1、第三章,模拟彩色电视传输制式,3.1 概述,彩色光的问题已经解决：分解为三基色传 电视传输原理也解决了：分解为象素传接收后重现象素，逐行逐场排列 黑白只有一个全电视信号，传输没有问题 彩色有三路信号：R、G、B？X、Y、Z？Y、R-Y、B-Y？亮度、色调、饱和度？ 如何传送称为制式,设想？,用三个信道：三条线，或三台发射机 拿出分解象素的手段（顺序制）：场顺序？行顺序？点顺序？ 三个信号编码组合（同时制）：一个信号常送，另两个轮流（顺序同时制）,结果,出现了NTSC、PAL、SECAM三大广播制式 每个制式均和本国的黑白制式兼容，但互不兼容！ 每个制式又有几个不同的标准（原理同） 任务相同：把
2、三路彩色信号压在一路黑白信道带宽内传输,共同点,用Y信号作兼容信号，占全部频带 选色差信号压缩带宽 色差信号用副载波传送（小孩）亮度信号高频区空隙较大 （把小孩抱到这里挤一挤）把色度信号“搬移”到高频段调制不是电视台发射的载波称“副载波”,剩余问题,第三个信号怎么办？ 再加一个副载波？ 已经到了低频 频谱没有空隙 美国人说：正交平衡调幅，一个副载波上调两个信号 法国人说：轮流调制,3.2 NTSC制,两个要点：正交平衡调幅，频谱交错 1.平衡调幅：习惯用语，就是DSB（双边带） AM：（1+Macost） cosct DSB： cost cosct,特点：载波0的点代表信息 优点：没有载波项，
3、插在亮度中干扰小 如果是黑白部分，信号为O 缺点：不能用简单的包络检波器解调 但“正交”本来就不能用包络检波器,3.2.1 正交调制与正交检波,一、正交调制 数学上，若 则两函数正交 例：cost与sint,cost与cos2t 选sinsct作为B-Y的副载波cossct作为R-Y的副载波 在同一频率上调制了两个信息,电路组成,信号混合不难实现，能分离吗？,合成信号,F = Fu+Fv = (B-Y)sinsct + (R-Y)cossct 振幅： 已经混杂 用同步检波：输入信号标准载波 F cossct = (B-Y)sinsct + (R-Y)cossct cossct = (B-Y)
4、sin2sct /2 + (R-Y) (1+cos2sct)/22倍高频 解调信号 2倍高频 同理，用sinsct 相乘可解得(B-Y),二、色度信号矢量,建立平面坐标 X轴代表sin分量 Y轴代表cos分量 |F|= =arctg(R-Y)/(B-Y) 矢量在X轴投影为（B-Y）在Y轴投影为（R-Y） 调幅调相波，相位对应比例，比例代表色调,三、同步检波,数学上已证明了解调的可能性，现在从时域上看正交调制的意义 1.载波指定的相位点电压代表信息 2.信号合成时是瞬时值相加 3.sin最大值时，cos为0cos最大值时，sin为0，互不干扰 所以只要在指定相位点上取样同步检波,四、色同步信号,
5、给接收机提供标准的副载波相位 双边带没有载波，另加色同步 时间：消隐后肩 形状：9-10个周期的副载波 相位：180 产生方法：用开关脉冲调幅 同步方法：控制锁相环产生连续的副载波,五、标准彩条 调制波形,3.2.2 色度幅度压缩,问题 1.黑电平处超过同步头 2.白电平处可能过调制 令U=0.493（B-Y）V=0.877（R-Y） F=U sinsct + V cossct 比例代表色调： =arctg(V/U),实测波形,3.2.3 矢量图,对色度信号画平面坐标图 可用极坐标画 也可用直角坐标画这些图干吗？ 检测电视系统,规律,矢量角度（比例）代表色调 互补色长度相等，方向相反 两种颜色
6、相混，可以矢量叠加 从另一个角度看彩色信号： 亮度Y 色调 饱和度|F|,理论上解决了传输原理 R Y 全频带 彩色电视信号 G (R-Y) 正交调制 插入 B (B-Y) 定量计算一下： BW = 2 （1.5MHz）= 3MHz 美国黑白电视带宽4.2MHz，已经占到低频段！,继续压缩带宽？压到1MHz以下影响质量 改用单边带传输，能不能正交解调？ cost cost =cos(+)t + cos(-)t/2 cos(+)t= cost cost - sint sint 本来调制在cos上的信号串到另一个上了！,3.2.4 Q、I 信号,重新组织信号压缩带宽 人眼对各种颜色的分辨力并不相同
7、 红绿 红蓝 绿蓝 40% 23% 19% 对青红变化 敏感 不能压 对绿紫变化 不敏感 可以压 U、V信号？ 都不能压,组织Q、I信号 一个沿最敏感方向 一个沿最不敏感方向 依然垂直，旋转33 数学处理，重新组合： Y Q I,Q信号带宽：0.5MHz I 信号带宽：1.5MHz Q用DSB，不会串入I I 用残留边带，0.5M以下是DSB，不串 0.5-1.5M是单边带 会串入Q，但可以滤除,3.2.5 副载波选择,色度信号在亮度频带内，怎样减少互相干扰？ 1.频率尽量高，频谱稀少 2.频谱交错,频谱间隔相等，只要找准一个即可 精确选定色副载波 fscfsc = 227.5 fH = 45
8、5 fH/2 = 5 713 fH/2 相对关系严格锁定 只要用一种“梳状滤波器”即可分离 可以看作是一种特殊的频分复用 色度离伴音较近， fsc与fA也需频谱交错,干扰光点 亮度串色,3.2.6 NTSC编解码框图,三基色 亮度色差 正交调制 频谱交错 加辅助信号,为什么要做编码解码的游戏？,3.2.7 NTSC制缺点,NTSC制在较窄的带宽内较好的解决了兼容 只要按色同步解调，就能不失真地恢复信号 但是就在同步上要出问题！ 如果色度信号相位偏移？ 相角代表色调，色调畸变！ 色同步相移也类同,不能调准相位吗？是有这个旋纽 但是当信道相移不是定值就不好对付了！ 信道失真： 1.微分增益失真：不
9、同的电平有不同的增益 影响幅度（饱和度） 2.微分相位失真：不同的电平有不同的相移 影响相位（色调）,色同步在固定的消隐电平上，而色度信号是骑在不同亮度电平上的，不好校正。 5即可被发现（要求太苛刻了） NTSC规定 12，否则失真太大。 PAL制与SECAM制就是改进方法,3.3 PAL制,利用相位交变改进NTSC制的失真 又叫逐行倒相的NTSC制,3.3.1 相序交变原理,根据矢量图，相位代表色调 因为v 轴在U轴之前以紫色为例：相角超前代表偏红相角落后代表偏蓝 当U 轴在v轴之前则代表的意义完全相反！,相反也是失真，让它们互相抵消？！,最终结果，相角（色调）不变 振幅（饱和度）稍小 注意
10、：只能倒v轴，不能同时再倒u轴 否则相序没有改变,取平均的方法,人眼平均： 彩色分辨力小于黑白，只能看到两行的平均色 缺点：亮度有偏差会被看出（恒定亮度失效） 奇偶场还不一样出现爬行（百叶窗效应） 电路平均： 先记住上一行的信号（用延迟线） 相加得U（V信号两行相反被抵消） 相减得V（U信号两行相同被减掉）,3.3.2 PAL制色度和色同步信号,一、色度（色差） 仍然采用正交平衡调幅，只是把V逐行倒相 F = Fu Fv = U sinsct V cossct 用极坐标：F =矢量图？有两张，镜象对称,实测矢量图,二、PAL色同步,接收机的倒相开关应与发射端同步 再加个同步信号？ 把色同步做成
11、不一样：相位：135时间：消隐后肩形状：9-10个周期 看成两个分量叠加：定相分量180识别分量 90,3.3.3 频谱交错与副载波选择,一、色度信号频谱 NTSC频谱PAL制色度频谱有不同吗？,研究思路,Fu信号相同 Fv信号被乘了“”，频谱？ “”的频谱 cossct频谱 V （cossct）频谱 全部色度频谱,二、与亮度信号频谱交错,不能fH/2频谱交错，只能fH/4频谱交错 选 fsc = (n ) fH，称fH/4偏置 fsc还要尽量靠近高频端，取 fsc =（284- ）fH 频谱的微观结构还有问题,副谱线间距50Hz，fH总共可容78根副谱线，余6.25Hz，中心空隙12.5Hz
12、。 为什么不把Y信号往旁边挪一挪？ 半场频偏置 fsc =（284- ）fH + fV/2 = 4433618.75Hz 简称4.43MHz,三、 亮、色互串的影响,频谱交错可以理解为特殊的频分复用，可以用特殊的（梳状）滤波器进行分离。 普及型彩电和黑白电视机并未这样滤波，色副载波加在亮度上必然显示为亮度干扰。 频率越高，干扰点越细小，能见度越小；频谱交错，不是行频的整数倍，上下行花纹不会排列整齐，能见度小。 亮度对色度的干扰相类似。,3.3.4 PAL编解码框图（参看P258）,（参看P299）,三、梳状滤波器,组成,一、定性分析,n行： Fn = U sinsct + V cossct n
13、+1行：Fn+1 = U sinsct - V cossct 加法器： Fn + Fn+1 = 2U sinsct 减法器： Fn - Fn+1 = 2V cossct（可能是负号） 加法器永远是U信号，减法器永远是V信号 实际延迟线倒相，加减号互换。,条件,相邻行色度未变 色度象素大 延迟后幅度未变 可以均衡 副载波相位同相（或反相）？结果：不仅对相邻行取了平均而且分离了Fu、Fv！,二、延迟量的精确值,从取平均角度： 上下象素要对齐，群时延（包络线）应64s 从加减法角度： Fu、Fv的包络线不能加，是瞬时值相加，应同相（或反相）。（220V+220V=380V？） 因为fsc =（284
14、- ）fH，64s不是它的整数倍，有283.75个周期，既不同相，也不反相！,要么多延时1/4周期：64.057s（同相） 要么少延时1/4周期：63.943s（反相） 包络线少许误差问题不大,三、梳状滤波器频响,输入幅度不变、频率可变的正弦波 输出幅度如何变化？ 输入： ui = cost 延迟后：u=cos (t-)（坐标平移） 加法器输出： u+= ui + u = cost + cos(t-) = cost + cost cos + sint sin =(1+ cos) cost + sin sint,输出幅度,|K+|=2 |cos( /2)| = 2 |cos(2 f /2)|=2
15、 |cos f | = 2 |cos f/fd| 其中fd = 1/ ，是延迟周期所对应的频率 若f/fd=n（整数） |K+|=2f/fd=n+1/2， |K+|=0,频响曲线,当=64 s，频响为行频的整数倍，可分离NTSC制的亮度信号 当=63.943 s， fd上升，梳齿拉长，峰值延伸到Fv信号,同理可证明 |K-|= 2 |sin f/fd| 零极点相反，梳出Fu，梳掉Fv,因为有梳状滤波器，所以可以认为Fu、Fv是频分复用 不易互串 若延时有误差，另一个色度不能落在零点上 分离不完善 好在串色分量也是逐行倒相的，相邻行失真互补 人眼平均 若亮度不恒定 爬行,3.4 SECAM制简介
16、,PAL制在频率相位上打主意频分复用 SECAM制在时间上打主意时分复用 两个色度调制在一个副载波上要串色， 现在n行只调制一个（R-Y），不串 下次n+1行只调制一个（B-Y），也不串 接收机缺一个信号解不出方程，借用上一行的色差信号（彩色象素大，两行差不多）,设计一个系统,编码器 只有一个色度，采用抗干扰能力最强的调频系统,解码器,用鉴频器解调，不必“恢复副载波” 微分相位失真只会出现在色度边沿，(=d/dt)，大面积色度决不失真！,三种制式信号处理要点,传亮度 正交平衡 行频/2色差 调幅 频谱交错传亮度 V信号 正交平衡 行频/4色差 逐行倒相 调幅 频谱交错梳状滤波器 传亮度 色差信
17、号 调频 置于亮度色差 轮流传送 高频段存储复用,三种制式比较,信号处理： NTSC PAL SECAM 组成简单 复杂：要延迟线 要延迟线、识别开关 容易集成 副载波恢复、识别开关 不必恢复副载波 接收机成本：低 高 中 兼容性： fH/2交错，好 fH/4交错，中 不能交错，差,NTSC PAL SECAM,亮色信号可分离性： 易，梳状滤波器分 中，2倍延迟线“梳” 很难分离（FM波） 演播室节目转换： 方便，只要副载波 （同NTSC） 复杂，FM波不可加 同相，直接相加 必须解码后相加 录放性能： 必须有精确的时基校正 （同NTSC） 好，甚至可用黑白机,NTSC PAL SECAM,传输性能： 微分增益影响亮色比例 （同NTSC） 振幅不影响色度容限：30% 30% 65% 相位变化影响色调 只影响饱和度 大面积色彩不受影响容限：12 40 边界稍有影响，40 不对称边带：串色 有抗御能力 不串，只影响过渡区 多径接收影响幅度、 对色度影响较小 不受影响相位，彩色畸变 对亮度影响同N制总的质量改进不大 行顺序效应：无 可以有（有误差时） 有,结论,当信道条件差的时候，SECAM效果较好，NTSC较差 当信道条件好的时候， NTSC较好，SECAM因为频谱不能交错和行顺序效应，效果最差 PAL制界于中间 制式的确定还与政治、经济等因素相关,
