《电视原理与数字电视》-第2章模拟电视信号基础

2.1黑白全电视信号2.1.1图像信号图像信号表示被摄景物像素的明暗程度，也称亮度信号，是在扫描正程发出的。图像信号有以下特点。(1)正程期间发出，电平幅度为12.5%~75%。(2)负极性信号，即电平越高，图像越暗。采用负极性信号的优点是:一是节省发射功率，由于图像信号大多是亮电平，将亮电平规定在低电位，可节省大量的发射功率;二是抗干扰能力强，由于在传送信号时，大多数干扰是叠加在高电平上的，而高电平是设定为黑电平，使干扰显示不出来，即减少了干扰信号对图像的影响。所以，大多数图像信号都设计为负极性。(3)单极性信号，即电平全部是正或负，使图像信号具有直流成分(用图像信号的平均值)，用以表示图像背景的亮度。下一页返回2.1黑白全电视信号收到的电视节目图像信号，是一个随内容变化的随机信号，如图2-1(a)所示，扫描正程图像是亮的，扫描逆程图像是暗的。由于这种信号是随机不确定的，不能进行测试，在没有节目时，电视台会发射灰度测试信号(彩色图像发射彩条)，如图2-1(b)所示。2.1.2复合消隐信号由于电视成像是逐行扫描成像的，每一行每一场都是由正程和逆程组成，正程显示图像，逆程不显示图像，则需要用消隐信号将逆程不显示。消隐信号的作用是为消除回扫线，使扫描逆程时屏幕显示为黑，行场扫描逆程发出消隐信号，包含在全电视信号中，分别为行消隐与场消隐，统称复合消隐信号。行消隐信号:在行逆程传送使回扫线不显示的信号。宽度:12μs。电平幅度:75%周期:64μs。频率:15625Hz。如图2一2(a)所示。上一页下一页返回2.1黑白全电视信号场消隐信号:在场逆程传送使回扫线不显示的信号。宽度:1600μs,25行。电平幅度:75%。周期:20ms。如图2一2(b)所示。复合消隐信号:将行场消隐信号复合在一起，成为复合消隐信号，如图2一2（c）所示。2.1.3复合同步信号由于电视图像是顺序传送的，发送端与接收端要保持同步，每一行每一场都要严格步调一致，才能收看到正常图像。当电视机发生不同步时，发生图像滚动的现象，就是由于同步信号失效，幅度不够或频率不准的现象，在1.1.3节电子扫描中已作介绍。所谓同步信号，是指使发送端与接收端保持一致的信号，分为行同步与场同步，统称为复合同步信号。为了不干扰图像，同步信号是在逆程发出的，叠加在行场消隐信号上。上一页下一页返回2.1黑白全电视信号行同步信号:保持发送端与接收端行信号一致，在行逆程发出，叠加在行消隐之上。宽度:4.7μs，前肩:1.3μs，电平幅度:25%，周期:64μs。如图2一3(a)所示。场同步信号:保持发送端与接收端场信号一致，在场逆程发出，叠加在场消隐之上。宽度:160μs，前肩:160μs，电平幅度:25%，如图2一3(b)所示。复合同步信号:将行场同步信号复合在一起，称为复合同步信号，如图2-4(f)所示。总结以上介绍的行消隐、场消隐、行同步、场同步，并归纳为复合消隐和复合同步，如图2一4所示。上一页下一页返回2.1黑白全电视信号2.1.4行场扫描参数将模拟电视扫描技术行场扫描参数进行归纳，表2一1为PAL制广播电视系统扫描参数;表2-2为NTSC制广播电视系统扫描参数。2.1.5视频信号的频带图像信号的频带宽度，对电视频道的设置很重要。一般图像信号的频宽决定了视频信号的宽度。以图像信号计算，图像信号频带宽度是最高频率与最低频率之差，即B=fmax-fmin。当图像信号背景不变时:.fmin=0当图像像素黑白相间变化，如图2一5所示。设n为每行分解的像素，取n=583,T正(行扫描正程时间)=52μs,在显示一行图像扫描中，黑白间隙每秒的变化次数最大为n/2,则最高频率fmax为:上一页下一页返回2.1黑白全电视信号2.1.6黑白全电视信号所谓电视信号，不仅能包含图像信号，还应该有同步信号和消隐信号，这3种信号合在一起，称为全电视信号，即图像信号+复合同步信号+复合消隐信号。对于随机电视信号，黑白全电视信号波形如图2-6所示。对于电视测试信号，八级灰度黑白全电视信号波形如图2一7所示上一页返回2.2射频电视信号2.2.1广播电视系统概述广播电视系统由广播电视的发送、传送和接收3部分组成，完成电视信号的产生、处理、形成、传输、记录和播放等任务，并进行光电和电光的转换。广播电视系统组成示意图如图2一8所示。1.发送端(电视台)发送端完成电视信号的产生、加工处理及发射功能，由电视台的一系列设备完成。电视发送系统方框图如图2-9所示。其中各部分的作用如下所述。(1)信号的摄取:信号的摄取是多种多样的，在演播室，由卫星、微波线路、电缆传送来自其他电视台或球场、剧场等现场节目，由摄像机摄制各种节目。下一页返回2.2射频电视信号(2)加工处理:传送来的各种信号，严格地讲只是图像信号，并不是电视信号，需要在中心机房将图像放大，对图像进行一系列的校正，如y校正、轮廓校正、电缆校正，并加入复合消隐和复合同步脉冲等形成全电视信号。y校正:接收端显像管电光转化产生的非线性失真。轮廓校正、电缆校正:摄像或电缆传输产生的高频失真。(3)切换:电视信号是技术加工和艺术加工的统一体。导演监看进行节目切换和分配，从各路输入信号中选出需要播出的信号，最后将选择加工好的全电视信号，由视频分配器分成多路视频信号和相应的伴音信号一起传送给发射机房。(4)发射:电视信号必须经过调制，将全电视信号和伴音分别调制在图像载频和伴音载频上。形成射频信号，再经功率放大，送发射塔。上一页下一页返回2.2射频电视信号2.传送信道电视信号的传送信道分为无线传送、有线传送。无线传送是通过电磁波在大气空间传送电视信号，可以直接发送射频电视信号，目前还大量采用卫星传送，一般也称为开路电视。有线传送是通过电缆、光缆等传输媒介进行传输，随着对电视传输质量的要求不断提高，有线传输在电视传输中占的比例越来越大，尤其是数字电视的发展，图像频带宽，频道数量大和双向传输技术的要求，这些必须用光缆传送完成，也称为有线电视。3.接收端(电视接收机)电视机接收到天线或有线传输网送来的射频电视信号，经过放大、变频、检波等，还原为图像和伴音信号，重现图像和声音。有关电视接收整机是本课程的重点，将在第3章、第4章作详细介绍。上一页下一页返回2.2射频电视信号2.2.2电视信号的传播目前电视信号的传送方式分为无线和有线，高空与地面相结合的方式。这里主要分析无线传播方式。1.电视信号的传播特性1)视距传播地面电视信号的频率范围设计在超短波频段，波段划分如图2一10所示。传播方式是沿直线传播到直接可见的范围，称为视距范围。最大视距距离与发射天线与接收天线的高度有关，设发射天线长度为h1，接收天线长度为h2，视距距离为d1，则最大视距距离为上一页下一页返回2.2射频电视信号如果电视信号调制在微波段，一般在1GHz以上，传播距离可以远些，近似为d2，则:

2)多径传播电视信号经地面或遇障碍物会产生反射，直射信号和反射信号在接收天线上互相干扰，形成多径传播，出现重影。3)绕射传播电视信号的绕射能力很弱，在高大建筑物后面会形成阴影区，使电视信号接收质量差。上一页下一页返回2.2射频电视信号2.扩大覆盖范围的方法电视信号的覆盖面是限制在视距范围内的，提高发射天线的高度可以扩大服务区，但天线的长度受功率、制造工艺等方面的限制，故扩大覆盖范围需要采取其他的方法，目前广泛采用的是电视差转、微波中继、卫星通信等方法，如图2一11所示。2.2.3射频电视信号的形成在2.1节中，介绍的电视信号是视频电视信号，这种信号只能在室内或近距离传输，而电视信号由电视台发出后，一般要经过长距离的传输才能送到用户终端。为使电视信号在自由空间传播得更远，并实现多个电视台节目同时传送，电视信号要经过高频调制后，才能有效地发射出去。即将视频电视信号变成射频电视信号，也称为对电视信号的调制。这里分析一下，为什么要对电视信号进行调制，主要考虑有下面两个原因。上一页下一页返回2.2射频电视信号1.受天线有效辐射条件的限制根据电磁波辐射理论，天线有效辐射条件是指天线的尺寸与发射信号的波长必须相比拟时，一般需要天线长度达到信号波长的1/10一1，信号才能有效地发射出去。否则，由于信号的电磁场强度不够，是无法在自由空间进行辐射传播的。在全电视信号中:图像0Hz~6MHz;伴音20Hz~20kHz，以电视信号中频率最低的成分音频信号为例，计算一下需要多长的天线长度，才能将全部的电视信号发射出去。如音频信号一般规定在:20Hz~20kHz的范围内，电磁波在自由空间的传播速度C与光速是一致的，信号波长λ与信号频率f的关系如式(2一3)所示。上一页下一页返回2.2射频电视信号若音频信号取最高20kHz，则信号波长λ为:2.多路复用的需要所谓多路复用，是指在同一时刻可以发射多个电视频道的信号。前面分析过电视视频信号的频率范围是设定在0~6MHz，如果各个电视台的信号不经过处理直接发射，则全部在0~6MHz，使接收端无法区别，造成混台现象。为了防止混台，使不同的节目互不干扰，就要将各个电视台的信号分别调制在不同的载波上，以示区别。在接收时，对不同的频率点进行接收，就可以收到各自的电视节目。实际上，广播电台、移动通信以及各种无线、有线通信方式，都是需要对信号进行调制发射，在接收端进行解调，还原出原始信号。上一页下一页返回2.2射频电视信号如中央一套(2频道):调制在载波fc1=57.75MHz，中央二套((8频道):调制在载波fc2=184.25MHz，将两个电视节目信号分别放在不同的频率范围内，如图2一12所示。2.2.4图像信号的调制电视信号图像与伴音的调制方法是不同的，图像采用调幅方式，而伴音采用调频方式。电视图像信号采用残留边带调幅VSB的方式。1.采用负极性调幅正极性调幅是指:亮电平用高电平表示;黑电平用低电平表示。负极性调幅是指:亮电平用低电平表示;黑电平用高电平表示。采用负极性调幅的优点如下。(1)干扰影响小:干扰信号往往是叠加在幅度上的，由于图像高电平是黑电平，表现为黑点，不明显。

上一页下一页返回2.2射频电视信号(2)发射机效率高:多数图像内容较亮，负极性调幅亮信号，表示为低电平，可节省发射功率。所以，图像信号一般采用负极性调幅，如图2一13所示。2.采用残留边带VSB发送在调幅制中，调幅的方法分为4种:普通调幅AM、双边带调幅DS玖单边带调幅SSB和残留边带调幅VSB，各自有不同的特点。1)普通调幅AM调制解调方法简单，解调电路采用二极管峰值包络检波电路即可。但占用频带宽度是调制信号的两倍，频谱图如图2一14(a)所示。如图像信号频带6MHz，调幅后的频带12MHz发射时，由于载波占功率较大，比较浪费功率。上一页下一页返回2.2射频电视信号2)双边带调幅DSB为了节省发射功率，采用抑制载波的双边带调幅制，即不发射载波的调制，如图2一14(b)所示。占用的频带与普通调幅AM一样，并没有节省频带，但使用功率是普通调幅AM的1/2。电视信号中色度信号的调制采用的是双边带调幅。双边带调幅实现电路采用集成乘法器，易于集成，使用方便，目前已广泛使用。3)单边带调幅SSB为了进一步节省频率资源，可采用单边带调幅SSB,频谱图如图2一14(c)所示。既节省频率资源，又可节省功率，但由于对频带滤波器要求高，调制解调电路实现也比较麻烦，成本较高，故仅在军用或某些特殊场合应用。上一页下一页返回2.2射频电视信号4)残留边带调幅VSB残留边带调幅是综合了普通调幅与单边带调幅，由于普通调幅信号上下边带是对称的，去掉一个边带对信号也无影响，但要求截止频率陡直，对滤波器特性要求很高，由于只考虑残留部分另一个边带，故称为残留边带。残留边带调幅的频谱图如图2一14(d)所示。残留边带调幅的优点是:已调信号的频带较窄，一个电视频道经残留边带调幅，频带从普通调幅的12MHz下降为8MHz左右;滤波器性能比单边带更容易实现，既保留了普通调幅调制解调电路简单的优点，又节省部分功率和频率资源，减少了电视信号发射功率，简化了发射机与接收机电路，降低成本，更重要的是可以节省宝贵的频率资源，可在有限的频率资源中安排更多的频道。上一页下一页返回2.2射频电视信号2.2.5伴音信号的调制电视伴音采用调频制，图像与伴音信号的调制方式不同可减小相互干扰，提高伴音信号的接收质量，声音质量较好。由于调频所占频带较宽，图像不宜采用调频制，而伴音信号本身频带很窄，使用调频的方法，所占频带宽度也不是很宽。电视伴音调频最大频偏取△fmax=50kHz，伴音最高频率Fmax=20kHz，伴音频带宽度:实际给电视伴音分配频带B=500kHz。伴音频谱图如图2一15所示。通常伴音信号中，高频分量的振幅比低频分量要小，因此抗干扰能力差，为提高音频高音的抗干扰能力和改善信噪比，在发射伴音时，往往需要采用预加重措施。上一页下一页返回2.2射频电视信号(1)预加重:为提升传输过程中高音的抗干扰能力，在发射时对高频分量进行幅度提升。一般采用RC高通滤波器，如图2一16(a)所示。(2)去加重:在接收机中，要采用去加重电路，恢复伴音原有的高低频分量幅度比例，以避免失真。一般采用RC低通滤波器，如图2一16(b)所示。2.2.6射频电视信号的频谱图像信号经残留边带调幅，伴音信号经调频后形成射频全电视信号。电视射频频道的宽度为8MHz，如图2一17所示为射频全电视信号频谱。上一页下一页返回2.2射频电视信号根据图2-17，在射频全电视信号的频谱图中，图像载频fc、伴音载频fs、最高频率fmax、最低频率fmin;4个频率之间的关系为:伴音载频fs总比图像载频fc高6.5MHz，最高频率fmax比伴音载频fs高0.25MHz，最低频率fmin。比图像载频fc低1.25MHz。利用4个频率之间的关系，已知其一，可计算其他频率的频点。2.2.7电视频道的划分我国地面开路电视广播频道划分在超短波频段，设计在48.5一958MHz，共划分68个频道。有线电视广播作为增补频道，插在开路频道的空隙中，目前可增加42个。上一页下一页返回2.2射频电视信号1.地面开路电视频道划分地面开路电视频道划分范围为48.5~958MHz，共划分68个频道(由于移动通信的占用，目前只用到56号或48号)。每个电视频道宽8MHz，伴音载频比图像载频高6.5MHz甚高频VHF(米波)有12个频道，分为低段VHFL，高段VHFH;特高频UHF段(分米波)有56个频道。所以共分为3个波段，简称:VL段、VH段、U段。具体频率划分见表2一3。2.有线电视频道划分在开路电视频道划分中，由于考虑到无线信号在自由空间传播互相干扰的问题，在某些频率段之间留有空隙，频率资源像土地资源一样是不可再生的，非常宝贵，所以在设计有线频道时将空隙频率利用上，称为增补频道。111~167MHz空频道:增补Z一1~Z一7，称为zI波段;223~463MHz空频道:增补Z一8~Z一37，称为zII波段;566~606MHz空频道:增补Z一38~Z一42，称为ZIQ波段。见表2一4。上一页下一页返回2.2射频电视信号将开路与有线电视频率资源合在一起，如表2-5所示为开路有线电视频道划分。以频谱图表示地面开路与有线电视频率资源的分配，如图2一19所示。开路有线电视频道划分见表2-6。上一页返回2.3彩色的基木概念2.3.1彩色基本要素对于黑白图像表示其特性的3个基本要素是:亮度、对比度和灰度。亮度是指人眼所感觉光的背景明暗程度;对比度是指图像最大亮度与最小亮度之比;灰度是指图像黑白亮度的层次。图像从最亮到最暗的亮度层次越多，图像就越清晰，通常接收机7一8级能显示明暗清晰的图像。对于彩色图像表示其特性的三要素是:亮度、色调和色饱和度。亮度(与黑白一样)是指光的明暗程度，即光线的强弱，与光功率有关。色调是指光的颜色，即彩色的光谱成分不同的波长颜色不同，与光的波长有关。色饱和度是指光的深浅程度，即掺入的白光越多，光越浅，色饱和度越低，与掺入白光的多少有关。下一页返回2.3彩色的基木概念2.3.2三基色原理自然界的彩色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光合成的，在电视中若用七色光组成彩色图像，可以真实再现自然光图像，但在电视设备中需要配备7个信号通道，使电视设备非常复杂。利用三基色原理可以简化信号量，满足电视设备的要求。1.三基色原理人们在进行混色实验时发现，可以用几种单色光混色，来仿造自然界中大多数的彩色，而不必用全色七色光。进一步发现:只要选取3种不同颜色的单色光按一定比例混合就可得到自然界中绝大多数色彩，具有这种特性的3个单色光叫基色光，对应的3种颜色称三基色。这是因为人眼视网膜上光敏细胞决定彩色视觉，它只对几种彩色敏感，分为红敏、绿敏、蓝敏3种光敏细胞。根据人眼的这种视觉特性，产生了三基色原理。三基色原理内容如下。上一页下一页返回2.3彩色的基木概念(1)三基色必须是相互独立产生，即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。(2)自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按一定比例混合得到。(3)3个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。(4)混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。三基色原理是对颜色进行分解与合成的重要原理，它为彩色电视技术奠定了理论基础，简化了电视信号传送处理，彩色电视要传送的图像亮度不同、色调和色饱和度千差万别的彩色信息，有了三基色原理，只需要将要传送的颜色分解为三基色(红、绿、蓝)，再分别以对应的一种电信号进行传送处理。用简单的方式描述三基色原理，红、绿、蓝信号一般也表示为R,G,B信号，红、绿、蓝三基色可以合成大多数的自然光，而大多数的自然光又可以分解为三基色，如图2-20所示。上一页下一页返回2.3彩色的基木概念2.混色方法单色光的颜色可以由几种颜色的混合光来等效，这一现象称混色。利用混色的方法，可以用几种颜色的光来仿造出自然界中大多数的彩色。彩色电视中所采用的三基色分别是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)，几乎所有彩色光都可由不同比例的红、绿、蓝三基色光混合得到。将三基色按照不同的比例混合获得彩色的方法称为混色法。彩色混色法分为两种:相加混色(彩色光的混色，彩色电视用光混色)、相减混色(彩色颜料混色，绘画用颜料混色)，如图2一21所示。由于电视图像是采用光合成，即相加混色，故重点对相加混色作一介绍。相加混色主要有以下3种方法。1)空间混色法上一页下一页返回2.3彩色的基木概念将3种基色光在同一平面的对应位置充分靠近，只要3个基色光点足够小且充分近，人眼在离开一定距离处将会感到是3种基色光混合后所具有的颜色。这种空间混色的方法是同时制彩色电视的基础。2)时间混色法利用人眼的视觉惰性，顺序地让3种基色光出现在同一表面的同一处，当相隔的时间间隔足够小时，人眼会感到这3种基色光是同时出现的，具有3种基色相加后所得颜色的效果。这种相加混色方法是顺序制彩色电视的基础。3)生理混色法人的两眼同时分别观看不同颜色的同一彩色景象时，使之同时获得两种彩色印象，两种彩色印象在大脑中产生相加混色的效果。上一页下一页返回2.3彩色的基木概念相加混色规律:相加混色规律示意图如图2一22所示。3.三基色与标准彩条信号标准彩条信号是彩色电视的一种测试信号，由电视台或彩色信号发生器产生。由8种颜色组成:白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。显像管的3个电子枪R,G,

B可输出三基色信号，经相加混色可得到标准彩条的8种颜色。上一页下一页返回2.3彩色的基木概念电视台发射的标准彩条是由三基色组成，分别供给显像管红、绿、蓝3个电子枪的阴极，由阴极发射出电子，轰击彩色荧光粉，根据三基色原理合成彩色图像。与彩条相对应的三基色波形如图2-23所示。2.3.3亮度方程彩色光的明暗程度，即彩色光的亮度是与彩色光的颜色有关的。一般人们可以感到，当彩色光中绿色较多时，光线比较明亮，而当蓝色较多时，光线比较暗，这说明彩色光的明暗与光的成分是有关的。描述三基色与亮度关系的方程，称为亮度方程。若彩色光为总亮度Y=100%的白光，则绿色光对亮度的贡献为59%，红色光对亮度的贡献为30%，蓝色光对亮度的贡献为11%o即:上一页下一页返回2.3彩色的基木概念亮度方程表示为式(2-4)。式中，Y为彩色混合光的亮度;R,G.B为三基色光。亮度方程描述了三基色与彩色光亮度的关系，即彩色光的明暗程度。值得注意的是，这里的亮度Y，虽然与三基色光有关，但它反映的是光的明暗程度，是一个黑白信号，在2.1节中介绍的黑白图像信号，只有明暗之分，就是一个亮度信号，这个概念必须弄清楚。R=G=B=1:白光的亮度最大;Y=1，为白色。R=G=B<1:白光的亮度小;Y<1，为灰色。R=G=B=0白光的亮度为0;Y=0，为黑色。当R,G,B取值不同时，混合色颜色不同;Y为该颜色的亮度，即明暗程度。上一页返回2.4电视制式2.4.1兼容传送方式在彩色电视的发展过程中，存在黑白电视与彩色电视同时并存的情况，所以存在彩色电视与黑白电视的“兼容”问题。这里说的“兼容”有两层含义:一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像;二是指彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性。简单地讲，兼容是指彩色和黑白电视能互相收看。即黑白电视机收看彩色节目，呈黑白。彩色电视机收看黑白节目，呈黑白。目前世界三大彩色制式为NTSC(NationalTelevisionSystemsCommittee)制、PAL(Phase-AlternativeLine)制和SECAM(法文:SequentialColeurAvecMemoire)制，都是兼容制式。下一页返回2.4电视制式要实现彩色电视与黑白电视兼容，即黑白电视机可以收看到彩色电视系统所发射的彩色电视信号，彩色电视机可以收看到黑白电视系统所发射的黑白电视信号，应满足以下条件。(1)彩色电视信号中必须含亮度信号和色度信号。(2)彩色电视信号通道的频率特性与黑白电视通道频率特性一致。(3)彩色信号与黑白信号的调制方式、扫描频率和同步方式一致。(4)尽量减少亮度与色度信号之间的干扰。2.4.23种电视制式目前世界上模拟彩色电视制式有3种:NTSC制、PAL制和SECAM制，都是采用兼容式传送方式。上一页下一页返回2.4电视制式1.NTSC制式NTSC彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。这种电视制式是世界上第一个彩色电视制式，优点是制式电路比较简单，成本低。缺点是存在相位失真敏感的问题，即如果电路中色度信号相位有失真，对图像影响较大。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾和中国台湾采用这种制式。2.PAL制式由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点，因此德国(当时的西德)于1962年制定了PAL制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。1967年西德、英国首次使用这种制式，它的最大特点是克服了NTSC制的相位失真敏感问题，但接收机较NTSC制的接收电路复杂一些。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。上一页下一页返回2.4电视制式3.SECAM制式法国制定了SECAM彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。1966年法国首次使用，这种制式与前两种不同的是，两个色差不是同时传送，而是进行行轮流交换传送，两个色差分别对两个不同的副载波进行调频，然后将两个调频行波行轮换插入亮度信号频谱的高端。由于这种制式采用顺序传送图像，接收机比较复杂，图像质量比前两种差，并没有得到推广。目前法国、苏联及东欧国家采用这种制式。3种兼容制电视制式比较，相同点是彩色图像都传送亮度玖红差R一玖绿差B一Y这种信号，而不同点在于色差调制副载波的方法不同。所以，电视接收机电路也不同，不同制式的电视接收机是不能互相收看的。但目前，广泛流行的全制式电视接收机，在电视机内部设计有制式转换电路。上一页下一页返回2.4电视制式在数字电视的发展过程中，也会遇到不同的传输标准的问题。目前已有美国标准、欧洲标准及日本标准，我国也制定了一系列数字电视标准，数字电视传输标准一共包括3个标准:地面传输标准、有线电视标准和卫星电视标准。有线数字电视标准和卫星电视标准此前已确定采用欧洲标准DVB-C和DVB-S，只有地面传输标准是采用了国内标准，因此该标准也是对国内数字电视产业影响最大的一个标准。地面数字电视从2007年8月1日起正式实施。上一页返回2.5彩色图像信号彩色电视图像与黑白电视图像不同点在于:黑白图像只有亮度，彩色图像含亮度和色度。所以彩色图像信号是彩色电视信号重要的部分，掌握彩色电视图像信号，还将为数字电视信号的学习打下基础。在电子技术中，对信号的研究有两种不同的角度:一种是时域法，用与时间有关的波形图分析信号;另一种是频域法，用与频率有关的频谱图分析信号。频谱图是指信号频率范围的分布图。对于彩色图像的分析，将重点使用频域的方法对信号展开分析研究，通过频谱分析，对信号的频率成分认识更清楚，可以充分利用频率资源，尤其对兼容性很重要。本节将分析彩色图像信号的基本组成、制作过程及工作波形。下一页返回2.5彩色图像信号2.5.1亮度信号前面介绍过，亮度信号是表示图像明暗程度的信号，在黑白图像中只有明暗的变化，而在彩色图像中，亮度信号反映了彩色图像背景的明暗变化，与彩色有关，但实际上还是一个黑白信号。亮度信号的频带宽度是0一6MHz(即视频信号的宽度)，亮度信号的频谱如图2-24所示。由以行频为间距的主谱线，以场频为间距的边频分量辅谱线组成;幅度由高频到低频递减，间距相应递增(在高频端，由于幅度小，边频幅度小，可忽略，使边频频带变窄，空间显得大)。由以上可知，亮度信号的频谱是呈梳状的离散频谱，各谱线留有较大的空隙，为进行频谱交错提供了条件。各种图像亮度的信号频谱结构不同，典型图像信号频谱如图2-25所示。上一页下一页返回2.5彩色图像信号在实际的分析中，为了简化可以将亮度信号的频谱(图2-24)，可只画出主谱线，如图2一26所示。2.5.2色差信号1.色差信号在实际的彩色图像信号中，颜色是用色差信号表示的。色差信号是指基色与亮度之差，分为红差R一玖绿差G一玖蓝差B一Y。选用色差信号作为彩色图像信号，是为了减少亮度信号与基色信号的互相干扰。亮度方程式(2一4):上一页下一页返回2.5彩色图像信号分析式(2-4):左边是亮度Y，右边是三基色RGB。当三基色RGB不同时，图像的颜色成分会影响图像背景的亮度。如果直接使用三基色RGB作为彩色图像，会造成彩色图像的明暗总随图像颜色变化，给人的视觉不舒服的感觉，即形成亮色干扰。将式(2一4)两边同减去Y得:上一页下一页返回2.5彩色图像信号当式(2-5)右边的色差变化，式子左边恒等于零，即亮度Y不会随颜色发生变化，故选用色差作为彩色图像信号，色差变化不会干扰亮度，这样消除了亮色干扰的现象。色差信号与三基色的关系如下:

2.彩色图像信号为了传送彩色图像，从兼容的角度出发，彩色电视系统中应传送一个反映图像亮度的亮度信号，以Y表示，其特性应与黑白电视信号相同。同时还需传送反映色度的信息，常以F表示。上一页下一页返回2.5彩色图像信号彩色图像信号组成:亮度Y,R-Y,B-Y。绿差G-Y由方程(2一10)合成。在接收端，运用反相比例运算放大器可以合成G一Y，如图2-27所示。2.5.3色差信号频谱压缩1.大面积涂色原理根据对人眼视觉特性的研究表明，人眼对黑白图像的细节有较高的分辨力，而对彩色图像的细节分辨力较低。当重现彩色图像时可以这样处理图像:对涂色面积较大的各种颜色，全部显示其色度可以丰富图像内容;对彩色的细节部分，彩色电视可不必显示出色度，因为人眼已不能辨认它们更细的色度区别，只能感觉到它们之间的亮度不同。这就是大面积涂色原理的依据。即人眼对彩色细节不如黑白敏感。如中国彩色水墨画，先在白纸上勾出黑白图像细节的轮廓，然后大面积涂色，仍能看到很好的图像效果，如图2一28所示。大面积涂色原理:图像大面积有彩色，细节由亮度描绘。上一页下一页返回2.5彩色图像信号2.色差信号频谱压缩将大面积涂色原理应用在电视技术中，也称高频混合原理:在彩色图像传送过程中，彩色大面积部分，即信号的低频部分，同时传送亮度和色度。彩色的细节部分，即信号的高频部分，可以用亮度信号来取代。亮度信号Y的频谱图，如图2-29所示，占用6MHz的频带，而色差信号R一Y，B一Y原来的频谱图与亮度信号的一致，也占用6MHz，那么传输彩色图像信号的频谱，会发生与亮度信号频谱重合的现象。兼顾兼容性的要求，黑白信号原有频道只允许一个6MHz图像通过，所以必须对彩色图像信号玖R一Y，B一Y这3个信号进行压缩。压缩视觉冗余度，去掉那些相对人眼而言看不到的或可有可无的图像数据。应用大面积涂色原理对色差信号进行压缩，可以不影响图像的质量。上一页下一页返回2.5彩色图像信号采用6MHz带宽传送亮度信号，而用窄带传送色度信号。经过对许多正常视力的人统计，使用1MHz带宽传送色度信号，所获得的彩色图像88%的人会感到满意，若用2MHz带宽传送色度信号，几乎所有的人都会对所获得的彩色效果满意。故PAL电视制式规定:色度信号的频带宽度为1.3MHz。对色差信号频谱压缩方法进行如下分析，如图2一29所示。Y信号:用宽带传输0~6MHz以保留图像轮廓、图像明暗和清晰度。R一Y，B一Y:用窄带传输0~1.3MH，进行大面积涂色，保证合适的图像色度。将亮度与色差信号频谱合成在一起，总信号频谱压缩在6MHz之内，如图2一30所示，同时满足视觉和兼容性的要求。上一页下一页返回2.5彩色图像信号2.5.4亮色频谱交错根据大面积涂色原理，色度信号的带宽虽可以大大地压缩，但由于亮度信号和色度信号的频谱结构是一致的，若把已压缩的色度信号直接与亮度信号混合，频谱线会重叠，在接收时仍无法区别亮色信号。设法将色度信号插到亮度信号频谱的空隙中实现“频谱交错”，使色度信号不占有额外的频带，又避免亮色信号间的干扰，并使彩色电视信号保持在6MHz的频带范围之内，这就是亮色频谱交错的目的。分析图2一29:色差信号压缩后，虽然频谱线减少到1.3MHz，如果直接与亮度信号频谱合成，还会造成在1.3MHz内频谱线是重合的，产生亮色互相干扰的现象。为了解决这个问题，必须将亮度信号频谱线与色差信号谱线错开。上一页下一页返回2.5彩色图像信号分析亮度信号的频谱特性:亮度信号的频谱具有间隙很大梳齿状特征，离散的，中间有空隙，且幅度随着频率的升高逐步递减，将R一Y、B一Y插入空隙可以充分利用频率资源。首先将色度信号的频谱移动半行频(fH/2)，将色差信号的频谱与亮度信号的频谱错开，为了最大限度地减少亮色干扰，将色差信号插在亮度信号的高频端，因为在高端亮度信号的频谱线幅度较小，能量较少，亮度对色差的干扰减少到最低。图2-31为亮色频谱交错示意图，由于亮度信号与色度信号二者的谱线是互相交错的，故称“频谱交错”图。亮色频谱交错频率示意图如图2一32所示。将色差信号搬移到4.43MHz的过程，实际上利用的是平衡调幅(双边带调幅)，所占频带范围为(4.43±1.3)MHz,即从3.1~5.7MHz可以看到，最高频率5.7MHz没有超过6MHz的限度。上一页下一页返回2.5彩色图像信号2.5.5色度信号1.复习调幅波在无线电发射中将发射的信号(如图像、音频)调制在高频载波上，使载波随着调制信号而变化的过程称调制，分为调幅、调频和调相3种。调幅AM是让高频载波的幅度随着调制信号变化。调频FM是让高频载波的频率随着调制信号变化。调相PM是让高频载波的相位随着调制信号变化。调幅波的种类有:普通调幅AM、双边带调幅DS玖单边带调幅SSB(含上边带SSB、下边带SSB一)和残留边带调幅VSB。电视中采用了残留边带调幅VSB与双边带调幅DSB。这里重点复习一下普通调幅和双边带调幅(也称平衡调幅)。各种调幅波形如图2一33所示。上一页下一页返回2.5彩色图像信号(1)普通调幅:设调制信号载波信号普通调幅普通调幅的特点:发射接收简单，载波比较浪费功率。频带B=2F信号对称，频带较宽如图2-34所示。(2)双边带调幅(也称平衡调幅)是抑制载波的调幅。它与普通调幅不同之处在于不含载波成分。为了节省发射功率，只发射两个含信号成分的上下边带，即不发射载波。如式(2一16)所示:调制信号载波信号平衡调幅上一页下一页返回2.5彩色图像信号双边带调幅的特点:载波占调幅波能量的2/3，不含载波分量，可以节省发射功率。信息包含在上下两个边带中。减少载波对亮度信号的干扰。但频带B=2F没减少，与普通调幅波一致，如图2一35所示。其波形图的特点是:当平衡调幅波为正时，调幅波与载波同相;当平衡调幅波为负时，调幅波与载波反相;即调制信号过零时，平衡调幅波改变极性。由于平衡调幅波是分析色度信号的基础，故详细研究一下它的波形特点。(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;调制信号为负值时，平衡调幅波与载波反相，当调制信号电平过零时改变其电压极性，平衡调幅波相位随之变化1800,即改变极性。上一页下一页返回2.5彩色图像信号2.正交平衡调幅(NTSC)正交平衡调幅是NTSC制。为实现色度与亮度信号频谱交错，应用了平衡调幅的方式，用一个副载波便实现对两个色差信号的传输，对两个色差的调制都是采用平衡调幅制。这种调幅功率比较小，电路易集成化，通常用乘法器实现。但由于R一Y、B一Y两个色差都调制在4.43MHz，频率相同，在接收时还是存在无法区别两个信号的问题。故采用正交平衡调幅的方法，用载波初始相位不同来区分红差R一Y和蓝差B一Y。正交平衡调幅:将两个色差信号R一Y,B一Y分别用平衡调幅波调制在两个频率相同，相位相差900(正交)的副载波上，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加，这一调制方式称正交平衡调幅。具体正交平衡调幅过程如下:B一Y用00副载波平衡调幅:R一Y用900副载波平衡调幅:上一页下一页返回2.5彩色图像信号色度信号F为:色度的幅度为表示彩色的饱和度色度的相角为上一页下一页返回2.5彩色图像信号表示彩色的色调。色度信号矢量:图2-36矢量图，反映色度信号F的幅度和相位。当色度信号的相位发生变化时会引起色调变化，即颜色的变化;当色度信号的振幅发生变化时，会引起饱和度变化，即深浅的变化。两个平衡调幅信号频率相等，相位差900，保持正交关系，两者相加得到正交平衡调幅的色度信号，F称为色度信号。彩色图像信号(NTSC制)上一页下一页返回2.5彩色图像信号将色度F和亮度Y混合后，用一个通道传送，实现了亮色频谱交错，且两个色度分量正交，仍可占有6MHz的频带，又各自独立，接收机解调时，采用同步解调很容易分离出红色差与蓝色差分量。3.色差信号幅度压缩由于彩色图像信号M=Y+F，亮度信号Y与色度信号叠加后，在幅度上很容易超过规定的电平，造成失真传输。从彩色全电视信号图2-49(c)，看到将色度信号F叠加在亮度信号Y上后，幅值已超过100%的同步头，信号幅度过大，需要压缩。矢量图如图2一37所示。上一页下一页返回2.5彩色图像信号4.正交平衡调幅电路框图正交平衡调幅形成电路如图2一38所示。由副载波发生器产生的副载波sincω5Ct经放大后直接加至U平衡调制器，由色差信号U进行平衡调幅，产生平衡调幅波F。分量;同时sincω5Ct经过900移相后，得到正交副载波coscω5Ct，然后送U平衡调制器由色差信号U进行调制，产生平衡调幅波F。分量，FV与FU在合成器中相加得到色度信号F，如图2一38所示。5.逐行倒相正交平衡调幅(PAL制)逐行倒相正交平衡调幅是PAL制。PAL制是在对色度信号采用正交平衡调幅的基础上，将其中一个色度分量F。分量进行逐行倒相。彩色电视机的图像失真有亮度失真、饱和度失真和色调失真。亮度失真主要影响景物的层次，色饱和度失真则改变颜色的深浅程度，色调失真会造成景物的颜色改变。人上一页下一页返回2.5彩色图像信号眼对色调的失真最为敏感，NTSC制中，色度信号的相位失真会带来明显的色调失真。实践证明，要使人眼感觉不到色调畸变，相位失真应小于±50,这对电路的相移要求较高。PAL制彩色电视系统，就是为解决相位敏感性而发展起来的。逐行倒相:将一个色差信号(选红差)的副载波，每经一行倒相1800。可以克服NTSC制的相位失真敏感性。如图2一39所示，逐行倒相克服相位失真分析。

PAL制彩色图像的优点:利用逐行倒相克服了NTSC制相位失真敏感性，对电路相移可皎宽要求，电视彩色图像更加逼真，色彩稳定。上一页下一页返回2.5彩色图像信号PAL制获得色度信号的方法，是将三基色信号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中(fSC=4.43MHz)，与NTSC制大体相同。不同的是:将色度信号中的F。分量进行逐行倒相，每隔一行倒相1800，但F。不旋转。逐行倒相规律是:U相位不变为“+”，U相位为“±"，如图2-40所示。2.5.6色同步信号由于红色度与蓝色度都是采用的平衡调幅，不含载波成分。平衡调幅波的解调，不能用一般的包络检波器，必须采用同步解调的方法。上一页下一页返回2.5彩色图像信号1.同步检波原理同步解调器:采用一个与原载波同频同相的同步信号，对平衡调幅波进行取样，从而解调出原调制信号，称为同步解调器。一般由乘法器和低通滤波器组成，如图2-41所示。同步信号就是与副载波同频同相的正弦波sincω5Ct，经乘法器得:再用LF滤除二次谐波，得到原调制信号U}同理，将逐行倒相的副载波±coscω5Ct，送入检波器，得到红差信号V。上一页下一页返回2.5彩色图像信号2.色同步信号实现同步检波的关键是接收端恢复副载波与发送端的副载波同频同相，否则检出U中含有U和U中含有U，产生色串扰，使重现图像色度失真。在传送彩色信号时，发送色同步信号，作为接收机恢复副载波的基准。色同步的作用如下。(1)传送副载波的频率与相位:保证接收机中恢复的副载波与发送端的副载波同频同相。

(2)传送逐行倒相信息:判别NTSC行和PAL行。色同步信号的组成:在每行的行消隐信号后肩上叠加(1011)个副载波。如图2-42所示。上一页返回2.6彩色全电视信号2.6.1彩条亮度与色差信号在2.3.2已介绍过彩条的三基色信号，如图2一23所示。8条彩条对应三基色电平(设“1”

=白电平，“0”=黑电平)如下:白:R=G=B=1黄:(红+绿):R=G=1;B=0青:(绿+蓝):R=0,G=1，B=1绿:R=0，G=1，B=0品:(红+蓝):R=1，G=0,B=1红:R=1，G=0，B=0蓝:R=0，G=0，B=1黑:R=0，G=0，B=0下一页返回2.6彩色全电视信号根据三基色的关系与亮度方程，计算彩条的亮度与色差如下。上一页下一页返回2.6彩色全电视信号以上数据见表2一7。通常景物很少出现100%饱和度的情况，而且这类彩色信号形成的色度信号幅度较大，与亮度信号叠加会造成动态范围过大，在传输中易造成失真。我国规定使用75%幅度、100%饱和度的信号作为标准测试信号，因为这种信号更接近实际图像。上一页下一页返回2.6彩色全电视信号标准彩条信号一般用4个数码名命名法:如100-0-100-0,100-0-75-0。第一、二位数字表示组成无色条(黑白条)的R,住B最大和最小值。第三、四位表示组成彩色条的R,G,B的最大和最小值。理论分析多用100-0-100-0，而实际采用100-0-75-0彩条信号，如图2-43所示。用表2-7所示数据，画出白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑所对应的三基色信号、亮度信号、色差信号的波形如图2-44所示。2.6.2彩条已调色度信号彩色全电视信号的形成，关键是对色度信号的调制，下面分析标准彩条色度信号调制。上一页下一页返回2.6彩色全电视信号1.彩条已调色度信号波形2.5.5节中分析过，色度信号是利用平衡调幅将R一Y,B一Y调制到副载波4.43MHz上的。对彩条已调色度信号波形的分析，首先要对平衡调幅波进行研究。以正弦信号为调制信号的简单平衡调幅波如图2-45所示。从图2-45分析平衡调幅波形的特点:首先以调制信号为上下包络，画出包络线，再填入载波，注意过零时载波1800倒相。将这种方法引入到彩条色度信号平衡调幅波的分析中，以彩条的红差R一玖蓝差B一Y作为调制信号，画出红差R一玖蓝差B一Y的上包络线，再对称画出下包络线如图2-46所示为彩条R-Y上下包络线.填入副载波4.43MHz，平衡调制在副载波上，如图2-47所示，成为红色度和蓝色度信号。上一页下一页返回2.6彩色全电视信号2.彩条已调色度信号数据色度F的幅度值为:未压缩彩条信号数据见表2一8。彩色图像幅值:。将R-Y,B-Y经过幅度压缩后的彩条已调波的数据见表2-9。3.标准彩条色度信号矢量图在U,U平面上的色度信号矢量图(彩色钟)，以矢量的方向表示色调，以矢量的大小表示饱和度的深浅。特点:各补色矢量与相应的基色矢量反相，在色度信号振幅相同，色调不同时所对应的饱和度也不同，如图2-48所示。上一页下一页返回2.6彩色全电视信号矢量图反映了8个彩条的幅度(压缩后)大小、相位角度。其中幅度并不太重要，可以通过电路放大倍数调整，但相位角是很重要的，它决定了彩色的质量。标准的彩条必须满足矢量图的角度要求，否则，造成彩色图像失真。合格的彩条信号发生器，测量出的彩条矢量图要满足图2-48矢量角度的要求。2.6.3彩色全电视信号将亮度Y,色度F、复合消隐、复合同步及色同步信号叠加在一起，组成彩色全电视信号，也称FBAS信号。如图2-49所示，其中图(b)、图(c.)色度幅度未压缩，可以看出色度已比最高的同步头还要高，将来在放大器中会超出动态范围造成失真。将色度信号幅度压缩后，可以看出已在同步头之下，没有超出范围，如图2-49(d),(e)所示。上一页返回2.7PAL编码器与解码器1.PAL编码器PAL编码器的作用是将摄取的三基色信号R,住B编成彩色全电视信号FBAS。PAL编码器的组成框图如图2-50所示。具体编码过程如下。(1)R,住B三基色信号通过矩阵电路变换成亮度信号Y和色差信号队认(2)将Y送入陷波器，目的是去掉色度F信号。经放大后与行、场同步信号及消隐信号混合。由于色差信号经滤波电路会引起附加延时，为使亮度信号与色度信号同时进入混合电路，将Y信号延时0.6μs。(3)色差信号(R一)Y、(B一Y)经幅度加权频带压缩后得U,U信号，用1.3MHz滤波器选出。K为色同步选通脉冲。+K选出U，一K选出U。下一页返回2.7PAL编码器与解码器(4)(V+K±cosωsct副载波)得已调色差信号±Fv和色同步信号K分量。(