第2章彩色电视制式与彩色电视信号

电视原理与现代电视系统1324第1章电视基础知识第2章彩色电视制式与彩色电视信号第3章广播电视系统第4章电视接收系统电路分析第5章有线电视系统第6章数字电视与高清晰度电视560绪论第2章彩色电视制式与彩色电视信号13242.1兼容制传送方式2.2标准彩条信号2.3色度信号与色同步信号2.4NTSC制色差信号及编、解码过程2.5PAL制及其编、解码过程2.6SECAM制及其编、解码过程562.1兼容制传送方式兼容：彩色电视机——接收和显示黑白图像——逆向兼容；黑白电视机——接收彩色显示黑白图像——正向兼容。2.1.1兼容的必备条件（1）彩色电视信号包含亮度信号和色度信号。（2）相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。（3）相同扫描制式（方式、扫描频率及参数）。（4）尽可能地减小色度信号对亮度信号的干扰。第2章彩色电视制式与彩色电视信号2.1.2亮度与三基色信号的关系：对彩色景物摄取分别得到三基色电信号ER、EG、EB,其重现的亮度是符合亮度方程：EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB不论明亮程度如何,对于黑白图像,三基色信号值相等且与亮度信号相同。如果三基色分量不相等,三基色信号的比例——色调,三基色分量亮度之和——亮度。ER、EG、EB、EY四种信号只有三种独立,已知任意三种,就可通过加减法矩阵电路来合成第四种。2.1.3色度信号的编码传输一、色度信号的编码彩色电视信号=亮度信号+两种基色信号==〉兼容。缺点：即亮度信号Y和两个基色分别包含有亮度信息,多余,且在传输过程中易干扰Y信号。措施==〉对基色信号进行编码,即从基色信号中减去亮度信号,编码后的信号称为色差信号。R-Y=0.7R-0.59G-0.11BB-Y=-0.3R-0.59G-0.89BG-Y=-0.3R+0.41G-0.11B三个色差信号中只有两个是独立的，第三个可以由另外两个得到，只要选择两个色差信号就可以代表色度信号。由于G-Y信号数值较小,对改善信杂比不利,同时可由简单的电阻矩阵实现R-Y,B-Y和G-Y的变换,所以,通常传送Y,R-Y和B-Y,其中Y代表亮度信息,R-Y,B-Y代表色度信息。二、传送色差信号的优点;1.兼容效果好;可减少色度信号对亮度信号的干扰,当传送黑白图像时,R=G=B,两个色差信号（R-Y）和（B-Y）均为零，不会对亮度信号产生干扰。因此,黑白电视机只接收彩色电视台中的Y信号,其效果与收看黑白电视台一样,不受色差信号的干扰,能正常重现原图像的亮度,所以,其兼容效果好。2.可节省色度信号的发射功率；在彩色图像中大部分像素接近于白色或灰色，它们的色差信号为零，小部分彩色像素才有色差信号，因此发射色差信号比发射R、G、B信号需要的发射功率小。3.能够实现恒定亮度原理;恒定亮度原理:被摄景物的亮度,在传输系统是线性的前提条件下均应保持恒定,与色差信号失真与否无关,只与亮度信号本身的大小有关。验证:假设某紫红色,其R=0.7V,G=0.4V,B=0.5V,则可求得Y=0.5V,那么R-Y=0.7-0.5=0.2VB-Y=0.5-0.5=0V传送至接收端，合成绿色差信号:正常时——G-Y=－0.51(R-Y)－0.19(B-Y）=－0.102vG=（G-Y）+Y=-0.1+0.5=0.4V故恢复亮度与Y’=0.30R+0.59G+0.11B=0.5V与Y值相同。受干扰时——（正常时R=0.7V,G=0.4V,B=0.5V）假设受干扰，使得：Y信号——为0.5V（未变）红色差——变为0.3V蓝色差——变为0.2V则：合成的绿色差——变为-0.191V那么，恢复后R′=0.3+0.5=0.8VG′=-0.191+0.5=0.309VB′=0.2+0.5=0.7VY’=0.30R′+0.59G′+0.11B′=0.5V显然色调有失真,红色更加偏紫了,亮度信号Y′仍然为0.5V,色差信号的失真不会影响亮度,由于此,使得兼容性得到改善。4.有利于高频混合;人眼对彩色细节的分辨力比较差，在传送彩色图像时只要传送一幅粗线条大面积的彩色图像配上亮度细节就可以了，没有必要传送彩色细节，这称为大面积着色原理。传送亮度信号----带宽6MHz;传送色度信号----频带1.3MHz；那么：恢复三基色信号:只含低频率成分----大面积的色调（轮廓）；图像的细节:即高频成分----则由亮度信号来补充。大面积着色原理人眼对亮度细节的分辨力远高于对彩色的分辨力，因此，当观察图像细节时，人眼只感觉到亮度的差别，而不能感觉到色度有差别。所以亮度信号需要用宽带传送，以保证图像有足够高的清晰度，而色度信号可以采用窄带信号传送，这样，在重现图像中，细节是黑白的，大面积上才有彩色，这就叫大面积着色原理。亮度信号、色差信号形成电路EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB2.1.4频带压缩与频谱间置为什么要压缩频带？原因一：若不压缩，6MHz×3=18MHz，总频带过宽,资源浪费，技术上有困难；原因二：无法实现兼容（黑白电视信号带宽为6MHz）==〉必须压缩频带宽度==〉色度信号带宽为0～1.3MHz。当色差信号的带宽为0～1.3MHz，亮度信号的带宽为0～6MHz时，恢复的三个基色信号为:R=(R-Y)0～1.3+Y0～6=R0～1.3+Y1.3～6G=(G-Y)0～1.3+Y0～6=G0～1.3+Y1.3～6B=(B-Y)0～1.3+Y0～6=B0～1.3+Y1.3～6色差信号的频带虽经压缩,但仍与频带宽度为6MHz的亮度信号部分重叠,这样不仅互相干扰,而且接收端也无法将它们区分开。=====频谱间置频谱间置可行性：电视图像信号周期性==〉亮度信号的频谱结构是线状离散谱。亮度信号虽然占据了0～6MHz的频带宽度，但并未占满整个6MHz的带宽。亮度信号的能量只集中在行频fH及其谐波nfH附近很窄的范围内，随谐波次数的升高，能量逐渐下降。在(n-1/2)fH附近没有亮度信号能量，留有较大的空隙。色度信号同亮度信号一样,具有同样的周期性,因为它也是按同一帧频和行频扫描出来的,所以色度信号的谱线也是一群一群的离散谱,群与群之间的间距也是行频。==〉可以在亮度信号的频谱间隙里穿插色度信号的频谱，可以使它们相互错开。实现方法：将色差信号进行一次调制,只要适当选择其调制载频便可使已调色差信号的频谱与亮度信号频谱交错。色差信号调制所用载波信号称为副载波。选择：fSC==4.43361875MHz==283.5×fH。因此,可将色差信号频谱搬到亮度频谱间隔的中央,便于分离,合理使用了6MHz的频带,有利于兼容。色度信号放在亮度信号高端可以减少亮度信号对色度信号的干扰（因高端能量较低）。频谱搬移频谱交错2.1.5彩色电视信号频域图彩色全电视信号：FBAS==黑白全电视信号+色度信号彩色电视全射频电视信号==FBAS+高频伴音信号满足兼容性：频带宽度和频道划分与黑白电视完全一样,仅在高频端色差信号对副载波是双边带调幅,色度信号与亮度信号频谱交错,互不干扰。所以,黑白、彩色电视完全可以兼容。彩色电视信号频域示意图第2章彩色电视制式与彩色电视信号13242.1兼容制传送方式2.2标准彩条信号2.3色度信号与色同步信号2.4NTSC制色差信号及编、解码过程2.5PAL制及其编、解码过程2.6SECAM制及其编、解码过程562.2.1标准彩条亮度与色差信号的波形与特点标准彩条信号是由彩条信号发生器产生的一种测试信号。它在彩色电视机屏幕上显示八条等宽的彩色竖条，按亮度递减顺序依次为白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑。规范1：100/0/100/0100%幅度、100%饱和度彩条信号：白条电平——1(即100%)黑条电平——0三基色高电平——1——饱和色=100%三基色低电平——02.2标准彩条信号彩条信号表2―1100%幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值规范2：100/0/75/075%幅度、100%饱和度彩条信号：白条电平——1(即100%)黑条电平——0三基色高电平——75%——非饱和色三基色低电平——0彩条信号饱和度==三基色高电平/白色高电平记住!表2―275%幅度、100%饱和度标准彩条三基色、亮度、色差电平值2.2.2彩条信号命名：◎100-0-100-0彩条信号：100-0——白条和黑条的电压最大值为1（100%），最小值为0；100-0——彩色条的基色电压最大值为1（100%），最小值为0。◎100-0-75-0彩条信号：100-0——白条和黑条的电压最大值为1（100%），最小值为0；75-0——彩色条的基色电压最大值为0.75（75%），最小值为0。———我国电视标准采用。思考题什么是兼容？兼容的条件有哪些？A兼容：彩色电视机能够接收黑白电视信号并能显示黑白图像——逆向兼容；黑白电视机能够接收彩色电视信号并能显示黑白图像——正向兼容。兼容的必备条件：（1）彩色电视信号包含亮度信号和色度信号。（2）相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。（3）相同扫描制式（方式、扫描频率及参数）。（4）尽可能地减小色度信号对亮度信号的干扰。Q1思考题为什么要用色差信号来传送色度信号？A1.兼容效果好，可减少色度信号对亮度信号的干扰。2.可节省色度信号的发射功率；在彩色图像中大部分像素接近于白色或灰色，它们的色差信号为零，小部分彩色像素才有色差信号，因此发射色差信号比发射RGB信号需要的发射功率小。3.能够实现恒定亮度原理，被摄景物的亮度与色差信号失真与否无关,只与亮度信号本身的大小有关。4.有利于高频混合。根据大面积着色原理，传送色度1.3MHz—大面积的色调,传送亮度占6MHz—图像的细节。Q2思考题彩色电视中为什么要进行频带压缩与频谱间置？A频谱间置：1.必要性:色差信号的频带虽经压缩,但仍与频带宽度为6MHz的亮度信号部分重叠,这样不仅互相干扰,而且接收端也无法将它们区分开。2.可行性：电视图像信号周期性==〉亮、色信号——线状离散谱——集中在行频fH及谐波nfH附近——留有较大的空隙。==〉可以在亮度信号的频谱间隙里穿插色度信号的频谱，可以使它们相互错开。Q3压缩频带：1.6MHz×3=18MHz，总频带过宽,资源浪费，技术上有困难；2.无法实现兼容（黑白带宽为MHz）。第2章彩色电视制式与彩色电视信号13242.1兼容制传送方式2.2标准彩条信号2.3色度信号与色同步信号2.4NTSC制色差信号及编、解码过程2.5PAL制及其编、解码过程2.6SECAM制及其编、解码过程562.3.1色度信号的形成在NTSC制中,将两个色差信号分别对正交的两个副载波进行平衡调幅得到已调信号,称其为色度信号。1.平衡调幅所谓平衡调幅,是指抑制载波的调幅方式。它与普通调幅不同之处在于,平衡调幅不输出载波。第2章彩色电视制式与彩色电视信号2.3色度信号与色同步信号设:调制信号为uΩ=UΩcosΩt,载波信号为us=Uscosωst,则调幅后形成的一般调幅波为上式说明,普通调幅波的频谱是由载频ωs和两个边频(ωs+Ω)、(ωs-Ω)三个分量组成的1()cos(cos)coscoscoscos11coscos()cos()22sssssssssssuUutUUttUtUttUtUtUt(b)平衡调幅(a)普通调幅平衡调幅抑制了载波分量,使得调幅波中没有Uscosωst一项,因而其表达式变为2coscos11cos()cos()22sssuUttUtUt调幅波波形色度信号的平衡调幅平衡调幅波的特点:(1)不含载波分量。(2)色差信号通过0值点时，平衡调幅波极性反相180°。(3)振幅只与调制信号的振幅成正比，与载波振幅无关。传送图像的色差信号为零时，平衡调幅波的值也为零，这样可以节省发射功率，减少了色度信号对亮度信号的干扰。(4)包络不是调制信号波形，不能用普通的包络检波方法解调，只能采用同步检波器在原载波的正峰点上对平衡调幅波取样解调，才能得到原调制信号。正交平衡调幅：是指将两个色差信号分别对频率相同而相位正交的两个副