模拟彩色电视制式

第一章彩色电视基础原理第五节模拟彩色电视制式目前世界彩电广播制式有NTSC、PAL、SECAM三大类，它们都与原来的黑白电视相兼容，都是把图像信号编码成一个亮度信号Y和两个色差信号B－Y、R－Y来传送，其主要区别在于两个色差信号对色副载波的调制方式不同。1953年美国研制成功了世界上第一个彩色电视制式，就是NTSC制，称为正交平衡调幅制。我国目前使用的PAL制就是在NTSC制的基础上作了改进形成的一种制式，法国、东欧使用的SECAM制也是针对NTSC制的不足而改进的又一制式。第一章彩色电视基础原理一、NTSC制NTSC制是1953年美国提出的，并于1954年首次试播彩色电视节目。目前主要有美国、日本、加拿大、墨西哥、菲律宾等国家使用。NTSC制对色差信号的处理采用了正交平衡调幅。1.NTSC制编码原理框图NTSC制根据色副载波频率不同分为NTSC4.43和NTSC3.58（即NTSC-M，M制是指黑白电视制式）两种。NTSC4.43是非标准NTSC制，主要用于视频信号的相互交流，如录像机、影碟机等视频信号。它的编码原理框图如图1.32所示。第一章彩色电视基础原理图1.32NTSC4.43制编码原理框图第一章彩色电视基础原理NTSC-M制是标准的彩色电视制式，它的视频带宽为4.2MHz，它的编码原理框图如图1.33所示。在NTSC-M制中不是传送U、V色差信号，而是传送I、Q色差信号，这样做是为了进一步压缩视频信号的带宽（实际NTSC-M制的带宽为4.2MHz）。图1.33NTSC-M制编码原理框图第一章彩色电视基础原理2.NTSC-M副载波的选择色度信号频带宽度fsc±1.3MHZ的上边带不应超过6MHZ。为了保证色度信号插到亮度信号的高端间隙处，NTSC色副载波采用半行频奇数倍，即Hscfnf21对NTSC4.43制，视频带宽为6MHz，行频为15625Hz，n选取284，其色副载波频率为MHzMHzfsc43.44296875.415625)21284(对于NTSC-M制，帧频fV=30Hz，每帧525行，行频fH==525×fV=15750Hz，n选取228，其色副载波频率为MHzfsc58.35.227第一章彩色电视基础原理3.NTSC-M制主要特点NTSC-M制有如下特点。①兼容性好。NTSC制中，色副载波的频率取1/2行频间置，使亮度信号与色度信号频谱以最大间距错开，亮、色串扰小。②电路简单。NTSC制对色度信号的编、解码方式简单，使得电路简单，易于集成化。③图像质量高。NTSC制每一行的色度信号都是以相同方式传送的，与其他制式相比，不存在影响图像质量的行顺序效应。④对相位失真敏感。NTSC制色度信号是调幅-调相波，其幅度失真会造成图像色饱和度失真，相位失真会造成图像色调失真。由于人眼对色调失真比较敏感，因此NTSC制规定色度信号的相位失真限制在±12°以内，这是其最大缺点。第一章彩色电视基础原理二、PAL制PAL制是1962年德国德律风根（Telefunken）公司研制成功的兼容制彩色电视制式。该制式是为了克服NTSC制相位色调失真的敏感性而产生的。目前使用PAL制的国家有德国、中国、英国及西欧一些国家。1.逐行倒相正交调幅制PAL制又称逐行倒相正交平衡调幅制，它是在NTSC制正交平衡调幅的基础上，将其中已调的红色差分量进行逐行倒相，即相邻两行的相位相差180°，这样可以利用相邻两行色彩的互补来消除由相位失真引起的色调失真。传送方式如下所示。第一章彩色电视基础原理第一行：Fn=Usinωsct+Vcosωsct（NTSC行）第二行：Fn+1=Usinωsct－Vcosωsct（PAL行）第三行：Fn+2=Usinωsct+Vcosωsct如此类推，PAL制色度信号的数学式表达为F=Usinωsct±Vcosωsct逐行倒相原理框图如图1.34所示。图1.34逐行倒相原理第一章彩色电视基础原理2.PAL制相位失真的补偿原理在接收端为了能按照色度信号的本来相位正确地重现原来的色调，必须把PAL行的色度信号分量FV再重新倒回来，也就是将如图1.36所示的Fn＋1行色度信号在接收机中必须再倒回到与之相应的Fn位置上，否则将失去原来的色调。图1.36相位失真的补偿原理第一章彩色电视基础原理3.PAL制色副载波的选择为了使Y、FU、FV三个信号频谱错开，PAL制采用了1/4行频间置，为了减小色度信号对亮度信号干扰的可见度，PAL制色副载波又增加了25Hz，称半场频偏置，即fsc=（n-1/4）fH+1/2fV，n=284，fsc=283.75fH+25Hz=4.43361875MHz≈4.43MHz图1.37PAL制亮度信号与色度信号的频谱关系第一章彩色电视基础原理4.PAL制色同步信号PAL制色同步信号作用是为接收机副载波振荡器提供一个频率和相位基准，而且还携带着色度信号中N行和P行的识别信息。产生PAL制色同步信号的方法是在发送端产生一个色同步选通脉冲，称为K脉冲。将K脉冲以一定的极性分别加到两个色差信号中，与色差信号一起送入平衡调幅器。正极性的K脉冲加入V平衡调幅器可以产生色同步信号的V分量（NTSC行为＋90°，PAL行为−90°），负极性K脉冲加入U平衡调幅器则可产生色同步信号的U分量（180°），两个分量相混合便形成了逐行交替变化（＋135°和−135°）的色同步信号，如图1.38所示。PAL制色同步信号可表示为135sin21tFscB第一章彩色电视基础原理图1.38PAL制色同步信号形成框图第一章彩色电视基础原理5.PAL制编码器PAL制编码器是将三基色信号ER、EG、EB编制成彩色全电视信号，其编码原理框图如图1.39所示。编码过程如下：①将三基色电信号ER、EG、EB通过矩阵电路变成一个亮度信号EY和两个色差信号ER-Y、EB-Y。②亮度信号EY通过4.43MHz陷波器、放大、0.6µs延时后再与行场同步信号、行场消隐信号Es相混合后，送往矩阵电路。③色差信号ER-Y、EB-Y经频带和幅度压缩后，得到V、U信号。第一章彩色电视基础原理④V信号与＋K脉冲混合，对副载波±Vcosωsct进行平衡调幅，得到已调色度信号±FV和V路色同步信号分量FBV；U信号与−K脉冲混合后，对副载波sinωsct进行平衡调幅，得到已调色度信号FU和U路色步信号分量FBU。这两路信号叠加后得到色度信号F和色同步信号FB（或用B表示）。⑤由发射端产生基准色副载波sinωsct，并得到±Vcosωsct。⑥色度信号（F）、色同步信号（B）、亮度信号（Y）、辅助信号（S）混合后形成彩色全电视信号FBAS。第一章彩色电视基础原理图1.39PAL制编码器原理图第一章彩色电视基础原理6.PAL制解码器逐行倒相正交同步解调原理第一章彩色电视基础原理三、SECAM制SECAM是1966年由法国首先使用，它也是为了克服NTSC制对相位失真敏感而设计的。SECAM意为顺序传送与记忆彩色信号。目前主要有法国及东欧一些国家使用。SECAM制编码原理框图如图1.40所示。图1.40SECAM制编码原理图第一章彩色电视基础原理SECAM制的特点如下：①它也是传送EY、ER-Y、EB-Y三种信号。每一行都传送亮度信号，而两色差信号逐行顺序按行轮换传送。②由于每行只传送一个色差信号，色度信号的间置不必要采用正交平衡调幅的方法，而采用调频方式，分别用两个不同频率的副载波传送两个色差信号。传送ER-Y的副载波频率为fSR=282fH=282×15625Hz=4.40625MHz传送EB-Y的副载波频率为fSR=272fH=272×15625Hz=4.25MHz第一章彩色电视基础原理③SECAM制不发送色同步信号，只传送识别信号，而且识别信号不是每行都传送，仅在每场期间给出9行的行识别信号。因为SECAM制的色度信号采用调频制，在彩色电视机解调时与NTSC、PAL制不同，并不需要色同步信号作为恢复副载波的频率相位基准，它所需要的仅仅是识别FR和FB行的识别信号，而且电视接收机根据行识别信号，只需每场判断并纠正电子开关的切换相位。因为电视接收机电子开关相位一旦校正后，在一场的时间内一般可保持下去，所以仅在场消隐期间传送9行行识别信号已经足够。