CH3 彩色电视制式1.ppt

1、CH3 彩色电视的制式,3.1 彩色电视概述P2 3.2 NTSC彩色电视P7 3.3 PAL制彩色电视P20 3.4 PAL制彩条信号P46 3.5 SECAM制电视P59 复习思考题 P62,3.1 彩色电视概述,3.1.1彩色电视制式,彩色电视图像信号传送是通过亮度信号Y、两个色差信号R-Y和B-Y来实现，这三个信号传输方式及其技术标准称作彩色电视制式。,3.1.2 世界三种彩电制式,1、 NTSC制(National Television Systems Committee) ：是1953年美国研制成功的一种兼容彩色电视制式，按色度信号的构成特点，又称正交平衡调幅制。主要应用的国家有美

2、国、日本、加拿大和墨西哥等国。 2、 PAL制（Phase Alternation Line-相位逐行交变)：又称逐行倒相正交平衡调幅制， 1962年由德国研究提出。主要应用的国家有中国、英国、荷兰和瑞士等国。 3、 SECAM制（Sequentiel Conleurs a Memoire /Colour Sequence with Memory 顺序传送和记忆彩色信号）：是法国工程师亨利弗朗斯于1956年提出，于1966年研制成功。主要应用的国家有法国、前苏联和东欧等国。,3.1.3 按信息传输时间划分彩色电视制式,1、顺序制：,三个基色按时间顺序轮换传送，可分点、行、场顺序，利用时间混色原

3、理显像。优点：设备简单，彩色图像质量较好；缺点：兼容性差，占用频带较宽。,彩色电视制式可以分为：顺序制；同时制；顺序-同时制。,2、同时制：,同时传送彩色图像的亮度和色度信息，利用时间混色原理显像。优点：能解决兼容性问题，占用频带窄，图像质量较好；缺点：设备较为复杂。如PAL制、NTSC制。,3、顺序-同时制：,为防止两个色差信号同时传送的相互干扰，采用逐行分别传送，但每一行均同时传送亮度，且通过存储实现三个基色信号同时到达电视接收机显像管。如SECAM制,3.2 NTSC 制彩色电视,3.2.1 平衡调幅 1、调幅：用色差信号uR-Y=(R-Y) cost对载波uSC=USC cosSCt进

4、行调幅。 （1）已调波,(2)调幅波含三个频率分量： 载波频率SC和两个边频频率SC。其功率与幅度成正比:,2、平衡调幅,将普通调幅波经过滤抑制载频，仅剩下两个边频的调幅。即抑制副载波的调幅式。平衡调幅器是一个乘法器, 它的输出是两个输入信号的乘积。,（1）平衡调幅波,图3-2 调幅波波形,图3-1 平衡调幅器,2、平衡调幅,（2）平衡调幅原理,图3-2调幅波波形,图 3-3 矩正形弦 波波对载波进行平衡调幅后的波形和频谱,（3）平衡调幅波特点,1) 平衡调幅波不含载波分量，节省发射功率 2)平衡调幅波的振幅只与调制信号的振幅成正比，与载波振幅无关。传送黑白图像或彩色图像大部分为黑白图像时，其

5、色差信号为零，不存在色度信号对亮度信号的干扰。 3)平衡调制器实际是一个乘法器：当调制信号电压为正值时，平衡调幅波与载波同相；当调制信号电压为负值时， 平衡调幅波与载波反相。当调制信号经过零点， (以周期调制信号为标准)平衡调幅波相位变化180。 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。,3.2.2正交平衡调幅与解调,一、正交平衡调幅工作原理,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cosSCt和sinSCt进行平衡调幅，得到色度信号。,图 3-3 正交平衡振幅调制方框图,1、色度信号形成,色度信号既是一个调幅波,

6、又是一个调相波。其振幅和相角之中包含了彩色图像的全部色度信息。,2、色度信号各参数的意义,平衡调幅波的包络不再是原来普通幅度调制信号的波形, 因此, 不能用包络检波的方法检出调制信号,必须用正交解调器 ,也称为乘法检波器.,二、正交平衡解调-同步检波器,1、同步检波器-蓝色分量解调（1）,图 3-4 同步检波器原理方框图 （1）,.,二、正交平衡解调-同步检波器,1、同步检波器-红色分量分量解调（2）,图 3-4 同步检波器原理方框图（2）,2、正交平衡解调器,图 3-5 正交解调原理方框图,3.2.3 NTSC制的特点,1、优点：（1）色度信号的组成方式最简单， 解码电路也最简单，易集成化，

7、 利于降低成本。 （2）亮度信号与色度信号采用1/2行间置,频谱以最大间距错开，亮度窜色少，兼容性能好. 2、缺点：传输系统引起的微分相位失真比较敏感，易产生色调畸变。即色度信号产生的相移与所叠加的亮度电平有关，微分相位失真不能用简单的相位校正网络来校正。一般相位失真超过15，人眼就会觉察出色调的失真。 NTSC制规定相位失真容限为12。,3.3 PAL 制彩色电视,3.3.1 逐行倒相(Phase Alternation Line) 1、色度信号的压缩,彩色全电视信号由色度信号与黑白全电视信号相加而成, 如不经任何处理, 则叠加后使得色度信号的动态范围超出了黑白电平的范围。为满足不失真传输所

8、需要,调幅之前,须先对色差信号进行适当压缩:U=0.493(B-Y) V=0.877(R-Y)两个平衡调幅信号: FU=UsinSCt FV=VcosSCt色度信号: F=UsinSCt+VcosSCt,2、逐行倒相PAL(Phase Alternation Line),在NTSC制正交平衡调幅的基础上，将色度信号中的分量FV逐行倒相。,式中:,图 3-6开关函数波形图,为半行频方波,逐行倒相矢量图,图 3-6逐行倒相矢量图,图 3-7 PAL制编码的调制原理框图,3.3.2. PAL制编码的调制、 解调原理,1、 PAL制编码器,编码器原理（1）,将R、G、B三个基色信号通过矩阵电路, 变换

9、成亮度信号Y和色差信号U、 V。U和V信号通过低通滤波器, 只保留1.3 MHz以下的低频信号。 (3) 把带宽限制后的U、 V信号送入U和V平衡调制器, 对零相位的副载波和90相位的副载波进行平衡调幅, 分别输出FU和FV色度分量。,编码器原理（2）,(4) 为了使亮度信号对色度信号的干扰在电视上看不出来, 所以, 在亮度通道中设有一个中心频率为色副载波频率的陷波器。 由于色差信号通过低通滤波器后, 一定会引起附加延时, 为了使亮度信号和色度信号在时间上一致, 须将亮度信号加以适当延时, 延时量约为0.6 s。 (5) 将FU 、 FV两个色度分量与亮度信号Y在线性相加器中叠加, 其输出便是

10、彩色全电视信号。,图3-8 PALD解码器原理框图,2、 PAL制解码器 （1）,2、 PAL制解码器（1）,（1）首先通过频率分离, 把彩色全电视信号分离为亮度信号和色度信号。用一个,陷波器, 其陷波频率为色副载频, 从彩色全电视信号中滤去色度信号, 得到亮度信号。 用一个带通滤波器, 其通频带的中心频率也为色副载波, 从彩色全电视信号中选出色度信号。 (2)色度信号经延时解调器, 也称梳状滤波器分离出两个色度分量FU和FV, 其工作原理将在下面介绍。,PAL制解码器（2）,(3) 为了从色度分量FU和FV中解调出两个色差信号, 要各用一个同步解调器, 同步解调原理见前述, 要注意的是红色差

11、信号同步解调器输入信号是逐行倒相的, 无论PAL行还是NTSC行, 解调器输出均为正极性红色差信号(R-Y), 因此, 该同步解调器插入副的载波倒相次序应与输入的FV分量一一对应, 否则, 将会产生很大的色调失真。,PAL制解码器（3）,(4) 为了使亮度信号对色度信号的干扰在电视上看不出来, 所以, 在亮度通道中设有一个中心频率为色副载波频率的陷波器。 由于色差信号通过低通滤波器后, 一定会引起附加延时, 为了使亮度信号和色度信号在时间上一致, 须将亮度信号加以适当延时, 延时量约为0.6 s。,(5) 将亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、 (B-Y)送入矩阵电路, 还原成三个基色信号R、

12、 G、 B, 送至彩色显像管。,图 3-9 逐行倒相正交同步解调原理,逐行倒相正交同步解调,（3）PAL制梳状滤波器解码原理,又称作梳状滤波器。 设第n行的色度信号为：Fn= U sinSCt+V cosSCt 第n-1行的色度信号应为：F n-1= Usin SCt-V cosSCt 加法器可得：Fn+(-F n-1) = 2VcosSCt = 2FV 减法器可得： Fn - (-F n-1) = 2UsinSCt = 2FU 同理: Fn+1 + (-Fn) = -2VcosSCt = -2FV Fn+1 - (-Fn) = 2U sinSCt = 2FU,图 3-10 梳状滤波器的原理框

13、图,超声玻璃延时线由两个换能器组成，换能器实现电能与机械能之间的相互转换。超声玻璃延时线的典型参数如下：延时时间： 63.943 s3 ns； 工作频率： 4.43 MHz1 MHz； 插入损耗： -83 dB； 工作温度： -1050； 输入输出阻抗： 390 ； 最大输入电压： 6 V。,（4）超声玻璃延时线,图 3-11 超声延时线的结构与符号 (a) 结构； (b) 符号,超声延时线的结构与符号,3. PAL制频谱间置原理,（1）NTSC制,NTSC制中,色度信号频谱正好插在两相邻行亮度频谱的中间, 并以最大间距拉开, 使色度信号对亮度信号的干扰最小。但色度信号中的U、V分量频谱位置相

14、同, 只是二者相位正交。彩色副载波的频率选为半行频的奇数倍, 即,3. PAL制频谱间置原理,（2） PAL制-半行频间置,PAL制中 如仍和NTSC制一样采用“行频间置”, 将使得V信号谱线与亮度信号Y的谱线重叠在一起, 形成很强的副载波干扰。,图 3-12 PAL色度信号频谱图和逐相倒相后仍用半行频间置的频谱；,3. PAL制频谱间置原理,（3） PAL制- 1/4行频间置,亮度Y主频谱线在nfH频率点上, 间隔为fH, U、V分量的频谱分布与所选择的副载频有关, 重新选择一个合适的副载频, 使Y、U、V三个信号的频谱相互错开。 在PAL制中, 副载频采用行频间置, 即,3. PAL制频谱

15、间置原理,（4） PAL制- 1/4行频间置,间置后的频谱如图3-13所示，亮度信号与色度信号错开fH /4，两色度信号间错开fH /2 。,图 3-13 PAL制的信号频谱采用1/4行频间置,实际上, 为减小副载波对亮度信号的干扰, 改善兼容性, PAL制副载频附加了25Hz, 称为半场频间置, 即选择 f SC=283.75 fH +25 Hz=4.433 618 75 MHz4.43 MHz,4.彩色同步信号,(1) 色同步信号的功用,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一个基准频率和相位;二是给接收机提供一个极性切换信息，来识别哪一行是+FV(NTSC行)， 哪一

16、行是-FV(PAL行)。色同步信号用于接收机对色度信号的同步解调。PAL制色同步信号中副载波是逐行倒相的。,彩色同步信号,(2)色同步信号的波形及参数,图 3-14 色同步信号 (a) PAL制色同步信号； (b) 色同步信号矢量图,色同步信号是9个周期左右的、 振幅恒定不变的副载频群， 放在行消隐后肩。 如图3-9所示， 距行同步前沿5.6 s， 幅度为0.30 V9 mV， 宽度为2.25 s230 ns， 由91个副载波频率的正弦波组成。,图 3-15 色同步信号 (a) PAL制色同步信号； (b) 色同步信号矢量图,PAL制色同步信号中副载波是逐行倒相的,即NTSC行为+135，PA

17、L行为-135（225）。,（3）色同步信号的相位,图 3-16 色同步信号产生(a) 色同步信号产生方框图； (b) 色同步信号矢量图,(4) PAL制色同步信号形成原理,负K脉冲加入U信号，和零相位副载波平衡调幅后，在已调U信号FU中K脉冲对应的位置上留下10个相位为180的副载波；正K脉冲加入V信号， V信号中的K脉冲对相位90副载波平衡调幅后， 在已调V信号FV中K脉冲对应的位置上留下相位90副载波。 Fb = -K sinSCtK cosSCt,图 3-16 PAL制色同步信号形成原理框图,(4) PAL制色同步信号形成原理,(5) PAL制彩色全电视信号,S:复合同步信号、复合消隐

18、信号,5.PAL制及其特点,PAL制是为克服NTSC制相位敏感性而改进的一种兼容彩色电视制式, 其特点如下: (1) 采用色差信号(R-Y)和(B-Y)作为色度信号的两个分量, 都用01.5 MHz的带宽, 双边带方式传送。 (2) 传送时, 将色差信号 (R-Y)信号逐行倒相180, 接收后再将(R-Y)信号相位复原。将(R-Y)信号逐行倒相180进行传送, 在相邻行上的相位误差可以相互补偿, 当出现微分相位失真时, 可以保持色调不变。克服了NTSC制相位敏感的缺点。 (3) 亮度信号与色度信号频谱交错, 相互干扰小, 可以实现分离。 NTSC制是1/2行间置,PAL制为1/4行再加25Hz

19、间置。,(4) 存在“百叶窗”效应,)当梳状滤波器的直通信号与延时输入信号间存在幅度误差, 或延时存在误差, 或传输通道有相位误差, 或存在通道频率失真, 都会引起两色差信号间互相串扰, 即导致两分量分离不彻底。 2)串扰也是逐行倒相的, 造成相邻两行间色度信号的亮度差异较大, 人眼对亮度差异较敏感而产生对图像有明暗相间的水平条纹, 这种明暗相间的水平线条因隔行扫描而向上蠕动, 故称“爬行”, 该水平条纹类似于百叶窗, 故又称作“百叶窗”效应。 也可以说PAL制电视将NTSC制存在的色调失真转换成“爬行”现象, 当然在实际中可以利用调整来使此现象消失或减至不明显。,3.4. 彩条信号,3.4.

20、1 三基色信号波形及其对应的彩条图形,R+G+B（1）=W R+G=Y G+B=青 R+B=紫 R+G+B（0）=黑,图 3-17 100/0/100/0彩条图形,3.4.2 彩条信号的规格及主要参数介绍,1. 双数码命名法的彩条信号,彩条信号是彩色电视中经常使用的一种测试信号, 它有各种形状和规格, 以适应彩色电视系统调整或测试的需要。常用的彩条信号有两种规格:,100/100彩条：最大基色电平值为1，最小基色电平值为0。三基色信号的电平非1即0, 由它们配出来的彩条, 没有掺白, 且幅度最大, 所以称为100%饱和度和100%幅度的标准彩条，如图3-1所示。 95/100彩条：黑条对应的各

21、基色电平仍为0,其余彩条中，最大基色电平值为1，最小基色电平值为0.05，即均含有5%的白光。,图 3-18 100/0/75/0彩条信号的表示,2. 四数码命名法的彩条信,100/0/100/0：最大基色电平值为1，最小基色电平值为0。三基色信号的电平非1即0, 由它们配出来的彩条, 没有掺白, 且幅度最大, 所以称为100%饱和度和100%幅度的标准彩条，如图3-18所示。 100/0/75/0：对应白条最大值为1, 对应黑条最小值为0, 而6种彩条的三基色信号最大值均为0.75, 最小值均为0。如图3-19所示。,第一个数码：白条中三基色信号的最大值；第二个数码：黑条中三基色信号的最小值

22、；第三个数码：各彩条中三基色信号的最大值；第四个数码：各彩条中三基色信号的最小值。,图 3-19 彩条信号的表示,3.彩条信号的主要参数,彩条信号的主要参数有相对幅度、 饱和度和频带宽度。 其相对幅度、 饱和度的计算公式如下:,100/0/75/0彩条信号的相对幅度为75%, 饱和度为100%。 100/0/100/0彩条信号的相对幅度为100%, 饱和度为100%。,3.4.3 标准彩条的亮度与色度信号波形 1、 100/0/100/0彩条信号的数据计算,100/0/100/0彩条中, 据亮度方程Y=0.30R+0.59G+0.11B，可得表3-1。,表3-1 100/0/100/0彩条信号

23、的数据表,紫条:R=B=1, G=0, Y=0.301+0.590+0.111=0.41 R-Y=1-0.41=0.59 B-Y=1-0.41=0.59 G-Y=0-0.41=-0.41,2、 100/0/75/0彩条信号的数据计算,表 3-2 100/0/75/0彩条信号的数据表,3、 标准彩条亮度与色差信号的波形,100/0/100/0彩条,图 3-20a 未压缩色度信号的矢量图,3.4.4 彩条图形的色度信号矢量图,图3-20b 压缩后的色度信号矢量图,表 3-3 压缩后的100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角,100/0/100/0彩条信号压缩后的合成矢量及相位角,3.4.5

24、 彩条图形的复合图像信号波形(1),包括亮度信号与色度信号、同步信号、 色同步信号以及消隐信号-彩色全电视信号(即FBAS), 再去调制图像载波。 我国彩色电视标准中规定, 采用负极性调制。 负极性亮度信号仍以扫描同步电平最高为100%, 黑电平为76%, 白电平最低为20%, 以便于增大色度信号不失真的动态范围。,图 3-21 色度信号已压缩的100/0/100/0彩条信号波形图,图 3-22 100/0/75/0负极性彩条波形,3.4.5 彩条图形的复合图像信号波形(2),对这种由多种信号构成彩色全电视信号进行如下总结。 它是黑白、 彩色电视接收机均能使用的兼容性电视信号。 参与混合的各种

25、信号均保持着独立性。 对静止图像而言，其电视信号以帧为重复周期，其场间、行间相关性也较大; 对活动图像而言，则可说是帧间、行间相关性较大的非周期信号，但其同步与消隐信号仍是周期的。 它是视频单极性信号(电视台通常发送一种彩条幅度压缩为75%的负极性的彩条信号)，既含有直流分量，又含有交流分量， 且是上下不对称的信号，其总频带宽为06MHz。,彩色全电视信号波形的总结,彩色电视机信号的分离,图 3-23 电视信号的分离框图,3.5 SECAM制电视,SECAM制的主要特点,(1)NTSC和PAL制中,两个色度信号是同时传送的。SECAM制中,发送端对(R-Y)和(B-Y)两个色差信号采用了行轮换

26、调频的方式。即亮度信号每一行都传送, 而(R-Y)和(B-Y)行轮换, 所以不会发生互相串色的现象(2)在SECAM制中, 由于色差信号对彩色副载波采用了调频方式, 并且调频信号在进行频率检波之前, 可进行限幅, 所以, 色度信号对相位失真不敏感。,在SECAM制中, 色度信号采用了两个副载波频率调频制, 且调频为连续频谱, 不能采用副载频偏置实现色度信号和亮度信号的频谱交错, 因而其兼容性比NTSC制和PAL制稍差一些。 SECAM制的解码和其它制式的解码器一样, 亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、 (B-Y)在一行时间内必须同时存在,由于每传送一行色差信号要利用两次, 所以这种制式的彩色

27、垂直清晰度降低一半。,总之, 上述三种制式都是行之有效的彩色电视制式, 经多年的使用, 都积累了相相当丰富的经验, 单从技术性能方面比较, 决不能得出完全肯定或完全否定某一制式的结论。 实际上, 各国在选定制式时往往受到各方面因素的制约, 而决非都是出于技术考虑。,思考题和习题,1. 填空题 (1) 我国电视标准规定， 亮度信号带宽为_， 色度信号带宽为 _ 。 (2) 传送黑白图像时两个色差信号_， 不会对亮度信号产生干扰。 (3) 用两个色差信号对_进行调制， 调制后的信号称为色度信号。,(4) 将色度信号、 亮度信号以及同步、 消隐等信号混合， 就得_信号。 (5) 将色度信号的频谱插在

28、亮度信号的频谱空隙中间称为_。 (6) 色度信号的振幅取决于色差信号的幅值， 决定了所传送彩色的_； 而相角取决于色差信号的相对比值， 决定了彩色的 _。 (7) 标准彩条信号由三个_、 三个_加上黑与白共八种颜色的等宽竖条组成。,(8) NTSC制副载波频率选择为_的倍数， 通常称为_。 (9) 对于525行、 60场s的NTSC制, 副载波频率选择为_MHz。 (10) NTSC制有对相位失真比较敏感的缺点， 容易产生_畸变。 (11) I轴， 与V轴夹角_， 是人眼最敏感的色轴。 (12) PAL制副载频采用_间置， _偏置。 (13) PAL制的色同步信号有_和_两个功能。,(14)

29、按照色度信号处理的特点， SECAM制又被称为_。 (15) K脉冲的脉冲前沿滞后于行同步前沿_s， 脉冲的宽度为 _ s。 (16) 由于通道延迟时间与带宽成反比， 色度信号落后于亮度信号， 造成 _ 。,(17) 中、 小屏幕彩色电视机用_法把彩色全电视信号分离为亮度信号和色度信号。 (18) 色同步信号和色度信号的分离采用_法。 (19) 梳状滤波器由_、 _和_组成。 (20) 同步检波通常用_和_实现。,2. 选择题 (1) NTSC制一个行周期中有副载波周期（ ）。 625个 283个 283.5个 312.5个(2) 黑白电视信号能量只集中在（ ）及其谐波附近很窄的范围内， 随谐

30、波次数的升高， 能量逐渐下降。, 行频 场频 帧频 射频 (3) R-Y信号压缩系数为（ ）。 0.877 0.493 0.788 0.394 (4) B-Y信号压缩系数为（ ）。 0.877 0.493 0.788 0.394 (5) PAL解码器中梳状滤波器的加法器输出信号是（ ）。 FU FV F FM (6) PAL解码器中梳状滤波器的减法器输出信号是（ ）。 FU FV F FM,(7) PAL制彩色电视中NTSC行色同步信号的相位为（ ）。 180 90 135 225 (8) PAL制彩色电视中PAL行色同步信号的相位为（ ）。 180 90 135 225 (9) PAL制彩色

31、副载波频率是（ ）。 4.43361875 MHz 3.57954506 MHz 4.4296875 MHz 4.43359375 MHz,(10) PAL解码器中同步检波器输出的信号是（ ）。 FU、 FV U、 V R-Y、 B-Y Fn、 Fn+1,3. 判断题 (1) 三个色差信号都是相互独立的。 (2) 平衡调幅波包含载波分量。 (3) 平衡调幅波的振幅只与调制信号的振幅成正比。 (4) 调制信号通过0值点时， 平衡调幅波极性反相180。 (5) 逐行倒相是将色度信号中的FU分量进行逐行倒相。 (6) 人眼分辨红、 黄之间颜色变化的能力最强， 而分辨蓝、 紫之间颜色变化的能力最弱。,

32、(7) PAL制减小了相位失真， 防止产生色调畸变。 (8) 为了进行频谱交错， 亮度信号和色度信号必须采用相同的带宽。 (9) 在场同步脉冲期间的9行内， 要把色同步信号消隐掉。 (10) 色同步信号和色度信号的分离是采用频率分离法。,4. 问答题 (1) 要做到黑白、 彩色电视互相兼容， 必须满足哪些基本要求？ (2) 三大制式为何均选用R-Y和B-Y作为色差信号？ (3) 为什么要用色差信号来传送色度信号？ (4) 什么是大面积着色原理和高频混合原理？ (5) 为什么要将彩色副载波放在6 MHz频带的高端？,(6) 已知基色信号R=0.7、 G=0.3、 B=0， 求Y、 U、 V、 Fm、 ， 说明对应什么色调。 (7) PAL制是怎么消除相位失真引起的色调畸变的？ (8) 分析三大制式各自的优缺点。 (9) 画出PAL制编码器方框图， 简述编码过程。 (10) 画出PAL制解码器方框图， 简述解码过程的五步信号处理。,