1、3. 1 概述彩色电视在发展的过程中，一直追求彩 色电视和黑白电视的兼容，所谓兼容， 就是 黑白电视接收机既能接收彩色电视信号， 也 能重现黑白电视信号； 彩色电视接收机既能 接收黑白电视信号， 也能重现黑白电视信 号。,第三章 彩色视频信号的处理与制式,要实现兼容，其中最基本的一个条件，就是能 够在相同的视频频带宽度（6MHZ）的情况下进行 彩色电视信号的传输。我们虽然选择了一个亮度信 号（Y）和两个色差信号（RY、BY），但它 们不能直接在一条与黑白电视相同的带宽的信道中 传输这三个信号，还必须先进行处理。采用不同的处理方法就构成不同的彩色电视制 式，现在世界流行的三种彩色电视制式：NTS
2、C（N制） PAL（P制）SECAM,3. 2 黑白CCD电视摄像机,镜头,CCD传感器,预放器,放大及 信号处理,脉冲推动,自动光圈控制,定时脉冲 同步信号发生器,主振荡器,电源,混合同步,视频信号输出,CCD摄像机原理框图黑白,3. 2. 1 图像信号的钳位,图像与视频信号,一行黑白全电视信号,峰值白电平,黑电平（050mV）,消隐电平（0电平）,行同步信号,视频信号的频带为：06MHZ，视频信号中高 频成分表示图像的边缘； 0表示图像内容变化缓慢 的部分，接近直流，低频成分表示图像中的背景。作为视频放大电路，为了防止直流成分的丢失 需要采用直流放大器，采用多级直流放大容易引起 电平飘移，
3、在实际应用中仍采用RC交流耦合放大 器，由于电容的隔直流作用，信号中的直流会丢 失。直流分量丢失后图像的平均亮度会发生改变。,信号平均分量对图像的影响,黑电平,白电平,通过钳位电路消除低频干扰,钳位前,钳位后,要恢复信号中的直流成分采用钳位电路,三极管钳位电路原理图,视频信号输入,钳位脉冲,视频信号输出,3. 2. 3 自动光圈控制,摄像机的镜头采用自动光圈控制镜头。在摄像 机的动态范围不够的情况下，为了适应场景照度比 较大的变化范围只能改变摄像机镜头的光圈，才能 获得满意的图像。在某些应用场合采用手动方式不 停地改变光圈显然是不可取的。自动光圈镜头：在摄像机镜头上装有可以正反 方向旋转的微型
4、电动机，其转动方向受控制信号控 制。,简单工作原理：根据摄像机输出视频信号电平 的变化输出一控制电压，去驱动镜头中控制光圈的 微型电动机做正反向转动，从而实现光圈的自动调 整，使摄像机输出的视频信号保持在预先设定的标 准电平上。通常这个标准电平定为峰值电平的70 。,3. 2. 4 CCD摄像机的几个主要参数,1. 象素数摄像机CCD传感器的最大象素数。一般来 说，CCD传感器象素数越多由该芯片构成的摄像机 的分辨率越高。一般表示为：570H488V，或用总 象素数表示：30（27.8）万象素。,2分辨率摄像机的一个重要参数。当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数
5、用电视线（TVl）表示。摄像机的垂直分辨率与垂直方向的有效扫描行数有关，水平分辨率与视频通道的带宽有关，近似可以表示为1MHZ相当80TVl,3最低照度最低照度是当被摄景物的亮度低到一定程度而使摄像机输出的信号低到某一规定值时的景物照度值。当景物照度低于最低照度时，反映在监视器屏幕上，图像上噪声点特别多，图像清晰度下降，是一屏很难分辨出层次的，灰暗的图像。,4其它参数性噪比信号电压对于噪声电压的比值。在摄取较亮场景时，此时性噪比较高，屏幕画面通常比 较清晰明快，觉察不到画面中存在干扰噪声点；在摄取较暗 场景时，此时性噪比较低，屏幕图像比较昏暗，有比较多的 干扰噪声点。噪声电压是一定的，信号电压
6、与场景亮度有 关，性噪比越高，在相同的照度情况下，摄取图像质量越好 （与摄像机的灵敏度、暗电流、动态范围、性噪比有关）。摄像机的性噪比在40dB以上就可以摄取一般质量的图 像，CCD摄像机性噪比的典型值为4555dB。,校正系数、电源电压、功耗、视频输 出、同步系统、镜头接口、外型尺寸、重量 等。,3. 3 频谱交错与高频混合,3. 3. 1 频谱交错原理彩色电视在发展的过程中，一直追求彩色电视 和黑白电视的兼容，所谓兼容， 就是黑白电视接收 机既能接收彩色电视信号， 也能重现黑白电视信 号； 彩色电视接收机既能接收黑白电视信号， 也 能重现黑白电视信号。,要实现兼容，其中最基本的一个条件，就
7、是能够在相同的视频频带宽度（6MHZ）的通道进行彩色电视信号的传输。我们选择一个亮度信号（Y）和两个色差信号（RY、BY）， 将色度信号的频谱插在亮度信号的频谱空隙中间， 用一个6 MHz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。,前面的分析我们已经得到亮度信号的频谱,亮度信号和R、G、B信号有相同的频谱结构。同样亮度信号和两个色差信号可以由R、G、B线性组合产生，故此它们由相同的频谱结构，因为线性变换不会产生新的频率成分。在两相邻的谐波之间有很大的空隙。采用调幅技术可以将色差信号的频谱搬迁到这些空隙中。,图 3-2 频谱交错(a) 色差信号频谱； (b) 色度信
8、号频谱； (c) 频谱交错,经过调制的色差信号被称为色度信号，图中所 示的亮度信号的频谱与色度信号的频谱相互错开， 这就是频谱交错。采用频谱交错技术以后，亮度信号和色度信号 就可以共频带传输了。,亮度信号与色差信号的频谱交错,亮度信号,色度信号,（n1）fH,（n+1）fH,fH,正交平衡调制：一路色差信号占有1.3MHZ经调幅后带宽为2.6 MHZ，那么两路色差信号调制后所占带宽为5.2 MHZ 色、亮共存时所占带宽还是很大的，其解决的办法是 采用正交调制技术，即两路色差信号分别对相位差为 900的载波进行调制，这样，色度信号所占的带宽就 只有2.6 MHZ。而且，为了进一步减小色度对亮度的
9、 干扰，可将一般调幅改为平衡调幅。采用正交平衡调幅，实现频谱交错，实现亮度 信号和色度信号共频带传输。,3. 3. 2 高谱混合原理,利用人眼对彩色细节的分辨力比较差的特点，在电视系统中传送彩色图像时，亮度信号以宽带（06 MHz）传输，色度信号以窄带（01.3 MHz）传输，实现频带压缩。,发送端发送：亮度信号 Y06MHz色差信号 (R-Y)01.3MHz (B-Y)01.3MHz接收 端得到：R= (R-Y)01.3MHz +Y06MHz=R01.3MHZY1.36MHzG= (G-Y)01.3MHz +Y06MHz=G01.3MHZY1.36MHzB= (B-Y)01.3MHz +Y0
10、6MHz=B01.3MHZY1.36MHz,6,6,6,6,6,6,f,f,f,f,f,f,MHZ,MHZ,R,G,B,R,G,B,1.3,1.3,1.3,Y,Y,Y,发送端的三基色信号频谱图,接收端的三基色信号频谱图,3. 4 NTSC制一路色差信号占有1.3MHZ经调幅后带宽为2.6MHZ，那么两路色差信号调制后所占带宽为5.2 MHZ色、亮共存时所占带宽还是很大的，其解决的办法是采用正交调制技术，即两路色差信号分别对相位差为900的载波进行调制，这样，色度信号所占的带宽就只有2.6 MHZ。而且，为了进一步减小色度对亮度的干扰，可将一般调幅改为平衡调幅。,3. 4. 1 正交平衡调幅与同
11、步检波普通调幅的数学表达式为其中： 载波； 调制信号；与 为已调信号的上、下边带。,(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。平衡调幅是调制信号与载波相乘：,调幅波波形 (a)调制信号;(b)载波;(c)AM波;(d)平衡调幅波,用色差信号对负载波进行平衡调幅，数学表达式为：UB-Y=(B-Y)Sinsct,色差信号的平衡调幅（B-Y)Sinsc(a) 色差信号(调制信号)； (b) 副载波信号； (c) 平衡调幅波,(2).正交平衡调幅:NTSC制用两个色差信号R-Y和B-Y分别对频率相同、 相位相差90的两个色副载波cos
12、SCt和sinSCt进行平衡调幅(称为正交平衡调幅)， 然后相加成色度信号。数学表达式为：ec(t)= (B-Y)Sinsct+(R-Y)Cossc 式中ec(t)为色度信号；sc为负载波角频率。,图 3-4 正交平衡调幅 (a) 正交平衡调幅器； (b) 色度信号矢量图,DY,DX,C,0,BY,RY,由上式描述的色度信号ec(t)及 两个分量可以用矢量图表示。 DX和DY分别表示两个00和900相 位的副载波，C表示色度矢量。 C在横轴和纵轴的投影DX和DY 分别表示C的水平分量BY和 垂直分量RY。C表示色度矢量的模：表示色度矢量的相位角:,（色饱和度）,（色调）,(3). 同步检波:
13、色度信号的解调,同步检波是用与调制副载波同频、同相的解调副载波去乘色度信号，经低通滤波器后得到色差信号。,我们所需要的色差信号是信号中的低频分量，其频谱为01.3MHZ，可以通过低频滤波器从上述两式中分离出色差信号（RY）、（BY）。 同步检波电路由模拟乘法器和低通滤波器组成,同步检波电路由模拟乘法器和低通滤波器组成,模拟 乘法器,低通 滤波器,ec(t),Sinsct,B=1.3MHz,B-Y,模拟 乘法器,低通 滤波器,ec(t),Cossct,R-Y,B=1.3MHz,（4）色同步信号,要能正确解调出两个色差信号，必须保证发送端的调制副载波和接收端的解调副载波同频同相。然而，发送端采用平
14、衡调幅，副载波已被抑制。因此，发送端还应向接收端传输一个基准频率、基准相位的信息，这就是色同步信号。,图311 色同步信号,色同步信号是一串频率等于副载频fsc的断续正弦波，如图所示。它在行消隐的后肩上，共有（91）个副载波周期Tsc，正弦波的初始相位为1800，可表示为,（91 ）Tsc,S 2,S,S,1.5s,作用：色同步信号作为接收机恢复副载波的频率和相位的基准，用于解调色度信号。 形式：色同步信号是9个周期左右的、 振幅和相位都恒定不变的副载频群。 位置：放在行消隐后肩。如果丢失色同步信号将会失去彩色。,3. 4. 2 色度信号的幅度压缩,(1).为什么压缩：根据频谱交错原理，为了节
15、省频带，需要将色度信号叠加在亮度信号上传送。如果色度信号不压缩，叠加后的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。,可计算得出：Y、RY、BY、C以及YC、YC 如下表所示（见教材P.90）,从表中可以看出，这种彩条的复合信号的最大值为黄条对应的YC1.78，最小幅值为蓝条对应的YC0.78，这种彩条的复合信号的峰峰值超过了黑白视频信号的标准。,不良后果：,若以黑白图像为基准，则彩条中大部分的色彩 对应的色度信号因限幅会产生色彩失真；超过同步 信号幅度的色彩会干扰同步；经调幅无线发射时， 会产生过调制，导致色彩畸变和伴音中断；可能引 起限幅，导致图像亮度失真和破坏接收机的同步。若以
16、彩色图像为基准，传输黑白图像时，图像 亮度下降。保持亮度信号的幅度不变，对色度信号进行压 缩，在平衡调制前将色差信号乘以小于1的系数。,（2）压缩方法,对于100-0-100-0的彩条信号，Y信号的幅度取1，复合视频信号（亮度色度）的 幅度限制在限制在0.331.33之间。 选择黄条、青条（或者红条、蓝条）计算压缩系数：,解得 k1=0.493 k2=0.877,（3）压缩后的色差信号：,色度信号可表示为：,上式说明了，色度信号是一个即调幅又调相的信号，它的幅度表示彩色的饱和度，相位角表示色调。式中：,表示色饱和度,表示色调,压缩后的100-0-100-0彩条信号值,100-0-100-0 标
17、准彩条信号波形,3. 4. 3 波形图 与矢量图,矢量图,彩条色度信号矢量图,U=0.289 V=0.515,U=0.174 V=0.615,U=0.289 V=0.515,U=0.437 V=0.1,U=0.437 V=0.1,U=0.147 V=0.615,3. 4. 4 YIQ制,为了进一步压缩色度信号带宽提出YIQ制式。 用色差信号I、Q替代U、V。人眼对矢量图中红色、黄色之间的色调的分辨 能力最强，对蓝色、品红之间的色调分辨能力最弱。实践证明，将U、V轴逆时针旋转330后得到的矢 量坐标中，I轴是人眼最敏感的色轴，I信号可以用0 1.5MHz频带传送；Q轴是人眼最不敏感的色轴，Q信
18、号可用00.5MHz频带传送。这样可以进一步压缩色 度信号带宽,而且能减少串色。,I、Q信号与U、V信号的关系为：IUsin330Vcos330 QUcos330Vsin330 I、Q与R、G、B之间的关系可表示为:,330,330,I,V,Q,U,I、Q轴与V、U轴的关系,I信号和Q信号仍然用正交平衡调幅，所产生的 两个色度分量i(t)、q(t)分别为：,色同步信号仍为：,经调制后的色度分量 i ( t ) 用不对称的边带传输，上边带为0.5MHZ，下边带为1.5MHZ；q ( t )用对称边带传输，上、下边带均为0.5MHZ。,A,Y,I,Q,MHZ,f,fsc,1,2,3,4,5,0,N
19、TSC制（NTSCM）的视频基带信号的频谱图,I,4.08MHz,2.08MHz,A,Y,I,Q,MHZ,f,fsc,1,2,3,4,5,0,I,4.5,-1.25,-1,图像载频,伴音载频,Q,I,525行NTSC制频带分配,3. 4. 5 NTSC制编解码方框图,编码是在发送端将三基色信号调制组合成彩色全电视信号，以便于彩色电视信号的传送；解码是在接收端从彩色全电视信号中解调还原三基色信号，以便于彩色图像的重现。,（1）NTSC制编码方框图,NTSC编码方框图,延迟线的作用： I 截止频率-1.5MHz; Q截止频率0.5MHz; 低通滤波器延迟时间不一致，为了达到时间匹配。,编码器： (
20、1)矩阵电路: 将R、 G、 B线性组合形成Y、 I和Q信号。 (2)延迟线: 使Y、 I、 Q三者在时间上达到一致。 (3)副载波形成电路：分别送出33、 123和180相位的三个副载波， 供Q平衡调幅、 I平衡调幅和色同步平衡调幅使用。 (4)平衡调幅器：前两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号F， 第三个平衡调幅器得到色同步信号FT。 (5)混合器：将Y、 F、 FT以及复合同步信号S脉冲混合， 组成彩色全电视信号。,NTSC制解码方框图,滤出色度信号，实现亮度与色度分离,利用时间分离选择出色同步,利用锁相环恢复出fsc,（2）NTSC制解码方框图,解码器：(1) 陷波器:从全电视信号中消
21、除色度信号，分出亮度信号Y，抑制色度信号副载波对亮度信号的干扰。延迟：使Y、I、Q信号在时间上一致。 （2）门电路:从全电视信号中得到色同步信号， 用来恢复副载波。副载波恢复电路：由色同步信号控制，恢复副载波。(3) 带通滤波:从全电视信号中得到色度信号 。 (4)同步检波器:从色度信号中检出I和Q信号。 (5) 矩阵电路把Y、 I、 Q变换成R、 G、 B信号。,3. 4. 6 NTSC制的微分增益和微分相位失真,1. 微分相位失真对重现彩色色调的影响微分相位定义为色度信号的相位移 对亮度信号y的变化率在接收端，作为基准相位的色同步信号是处在消隐电平上 传输的，而色度信号是叠加在亮度电平上传
22、输的，亮度电 平会随着图像内容的不同而在不断变化。当传输系统存在 非线性时，色度信号产生的相位移 会随着所叠加的亮度 电平的变化而变化，导致色调失真。 这种随亮度电平的变化而引起的色度信号相位移的变化称为微分相位失真。,DP失真用微分相位偏差表示。正向偏差负向偏差 其中： 消隐电平上的副载波相位，基准相位；亮度信号的幅度从黑电平变化到白电平时，系统输出端信号中副载波相位的最大值；亮度信号的幅度从黑电平变化到白电平时，系统输出端信号中副载波相位的最小值；,微分相位引起的相位移对色彩的影响：设色度信号传到接收端时产生的相位为 ， 则色度信号U同步检波经低通滤波后得,同理，V经同步检波和低通滤波后可
23、得U中有V、V中有U存在串色现象，引起重现的彩色色调失真。引起微分相位失真的原因是信道参数的非线性。,2. 微分增益失真引起重现彩色的色饱和度变化,微分增益定义为色度信号的增益对亮度电平y的变化率，即色度信号的幅度失真影响重现色彩的饱和度。在信道或设备中存在非线性，致使不同亮度电平上的副载波有不同的增益，即色度副载波随亮度电平的变化而产生压缩或扩张，引起色饱和度失真。 随亮度电平变化而引起的色度信号增益的变化称为微分增益失真。,微分增益不为0，称为微分增益失真或DG失 真。其中：A0 消隐电平上的副载波幅度，基准幅值；Amax 叠加有副载波的亮度电平从黑电平变 化到白电平时，系统输出端副载波幅
24、值的最大值。Amin 叠加有副载波的亮度电平从黑电平变 化到白电平时，系统输出端副载波幅值的最小值。,主要知识点,为什么采用正交平衡调幅？正交平衡调幅信号的特点。色同步信号及作用。色度信号的幅度压缩的意义。 YIQ制的含义及意义。NTSC制的视频基带信号的频谱图。NTSC制编解码方框图。NTSC制的微分增益和微分相位失真。,3. 5 PAL制,3. 5 .1 V分量逐行倒相消除相位移的影响（1）由于接收端产生的相位移（ ）导致色饱和度下降和色调失真。,V,U,品红,黄,610,1670,偏红,偏绿,（2）V分量逐行倒相使相邻两行的相位失真互补，消除相位移引起的色调失真,3. 5 .2 PAL制
25、信号的编码原理,信号处理方法： PAL编码器在摄像机中将三个基色信号编码成彩色全电视信号。 PAL编码器有5个组成部分。,CVBS,fH,陷波器,延迟线,混合输出,钳位,1.3MHZ 低通,平衡 调幅器,谐波滤出,混合输出,1.3MHZ 低通,钳位,平衡 调幅器,03600 移相器,900 移相器,PAL开关,双稳态触发器,脉冲预制,矩阵,R,B,G,短路,接入,BL,S,VBS,(d),Hc,Hc,ec+eb,S,(e),(a),u+ebu,v+ebv,(c),(b),Y,U,V,esu,K,K,esv,00,900,esc,（fsc，00）,fH,BL,VP,（P）,S,K,（P）,（P）
26、,Hc,VP,S,BL,K,K,图 3-20 PAL编码器方框图,（1）. 矩阵变换：将R、G、B线性组合（信号变换和幅度压缩）形成Y、U和V信号。摄像机光电传感器电路送来的三基色信号R、G、B通过矩阵电路变换成亮度信号Y和压缩了的色差信号U和V。为了压缩色差信号带宽，U、V信号通过低通滤波器滤除1.3MHz以上的高频信号，然后分别加入-K和+K脉冲，以便在彩色全电视信号中产生色同步信号。,（2） 亮度陷波及延迟： 陷波在副载波fSC附近对亮度信号进行衰减，减少色度信号对亮度信号的干扰。Y信号通过一个中心频率为fsc、带宽400KHz的-6dB陷波器，以减少亮、色共带部分亮度信号的能量，即减少
27、了亮度串色。然后在亮度信号中加入复合同步和复合消隐信号，组成完整的亮度信号。 延迟将亮度信号延迟0.6 s使亮度信号和色度信号在时间上一致，消除彩色镶边现象。因为亮度信号带宽为6MHz，色度信号带宽为1.3MHz,由于通道延迟时间与带宽成反比，亮度信号延迟小于色度信号延迟，色度信号落后于亮度信号0.6s，造成彩色镶边。,（3）. 副载波形成： 由同步芯片产生副载波信号fSC 、 P脉冲、 K脉冲、 复合同步和复合消隐信号， 供平衡调幅和信号合成使用。 相位为00的正弦波sinsct直接用于U信号的平衡幅。正弦波sinsct经过900移相后，变成cossct，再由P脉冲和PAL开关控制，变为相位
28、900逐行交替的调制副载波 cossct和cossct，用于V信号的平衡调幅。P脉冲为半行频对称方波。,（4） 平衡调幅： 两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号ec(t)和色同步信号eb(t)。(UK)（sinSCt）U（t） sinSCtK sinSCt(V+K)（ cosSCt）V cosSCtK cosSCt 色度信号：ec(t)= U（t） sinSCt V (t)cosSCt 色同步信号:eb(t)= Ksinsct Kcossct= ebu+ ebv,（5）. 信号混合： 将Y、 ec(t) 、 eb(t)以及复合同步信号S脉冲混合， 组成彩色全电视信号CVBS 。,信号表示方法P
29、AL色度信号 为其中：是逐行倒相交替取值 1、1的开关函数。,1,1,0,TH,2TH,t,3TH,PAL制的色同步信号有两个功能：,一是给接收机恢复副载波提供解调副载波的基准频率和相位（与N制相同）； 二是给接收机提供逐行倒相的识别信息。给接收机提供一个极性切换信息，来识别哪一行是+v(t)(NTSC行)， 哪一行是-v(t)(PAL行)。PAL制色同步信号中副载波是逐行倒相的，即NTSC行为+135， PAL行为-135（225）。,N行,P行,1350,2250,V,U,1800,V平衡 调幅,PAL 开关,U平衡调幅,V,V+K,cossct,K,P,U,fsc,sinsct,900,
30、(V+K)cossct,(U-K)sinsct,ec(t)+ek(t),N行,P行,1350,2250,V,eb,Kcossct,eb,Kcossct,Ksinsct,色同步信号的产生,3. PAL编码器各点波形,亮度信号和色差信号的谱线都是以行频fH为间 距，平衡调幅以后的色度信号的谱线分布在副载波 fsc两边，谱线间距仍然是fH，因此，在NTSC制中， 可以选择副载频fsc（n1/2）fH实现亮度信号与 色度信号频谱间置，称为半行频间置。NTSC制选 择fsc283.5fH,因此TH=283.5Tsc。,3. 5 .3 PAL视频信号的频谱,在PAL制中，由于V分量逐行倒相，使色度信 号的
31、谱线结构发生了变化。 其中，色度信号的u分量没有倒相，它的谱线仍然是以行频fH为间距，对称地分布在副载波fsc两边； 而色度信号的v分量由于实行逐行倒相，使得v信号受到半行频方波fH的调制，半行频方波对v信号平衡调幅后，v分量的频谱被搬移到未倒相前谱线的两边，与原谱线错开半个行频fH/2，其主谱线分布在副载波两边fsc(2n1)fH/2位置，它的频谱是由半行频的奇数倍频率组成的，即fH/2、3fH/2、5fH/2、(2n-1)fH/2。,U,0,fH,2fH,nfH,f,f,fsc+fH,fsc-fH,-2fH,+2fH,f,V,f,0,fH,2fH,nfH,f,f,U,V,fH/2,V,U,
32、V,U,V,fsc,fH,U,V,V,f,y,u,v,nfH,fH/4,fH/4,fsc,y,v,u,f,由于PAL制色度信号u分量的谱线与逐行倒相后的v分量的谱线相互错开了fH/2，这样，在实行频谱交错时，为了减小干扰，亮度信号的谱线最好是插在u、v谱线的正中间，副载频应采用四分之一行频间置，如图所示，即取n=284， 这样，fsc=283.75fH,四分之一行频间置后的信号频谱,为了进一步消除副载波对图像的干扰，需要将副载波频率在此的基础上再加上半个场频频率,称为半场频偏置，因此，PAL副载频为按我国标准，n284，fH15625Hz，fV50Hz，PAL副载频频率为fsc4.433618
33、75MHz,3.5.5 PAL色度信号的解码,解码是编码的逆过程， 在彩色电视机的解码器中彩色全电视信号经过五步信号处理还原成三基色信号。,副载波恢复电路,ec,梳状滤波器,U,V,eb,V同步检波,带通,色同步消隐,4.43MHz陷波,U同步检波,DL,PAL开关,900,鉴相,4.43MHz晶振,色同步选通,矩阵电路,R,u,全电视信号,v,PAL解码器方框图,G,B,Y,0.6 延迟,PAL解码器的信号处理过程如下： （ 1） 亮度信号和色度信号的分离频带分离法： PAL解码器采用频带分离法把彩色全电视信 号分离为亮度信号和色度信号。彩色全电视信号经4.43MHz陷波器滤去色度信 号，得
34、到亮度信号；用一个中心频率为4.43MHz，带宽为2.6MHz 的带通滤波器从彩色全电视信号中选出色度信号。,亮度信号与色度信号的分离,频带分离法有成本低、容易实现的优点，但对 亮度和色度分离不干净，造成亮度对色度的干扰， 图象质量受到影响，一般只在中、小屏幕彩色电视 机中采用；在大屏幕彩色电视机中，为了保证图像 质量，采用频谱分离法，用数字梳状滤波器实现亮 度信号和色度信号的分离。,（2）色同步信号和色度信号的分离时间分离法色同步消隐门消除色同步信号，得到色度信号。色同步选通门 选出色同步信号。,色同步消隐门,色同步消隐门,色同步消隐门,色同步消隐门,色同步消隐门,色同步消隐门,色同步消隐门
35、,色同步消隐门,色度信号和色同步信号,门控脉冲,色同步信号,色度信号,色同步消隐门,色同步选通门,色同步信号与色度信号的分离,从视频信号中分离出行同步信号后，将行同 步脉冲前沿延迟5.6s产生宽度为2.26s的门控脉 冲，这个门控脉冲在时间上正好与色同步信号对 齐；然后，用门控脉冲分别控制色同步消隐门和色 同步选通门交替导通，即在门控脉冲无效期间，色 同步消隐门导通，得到色度信号；在门控脉冲有效 时，色同步选通门导通，选出色同步信号。,（3）色度信号的两个分量FU、FV的分离频谱分离法梳状滤波器由一行延迟线、 加法器和减法器组成。 当色度信号加到梳状滤波器的输入端后， 信号分成两路： 一路直接
36、送到加法器和减法器， 称为直通信号； 另一路通过延时线延迟63.943 s后送到加法器和减法器， 称为延时信号， 延时信号比直通信号延迟283.5个副载波周期， 相位滞后180。,设第N行为不倒相行（NTSC行），则N+1行为倒相行（PAL行），N+2行为不倒相行 直通信号为：第N行和N1行的延时信号为：,在加法器中，第N1行的直通信号与第N行的延 时信号相加在减法器中，第N1行的直通信号与第N行的延时信 号相减,同理，第N+2行的直通信号与第N+1行的延时 信号相加、相减分别得到：即，从减法器中得到u(t)色度分量，从加法器中得 到v(t)色度分量，实现了两个色度信号分量的分 离。,色度信号
37、ec(t),加法器幅频特性梳状滤波器,减法器幅频特性,f,fsc f,fsc f,梳状滤波器的频率特性,u(t),v(t),fsc,（4） 同步检波：从色度信号分量u和v中解调出色差信号U、V。 同步检波器用模拟乘法器和低通滤波器来实现。 将色度信号分量u和解调副载波 送入模拟乘法 器，输出信号为经低通滤波器滤除高频成分 后得到U色 差信号。,将色度信号分量v和解调副载波 送入模拟乘法器，输出信号为经低通滤波器滤除高频成分 后得到V色差 信号。,同步检波示意图,（5）矩阵变换：将Y、 U、 V信号还原为三基色信号Y、U、V信号进入矩阵电路之后，首先由去压缩 电路将U和V信号去压缩，恢复为原色差
38、信号B-Y和 RY； 然后将BY和R-Y按下式组合得到GY ：最后将三个色差信号RY、GY、BY与亮度信 号Y相加，还原为三基色信号R、G、B。,解码矩阵的输入、 输出波形,去压缩,组合矩阵,Y,U,V,B-Y,R-Y,G-Y=0.5(R-Y)0.19(B-Y),B,G,R,PAL解码器的信号处理过程如下：1. 亮度信号和色度信号的分离频带分离法；2. 色同步信号与色度信号的分离时间分离 法； 3. 两个色度信号分量u、v的分离频谱分离法；4. 同步检波；5. 矩阵变换；,3.6 彩色CCD摄像机 三片式CCD摄像机,这种摄像机具有三片CCD图像传感器， 被摄物体的光线从镜头进入摄像机后被分色
39、 棱镜分为红、绿、蓝三路光线分别投射到三 片CCD传感器上，在分别进行光电转换后由 各自的信号处理电路进行各种处理，最后经 彩色编码后输出。由于每种基色光都有一片 CCD传感器，因此可以得到较高的分辨率。,三片式CCD彩色摄像机结构框图,3.7 单片CCD彩色摄像机,在监控系统中所用的彩色摄像机都是单 片式彩色CCD摄像机。由于一片CCD传感器 要对三种基色光感光，因而单片式彩色CCD 摄像机的分辨率较低，但成本也降低了许多。,1彩色滤色器阵列（CFA）单片示彩色CCD摄像机中不再需要分色 棱镜，而采用彩色滤色器阵列（Color Filer Array . CFA），CCD图像传感器采用自扫描 脉冲读取方式，可以方便实现信号的加减。 采用CFA可从单片CCD芯片中取出红、绿、 蓝三基色信号，从最终效果来看，它与采用 分色棱镜和多芯片输出红、绿、蓝三基色信 号是一样的。,拜尔的CFA结构 行间排列方式的CFA结构,GL,BL,RL,GH,GHGL,B,G,R,显示,彩色信号处理电路和方框图,采用CFA滤色器的单片CCD彩色摄像机方框图,绿色滤色器,蓝色滤色器,红色滤色器,光敏单元,光敏单元和滤色器的排列关系,图像信号处理器,补色式点阵滤色器示意图,色差信号分离电路及其作用过程示意图,
