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电视原理实验指导书1实验一三基色原理与电视传像基本原理（一）实验目的：1、运用计算机模拟的实验方法验证相加混色原理，从而直观地学习色度学和三基色原理的基本知识。2、观测黑白全电视信号及其隔行扫描方式的同步信号。3、建立电视图像（监视器）及其波形（示波器）间的对应关系的概念。4、解析复合同步信号中行同步/场开槽脉冲、前后均衡脉冲的作用。（二）实验原理：1、三基色原理根据人眼彩色视觉的特性，在彩色复现过程中，并不要求恢复原景物辐射光（反射或透射）的光谱成分，而重要的是应获得与原景物相同的彩色感觉。根据三基色原理，在彩色电视中选用红、绿、蓝3种光作为基色光，自然界中人眼所能观察到的各种颜色几乎全能由它们相混合配出，从而使电视系统只要传送出R、G、B3种信号，接收端就能恢复出原景物的彩色。这种将3种基色按不同比例相加而获得不同彩色光的方法称为相加混色。当把红、绿、蓝3个基色光投射到一个白色的屏幕上，2种或3种色光重叠部分就显示出混合色光。3种基色光的不同组合，可以混合成3种补色光。3种基色光比例不同时，可以混合成各种彩色光，3种基色光按同量比例可以混合成白光。这种混合成彩色光的方法称为直接相加混色。彩色显像管、液晶显示屏、PDP显示屏等显示器件则不能采用这种方法，它们采用空间相加混色的方法形成彩色图像。以彩色显像管为例，它的荧光屏上有红、绿、蓝3种荧光粉点，荧光粉点很小，点与点距离很近。当3个电子束分别轰击3个荧光粉点时，将分别发出红、绿、蓝色光。人在荧光屏前一定距离观看时，由于人眼的分辨力有限，将不能分辨出单个荧光粉点发出的基色光，而是看到3种基色光的空间相加混色所合成的色光。在本实验中需要观察标准彩条信号在显示器的荧光屏上相加混色所形成的图像。彩条信号是用来对电视系统的传输特性进行测试和调整的一种测试信号，它在屏幕上显示白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑8个等宽的彩色竖条。彩条图像以及产生彩条信号的3个基色信号的电压波形见教材内容，此处不再介绍。2、电视传像基本原理电视是一种以电信号的形式实时传送活动景象的技术。电视信号的产生、传输和显示要经过一系列复杂的光、机、电设备。本实验仅对黑白电视传像原理中的同步扫描技术进行实验研究。同步扫描的基础是首先把图像分解成许多像素，然后在摄像管靶面和显像管屏幕上对一系列像素按严格相同的扫描规则同步地进行摄像与显像。其规律是首先由左至右对水平方向一行的像素以匀速运动的方式完成一行的扫描，然后从上到下对一行行的像素以匀速运动的方式完成一帧扫描（在隔行扫描中，一帧是由两场组成的）。传统电视中的摄像与显像，是由摄像管与显像管中的电子枪产生的电子束进行行/场扫描来完成的。行扫描是由从左至右的行正程扫描和由右至左的行逆程扫描构成。在逆程扫描时，不对像素进行摄像与显像，因此在行逆程扫描时要加入一个行消隐脉冲，以便在行逆程时关断电子束。同样，场扫描是由从上至下的场正程扫描和由下部回到上部的场逆程扫描构成。在场逆程期间也要加入场消隐脉电视原理实验指导书2冲。行/场消隐脉冲的目的是使逆程扫描线不被显示，而只出现一行行的正程扫描亮线。由这些正程扫描亮线组成矩形发光面，称为扫描光栅。摄像端与显像端二者之间由复合同步脉冲信号来实现同步扫描。在显像端，利用从摄像端传输来的视频信号中分离出的行/场同步脉冲来实现行/场扫描的同步。图1-1行/场同步脉冲为在接收端容易识别行/场同步行同步脉冲，将场同步脉冲宽度定为2.5TH，而行同步脉冲宽度则为4.7us，如图1-1所示，由于场同步期间没有行同步信号，这将影响到行扫描的同步，因此在场同步脉冲内形成一些缺口（开槽），用来代替行同步信号，这样，整个扫描过程中的任何时刻都能保证严格的行同步。由于采用奇数行隔行扫描，每场均包含半行。设每场的时间（即场周期）为T,，因此，若把奇数场和偶数场的同步脉冲分两排来画，并令场同步脉冲对齐，则两场的行同步脉冲相互错开半行。由于场同步脉冲是利用积分电路来分离的，而相邻两场的场同步脉冲内的开槽及两个场同步脉冲前后的行同步脉冲都相差半行，从而使两场的场同步脉冲积分起始电平不同，积分后的波形也不完全重合，这一差异将严重影响隔行扫描的准确性并导致并行现象和垂直分解力降低。为了消除这个误差，可以在场同步脉冲持续期间及其前、后若干行内，将行同步脉冲的频率提高一倍，这样就使得在这一段时间内偶数场与奇数场的同步脉冲波形完全相同。因此，通过积分电路后的两场场同步脉冲的积分起始电平相同，经过积分电路后两场输出信号的波形也一致，保证了两场的时间间隔相同。另外，为使频率提高后的行同步脉冲的平均电平不变，在脉冲间隔为TH/2的情况下将行脉冲的宽度减小到原来的一半。这种在场同步脉冲前、后的窄脉冲分别称为前均衡脉冲与后均衡脉冲。按照我国的电视标准，前后均衡脉冲均为5个，各占两行半时间。行同步脉冲宽度为4.7us，均衡脉冲的宽度为2.35us。场同步脉冲也占两行半时间。因开了5个槽而形成5个齿脉冲，场同步中齿脉钟宽度为27.3us，开槽脉冲宽度为4.7us，如图1-2所示。电视原理实验指导书3图1-2黑白全电视信号波形图在本实验中，采用Altera公司的CPLDEPM7256产生PAL制的复合同步信号。时钟CLK为13.5MHz，在QuartusII或MAX+PlusII开发环境下用硬件描述语言编写程序，设置水平像素计数器、垂直行计数器，形成复合同步信号。CPLD的设计文件可从《电视原理实验》或网络上找到。（三）实验仪器：专用的CPLD实验板1块、彩色监视器1台、示波器1台、计算机1台。（四）实验内容：1、用彩条信号观察显示器的相加混色(1)观察彩色显像管荧光粉点（条）的形状和排列结构。打开彩色电视监视器，并做适当调整。接通彩色电视信号发生器，选择几种彩色图像。在显像管屏幕前用放大镜观察显像管的红、绿、蓝3色荧光粉点（条）的形状和排列结构。(2)观察标准彩条的图像，加深对白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑8个彩条的印象。通过分别切断信号源或监视器R、G、B通道的开关，观察在仅有红绿、绿蓝、蓝红基色信号下标准彩条信号形成的彩色图像。根据三基色原理，对其颜色的变化做出解释。(3)利用微机进行软件模拟混色实验MixColor是在PC上运行的混色程序，其界面如图1-3所示，拉动滚动条或改变编辑框中的数值可改变显示窗口的颜色。该颜色显示范围是将R、G、B各分为256个量化等级。通过三者的组合可得到不同色调、不同饱和度的各种色彩显示。电视原理实验指导书4图1-3混色实验程序界面①选择三基色中的一种，将其余两基色的数值置为0，拖动选中基色的滚动条或直接设置该色的幅值。观看单色调下，基色的亮度变化。②将R、G、B中任意一基色设置为0，将其余两基色的数值设置成255，观看该基色所对应的补色；然后，拖动所选单一基色的滚动条，观察其补色饱和度的变化。③将R、G、B中任意二基色设置为122，将另外一基色由0渐变至255，观察色彩显示框内的变化情况，分析在达到122前后颜色变化的原因。④将R、G、B数值调整到数值较低位置，同比例增加各基色数值，观察任一色调下亮度的变化情况。2、同步扫描本实验所用的复合同步信号由专用的实验板产生，，将实验板的视频输出端用电缆连接到监视器的视频输入端，将示波器探头连接到实验板的测试点1（SYNC）。将实验板的模式转换开关1（同步信号选择）分别扳到00复合同步信号、10场同步信号（无行同步）、01行同步信号（无场同步）位置，观察输出的同步信号波形以及监视器上的图像显示情况。（五）实验报告的要求1、观察彩条信号在分别关断R、G、B通道后彩色的变化，并用三基色原理解释。2、运行MixColor混色演示程序，记录出现的现象，并用三基色原理解释。3、分析本实验中非同步状态下各种失真图像形成的原因。（六）思考题1、显像管上显示白、红、绿、蓝与物理三基色的红、绿、蓝有何不同？2、分析复合同步信号的作用。3、研究CPLD代码与国家标准关于复合同步信号的规定之间的对应关系。电视原理实验指导书5实验二全电视信号波形图及矢量图的观测（一）实验目的：1、了解矢量示波器的工作原理，初步掌握仪器操作规程。2、以100-0-100-0彩条为例观测亮度信号Y，色差信号(R-Y)、(B-Y)，色度信号u、v和ec，色同步信号eb及全电视信号CVBS的波形。3、观测100-0-100-0彩条信号矢量图，观测并分析解调副载波对矢量图的影响。（二）实验原理：1、彩条全电视信号的组成彩条全电视信号包括Y、ec、eb，复合同步信号S和复合消隐信号BL。100-0-100-0彩条全电视信号的动态范围在未经压缩前是从1.79V到-0.79V（白色电平为1V，黑色电平为0），超过黑白电平很多，动态范围太大，不仅使发射机容易产生过调制，还将严重影响同步工作，所以对色度信号进行了压缩，即U=0.493*(B-Y),V=0.877*(R-Y)，使全电视信号波形的动态范围为：黄、青两个色条上限电平为1.33V，红、蓝两个色条下限电平为-0.33V，同步电平为-0.43V。如图2-1所示。图2-1100-0-100-0彩条全电视信号示意图2、色度信号可以在U-V空间中以矢量的形式表示，色调主要体现在色度信号电视原理实验指导书6的相角上，而饱和度主要体现在色度信号的振幅上。100-0-100-0彩条信号的8个彩色条的矢量如图2-2所示。PAL制色度信号v是逐行倒相的，因此在色度矢量图上其彩色相序是逐行交变的。图2-2彩条信号矢量图3、矢量示波器工作原理用示波器将正交平衡调幅制彩色电视信号显示于极坐标中就称为矢量示波器，原理方框图如图2-3所示。彩色全电视信号通过滤波器将色度信号分离出来后，送到U、V同步解调器。当把0度相位与正负90度相位副载波分别送入U、V解调器时，它们分别输出(B-Y)与(R-Y)信号。这两个色差信号经过低通滤波器和放大器之后再分别加到示波管的水平与垂直偏转板上，于是在荧光屏上就显示出PAL彩条信号矢量图。图2-3矢量示波器原理方框图（三）实验仪器：专用的CPLD实验板1块、彩色监视器1台、示波器1台．矢量示波器1台。（四）实验内容：1、学习矢量示波器原理及使用。2、观测100-0-100-0彩条信号的Y、(R-Y)、(B-Y)、u、v、ec、eb及CVBS的波形。电视原理实验指导书73、观测100-0-100-0彩条色度信号矢量图（NTSC行与PAL行）。4、改变解调副载波相位时观测色度信号矢量图的变化。（五）实验报告的要求1、绘出所观测的信号波形图。2、绘出彩条信号色度矢量图，说明彩色相序交变原理。3、分析解调副载波相位变化时色度信号矢量图的变化情况。（六）思考题1、PAL彩条信号矢量图的坐标原点表示何种颜色？2、在矢量示波器和普通示波器上观测PAL彩条信号和NTSC彩条信号，如何直观显示它们的信号特征？电视原理实验指导书8实验三PAL制彩色电视信号编码器（一）实验目的：1、了解用专用CPLD开发板实现的彩色电视信号发生器的工作原理以及电路组成。2、学习用可编程逻辑器件产生定时信号和测试图形的方法。3、测试彩色电视信号发生器在不同工作模式下的输出信号波形。（二）实验原理：实验所用的彩色电视信号发生器是通过对CPLD编程来产生同步信号和彩色信号，其结构如图3-1所示。图3-1实验板结构图实验板中，通过对CPLD编程，产生符合我国标准的行同步信号、场同步信号、复合同步信号和三种测试信号。模式转换开关1、2对上述各信号进行控制，具体控制方法如下。模式转换开关1有三种状态：00时产生复合同步信号；01时只产生行同步信号；10时只产生场同步信号。模式转换开关2控制侧试信号的产生，它也有三种状态：00时产生多波群信号，共六组黑白相间的竖条，对应频率分别为0.24MHz、0.30MHz、0.4MHz、0.6MHz、0.8MHz、1.7MHz；01时产生棋盘格信号；10时产生彩条信号。在三种状态下的电视原理实验指导书9信号可通过观察测试点2、3、4、8的波形验证。测试点1、2、3、4的信号均送入PAL编码器芯片MC1377