第2章彩色电视制式及彩色电视信号

1、电视原理与现代电视系统电视原理与现代电视系统第第1章章 电视基础知识电视基础知识第第2章章 彩色电视制式与彩色电视彩色电视制式与彩色电视信号信号 第第3章章 广播电视系统广播电视系统第第4章章 电视接收系统电路分析电视接收系统电路分析 第第5章章 有线电视系统有线电视系统第第6章章 数字电视与高清晰度电视数字电视与高清晰度电视 绪绪 论论第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号2.1 兼容制传送方式兼容制传送方式2.2 标准彩条信号标准彩条信号2.3 色度信号与色同步信号色度信号与色同步信号2.4 NTSC制色差信号及编、解码过程制色差信号及编、解码过程2.5 PAL制

2、及其编、解码过程制及其编、解码过程2.6 SECAM制及其编、解码过程制及其编、解码过程2.1 兼容制传送方式兼容制传送方式 兼容兼容：彩色电视机：彩色电视机接收和显示黑白图像接收和显示黑白图像逆向兼容；逆向兼容； 黑白电视机黑白电视机接收彩色显示黑白图像接收彩色显示黑白图像正向兼容。正向兼容。 2.1.1 兼容的必备条件兼容的必备条件 （1）彩色电视信号包含）彩色电视信号包含亮度信号亮度信号和和色度信号色度信号。 （2） 相同的频带宽度、图像载频和伴音载频相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。 （3） 相同扫描制式相同扫描制式（方式、扫描频率及参数）。（方式、扫描频率及参数）。 （4） 尽可能

3、地尽可能地减小色度信号对亮度信号的干扰减小色度信号对亮度信号的干扰。 第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号 2.1.2 亮度与三基色信号的关系：亮度与三基色信号的关系： 对彩色景物摄取分别得到三基色电信号对彩色景物摄取分别得到三基色电信号E ER R、E EG G、E EB B, ,其重现的亮度是符合亮度方程：其重现的亮度是符合亮度方程： EY= 0.30ER+ 0.59EG+ 0.11EB 不论明亮程度如何不论明亮程度如何, , 对于黑白图像对于黑白图像, , 三基色信号三基色信号值相等且与亮度信号相同。值相等且与亮度信号相同。 如果三基色分量不相等如果三基色分量

4、不相等, , 三基色信号的比例三基色信号的比例色调色调, ,三基色分量亮度之和三基色分量亮度之和亮度。亮度。 ER、 EG、 EB、 EY四种信号只有三种独立四种信号只有三种独立, 已知已知任意三种任意三种, , 就可通过加减法矩阵电路来合成第四种。就可通过加减法矩阵电路来合成第四种。 2.1.3 2.1.3 色度信号的编码传输色度信号的编码传输一、一、 色度信号的编码色度信号的编码彩色电视信号彩色电视信号 = = 亮度信号亮度信号 + + 两种基色信号两种基色信号 =兼容兼容 。 缺点：即亮度信号缺点：即亮度信号 Y Y 和两个基色分别包含有亮度信息和两个基色分别包含有亮度信息, , 多余多

5、余, , 且在传输过程中易干扰且在传输过程中易干扰Y Y信号。信号。 措施措施 =对基色信号进行编码对基色信号进行编码, , 即即从基色信号中减去亮从基色信号中减去亮度信号度信号, , 编码后的信号编码后的信号称为称为色差信号色差信号。 R-Y = 0.7R - 0.59G - 0.11B B-Y = -0.3R- 0.59G - 0.89B G-Y = -0.3R+ 0.41G- 0.11B 三个色差信号中三个色差信号中只有两个是独立的只有两个是独立的， 第三个可以第三个可以由另外两个得到，只要选择两个色差信号就可以代表由另外两个得到，只要选择两个色差信号就可以代表色度信号。色度信号。 由于

6、由于G-YG-Y信号数值较小信号数值较小, , 对改善信杂比不利对改善信杂比不利, , 同时同时可由简单的电阻矩阵实现可由简单的电阻矩阵实现R-Y, B-YR-Y, B-Y和和G-YG-Y的变换的变换, , 所以所以, , 通常传送通常传送 Y, R-YY, R-Y和和B-YB-Y, , 其中其中Y Y代表亮度信息代表亮度信息, R-Y, , R-Y, B-YB-Y代表色度信息。代表色度信息。二、二、 传送色差信号的优点传送色差信号的优点; 1.兼容效果好兼容效果好; 可减少色度信号对亮度信号的干扰可减少色度信号对亮度信号的干扰, , 当传送黑白图像时当传送黑白图像时, , R R= =G G

7、= =B B, , 两个色差信号（两个色差信号（R R- -Y Y）和（和（B B- -Y Y）均为零，不会对亮度信号均为零，不会对亮度信号产生干扰。因此产生干扰。因此, , 黑白电视机只接收彩色电视台中的黑白电视机只接收彩色电视台中的Y Y信号信号, , 其效其效果与收看黑白电视台一样果与收看黑白电视台一样, , 不受色差信号的干扰不受色差信号的干扰, , 能正常重现原能正常重现原图像的亮度图像的亮度, , 所以所以, , 其兼容效果好。其兼容效果好。2. 可节省色度信号的发射功率；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，它们的色差信在彩色图像中大部分像素接近于白

8、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，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因此发射色差信号比发射射R R、G G、B B信号需要的发射功率小。信号需要的发射功率小。 3. 3. 能够实现恒定亮度原理能够实现恒定亮度原理; ; 恒定亮度原理恒定亮度原理: : 被摄景物的亮度被摄景物的亮度, , 在传输系统是线性的前提条件在传输系统是线性的前提条件下均应保持恒定下均应保持恒定, , 与色差信号失真与否无关与色差信号失真与否无关, , 只与亮只与亮度信号本身的大小有关。度信号本身的大小有关。 验证验证: 假设某紫红色假设某紫红色, 其其 R = 0.7V,

9、G = 0.4V, B = 0.5V, 则则可求得可求得Y=0.5V, 那么那么 R-Y=0.7-0.5=0.2V B-Y=0.5-0.5=0V传送至接收端，传送至接收端， 合成绿色差信号合成绿色差信号: 正常时正常时 G-Y = 0.51(R-Y) 0.19( B-Y）= 0.102v G = （G-Y）+Y= -0.1+0.5 = 0.4V 故恢复亮度与故恢复亮度与Y= 0.30R+0.59G+0.11B = 0.5 V与与Y值相同。值相同。 受干扰时受干扰时 （正常时（正常时R=0.7V,G=0.4V,B=0.5VR=0.7V,G=0.4V,B=0.5V） 假设受干扰，使得：假设受干扰，

10、使得： Y Y信号信号为为 0.5V0.5V（未变）（未变） 红色差红色差变为变为 0.3V0.3V 蓝色差蓝色差变为变为 0.2V0.2V 则：合成的绿色差则：合成的绿色差变为变为-0.191V-0.191V 那么那么 ，恢复后，恢复后 R= 0.3 + 0.5 = 0.8VR= 0.3 + 0.5 = 0.8V G= -0.191 + 0.5 = 0.309V G= -0.191 + 0.5 = 0.309V B= 0.2 + 0.5 = 0.7 V B= 0.2 + 0.5 = 0.7 V Y= 0.30R+ 0.59G+ 0.11B = 0.5 V显然色调有失真显然色调有失真, , 红

11、色更加偏紫了红色更加偏紫了, , 亮度信号亮度信号YY仍然为仍然为0.5V, 0.5V, 色差信号的失真不会影响亮度色差信号的失真不会影响亮度, , 由于此由于此, , 使得兼容性得到使得兼容性得到改善。改善。4. 有利于高频混合有利于高频混合; 人眼对彩色细节的分辨力比较差人眼对彩色细节的分辨力比较差， 在传送彩色图像在传送彩色图像时只要传送一幅粗线条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，这称为可以了，没有必要传送彩色细节，这称为大面积着色原理大面积着色原理。 传送亮度信号传送亮度信号-带宽带宽6MHz;6MHz; 传送

12、色度信号传送色度信号-频带频带1.3MHz1.3MHz； 那么：那么： 恢复恢复三基色信号三基色信号: :只含只含低频率成分低频率成分 -大面积的色调大面积的色调（轮廓）（轮廓）； 图像的细节图像的细节: :即高频成分即高频成分-则由亮度信号来补充则由亮度信号来补充。 大面积着色原理大面积着色原理 人眼对亮度细节的分辨力远高于对彩色的分辨力人眼对亮度细节的分辨力远高于对彩色的分辨力，因因此，当观察图像细节时，人眼只感觉到亮度的差别，而不此，当观察图像细节时，人眼只感觉到亮度的差别，而不能感觉到色度有差别。所以能感觉到色度有差别。所以亮度信号需要用宽带传送亮度信号需要用宽带传送，以，以保证图像有

13、足够高的保证图像有足够高的清晰度清晰度，而而色度信号可以采用窄带信色度信号可以采用窄带信号传送号传送，这样，在重现图像中，这样，在重现图像中，细节是黑白的，大面积上细节是黑白的，大面积上才有彩色才有彩色，这就叫，这就叫大面积着色原理大面积着色原理。亮度信号、色差信号形成电路亮度信号、色差信号形成电路EY= 0.30ER+ 0.59EG+ 0.11EB 2.1.4 频带压缩与频谱间置频带压缩与频谱间置 为什么要压缩频带？为什么要压缩频带？ 原因一：若不压缩，原因一：若不压缩，6MHz3=18MHz，总频带过宽，总频带过宽, 资源浪资源浪费，技术上有困难；费，技术上有困难； 原因二：原因二：无法实

14、现兼容无法实现兼容（黑白电视信号带宽为（黑白电视信号带宽为6MHz） = 必须必须压缩频带宽度压缩频带宽度 =色度信号带宽为色度信号带宽为01.3 MHz。 当色差信号的带宽为当色差信号的带宽为01.3 MHz， 亮度信号的带宽为亮度信号的带宽为06 MHz 时，时， 恢复的三个基色信号为恢复的三个基色信号为: R = (R-Y) 01.3+ Y06 = R01.3+Y1.36 G = (G-Y) 01.3 + Y06 = G01.3+ Y1.36 B = (B-Y) 01.3 + Y06 = B01.3+ Y1.36 色差信号的频带虽经压缩色差信号的频带虽经压缩, 但仍与频带宽度为但仍与频带

15、宽度为6MHz的亮度信号的亮度信号部分部分重叠重叠, 这样不仅互相干扰这样不仅互相干扰, 而且接而且接收端也无法将它们区分开。收端也无法将它们区分开。 = 频谱间置频谱间置 频谱间置可行性：频谱间置可行性： 电视图像信号电视图像信号周期性周期性=亮度信号的频谱结构亮度信号的频谱结构是是线状离散谱线状离散谱。 亮度信号虽然占据了亮度信号虽然占据了0 06 MHz6 MHz的频带宽度，的频带宽度， 但并但并未占满整个未占满整个6 MHz 6 MHz 的带宽。的带宽。 亮度信号的能量只集中在行频亮度信号的能量只集中在行频f fH H及其谐波及其谐波nfnfH H附近附近很窄的范围内很窄的范围内，随谐

16、波次数的升高，随谐波次数的升高， 能量逐渐下降。能量逐渐下降。 在在( (n n-1/2)-1/2)f fH H附近没有亮度信号能量，附近没有亮度信号能量，留有较大的留有较大的空隙。空隙。 亮度信号频谱图 色度信号色度信号同亮度信号一样同亮度信号一样, , 具有同样的具有同样的周期性周期性, , 因为因为它也是按同一帧频和行频扫描出来的它也是按同一帧频和行频扫描出来的, , 所以所以色度信号的谱色度信号的谱线也是一群一群的离散谱线也是一群一群的离散谱, , 群与群之间的群与群之间的间距也是行频间距也是行频。 = 可以在亮度信号的频谱间隙里可以在亮度信号的频谱间隙里穿插穿插色度信号的频色度信号的

17、频谱，可以使它们谱，可以使它们相互错开。相互错开。 实现方法：实现方法： 将色差信号进行一次将色差信号进行一次调制调制, 只要适当选择其调制载只要适当选择其调制载频便可使已调色差信号的频谱与亮度信号频便可使已调色差信号的频谱与亮度信号频谱交错频谱交错。 色差信号调制所用载波信号色差信号调制所用载波信号称为称为副载波副载波。 选择：选择：fSC = 4.433 618 75 MHz =283.5 fH。 因此因此, 可将色差信号频谱搬到亮度频谱间隔的中央可将色差信号频谱搬到亮度频谱间隔的中央, 便于分离便于分离, 合理使用了合理使用了6MHz的频带的频带, 有利于兼容。有利于兼容。 色度信号放在

18、亮度信号色度信号放在亮度信号高端高端可以可以减少减少亮度信号对亮度信号对色度信号的色度信号的干扰（干扰（因高端因高端能量较低）能量较低）。频谱交错2.1.5 彩色电视信号频域图彩色电视信号频域图 彩色全电视信号：彩色全电视信号： FBAS = 黑白全电视信号黑白全电视信号 + 色度信号色度信号 彩色电视全射频电视信号彩色电视全射频电视信号 = FBAS + 高频伴音信号高频伴音信号满足满足兼容性：兼容性： 频带宽度和频道划分频带宽度和频道划分与黑白电视完全一样与黑白电视完全一样, 仅在高仅在高频端色差信号对副载波是双边带调幅频端色差信号对副载波是双边带调幅, 色度信号与亮度色度信号与亮度信号频

19、谱交错信号频谱交错, 互不干扰。所以互不干扰。所以, 黑白、彩色电视完全黑白、彩色电视完全可以兼容。可以兼容。彩色电视信号频域示意图第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号2.1 兼容制传送方式兼容制传送方式2.2 标准彩条信号标准彩条信号2.3 色度信号与色同步信号色度信号与色同步信号2.4 NTSC制色差信号及编、解码过程制色差信号及编、解码过程2.5 PAL制及其编、解码过程制及其编、解码过程2.6 SECAM制及其编、解码过程制及其编、解码过程 2.2.1 标准彩条亮度与色差信号的波形与特点标准彩条亮度与色差信号的波形与特点 标准彩条信号标准彩条信号是由彩条信号

20、发生器产生的一种是由彩条信号发生器产生的一种测测试信号。试信号。它在彩色电视机屏幕上显示八条等宽的彩色它在彩色电视机屏幕上显示八条等宽的彩色竖条，按亮度递减顺序依次为白、黄、青、绿、品、竖条，按亮度递减顺序依次为白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑。红、蓝、黑。 规范规范1：100/0/100/0 100%幅度、幅度、100%饱和度彩条信号：饱和度彩条信号： 白条电平白条电平1(即即100%) 黑条电平黑条电平0 三基色高电平三基色高电平1饱和色饱和色=100% 三基色低电平三基色低电平02.2 标准彩条信号标准彩条信号彩条信号 表21 100%幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值规范规

21、范2：100/0/75/0 75%幅度、幅度、100%饱和度彩条信号：饱和度彩条信号： 白条电平白条电平1(即即100%) 黑条电平黑条电平0 三基色高电平三基色高电平75% 非非饱和色饱和色 三基色低电平三基色低电平0彩条信号饱和度彩条信号饱和度=三基色高电平三基色高电平 / 白色高电平白色高电平 记住记住!表22 75%幅度、100%饱和度标准彩条三基色、亮度、色差电平值 2.2.2 彩条信号命名：彩条信号命名： 100-0-100-0彩条信号彩条信号： 100-0白条和黑条的电压最大值为白条和黑条的电压最大值为1（100%），）， 最小值为最小值为0； 100-0彩色条的基色电压最大值为

22、彩色条的基色电压最大值为1 （100%），）， 最小值为最小值为0。 100-0-100-0-75-075-0彩条信号：彩条信号： 100-0白条和黑条的电压最大值为白条和黑条的电压最大值为1（100%），）， 最小值为最小值为0； 75-0彩色条的基色电压最大值为彩色条的基色电压最大值为0.75（75%），）， 最小值为最小值为0。 我国电视标准采用。我国电视标准采用。思思 考考 题题 什么是兼容？兼容的条件有哪些？ A兼容兼容：彩色电视机能够接收黑白电视信号并能显示黑：彩色电视机能够接收黑白电视信号并能显示黑 白图像白图像逆向兼容逆向兼容； 黑白电视机能够接收彩色电视信号并能显示黑黑白电视

23、机能够接收彩色电视信号并能显示黑 白图像白图像正向兼容正向兼容。兼容的必备条件：兼容的必备条件： （1）彩色电视信号包含）彩色电视信号包含亮度信号亮度信号和和色度信号色度信号。 （2） 相同的频带宽度、图像载频和伴音载频相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。 （3） 相同扫描制式相同扫描制式（方式、扫描频率及参数）。（方式、扫描频率及参数）。 （4） 尽可能地减小色度信号对亮度信号的干扰尽可能地减小色度信号对亮度信号的干扰。Q1思思 考考 题题为什么要用色差信号来传送色度信号？ A1. 1. 兼容效果好，兼容效果好，可减少色度信号对亮度信号的干扰。可减少色度信号对亮度信号的干扰。 2. 2. 可

24、节省色度信号的发射功率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，信号为零，小部分彩色像素才有色差信号， 因此发射色差因此发射色差信号比发射信号比发射R R G G B B信号需要的发射功率小。信号需要的发射功率小。能够实现恒定亮度原理，能够实现恒定亮度原理，被摄景物的亮度与色差信号失真被摄景物的亮度与色差信号失真与否无关与否无关, , 只与亮度信号本身的大小有关。只与亮度信号本身的大小有关。4. 4. 有利于高频混合。根据大面积着色原理，有利于高频混合。根据大面积着色原理

25、，传送色度传送色度1.3 1.3 MHzMHz大面积的色调大面积的色调, ,传送亮度占传送亮度占6 MHz6 MHz图像的细节图像的细节。Q2思思 考考 题题 彩色电视中为什么要进行频带压缩与频谱间置彩色电视中为什么要进行频带压缩与频谱间置？ A频谱间置：频谱间置：1.1.必要性必要性: :色差信号的频带虽经压缩色差信号的频带虽经压缩, , 但仍与频带但仍与频带 宽度为宽度为 6MHz6MHz的亮度信号部分的亮度信号部分重叠重叠, , 这样不仅互相这样不仅互相 干扰干扰, , 而且接收端也无法将它们区分开。而且接收端也无法将它们区分开。 2.2.可行性可行性：电视图像信号：电视图像信号周期性周

26、期性=亮、色信亮、色信号号 线状离散谱线状离散谱集中在行频集中在行频f fH H及谐波及谐波nfnfH H附附近近 留有较大的空隙。留有较大的空隙。 = 可以在亮度信号的频谱间隙里穿插色度信号可以在亮度信号的频谱间隙里穿插色度信号 的频谱，可以使它们的频谱，可以使它们相互错开相互错开。 Q3压缩频带压缩频带：1. 6MHz1. 6MHz3=18MHz3=18MHz，总频带过宽，总频带过宽, , 资源浪费，技资源浪费，技 术上有困难；术上有困难； 2 .2 .无法实现兼容（无法实现兼容（黑白带宽为黑白带宽为MHzMHz）。）。第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号2.1

27、 兼容制传送方式兼容制传送方式2.2 标准彩条信号标准彩条信号2.3 色度信号与色同步信号色度信号与色同步信号2.4 NTSC制色差信号及编、解码过程制色差信号及编、解码过程2.5 PAL制及其编、解码过程制及其编、解码过程2.6 SECAM制及其编、解码过程制及其编、解码过程 2.3.1 色度信号的形成色度信号的形成 在在NTSC制中制中, 将将两个色差信号两个色差信号分别对分别对正交的两个正交的两个副载波副载波进行进行平衡调幅平衡调幅得到已调信号得到已调信号,称其为称其为色度信号色度信号。 1. 平衡调幅平衡调幅 所谓所谓平衡调幅平衡调幅,是指抑制载波的调幅方式。是指抑制载波的调幅方式。

28、它与普通调幅不同之处在于它与普通调幅不同之处在于,平衡调幅不输出载波。平衡调幅不输出载波。 第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号2.3 色度信号与色同步信号色度信号与色同步信号 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 上式说明,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1()cos(cos)coscoscoscos11coscos()cos()22sssssssssssuUutUUttUtUttUtUtUt (b)平衡调幅 (a)普通调幅平衡调幅抑制了载波分量平衡调幅抑制了载波分量,使得调幅

29、波中没有使得调幅波中没有Uscosst一一项项,因而其表达式变为因而其表达式变为2coscos11cos()cos()22sssuUttUtUt 调幅波波形色度信号的平衡调幅平衡调幅波的特点平衡调幅波的特点: (1) 不含载波分量。不含载波分量。 (2) 色差信号通过色差信号通过0值点时，平衡调幅波极性反相值点时，平衡调幅波极性反相180。 (3) 振幅只与调制信号的振幅成正比，与载波振幅无关。振幅只与调制信号的振幅成正比，与载波振幅无关。 传送图像的色差信号为零时，传送图像的色差信号为零时， 平衡调幅波的值也为零，平衡调幅波的值也为零， 这这样样可以节省发射功率，减少了色度信号对亮度信号的干

30、扰。可以节省发射功率，减少了色度信号对亮度信号的干扰。 (4) 包络不是调制信号波形，包络不是调制信号波形， 不能用普通的包络检波方不能用普通的包络检波方法解调，法解调，只能采用同步检波器只能采用同步检波器在原载波的正峰点上对平衡调在原载波的正峰点上对平衡调幅波取样幅波取样解调解调，才能得到原调制信号。，才能得到原调制信号。 正交平衡调幅正交平衡调幅：是指将两个色差信号分别对频率相同：是指将两个色差信号分别对频率相同而相位正交的两个副载波进行平衡调幅。而相位正交的两个副载波进行平衡调幅。 意义：1.可使两个已调的色差信号只占据相同的频带，在接收端可利用同步 检波技术将这两个色差信号解调出来。

31、2.采用平衡调幅后，已调的色差信号中没有副载波分量，这样可以大 大减小色度信号对亮度的干扰。2. 正交调幅正交调幅 将两个调制信号分别对将两个调制信号分别对频率相等、相位相差频率相等、相位相差90的的两个正交载波两个正交载波进行调幅进行调幅, 这一调制方式称这一调制方式称正交调幅正交调幅。 将正交调幅的两个调幅信号进行将正交调幅的两个调幅信号进行矢量相加矢量相加,从而得从而得到的调幅信号称为到的调幅信号称为正交调幅信号。正交调幅信号。正交平衡调幅的特点正交平衡调幅的特点 平衡调幅波平衡调幅波不再含有载波分量不再含有载波分量； 平衡调幅波的上、下包络不再是原来的调制信号的波形平衡调幅波的上、下包

32、络不再是原来的调制信号的波形，不能采用普通的检波方法，应采用同步检波；不能采用普通的检波方法，应采用同步检波； 调制信号过零电平转换极性调制信号过零电平转换极性处，信号的相位反相处，信号的相位反相180度；度； 正交平衡调幅传送一定的信息所需正交平衡调幅传送一定的信息所需功率大大减少功率大大减少，但它但它的解调必须采用同步检波，增加了接收设备的复杂程度的解调必须采用同步检波，增加了接收设备的复杂程度 3. 色度信号的形成色度信号的形成色度信号幅度压缩色度信号幅度压缩 从从表表2-3中可看出，标准彩条信号的电平范围大大中可看出，标准彩条信号的电平范围大大超过了黑白电视所规定的范围。超过了黑白电视

33、所规定的范围。黄、黄、 青、青、 绿、紫、绿、紫、 红、蓝红、蓝都超过了黑白电平都超过了黑白电平，其中黄色电平最高为，其中黄色电平最高为1.78， 超过了超过了78%，而红、蓝条的最小数值又分别比黑电平，而红、蓝条的最小数值又分别比黑电平低低46%和和78%。 问题：问题： 超过白电平超过白电平过调失真过调失真伴音中断伴音中断； 超过同步电平超过同步电平分离同步时，色度信号分离同步时，色度信号 被切割出被切割出引起引起图像不稳图像不稳。 实践证明：实践证明：最大和最小电平应不超过黑白电平的最大和最小电平应不超过黑白电平的33% 根据表21所列彩条信号参数,利用公式 可分别求得白、黄、青、绿、品

34、、红、蓝、黑所对应的亮度信号、色差信号、色度信号,及亮度与色度的合成信号数据如表23所示。据此绘出的各信号波形如图211所示。22()()mFRYBY表表23 未压缩彩条信号有关数据未压缩彩条信号有关数据 图图211 100%幅度彩条波形图幅度彩条波形图 (a)Y+Fb+s信号信号; (b)色度信号色度信号F; (c)Y+F+Fb+s信号信号 图图211 100%幅度彩条波形图幅度彩条波形图 (c)Y+F+Fb+s信号信号 设(B-Y)和(R-Y)压缩系数分别为x1和x2,则压缩后黄、青视频信号幅度应满足下式关系:221222122212()()1.330.89( 0.89)(0.11)1.3

35、30.70(0.30)( 0.70)1.33Yx BYx BYxxxx 将黄彩条数据代入式将黄彩条数据代入式(222)得得: 将青彩条数据代入式将青彩条数据代入式(222)得得由式由式(223)和式和式(224)联立求解联立求解,可得可得: x1=0.493 x2=0.877 (2-23)(2-24) 表表24 压缩后的彩条数据压缩后的彩条数据 经经正交平衡调幅正交平衡调幅 =蓝色、红色色度信号蓝色、红色色度信号FU、FV： F FU U=Usin=UsinSCSCt t F FV V=Vcos=VcosSCSCt tFU、FV相加相加=色度信号色度信号 色度信号色度信号的形成的形成= 先先色

36、度信号压缩色度信号压缩 =再进行再进行正交平衡调幅正交平衡调幅色差信号色差信号 B-Y、R-Y压缩压缩后的分别用后的分别用U和和V表示表示,且且 U=0.493(B-Y)U=0.493(B-Y) V=0.877(R-Y) V=0.877(R-Y)22sinc o ssin ()sin ()a rc ta nUVS CS CS CmS CFFFUtVtUVFVU F已调色差信号已调色差信号或或色度信号色度信号。 F亦可用矢量表示亦可用矢量表示,称称彩色矢量彩色矢量。 22arctanmFUVVU彩色矢量图 Fm色度信号的幅值色度信号的幅值同同彩色的饱和度正彩色的饱和度正比比。色差信号的相对比值色

37、差信号的相对比值彩色的色调彩色的色调。 色度信号既是一个调幅波, 又是一个调相波, 色饱和度是利用已调副载波的幅值来传送的, 而色调是利用已调副载波的相位来传送的。 白黄青绿紫红蓝黑R1G1B1YRYBY10.890.70.590.410.30.11000.110.590.70.590.70.11000.890.30.590.590.30.89( a )0 0.215白黄青绿紫红蓝黑FU00.440.150.290.150.440FV00.100.620.520.620.100F0.450.630.590.630.45Y10.890.70.590.410.30.110 0.43Y F 0.43

38、0.21511.331.1810.930.5600.440.07 0.180 0.33( b ) 标准彩条信号波形 (a) 基色与色差信号 (b) 色度信号 (已调制信号)色度信号的形成过程：色度信号的形成过程： R G B R-Y G-Y B-Y V U FV FUF蓝色、红色蓝色、红色 色度信号色度信号色差信号色差信号 压缩后压缩后色差信号色差信号色度信号色度信号三基色三基色压缩压缩正交平衡正交平衡 调调 幅幅矢量矢量相加相加 转换转换正交平衡调制的原理正交平衡调制的原理 F=UsinSCt + VcosSCt平衡调幅器 =乘法器 2.3.2 同步检波原理同步检波原理 平衡调幅波平衡调幅波

39、不能包络检波不能包络检波 =必须用必须用正交解调器正交解调器 =也称也称同步检波器同步检波器。 原理原理：要求恢复彩色副载波的：要求恢复彩色副载波的频率和相位频率和相位要要严格地严格地和和正交平衡调制器中的彩色副载波正交平衡调制器中的彩色副载波一致一致，然后将副载波分成，然后将副载波分成两个两个互相垂直的分量（即正交）互相垂直的分量（即正交）分别和已调色度信号分别和已调色度信号相乘相乘, , 再经再经低通滤波器低通滤波器取出色差信号。取出色差信号。同步检波（正交解调）原理同步检波（正交解调）原理对于对于U同步检波同步检波:低通滤除低通滤除 蓝色差解调输出蓝色差解调输出 = U同样同样 ：红色差

40、解调输出：红色差解调输出=V 2.3.3 色同步信号色同步信号 色同步信号色同步信号与彩色电视信号一起传送到接收端与彩色电视信号一起传送到接收端,彩彩色电视机将其色电视机将其从彩色全电视信号中分离出来从彩色全电视信号中分离出来,由此去控由此去控制接收机的副载波发生器制接收机的副载波发生器,使之产生与发送端副载波使之产生与发送端副载波同同频、同相的恢复副载波。频、同相的恢复副载波。 色同步信号的幅度与同步脉冲幅度相等色同步信号的幅度与同步脉冲幅度相等,若以若以h表示表示同步脉冲幅度同步脉冲幅度,Fb表示色同步信号表示色同步信号,则则sin()2bSChFt作用：接收机中的副载波接收机中的副载波同

41、步恢复同步恢复 色同步信号在行消隐信号的后肩传送，由色同步信号在行消隐信号的后肩传送，由 8-128-12个一小串副载波组成，持续个一小串副载波组成，持续时间为时间为2.252.250.230.23S S，其振幅与行同步脉冲的振幅相同，相位为，其振幅与行同步脉冲的振幅相同，相位为180180度。度。色同步信号的波形色同步信号的波形不同彩色不同彩色U、V信号不同信号不同相位和幅度不同相位和幅度不同相位相位(t) =色调色调模模 |Fm|=同色饱和同色饱和 度有关度有关彩条色度信号彩条色度信号矢量图矢量图：思思 考考 题题 什么是正交平衡调幅？有什么特点？ A正交平衡调幅正交平衡调幅：是指将两个色

42、差信号分别对频率相同：是指将两个色差信号分别对频率相同而相位正交的两个副载波进行平衡调幅。而相位正交的两个副载波进行平衡调幅。Q1 平衡调幅波不再含有载波分量；平衡调幅波不再含有载波分量； 不能采用普通检波方法，必须采用同步检波；不能采用普通检波方法，必须采用同步检波； 调制信号过零电处平转换极性，功率大大减少；调制信号过零电处平转换极性，功率大大减少；正交平衡调幅的特点：正交平衡调幅的特点：思思 考考 题题色度信号在形成时为什么要先进行色度信号在形成时为什么要先进行幅度压缩？幅度压缩？A 标准彩条信号的电平范围大大超过了黑白电视所规定的标准彩条信号的电平范围大大超过了黑白电视所规定的范围。若

43、不压缩幅度，则可能超过白电平，产生范围。若不压缩幅度，则可能超过白电平，产生过调失真，过调失真，引起伴音中断引起伴音中断；同时色度信号可能；同时色度信号可能 超过同步电平，分离同超过同步电平，分离同步时步时 色度信号被切割出，误作同步信号，引起色度信号被切割出，误作同步信号，引起图像不稳图像不稳。Q2思思 考考 题题色度信号解调为什么采用同步检波？并解释同步检波原理。A 因为色度信号采用正交平衡调幅。而平衡调幅波的包因为色度信号采用正交平衡调幅。而平衡调幅波的包络不再是原来调制信号的波形络不再是原来调制信号的波形, , 因此因此, , 不能用包络检波的方不能用包络检波的方法检出调制信号，故必须

44、用法检出调制信号，故必须用正交解调器，正交解调器，也称也称同步检波器同步检波器。 原理原理：要求产生彩色副载波的：要求产生彩色副载波的频率和相位要严格地和正频率和相位要严格地和正交平衡调制器中的彩色副载波一致交平衡调制器中的彩色副载波一致，并同样地，并同样地, , 然后将副载然后将副载波分成两个波分成两个互相垂直的分量互相垂直的分量分别和已调色度信号相乘分别和已调色度信号相乘, , 再经再经低通滤波器低通滤波器取出取出色差信号色差信号。Q3思思 考考 题题三大彩电制式分别是什么？有何异同点？AQ4 共性：共性：均与黑白电视相兼容均与黑白电视相兼容 三基色信号为三基色信号为亮度信号亮度信号Y和和

45、色差信号色差信号(R-Y)、 (B-Y) 差别：差别： 体现在两个色差信号对副载波的体现在两个色差信号对副载波的 调制方式不同调制方式不同正交平衡调幅制正交平衡调幅制逐行倒相正交平衡调幅制逐行倒相正交平衡调幅制顺序传送色彩与存储制顺序传送色彩与存储制三大彩电制式：SECAM制PAL制NTSC制思思 考考 题题请说出下列符号的意义及联系？AQ6R G B R-Y G-Y B-Y V U FV FU F =0.877(R-Y) =0.493(B-Y) =VcosSCt =UsinSCt = FV+ FU=VcosSCt +UsinSCt三大彩电制式简介三大彩电制式简介 共性：共性： 与黑白电视相兼

46、容与黑白电视相兼容 三基色信号三基色信号亮度信号亮度信号Y和和色差信号色差信号(R-Y)、 (B-Y) 差别：差别： 体现在两个色差信号对副载波的体现在两个色差信号对副载波的 调制方式不同调制方式不同NTSC制SECAM制 PAL制正交平衡调幅制正交平衡调幅制逐行倒相正交平衡调幅制逐行倒相正交平衡调幅制顺序传送色彩与存储制顺序传送色彩与存储制三大彩电制式：三大彩电制式：NTSC制的特点：制的特点：NTSC制制正交平衡调幅制正交平衡调幅制 1953年、年、 美国、最早彩色电视制式。美国、最早彩色电视制式。(1) 频带宽度为频带宽度为4MHz, 扫描行数为扫描行数为525行行, 场频为场频为60场

47、场, 可可以与原以与原黑白电视相兼容黑白电视相兼容。 (2) 亮度信号亮度信号04MHz，色度信号色度信号01.5 MHz 。(3) 采用采用频谱间置技术频谱间置技术, 副载频选为副载频选为fSC=3.579 545 MHz。 (4) 选用选用Y、I、Q作为传输信号作为传输信号, 其中其中Y仍为亮度信号仍为亮度信号, I、Q为色差信号为色差信号, 它是色差信号它是色差信号(R-Y)和和(B-Y)的一种线性组合的一种线性组合。记住记住! (5) 采用采用正交平衡调幅正交平衡调幅： 色度信号色度信号Q分量分量双边带双边带； I分量分量残留边带残留边带。 带宽压缩；带宽压缩； 色、亮干扰较小。色、亮

48、干扰较小。(6) 处理过程最简（三大制中）处理过程最简（三大制中）解码电路也简单解码电路也简单。(7) 主要缺点主要缺点对相位敏感对相位敏感, 容易出现容易出现彩色变色彩色变色。 （传输（传输相位失真相位失真色调变化）色调变化） 2.4 NTSC制色差信号及编、解码过程制色差信号及编、解码过程 2.4.1 I、Q色差信号 对视觉特性研究表明：对视觉特性研究表明： 人眼辨色能力：人眼辨色能力：红、黄红、黄最强最强, 蓝、紫蓝、紫最弱。最弱。 Q 信号信号（分辨力弱）（分辨力弱）窄频带窄频带(00.5MHz), I信号信号（分辨力强）（分辨力强）宽频带宽频带(01.5MHz)。 故用故用 I、Q

49、色差而非色差而非U、V。 第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号Q、I 正交轴与正交轴与 U、V正交轴有正交轴有33夹角的关系：夹角的关系： Q=U cos33+ Vsin33 I=U(-sin33) + Vcos33 因人眼对相位为因人眼对相位为 90+ 33的的I轴信号最敏感，因此轴信号最敏感，因此它用两个色差信号它用两个色差信号I、Q对副载频正交平衡调幅，得到：对副载频正交平衡调幅，得到：FN(t) = QSin (sct + 33)+ ICOS（sct + 33） =|FN(t)|Sin sct +(t) 其中：其中：幅度幅度 |FN(t)| 反映反映色饱和度

50、色饱和度，相位相位(t)反映反映色调色调。 当相位有误差时，会产生彩色失真，即有当相位有误差时，会产生彩色失真，即有相位敏感性相位敏感性。 2.4.2 NTSC制编、解码方框图制编、解码方框图编码器工作原理：编码器工作原理：矩阵电路矩阵电路：根据：根据亮度方程亮度方程可求出可求出 Y=0.30R+0.59G+0.11B R、G、B信号进行线性组合信号进行线性组合产生产生I、Q信号：信号： Q=0.21R-0.52G+0.31B I=0.60R-0.28G-0.32B 延迟电路：延迟电路： Y、 I、 Q 带宽不同带宽不同 延迟不同延迟不同 Y和和I通通道不同延迟线道不同延迟线合成彩色时合成彩色

51、时时间一致时间一致。参见：参见： Q=U cos33+ Vsin33 I=U(-sin33) + Vcos33NTSC制的编码FFTYNTSC制的解码 解码器工作原理：解码器工作原理： Y和和I通道通道不同延时不同延时时间一致时间一致； Y通道通道副载波陷波器副载波陷波器抑制色抑制色副载波对亮度副载波对亮度干扰干扰； 色同步色同步选通电路选通电路色同步信号色同步信号恢复副载波；恢复副载波； 带通滤波带通滤波色度信号色度信号同步检波器（同步检波器（副载波副载波相位相位33和和123）检出检出I和和Q信号；信号； 矩阵电路矩阵电路Y、 I、 Q变换成变换成R、 G、 B信号。信号。 2.4 .3

52、副载波的半行频间置 问题：问题：亮度亮度+ + 色度色度: : 同一频带传送同一频带传送 -相互窜扰相互窜扰。措施：半行频间置措施：半行频间置减少相互窜扰。减少相互窜扰。 根据：亮度信号在根据：亮度信号在( (n n-1/2)-1/2)f fH H附近有较大的空隙附近有较大的空隙 NTSCNTSC制副载波频率选择为制副载波频率选择为半行频的倍数半行频的倍数。 选择副载波频率原则：选择副载波频率原则：(1) (1) 尽量选择在视频频带高端尽量选择在视频频带高端亮度信号高频亮度信号高频能量少，且其谐波落在视频带宽之外。能量少，且其谐波落在视频带宽之外。（2 2）色度信号频带宽度为）色度信号频带宽度

53、为f fSCSC1.3 MHz1.3 MHz上边带不应超上边带不应超过视频信号过视频信号6MHz6MHz的带宽范围的带宽范围。 （3 3）半行频的倍数半行频的倍数。 对于对于625625行、行、 5050场场s s的的PALPAL制制, , f fH H=15625Hz, =15625Hz, 副载副载波频率选择为波频率选择为 283.5283.5f fH H ：1(284)5674.4296875()22HSCHfffMHz 对于对于525行、行、 60场场s的的 NTSC制制, fH=15734.264 Hz, 副载波频率选择为副载波频率选择为 228.5228.5f fH H ：1(228

54、)3.57954506(3.58)2SCHffMHz NTSCNTSC制采用制采用半行频间置半行频间置，色度信号的频谱正好插在亮度信号频色度信号的频谱正好插在亮度信号频谱的中间谱的中间，这样可将色度信号对亮度信号的干扰降到最小。，这样可将色度信号对亮度信号的干扰降到最小。 UVfHfSCYYYYYUVUVUVf285 fH2fHYY284 fH283 fH282 fH 半行频间置的优点：半行频间置的优点： 副载波的亮、副载波的亮、 暗光点干扰可以暗光点干扰可以相互抵消（视觉暂留作用）。相互抵消（视觉暂留作用）。 副载波的正半周副载波的正半周亮的光点，亮的光点， 副载波的负半周副载波的负半周暗的

55、光点。暗的光点。 在行扫描过程中，在行扫描过程中， 亮点与暗点在相邻两场交替出现。相邻两帧的亮亮点与暗点在相邻两场交替出现。相邻两帧的亮暗光点暗光点视觉平均而相互抵消。视觉平均而相互抵消。第 1行第 314行第 2行第 315行第 3行第 316行(a)(b)第 626行第 939行第 940行第 627行第 628行副载波产生的亮暗光点1. 主要参数主要参数 fV=59.94Hz (60Hz); fH=525fV/2=15.734kHz; 扫描行数：扫描行数： 525行行/帧帧; 图像带宽：图像带宽： 4.2MHz; 伴音与图像载频差：伴音与图像载频差：4.5MHz; fSC=3.57954

56、506MHz（3.58MHz）2.4.3 NTSC制的主要参数及性能制的主要参数及性能记住记住! 2. 主要性能主要性能 (1) 三种兼容制中三种兼容制中, NTSC制色度信号组成方式最为制色度信号组成方式最为简单简单, 因而因而解码电路也最为简单解码电路也最为简单, 易于集成化。易于集成化。 (2) 采用采用1/2行间置行间置,使亮度与色度信号频谱以最大使亮度与色度信号频谱以最大间距错开间距错开,亮度串色影响因之减小亮度串色影响因之减小, 故兼容性好故兼容性好。 (3) 色度信号色度信号每行都以同一方式传送每行都以同一方式传送,与与PAL制和制和SECAM制相比制相比,不存在不存在影响图像质

57、量的影响图像质量的行顺序效应行顺序效应。 (4) 缺点：缺点：存在着存在着相位敏感性相位敏感性,即色度信号的即色度信号的相位失相位失真真对重现彩色图像的对重现彩色图像的色调的影响色调的影响。 一般相位失真超过5， 人眼就会觉察出色调的失真。 NTSC制规定相位失真容限为12， 这时色调失真己相当严重。 2.5 PAL制及其编、解码过程制及其编、解码过程 2.5.1 逐行倒相逐行倒相 PAL制制又称又称逐行倒相制逐行倒相制。 定义：对色度信号采用定义：对色度信号采用正交平衡调幅正交平衡调幅的基础上的基础上将色度信号中的一个分量，将色度信号中的一个分量， 即即FV进行逐行倒进行逐行倒相相 (不不是

58、色度信号的倒相是色度信号的倒相)。 逐行倒相逐行倒相目的：克服相位敏感目的：克服相位敏感第第2章章 彩色电视制式与彩色电视信号彩色电视制式与彩色电视信号22sincossin()sin()arctanUVSCSCSCmSCFFFUtVtUVtFtVUPAL色度信号：色度信号： 形成过程：形成过程：R、G、B亮度信号亮度信号+两个色差信号两个色差信号正交平衡调制正交平衡调制色、亮度频谱间置色、亮度频谱间置PAL色度信号色度信号式中号：取 + 号时称NTSC行Fn； 取号时称PAL行Fn+1。 逐行倒相矢量图 开关函数波形图图图220 逐行倒相实现框图逐行倒相实现框图 PAL制色度矢量(a) 紫色

59、信号； (b) 彩条信号 隔行扫描逐行倒相的正负号改变规律 (a)奇数帧; (b)偶数帧 假设失真为：正常倒相：正常倒相：Fn倒相行倒相行Fn+1相位失真：相位失真：Fn倒相行倒相行Fn+1解码倒相：解码倒相： Fn+1倒相倒相Fn+1”视觉平均：视觉平均： Fn+1”+ Fn= Fn注：相邻两行微分相位失真基本相等。 2.5.3 PAL制克服相位敏感的原理制克服相位敏感的原理 可纠正最大相位误差：可纠正最大相位误差： = 40 。 校正相位失真代价：校正相位失真代价： |F合合| 减小了减小了cos倍倍 - 饱和度下降饱和度下降 - 越大越大, 其其饱饱和度下降得越多。和度下降得越多。注：人

60、眼对色饱和度的变化不那注：人眼对色饱和度的变化不那么敏感么敏感, , 一般当一般当不太大时不太大时, , 色饱和度的变化就不易觉察。色饱和度的变化就不易觉察。 结论：结论：PAL制中将色度信号的制中将色度信号的FV分量逐行倒相，分量逐行倒相，可以使相邻两行的相位失真互补（可以使相邻两行的相位失真互补（因相位相因相位相反反），以减少色调畸变。，以减少色调畸变。 2.5.4 PAL制副载波的选择 UVfHfSCYYYYYUVUVUVf285 fH2fHYY284 fH283 fH282 fH NTSC制半行频间置 逐行倒相频谱分布 PAL制色度信号的频谱结构由于色度信号的频谱结构由于FV分量逐行倒