的正弦波组成，其相位与U轴反相。,第三章彩色电视信号的传输,46,色同步信号的幅度与同步脉冲幅度相等，若以h表示同步脉冲幅度，Fb表示色同步信号,则色同步信号与彩色电视信号一起传送到接收端，彩色电视机将其从彩色全电视信号中分离出来，由此去控制接收机的副载波发生器，使之产生与发送端副载波同频、同相的恢复副载波。,(3-21),47,第三章彩色电视信号的传输,图3-9同步检波器波形分析,48,彩色全电视信号的形成过程。,3.3.4NTSC制编、解码过程,NTSC制得名于美国NationalTelevisionSystemCommittee(国家电视制委员会)，这一制式是在正交平衡调制之前，将被压缩的色差信号U、V又进行了一定的变换，从而产生了I，Q信号，这样做可以对信号进一步压缩。一、I、Q色差信号对视觉特性研究表明，人眼对红、黄之间颜色的分辨力最强，而对蓝、品之间颜色的分辨力最弱。,49,第三章彩色电视信号的传输,50,通过几何关系不难推得它们之间有如下关系:Q=Ucos33+Vsin33I=U(-sin33)+Vcos33(3-25),第三章彩色电视信号的传输,图3-10Q、I轴和U、v轴的关系,利用亮度方程及式U=0.493(B-Y)和式V=0.877(R-Y)结合式Q=Ucos33+Vsin33I=U(-sin33)+Vcos33关系可求出Q、I与三基色R、G、B的关系为:Y=0.30R+0.59G+0.11B(3-26)Q=0.21R-0.52G+0.31B(3-27)I=0.60R-0.28G-0.32B(3-28),51,第三章彩色电视信号的传输,二、NTSC制编、解码方框图NTSC制编、解码方框图分别如图3-15和图3-16所示。编码器中，矩阵电路按式(3-26)式(3-28)对R、G、B信号进行线性组合，从而产生I、Q和Y信号。载波形成电路分别输出相位为33、123、180的三个副载波，供Q调制器、I调制器和色同步平衡调制器之用。,52,第三章彩色电视信号的传输,53,第三章彩色电视信号的传输,3-11NTSC制编码方框图,54,第三章彩色电视信号的传输,图3-12NTSC制解码方框图,三、NTSC制的主要参数及性能1.主要参数对于NTSCM(美国制式)，场频fV=59.94Hz(60Hz);行频fH=525fV/2=15.734kHz;每帧525行;图像信号标称带宽为4.2MHz;伴音与图像载频之差为4.5MHz;彩色副载波频率fSC=3.57954506MHz。彩色全电视信号频谱如图313所示。,55,第三章彩色电视信号的传输,图313NTSC制彩色全电视信号频谱,56,第三章彩色电视信号的传输,2.主要性能(1)现有的三种兼容制彩色电视制式中，NTSC制色度信号组成方式最为简单,因而解码电路也最为简单，易于集成化,特别是，在许多场合需要对电视信号进行各种处理，因而NTSC制在实现各种处理也就简单。(2)NTSC制中采用1/2行间置，使亮度信号与色度信号频谱以最大间距错开，亮度串色影响因之减小，故兼容性好。,57,第三章彩色电视信号的传输,(3)NTSC制色度信号每行都以同一方式传送，与PAL制和SECAM制相比，不存在影响图像质量的行顺序效应。(4)采用NTSC制一个最严重的问题，就是存在着相位敏感性，即存在着色度信号的相位失真对重现彩色图像的色调的影响。,58,第三章彩色电视信号的传输,3.4PAL制及其编、解码过程,NTSC制根据人眼的视觉特性，采取了一些措施，较好地解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题，电视接收电路简单，图像质量较高等优点。但是NTSC制一个最严重的问题，就是存在着相位敏感性，即存在着色度信号的相位失真对重现彩色图像的色调的影响。,59,第三章彩色电视信号的传输,PAL是PhaseAlternationLine(逐行倒相)的缩写。它是对色度信号采用正交平衡调幅的基础上，使其中一个色度分量(FV分量)逐行倒相。,PAL的基本出发点是，在发端周期性的改变彩色相序，而在收端采取平均措施，这样可以减轻相位误差带来的影响，目前这种制式是世界上使用的国家和地区是最多的。3.4.1相位失真的概念及影响彩色电视机不可能完全正确地重现原景物的亮度、饱和度和色调，因而存在着失真。彩色图像的失真有亮度失真、饱和度失真和色调失真。,60,第三章彩色电视信号的传输,其中，亮度失真主要影响景物的层次，饱和度失真则改变视色的深浅程度，而色调失真会造成景物的颜色改变，在以上三种失真中，人眼对色调的失真最为敏感。实践证明，要使人眼感觉不到色调畸变，相位失真应小于5o，也就是说，在矢量图上，各种彩色偏离正确的位置的角度不能大于5o,如果超出这个范围，人眼就可觉察到色调失真，因此，NTSC制彩色电视系统对整个传输通道的非线性提出了十分严格的要求，彩色电视信号的传送是通过光缆、微波接力、卫星转播等进行传输。,61,第三章彩色电视信号的传输,在NTSC制式系统中，总的相位失真要求必须限制在50范围内，这一点十分困难。解决办法：一、提高传输技术，以减小相位失真，目前因技术的发展，传输技术得以提高，色调失真减小了。二、改进制式，由此产生了PAL制，它就是为解决相位敏感性而发展起来的。,62,第三章彩色电视信号的传输,3.4.2PAL制色度信号PAL制获得色度信号的方法，也是先将三基色信号R、G、B变换为一个亮度信号和两个色差信号，然后再用正交平衡调制的方法把色度信号安插到亮度信号的间隙之中，这些与NTSC制大体相同。PAL制色度信号的数学表达式为:F=FUFV=UsinSCtVcosSCt=Fmsin(SCt+)(329),63,64,注意：逐行到相并非将整个色度信号倒相，也不是指行扫描的方向逐行改变，而是将产生其中的一个色度分量的副载波相位逐行改变1800,式(3-29)中的号表示：第n行(因为这一行与NTSC制一样，又称NTSC行)取正号，通常用矢量Fn表示；第n+1行(又称PAL行)取负号，通常用矢量Fn+1表示。如图3-14所示。,第三章彩色电视信号的传输,Fm决定所传彩色的饱和度，角度决定了彩色的色调。,图314隔行扫描逐行倒相的正负号改变规律(a)奇数帧;(b)偶数帧,65,第三章彩色电视信号的传输,假设第n行和第n+1行彩色相同，例如彩条信号，因为Fn和Fn+1的FU分量是同相的，仅FV分量倒了相，所以Fn+1应是Fn以U轴为基准的一个镜像，图3-15(a)以紫色为例画出了这种情况。图3-15(b)则是整个彩条矢量图逐行倒相的情况，其中实线表示NTSC行，虚线表示PAL行。接收机为了按色度信号原来的相位正确重现色调，必须将倒相的PAL行色度信号Fn+1再重新倒回到Fn的位置上来。,66,第三章彩色电视信号的传输,图315逐行倒相色度信号矢量图(a)任一色调的色度信号;(b)彩条矢量逐行倒相情况,67,第三章彩色电视信号的传输,图316逐行倒相实现框图,68,第三章彩色电视信号的传输,图317逐行倒相波形关系(a)半行频方波;(b)90移相后的副载波(c)逐行倒相输出副载波,69,第三章彩色电视信号的传输,色度信号的频谱色度信号FV分量逐行倒相后，使色度信号的频谱结构发生了变化，其中FU分量与倒相无关，它的主谱线位置未变，仍以行频fH为间距，对称分布在副载波fsc的两旁，如图3-18（a）所示，FU分量的主谱线位置为fscnfH（n=1、2、3）。色度信号FV的主谱线由于逐行倒相，位置发生了变化。的主谱线分布在,70,，所以FV的主谱线，刚好和FU差半个行频。如图3-18（b）所示。,第三章彩色电视信号的传输,图318PAL色度信号频谱(a)FU分量频谱;(b)FV分量频谱;(c)色度信号F的频谱,71,第三章彩色电视信号的传输,PAL制中将色度信号的FV分量逐行倒相，可以使相邻两行的相位失真互补，以减少色调畸变。由于第n行与第n+1行在屏幕上是上下紧挨着的，所以假设第n行和第n+1行彩色相同，因此色度信号Fn和Fn+1以u轴对称。如彩条信号，某位置是紫色，设第n行(NTSC行)传送的是Fn矢量，它在第一象限，相角=61，如图3-19所示，第n+1行(PAL行)由于FV分量倒了相，因此所传送的Fn+1矢量便到了第四象限，相角=-61；,72,3.4.3PAL制克服相位敏感性的原理,第三章彩色电视信号的传输,图3-19相邻两行相位失真互补,73,第三章彩色电视信号的传输,在接收机中，为了能正确地重现原来的色调，解调时必须采取相应的措施，把PAL行色度信号分量重新倒过来。即PAL开关要将倒了相的Fn+1重新倒回到Fn的位置，当传输通道中不产生相位失真时，Fn和Fn+1矢量的位置不变，所以在接收机的荧光屏上最终显示出原来的紫色；,74,第三章彩色电视信号的传输,当传输通道中存在相位失真时，第n行的矢量Fn产生了一个正的相移，即变成了Fn矢量，则Fn不再是紫色，而是紫偏红。第n+1行为倒相行，由于n+1行和n行的色度信号是在同一通道中传送的，具有相同的相移，因此Fn+1矢量也产生一个正的相移,变成了Fn+1矢量。,75,第三章彩色电视信号的传输,Fn+1矢量经接收机中PAL开关倒回到第一象限为Fn+1矢量，Fn+1矢量比Fn矢量的相角滞后,它的颜色为紫偏蓝，接收机最终获得的色度信号是第n行为Fn矢量(紫偏红)，第n+1行为Fn+1矢量(紫偏蓝)。接收机中再采用一行延时线把前一行的色度信号延迟后与本行的色度信号相加，即将矢量Fn和Fn+1合成、平均，就能使相邻两行有相反方向色调畸变的色度信号相互补偿，得到的将是无色调畸变的紫色。,76,第三章彩色电视信号的传输,PAL制对相位补偿的过程演示,3.4.4PAL制副载波的选择在彩色广播电视系统中，亮度信号和色度信号必须共同占用与黑白电视信号相同的信号带宽。由此确定副载波的频率选择的原则：应使亮度信号与色度信号频谱的主谱线彼此错开；此外，应尽量选择频率较高的副载波，以减小副载波的谐波干扰。但又不能使调制后的已调色差信号的上边带超出6MHz的范围。,77,第三章彩色电视信号的传输,副载波的谱线具体选择：由前面分析我们知道，PAL制中已调色调差信号FU与FV频谱的主谱线不是占有相同的位置，而是彼此错开半个行频，即它们的间距是fH/2，如图3-20（a）所示。如果将副载波频率选择为与整数倍行频差半行，即采用1/2行间置，必然导致FV的主谱线与亮度信号的主谱线重合，如图3-20（b）所示这样会造成亮度信号与色度信号严重串扰。,78,第三章彩色电视信号的传输,图320PAL副载波选择分解图(a)PAL色度信号频谱图;(b)1/2行间置时的频谱结构;(c)1/4行间置时的频谱结构,79,第三章彩色电视信号的传输,如果选择fsc既不等于行频的整数倍，也不选择1/2行间置，而是做如图3-20（c）那样的选择，即令nfH位于(fsc+fH/2)之间，这样就可以使亮度信号与色度信号分量的频谱相互错开，那么nfH应满足下述关系。,（3-32）,80,第三章彩色电视信号的传输,从而求出:,对于行频为15625Hz，场频为50Hz，标称视频带宽为6MHz的系统，根据选择fSC尽量高的原则，可取式(332)中n=284，这样可以求得副载波频率为283.75fH。,81,MHz,实际的PAL制彩电副载波为:,第三章彩色电视信号的传输,行频间置频谱分布图,增加25Hz的目的在于使色度信号与亮度信号的副频谱线之间的间距增大到3倍，减轻副载波的光点干扰的可见度，同时对改善色度信号与亮度信号的以场频为间隔的副频谱线之间的交错情况有重要的作用，也就是说，它是进一步减小亮度、色调干扰的有效措施。,82,第三章彩色电视信号的传输,3.4.5PAL制编、解码过程1.PAL制编码器及编码过程所谓编码，就是把三基色电信号R、G、B编制成彩色全电视信号FBAS的过程，编码器就是用来编码的电路。PAL制编码器的方框图如图321所示。,83,第三章彩色电视信号的传输,图321PAL制编码器方框图,84,第三章彩色电视信号的传输,85,光电传感器送来的三基色信号R、G、B通过矩阵电路产生亮度信号Y和压缩了的色差信号U和V。为了压缩色差信号带宽，让U、V信号通过低通滤波器，滤除1.3MHz以上的高频信号，然后分别混入不同极性的K脉冲，以便在彩色全电视信号中产生色同步信号。带有K脉冲的带宽为1.3MHz的U、V信号送入U和V平衡调幅器，对零相位的副载波和90的副载波进行平衡调幅，输出的FU和FV分量在线性相加器叠加得到有色同步信号的色度信号F。,第三章彩色电视信号的传输,86,为了减少色度信号对亮度信号的干扰，将Y信号通过一个中心频率为fSC、带宽为400kHz的-6dB陷波器。然后，在亮度信号中混入复合同步和复合消隐信号。亮度通道的带宽为6MHz，色度通道的带宽为1.3MHz，由于通道延迟时间与带宽成反比，亮度信号延迟小于色差信号延迟，色度信号落后于亮度信号0.6s，亮度信号如果不延时则造成彩色镶边现象。,目前单片编码器集成电路有很多型号，如日立公司的HA11883MP、Sony公司的CX20055等广播级编码器，Motorola公司的MC1377、Philips公司的TDA8501等编码器。这些编码器只要附加少量器件就能组成PAL制编码器。,87,第三章彩色电视信号的传输,因此将亮度信号延迟0.6s使亮度信号和色度信号在时间上一致。色度信号F与亮度信号Y在线性相加器叠加输出彩色全电视信号。,作业：PAL制电视是如何克服相位敏感性的？,第三章彩色电视信号的传输,88,2、PAL制解码器及解码过程解码器的种类很多，有简单解码器PALS、锁相解码器PALN、延迟解码器PALD，其中，延迟解码器应用较为广泛。具体解码过程如图3-22所：（1）亮度信号和色度信号的分离中、小屏幕彩色电视机用频带分离法把彩色全电视信号分离为亮度信号和色度信号。彩色全电视信号经4.43MHz陷波器滤去色度信号，得到亮度信号；彩色全电视信号用一个中心频率为4.43MHz,带宽为2.6MHz的带通滤波器选出色度信号。,89,图323Y与F的分离原理、波形及频谱,90,第三章彩色电视信号的传输,91,图3-22PAL解码器方框图,频带分离法简单、成本低，但亮度和色度分离不干净，图像质量易受影响；大屏幕彩色电视机改用频谱分离法，用梳状滤波器实现亮度和色度的分离。,92,第三章彩色电视信号的传输,（2）色度信号的两个分量FU、FV的分离色度信号的两个分量FU、FV是用频谱分离法分离的。由于FV的逐行倒相，主谱线和FU的主谱线正好错开半个行频，因此可以用梳状滤波器进行频率分离。,93,第三章彩色电视信号的传输,梳状滤波器，每隔一个行频有一个最大传输点；每两个最大传输点的中心是吸收点，两个吸收点的间距也是一个行频。这样的两个输出对应的最大传输点与吸收点互相交错。,梳状滤波器由一行延迟线、加法器和减法器组成，如图3-24所示。,梳状滤波器频谱特性,图3-24梳状滤波器组成,延时线的延时过程,当色度信号加到梳状滤波器的输入端后，信号分成两路：一路直接送到加法器和减法器，称为直通信号；另一路通过延时线延迟63.943s后送到加法器和减法器，称为延时信号，延时信号比直通信号延迟283.5个副载波周期，相位滞后180。,94,第三章彩色电视信号的传输,95,第三章彩色电视信号的传输,延时线延迟时间d应选择得既非常接近行周期(64s)，以便相加、减时是相邻行相应像素间的加或减；而又必须为副载波半周期的整数倍，以保证延时前、后色度信号副载波相位相同(0)或相反(180)。,根据fSC=283.75fH+25Hz的关系，可以得到行周期TH与副载波周期TSC之间的关系为,(3-33),因此,d可选择为副载波半周期TSC/2的567倍或568倍。通常选择d为,即延时线输出的副载波信号与输入副载波信号相位相反。将fSC=4.43361875MHz代入式(334)求得,96,96,第三章彩色电视信号的传输,(3-34),设输入到梳状滤波器的第n行色度信号为F(n)=UsinSCt+VcosSCt=FU+FV(3-35)则第n+1行色度信号必然为Fn+1=UsinSCt-VcosSCt=FU-FV(3-36),97,第三章彩色电视信号的传输,根据d的选择知，延时前与延时后的副载波相位相反，若以Fn-1、Fn分别表示经延时后的相应行的色度信号，则Fn-1=-Fn-1=-(UsinSCt-VcosSCt)=-FU+FV(337)Fn=-Fn=-(UsinSCt+VcosSCt)=-FU-FV(338),98,第三章彩色电视信号的传输,由此可以求得，第n行输入时，相加电路输出为Fn+Fn-1=(FU+FV)+(-FU+FV)=2FV(339)相减电路的输出为Fn-Fn-1=(FU+FV)-(-FU+FV)=2FU(340),99,第三章彩色电视信号的传输,同理，在第n+1行输入时，相加电路和相减电路分别输出为:Fn+1+Fn=-2FV(341)Fn+1-Fn=2FU(342)依次类推。由式(339)式(342)明显地看出，梳状滤波器有效地分离了两个色度分量FU与FV。图325说明了梳状滤波器的频率特性及分离前后的波形及频谱。,100,第三章彩色电视信号的传输,图3-25FU与VV的分离,101,第三章彩色电视信号的传输,所以色度信号一行一行地送到梳状滤波器的输入端，从加法器输出逐行倒相的FV分量，从减法器输出FU分量。可以证明加法器和减法器的输出幅频特性具有正弦全波整流的波形，在某些频率上信号全通过，在某些频率上信号被阻止，通过和被阻止的频率以半行频之差在频率轴上以梳齿状交错，这与PAL制色度信号FU、FV分量的频谱相同，所以梳状滤波器能有效地将FU、FV信号分离。,102,第三章彩色电视信号的传输,FU、FV分离的原理,103,（3）色同步信号和色度信号的分离可以用时间分离法分开色同步信号和色度信号。行同步脉冲前沿延迟5.6s产生宽度为2.26s的门控脉冲，在时间上正好对齐色同步信号；用两个门电路在门控脉冲控制下交替导通来实现时间分离，如图3-26所示。门控脉冲无效时，色同步消隐门导通，得到色度信号。门控脉冲有效时，色同步消隐门关断，以阻止色同步信号窜入色度信号；色同步选通门导通，选出色同步信号。,104,第三章彩色电视信号的传输,图3-26色同步信号与色度信号的分离,105,第三章彩色电视信号的传输,3.4.6PAL制的主要性能特点根据以上分析，可以对PAL制的性能作如下小结。(1)克服了NTSC制相位敏感的缺点。(2)PAL制采用1/4行间置再加25Hz确定副载波，有效地实现了亮度信号与色度信号的频谱交错，因而有较好的兼容性。(3)梳状滤波器在分离色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了3dB，从而使彩色信噪比提高了3dB。(4)由于NTSC制是1/2行间置，PAL制为1/4行间置，PAL制式编解码比NTST制复杂。,106,第三章彩色电视信号的传输,(5)存在行顺序效应，即“百叶窗”效应。产生行顺序效应的内因是色度信号逐行倒相，外因是传输误差或解码电路中的各种误差。上述原因都会引起FU与FV二分量互相串扰，又因串扰也是逐行倒相的，造成相邻两行间较大亮度差异。,107,第三章彩色电视信号的传输,3.5SECAM制及其编、解码过程,3.5.1SECAM制的主要特点SECAM制是法国工程师亨利弗朗斯于1956年提出的，也是为了克服NTSC制的相位敏感性而研制的。SECAM制根据时分原则，采用逐行顺序传送两个色差信号的办法，在传输通道中无论什么时间只传送一个色差信号，这样就彻底解决了两个色度分量相互窜扰的问题。,108,(1)在NTSC和PAL制中，两个色度信号是同时传送的。(2)SECAM制中，发送端对(R-Y)和(B-Y)两个色差信号采用了行轮换调频的方式。(3)为了传送两个色度分量，就必须采用两个副载波频率。(4)SECAM制逐行轮换传送色差信号，使彩色垂直清晰度下降。对有垂直快速运动的画面，其影响将有所反映。,109,第三章彩色电视信号的传输,SECAM制的亮度信号是每行都传送，两个色差信号则是逐行顺序传送的。每一行是亮度信号与一个色差信号同时传送。在SECAM制中，色度信号的传送采用调频方式，两个色差信号则分别对两个不同频率的副载波进行频率调制，这样做可使传输中引入的微分相位失真的影响较小。在接收机中，调频信号在鉴频前先进行限幅，所以幅度失真的影响也很小。由于对色差信号可以直接进行鉴频，不像PAL制需要恢复彩色副载波，因此SECAM制的色同步信号是一个行顺序制信号，在场消隐期间后均衡脉冲之后9行内传送。,110,SECAM制编码对色度信号有两次预加重处理:第一次对视频色差信号进行视频预加重;第二次对已调副载波进行高频预加重。视频预加重使幅度较小的高频分量得到较多的提升，能提高高频分量的信噪比。高频预加重使传送多数浅色图像时副载波幅度减小，从而降低了干扰光点的可见度。,111,第三章彩色电视信号的传输,3.5.2SECAM制编、解码器的方框图SECAM制编码器如图3-27所示。由图可见，经校正的三基色信号R、G、B送入矩阵电路进行线性组合和幅度加权，形成亮度信号Y和两个加权色差信号DR和DB。其中，DR=-1.9(R-Y)、DB=1.5(B-Y)。DR式中的负号，表示在对副载波调频时，正的(R-Y)将引起负的频偏。,112,第三章彩色电视信号的传输,图3-27SECAM制编码器方框图,113,第三章彩色电视信号的传输,图3-28SECAM制解码电路方框图,114,SECAM制的特点是：传输失真的影响小，大面积彩色几乎不受微分增益和微分相位失真的影响，微分增益容限可达60%，微分相位容限可达40。SECAM制接收机比NTSC制复杂，但比PAL制简单；兼容性比NTSC制和PAL制差，因为色差信号为零时仍有副载波，这样会对亮度信号产生干扰；在正确传送彩色方面，比NTSC制和PAL制都好。法国、前苏联地区和东欧一些国家均采用SECAM制。,115,第三章彩色电视信号的传输,思考题和习题,1.填空题(1)我国电视