第3章模拟彩色电视制式课件

彩色电视信号黑白电视接收机正兼容逆兼容黑白电视信号彩色电视接收机兼容要解决的问题亮度信号和色度信号图像载频和伴音载频频带宽度和频道划分扫描制式相同的辅助信号及参数

第3章彩色电视制式亮度信号与色差信号、NTSC制、PAL制1.亮度方程彩色图像的摄取EY=0.30ER+0.59EG+0.11EBER=EG=EB＝1V时，混合色为白色。ER=EG=EB＝0V时，混合色为黑色。0V

＜ER=EG=EB＜1V，混合色为灰色。EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB亮度方程：黑白图像彩色图像ER、EG、EB不相等ER：EG：EB反应色调按亮度方程计算得到亮度EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB亮度方程：例如，ER＝0.7V、EG＝0.6V、EB＝0.2V，则图像亮度，EY=0.30×

0.7+0.59×0.6+0.11×0.2＝0.586V而图像色调，

ER＝EG＝EB＝

0.2V，低亮度白光还剩，ER＝0.5V，EG＝0.4V，橙色所以，该彩色是饱和度＜100％的橙色2.色差信号亮度方程：Ｙ＝0.30R＋0.59G＋0.11BR－Ｙ红色差信号G－Ｙ绿色差信号B－Ｙ蓝色差信号色差信号R－Ｙ＝0.70R－0.59G－0.11BB－Ｙ＝－

0.30R－0.59G＋0.89B传送三个信号Y，R－Ｙ，B－ＹR－Ｙ＝0.70R－0.59G－0.11BB－Ｙ＝－

0.30R－0.59G＋0.89BG－Ｙ绿色差信号？Ｙ＝0.30R＋0.59G＋0.11B

＝0.30Y＋0.59Y＋0.11Y根据亮度方程：移项得0.30（R－Y）＋0.59（G－Y）＋0.11（B－Y）＝0传送色差信号的优点兼容效果好三基色还原简单能够实现恒定亮度利于频带压缩传送色差信号的优点兼容效果好传送黑白图像：R＝G＝B，则，R－Y＝0G－Y＝0B－Y＝0三基色还原简单（R－Ｙ）＋Y=R（B－Ｙ）＋Y=B（G－Ｙ）＋Y=G

Y

R－ＹB－Ｙ能够实现恒定亮度传送色差信号的优点恒定亮度原理：被摄景物亮度，在传输系统是线性的前提下均应保持恒定，与色差信号的失真与否无关，只与亮度信号本身的大小有关。例如：某一彩色R＝0.7VG＝0.4VB＝0.5VY＝0.30×0.7＋0.59×0.4＋0.5×0.5＝0.5VR－Y＝0.2VB－Y＝0G－Y＝－0.1VR＝0.7VG＝0.4VB＝0.5V传输过程收到干扰Y＝0.5VR－Y＝0.3VB－Y＝0.2VY＝0.5VR－Y＝0.2VB－Y＝0R’’=0.49VB’’=0.39VG

’’=0VR’’：B’’=1.26(色调失真，紫色偏紫)还原的三基色R’=0.8VB’=0.7VG

’=0.31VY’=0.5V

（亮度不变）能够实现恒定亮度，色调有所失真利于色度信号频带压缩视频信号高频成分是图像的细节低频成分是图像的轮廓

传送

Y，R－Y，B－Y需要18MHz，不兼容根据人眼对彩色图像细节的分辨力低于黑白图像（亮度）彩色图像的细节部分用Y信号代替，色度信号中的高频成分去掉，可以压缩色度信号的频带我国电视标准：色差信号带宽：0～1.3MHz

亮度信号Y带宽：0MHz～6MHz

2.4.1黑白图像信号3、黑白图像信号波形视频图像信号——单极性正极性图像信号：白色对应最高电平负极性图像信号：黑色对应最高电平(a)被传送图像(b)行扫描电流波形(c)摄像管输出图像(d)负极性视频信号（加入了行同步和行消隐信号）(a)iH0t(b)uH0tuH0t（d）3.频谱交错亮度谱色差谱色度谱fH2fH281fHfH2fH96fH副载波频率fsc＝（n－1/2）fH282.5fHfsc284.5fH亮色信号频谱色差信号的调制间置部分和谱线族的放大100%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4标准彩条信号白黄青绿紫红蓝黑

100-0-100-0彩条亮度与色差信号波形G－YB－Y

彩条表示法百分比表示法（饱和度和幅度）：

幅度=Emax／EW×100%

饱和度=(1-Emin／Emax)×100%式中，Emax

彩条信号电压R、G和B中的最大值；

Emin为彩条信号电压R、G和B中的最小值；

EW为白条所对应的R、G、B电压值四数码表示法：如:100-0-100-0彩条，100-0-75-0彩条第一表示组成白条的R、G、B的最大值(%)；第二表示组成黑条的R、G、B的最小值(%)；第三表示组成彩色条的R、G、B的最大值(%)；第四表示组成彩色条的R、G、B的最小值(%)；现行三大彩色电视制式都是兼容制（一个亮度信号，两个色差信号），区别在于色差信号对副载波的调制方式上。NTSC——同时制，正交平衡调幅制。PAL——同时制，逐行倒相正交平衡调幅制。SECAM——顺序-同时制，顺序传送彩色与存储制。一般调幅波：调制信号u(t)载波信号usc(t)=Usccosωsct已调制信号uAM(t)=(Usc+u(t))cosωsc

t=usc(t)+u(t)cosωsct（三个频率成分）

平衡调幅波：即滤除一般调幅波中的载波成份usc(t)，则为：

uBM(t)=u(t)cosωsct

（两个频率成分）平衡调制器是一个乘法器，输出是两个输入信号的乘积。5、正交平衡调幅与色度信号的形成

一般调幅波与平衡调幅波频谱波形图（设u(t)=UmCOSΩt）平衡调幅波的特点①去掉载频，只发送边频（减少对亮度信号的干扰）②调制信号为零，即u(t)=0时，平衡调幅波uBM(t)=0③调制信号u(t)为正时,平衡调幅波uBM(t)与原载波同相;

调制信号u(t)为负时,平衡调幅波uBM(t)与原载波反相正交平衡调幅框图蓝色度分量红色度分量C：色度信号（R-Y）cosωsc

t（B-Y）SinωsctC彩色矢量图CV＝（R-Y）cosωsc

tCU＝（B-Y）sinωsct令：其中，说明：色度信号C是调幅调相波C的幅度决定了彩色的饱和度，C的相位决定了彩色的色调。色度信号幅度压缩系数彩条YR-YB-YCθY+CY-C白1.000000／1.001.00黄0.8860.11-0.890.90173°1.78-0.01青0.701-0.700.300.76293°1.46-0.06绿0.587-0.59-0.590.83225°1.42-0.24品0.4130.590.590.8345°1.24-0.42红0.2990.70-0.300.76113°1.06-0.46蓝0.114-0.110.890.90353°1.01-0.78黑0.000000／0.000.00在彩色全电视信号（CVBS或FBYS）中，色度信号是叠加在亮度信号上的。CompositeVideoBlankingandSync未压缩色度信号波形图

色度C与亮度Y相加所得的彩色视频信号的电平变化范围已大大地超过了黑白视频信号的电平变化范围(如图)。对100％幅度未压缩彩条信号来说，黑白电平的变化范围应在0到1之间。图像信号电平不超过黑白电平之外的0.33。由表中数据可见，黄条和青条的最大值分别超过白色电平78％和46％；红条和蓝条的最小值又分别低于黑条电平40％和78％。

解决：两种方案：①压缩Y信号，或②压缩C信号压缩Y会造成Y变小，影响黑白图象内容，且同时也压缩了同步头，影响扫描同步。②应：压缩C，而Y保持不变。影响：蓝条和红条：超过了黑色电平（对负极性信号而言），而且超过了同步头电平

——破坏同步，使重现图像不稳。黄条和青条：低于白色电平，以至于小于零

——将使发射机产生过调制(过载)；使重现图像严重失真，造成伴音中断。因为接收机中，第二伴音中频是靠图像中频和伴音中频差拍产生的，过调制将使图像载波有时为0，当然这是不能允许的压缩方法

压缩色差信号有两种方法：

①（R-Y）、（B-Y）同比例压缩

②不同比例压缩（仅压缩超出的部分）同步头对应的视频信号幅度为-0.43V。则要求Y+C的信号最大最小电平分别不超过白电平和黑电平的33%，如图即在在-0.33～1.33V范围内。即：黄色：Y+C不超过1.33

蓝色：Y-C不低过-0.33按压缩系数k1、k2来压缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，压缩后的色差信号分别用U、V表示：

U=k1(B-Y)V=k2(R-Y)压缩方法

压缩要求：Y+C的信号最大最小电平分别不超过白电平和黑电平的33%，如图即在-0.33～1.33V范围内。即：黄色：Y+C不超过1.33

蓝色：Y-C不低过-0.33用压缩系数k1、k2来压缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，压缩后的色差信号分别用U、V表示：

U=k1(B-Y)

V=k2(R-Y)

黄色：青色：得：

k1=0.493k2=0.877彩条YR-YB-YCθY+CY-C黄0.8860.11-0.890.90173°1.78-0.01青0.701-0.700.300.76293°1.46-0.06压缩方法用压缩系数k1、k2来压缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，压缩后的色差信号分别用U、V表示：

U=k1(B-Y)

V=k2(R-Y)

压缩后的色度信号：

C=V+U色度矢量：模：相角：压缩后的彩条信号彩条YUVCθY+CY-C白1.0000.000.000.00／1.001.00黄0.886-0.4370.10.448167°1.330.44青0.7010.147-0.6150.632283°1.330.07绿0.587-0.289-0.5150.591241°1.180.00品0.4130.2890.5150.59161°1.00-0.18红0.299-0.1470.6150.632103°0.93-0.33蓝0.1140.437-0.10.448347°0.56-0.33黑0.0000.000.000.00／0.000.00压缩后100－0－100－0基色与补色的色度信号矢量图100-0-100-0彩条的Y+C波形色度压缩前(a)色度压缩后(b)彩色全电视信号：CVBS复合视频同步消隐对于100-0-75-0彩条，黄、青条的最大值为1.0。红色和蓝色并非与红色差和蓝色差轴重合，补色与基色矢量反向。对三基色和三补色而言，当饱和度变化时色度矢量的幅度相应变化而相角不变。对于其他彩色，当γ=1时，色度矢量的相角不随饱和度变化。否则不成立。色度矢量的幅度同时决定于彩色信号的幅度和饱和度。饱和度相同的彩色信号色度矢量的幅度不一定相同，色度矢量幅度相同的彩色信号饱和度不一定相同。

3.2.4Q、I色差信号兼容制彩色电视系统———亮度、色差信号在同一频带传输。如色度信号以双边带传送，对于带宽为4.2MHz的制式来说，采用频谱交错，亮度、色差信号频带将重叠过宽，相互干扰将很严重。如色度信号以不对称边带传送，将在检波解调时引起串色。解决——不传U、V信号，传送Q、I信号人眼视觉特性———对红黄之间颜色的分辨力最强对蓝品之间颜色的分辨力最弱在色度图中： 以I轴表示人眼最敏感的色轴——1.5MHz带宽

Q轴表示最不敏感的色轴——0.5MHz带宽同步检波解调平衡调幅波不能采用普通检波，而应采用同步检波技术。方法是将色度信号和与副载波同频同相的本振载波信号相乘。色度信号为：C(t)=（R-Y）cosωsct+（B-Y）sinωsct用cosωSCt相乘C(t)

经低通滤波器滤去二倍频载波信号，可得到(R-Y)信号。同理，用sinωSCt去乘C(t)

，再经低通滤波后，可得到(B-Y)6、NTSC制频带宽度4.2MHz，525行，60场亮度信号0－4.2MHz，色度信号0－1.5MHz频谱交错技术，fsc＝3.579545MHz选用Y、I、Q传输，Y为亮度信号，I、Q为色差信号采用正交平衡调幅，Q分量双边带传送，I信号残留边带传送三大兼容制中，NTSC制中的色度信号的处理过程和解码电路简单，成本低缺点是相位失真易出现色调变化副载频选择原则频谱交错原理： 为使亮度和色度信号的频谱间距最大，有利于频谱交错，副载频采用半行频偏置——半行频的奇数倍。

为了减轻副载波对亮度的干扰，应尽量使副载频选在视频信号的高端。副载频越高，其干扰亮度的光点越细，愈不易被人眼察觉。另外，还能使色度和亮度信号的主要能量分别位于视频的高、低两端，从而减轻两者的相互干扰。考虑到可能出现伴音载波和副载波的差拍干扰，所以还要求两者的差频也等于半行频的奇数倍；

NTSC制副载频的选择对于525行、60场的黑白电视M制，行频为15750Hz，半行频为7875Hz，伴音载频4.5MHz。n取455，则伴音载频（455+117）*7875=4.5045MHz，在4.5MHz伴音鉴相时有干扰。NTSC制行频改为15734.264Hz，此时伴音载频为4.4999995MHz，非常接近4.5MHz。场频改为

I信号超前（R-Y）信号33°，处在红黄区域Q信号超前（B-Y）信号33°，处在蓝紫区域选用原因：人眼分辨红黄能力最强（I:0－1.5MHz）、蓝紫能力最弱（Q:0－0.5MHz）。传送黑白信号时，I,Q均为0，兼容性好6、NTSC制频带宽度4MHz，525行，60场亮度信号0－4MHz，色度信号0－1.3MHz频谱交错技术，fsc＝3.579545MHz选用Y、I、Q传输，Y为亮度信号，I、Q为色差信号采用正交平衡调幅，Q分量双边带传送，I信号残留边带传送三大兼容制中，NTSC制中的色度信号的处理过程和解码电路简单，成本低缺点是对相位失真易出现色调变化伴音载频7、PAL制频带宽度6MHz，625行，50场亮度信号0－6MHz，色度信号0－1.3MHz选用Y、U、V信号传输，采用逐行倒相正交平衡调幅频谱交错技术，fsc＝4.43361875MHz频道带宽品偏红品偏红品偏蓝7.1PAL(PhaseAlternationLine)逐行倒相正交平衡调幅制Φk(t)表示逐行取值为+1和-1的2H为周期的开关函数Fn表示第n行的色度矢量，Fn+1表示n+1行的色度矢量。由于行相关，可以认为它们的颜色相同。则矢量Fn和Fn+1的U分量相等，V分量绝对值相等、相位相反，即以U轴对称。如果传输过程中无相位失真，解调时V回原位，可正确地恢复出色差信号。有相位失真时，用逐行倒相的方法消除了相位失真带来的色调失真，相位失真仅引起了饱和度下降，但色调末变。隔行扫描逐行倒相的变化规律：

不倒相行（取正号）——NTSC行倒相行（取负号）——PAL行接收端检波时要识别是NTSC行还是PAL行，以决定正交同步检波器的相位。NTSC行PAL行

VUVCUCebebPAL制色同步逐行摆动±90°。7.2PAL色度信号的频谱交错PAL色度信号频谱:①U分量对副载波sinωct平衡调幅，频谱仍以fH为间隔，对称地分布在色副载波fsc两旁。②逐行倒相的V

分量对副载波cosωct平衡调幅，也可看成是V分量对