电视原理第3章彩色电视信号的传输

第三章彩色电视信号的传输•3.1兼容制传送方式•3.2正交平衡调幅•3.3色度信号及NTSC制编、解码过程•3.4PAL制及其编、解码过程•3.5SECAM制及其编、解码过程13.1兼容制传送方式3.1.1兼容的必备条件要实现彩色与黑白电视兼容，彩色电视应满足以下基本条件:(1)所传送的电视信号中应有亮度信号和色度信号两部分。(2)彩色电视信号通道的频率特性应与黑白电视通道频率特性基本一致，而且应该有相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。2第三章彩色电视信号的传输(3)彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率，相同的辅助信号及参数。(4)应尽可能地减小黑白电视机收看彩色节目时的彩色干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰。3第三章彩色电视信号的传输3.1.2频带压缩实验测定表明，如果离开电视机屏幕一定距离处，能辨别出白色衬底上直径为1mm的黑色细节，那么在同样条件下，红色时底上的绿色细节部分曲直径约为2.5mm时才能开始加以辨别，在蓝色衬底上的绿色细节部分直径为5mm时才能开始加以区别。如果传送的彩色细节尺寸小于上述情况，那么人眼看到的各个细节部分只能是在亮度方面存在着差别，而无颜色部分的差异、均表现为灰色。4第三章彩色电视信号的传输根据上述分析，在彩色图像传送中，只有大面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度成分，而颜色的细节部分，可以用亮度信号来取代。换言之，把三个基色中的图像信号的高频分量(对应着图像彩色细节)，可以用一个只代表亮度的信号来传送。这种方法又常称为“混合高频原理”5第三章彩色电视信号的传输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。6第三章彩色电视信号的传输由于每个基色信息中都含有亮度信息，如果直接传送基色信号，已传送的亮度信号Y(为各基色亮度总和)与所选出的两个基色所包含的亮度参量就重复了，因而使得基色与亮度之间的相互干扰也会十分严重（带宽不同）。所以通常选择不反映亮度信息的信号传送色度信息，例如基色信号与亮度信号相减所得到的色差信号(R-Y)、(G-Y)和(B-Y)，可从中选取两个代表色度的信息。因此，在彩色电视系统中，为传送彩色图像，选用了一个亮度信号和两个色差信号。7第三章彩色电视信号的传输R=(R-Y)0~1.3+Y0～6=R0～1.3+Y1.3～6G=(G-Y)0～1.3+Y0～6=G0～1.3+Y1.3～6B=(B-Y)0～1.3+Y0～6=B0～1.3+Y1.3～6最后重现彩色的三个基色信号在0～1.3MHz频率范围内含有彩色分量，在1.3～6MHz频率范围内只有亮度信号分量。8第三章彩色电视信号的传输当色差信号的带宽为0～1.3MHz，亮度信号的带宽为0～6MHz时，恢复的三个基色信号为:3.1.3频谱交错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。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。9第三章彩色电视信号的传输彩色副载波放在6MHz频带的高端以减少彩色干扰和亮度窜色.因为干扰花纹的显眼程度与干扰信号的频率有关，如果色度信号放在低端，干扰显示为粗线条的花纹，十分显眼，而色度信号放在高端，干扰花纹极其细密，不易被人察觉。亮度信号在高频端幅度很小，色度信号放在高端可以减少亮度信号对色度信号的干扰。10第三章彩色电视信号的传输因为相邻行图像信号相关性很强和采用周期性扫描，所以黑白电视信号(亮度信号)的频谱结构是线状离散谱。亮度信号虽然占据了0～6MHz的频带宽度，但并未占满整个6MHz的带宽。亮度信号的能量只集中在行频fH及其谐波nfH附近很窄的范围内，随谐波次数的升高，能量逐渐下降。在(n-1/2)fH附近没有亮度信号能量，留有较大的空隙，如图3-1（a）所示。11第三章彩色电视信号的传输图3-1(a)以行频为间隔的谱线群；(b)每一谱线群结构12第三章彩色电视信号的传输图3-1（b）是将nfH附近的一族谱线放大，可以看出在行频主谱线两侧有以帧频、场频为间隔的副谱线。当图像活动加快时，各副谱线之间的空隙被填满，但在(n-1/2)fH附近仍有较大的空隙，慢变化的图像频谱空隙达93%，较快变化的图像频谱空隙仍有46%，所以可以将色度信号的频谱插在亮度信号的频谱空隙中间，用一个6MHz带宽的通道同时传送亮度信号和色度信号，这种方法称为频谱交错或频谱间置。13第三章彩色电视信号的传输色差信号有与亮度信号相同的频谱结构，压缩后占据较窄的频带，如图3-2（a）所示。其表现也是以行频为间隔的谱线群结构。根据副载波平衡调幅形成的色度信号也发生了频谱迁移，各谱线群出现在fSC±nfH处，如图3-2（b）所示。只要选用副载频为半行频的奇数倍，即fSC=(n-1/2)fH，就能将色度信号正好插在亮度信号频谱的空隙间，如图3-2（c）所示。14第三章彩色电视信号的传输图3-2(a)色差信号频谱；(b)色度信号频谱；(c)频谱交错15第三章彩色电视信号的传输频谱间置图3.2.1信号选取要做到兼容，必须对光电传感器输出的R、G、B三个基色信号进行处理。首先用一个编码矩阵电路根据Y=0.30R+0.59G+0.11B的亮度公式编出一个亮度信号和R-Y、B-Y两个色差信号。色差信号是基色信号R、G、B与亮度信号Y之差：3.2亮度信号与色差信号16第三章彩色电视信号的传输亮度、色差与R、G、B的关系由亮度方程知Y=0.3R+0.59G+0.11B(3-1)那么,R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G-0.11B(3-2a)B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R-0.59G+0.89B(3-2b)G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B(3-2c)17第三章彩色电视信号的传输在已知(R-Y)和(B-Y)的情况下，可以容易地按照下述步骤求得(G-Y)。由Y=0.3Y+0.59Y+0.11Y(3-3)Y=0.3R+0.59G+0.11B(3-4)用式(3-4)减去式(3-3),0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0(3-5)则0.30.11()()0.51()0.19()0.590.59GYRYBYRYBY18第三章彩色电视信号的传输接收端由矩阵电路把收到的(R-Y)和(B-Y),按式(3―5)恢复出(G-Y),然后再以矩阵电路使之分别与Y信号相加,从而恢复出三基色。即(R-Y)+Y=R(3―6a)(B-Y)+Y=B(3―6b)(G-Y)+Y=G(3―6c)在传送黑白电视信号时，因色度信号为零，R、G、B应相等。设R=G=B=Ex,则利用亮度方程可求得:19第三章彩色电视信号的传输Y=0.3Ex+0.59Ex+0.11Ex=Ex(3―7a)R-Y=Ex-Ex=0(3―7b)B-Y=Ex-Ex=0(3―7c)这就说明，对于黑白电视信号，反映色调与饱和度(即色度)的色差信号为零，且亮度Y的电压值与三个基色电压值相等,即Y=R=G=B20第三章彩色电视信号的传输比如传送饱和黄色，则可知R=G=1，B=0，其亮度信号和色差信号分别为Y=0.3×1+0.59×1+0.11×0=0.89R-Y=1-0.89=0.11B-Y=0-0.89=-0.89可见此时(R-Y)和(B-Y)不再为零。21第三章彩色电视信号的传输用色差信号传送色度信号具有以下优点：(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。22第三章彩色电视信号的传输3.2.2标准彩条亮度与色差信号的波形与特点标准彩条信号是由彩条信号发生器产生的一种测试信号。对彩色电视系统的传输特性进行测试和调整。标准彩条信号有多种规范，图3―2给出的波形称为“100%幅度、100%饱和度”彩条信号。对于这种规范，白条对应的电平为1(即100%)，黑条对应的电平为0，三基色信号的电平非1即0，由其显示的彩色均为饱和色。23第三章彩色电视信号的传输图3-2100%幅度,100%饱和度彩条信号(a)彩条图像;(b)三基色电压;(c)亮度信号;(d)色差信号24表3―1100%幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值25由式(3-1)和式(3-2)可求得100%幅度，100%饱和度彩条信号中各条相应的亮度信号和色差信号电平，其值列入表3-1。第三章彩色电视信号的传输色别白黄青绿品红蓝黑RGB111110011010101100001000Y1.000.890.700.590.410.300.110.00R-Y0.000.11-0.70-0.590.590.70-0.110.00B-Y0.00-0.890.30-0.590.59-0.300.890.00表3-275%幅度、100%饱和度标准彩条三基色、亮度、色差电平值26第三章彩色电视信号的传输色别白黄青绿品红蓝黑RGB1110.750.75000.750.7500.7500.7500.750.7500000.75000Y1.000.6680.5260.4400.3100.2250.0830.00R-Y0.000.083-0.526-0.4400.4400.526-0.0830.00B-Y0.00-0.6680.224-0.4400.440-0.2240.6680.00G-Y0.000.0830.2240.310-0.310-0.224-0.0830.00练习题•测验：•1、全电视信号包含哪几部分？•2、行、场同步脉冲宽度各为多少？•3、行、场消隐脉冲宽度各位多少？•4、黑白彩色兼容必须满足哪些基本要求？3.3色度信号及NTSC信号编、解码过程根据前面分析，必须将色差信号调制到副载波才能实现频谱交错，但是如何进行调制，可选择的方法不同就产生了不同的彩色电视制式。3.3.1色度信号的形成在NTSC制中，是将正交调幅与平衡调幅结合起来，将两个色差信号分别对正交的两个副载波进行平衡调幅，由此得到已调信号，称其为色度信号。29第三章彩色电视信号的传输1.平衡调幅所谓平衡调幅，是指抑制载波的一种调制方式。它与普通调幅不同之处在于，平衡调幅不输出载波，现举例加以说明。设:调制信号为uΩ=UΩcosΩt，载波信号为us=Uscosωst，则调幅后形成的一般调幅波为：30第三章彩色电视信号的传输(3-11)式(3-11)说明，普通调幅波的频谱是由载频ωs和两个边频(ωs+Ω)、(ωs-Ω)三个分量组成的，调幅波的波形如图3-4所示。31第三章彩色电视信号的传输图3-4调幅波波形(a)调制信号;(b)载波;(c)AM波;(d)平衡调幅波32第三章彩色电视信号的传输33第三章彩色电视信号的传输平衡调幅抑制了载波分量，使得调幅波中没有Uscosωst一项，因而其表达式变为：用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，如图3-5所示。图3-5(a)色差信号(调制信号)；(b)副载波信号；(c)平衡调幅波34第三章彩色电视信号的传输35第三章彩色电视信号的传输由式(3-12)可以看出，平衡调幅波的特点是:(1)平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。(2)调幅信号为正值时，平衡调幅波与载波同相；调制信号电压为负值