第3章 模拟彩色电视制式

第3章模拟彩色电视制式§3.1彩色电视制式概述黑白电视制式:扫描行数、场频、带宽、隔行扫描方式例如：625行制：625行/帧，50场，6MHz，隔行扫描525行制：525行/帧，60场，4.2MHz，隔行扫描彩色电视制式:除上述外，亮度和色差信号的处理方式•现行三大彩色电视制式：均为兼容制；区别在于色差信号是否同时传送，以及对副载波的调制方式上：•NTSC——同时制，正交平衡调幅。•PAL——同时制，逐行倒相正交平衡调幅。•SECAM——顺序-同时制，顺序传送彩色与存储。§3.2NTSC制3.2.1正交平衡调幅与正交检波一般调幅波：调制信号：u(t)载波信号：uc(t)=Uccosωt已调制信号：uAM(t)=[Uc+u(t)]cosωt=uc(t)+u(t)cosωt平衡调幅波：滤除一般调幅波中的载波成份：uBM(t)=u(t)cosωt•平衡调幅波是调制信号与单位幅度载波的乘积•可用乘法器实现平衡调幅一般调幅波与平衡调幅波频谱波形图（设u(t)=UmcosΩt）取样点•平衡调幅波的特点①去掉载频，只发送边频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：将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行平衡调幅，然后再将这两个调幅信号进行相加（频带宽度没有增加），这一调制方式称正交平衡调幅。•色度信号的形成:色差信号（R-Y）、（B-Y）分别对两个频率相同、相位相差90°的副载波平衡调幅红色度分量：（R-Y）cosωsct蓝色度分量：（B-Y）cos（ωsct-90°）=（B-Y）sinωsct色度信号：CF(t)=（R-Y）cosωsct+（B-Y）sinωsct优点：•节省带宽：只用一个副载波实现对两个色差信号的传输，在解调端采用同步解调分离出红色差与蓝色差分量。•减少色度信号对亮度信号的干扰：去除了高频振荡的副载波。•传送黑白图像时色度信号为零，不存在对亮度信号的干扰。•色度矢量22()()CRYBY色度信号矢量：CF=Csin（ωsct+θ)色度矢量模：代表副载波的瞬时振幅，由色差信号的幅度决定。色度矢量的相角：代表副载波的初相位，由色差信号的比例决定。R-YB-YθC返回1tgRYBY0~360度取值，由R-Y和B-Y的符号决定象限。CF•同步检波2()2cos2()cos2()sincosFscscscscCttRYtBYtt解调平衡调幅波采用同步检波技术。方法：用与副载波同频同相的本振载波乘色度信号信号。色度信号：CF(t)=（R-Y）cosωsct+（B-Y）sinωsct用2cosωSCt相乘，解出(R-Y)分量:()()cos2()sin2scscRYRYtBYt低通滤波:滤去二倍频副载波信号，得到(R-Y)信号。同理，用sinωSCt去乘CF(t)，再经低通滤波后，可得到(B-Y)信号•色同步信号色度信号解调——需要同步(同频同相)的色副载波色同步信号：用位于行同步后肩的、脉宽为9±1个副载波周期的K脉冲（旗脉冲）截取相位为180°的副载波：eb(t)=K(t)Sin(ωsct+180°)正极性电视信号的色同步信号色同步信号前沿滞后行同步脉冲前沿5.6μs。色同步信号的幅度与行同步脉冲幅度相等。负极性视频图像信号的接收端用锁相原理恢复连续的副载波信号。压控振荡器鉴相器色同步信号eb（t）V色同步信号与压控振荡器同频同相，鉴相器输出零电压；否则，输出一定的电压控制压控振荡器。副载波的恢复3.2.2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在彩色全电视信号中，色度信号是叠加在亮度信号上的。未压缩色度信号波形图对于100-0-100-0彩条信号，黑白电平的变化范围在0到1之间。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％。影响：（对于负极性信号）蓝条和红条：超过了同步头电平（同步头对应的幅度为-0.43V）——破坏同步，使重现图像不稳黄条和青条：低于白色电平——发射机产生过调制；使重现图像严重失真，伴音中断。（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，过调制将使图像中频载波有时为0）解决：压缩C，Y保持不变。•压缩方法要求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%，在-0.33～1.33V范围内。选择非互补的两个彩条，按压缩系数k1、k2来压缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，即：黄色：Y+C不超过1.33青色：Y+C不超过1.33黄色：青色：得：压缩后的色差信号（B-Y）、（R-Y）称为U、V信号：221222120.89(-0.89k)(0.11k)1.330.70(0.30k)(0.70k)1.33k1=0.493,k2=0.877)YR(877.0)YR(kV)YB(493.0)YB(kU21压缩后的色度信号：UVtgVUC122C=V+U色度矢量：模：相角：()()()()sin()cos()sin()cscscscetutvtUttVttCttt3.2.3波形图和矢量图彩条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0.0000.000.000.00／0.000.00100-0-100-0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复合视频同步消隐基色与补色的色度信号矢量图：返回3.3.20.63矢量图要点：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，补色矢量与基色矢量等模反向。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Q轴表示最不敏感的色轴Q、I正交轴与U、V正交轴有33°夹角的关系，任一色度既可由U、V表示，也可由Q、I表示。Q、I正交轴与U、V正交轴关系：Qcos33°sin33°U=I－sin33°cos33°VQ、I与U、V关系Ucos33°－sin33°Q=Vsin33°cos33°IVIUQ33°33°Y、Q、I与R、G、B关系Y0.2990.5870.114RQ=0.211－0.5230.312GI0.596－0.275－0.322B由亮度方程：Y=0.299R+0.587G+0.114B以及U、V信号与Q、I信号的关系，可以得到：Q=0.211R－0.523G+0.312BI=0.596R－0.275G－0.322B100-0-100-0彩条信号形成的Q、I信号波形QIQ、I信号带宽根据人眼的视觉特性，Q、I信号的理论带宽分别为：Q：±0.5MHzI：+0.5，-1.5MHz采用Q、I的色度信号：ec(t)=Q(t)sin(ωsct+33°)+I(t)cos(ωsct+33°)窄带双边带宽带不对称边带色同步信号不变eb(t)=K(t)sin(ωsct+180°)Q分量以窄带双边带方式传送，I分量以较宽的不对称边带方式传送。3.2.5副载频选择•副载频选择原则1、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。n为整数1()2scHfnf2、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；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。3、色度信号上边带（约0.5MHz）的边界值不能超过视频信号的带宽（4.2MHz），故副载频应低于3.7MHz4、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；另外，副载波应和行频保持最简单的分频关系，从而有利于同步机电路的实现。•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。取2n+1=455，则伴音载频（455+117）*7875=4.5045MHz，不利于4.5MHz伴音鉴相。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1(21)3.583125MHz2scHfnf3.57954506MHzscf2/52559.94HzvHff返回小结NTSC制的主要参数NTSC-M(美国制式)场频fV＝59.94Hz(60Hz)行频fH＝525×1/2fV＝15.734kHz扫描行数Z：每帧525行图像信号标称带宽为4.2MHz伴音与图像载频之差为4.5MHz彩色副载波频率fSC＝3.57954506MHz3.2.6NTSC制编码、解码方框图NTSC编码方框图NTSC解码方框图3.2.7NTSC制的主要性能•（1）色度信号简单色度信号的组成方式最为简单，解码电路也最简单，易集成化。对电视信号进行各种处理有利。•（2）不存在行顺序效应NTSC色度信号每行都以同一方式传送，不存在对图像质量有损害的行顺序效应。行顺序效应：由于对传输的色度信号作逐行不同的处理而引起的，PAL和SECAM制都有这种情况。•（3）容易实现亮、色度信号的分离亮度信号与色度信号频谱以最大间距错开，兼容性能好，亮度串色影响也较小。同时，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、制式转换和电视信号数字化提供便利条件。陷波器实现亮色分离采用梳状滤波器实现亮色分离•梳状滤波器电路构成y(t)+ec(t)2ec(t)2y(t)yd(t)+ed(t)yd(t)=y(t)ed(t)=ec(t-TH)=-ec(t)[y(t)+ec(t)]+[y(t)-ec(t)]=2y(t)[y(t)+ec(t)]-[y(t)-ec(t)]=2ec(t)•（4）色度信号的幅度失真会影响重现彩色的饱和度。当整个传输系统中存在非线性特性时，系统对色度信号的增益与所叠加的亮度信号电平有关（微分增益），它对图像的影响是彩色饱和度的变化。简单的说：微分增益是亮度信号幅值的变化对彩色饱和度的影响。不能用简单