电视原理05-彩色模拟电视

电视原理第五章彩色模拟电视2/62第五章彩色电视黑白电视信号频谱1彩色电视信号选取2调制:NTSC和PAL3思考和习题43/62黑白全电视信号图像信号、复合同步、复合消隐、槽脉冲和均衡脉冲等叠加，即构成黑白全电视信号，通常也称其为视频信号4/62黑白电视信号70%：图像信号30%：同步信号不同的幅度值代表图像的信息(0~255)5/62图像信号的例子6/62时间与频率-傅里叶分析at:istheamplitudeofSinewaveatfrequencyf;Øisthephaseatfrequencyf.每一个信号g(t),可以表示成正弦波的组合7/628/62周期信号1.对一个周期信号，傅里叶表示是一连串的离散频率分量例如：9/62突变、非周期信号2.对一个随时间渐变的非周期信号：频谱不在离散频域分量变宽信号包含不连续和突变时10/62电视信号3.电视信号或多或少有一定的重复模型有规律的扫描线的间隔，相邻的扫描线之间非常相近根据线频率有一定的周期性，15625forPAL11/62NTSC帧频率:30f/s,每帧525线场频率:30*2=60每个场的扫描线:525/2=262.5线频率:262.5x60=1575012/62PAL帧频率:25帧/s，每帧625线场频率:每个场的扫描线:线频率:13/62电视信号4.电视中有些画面包含很丰富的细节和像素突变导致频谱会延伸到无限大但是超过5.5MHz的高频分量会被摄像装置和电视电路滤波去掉。在一个典型的自然场景中，非常清晰的细节和像素的突变并不多高频分量很小5.总的来说，各个扫描线之间还是有一定的区别所以，nx15625Hz的频谱线会变宽（不是脉冲了）14/626.频谱内也不是连续的。帧频25Hz,场频50Hz当视频中的相邻帧完全相同的时候，是一个周期信号（周期=1/帧频），场频也是同样情况。频谱内谱线间隔：25Hz（弱分量）,50Hz（强分量）15/627.对于运动的场景，相邻帧并不相同的每一条单个的谱线也会拓宽。16/62电视信号的基带频谱17/62调制18/62调制SinglesidebandBadDCresponse19/6220/62彩色电视黑白电视：荧光粉；彩色：三色荧光粉红，绿，蓝三电子束同时移动在显像管内部，接近荧光粉涂层的地方薄层的金属屏幕，Shadowmask对准荧光粉点的小孔21/62产生红色的点产生白色的点产生黑色的点22/62彩色电视：兼容性23/62彩色电视频率使用不能超出原有的黑白电视系统的带宽技术问题色彩信息不能干扰到原有的黑白信号接受24/62色彩视觉亮度（Brightness）反映光的明亮程度。亮度相对独立于图像色彩之外。(LuminanceinTV)色调（Hue）反映彩色的类别，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等波长不同的光。色饱和度（Saturation）反映彩色光的深浅程度。同一色调的彩色光，会给人以深浅不同的感觉，深红、粉红是两种不同饱和度的红色，深红色饱和度高，粉红色饱和度低。Y=0.3R+0.59G+0.11B（亮度）黑白电视信号红绿蓝黄紫青白25/62基本彩色电视系统R,G,B的比例根据具体颜色决定.26/62伽马校正Gamma荧光粉发射出的光，和电压值并不直接正正比关系。某些能量值位置，发光效率更高（抛物线）27/62为了补偿掉，CRT的非线性特点，在图像源头，会加上伽马补偿。28/62信号选取Y=0.3R+0.59G+0.11B（亮度）已经可以从解调的亮度信息中得到，用于黑白电视为了能够表示色调(Hue)，和饱和度(Saturation)色差信号：基色和亮度的差R-Y=R-(0.30R+0.59G+0.11B)=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R-0.59G+0.89B29/62色差信号Y=0.30R+0.59G+0.11B0.30Y+0.59Y+0.11Y=0.30R+0.59G+0.11B0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0可以通过两个色差信号得到另外一个。三大制式(NTSC，PAL，SECAM)都选取了R-Y和B-Y作为色差信号。G-Y的信号值最小，信噪比低G-Y用另外两个色差信号求得时，系数小于1，可以简单地用电阻分压实现，不需要放大G-Y=-(0.30/0.59)(R-Y)-(0.11/0.59)(G-Y)30/62色差信号使用色差信号的优点：(1)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。(2)能够实现亮度恒定原理，即重现图像的亮度只由传送亮度信息的亮度信号决定。(3)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。31/62色差信号-例子例1：白色R’=G’=B’=1.0Y’=0.3R’+0.59G’+0.11B’=0.3(1)+0.59(1)+0.11(1)=1(R’-Y’)=(1-1)=0and(B’-Y’)=(1-1)=0例2：灰色R’=G’=B’但幅值小于1，总得来说，设电压幅值为VY’=0.3R’+0.59G’+0.11B’=0.3V+0.59V+0.11V=V(R’-Y’)=(V-V)=0and(B’-Y’)=(V-V)=01.节省色度信号的发射功率,2.保持和黑白电视的兼容32/62色差信号-例子例3：不饱和的紫色R’=0.7;G’=0.2;B’=0.6(i)亮度信号Y’=0.3R’+0.59G’+0.11B’=0.3(0.7)+0.59(0.2)+0.11(0.6)=0.394(ii)色差信号(R’-Y’)=(0.7-0.394)=+0.306(B’-Y’)=(0.6-0.394)=+0.206(iii)接收端恢复(G’-Y’)=-0.194R’=(R’-Y’)+Y’=0.306+0.394=0.7G’=(G’-Y’)+Y’=-0.194+0.394=0.2B’=(B’-Y’)+Y’=0.206+0.394=0.6在单色接收机中，只有亮度信号Y’=0.394在黑白图像中，呈现相对深的灰色。33/62色差信号-例子例3：不饱和的橙色R’=0.7;G’=0.6;B’=0.2(i)亮度信号Y’=0.3R’+0.59G’+0.11B’=0.3(0.7)+0.59(0.6)+0.11(0.2)=0.586(ii)色差信号(R’-Y’)=(0.7-0.586)=+0.114(B’-Y’)=(0.6-0.586)=-0.386(iii)接收端恢复(G’-Y’)=0.014R’=(R’-Y’)+Y’=0.114+0.586=0.7G’=(G’-Y’)+Y’=0.014+0.586=0.6B’=(B’-Y’)+Y’=-0.386+0.586=0.2在单色接收机中，只有亮度信号Y’=0.586在黑白图像中，呈现相对亮的灰色。34/62色调和饱和度所有的颜色信息都（色调，饱和度）可以从两个色差信号中得到35/62色调和饱和度36/62黄、青、绿、紫、红、蓝都超过了黑白电平•其中黄色电平最高为1.79，超过了79%，•而红、蓝条的最小数值又分别比黑电平低46%和79%。•当彩条色度信号超过白电平时，将产生过调失真最大电平和最小电平当•当彩条色度信号低于同步电平，接收机中分离同步信号时，色度信号将会被切割出来，破坏接收机的同步，引起图像不稳37/62色度信号压缩应在调制前进行，只要在两个色差信号前面分别乘上一个小于1的压缩系数a和b即可38/6239/62彩色图像传送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。我国电视标准规定，亮度信号带宽为0～6MHz，色度信号带宽为0～1.3MHz。彩色电视和黑白电视采用相同的带宽，用三基色信号形成亮度信号和两个色差信号后，都放在0～6MHz的频带内用一个通道传送。40/62在0～6MHz频带内先选择一个频率称为彩色副载波。用两个色差信号对彩色副载波进行调制，调制后的信号称为色度信号。将得到的色度信号与亮度信号、同步信号叠加为彩色全电视信号，再去调制图像载波，称为二次调制二次调制后的射频信号经功率放大后发射出去。为何选择较高的副载波频率？41/62因为亮度的高频幅值较小，高频载波可以最小化色度和亮度信息的互相干扰亮度信号的梳齿状频谱：空隙可以用来携带额外的颜色信息实现和黑白电视系统的兼容，同样的带宽42/6243/6244/62副载波的半行频间置副载波（sub-carrier）的选取亮度信号在(n-1/2)fH附近有较大的空隙，因此NTSC制副载波频率选择为半行频的倍数，通常称为半行频间置。625行，50场/秒，fH=15625Hz,副载波fsc=(284-1/2)fH=4.43MHz525行，60场/秒，fH=15750Hz副载波fsc=(228-1/2)fH=3.58MHzUVfHfSCYYYYYUVUVUVf285fH2fHYY284fH283fH282fH45/62调制正交平衡调幅(QAM,QuadratureAmplitudeModulation)一个乘法器将色差信号与载波相乘就可以得到平衡调幅波B－YsinSCt0000.89180°(a)0°180°0°180°0°0.30.590.590.30.89－0.89－0.590.30.59－0.30.89B－YsinSCt(b)(c)v46/62平衡调幅波的特点(1)平衡调幅波不含载波分量。(2)平衡调幅波的极性由调制信号和载波的极性共同决定，如两者之一反相，平衡调幅波的极性反相；色差信号(调制信号)通过0值点时，平衡调幅波极性反相180°。(3)平衡调幅波的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)平衡调幅波的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，才能得到原调制信号。47/62正交平衡调幅R－YR－Y平衡调幅FR－Y(R－Y)cosSCtcosSCt90°移相sinSCtB－YB－Y平衡调幅(B－Y)sinSCt(a)(b)B－YF22()()arctanmFBYRYRYBY22()sin()cos()()sin()sin()SCSCSCmSCFBYtBYtBYRYtFtR48/62I、Q信号对人眼视觉特性的研究表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝、紫之间颜色变化的能力最弱。实践证明，I轴(与V轴夹角为33°)是人眼最敏感的色轴，可用0～1.3MHz较宽的频带传送；与I轴正交的Q轴(与U轴夹角为33°)是人眼最不敏感的色轴，可用0～0.5MHz较窄的频带传送。UVQI33°P33°49/62由U和V的不同线性组合可以构成各种不同的色差信号组，Q、I只是其中具有特殊性质的一组。根据人眼视觉特性，Q信号的带宽用0.5MHz,I信号的带宽用1.5MHz来传送，就可满足人眼视觉特性的要求了。而且I信号还可以用不对称边带方式传送，如图3-12所示。这样既压缩了色度信号的带宽，又不会造成窜色，因为边带不对称部分只有一个分量。f/MHz234－1伴音载频图像载频fSCQI－1.2514.5cos33si