第六章PAL制彩色全电视信号和彩色电视机的基本原理1

第六章PAL制彩色全电视信号和彩色电视机的基本原理§6.1彩色图像信号分析§6.2彩色同步信号分析§6.3彩色全电视信号的波形和特点§6.4PAL制彩色电视机组成及其原理§6.1彩色图像信号分析还必须有行、场同步和色同步等信号。§6.1彩色图像信号分析思考：彩色图像信号主要组成部分有哪些？亮度信号Y及色差信号(R-Y)、(B-Y)。为了使图像稳定和清晰，本节以标准彩条测试信号为例，分析其波形及矢量图。§6.1.1三基色信号波形分析与参数加在彩色显像管上，分别控制红、绿、蓝电子束利用人眼的空间混色特性得到的彩条图形包括：三基色及其补色，再加上中性色白和黑。图6.1三基色信号波形及其对应的彩条图形•彩条信号是彩色电视中经常使用的一种测试信号。在我国，常用的彩条信号有两种规格：§6.1.1三基色信号波形分析与参数•彩条信号有各种形状和规格，以适应彩色电视系统调整或测试的需求。双数码命名法的彩条信号如图6.1所示，与白条对应的各基色电平为1，是基色的最大值；黑条对应的基色电平为0，是基色的最小值。因此，三基色信号的电平非1即0，由它们配出来的彩条，没有掺白，且幅度最大。用双数码表示为100/100彩条称为100%饱和度和100%幅度的标准彩条。而饱和度却降为95%。此种彩条信号的幅度仍为100%；三基色信号的最大值仍为1，而最小值为0.05其余彩条中，均含有5%的白光。§6.1.1三基色信号波形分析与参数图6.2彩条图形的两种表示法这种表示方法一般指未经γ校正的基色信号。95/100彩条黑条对应的各基色电平仍为0§6.1.1三基色信号波形分析与参数四数码命名法的彩条信号该彩条信号常用在电视信号的发射、传送和磁带录像中。•第一个数码表示白条中三基色信号的最大值；•第二个数码表示黑条中三基色信号的最小值；•第三个数码表示各彩条中三基色信号的最大值；•第四个数码表示各彩条中三基色信号的最小值。白条中三基色信号的最大值；黑条中三基色信号的最小值；•第一个数码：§6.1.1三基色信号波形分析与参数图6.2彩条图形的两种表示法100•第二个数码：0各彩条中三基色信号的最大值；•第三个数码：75各彩条中三基色信号的最小值；•第四个数码：0100/0/75/0彩条信号§6.1.1三基色信号波形分析与参数应该注意：(1)同样的彩条，γ校正前后三基色电平波形不同；(2)图6.1所示的彩条信号也可用四位数码表示；100/0/100/0彩条信号该彩条信号特点：我们将这种彩条信号作为标准，用于后面研究色差、色度信号。波形简单，便于使用。一般在彩色电视设备生产和科研中用。§6.1.1三基色信号波形分析与参数(3)彩条信号的主要参数包括：相对幅度=100%第三个数码相对幅度第一个数码饱和度=1100%第四个数码饱和度第三个数码(6.1)(6.2)100/0/100/0彩条信号相对幅度为100%，饱和度为100%100/0/75/0彩条信号相对幅度为75%，饱和度为100%每扫描一次，绿黑变化一次。§6.1.1三基色信号波形分析与参数频带宽度100/0/100/0彩条信号对应的三基色信号波形由图可看出：•绿基色信号的频率最低：19.23kHz。•蓝基色信号的频率最高：按同样的算法，可得到蓝基色信号的带宽为76.92kHz。标准彩条信号占用的频带较窄若t1正好等于行扫描正程时间52μs，则绿基色信号的带宽为电视台送出的彩色信号包括：一个亮度信号、两个色差信号根据标准彩条的规定，利用亮度方程可算出各种规范彩条的Y、(R-Y)和(B-Y)。§6.1.2标准彩条亮度与色度信号波形例如100/0/100/0彩条中，紫条对应的数据为R=B=1，G=0，则紫条的亮度信号电平为：0.310.5910.1100.41Y10.410.5910.410.5900.410.41RYBYGY三个色差信号电平表6.1100/0/100/0彩条信号的数据表§6.1.2标准彩条亮度与色度信号波形§6.1.2标准彩条亮度与色度信号波形表6.2100/0/75/0彩条信号的数据表§6.1.2标准彩条亮度与色度信号波形图6.3(a)100/0/100/0亮度与色差信号波形•彩条信号的亮度级别是递减的，但是非等亮度级差的。•亮度信号是一个含有直流分量的正极性信号。•色差信号是交流信号。§6.1.2标准彩条亮度与色度信号波形图6.3(b)100/0/75/0亮度与色差信号波形与100/0/100/0彩条亮度和色差信号波形相似，只是幅度不同而已。为了比较准确的测量色度信号振幅和相位失真的大小，并确定这些失真对重现彩色图像的影响，仅靠用示波器观察信号的波形还不够。§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图需要用彩条色度信号的矢量图通过彩条信号的波形虽可以检查鉴定色通道的质量，但还有很大的局限性，因为从示波器上看到的彩条信号不能直接告诉我们色度信号相位失真的情况以及由这种失真引起的色调畸变。就是将代表各彩条的色度信号的振幅和相位，用矢量形式表示在矢量坐标中所得到的矢量图。§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图什么是彩条色度信号的矢量图？我们知道：22||()()FBYRYarctgRYBY§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图例如，100/0/100/0彩条信号的黄色，其R-Y=0.11，B-Y=-0.89，则有：22||0.11(0.89)0.9F黄0.11arctg1730.89黄同理，我们将表6.1中各色度信号的幅度与初相值列在下表中。表6.3未压缩100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图图6.4未压缩色度信号的矢量图用矢量图研究和分析彩色信号十分简便和有效。色度信号的振幅（饱和度）和相位（色调）失真都可以根据它们矢量位置的变化准确求的。(1)不同色调的矢量处在平面不同位置上。(2)虽然被传送的彩色都是100%饱和度，但色度信号的长度不尽相同，只有互补的两个彩色矢量长度是相同的。§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图由图可以得出以下结论：正如时钟用不同方位代表不同时刻一样，在彩色电视中也仿此法，用不同方位来表示不同色调。因此，我们常称色度信号矢量图为“彩色钟”。因为互补的二色相加应为白色，即此二色的色度信号矢量之和应为零。(3)色调相同而饱和度不同的彩色，§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图例如，幅度为100%，饱和度为50%的黄色，其三基色信号相对幅度为R=G=1，B=0.5。（相当含有50%的混合白光）0.9450.0550.445YRYBY0.45,173F黄黄说明，同样是黄色，若色调不变，则R-Y、B-Y比例不变，ɸ角不变；色度信号的模值表示被传送彩色的饱和度，而相角表示色调其色度信号的初相角不变，仅仅矢量大小改变。饱和度不同，则R-Y与B-Y的大小变了，即色度信号的幅度变了。§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图(4)白色和黑色不算彩色，它们的饱和度为零，是矢量图的圆点。可见，矢量图上各矢量的大小表示饱和度的变化，饱和度愈低，越趋向原点。(5)在矢量图中，任意两个矢量相加可得第三个矢量。如红加绿，可得黄色。合矢量表示该两种彩色混合后的色调。§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图已知色度信号需要压缩后才能传输，有：0.493()0.877()UBYVRY22||FUV()arctgVtU表6.4压缩后的100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图图6.5压缩后的色度信号矢量图该彩色钟常称为“U、V彩色钟”显示彩色色度信号矢量图的专门仪器叫矢量示波器。将彩条色度信号送至矢量示波器中，在屏幕上就能显示出矢量图。矢量偏离原来的位置越远，表示色调失真愈严重。§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图•彩色的饱和度失真表现为矢量长度的变化；•彩色的色调失真表现为矢量相位的变化。重点：§6.1.3.1彩条色度信号的矢量图为了便于鉴别，通常在矢量示波器荧光屏上放置一个透明刻度板，其上表明各种彩条色度信号矢量的正确位置和误差刻度，所以，从刻度板就可直接读出矢量幅度和相位失真的数值。由于用矢量示波器来检查色度信号失真是非常简便明确，因此，矢量示波器是研究色度信号、调整和维修彩色电视设备十分有用的仪器，在彩色电视台和电视设备制造厂中得到广泛的应用。图6.6100/0/100/0彩条色度信号波形图(a)未压缩的色度信号波形cosSCtsinSCtVVFUFFU图6.6100/0/100/0彩条色度信号波形图(b)已压缩的色度信号波形cosSCtsinSCtVVFUFFU(1)压缩前后的V、U色差信号，对互相正交的副载波实现平衡调幅，所得的已调色度信号的两个分量，FV与FU仍然是互相正交的。即使FV分量进行了逐行倒相，仍与FU保持正交关系。(2)色度信号波形包络正比于两个色度分量合成矢量的模值。色度信号的相位取决于两个色度分量之比的反正切。cosSCtsinSCtVVFUFFU(3)色差信号是对彩色副载波进行平衡调幅，因此，具有平衡调幅波的特点。•调制信号V或U经过零点时，已调波的相位将产生180°相位移；•其振幅由V与U的大小决定。对应调制信号为零的部分，已调波也为零。•不含载波分量。彩色图像信号包括：频域上：§6.1.4彩条图形复合图像信号波形亮度信号和色度信号时域上：图6.7色度信号已压缩的100/0/100/0彩条信号波形图亮度信号与色度信号频谱交错；色度信号叠加在亮度信号电平上。§6.1.4彩条图形复合图像信号波形为了便于比较，这幅图的右边加了一条向下的倒坐标轴，其刻度以“0”表示黑色电平，“1”表示白色电平。色度压缩后，蓝、红色度信号不超过同步电平；黄、青色度信号也不低于0电平。•避免了黄、青色度信号使调制器产生过调制，即调制信号包络将会在色度信号超过1.35时产生削波失真；•避免了由红、蓝色度信号高于扫描的同步电平而干扰和破坏接收机的扫描同步。§6.1.4彩条图形复合图像信号波形保证了彩色电视和黑白电视相互兼容。原因：压缩后的彩色图像信号动态范围未超过黑白电视所允许的最大动态范围。换句话说，色度信号与亮度信号叠加后，不会超出黑白电视信号的最大动态范围。彩色图像信号与扫描所需的同步信号、色同步信号以及消隐信号合成了彩色全电视信号（FBAS）。我国彩色电视标准中规定，采用负极性调制。§6.1.4彩条图形复合图像信号波形什么是彩色全电视信号（FBAS）？•负极性亮度信号仍以扫描同步电平最高为100%；•黑电平为76%；•白电平最低为20%。以便增大色度信号不失真的动态范围§6.2彩色同步信号分析在NTSC制和PAL制中，色差信号对彩色副载波均采用正交平衡调幅方式。不同的彩色电视制式，色同步信号的作用也不相同。因此，讨论NTSC制和PAL制的色同步信号的作用：§6.2.1.1色同步信号的功用PAL制是在NTSC制基础上改进而成的，所以PAL制色同步信号也是在NTSC制色同步信号基础上改进而成的。作为接收机恢复彩色副载波的相位基准。即发送时抑制彩色副载波。接收端在同步解调时，必须恢复彩色副载波。所恢复的彩色副载波与发端所用的基准副载波的频率、相位要保持一致，才能保证屏幕上的彩色稳定。§6.2.1.1色同步信号的功用因此，发送端所提供的色同步信号为接收机恢复副载波提供一个频率与相位的基准。对于NTSC制，色同步信号的作用仅是保证彩色同步；而对于PAL制，还有另外一个作用。彩色同步给接收机提供一个识别信号。在PAL制中，对V色度分量进行了逐行倒相也就是说，接收端必须能分清哪一行是被倒过相的PAL行，而哪一行是未经倒过相的NTSC行。因此，要由色同步信号提供一个识别信号。§6.2.1.1色同步信号的功用在接收端要使逐行倒相复原。识别信号的作用：保证收、发两端的逐行倒相开关（PAL开关）步调一致。同步色同步信号§6.2.1.2色同步信号矢量图与波形色