天津大学电视原理课件3

第3章模拟彩色电视制式天津大学电子信息工程学院电视原理TianjinUniversity§3.1彩色电视制式概述黑白电视制式:扫描行数、场频、带宽、隔行扫描方式彩色电视制式:除上述以外，三基色信号的处理方式按传送信号的时间关系分：顺序制、同时制、顺序同时制顺序制：三基色信号顺序传送，利用时间、空间混色。设备简单、彩色图像质量好；兼容性差，占用频带宽。同时制：三基色信号同时传送，利用空间混色。兼容性好，占用频带窄，彩色图像质量较好；设备复杂、存在亮色串扰。顺序-同时制：三基色信号有顺序传送部分，也有同时传送部分，利用时间、空间混色，或只利用空间混色。优缺点类似同时制。TianjinUniversity按使用目的分：兼容制（用于工业电视、科学研究）非兼容制（用于广播电视）兼容性：彩色电视信号能够为黑白电视机所接收，显示为黑白图像。逆兼容性：彩色电视信号能够接收黑白电视信号，显示为黑白图像。兼容制的必备条件：①通道频率特性一致：载频、带宽要相同，色度信号只能放在已定的视频信号带宽6MHz内。②扫描方式相同：相同的扫描方式、扫描频率，相同的行、场同步信号。③彩色电视信号中要有代表黑白图像的亮度信号Y。TianjinUniversity现行三大彩色电视制式：都是兼容制（一个亮度信号，两个色差信号），区别在于色差信号对副载波的调制方式上。NTSC——同时制，正交平衡调幅制。PAL——同时制，逐行倒相正交平衡调幅制。SECAM——顺序-同时制，顺序传送彩色与存储制。顺序制：工业电视、科学研究TianjinUniversity3.2NTSC制3.2.1正交平衡调幅与正交检波525行60场黑白电视信号频谱是以行频及其高次谐波为中心的谱线群。可以在半行频奇数倍的位置通过对副载波的调制插入色度信息（频谱交错）。电视信号频谱不均匀，低端幅度大，视觉敏感，高端幅度小，视觉不太敏感。为减轻亮色串扰，将色差信号调制到亮度信号频谱的高端。为减轻调制的高频色度信号的光点干扰（副载波干扰），色度信号对副载波采用平衡调幅方式。TianjinUniversity一般调幅波：调制信号u(t)载波信号usc(t)=UscCOSωsct已调制信号uAM(t)=(Usc+u(t))COSωsct=usc(t)+u(t)COSωsct平衡调幅波：即滤除一般调幅波中的载波成份usc(t)，则为：uBM(t)=u(t)COSωsct即平衡调幅波为调制信号与单位幅度载波信号的乘积平衡调制器是一个乘法器TianjinUniversity一般调幅波与平衡调幅波频谱波形图（设u(t)=UmCOSΩt）TianjinUniversity平衡调幅波的特点①去掉载频，只发送边频（减少对亮度信号的干扰）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TianjinUniversity正交平衡调幅与色度信号的形成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调幅。如果两个调制信号分别对正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为正交平衡调幅信号。彩色电视系统中，为实现色度与亮度信号频谱交错，应用了正交平衡调幅的方式，只用一个副载波便实现对两个色差信号的传输，而且在解调端采用同步解调又很容易分离出红色差与蓝色差分量。TianjinUniversity色度信号的形成色差信号为(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，减少相互干扰。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）SinωsctTianjinUniversity色度矢量22()()FCRYBY代表副载波的初相位，由色差信号的比例决定。(R-Y)(B-Y)θCF返回YBYRtg10~360度取值，由R-Y和B-Y的符号决定象限。色度信号矢量：CF=CFSin（ωsct+θ)色度矢量C的模：代表副载波的瞬时振幅，由色差信号的幅度决定。色度矢量CF的相角：TianjinUniversity同步检波2()cos()cos()sincosFscscscscCttRYtBYtt解调平衡调幅波不能采用普通检波，而应采用同步检波技术。其方法是将色度信号与和副载波同频同相的本振载波信号相乘。色度信号为：CF(t)=（R-Y）cosωsct+（B-Y）sinωsct用cosωSCt相乘可解出(R-Y)分量：111()()cos2()sin2222scscRYRYtBYt经低通滤波器滤去二倍频载波信号，可得到(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TianjinUniversity色同步信号色度信号解调——需要同步(同频同相)的色副载波在行同步后肩加-K脉冲（旗脉冲），脉宽为9±1个副载波周期，则色同步信号为：eb(t)=K(t)Sin(ωsct+180°)正极性电视信号的色同步信号TianjinUniversity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。负极性电视信号的色同步信号TianjinUniversity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TianjinUniversity3.2.2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。TianjinUniversity未压缩色度信号波形图TianjinUniversity色度C与亮度Y相加所得的彩色视频信号的电平变化范围已大大地超过了黑白视频信号的电平变化范围(如图)。对100％幅度未压缩彩条信号来说，黑白电平的变化范围应在0到1之间。由表中数据可见，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％。TianjinUniversity解决：两种方案：①压缩Y信号，或②压缩C信号①压缩Y会造成Y变小，影响黑白图象内容，且同时也压缩了同步头，影响扫描同步。②应：压缩C，而Y保持不变。影响：蓝条和红条：超过了黑色电平（对负极性信号而言），而且超过了同步头电平——破坏同步，使重现图像不稳。黄条和青条：低于白色电平，以至于小于零——将使发射机产生过调制(过载)；使重现图像严重失真，造成伴音中断。因为接收机中，第二伴音中频是靠图像中频和伴音中频差拍产生的，过调制将使图像载波有时为0，当然这是不能允许的TianjinUniversity压缩方法压缩色差信号有两种方法：①（R-Y）、（B-Y）同比例压缩②不同比例压缩（仅压缩超出的部分）同步头对应的视频信号幅度为-0.43V。则要求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%，如图即在在-0.33～1.33V范围内。即：黄色：Y+C不超过1.33蓝色：Y-C不低过-0.33按压缩系数k1、k2来压缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，压缩后的色差信号分别用U、V表示：U=k1(B-Y)V=k2(R-Y)TianjinUniversity黄色：青色：得：压缩后的色差信号(B-Y)、(R-Y)称为U、V信号：222122210.89(0.11k)(0.89k)1.330.70(0.70k)(0.30k)1.33k1=0.493k2=0.877)YR(877.0)YR(kV)YB(493.0)YB(kU21TianjinUniversity压缩后的色度信号：UVtgVUC122C=V+U色度矢量：模：相角：()()()()sin()cos()sin()cscscscetutvtUttVttCtttTianjinUniversity3.2.3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0.0000.000.000.00／0.000.00TianjinUniversity100-0-100-0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TianjinUniversity基色与补色的色度信号矢量图返回3.3.2TianjinUniversity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，补色与基色矢量反向。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。TianjinUniversity3.2.4Q、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——1.5MHz带宽Q轴表示最不敏感的色轴——0.5MHz带宽TianjinUniversityQ、I正交轴与U、V正交轴有33°夹角的关系，如图任一色度既可由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°TianjinUniversityY、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－0.322BTianjinUniversity100-0-100-0彩条信号形成的Q、I信号波形QITianjinUniversityQ、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)co