《视频技术基础》第三章

1、3. 1 概述概述 彩色电视在发展的过程中，一直追求彩彩色电视在发展的过程中，一直追求彩色电视和黑白电视的兼容，所谓兼容，色电视和黑白电视的兼容，所谓兼容， 就是就是黑白电视接收机既能接收彩色电视信号，黑白电视接收机既能接收彩色电视信号， 也也能重现黑白电视信号；能重现黑白电视信号； 彩色电视接收机既能彩色电视接收机既能接收黑白电视信号，接收黑白电视信号， 也能重现黑白电视信也能重现黑白电视信号。号。 第三章第三章 彩色视频信号的处理与制式彩色视频信号的处理与制式 要实现兼容，其中最基本的一个条件，就是能要实现兼容，其中最基本的一个条件，就是能够在相同的视频频带宽度（够在相同的视频频带宽度（6

2、MHZ）的情况下进行）的情况下进行彩色电视信号的传输。我们虽然选择了一个亮度信彩色电视信号的传输。我们虽然选择了一个亮度信号（号（Y）和两个色差信号（）和两个色差信号（RY、BY），但它），但它们不能直接在一条与黑白电视相同的带宽的信道中们不能直接在一条与黑白电视相同的带宽的信道中传输这三个信号，还必须先进行处理。传输这三个信号，还必须先进行处理。 采用不同的处理方法就构成不同的彩色电视制采用不同的处理方法就构成不同的彩色电视制式，现在世界流行的三种彩色电视制式：式，现在世界流行的三种彩色电视制式： NTSC（N制）制） PAL（P制）制） SECAM3. 2 黑白黑白CCD电视摄像机电视摄像

3、机镜头镜头CCD传感器传感器预放器预放器 放大及放大及信号处理信号处理脉冲推动脉冲推动自动光圈控制自动光圈控制 定时脉冲定时脉冲同步信号发生器同步信号发生器主振荡器主振荡器电源电源混合同步混合同步视频信号输出视频信号输出CCD摄像机原理框图黑白摄像机原理框图黑白3. 2. 1 图像信号的钳位图像信号的钳位 图像与视频信号图像与视频信号一行黑白全电视信号一行黑白全电视信号0. .7V0. .3V峰值白电平峰值白电平 黑电平（黑电平（050mV） 消隐电平（消隐电平（0电平）电平） 行同步信号行同步信号 视频信号的频带为：视频信号的频带为：06MHZ，视频信号中高视频信号中高频成分表示图像的边缘；

4、频成分表示图像的边缘； 0表示图像内容变化缓慢表示图像内容变化缓慢的部分，接近直流，的部分，接近直流，低频成分表示图像中的背景。低频成分表示图像中的背景。 作为视频放大电路，为了防止直流成分的丢失作为视频放大电路，为了防止直流成分的丢失需要采用直流放大器，采用多级直流放大容易引起需要采用直流放大器，采用多级直流放大容易引起电平飘移，在实际应用中仍采用电平飘移，在实际应用中仍采用RC交流耦合放大交流耦合放大器，由于电容的隔直流作用，信号中的直流会丢器，由于电容的隔直流作用，信号中的直流会丢失。失。 直流分量丢失后图像的平均亮度会发生改变。直流分量丢失后图像的平均亮度会发生改变。信号平均分量对图像

5、的影响信号平均分量对图像的影响黑电平黑电平白电平白电平通过钳位电路消除低频干扰通过钳位电路消除低频干扰钳位前钳位前钳位后钳位后 要恢复信号中的直流成分采用钳位电路要恢复信号中的直流成分采用钳位电路三极管钳位电路原理图三极管钳位电路原理图1VT视频信号输入视频信号输入钳位脉冲钳位脉冲视频信号输出视频信号输出2VT3VT0EC3. 2. 3 自动光圈控制自动光圈控制 摄像机的镜头采用自动光圈控制镜头。摄像机的镜头采用自动光圈控制镜头。在摄像在摄像机的动态范围不够的情况下，为了适应场景照度比机的动态范围不够的情况下，为了适应场景照度比较大的变化范围只能改变摄像机镜头的光圈，才能较大的变化范围只能改变

6、摄像机镜头的光圈，才能获得满意的图像。获得满意的图像。在某些应用场合在某些应用场合采用手动方式不采用手动方式不停地改变光圈显然是不可取的。停地改变光圈显然是不可取的。 自动光圈镜头：在摄像机镜头上装有可以正反自动光圈镜头：在摄像机镜头上装有可以正反方向旋转的微型电动机，其转动方向受控制信号控方向旋转的微型电动机，其转动方向受控制信号控制。制。 简单工作原理：根据摄像机输出视频信号电平简单工作原理：根据摄像机输出视频信号电平的变化输出一控制电压，去驱动镜头中控制光圈的的变化输出一控制电压，去驱动镜头中控制光圈的微型电动机做正反向转动，从而实现光圈的自动调微型电动机做正反向转动，从而实现光圈的自动

7、调整，使摄像机输出的视频信号保持在预先设定的标整，使摄像机输出的视频信号保持在预先设定的标准电平上。通常这个标准电平定为峰值电平的准电平上。通常这个标准电平定为峰值电平的70 。 3. 2. 4 CCD摄像机摄像机的几个主要参数的几个主要参数1. . 象素数象素数 摄像机摄像机CCD传感器的最大象素数。一般来传感器的最大象素数。一般来说，说，CCD传感器象素数越多由该芯片构成的摄像机传感器象素数越多由该芯片构成的摄像机的分辨率越高。一般表示为：的分辨率越高。一般表示为：570H488V，或用总，或用总象素数表示：象素数表示：30（27.8）万象素。）万象素。2 2分辨率分辨率 摄像机的一个重要

8、参数。摄像机的一个重要参数。 当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数时，在监视器上能够看到的最多线数用电用电视线（视线（TVl）表示。）表示。 摄像机的垂直分辨率与垂直方向的有效扫摄像机的垂直分辨率与垂直方向的有效扫描行数有关，水平分辨率与视频通道的带宽有描行数有关，水平分辨率与视频通道的带宽有关，近似可以表示为关，近似可以表示为1MHZ相当相当80TVl3最低照度最低照度 最低照度是当被摄景物的亮度低到一定程度最低照度是当被摄景物的亮度低到一定程度而使摄像机输出的信号低到某一规定值时的景而使摄像机输出的信号低到某一规定值时的景

9、物照度值。物照度值。 当景物照度低于最低照度时，反映在监视当景物照度低于最低照度时，反映在监视器屏幕上，图像上噪声点特别多，图像清晰度器屏幕上，图像上噪声点特别多，图像清晰度下降，是一屏很难分辨出层次的，灰暗的图像。下降，是一屏很难分辨出层次的，灰暗的图像。4其它参数其它参数 性噪比性噪比 信号电压对于噪声电压的比值。信号电压对于噪声电压的比值。 在摄取较亮场景时，此时性噪比较高，屏幕画面通常比在摄取较亮场景时，此时性噪比较高，屏幕画面通常比较清晰明快，觉察不到画面中存在干扰噪声点；在摄取较暗较清晰明快，觉察不到画面中存在干扰噪声点；在摄取较暗场景时，此时性噪比较低，屏幕图像比较昏暗，有比较多

10、的场景时，此时性噪比较低，屏幕图像比较昏暗，有比较多的干扰噪声点。噪声电压是一定的，信号电压与场景亮度有干扰噪声点。噪声电压是一定的，信号电压与场景亮度有关，性噪比越高，在相同的照度情况下，摄取图像质量越好关，性噪比越高，在相同的照度情况下，摄取图像质量越好（与摄像机的灵敏度、暗电流、动态范围、性噪比有关）。（与摄像机的灵敏度、暗电流、动态范围、性噪比有关）。 摄像机的性噪比在摄像机的性噪比在40dB以上就可以摄取一般质量的图以上就可以摄取一般质量的图像，像，CCD摄像机性噪比的典型值为摄像机性噪比的典型值为4555dB。 dBNS均方噪声电压均方噪声电压均方信号电压均方信号电压log20 校

11、正系数、电源电压、功耗、视频输校正系数、电源电压、功耗、视频输出、同步系统、镜头接口、外型尺寸、重量出、同步系统、镜头接口、外型尺寸、重量等。等。3. 3 频谱交错与高频混合频谱交错与高频混合3. 3. 1 频谱交错原理频谱交错原理 彩色电视在发展的过程中，一直追求彩色电视彩色电视在发展的过程中，一直追求彩色电视和黑白电视的兼容，所谓兼容，和黑白电视的兼容，所谓兼容， 就是黑白电视接收就是黑白电视接收机既能接收彩色电视信号，机既能接收彩色电视信号， 也能重现黑白电视信也能重现黑白电视信号；号； 彩色电视接收机既能接收黑白电视信号，彩色电视接收机既能接收黑白电视信号， 也也能重现黑白电视信号。能

12、重现黑白电视信号。 要实现兼容，其中最基本的一个条件，要实现兼容，其中最基本的一个条件，就是能够在相同的视频频带宽度（就是能够在相同的视频频带宽度（6MHZ）的的通道通道进行彩色电视信号的传输。我们选进行彩色电视信号的传输。我们选择一个亮度信号（择一个亮度信号（Y）和两个色差信号（）和两个色差信号（RY、BY），），将色度信号的频谱插在亮度信号的频谱空隙将色度信号的频谱插在亮度信号的频谱空隙中间，中间， 用一个用一个6 MHz带宽的通道同时传送带宽的通道同时传送亮度信号和色度信号，亮度信号和色度信号， 这种方法称为这种方法称为频谱频谱交错交错或或频谱间置频谱间置。f(n3）fH(n4）fH(n

13、2）fH(n1）fHnfHnfHnfH50nfH25nfH50nfH25前面的分析我们已经得到亮度信号的频谱前面的分析我们已经得到亮度信号的频谱 亮度信号和亮度信号和R、G、B信号有相同的频谱结构。信号有相同的频谱结构。同样亮度信号和两个色差信号可以由同样亮度信号和两个色差信号可以由R、G、B线性组合产生，故此它们由相同的频谱结构，线性组合产生，故此它们由相同的频谱结构，因为线性变换不会产生新的频率成分。在两相因为线性变换不会产生新的频率成分。在两相邻的谐波之间有很大的空隙。邻的谐波之间有很大的空隙。 采用调幅技术可以将色差信号的频谱搬迁采用调幅技术可以将色差信号的频谱搬迁到这些空隙中。到这些

14、空隙中。 图图 3-2 频谱交错频谱交错 (a) 色差信号频谱；色差信号频谱； (b) 色度信号频谱；色度信号频谱； (c) 频谱交错频谱交错fSCffSC4fH3fH2fHfH(a)f(b)fSC3 fHfSC fHfSC3 fHfSC fHffSC3 fHfSC fH(c)fSC3 fHfSC fH(a)(b)(c) 经过调制的色差信号被称为经过调制的色差信号被称为色度信号色度信号，图中所，图中所示的亮度信号的频谱与色度信号的频谱相互错开，示的亮度信号的频谱与色度信号的频谱相互错开，这就是频谱交错。这就是频谱交错。 采用频谱交错技术以后，亮度信号和色度信号采用频谱交错技术以后，亮度信号和色

15、度信号就可以共频带传输了。就可以共频带传输了。 亮度信号与色差信号的频谱交错亮度信号色度信号（n1）fH（n+1）fHfH正交平衡调制：正交平衡调制： 一路色差信号占有一路色差信号占有1. .3MHZ经调幅后带宽为经调幅后带宽为2. .6MHZ，那么两路色差信号调制后所占带宽为，那么两路色差信号调制后所占带宽为5. .2 MHZ色、亮共存时所占带宽还是很大的，其解决的办法是色、亮共存时所占带宽还是很大的，其解决的办法是采用正交调制技术，即两路色差信号分别对相位差为采用正交调制技术，即两路色差信号分别对相位差为900的载波进行调制，这样，色度信号所占的带宽就的载波进行调制，这样，色度信号所占的带

16、宽就只有只有2. .6 MHZ。而且，为了进一步减小色度对亮度的。而且，为了进一步减小色度对亮度的干扰，可将一般调幅改为平衡调幅。干扰，可将一般调幅改为平衡调幅。 采用正交平衡调幅，实现频谱交错，实现采用正交平衡调幅，实现频谱交错，实现亮度亮度信号和色度信号共频带传输。信号和色度信号共频带传输。3. 3. 2 高谱混合原理高谱混合原理 利用人眼对彩色细节的分辨力比较差的特利用人眼对彩色细节的分辨力比较差的特点，在电视系统中传送彩色图像时，点，在电视系统中传送彩色图像时， 亮度信号以宽带（亮度信号以宽带（0 06 MHz6 MHz）传输，）传输， 色度信号以窄带（色度信号以窄带（0 01.3 M

17、Hz1.3 MHz）传输，）传输， 实现频带压缩。实现频带压缩。 发送端发送：发送端发送： 亮度信号亮度信号 Y06MHz 色差信号色差信号 (R-Y)01.3MHz (B-Y)01.3MHz 接收接收 端得到：端得到： R= (R-Y)01.3MHz +Y06MHz=R01.3MHZY1.36MHz G= (G-Y)01.3MHz +Y06MHz=G01.3MHZY1.36MHz B= (B-Y)01.3MHz +Y06MHz=B01.3MHZY1.36MHz 666666ffffffMHZMHZRGBRGB1. .31. .31. .3R G B YYY发送端的三基色信号频谱图接收端的三基

18、色信号频谱图 3. 4 NTSC制制 一路色差信号占有一路色差信号占有1. .3MHZ经调幅后带宽经调幅后带宽为为2. .6MHZ，那么两路色差信号调制后所占带，那么两路色差信号调制后所占带宽为宽为5. .2 MHZ色、亮共存时所占带宽还是很大色、亮共存时所占带宽还是很大的，其解决的办法是采用正交调制技术，即两的，其解决的办法是采用正交调制技术，即两路色差信号分别对相位差为路色差信号分别对相位差为900的载波进行调的载波进行调制，这样，色度信号所占的带宽就只有制，这样，色度信号所占的带宽就只有2. .6 MHZ。而且，为了进一步减小色度对亮度的。而且，为了进一步减小色度对亮度的干扰，可将一般调

19、幅改为平衡调幅。干扰，可将一般调幅改为平衡调幅。3. 4. 1 正交平衡调幅与同步检波正交平衡调幅与同步检波 普通调幅的数学表达式为普通调幅的数学表达式为其中：其中： 载波；载波； 调制信号；调制信号； 与与 为已调信号的上、下边带。为已调信号的上、下边带。 tUtUtUttUUUmmsmsAM cos2cos2coscoscostUs costUm cos tUtUttUUmmmBM cos21cos21coscos(1).平衡调幅：平衡调幅：平衡调幅又称为抑制载波调幅。平衡调幅又称为抑制载波调幅。 抑制载波调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幅可以抑制色度信号对亮度信号的干

20、扰并节省发射功率。平衡调幅是调制信号与载波相乘发射功率。平衡调幅是调制信号与载波相乘： 调幅波波形 (a)调制信号;(b)载波;(c)AM波;(d)平衡调幅波 用色差信号对负载波进行平衡调幅，数用色差信号对负载波进行平衡调幅，数学表达式为：学表达式为： UB-Y=(B-Y)Sinsct 色差信号的色差信号的平衡调幅平衡调幅（B-Y)Sinsc (a) 色差信号色差信号(调制信号调制信号)； (b) 副载波信号；副载波信号； (c) 平衡调幅波平衡调幅波BYsinSCt0000.89180(a)0180018000.30.590.590.30.890.890.590.30.590.30.89BY

21、sinSCt(b)(c)vn(2).(2).正交平衡调幅正交平衡调幅: NTSC制制用两个色差信号用两个色差信号R-Y和和B-Y分别对频率分别对频率相同、相同、 相位相差相位相差90的两个色副载波的两个色副载波cosSCt和和sinSCt进行平衡调幅进行平衡调幅(称为称为正交平衡调幅正交平衡调幅)， 然后然后相加成色度信号。相加成色度信号。 数学表达式为：数学表达式为： ec(t)= (B-Y)Sinsct+(R-Y)Cossc式中式中ec(t)为色度信号；为色度信号；sc为负载波角频率。为负载波角频率。 图图 3-4 正交平衡调幅正交平衡调幅(a) 正交平衡调幅器；正交平衡调幅器； (b)

22、色度信号矢量图色度信号矢量图RYRY平衡调幅FRY(RY )cosSCtcosSCt90移相sinSCtBYBY平衡调幅(BY )sinSCt(a)(b)BYFDYDXC0BYRY由上式描述的色度信号由上式描述的色度信号ec(t)及及两个分量可以用矢量图表示。两个分量可以用矢量图表示。DX和和DY分别表示两个分别表示两个00和和900相相位的位的副副载波，载波，C表示色度矢量。表示色度矢量。C在横轴和纵轴的投影在横轴和纵轴的投影DX和和DY分别表示分别表示C的水平分量的水平分量BY和和垂直分量垂直分量RY。C表示色度矢量的模：表示色度矢量的模：表示色度矢量的相位角表示色度矢量的相位角: YBY

23、RYRYBCarctan22 （色饱和度）（色调）(3). 同步检波: 色度信号的解调色度信号的解调 tYBtYRYRttetYRtYBYBttescscsccscscscc 2sin212cos2121cos2sin212cos2121sin 同步检波是用与调制副载波同频、同相的解调副载波同步检波是用与调制副载波同频、同相的解调副载波去乘色度信号，经低通滤波器后得到色差信号。去乘色度信号，经低通滤波器后得到色差信号。 我们所需要的色差信号是信号中的低频分量，其我们所需要的色差信号是信号中的低频分量，其频谱为频谱为01.3MHZ，可以通过低频滤波器从上述两式，可以通过低频滤波器从上述两式中分离

24、出色差信号（中分离出色差信号（RY）、（）、（BY）。）。同步检波电路由同步检波电路由模拟乘法器模拟乘法器和和低通滤波器低通滤波器组成组成 同步检波电路由同步检波电路由模拟乘法器模拟乘法器和和低通滤波器低通滤波器组成组成 模拟模拟乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器ec(t)SinsctB=1.3MHzB-Y模拟模拟乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器ec(t)CossctR-YB=1.3MHz（4）色同步信号）色同步信号 要能正确解调出两个色差信号，必须保证发送端要能正确解调出两个色差信号，必须保证发送端的调制副载波和接收端的解调副载波同频同相。的调制副载波和接收端的解调副载波同频同相。 然而，发送

25、端采用平衡调幅，副载波已被抑制。然而，发送端采用平衡调幅，副载波已被抑制。 因此，发送端还应向接收端传输一个基准频率、基因此，发送端还应向接收端传输一个基准频率、基准相位的信息，这就是色同步信号。准相位的信息，这就是色同步信号。 图311 色同步信号 色同步信号是一串频率等于副载频色同步信号是一串频率等于副载频fsc的断续正弦的断续正弦波，如图所示。它在行消隐的后肩上，共有（波，如图所示。它在行消隐的后肩上，共有（91）个副载波个副载波周期周期Tsc，正弦波的初始相位为，正弦波的初始相位为1800，可表示可表示为为 0180sin ttKtescb （91 ）TscS2SS1.5s作用：色同步

26、信号作为接收机恢复副载波的色同步信号作为接收机恢复副载波的频率和相位的基准，用于解调色度信号。频率和相位的基准，用于解调色度信号。 形式：色同步信号是色同步信号是9个周期左右的、个周期左右的、 振幅和振幅和相位都恒定不变的副载频群。相位都恒定不变的副载频群。位置：放在行消隐后肩。放在行消隐后肩。如果丢失色同步信号将会失去彩色。如果丢失色同步信号将会失去彩色。3. 4. 2 色度信号的幅度压缩色度信号的幅度压缩 (1).为什么压缩： 根据频谱交错原理，为了节省频带，需根据频谱交错原理，为了节省频带，需要将色度信号叠加在亮度信号上传送。如果色要将色度信号叠加在亮度信号上传送。如果色度信号不压缩，叠

27、加后的标准彩条信号的电平度信号不压缩，叠加后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。范围大大超过了黑白电视所规定的范围。可计算得出：可计算得出：Y、RY、BY、C以及以及YC、YC如下表所示（见教材如下表所示（见教材P.90）色别色别RGBYBYRYCYCYC白白1.0001.0001.0001.0000.0000.0000.0001.0001.000黄黄1.0001.0000.0000.8660.8660.1140.8931.7800.010青青0.0001.0001.0000.7010.299 0.7010.7621.4600.060绿绿0.0001.0000.0000.5

28、87 0.587 0.5870.8301.4200.240品红品红1.0000.0001.0000.4130.5870.5870.8301.2400.420红红1.0000.0000.0000.299 0.2990.7010.7621.0600.460蓝蓝0.0000.0001.0000.1140.8660.1140.8931.0100.780黑黑0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000从表中可以看出，这种彩条的复合信号的最大值为黄条对应从表中可以看出，这种彩条的复合信号的最大值为黄条对应的的YC1.78，最小幅值为蓝条对应的，最小幅值为蓝条对

29、应的YC0.78，这这种彩条的复合信号的峰峰值超过了黑白视频信号的标准。种彩条的复合信号的峰峰值超过了黑白视频信号的标准。不良后果：不良后果： 若以黑白图像为基准，则彩条中大部分的色彩若以黑白图像为基准，则彩条中大部分的色彩对应的色度信号因限幅会产生对应的色度信号因限幅会产生色彩失真色彩失真；超过同步；超过同步信号幅度的色彩会信号幅度的色彩会干扰同步干扰同步；经调幅无线发射时，；经调幅无线发射时，会产生过调制，导致色彩畸变和伴音中断；可能引会产生过调制，导致色彩畸变和伴音中断；可能引起限幅，导致图像亮度失真和破坏接收机的同步。起限幅，导致图像亮度失真和破坏接收机的同步。 若以彩色图像为基准，传

30、输黑白图像时，图像若以彩色图像为基准，传输黑白图像时，图像亮度下降。亮度下降。 保持亮度信号的幅度不变，对色度信号进行压保持亮度信号的幅度不变，对色度信号进行压缩，在平衡调制前将色差信号乘以小于缩，在平衡调制前将色差信号乘以小于1的系数。的系数。（2）压缩）压缩方法方法 对于对于100-0-100-0的彩条信号，的彩条信号，Y信号的幅度信号的幅度取取1，复合视频信号（亮度色度）的复合视频信号（亮度色度）的 幅度限幅度限制在制在限制在限制在0.331.33之间。之间。选择黄条、青条（或者红条、蓝条）计算压缩系数：选择黄条、青条（或者红条、蓝条）计算压缩系数： YRkVYBkU 21 青青青青青青

31、黄黄黄黄黄黄YYRkYBkYYRkYBk33. 133. 1222221222221 解得解得 k1=0.493 k2=0.877 YRVYBU 877. 0493. 0 tttcttVttUtvtutescscscc sincossinUVVUCarctan22 （3）压缩后的色差信号：）压缩后的色差信号：色度信号可表示为：色度信号可表示为：上式说明了，色度信号是一个即调幅又调相的信号，上式说明了，色度信号是一个即调幅又调相的信号，它的幅度表示彩色的饱和度，相位角它的幅度表示彩色的饱和度，相位角表示色调。表示色调。式中：式中：表示表示色饱和度色饱和度表示表示色调色调色调色调 Y U V C

32、YC Y-C白白1.0000.0000.0000.0001.0001.000 黄黄0.8860.4730.1000.44816701.3300.440 青青0.701 0.1470.6150.632 28301.3300.070 绿绿0.5870.2890.5150.59124101.1800.000 品红品红0.4130.2890.5150.591 6101.0000.180 红红0.2990.1470.6150.63210300.9300.330 蓝蓝0.1140.4370.1000.448 34700.5600.330 黑黑0.0000.0000.0000.0000.0000.000压缩

33、后的压缩后的100-0-100-0彩条信号值彩条信号值 100-0-100-0 100-0-100-0 标准彩条信号波形标准彩条信号波形白 黄 青 绿 品 红 蓝 黑白 黄 青 绿 品 红 蓝 黑 R1G1B1Y10.890.70.590.410.30.110R-Y00.11-0.7-0.590.590.7-0.110B-Y0-0.890.3-0.590.59-0.30.890u(t)v(t)ec(t)YY+ec(t)00.440.150.290.150.44000.100.620.520.620.1010.4500.110.30.410.590.70.891-0.430.215-0.215-

34、0.43100.560.9211.181.330.44-0.070-0.18-0.330.450.630.593. 4. 3 波形图波形图与矢量图与矢量图矢量图矢量图彩条色度信号矢量图彩条色度信号矢量图 U=0.289V=0.515U=0.174V=0.615U=0.289V=0.515U=0.437V=0.1U=0.437V=0.1U=0.147V=0.6153. 4. 4 YIQ制制 为了进一步压缩色度信号带宽提出为了进一步压缩色度信号带宽提出YIQ制式。制式。用色差信号用色差信号I、Q替代替代U、V。 人眼对矢量图中红色、黄色之间的色调的分辨人眼对矢量图中红色、黄色之间的色调的分辨能力最

35、强，对蓝色、品红之间的色调分辨能力最弱。能力最强，对蓝色、品红之间的色调分辨能力最弱。 实践证明，实践证明，将将U、V轴逆时针旋转轴逆时针旋转330后得到的矢后得到的矢量坐标中，量坐标中，I轴是人眼最敏感的色轴，轴是人眼最敏感的色轴，I信号可以用信号可以用01.5MHz频带传送；频带传送；Q轴是人眼最不敏感的色轴，轴是人眼最不敏感的色轴，Q信信号可用号可用00.5MHz频带传送。这样可以频带传送。这样可以进一步压缩色进一步压缩色度信号带宽度信号带宽,而且能减少串色而且能减少串色。I、Q信号与信号与U、V信号的关系为：信号的关系为： IUsin330Vcos330 QUcos330Vsin330

36、 I、Q与与R、G、B之间的关系可表示为之间的关系可表示为: BGRQIY322. 0275. 0569. 0312. 0523. 0211. 0114. 0587. 0299. 0330330IVQUI、Q轴与轴与V、U轴的关系轴的关系 I信号和信号和Q信号仍然用正交平衡调幅，所产生的信号仍然用正交平衡调幅，所产生的两个色度分量两个色度分量i(t)、q(t)分别为：分别为： 0033sin33cos ttQttItqtitescscc 0180sin ttKtescb 色同步信号仍为：色同步信号仍为：经调制后的色度分量经调制后的色度分量 i ( t ) 用不对称的边带传输用不对称的边带传输，

37、上边带为上边带为0.5MHZ，下边带为，下边带为1.5MHZ；q ( t )用对称用对称边带传输，上、下边带均为边带传输，上、下边带均为0.5MHZ。AYIQMHZffsc123450NTSC制（制（NTSCM）的视频基带信号的频谱图）的视频基带信号的频谱图IZscMHf57954506. 3 4.08MHz2.08MHzAYIQMHZffsc123450IZscMHf57954506. 3 4. .5- -1.2.25- -1图像载频图像载频伴音载频伴音载频QI525行行NTSC制频带分配制频带分配3. 4. 5 NTSC制编解码方框图制编解码方框图 编码编码是在发送端将三基色信号是在发送端

38、将三基色信号调制组调制组合合成彩色全电视信号，以便于彩色电成彩色全电视信号，以便于彩色电视信号的传送；视信号的传送； 解码解码是在接收端从彩色全电视信号中是在接收端从彩色全电视信号中解调还原解调还原三基色信号，以便于彩色图三基色信号，以便于彩色图像的重现。像的重现。（1）NTSC制编码方框图制编码方框图 NTSC编码方框图延迟线的作用：延迟线的作用：I 截止频率截止频率- -1. .5MHz;Q截止频率截止频率0.5MHz;低通滤波器延迟时间低通滤波器延迟时间不一致，为了达到时不一致，为了达到时间匹配。间匹配。编码器：(1)(1)矩阵电路矩阵电路: 将将R、 G、 B线性组合形成线性组合形成Y

39、、 I和和Q信号。信号。 (2)(2)延迟线延迟线: : 使使Y、 I、 Q三者在时间上达到一致。三者在时间上达到一致。(3)(3)副载波形成电路副载波形成电路：分别送出分别送出33、 123和和180相位的三个副载波，相位的三个副载波， 供供Q平衡调幅、平衡调幅、 I平平衡调幅和色同步平衡调幅使用。衡调幅和色同步平衡调幅使用。 (4)(4)平衡调幅器平衡调幅器：前两个平衡调幅器的输出相加得前两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号到色度信号F， 第三个平衡调幅器得到色同步信第三个平衡调幅器得到色同步信号号FT。 (5)(5)混合器混合器：将将Y、 F、 FT以及复合同步信号以及复合同步信号S脉脉

40、冲混合，冲混合， 组成彩色全电视信号。组成彩色全电视信号。 NTSC制解码方框图滤出色度信号滤出色度信号，实现亮度与色度分离实现亮度与色度分离利用时间分离选择出色同步利用时间分离选择出色同步利用锁相环恢复出利用锁相环恢复出fsc（2）NTSC制解码方框图制解码方框图解码器： (1) 陷波器陷波器:从从全电视信号中全电视信号中消除色度信号，分出消除色度信号，分出亮度信号亮度信号Y，抑制色度信号副载波对亮度信号的抑制色度信号副载波对亮度信号的干扰干扰。 延迟：延迟：使使Y、I、Q信号在时间上一致。信号在时间上一致。 （2）门电路门电路:从从全电视信号中全电视信号中得到色同步信号，得到色同步信号，

41、用来恢复副载波。用来恢复副载波。 副载波恢复电路副载波恢复电路：由色同步信号控制，恢复：由色同步信号控制，恢复副载波。副载波。 (3) 带通滤波带通滤波:从从全电视信号中得到色度信号全电视信号中得到色度信号 。 (4)(4)同步检波器同步检波器:从色度信号中从色度信号中检出检出I和和Q信号。信号。 (5) 矩阵矩阵电路电路把把Y、 I、 Q变换成变换成R、 G、 B信信号。号。 3. 4. 6 NTSC制的微分增益和微分相位失真制的微分增益和微分相位失真1. 微分相位失真对重现彩色色调的影响微分相位失真对重现彩色色调的影响 微分相位定义为色度信号的相位移微分相位定义为色度信号的相位移 对亮度信

42、号对亮度信号y的的变化率变化率在接收端，作为基准相位的色同步信号是处在消隐电平上在接收端，作为基准相位的色同步信号是处在消隐电平上传输的，而色度信号是叠加在亮度电平上传输的，亮度电传输的，而色度信号是叠加在亮度电平上传输的，亮度电平会随着图像内容的不同而在不断变化。当传输系统存在平会随着图像内容的不同而在不断变化。当传输系统存在非线性时，色度信号产生的相位移非线性时，色度信号产生的相位移 会随着所叠加的亮度会随着所叠加的亮度电平的变化而变化，电平的变化而变化，导致色调失真导致色调失真。这种随亮度电平的变化而引起的色度信号相位移的变化称这种随亮度电平的变化而引起的色度信号相位移的变化称为微分相位

43、失真。为微分相位失真。 dydDP DP失真用微分相位偏差表示。失真用微分相位偏差表示。 正向偏差正向偏差 负向偏差负向偏差其中：其中： 消隐电平上的副载波相位，基准相位；消隐电平上的副载波相位，基准相位； 亮度信号的幅度从黑电平变化到白电平时，亮度信号的幅度从黑电平变化到白电平时，系统输出端信号中副载波相位的最大值；系统输出端信号中副载波相位的最大值； 亮度信号的幅度从黑电平变化到白电平时，亮度信号的幅度从黑电平变化到白电平时，系统输出端信号中副载波相位的最小值；系统输出端信号中副载波相位的最小值；0min B0max A0 max min 微分相位引起的相位移对色彩的影响：微分相位引起的相

44、位移对色彩的影响： 设色度信号传到接收端时产生的相位为设色度信号传到接收端时产生的相位为 ，则色度信号则色度信号U同步检波同步检波经低通滤波后得经低通滤波后得 ttVttUtcscsccossin sin2sin21cos2cos21sincossin ttVttUtttVttUscscscscsc sin21cos21tVtU 同理，同理，V经同步检波和低通滤波后可得经同步检波和低通滤波后可得U中有中有V、V中有中有U存在串色现象，引起重现的彩色色存在串色现象，引起重现的彩色色调失真。调失真。 引起微分相位失真的原因是信道参数的非线性。引起微分相位失真的原因是信道参数的非线性。 sin21c

45、os21tUtV 2. 微分增益失真引起重现彩色的色饱和度变化微分增益失真引起重现彩色的色饱和度变化dydgDG 微分增益定义为色度信号的增益对亮度电平微分增益定义为色度信号的增益对亮度电平y的的变化率，即变化率，即 色度信号的幅度失真影响重现色彩的饱和度。色度信号的幅度失真影响重现色彩的饱和度。在信道或设备中存在非线性，致使不同亮度电平上在信道或设备中存在非线性，致使不同亮度电平上的副载波有不同的增益，即色度副载波随亮度电平的副载波有不同的增益，即色度副载波随亮度电平的变化而产生压缩或扩张，的变化而产生压缩或扩张，引起色饱和度失真引起色饱和度失真。随亮度电平变化而引起的色度信号增益的变化称为

46、随亮度电平变化而引起的色度信号增益的变化称为微分增益失真。微分增益失真。 微分增益不为微分增益不为0，称为微分增益失真或，称为微分增益失真或DG失失真。真。其中：其中：A0 消隐电平上的副载波幅度，基准幅值；消隐电平上的副载波幅度，基准幅值； Amax 叠加有副载波的亮度电平从黑电平变叠加有副载波的亮度电平从黑电平变化到白电平时，系统输出端副载波幅值的最大值。化到白电平时，系统输出端副载波幅值的最大值。 Amin 叠加有副载波的亮度电平从黑电平变叠加有副载波的亮度电平从黑电平变化到白电平时，系统输出端副载波幅值的最小值。化到白电平时，系统输出端副载波幅值的最小值。%1000minmax AAA

47、DG主要知识点主要知识点 为什么采用正交平衡调幅？正交平衡调幅为什么采用正交平衡调幅？正交平衡调幅信号的特点。色同步信号及作用。信号的特点。色同步信号及作用。 色度信号的幅度压缩的意义。色度信号的幅度压缩的意义。 YIQ制的含义及意义。制的含义及意义。 NTSC制的视频基带信号的频谱图。制的视频基带信号的频谱图。 NTSC制编解码方框图。制编解码方框图。 NTSC制的微分增益和微分相位失真。制的微分增益和微分相位失真。3. 5 PAL制制3. 5 .1 V分量逐行倒相消除相位移的影响分量逐行倒相消除相位移的影响 （1）由于接收端产生的相位移（由于接收端产生的相位移（ ）导致色）导致色饱和度下降

48、和色调失真。饱和度下降和色调失真。0 VU品红品红黄黄6101670偏红偏红偏绿偏绿（2）V分量逐行倒相分量逐行倒相使相邻两行的相位失真使相邻两行的相位失真互补，互补，消除消除相位移引起的相位移引起的色调失真色调失真V2C 1C2C1C 1C U品红品红（610）偏红偏红（610）3. 5 .2 PAL制信号的编码原理制信号的编码原理1.信号处理方法信号处理方法：nPAL编码器在摄像机中将三个基色信号编码成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。彩色全电视信号。 PAL编码器有编码器有5个组成部个组成部分。分。 CVBSfH陷波器陷波器延迟线延迟线混合输出混合输出钳位钳位1.3MH

49、Z 低通低通 平衡平衡 调幅器调幅器 谐波谐波 滤出滤出 混合混合 输出输出1.3MHZ 低通低通钳位钳位 平衡平衡 调幅器调幅器03600移相器移相器 900移相器移相器 PAL 开关开关 双稳态双稳态 触发器触发器脉冲预制脉冲预制矩矩阵阵RBG短路短路接入接入BLSVBS(d)HcHcec+ebS(e)(a)u+ebuv+ebv(c)(b)YUVesuKKesv00900esc（fsc，00）fHHf21BLVP（P）SK（P）（P）HcVPSBLKK图 3-20 PAL编码器方框图编码器方框图 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

50、.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（1）. 矩阵变换：矩阵变换： 将将R、G、B线性组合（线性组合（信号变换和幅度压缩）信号变换和幅度压缩）形成形成Y、U和和V信号。信号。 摄像机光电传感器电路送来的三基色信号摄像机光电传感器电路送来的三基色信号R、G、B通过矩阵电路变换成亮度信号通过矩阵电路变换成亮度信号Y和压缩了的和压缩了的色差信号色差信号U和和V。为了压缩色差信号带宽，。为了压缩色差信号带宽，U、V信号通过低通滤波器滤除信号通过低通滤波器滤除1.3MHz以上的高频信号，以上的高频信号，然后分别加入然后分别加入-K和和+K脉冲，以便

51、在彩色全电视信脉冲，以便在彩色全电视信号中产生色同步信号。号中产生色同步信号。（2） 亮度陷波及延迟：亮度陷波及延迟：陷波陷波在在副载波副载波fSC附近对亮度信号进行衰减，附近对亮度信号进行衰减，减少色度减少色度信号对亮度信号的干扰信号对亮度信号的干扰。 Y信号通过一个中心频率为信号通过一个中心频率为fsc、带宽、带宽400KHz的的-6dB陷波器，以减少亮、色共带部分亮度信号的能量，即陷波器，以减少亮、色共带部分亮度信号的能量，即减少了亮度串色。减少了亮度串色。 然后在亮度信号中加入复合同步和复合消隐信号，组然后在亮度信号中加入复合同步和复合消隐信号，组成完整的亮度信号。成完整的亮度信号。延

52、迟延迟将亮度信号延迟将亮度信号延迟0.6 0.6 s s使亮度信号和色度信号在使亮度信号和色度信号在时间上一致，时间上一致，消除彩色镶边消除彩色镶边现象。现象。 因为亮度信号带宽为因为亮度信号带宽为6MHz，色度信号带宽为，色度信号带宽为1.3MHz,由于通道延迟时间与带宽成反比，亮度信号延迟小于由于通道延迟时间与带宽成反比，亮度信号延迟小于色度信号延迟，色度信号落后于亮度信号色度信号延迟，色度信号落后于亮度信号0.6s，造成，造成彩色镶边。彩色镶边。（3）. 副载波形成：副载波形成：n由同步芯片产生副载波信号由同步芯片产生副载波信号fSC 、 P脉冲、脉冲、 K脉脉冲、冲、 复合同步和复合消

53、隐信号，复合同步和复合消隐信号， 供平衡调幅供平衡调幅和信号合成使用。和信号合成使用。 相位为相位为00的正弦波的正弦波sinsct直接用于直接用于U信号的平衡幅。信号的平衡幅。 正弦波正弦波sinsct经过经过900移相后，变成移相后，变成cossct，再由，再由P脉脉 冲和冲和PAL开关控制，变为相位开关控制，变为相位900逐行交替的调制副载逐行交替的调制副载 波波 cossct和和cossct，用于，用于V信号的平衡调幅。信号的平衡调幅。 P脉冲为半行频对称方波。脉冲为半行频对称方波。（4） 平衡调幅：平衡调幅：两个平衡调幅器的输出相加两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号得到色度信号ec

54、(t)和色和色同步信号同步信号eb(t)。 (UK)（sinSCt）U（t） sinSCtK sinSCt (V+K)（ cosSCt）V cosSCtK cosSCt色度信号：色度信号： ec(t)= U（t） sinSCt V (t)cosSCt色同步信号色同步信号: eb(t)= Ksinsct Kcossct = ebu+ ebv（5）. 信号混合：信号混合：将将Y、 ec(t) 、 eb(t)以及复合同步信号以及复合同步信号S脉冲混脉冲混合，合， 组成彩色全电视信号组成彩色全电视信号CVBS 。 tttCttVtttUtvtutescsckscc sincossin VUtVUCka

55、rctan22 tk 2. 信号表示方法信号表示方法 PAL色度信号色度信号 为为其中：其中： 是逐行倒相交替取值是逐行倒相交替取值1、1的开关函数。的开关函数。 tec tk 110TH2THt3THPAL制的色同步信号有两个功能：制的色同步信号有两个功能：一是给接收机恢复副载波一是给接收机恢复副载波提供解调副提供解调副载波的载波的基准频率和相位基准频率和相位（与（与N制相制相同）；同）；二是给接收机二是给接收机提供逐行倒相的提供逐行倒相的识别识别信信息。息。给接收机提供一个极性切换信给接收机提供一个极性切换信息，来息，来识别识别哪一行是哪一行是+v(t)(NTSC行行)， 哪一行是哪一行是

56、-v(t)(PAL行行)。 PAL制色同步信号中副载波是逐行倒制色同步信号中副载波是逐行倒相的，相的， 即即NTSC行为行为+135， PAL行为行为-135（225）。）。 N行行P行行13502250VU+1800V平衡平衡 调幅调幅PAL开关开关U平衡平衡调幅调幅VV+KcossctKPUfscsinsct900(V+K)cossct+(U-K)sinsctec(t)+ek(t)N行行P行行13502250Veb Kcosscteb KcossctKsinsct色同步信号的产生色同步信号的产生3. PAL编码器各点波形编码器各点波形0.44白白 黄黄 青青 绿绿 品红品红 红红 蓝蓝 黑

57、黑白白 黄黄 青青 绿绿 品红品红 红红 蓝蓝 黑黑18000.44000.1518000.29000.2918000.15000.4427000.19000.629000.5227000.5227000.629000.116700.4528300.6324100.596100.5910300.6334700.45180090013500.215u(t)(a)(b)(c)v(t)18000.150.290.440.29019000.629000.5227000.5227000.629000.122500.215-34700.45-10300.63-6100.59-24

58、100.59-28300.63-16700.45-0.43-0.430.430.700.890.891.001.000.700.110.590.590.410.410.300.300.110.4313500.215-0.215-0.21522500.215(d)(e)白白 黄黄 青青 绿绿 品红品红 红红 蓝蓝 黑黑白白 黄黄 青青 绿绿 品红品红 红红 蓝蓝 黑黑-0.33-0.33-0.33-0.33-0.18-0.180.000.001.001.000.070.070.440.441.001.001.33 1.331.331.331.181.180.930.930.560.56 亮度信号

59、和色差信号的谱线都是以行频亮度信号和色差信号的谱线都是以行频fH为间为间距，平衡调幅以后的色度信号的谱线分布在副载波距，平衡调幅以后的色度信号的谱线分布在副载波fsc两边，谱线间距仍然是两边，谱线间距仍然是fH，因此，在，因此，在NTSC制制中，中，可以选择副载频可以选择副载频fsc（n1/2）fH实现亮度信号与实现亮度信号与色度信号频谱间置，称为色度信号频谱间置，称为半行频间置半行频间置。NTSC制选制选择择fsc283.5fH,因此因此TH=283.5Tsc。 3. 5 .3 PAL视频信号的频谱视频信号的频谱 在在PAL制中，由于制中，由于V分量逐行倒相，使色度信分量逐行倒相，使色度信号

60、的谱线结构发生了变化。号的谱线结构发生了变化。其中，色度信号的其中，色度信号的u分量没有倒相，它的谱线仍然是以分量没有倒相，它的谱线仍然是以行频行频fH为间距，对称地分布在副载波为间距，对称地分布在副载波fsc两边；两边；而色度信号的而色度信号的v分量由于实行逐行倒相，使得分量由于实行逐行倒相，使得v信号受信号受到半行频方波到半行频方波fH的调制，半行频方波对的调制，半行频方波对v信号平衡调信号平衡调幅后，幅后，v分量的频谱被搬移到未倒相前谱线的两边，分量的频谱被搬移到未倒相前谱线的两边，与原谱线错开半个行频与原谱线错开半个行频fH/2，其主谱线分布在副载波，其主谱线分布在副载波两边两边fsc