第2.4节色度信号与色同步信号

第2.4节色度信号与色同步信号本节要点：1、掌握平衡正交调幅原理、特性以及色度信号的形成。2、理解同步信号的作用、同步检波原理。3、绘出彩条波形及矢量图。内容提要：一色度信号的形成二同步检波原理三色同步信号四彩条对应的信号波形及矢量图一、色度信号形成色度信号：将两个色差信号分别对正交的两个副载波进行平衡调幅而得到的信号。1.平衡调幅：平衡调幅又称为抑制载波调幅。抑制载波调幅可以抑制色度信号对亮度信号的干扰并节省发射功率。设用色差信号uR-Y=(R-Y)cosΩt对载波uSC=USCcosωSCt进行调幅，则调幅后信号的数学表达式为[coscos()cos()]22AMSCSCSCSCmmuUttt式中，m=(R-Y)／USC。•上式表明调幅波包含了三个频率：载波频率ωSC和两个边频频率ωSC±Ω。因为载频ωSC上不带任何信息，所以把载频抑制掉可以节省发射功率。载频抑制后成为平衡调幅波，平衡调幅波的数学表达式为[cos()cos()]22coscos()coscoscosBMSCSCSCSCSCSCmmUttmUttRYttt上式表明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，如下页图所示。平衡调幅波有如下特点：(1)平衡调幅波不含载波分量。（由于抑制了载波，可使传送同样信息能量所需功率大为减少，减少副载波对亮度过信号的干扰。）(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°。（在例子中：调幅信号为正值时，平横调幅波与载波同相；调幅信号为负值时，平横调幅波与载波反相。）图3-3(a)色差信号(调制信号)；(b)副载波信号；(c)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)v•(3)平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比，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。•为了在同一频带内传送两个色差信号R-Y和B-Y，要将两个色差信号进行正交平衡调幅，这就是用两个色差信号R-Y和B-Y分别对频率相同、相位相差90°的两个色副载波cosωSCt和sinωSCt进行平衡调幅，然后相加成色度信号。•下页图是正交平衡调幅器方框图，由两个平衡调幅器、一个副载波90°移相器和一个线性相加器组成。2.正交平衡调幅器－－色度信号的形成图正交平衡调幅色度信号形成框图(a)正交平衡调幅器；(b)色度信号矢量图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－YF•设副载波的幅值为1，色差信号B-Y与副载波sinωSCt在平衡调幅器中相乘后得到平衡调幅信号（B-Y）sinωSCt。副载波sinωSCt经90°移相器后，变成cosωSCt，与色差信号R-Y在平衡调幅器相乘后得到平衡调幅信号（R-Y）cosωSCt，然后在线性相加器中相加，就得到色度信号：22()sin()cos()()sin()sin()SCSCSCmSCFBYtBYtBYRYtFt式中22()()arctanmFBYRYRYBY（R-Y）（B-Y）Fm彩色矢量图图中对角线的长度代表色度信号的幅值，而φ是F的相角。将色度信号F和亮度信号Y以及同步、消隐等信号混合，就得到了彩色全电视信号。色度信号的振幅和相角之中包含了彩色图像的全部色度信息,振幅Fm取决于色差信号的幅值，决定了所传送彩色的饱和度；而相角φ取决于色差信号的相对比值，决定了彩色的色调。也就是说，色度信号是一个既调幅又调相的波形，其幅值传送了图像的色饱和度，其相位传送了图像的色调。同步检波是利用两个色度分量FU和FV的相位差来解调出色差信号的，也称为同步解调。要从彩色全电视信号中获得两个色差信号，首先必须把色度信号从全电视信号中分离出来，然后送同步检波电路，利用两个色度分量FV、FU的相位差来解调出色差信号的。其解调原理如图示。二、色度信号的同步检波原理同步检波方框图同步检波器可看成两个受副载波控制的开关，如下图所示。开关工作特点是，当副载波为正的最大值时，开关闭合，其余时间开关断开。将色度信号F=UsinωSCt+VcosωSCt送入这两个同步检波开关。在FU=UsinωSCt分量出现最大值时，U同步解调开关闭合，这时FV分量恰好为零，从而把U分量解调出来。同理亦可解调出V分量。由于控制同步检波的副载波必须与被检波的色度信号相位相同，所以称同步检波。其对应波形如图2-11所示。同步检波开关控制原理图式中U/2是解调输出的色差信号，频带为0~1.3MHz；其余两项为副载波的谐波成分，频率为副载波的二倍，很容易用低通滤波器将其滤除，从而得到色差信号。同理，用cosωSCt与F相乘，经低通滤波器提取出V/2色差信号分量。同步检波的数学分析三、色同步信号1、色同步信号的功用是作为接收机恢复彩色副载波的相位基准在同步解调过成中，需要一个与发送端同频、同相的副载波。在彩色电视中,色差信号对彩色副载波均采用正交平衡调幅方式,即发送时抑制了彩色副载频。接收端在同步解调时,必须恢复彩色副载波并与发端所用的基准副载波的频率、相位保持一致,才能保证屏幕上的彩色稳定,即所谓的彩色同步。所以在彩色电视接收机中需要设置一个副载波产生电路（副载波恢复电路）。为保证所恢复副载波与发端的副载波同频、同相，需要发端在发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发端副载波频率与相位信息的“色同步信号”，以使电视接收机中的副载波恢复电路所产生的恢复副载波与发端的副载波同步。因此,发送端所提供的色同步信号为接收机恢复副载波提供一个频率与相位基准。2、色同步信号波形色同步信号是在每行逆程期中,即行消隐后肩的消隐电平上传送9~11个周期的基准副载波,如图所示。所以,色同步信号的宽度为2.25±0.23μs,波形对称于黑色电平,与行同步前沿间隔为5.6±0.1μs,色同步脉冲的幅度与行、场同步脉冲的相同,占电视图像信号幅度(包括同步头)的25%,如果电视图像信号的峰峰值是1V,则色同步脉冲的幅度将是0.3V±9mV。图色同步信号波形色同步信号的幅度与行步脉冲幅度相等。若以h表示同步脉冲幅度，Fb表示色同步信号，则色同步信号与彩色电视信号一起传送到接收端，彩色电视机将其从彩色电视信号中分离出来，去控制接收机的副载波发生器，使之产生与发送端副载波同频、同相的恢复副载波。再将此恢复副载波加于同步检波电路，从而解调出色差信号。1.5μs行消隐1.5μs黑电平四、彩条图形的色度信号波形特点与矢量图A、未压缩彩条信号（100-0-100-0）：1、彩条图形的色度信号波形及特点下面分别给出了全电视信号合成原理图，100-0-100-0标准彩条信号的亮度信号、色度信号和复合信号的数据以及未压缩标准彩条信号的基色信号和色差信号波形图。编码矩阵RGBB－YR－YF××付载波发生器90°移相＋＋Y×Fb彩色全电视信号全电视信号合成原理图22()()arctanmFBYRYRYBY22()sin()cos()()sin()sin()SCSCSCmSCFBYtBYtBYRYtFt注：图中的c即公式中的Fmα即φY=0.30R+0.59G+0.11BR-Y=0.70R-0.59G-0.11BB-Y=-0.30R-0.59G+0.89BG-Y=-0.30R+0.41G-0.11B下表计算所用的计算公式：计算举例例如,100/0/100/0彩条信号的黄色,见表5-1,其R-Y=0.11,B-Y=-0.89,则有：:17389.011.09.0)89.0(11.022arctgF黄黄资料1标准彩条信号数据根据上表作出的彩色电视信号的波形。100-0-100-0规格的三基色彩条R－Y色差信号的平衡调幅波形B－Y色差信号的平衡调幅波形色度信号的特点•周期性•奇谐对称•无直流复合色度信号形成彩色全电视信号的形成图负极性100%幅度彩条波形图（c）Y+F+Fb+S信号（a）Y+Fb+S信号（b）色度信号FB、色度信号幅度压缩从表和图中可看出，标准彩条信号的电平范围大大超过了黑白电视所规定的范围。对正极性标准黑白电视信号黑电平为0、白电平为1。而在表、图中，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%。如果彩条信号未压缩，则会造成蓝、红条彩条信号幅度高于同步脉冲幅度，破坏同步。黄条、青条信号低于白色电平，甚至小于0，可使发射机产生过调制，造成图像失真，伴音中断。青条：＋0.70＝1.33黄条：＋0.89＝1.33可以算出：a＝0.877，b＝0.493（也可以红、蓝条的负峰值不低于-1.33计算，结果相同，这里从略）压缩的彩条信号及压缩系数的计算实验证明，当彩条信号的最高电平不超出白电平的33％和最低电平不低于-33％时，可以适应发射机的动态范围而不致影响接收机同步。故以此确定压缩系数。设R-Y的压缩系数为a，B-Y的压缩系数为b；以黄、青条正峰值不超过1.33，列方程计算出a和b值：，，实际中采用V、U符号代表已压缩的R-Y和B-Y色差信号，即：V＝a(R-Y)＝0.877(R-Y)U＝b(B-Y)＝0.493(B-Y)压缩后的色度信号Fc为：压缩彩条信号（100-0-100-00）：下面分别给出了全电视信号合成原理图，100-0-100-0标准彩条信号的亮度信号、色度信号和复合信号的数据以及压缩标准彩条信号的基色信号和色差信号波形图与矢量图。（c）Y+F+Fb+S信号（a）Y+Fb+S信号（b）色度信号F•2、彩条色度信号的矢量图用示波器观察彩条信号的波形虽可以检查鉴定色通道的质量,但还有很大的局限性,因为从示波器上看到的彩条信号不能直接告诉我们色度信号相位失真的情况以及由这种失真引起的色调畸变。为了比较准确地测量色度信号振幅和相位失真的大小,并确定这些失真对重现彩色图像的影响,仅靠观察信号的波形还不够,需要用彩条色度信号的矢量图。因为色度信号的振幅(饱和度)和相位(色调)失真都可以根据它们矢量位置的变化准确求得,所以用矢量图研究和分析彩色信号是十分简便和有效的。彩条色度信号的矢量图,就是将代表各彩条的色度信号的振幅和相位,用矢量形式表示在矢量坐标中所得到的矢量图。由式(4-13)我们可得••YBYRarctg例如,100/0/100/0彩条信号的黄色,见表5-1,其R-Y=0.11,B-Y=-0.89,则有:17389.011.09.0)89.0(11.022arctgF黄黄22)()(YBYRF同理,我们将表中各色度信号的幅值与初相数值列在表中。表未压缩100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角图5-4未压缩色度信号的矢量图•根据上表数据,可以画出标准彩条色度信号的矢量图如图所示。•由图可以得出以下结论:•(1)不同色调的矢量处在平面不同位置上。正如时钟用不同方位代表不同时刻一样,在彩色电视中也仿此法,用不同方位来表示不同色调。因此,我们常称色度信号矢量图为“彩色钟”。•(2)虽然被传送的彩色都是100%饱和度,但色度信号的长度不尽相同，只有互补的两个彩色矢量长度是相同的,因为互补的二色相加应为白色,即此二色的色度信号矢量之和应为零。•(3)色调相同而饱和度不同的彩色,其色度信号的初相角不变,仅仅矢量大小改变。