数字电视原理04_第四章_彩色电视信号

2013-4-5第四章彩色电视信号中国民航大学电子信息工程学院天津市智能信号与图像处理重点实验室王晓亮[e-mail]课程邮箱：[e-mail]，密码：1234562电子信息工程学院数字电视原理第四章彩色电视信号™模拟通信系统框图信源基带信号生成模拟调制器信道模拟解调器基带信号解译信宿3电子信息工程学院数字电视原理第四章彩色电视信号4.1彩色电视制式概述4.2亮度信号和色度信号4.3正交平衡调幅4.4频谱间置4.5NTSC制彩色电视制式4.6PAL制彩色电视制式4.7彩条信号4.8PAL制解码器4电子信息工程学院数字电视原理4.1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。5电子信息工程学院数字电视原理¾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。¾顺序制：工业电视、科学研究4.1彩色电视制式概述6电子信息工程学院数字电视原理按使用目的分：非兼容制（用于工业电视、科学研究）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接收，显示为黑白图像。逆兼容性：彩色电视机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。4.1彩色电视制式概述7电子信息工程学院数字电视原理第四章彩色电视信号4.1彩色电视制式概述4.2亮度信号和色度信号4.3正交平衡调幅4.4频谱间置4.5NTSC制彩色电视制式4.6PAL制彩色电视制式4.7彩条信号4.8PAL制解码器8电子信息工程学院数字电视原理™如何实现兼容性与逆兼容性？ƒ兼容性要求•彩色电视图像信号中要有代表黑白图像的亮度信号•传输Yƒ实现彩色•亮度方程•传输两个基色信号Y=0.30R+0.59G+0.11BF=Re[Re]+Ge[Ge]+Be[Be]4.2亮度信号与色度信号9电子信息工程学院数字电视原理™两个基色信号如何传输？ƒ恒定亮度原理4.2亮度信号与色度信号亮度信号不受传送色度信息的信号的影响，即后者的变化不影响亮度信号，重现图像的亮度只由亮度信号决定——恒定亮度原理。10电子信息工程学院数字电视原理™恒定亮度原理ƒ不能直接传输两个基色信号，而传输两个色差信号（把亮度信息去掉）ƒ否则色度信号中含亮度信息，会有亮色干扰4.2亮度信号与色度信号由（NTSC制）亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B得色差信号：R-Y=R-（0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R-0.59G+0.89B11电子信息工程学院数字电视原理™传哪两个色差信号？4.2亮度信号与色度信号亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B两边都减Y，得0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0三个色差信号间可互相线性表示，即第三个色差信号可用另两个色差信号表示()()()()()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧−−−−=−−−−−=−−−−−=−YGYRYBYBYRYGYRYGYR11.059.011.030.059.011.059.030.030.011.030.059.0(1)第二式G-Y式系数最小，信号幅度最小，信噪比差(2)第二式中R-Y式、B-Y式系数均小于1，无需增益，可用电阻电路实现选R-Y和B-Y12电子信息工程学院数字电视原理™传输色差信号用多大带宽？ƒ混合高频原理（大面积着色原理）4.2亮度信号与色度信号¾人眼的视觉特性亮度——分辨力高，色度——分辨力低。¾只需传送大面积彩色，并配以亮度细节¾从信号频带看，亮度用全部视频带宽，色度只用较窄带宽。接收端恢复的三个基色信号的低频部分是亮度和色度信号共同传送的，而高频部分都用同一个亮度信号的高频部分补充。——混合高频原理（大面积着色原理）13电子信息工程学院数字电视原理第四章彩色电视信号4.1彩色电视制式概述4.2亮度信号和色度信号4.3正交平衡调幅4.4频谱间置4.5NTSC制彩色电视制式4.6PAL制彩色电视制式4.7彩条信号4.8PAL制解码器14电子信息工程学院数字电视原理4.3正交平衡调幅™平衡调幅ƒ即DSB（或SC-AM）™正交调幅ƒ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）™正交平衡调幅ƒ两个调制信号分别对正交的两个载波进行平衡调幅再相加uBM(t)=u(t)cosωsctc(t)=u(t)cosωsct+v(t)sinωsct15电子信息工程学院数字电视原理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）Sinωsct4.3正交平衡调幅16电子信息工程学院数字电视原理™色度矢量22()()FCRYBY=−+−由色差信号的比例决定。(R(R--Y)Y)(B(B--Y)Y)θθCCFFYBYRtg1−−=θ−0~3600~360度取值，由度取值，由RR--YY和和BB--YY的符号的符号决定象限。决定象限。色度信号矢量：CF=CFSin（ωsct+θ)色度矢量CF的模：由色差信号的幅度决定。色度矢量CF的相角：4.3正交平衡调幅17电子信息工程学院数字电视原理™同步检波2()cos()cos()sincosFscscscscCttRYtBYttωωωω=−+−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()sin2222scscRYRYtBYtωω=−+−+−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4.3正交平衡调幅18电子信息工程学院数字电视原理™同步检波4.3正交平衡调幅19电子信息工程学院数字电视原理第四章彩色电视信号4.1彩色电视制式概述4.2亮度信号和色度信号4.3正交平衡调幅4.4频谱间置4.5NTSC制彩色电视制式4.6PAL制彩色电视制式4.7彩条信号4.8PAL制解码器20电子信息工程学院数字电视原理™传输色差信号如何兼容？ƒ频谱交错原理ƒ考察黑白电视的频谱4.4频谱间置21电子信息工程学院数字电视原理4.4频谱间置⑴静止图像的频谱①只在水平方向有亮度变化的静止图像每行图象信号相同（以行频重复的周期性）根据傅立叶分析，频谱是线状谱，位于行频fH及其谐波nfH上。且n越大，能量（幅度）越小（对于我国，6MHz带宽最高谐波次数n=384）。22电子信息工程学院数字电视原理4.4频谱间置②在垂直方向也有亮度变化信号是以行频和场频重复的，用二维傅立叶级数分解，可得频谱分布图。频谱成份为nfH±mfV，其频谱分布是离散谱线簇(谱线群)，主谱线为nfH。特点是信号能量集中在行频fH及其各次谐波nfH的主谱线上，一般能量随n增大而衰减。在每个主谱线两旁存在着场频及其谐波的许多副谱线。一般能量随m增大副谱线能量很快衰减。23电子信息工程学院数字电视原理③垂直方向有细节变化垂直方向有精细细节变化时，两场信号会有差异，其信号波形以帧为周期重复，故频谱应为nfH±mfF（fF为帧频，25Hz）。由于垂直方向内容有不小的相关性，所以，帧间差引起奇数倍成份相对较小。4.4频谱间置24电子信息工程学院数字电视原理⑵⑵运动图象信号的频谱运动图象信号的频谱对于一般速度运动的物体，形成的帧周期信号波形表现为随运动情况在副谱线两侧的连续频谱。因电视图像相邻行间相关较大，因此以行频及其各次谐波为中心的相邻群之间有信号能量的空白区。4.4频谱间置25电子信息工程学院数字电视原理频谱交错原理——利用电视信号的频谱空隙，在不扩展频带的情况下插入彩色信号。结论：全电视信号具有在0～6MHz范围内、离散分布的频谱结构。各群谱线间存在着很大的空隙。4.4频谱间置26电子信息工程学院数字电视原理™副载频——色度信号的载频™副载频选择原则1、频谱交错原理：为使亮度和色度信号的频谱间距最大，有利于频谱交错，副载频采用半行频偏置——半行频的奇数倍。n为整数1()2scHfnf=−2、为了减轻副载波对亮度的干扰，应尽量使副载频选在视频信号的高端。4.4频谱间置27电子信息工程学院数字电视原理3、色度信号上边带（约1.5MHz）的边界值不能超过视频信号的带宽（6MHz），故副载频应低于4.5MHzfsc±1.5MHz≤6MHzfsc≤4.5MHz4、考虑到可能出现伴音载波和副载波的差拍干扰，所以还要求两者的差频也等于半行频的奇数倍；另外，副载波应和行频保持最简单的分频关系，从而有利于同步机电路的实现。4.4频谱间置28电子信息工程学院数字电视原理4.4频谱间置™PAL制图像信号频谱29电子信息工程学院数字电视原理™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4.4频谱间置30电子信息工程学院数字电视原理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4.4频谱间置31电子信息工程学院数字电视原理第四章彩色电视信号4.1彩色电视制式概述4.2亮度信号和色度信号4.3正交平衡调幅4.4频谱间置4.5NTSC制彩色电视制式4.6PAL制彩色电视制式4.7彩条信号4.8PAL制解码器32电子信息工程学院数字电视原理4.5NTSC制彩色电视制式™色差信号如何传输ƒBB-YUƒRR-YV去掉亮度幅度压缩去掉亮度幅度压缩基色与补色的色度信号矢量图33电子信息工程学院数字电视原理Q、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。™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4.5NTSC制彩色电视制式34电子信息工程学院数字电视原理Q、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Ucos33Ucos33°°－－sin33sin33°°QQ==Vsin33Vsin33°°cos33cos3