详细彩条资料

1、第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 第第3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.1 彩色电视信号的兼容问题彩色电视信号的兼容问题 3.2 NTSC制制 3.3 PAL制制 3.4 SECAM制制思考题和习题思考题和习题 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.1 彩色电视信号的兼容问题彩色电视信号的兼容问题 彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的， 彩色电视出现以前黑白电视已经相当普及， 到目前为止， 仍有不少的黑白电视机还在使用。 为了普及电视广播、 减少国家和千千万万电视用户不必要的损失， 彩色电视应该与黑白电视兼容。 所谓兼容， 就是黑白电视

2、接收机既能接收彩色电视信号， 也能重现黑白电视信号； 彩色电视接收机既能接收黑白电视信号， 也能重现黑白电视信号。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 要做到黑白、 彩色电视互相兼容， 必须满足下列基本的要求： (1) 在彩色电视的图像信号中， 要有代表图像亮度的亮度信号和代表图像色彩的色度信号。 黑白电视机接收彩色节目时， 只要将亮度信号取出， 就可显示出黑白图像。 彩色电视接收机应具有亮度通道和色度通道， 当接收彩色节目时， 亮度通道和色度通道都工作， 重现彩色图像； 当接收黑白节目时， 色度通道自动关闭， 亮度通道相当于黑白电视机， 可显示出黑白图像， 这样就做到了兼容

3、。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 (2) 彩色电视只能占有与黑白电视相同的视频带宽和射频带宽， 这就要求彩色电视能将色度信号安插到6 MHz的视频带宽中去， 采用的方法是频带压缩、 频谱交错等方法。 (3) 彩色电视应与黑白电视有相同的图像载频、 伴音载频以及两者之间的间距。 (4) 彩色电视与黑白电视的行、 场扫描频率和行、 场同步信号的各项标准等都应相同。 目前世界上彩色电视制式有NTSC制、 PAL制和SECAM制三种， 它们都具有兼容性。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 一个电视频道的频谱一个电视频道的频谱 图象载频 伴音载频 6.5MHz

4、 -0.75 -1.25 8MHz 0.25 f/MHz 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 电视频道电视频道 图象载频 伴音载频 f/MHz第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.1.1 信号选取 要做到兼容， 必须对由CCD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： 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 R-Y=R-(0.30R+0.59G+0.11B)=

5、0.70R-0.59G-0.11B G-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11B B-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R-0.59G+0.89B (3-1) 三个色差信号中只有两个是独立的， 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色度信号。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 将Y=0.30R+0.59G+0.11B改写为如下形式： 0.30Y+0.59Y+0.11Y=0.30R+0.59G+0.11B得到 0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0可以化为0.590

6、.11()()0.30.30.30.11()()0.590.590.30.11()()0.110.3RYGYBYGYRYBYBYRYGY (3-2) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 三大制式均选用R-Y和B-Y作为色差信号的原因是： (1) 三个色差信号中， G-Y信号数值最小， 作传输信号时信噪比最低。 (2) 由R-Y和B-Y求G-Y时， 系数 和 小于1， 可用电阻矩阵实现； 由B-Y、 G-Y求R-Y或用R-Y、 G-Y求B-Y， 系数都大于1， 不能用电阻分压来实现， 一定要用放大器提供增益， 这样会增加系统的复杂性和带来不必要的失真。 0.30.590.110

7、.59第第3 3章章 彩色电视信号的传输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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.1.2 频带压缩 人眼对彩色细节的

8、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06 MHz， 色度信号带宽为01.3 MHz。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 在接收端为恢复重现图像所需的三基色信号， 先按式（3-2）由R-Y和B-Y得到G-Y信号， 再将三个色差信号与亮度信号相加得到三个基色信号。 为了得到带宽为06 MHz 的三个基色信号， 用亮度信号中的高频分量来代替基色信号中未被传送的高频分量， 这就是所谓的高频混合原理。 当色差信号的带宽为01.3 MHz， 亮度信号的

9、带宽为06 MHz 时， 恢复的三个基色信号为:第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 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 最后重现彩色的三个基色信号在01.3 MHz频率范围内含有彩色分量， 在1.36 MHz 频率范围内只有亮度信号分量。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 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06 MHz的频带内用一个通

10、道传送。 在06 MHz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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 彩色副载波放在6 MHz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

11、减少亮度信号对色度信号的干扰。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输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06 MHz的频带宽度， 但并未占满整个6 MHz 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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输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

12、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6 MHz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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输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fHf2fH3fH4fH(a)(b)nfH150fnfH100nfH502525nfHnfH50nfH100nfH150第第3 3章章 彩色电视信号

13、的传输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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输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fSCffSC4fH3fH2fHfH(a)f(b)fSC3 fHf

14、SC fHfSC3 fHfSC fHffSC3 fHfSC fH(c)fSC3 fHfSC fH(a)(b)(c)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2 NTSC 制制 彩色电视广播发展最早的国家是美国， 从1954年1月1日就开始用NTSC(National Television Systems Committee)制播送彩色电视。 采用NTSC制的还有日本、 加拿大、 墨西哥等国家。 NTSC制色度信号采用了正交平衡调幅调制方式， 因此又称为正交平衡调幅制。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2.1 正交平衡调幅 平衡调幅又称为抑制载波调幅。

15、抑制载波调幅可以抑制色度信号对亮度信号的干扰并节省发射功率。 设用色差信号uR-Y=(R-Y) cost对载波 uSC=USC cosSCt进行调幅， 则调幅后信号的数学表达式为（3-3） 式中， m=(R-Y)USC。 u )(2)(2tCOSmtCOSmtCOSUuSCSCSCSCAM第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 式(3-3)表明调幅波包含了三个频率： 载波频率SC和两个边频频率SC。 因为载频SC上不带任何信息， 所以把载频抑制掉可以节省发射功率。 载频抑制后成为平衡调幅波， 平衡调幅波的数学表达式为cos()cos() 22coscos()coscoscosBM

16、SCSCSCSCSCSCmmUttmUttRYttt(3-4) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 上式表明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3-3所示。 平衡调幅波有如下特点： (1) 平衡调幅波不含载波分量。 (2) 平衡调幅波的极性由调制信号和载波的极性共同决定， 如两者之一反相， 平衡调幅波的极性反相； 色差信号(调制信号)通过0值点时， 平衡调幅波极性反相180。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 (3) 平衡调幅波的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， 平衡调幅波的值也为零， 这

17、样可以节省发射功率， 减少了色度信号对亮度信号的干扰。 (4) 平衡调幅波的包络不是调制信号波形， 不能用普通的包络检波方法解调， 只能采用同步检波器在原载波的正峰点上对平衡调幅波取样， 才能得到原调制信号。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-3 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BYsinSCt0000.89180(a)0180018000.30.590.590.30.890.890.590.30.590.30.89BYsinSCt(b)(c)v第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 为了在同一频带内

18、传送两个色差信号R-Y和B-Y， 要将两个色差信号进行正交平衡调幅， 这就是用两个色差信号R-Y和B-Y分别对频率相同、 相位相差90的两个色副载波cosSCt和sinSCt进行平衡调幅， 然后相加成色度信号。 图3-4（a）是正交平衡调幅器方框图， 由两个平衡调幅器、 一个副载波90移相器和一个线性相加器组成。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-4 正交平衡调幅 (a) 正交平衡调幅器； (b) 色度信号矢量图RYRY平衡调幅FRY(RY )cosSCtcosSCt90移相sinSCtBYBY平衡调幅(BY )sinSCt(a)(b)BYF第第3 3章章 彩色电视

19、信号的传输彩色电视信号的传输 设副载波的幅值为1， 色差信号B-Y与副载波sinSCt在平衡调幅器中相乘后得到平衡调幅信号（B-Y） sinSCt。 副载波sinSCt经90移相器后， 变成cosSCt， 与色差信号R-Y在平衡调幅器相乘后得到平衡调幅信号（R-Y） cosSCt， 然后在线性相加器中相加， 就得到色度信号： 22()sin()cos()() sin()sin()SCSCSCmSCFBYtBYtBYRYtFt (3-5) (3-6) (3-7) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 式中 22()()arctanmFBYRYRYBY(3-9)(3-8)第第3 3

20、章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 色度信号的振幅和相角之中包含了彩色图像的全部色度信息, 振幅Fm取决于色差信号的幅值， 决定了所传送彩色的饱和度； 而相角取决于色差信号的相对比值， 决定了彩色的色调。 也就是说， 色度信号是一个既调幅又调相的波形， 其幅值传送了图像的色饱和度， 其相位传送了图像的色调。 图3-4(b)画出了色度信号的矢量图， 图中对角线的长度代表色度信号的幅值， 而是F的相角。 将色度信号F和亮度信号Y以及同步、 消隐等信号混合， 就得到了彩色全电视信号。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2.2 彩条信号及色度信号 标准彩条信号是一种彩色

21、电视中常用的测试信号， 由彩色电视信号发生器产生， 用来对彩色电视系统进行测试与调整。 标准彩条信号由三个基色、 三个补色加上黑与白共八种颜色的等宽竖条组成， 自左至右按亮度递减排列， 依次为： 白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。 标准彩条信号常用4位数码命名， 第1位和第2位数字分别表示组成白条和黑条的基色信号的最大值和最小值， 第3位和第4位数字分别表示各彩色条的相应基色信号的最大值和最小值， 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 如100-0-100-0。 表3-1给出了100-0-100-0标准彩条信号的亮度信号、 色度信号和复合信号的数据。 图3-5（a）是标准彩条信号

22、的基色信号和色差信号波形图。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 表3-1 100-0-100-0彩条亮度信号、 色度信号和复合信号的数据 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 未压缩的彩条全电视信号未压缩的彩条全电视信号 0.79 100% 0.43 75% 0 0.33 20% 1 1.33 1.79第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-5 标准彩条信号波形 (a) 色差信号(调制信号)； (b) 压缩后的色度信号 白 黄青 绿 紫 红蓝 黑R1G1B1YRYBY10.890.70.590.410.30.11000.110.590.

23、70.590.70.11000.890.30.590.590.30.89(a)00.215白黄 青 绿 紫红 蓝 黑FU00.440.150.290.150.440FV00.100.620.520.620.100F0.450.630.590.630.45Y10.890.70.590.410.30.1100.43Y F0.430.21511.331.1810.930.5600.440.070.1800.33(b)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2.3 色度信号幅度压缩 从表3-1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。 对正极性标准黑白电视信号

24、黑电平为0、 白电平为1。 而在表3-1中， 黄、 青、 绿、紫、 红、 蓝都超过了黑白电平， 其中黄色电平最高为1.79， 超过了79%， 而红、 蓝条的最小数值又分别比黑电平低46%和79%。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 当彩条色度信号超过白电平时， 将产生过调失真， 造成伴音中断。 当彩条色度信号低于同步电平， 接收机中分离同步信号时， 色度信号将会被切割出来， 破坏接收机的同步， 引起图像不稳。 实践证明， 在100-0-100-0彩条信号的最大电平和最小电平不超过黑白电平的33%时， 信号电平比较合适。 色度信号压缩应在调制前进行， 只要在两个色差信号前面分

25、别乘上一个小于1的压缩系数a和b即可。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 设R-Y信号压缩系数为a， B-Y压缩系数为b。 用超量最多的黄色和青色来确定a和b。 当传送黄色时，2222220.89()()0.89(0.89 )(0.11 )1.33YmYYFbBYaRYba (3-10) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 当传送青色时， 2222220.70()()0.70(0.3 )(0.7 )1.33CmCYFbBYaRYba联立解式(3-10)、 (3-11)， 求得a=0.877， b=0.493。 (3-11) 第第3 3章章 彩色电视信号的传

26、输彩色电视信号的传输 压缩后的色差信号R-Y用V表示， 压缩后的色差信号B-Y用U表示： 0.877()0.493()VRYUBY(3-12) (3-13)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 用U、 V信号去调制副载波， 这样彩色电视色度信号表示式为： 22sincossin()sin()arctanUVSCSCSCmSCFFFUtVtUVFVU (3-14) (3-15) (3-16) (3-17)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 压缩后的标准彩条信号各色调的色差信号U、 V和色度信号的振幅Fm、 相角列于表3-2。 由此可画出压缩后彩条的色度信号波形和

27、全电视信号波形， 如图3-5（b）所示。第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 表3-2 压缩后的100-0-100-0彩条信号值 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 在彩色电视标准中规定， 负极性亮度信号以同步电平最高， 为100%， 黑色电平(即消隐电平)为76%， 白色电平最低， 为20%。 根据表3-2的数据可以画出标准彩条的色度矢量图， 如图3-6所示。 图中给出了基色及其补色的色度矢量的位置， 矢量长度表示该彩色的饱和度， 相角表示该彩色的色调。 彩色矢量图的横轴称为副载波的相位基轴， 它的正方向=0， 有关副载波或色度信号的相位都是相对于相位基轴而

28、言的。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-6 彩条色度矢量图 VU黄青绿紫红蓝0.59610.592410.631030.443470.441670.63283第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2.4 副载波的半行频间置 亮度信号和色度信号在同一个频带内传送容易产生相互窜扰。 精确地选择副载波频率可以减少相互窜扰。 如3.1.3节所述， 亮度信号在(n-1/2)fH附近有较大的空隙， 因此NTSC制副载波频率选择为半行频的倍数， 通常称为半行频间置。 选择副载波频率还应考虑以下原则： 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 (1

29、) 副载波频率应尽量选择在视频频带高端， 因为亮度信号高频能量少， 且其谐波落在视频带宽之外。 (2) 色度信号频带宽度为fSC1.3 MHz， 它的上边带不应超过视频信号6 MHz的带宽范围。 对于625行、 50场s的NTSC制, fH=15 625 Hz, 副载波频率选择为 1(284)5674.4296875()22HSCHfffMHz第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 对于525行、 60场s的NTSC制, fH=15 734.264 Hz, 副载波频率选择为1(228)3.57954506(3.58)2SCHffMHz (3-19) NTSC制采用半行频间置， 色

30、度信号的频谱正好插在亮度信号频谱的中间， 如图3-7所示， 这样可将色度信号对亮度信号的干扰降到最小。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-7 NTSC制的半行频间置 UVfHfSCYYYYYUVUVUVf285 fH2fHYY284 fH283 fH282 fH第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 由于采用半行频间置， 副载波的亮、 暗光点干扰可以利用人眼的视觉暂留特性相互抵消。由于 fSC=283.5fH (3-20) TH=283.5TSC (3-21) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 一个行周期中有283.5个副载波周期。

31、 副载波产生的亮暗光点如图3-8所示。 副载波的正半周在屏幕上显示较亮的光点， 副载波的负半周则显示较暗的光点。 在行扫描过程中， 亮点与暗点交替出现, 如图3-8(a)所示， 第1行开始的一个点是亮点， 最后一个点也是亮点， 第2行开始的一个点是暗点， 最后一个点也是暗点； 奇数行开始的一个点是亮点， 最后一个点也是亮点， 偶数行开始的一个点是暗点， 最后一个点也是暗点。第二场中的第一个整行是314行， 是偶数行， 其光点与第1行的光点亮暗情况相反， 而与第2行的光点亮暗情况相同。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 同理， 第315行的光点亮暗与第3行相同， 而与第2行相

32、反。 经过一帧之后， 第二帧的第1行(相当于626行)开始的副载波相位与第一帧第1行相位也是相反的， 见图3-8(b), 所以第一帧亮点的地方， 第二帧就变成了暗点。 结果， 相邻两帧的亮暗光点由于人眼的视觉平均而相互抵消了。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-8 副载波产生的亮暗光点 (a) 第1 帧亮暗光点； (b) 第2帧亮暗光点第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行第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2.5 色同步信号 色度信号采用了抑制副载波的平衡调幅， 接收机解

33、调色度信号不能用普通的幅度检波器来检波， 而要用同步检波器。 接收机必须恢复被抑制掉的副载波, 为了保证恢复的副载波与发送端被抑制掉的副载波同频、 同相位， 由发射台发送色同步信号作为接收机恢复副载波的频率和相位基准。 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5.6 s， 幅度为0.30 V9 mV， 宽度为2.25 s230 ns， 由91个副载波频率的正弦波组成， 其相位与U轴反相。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-9 NTSC制色同步信号及其矢量 (a) 色同步信号； (b) 矢量1.5

34、 sUVFT4.7 s5.6 s12 s2.25 s(a)(b)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.2.6 I、 Q信号 对人眼视觉特性的研究表明， 人眼分辨红、 黄之间颜色变化的能力最强， 而分辨蓝、 紫之间颜色变化的能力最弱。 实践证明， I轴(与V轴夹角为33)是人眼最敏感的色轴， 可用01.3 MHz较宽的频带传送； 与I轴正交的Q轴(与U轴夹角为33)是人眼最不敏感的色轴， 可用00.5 MHz较窄的频带传送。 定量地说， Q、 I正交轴与U、 V正交轴有33夹角的关系， 如图3-10所示。 这样， 任意一个色度信号可用U、 V表示， 也可用Q、 I表示。 第第

35、3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-10UVQI33P33第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 通过几何关系可导出两者的关系表达式： cos33sin33sin33cos33QUIV (3-22) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-11 彩条信号波形 白 黄 青 绿紫 红 蓝 黑Q00.520.210.3100.21I00.280.5900.590.320.280.320.310.52第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 利用亮度公式和式（3-12）、 （3-13）， 可由式(3-22)求出Q、 I与R、 G、

36、B的关系， 由此可写出线性方程组： 0.2990.5870.1140.2110.5230.3120.5960.2750.322YRQGIB (3-23) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 100-0-100-0彩条信号形成的Q和I信号的波形如图3-11所示。 由U和V的不同线性组合可以构成各种不同的色差信号组， Q、 I只是其中具有特殊性质的一组。 根据人眼视觉特性， Q信号的带宽用0.5 MHz, I信号的带宽用1.5 MHz来传送， 就可满足人眼视觉特性的要求了。而且I信号还可以用不对称边带方式传送， 如图3-12 所示。这样既压缩了色度信号的带宽， 又不会造成窜色，

37、因为边带不对称部分只有一个分量。 图3-13是NTSC制编码器和解码器的方框图。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-12 525行NTSC制的频带分配 f / MHz2341伴音载频图像载频fSCQI1.2514.5第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-13 NTSC制的编码和解码 (a) 编码器； (b) 解码器全电视信号矩阵电路延迟RGBYIQ12333180K脉冲S脉冲低通低通延迟平衡调制副载波形成平衡调制平衡调制(a)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-13 NTSC制的编码和解码 (a) 编码器； (b)

38、解码器12333矩阵电路YIQRGB全电视信号延迟带通色同步选通延迟同步检波同步检波陷波副载波恢复(b)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 编码器中， 矩阵电路按式(3-23)进行信号R、 G、 B的线性组合， 直接形成Y、 I和Q信号。 由于Y、 I、 Q三个通道的带宽不同， 延迟的时间也就不同， 为了最后合成彩色全电视信号时， 三者在时间上达到一致， 因此在Y和I通道中要接入不同的延迟线。 副载波形成电路分别送出33、 123和180相位的三个副载波， 供Q平衡调幅、 I平衡调幅和色同步平衡调幅使用。 前两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号F， 第三个平衡调幅器得到色同步

39、信号FT。 最后， 再将Y、 F、 FT以及复合同步信号S脉冲混合， 组成彩色全电视信号。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 在接收机中， 经图像检波恢复的彩色全电视信号， 送入解码器中解调。 解码器中， Y和I通道中也有不同延时的延迟线， 也是为了使它们与Q信号在时间上一致。 为了抑制色度信号副载波对亮度信号的干扰， 在Y通道中接入了副载波陷波器。 彩色全电视信号通过色同步选通电路得到色同步信号， 用来恢复副载波。全电视信号经带通滤波得到色度信号， 色度信号同时送入副载波相位分别为33和123的两个同步检波器，检出I和Q信号。 最后， 再由矩阵电路把Y、 I、 Q变换成R

40、、 G、 B信号。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 NTSC制色度信号的组成方式最简单， 解码电路也最简单， 容易集成化， 容易降低成本， 便于接收机生产。 NTSC制亮度信号与色度信号频谱以最大间距错开， 兼容性能好， 亮度窜色少， 容易实现亮度信号和色度信号的分离， 为制造高质量接收机和电视信号数字化提供了方便。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 NTSC制有对相位失真比较敏感的缺点， 容易产生色调畸变。 电视系统会有各种各样的相位失真， 其中最主要的是传输系统非线性引起的微分相位失真， 即色度信号产生的相移与所叠加的亮度电平有关， 这种微分相位失

41、真不能用简单的相位校正网络来校正。 色度信号是叠加在亮度信号之上传送的， 同一种颜色可能在不同的亮度电平上传递， 若传输通道中存在非线性变化， 则会导致色调畸变。 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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.3 PAL 制制 3.3.1 逐行倒相 PAL制又称逐行倒相制。 所谓逐行倒相， 是将色度信号中的一个分量， 即FV进行逐行倒相(不是色度信号的倒相)。 PAL制色度信号数学表达式为 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 22sincossin()s

42、in()arctanUVSCSCSCmSCFFFUtVtUVtFtVU (3-24) (3-25) (3-26) (3-27) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 式(3-24)、 (3-25)和(3-26)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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-14 PAL制色度矢量 (a) 紫色信号； (b) 彩条信号VU黄青紫红0.590.592410.631030.63283蓝0.440.4416761

43、347绿 n1黄 n1UVFV(a)(b)FVFnFUFn+1绿红 n1紫 n1蓝 n1青 n1第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 假设第n行和第n+1行彩色相同， 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3-14(a)以紫色为例画出了这种情况。 图3-14(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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视

44、信号的传输 3.3.2 相位失真的互补 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。 假设第n行和第n+1行彩色相同， 如彩条信号， 某位置是紫色， 其矢量为F， 如图3-15所示。设第n行(NTSC行)传送的是Fn矢量， 它在第一象限， 相角=61； 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； 再下一行传送的色度矢量又回到第一象限Fn的位置。 就这样色度矢量在第一、 四象限来回变动。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-15 相邻两行相位失真互补UVFn+11nF

45、nFnF1 nF第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 在接收机中， 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紫色； 当传输通道中存在微分相位失真时， 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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 Fn+1矢量经接收机中PA

46、L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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 从图3-15可以看出， 矢量Fn和Fn+1正好对称地位于Fn矢量的两侧， 所以合成矢量仍在矢量Fn的方向上， 色调将准确地重现原色调， 只是合成矢量的长度比Fn矢量

47、的长度略短， 表现为色饱和度略有下降， 称为“退饱和度”效应。 相位失真越大， 退饱和度效应就越大。 但由于人眼对饱和度的变化不敏感， 因此觉察不到退饱和度效应。 PAL制没有减小相位失真， 只是采用逐行倒相的方法使相邻两行相位失真产生了两种方向相反的色调畸变， 它们经相加互相补偿、 抵消。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.3.3 副载波频率的选择 色度信号的频谱结构由于FV分量逐行倒相而发生了变化。 色度信号的FU分量没有倒相， 它的谱线群以行频fH为间距, 对称地排列在副载波fSC两旁， 如图3-16实线所示。 为简单起见， 用主谱线代表谱线群， FU分量主谱线位

48、置是fSCnfH， 其中n是不为零的整数。 FV分量如果不逐行倒相， 主谱线也应占有这些位置， 逐行倒相后， 主谱线位置发生了变化。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 逐行倒相是用半行频方波对FV分量进行平衡调幅， 平衡调幅器叫做PAL开关。 半行频方波是开关信号， 因为半行频方波电压的极性是一行为正， 一行为负， 每两行重复， 而平衡调幅又是一个相乘器， 所以调幅结果是相邻两行的相位逐行倒转而不改变原来的波形， 这就达到了逐行倒相的目的。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 半行频方波是以原点对称的， 它的频谱是由半行频的奇数倍频率组成的， 即fH/2、

49、 3fH/2、 5fH/2、 、 (2n-1)fH/2。 半行频方波对FV平衡调幅后， FV的主谱线分布在fSC(2n-1)fH/2。 所以FV的主谱线刚好与FU的主谱线错开了半个行频， 如图3-16中虚线所示。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-16 PAL色度信号频谱 fSCfUUUUVVVVfHV2Hf第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 既然主谱线U和V相互错开了fH2， 为了减小干扰， 在实行频谱交错时， 亮度信号的谱线最好是插在U、 V谱线的正中间， 即副载频应采用四分之一行频间置， 14SCHnff(3-28) 为了使所选择的PAL制副

50、载波频率容易变换成NTSC制， 取n=284， 这样， 283.75SCHff (3-29) 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 此时已调副载波FU、 FV的频谱线都要向高端移动fH4， 即FU谱线比亮度信号低fH4， 而FV的谱线比亮度信号谱线高fH4， 使得亮度、 FU、 FV的谱线都相互错开了， 如图3-17 所示。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-17 四分之一行频间置后信号频谱 fSCfUUUVVVVVfHYYYYYYY2fHfH/4fH/4第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 由式(3-29)得 TH=283.75TS

51、C (3-30) 在一行周期内有283.75个副载波周期。 图像一行内有284个干扰亮点。 下一行开始是0.25个副载波周期， 副载波干扰亮点向右移了14周期距离。 同样， 干扰亮点逐行向右移了14周期。 人眼能觉察到干扰光点以缓慢速度有规则地作对角线移动。 为了消除这种干扰， 将副载波频率在式(3-29)的基础上再加上一个帧频(25 Hz)， 叫做25 Hz偏置。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 这样， 光点干扰移动速度提高到了原来的3倍， 不易被人眼察觉， 所以PAL制最后精确选定的副载波频率为 fSC=283.75fH+25 Hz4.433 618 75 MHz (

52、3-31)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.3.4 色同步信号 PAL制的色同步信号有两个功能： 一是给接收机恢复副载波提供一个基准频率和相位； 二是给接收机提供一个极性切换信息， 来识别哪一行是+FV(NTSC行)， 哪一行是-FV(PAL行)。 PAL制色同步信号和NTSC制色同步信号的波形以及它们插入到视频信号中的位置完全相同。 它们之间的最大区别在于： PAL制色同步信号中副载波是逐行倒相的， 即NTSC行为+135， PAL行为-135（225）。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 为了不影响场同步脉冲的分离， 在场同步脉冲(包括均衡脉冲)

53、期间的9行内， 要加一个色同步消隐门脉冲， 把色同步信号消隐掉。 同时， 为了保证接收机副载波锁相环路的稳定， 应使消隐门脉冲前后两个色同步信号相位相同。 这样， 色同步消隐门脉冲每场应前移TH/2， 每四场一个循环， 如图3-18所示。 图中的色同步消隐门脉冲常称为迂回门。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-18 9行色同步消隐门脉冲 3456231676252345624167第4场第4场9行色同步消隐表示色同步信号相位为135第3场9行色同步消隐第2场9行色同步消隐第1场9行色同步消隐表示色同步信号相位为1353193183173163153153133123

54、11310623622第4场319318317316314313312311310第12场第1场6226246252第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 摄像机同步集成电路产生一个行频K脉冲, 脉冲前沿滞后于行同步前沿5.60.1 s， 脉冲的宽度为2.260.23 s。 K脉冲控制一个门电路， 放过10个副载波， 为实现色同步信号有135的相位摆动，将正K脉冲加入V信号，将负K脉冲加入U信号，如图3-19（a）所示。 这样， 逆程期的K脉冲和正程期的色差信号将一起对副载波进行平衡调幅。由于送入U平衡调幅器的副载波是零相位副载波， 负K脉冲和零相位副载波平衡调幅后， 在已调U信

55、号FU中K脉冲对应的位置上就留下了10个相位为180的副载波； 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 而送入V平衡调幅器的载波是逐行倒相的（90）的副载波， V信号中的K脉冲对相位90副载波平衡调幅后， 在已调V信号FV中K脉冲对应的位置上就留下了相位90副载波。 FU、 FV分量混合后， 两色同步信号也随之而混合， 产生了我们所需要的色同步信号， 其表达式为 FT = -K sinSCtK cosSCt (3-32) 式中第2项NTSC行时取正号， PAL行时取负号。 图3-19（b）所示是色同步信号矢量图。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-19

56、 色同步信号产生 (a) 色同步信号产生方框图； (b) 色同步信号矢量图VV平衡调幅sinSCtFVUKPUfSCV KFT135PAL开关 180 90U平衡调幅K(U K)sinSCtcosSCt(V K)cosSCt135 KsinSCtFT KcosSCtKcosSCt(a)(b)第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.3.5 PAL编码器 PAL编码器在摄像机中将三个基色信号编码成彩色全电视信号。 图3-20是PAL编码器的方框图， 它所需的副载波信号fSC、 P脉冲、 K脉冲、 复合同步和复合消隐信号由同步芯片提供， 常用的同步芯片有HD44007等。 第第3

57、3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-20 PAL编码器方框图 陷波、视放同步IC矩阵电路YRGBFFVFU复合同步、消隐K脉冲P脉冲fSC全电视信 号VU1.3 MHz低通1.3 MHz低通0.6 s延迟 180V平衡调幅U平衡调幅PAL开关 90第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 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1.3 MHz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.

58、3 MHz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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 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400 kHz的-6 dB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6 MHz， 色度通道的带宽为1.3 MHz， 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0.6 s， 造成彩色镶边， 因此将亮度信号延迟0.6 s使亮度信号和

59、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。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 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等消费类编码器。 这些编码器只要附加少量器件就能组成PAL编码器。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 3.3.6 PAL解码器 解码是编码的逆过程， 在彩色电视机的解码器中彩色全电视信号经过五步信号处理还原成三基色信号， 图3-21是PAL解码器的方框图

60、。 第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 图 3-21 PAL解码器方框图 UVYRGB矩阵电路梳状滤波器带通鉴相色同步选通副载波恢复电路cosSCtFVFUFT全电视信 号色同步消隐4.43 MHz陷波0.6 s延迟4.43 MHz晶振PAL开关90DLU同步检波V同步检波sinSCtF第第3 3章章 彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输 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4.43 MHz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4.43 MHz, 带宽为2.