1、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4.5 PAL制彩色电视制式 4.6 彩条信号 4.7 PAL制解码器,现代电视原理中国传媒大学,4.1 彩色电视制式概述,彩色电视制式的确定需考虑与黑白电视的兼容所谓兼容是指彩色电视台按所确定的彩色电视制式广播，其播出的电视节目，黑白电视机也能收看（当然显示的是黑白图像）。世界各国采用的模拟彩色电视广播制式都是兼容性。世界上实际使用的模拟电视制式有NTSC制、PAL制和SECAM制三种，它们都具有兼容性。我国采用PAL制。,现代电视原理中国传媒大学,4.2 亮度信号和色度信号,4.2.
2、1亮度信号及频谱4.2.2色度信号及频谱4.2.3编码矩阵4.2.4混合高频原理4.2.5恒定亮度原理,现代电视原理中国传媒大学,以NTSC制显像三基色为例，按照混配出1光瓦C白的要求，三个基色的光通量为：1(Re)=0.299W, 1(Ge)=0.587W, 1(Be)=0.114 W任意色光F的光通量为：|F| = 0.299R+0.587G+0.114B 显像三基色的亮度方程为Y = 0.299Re + 0.587Ge + 0.114Be 一般用R、G、B代表基色电压，Y代表亮度信号电压，并只取小数点后两位，即： Y0.30R十0.59G十0.11B,1、 亮度信号,4.2.1 亮度信号
3、及频谱,现代电视原理中国传媒大学,2.亮度信号的频谱,频谱以nfH为主谱线，在其两边分布有nfF帧频副谱线，能量主要集中在行频及其谐波的周围，而且n、m的值越大能量越小。,因此亮度信号的能量主要分布在06 MHZ的低频端；振幅频谱呈梳齿状，相邻主谱线间有较大的空隙。频率越高，空隙越大。在半行频的奇数倍处无信号能量，这些频谱空隙为彩色电视传输色度信号提供了非常重要的条件。,现代电视原理中国传媒大学,4.2.2、色度信号及频谱,除了亮度信号之外，彩色电视信号中还需包含两个携带色度信息的信号。最后确定选用R-Y和B-Y作为色度信号，称为色差信号,G-Y信号不必传送根据亮度方程可以从Y、R-Y、B-Y
4、中导出:,现代电视原理中国传媒大学,现代电视原理中国传媒大学,色差信号的频谱,由于色差信号频谱分布规律与亮度信号相同.其频谱能量分布在nfH（主谱线）的周围、谐波次数n越高能量越小。在相邻主谱线间有较大的空隙。约（1/2-2/3）fH 。,亮度信号频谱较宽为06MHz ：色差信号 频谱较窄为01.3MHz ：,现代电视原理中国传媒大学,将R、G、B三个基色信号变成Y、R-Y、B-Y信号是由矩阵运算完成的，该电路称为编码矩阵电路。Y = 0.30R+0.59G+0.11BR- Y = 0.7R - 0.59G - 0.11B B-Y = -0.3R - 0.59G +0.89B,4.2.3 编码
5、矩阵,要求E1、E2、E3按比例形成输出信号电压E0,现代电视原理中国传媒大学,组成色差信号R-Y时，,组成色差信号B-Y时,现代电视原理中国传媒大学,混合高频原理：利用人眼对彩色细节的分辨能力低的特性，对于低频的图像信号保证能重现出准确的色度，对于而对于高频的图像细节，只能以黑白细节重现。为了实现混合高频，将两个色差信号用（01.3 MHZ）低通滤波器滤除1.3MHz以上的频率成份，只保留1.3MHz以下的频率成份。由于低通滤波器会对色差信号引入一定的延时，所以在亮度通道中加入了相应的延时予以均衡。,4.2.4 混合高频原理,现代电视原理中国传媒大学,现代电视原理中国传媒大学,解码端恢复R、
6、G、B信号：,恢复的R、G、B基色信号频带在1.3 MHz以下是真正的红绿蓝基色信号， 对应于图象大面积平坦部分和缓慢变化部分；1.3 MHZ以上则是由亮度信号代替。相当于重现图像的细节、轮廓是黑白的。,，,，,，,现代电视原理中国传媒大学,在彩色电视采用Y、R-Y和B-Y作为传输信号时，被传送图像上每一像素的亮度信息全部由Y信号代表，而R-Y、B-Y两个色差信号只携带图像的色度信息而不反映亮度，这一原理称为恒定亮度原理。恒定亮度原理的特点：在Y、R-Y和B-Y三个信号中,若Y不变，而R-Y、B-Y受到干扰有变化时，虽然会引起基色信号R、G、B之间的比例变化造成色度改变，但该像素显示的亮度是不
7、会改变的。,4.2.5恒定亮度原理,现代电视原理中国传媒大学,4.3正交平衡调幅,4.3.1一般调幅4.3.2平衡调幅4.3.3正交平衡调幅4.3.4色度矢量幅度和相角所包含的信息4.3.5同步检波,现代电视原理中国传媒大学,4.3.1一般调幅,单一频率信号Ucost 对载波U0cos 0 t 进行一般调幅时，其已调波表达式为：,m是调制系数，mU/U0,现代电视原理中国传媒大学,在己调波的频谱中，载波本身并不直接携带调制信号的信息，然而它却占据了已调信号中的大部分能量，而携带调制信号信息的上、下边带的总能量要小于载波的能量。因此为了减小在亮色频带共用时色度副载波对亮度信号的干扰，色差信号选用
8、抑制载频的调幅更为合理。,现代电视原理中国传媒大学,4.3.2 平衡调幅,抑制载频的调幅称为平衡调幅，单一频率信号对载波进行平衡调幅时的已调波表达式为：,现代电视原理中国传媒大学,平衡调幅波的特点：1）包络波形不反应调制信号，不能用包络检波器解调，必须采用同步检波电路解调。2)已调波中没有载波分量，已调波高频振荡的相位不连续，每当调制信号由正突变为负（或由负突变为正）时，已调波高频振荡的相位突变；3）调制信号为0时，已调信号必为0。,现代电视原理中国传媒大学,所谓正交平衡调幅是指将两个调制信号分别对两个频率相同、相位差90（正交）的两个载波进行平衡调幅，然后相加。两个已调波相加后的信号称为正交
9、平衡调幅信号。,4.3.3 正交平衡调幅,现代电视原理中国传媒大学,在PAL制彩色电视中，两个色差信号U和V对副载波进行正交平衡调幅后和亮度信号相加的.,两个已调波信号相加合成后为色度副载波信号,现代电视原理中国传媒大学,色度副载波信号FC （也称为色度信号）是一个既调幅又调相的正弦波，角频率仍是s，,相角由U、V的比值决定：,幅度C由U、V信号值决定；,现代电视原理中国传媒大学,色差信号采用正交平衡调幅的主要特点：（1）平衡调幅已调波中没有载波分量,在亮色频带共用时，可以减小色度副载波对亮度信号的干扰； （2）已调波中,两个色差信号仅占用一个信号调幅的频带。（3）包络波形不反应调制信号，不能
10、用包络检波器解调，必须采用同步检波电路解调。(4)对色度副载波相位失真十分敏感，色度副载波相位失真，产生色调失真，要求系统是线性相位系统。,现代电视原理中国传媒大学,4.3.4 色度矢量长度C和相角所包含的信息,两个色差信号经正交平衡调幅后可以用一个矢量 来表示，该矢量称为色度矢量，色度矢量应包含图像的色调和饱和度信息。,重要结论：色度信号的振幅C包含了大部分饱和度信息，相角包含了小部分饱和度信息和全部的色调信息。因此可以说，振幅C主要体现彩色的饱和度，相角主要体现彩色的色调。,现代电视原理中国传媒大学,同步检波电路是相乘电路，用一个与调制副载波频率、相位完全相同的基准副载波去乘正交平衡调幅波
11、，就可解出该载波的调制信号。,4.3.5 同步检波,从正交平衡调幅的色度信号中恢复出U、V（或R-Y、B-Y）色差信号，不能用普通的包络检波电路，必须采用同步检波。,现代电视原理中国传媒大学,例如正交平衡调幅信号为：,如果解调基准副载波信号为：,两信号相乘后为：,第二项为U信号，而第一和第三项的角频率为2s其频谱范围远高于U信号的频谱范围，因此用低通滤波器即可滤出原调制的U信号。,现代电视原理中国传媒大学,同样如果解调基准副载波信号为：,两信号相乘后为：,第二项为V信号，而第一和第三项的角频率为2s其频谱范围远高于V信号的频谱范围，因此用低通滤波器即可滤出原调制的V信号。,正交平衡调幅信号为：
12、,现代电视原理中国传媒大学,由此可见，只要解调副载波与被解调信号的副载波同频同相，就可干净地分离出原调制信号。,现代电视原理中国传媒大学,4.4 频谱间置,4.4.1色度副载波和亮度信号频谱间置4.4.2亮度和色度信号间的串扰,现代电视原理中国传媒大学,4.4.1色度副载波和亮度信号频谱间置,亮度信号和色差信号的频谱都是以行频为间距的梳齿状结构，各梳齿间有较大的空隙。,让色度副载波信号的频线族插入亮度信号频线族的空隙处，这一频分复用的技术称为频谱间置技术。NTSC制和PAL制都是采用频谱间置技术来实现亮、色信号的频带共用。为了使色度副载波的频线族与亮度信号的频线族错开，实现频谱间置，可以让副载
13、波的频率为半行频的奇数倍,其中亮度信号能量集中在行频整数倍的附近，而色度副载波信号其能量集中在半行频奇数倍附近，称为半行频间置（或称1/2行频间置）。,现代电视原理中国传媒大学,频谱间置的结构图,现代电视原理中国传媒大学,4.4.2 亮度和色度信号间的串扰,频谱间置技术，两种信号共用频带，会存在相互干扰的问题。,亮色分离方法： 在彩色电视机中,亮度通道采用陷波器,色度通道采用带通滤波器,现代电视原理中国传媒大学,色串亮干扰,由于色度副载波是叠加在亮度电平上的 ,色度副载波对由亮度信号给出的黑白图像将造成一种干扰。,副载波的正半周使图像上出现附加的亮点，负半周时使图像上出现附加的黑点。 由于前后
14、两帧的干扰点是反相的，有相互抵消作用，加上副载波频率高，因此色度副载波信号对图像的亮度的干扰是很轻的。,现代电视原理中国传媒大学,这种干扰以随机杂波的形式出现在色差信号中，使正常图像的彩色有点状或网状的杂乱色彩干扰。在拍摄有黑白细格子、细条纹的图像时，能看到较明显的、闪动着的彩色花纹。,亮串色干扰(1)在共用频带内的亮度信号，会干扰色度信号,现代电视原理中国传媒大学,(2)微分增益与微分相位失真由于色度副载波信号“骑跨”在亮度信号电平上：如果传输通道是非线性的，将会使不同亮度电平上叠加的色度副载波信号有不同的相位偏移，称为微分相位（DP）失真，使重现图像产生色调失真；如果传输通道是非线性的，将
15、会使不同亮度电平上叠加的色度副载波信号有不同的幅度放大量，称为微分增益（DG）失真，使重现图像产生饱和度失真。,现代电视原理中国传媒大学,NTSC制存在的问题是：由于色差信号正交平衡调幅后的色度矢量其相角代表色调，而人眼对色调的失真又十分敏感，所以色度副载波的相位失真对重现图像有明显的影响，存在相位敏感性。为了克服NTSC色度信号对相位失真的敏感性，人们研制出了PAL制和SECAM制，,.5 P A L 制彩色电视,现代电视原理中国传媒大学,PAL（Phase Alternation Line），是在NTSC制的基础上作一些改进，主要是为减弱色度信号对相位失真敏感性的一种彩色电视制式。PAL制
16、的基本编码方法和NTSC制相同，关键差别是色度副载波中V分量逐行倒相。,4.5.1 V分量逐行倒相,现代电视原理中国传媒大学,V分量逐行倒相,PAL制的色度信号为：,不倒相行（行）：,倒相行（P行）：,在对PAL制色度副载波信号进行解调时，必须通过相应的电路把倒相行V分量的相位倒相回去，,现代电视原理中国传媒大学,V分量逐行倒相减弱色度副载波对相位失真敏感性的原理,在NTSC制中，色度副载频采用半行频间置,4.5.2 PAL制色度副载频的选择,但在PAL制中，由于V分量逐行倒相，逐行倒相V分量频谱的主谱线为（1/2) fH的奇数倍，色度副载频不能采用半行频间置了,如果PAL制的色度副载波也采用
17、1/2行频的奇数倍，V的主谱线与Y的主谱线重合，将会对亮度信号产生严重的干扰。,现代电视原理中国传媒大学,在 fS 1.3MHz在范围内Y主谱线在: n fH处，U主谱线在: (n-1/4) fH处，V主谱线 处: (n+1/4) fH处，,PAL色度副载频采用1/4行频间置,为减轻V色度信号逐行倒相后对图像造成的严重干扰，PAL采用(1/4)行频间置。,现代电视原理中国传媒大学,副载频记作4.43 MHz。,实际PAL制的副载频为：,现代电视原理中国传媒大学,.5.3 PAL色同步信号,为了使电视接收机能正确地产生色度解码用的基准副载波，以便能准确的相位进行同步检波，要求发送端在彩色全电视信
18、号中加入色同步信号。 色同步信号安放在行消隐脉冲的后肩上,其时间位置、宽度、相位、幅度都有严格的规定，以便接收端能从全电视信号中取出来。,现代电视原理中国传媒大学,PAL制色同步信号主要有3个作用为接收机恢复提供基准副载波的频率和相位信息；提供V分量逐行倒相顺序的信息。使在解调V信号时能正确地把倒相行的相位复原。3. 是为电视接收机提供色度信号的强弱信息。,PAL色同步信号采用了135和225逐行交替的相位;V分量不倒相行色同步信号的相位为135，V分量倒相行则为225(-135)。,现代电视原理中国传媒大学,2. PAL色同步信号的产生,在输入PAL编码器的U、V信号中，于色同步对应的位置（
19、即行消隐后肩）上，加入适当幅度的脉冲就可以在U、V信号平衡调幅的过程中自动形成色同步信号，这个脉冲称为K脉冲。,现代电视原理中国传媒大学,带通放大器的中心频率为色副载波频率，色同步选通脉冲（K脉冲），每行一个，宽度等于色同步信号的宽度，出现的时间和色同步出现的时间一致。,3. 色度副载波信号的恢复,现代电视原理中国传媒大学,. 场同步期间的色同步信号迂回消除,如果在整场信号中每一行都叠加，那么在场同步脉冲期间，色同步信号将叠加在齿脉冲上。负半周要低于同步脉冲电平，在发射机中将造成过调制。均衡脉冲和场同步脉冲期间的色同步信号还会干扰电视接收机中场扫描同步电路的正常工作。,因对于抑制几行色同步信号
20、有两点要求：(1）抑制前、后均衡脉冲和场同步脉冲期间的色同步信号；(2)被抑制后，空缺之前和空缺之后这两行的色同步信号(即上一场末一个和下一场第一个的色同步信号)相位都须对应于不倒相行，即都是135。,现代电视原理中国传媒大学,PAL制规定抑制九行色同步信号方法是采用宽度为9H（9行）的色同步抑制脉冲去掉这9行期间送入色同步形成电路（即PAL编码器）的K脉冲。由于每场包含312.5行，为了满足上面的两个要求，9H抑制脉冲（前、后沿和行同步前沿一致）的位置不能固定，,逐场移动半行，且四场一循环。,现代电视原理中国传媒大学,4.5.4 PAL制编码器,现代电视原理中国传媒大学,4.6彩条信号,4.
21、6.1 色差信号幅度未压缩的100饱和度、100幅度的彩条4.6.2色差信号幅度压缩系数4.6.3 色差信号幅度已压缩的100饱和度、100幅度的彩条4.6.4100饱和度、75幅度的彩条信号,现代电视原理中国传媒大学,关于彩条信号的视频电平，通常取黑条的电平（黑电平）为零电平，白条的电平（白电平）为1.0，同步脉冲位于黑电平的另一侧，标准幅度为0.43，从同步脉冲顶到白电平的总幅度为1.43。如果用具体电压值来标记彩色电视信号，则黑电平到白电平的标准峰-峰值为0.7V，同步脉冲的幅度为0.3V，同步脉冲顶到白电平为1.0V。,现代电视原理中国传媒大学,4.6.1 色差信号幅度未压缩的100饱
22、和度、100幅度的彩条,标准彩条信号是用电子方法产生的一种测试信号。彩条信号按亮度顺序自左向右排列，依次是白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑。用彩条信号可测试彩色电视系统中除摄像器件、彩色校正等电路以外的所有电路的工作情况和极限性能，特别是在测试、调整编码器时，彩条信号更是不可缺少的。,现代电视原理中国传媒大学,彩条信号的饱和度与幅度是描述彩条规范的两个重要参量。100饱和度:是指彩条中每一色条为纯基色或纯补色，不掺点白光成分，即在构成色条的三个基色电平R、G、B中至少有一个为零电平(黑电平)。100幅度:是指在构成色条的三个基色电平R、G、B中，不为零的电平必须等于白条的R、G、B值，而白条的R
23、、G、B值都为1.0。“未压缩的”:是指用R-Y、B-Y直接去对副载波进行正交平衡调幅。根据上述条件，便可计算出彩条信号中每一条的三基色值R、G、B，亮度值Y，色差值R-Y、G-Y、B-Y值，色度信号矢量的幅度C。,现代电视原理中国传媒大学,幅度未压缩的100-0-100-0彩条信号参数,现代电视原理中国传媒大学,现代电视原理中国传媒大学,色度信号与亮度信号相加成彩色全电视信号时，波形的动态范围大大超过了对黑白全电视信号规定的标准电平范围，最低电平低达-0.79，最高电平达1.79，标准电平范围,在视频调制的发射机中:超出白电平的部分将会造成发射机过调制；低于同步电平的图像信号又会影响电视接收
24、机中扫描电路的正确同步，因此，在平衡调幅前必须要压缩色差信号的幅度。,现代电视原理中国传媒大学,4.6.2色差信号幅度压缩系数,实验证明，当彩条信号的最高电平和最低电平分别不超出白电平的33和不低于黑电平的-33时，发射机的动态范围也能适应，不致降低图像质量。,将黄条和青条的最高电平都压低到1.33，或将蓝条和红条的最低电平都限制到-0.33进行计算，,现代电视原理中国传媒大学,可得V 0.877 (R-Y)U 0.493 (B-Y) 因此PAL制的色度信号Fc为：,现代电视原理中国传媒大学,4.6.3 幅度压缩后的100饱和度、100幅度彩条,现代电视原理中国传媒大学,现代电视原理中国传媒大
25、学,实线连接的是V分量不倒相行各色条矢量的顶点，虚线连接的是V分量倒相行各色条色度矢量的顶点。矢量图上原点对应于中性色。,各色条色度矢量顶点在矢量图上的位置,现代电视原理中国传媒大学,100%饱和度、75%幅度 彩条是欧洲广播联盟（EBU）规定的彩条信号，我国彩色电视标准也采用该彩条信号白条电平是1，黑条电平是，其它色条的高电平是白条电平值的75。,4.6.4 100饱和度、75幅度的彩条信号,现代电视原理中国传媒大学,100%饱和度、75%幅度彩条,现代电视原理中国传媒大学,现代电视原理中国传媒大学,4.7.1 PAL解码器原理框图,从PAL制彩色全电视信号中恢复出R、G、B基色信号的过程称
26、为PAL制的彩色解码（或称PAL解调）。PAL解码器原理框图，主要包括亮度通道、色度通道、副载波通道、解码矩阵四个部分。,4.7 PAL解码器,现代电视原理中国传媒大学,PAL解码器原理框图,现代电视原理中国传媒大学,在电视接收机的色度解码电路中，完成相邻两行色度副载波平均的电路称为梳状滤波器，把含有梳状滤波器的PAL解码器称为标准PAL解码器，写为PALD解码器。,4.7.3. 梳状滤波器,梳状滤波器由延时线和加法器、减法器组成。,直通色度信号和延时一行的信号分别在加法器和减法器相加和相减后输出 ，完成U、V分量色度副载波的分离。,Td = 283.5TS（63.94325s）,现代电视原理
27、中国传媒大学,（1）延时线的延迟时间Td = 283.5TS(63.94325s)；,（2）延时线的延迟时间Td = 284TS（64.056s ） 延时后色度副载波信号的相位与延时前的同相,若将它和第n+1行的色度矢量相加减后，也能正确恢复出的分量，不会引起色度信号的失真。,现代电视原理中国传媒大学,在电视接收机中实用的延时线是超声波玻璃延时线(简称超声延时线)。超声延时线主要由输入压电换能器、玻璃介质和输出压电换能器三部分组成。输入压电换能器将电信号转换成相应频率的超声波振荡后，在玻璃介质中经多次反射到达输出压电换能器，输出压电换能器再将延时后的超声波，转换成电信号。经理论分析表明，使用超
28、声延时线选Td = 283.5 TS（63.94325s）的性能要比选Td = 284 TS （64.056s），好，实际使用的超声延时线，其延时时间都选Td = 283.5 TS。,现代电视原理中国传媒大学,优点:采用由于V分量逐行倒相技术,将相位失真引起的色调失真转化为饱和度失真，微分相位失真允许达30；缺点（1） 由于V分量逐行倒相，副载波只能采用四分之一行频间置，接收机要采用梳状滤波器，使电视设备和电视机变得复杂；（2）对梳状滤波器要求严格，延时量、幅度要求很准确，否则同步检波器不能消除串色；（3）梳状滤波器使垂直分解力下降一半(因为需要两行合并)；（4）梳状滤波器延时线的延时时间不到64微秒，会引入高频串色；（5）兼容性差。,PAL制的主要特点,现代电视原理中国传媒大学,
