1、第三章 电视信号产生3.1 黑白全电视信号完整的黑白全电视信号是由黑白图像信号、复合消隐脉冲（包括场消隐脉冲和行消隐脉冲）和复合同步脉冲（包括场同步脉冲和行同步脉冲）按 一定方式组合在一起形成的 。 3.1.1 图像信号(1)图像信号在黑白电视中，图像信号是携带图像明、暗（白、黑）信息的电信号，它是通过扫描把图像上不同明暗的像素分布变换成强弱随时间变化的电信号。图像信号有正极性和负极性两种。白电平高、黑电平低的图像信号称为正极性图像信号；反之，黑电平高、白电平低的图像信号称为负极性图像信号。（点击查看大图）(2)黑白全电视信号3.1 黑白全电视信号3.1.2 消隐与同步脉冲(1)复合消隐脉冲复
2、合消隐脉冲的主要作用是为显像管行、场扫描逆程（回扫）提供足够的时间，并在该时间内截止电子束，使显像管荧光屏上看不到回扫线。行消隐脉冲：截止行扫描逆程电子束的脉冲 称为行消隐脉冲；场消隐脉：截止场扫描逆程电子束的脉冲称为场消隐脉冲;复合消隐脉冲：行、场消隐脉冲合称为 复合消隐脉冲。消隐电平值一般与黑电平一样，也可以比黑电平“更黑”一些。 (2)复合同步脉冲同步脉冲的作用：给接收端提供同步信息，以使行、场扫描电路的扫描频率、相位与发送端一致。复合同步脉冲：行、场同步的统称。行同步脉冲：每行一个，宽度为 4.7s；叠加在行消隐脉冲上； 一行的起始时刻以行同步的前沿为基准。即从行同步前沿时刻开始行扫描
3、电流逆程。场同步脉冲：每场一个，宽度为 2.5H160s；叠加在场消隐脉冲上；场同步前沿规定为一场逆程的起始时刻。(3)开槽场同步作用：保证在场同步期间不丢失行同步信息。(4)均衡脉冲作用：保证奇偶场光栅的精确镶嵌。同时，相应均衡脉冲的前沿仍提供行同步信息。3.2 视频信号带宽和频谱3.2.1 视频信号的带宽(1) 垂直分解力理想的垂直分解力：电视系统理想的垂直分解力等于有效扫描行数。在 625 行/50 场电视系统中， 理想的垂直分解力为： MZ(1-)575TVL 电视线实际的垂直分解力由于画面垂直细节与电子束扫描线间的相对位置关系有随机性，实际的垂直分解力： MK v Z(1-)式中 K
4、v为小于 1 的垂直凯尔系数，概率上取=0.75。对我国 625 行/50 场扫描制式中实际的垂直分解力 M431TVL。(2) 水平分解力沿图像水平方向所能分解的黑白相间的竖条数称为水平分解力，用 N 表示。分解水平细节的能力受视频通道带宽限制。（点击查看大图）(3)理想视频信号的最高频率电视视频信号的最高频率与电视系统选用的扫描行数、扫描方式及分解力等有关。其中，K 为图像宽高比，Z 为扫描行数，f F为帧频， 为行逆程系数， 为场逆程系数。对于 625/50 扫描制,可以计算出 fmax=7.37MHz。3.2 视频信号带宽和频谱3.2.2 视频信号的频谱只在水平方向有亮度变化的静止图像
5、: 每行扫描得到的图像信号都相同，为周期性信号。 垂直方向有变化的静止图像: 频谱成份为：nf Hmfv 。运动图像信号: 对于一般速度运动的物体，信号波形的帧周期表现为随运动情况而在时间轴上的相位有变化。随景物运动， nfH两 旁的mf v 依时间左右摆动，此时，主谱线两旁的副谱线近乎连续。总之,图像信号频谱的总体特征是离散而成群的，每群均呈现梳齿状，相邻群之间有信号能量空白区。这给彩色电视信号的传送提供了条件和依据。3.3 三基色信号3.3.1 三基色信号的产生彩条图象三基色信号3.3 三基色信号3.3.2 色度匹配和校正(1)色度匹配彩色电视系统要逼真的重现景物彩色，摄像机的光谱响应曲线
6、必须各自与显像三基色相应的三条混色曲线成正比，满足这一条件，即显像端重现图像的色光和景物色 光的色调、饱和度相同，称为彩色电视系统的色度匹配。(2)彩色校正右图所示的显像三基色的混色曲线，除了有各自的正主瓣外，都有负次瓣和正次瓣，用单纯的分光系统无法实现负次瓣和正次瓣。因此，通常可通过设置适当的校正 电路进行校正，称之为彩色校正摄像器件的理想光谱响应曲线(3)三基色信号 校正 1 麦克斯韦彩色等边三角形在黑白电视系统中，1 会造成亮度层次失真，即白扩张或黑扩张的均匀性亮度失真。对于彩色电视系统，如果 1，不但产生图像亮度失真，而且会引起色度失真。为便于讨论， 利用了麦克斯韦彩色等边三角形。当
7、1 时，亮度方面表现为灰度级线性扩张，色度失真方面表现为饱和度变浓，即各彩色向彩色三角形顶点和底边方向移动，如麦克斯韦彩色等边三角形中箭头方 向所示。 当 1 时，情况相反。总之除了传送白色和 100饱和度的基色、补色以外，传送其它各色都将产生色度失真（色调失真、饱和度失真）。麦克斯韦彩色等边三角形(4) 校正为了避免亮度失真和色度失真，应使彩色电视系统的总 值（ 1 2 3） 等于 1。因此，需在各基色信号通路中与黑白电视系统的 校正级相似都安排一级非线性放大级，称为 校正级。因为现代 CCD 摄像机的1 值近乎 1，现代彩色 显像管的 3 值约为 2.8，所以 校正级的 2值大致为 21/
8、2.80.36。摄像机中的 校正级常以 20.26/1.280.45 作为调定的标准值。 校正电路被放置在彩色校正电路之后，以后讨论 的基色信号均指 校正后的信号电压。用 R、G、B 表示 校正后的基色信号电压。3.4 PAL 制彩色电视制式兼容制彩色电视制式：是指彩色电视的扫描标准、视频通道参数标准和射频通道参数标准都与黑白电视制式一样，并且在彩色全电视信号中包含 有与黑白电视相同的亮度信号分量，黑白电视机也能直接收看彩色电视台所播出的电视节目。彩色电视制式有 NTSC（National Television Systems Committee）、PAL（Phase Alternating
9、Line）和 SECAM （SEquential Couleur Avec Memoire）三个，它们都具有兼容性。PAL 和 SECAM 制式是在 NTSC 制式基础上对 NTSC 制进行改进后的制式，我国采用 PAL 制。 3.4.1 亮度信号和色度信号为了实现和黑白电视兼容，彩色电视都不直接传送三个基色信号，而是传送携带亮度信息的亮度信号和携带色调和饱和度信息的两个色差信号。亮度信号：Y0.30R 十 0.59G 十 0.11B 色度信号：R-Y0.70R-0.59G-0.11B (又称为 U 信号)B-Y-0.30R-0.59G0.89B (又称为 V 信号)当 Y、R-Y、B-Y 选
10、定后，根据亮度方程，便可推导如下： 在接收端收到 Y、R-Y、B-Y 信号后，可按上式构成的矩阵电路由 R-Y、B-Y 信号得出 G-Y 信号，再按下式由加法器电路恢复出 R、G、B 三 基色信号。RY（R-Y）GY（G-Y）BY（B-Y）Y 信号的带宽为 6MHz,由于色差信号也是由 R、G、B 信号经过线性变换得到的，因此其频谱分布规律与亮度信号相同。恒定亮度原理亮度信号 Y 是代表彩色图像的亮度信息不含有色度信息，而 R-Y、B-Y 只携带色度信息而不包含亮度信息，这称为恒定亮度原理。混合高频利用人眼对彩色细节分辨力低这一特点，对 1.3 MHZ 以下的图像信号能保证重现出准确的色度，对
11、 1.3MHZ 以上的图像细节，则由红绿蓝混合出来的亮度信号代替。如下图所示.混合高频技术的使用既大大 减小了传输信号的带宽，又能使彩色图像的质量令人满意。3.4 PAL 制彩色电视制式3.4.2 正交平衡调幅平衡调幅是指抑制载波的调幅，两个色差信号分别对频率相同、相位差 90的两个载波进行平衡调幅称为正交平衡调幅。如果 V 信号调制的副载波相位比 U 信号调制的副载波超前 90，则 U、V 信号正交平衡调幅波的表达式为：（点击查看大图）VcosSt + UsinSt = C sin（St + ）， ，式中：s 为副载波角频率。色度信号其幅度取决于 V、U 的平方和， 只影响重现图像的饱和度；
12、初相角取决于 V、U 的比值，相角变化则主要影响重现图像的色调为了防止彩色全电视信号超过规定电平,在 PAL 制彩色电视中，需要对将 R-Y、B-Y 信号进行幅度压缩，称为 U、V 信号。：U = 0.493（B-Y）， V = 0.877（R-Y）3.4 PAL 制彩色电视制式3.4.3 V 分量逐行倒相技术(1)V 分量逐行倒相PAL 制又称逐行倒相正交平衡调幅制。其特点是编码时已调 U 分量不变，已调V 分量逐行倒相。 (2)逐行倒相对相位失真的补偿若传输过程中色度信号产生+ 角相位误差,逐行倒相对相位失真的补偿如下演示 PAL 对微分相位的失真补偿3.4 PAL 制彩色电视制式3.4.
13、4 频谱间置为了实现兼容，亮度信号与色度信号必须共用一个频带，即在亮度信号 6MHz 的频带范围内除了传送亮度信号之外还需同时传送两个色差信号。 NTSC 制和PAL 制均采用了频谱间置技术实现亮、色信号的频带共用。 (1)NTSC 制的色度副载波频率色度副载波的载频为 1/2 行频的奇数倍，称为半（1/2）行频间置。(2)在 PAL 制电视由于 V 分量逐行倒相，使 V 信号的周期加大一倍（以两行为周期），其基波变成了二分之一行频。因此， PAL 制色度副载频如果也采用 1/2 行频的奇数倍，V 分量副载波的频谱将和亮度信号频谱重叠，会对亮度信号产生严重的干扰。理论和实践证明，对于像我国视
14、频信号采用 6MHz 带宽的 PAL 制，理想的色度副载波载频 fS应为 色度信号的频谱和 Y 信号频谱错开 1/4 行频，又称为 1/4 行间置，同样可以减轻色度信号对 Y 信号的干扰。增加 25Hz 称为 25 赫兹偏置，可以证明，25 赫兹偏置能进一步减轻色度信号对 Y 信号干 扰（兼容黑白图像上的光点结构）的可见度。 3.4 PAL 制彩色电视制式3.4.5 色同步信号PAL 制的色同步信号作用：为接收机恢复基准副载波提供基准频率和相位；提供 V 分量逐行倒相顺序的信息，色同步信号相位+135代表不倒相行,-135代表倒相行。色同步信号被安放在行消隐脉冲的后肩上，约 10 个周期的副载
15、波信号，初相位一行为+135，下一行为-135，逐行交替，如右图 PAL 制色同步所示。PAL 制色同步（点击查看大图）PAL 色同步信号矢量图（点击查看大图）在场同步期间如果也加色同步信号,将会干扰发射机和电视接收机的正常工作,PAL 制电视在每场的场同步和前后均衡脉冲期间抑制掉 9 行的色同步信号，这在 PAL 制中称为色同步信号的迂回消隐。亮度信号（包括复合同步、复合消隐信号）和色度信号（包括色同步信号）称为彩色全电视信号。色同步信号的迂回消除3.5 彩条信号和视音频基带信号接口3.5.1 视音频基带信号接口(1)视频信号的接口复合（composite）信号接口 由一根特性阻抗为 75
16、欧姆的视频电缆传输彩色全电视信号，包括亮度信号（含复合消隐、复合同步）和色度信号（含色同步）。信号极性为正极性，峰峰值幅度为 1 V p-p （终接 75 欧），其中视频信号为 0.7 V p-p ，同步脉冲幅度为 0.3 V p-p 。分量接口（component）由三根特性阻抗为 75 欧姆的视频电缆分别传输亮度信号和两个色差信号。 亮度信号 Y =0.30R+0.59G+0.11B，正极性，峰峰值幅度为 1 V p-p （终接 75欧），其中视频信号为 0.7 V p-p，同步脉冲幅度为 0.3 V p-p。红色差信号用 Cr 表示，Cr =0.713（R-Y）；蓝色差信号用 Cb 表示
17、，Cb =0.564（B-Y）。 色差信号为双向信号，峰峰值幅度为 0.7Vp-p分量接口图（点击查看大图）SVideo 接口 （也称 S-端子）使用四芯电缆传输，其中 1 号芯传输亮度 Y 信号（包括复合同步），2 号芯传输色度副载波 C 信号（含色同步）3 号芯为 Y 信号的地线，4 号芯为 C 信号的地线。(2)音频接口在演播室使用的视音频设备，其模拟音频信号的接口通常有两种：传声器输入接口和线路输入/输出接口。由于演播室中使用的专业传声器的输入阻抗大多在 200 以下，因此，传声器输入口的输入阻抗一般为其 5 倍（1k）以上，以达到高阻抗跨接的要求。线路输出接口的输出阻抗规定为 600
18、，输入接口的输 入阻抗有 600 和高阻（10k 以上）两种供选择。从保证输入信号信杂比考虑，输入接口均采用电平衡的输入方式。最常用的平衡式接插件是 XLR-3 型 的，它由三个插针插头和插座两部分组成，其中“1”脚接屏蔽层，“2”脚接信号“+”端，“3”脚接信号“-”端。3.5 彩条信号和视音频基带信号接口3.5.2 彩条信号标准彩条信号是用电子方法产生的一种测试信号。依次是白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑。其中三种基色和三种补色都是显像管所能显示的最纯的六种颜色，黑、 白电平都是标准电平，表明信号的基准电平幅度。三基色信号和标准彩条图像见右图。（点击查看大图）1）未压缩的标准彩条信号标准彩条
19、信号可用 10001000 表示和描述。这时的彩条信号为 100%饱和度、100%幅度。100饱和度是指彩条中每一色条均为纯基色或 纯补色，即任一色条中基色电平的最大值为 1.0，最小值为零(黑电平)。100幅度是指任一色条中基色电平的最大值均等于白条的 R、G、B 值，白条的 R、G、B 值均为 1.0。“未压缩“是指将计算出的 R-Y、B-Y 值直接送去正交平衡调幅。彩条信号每条的参数，如 下表所示。色条信号 基色信号 亮度信号 色差信号 色度信号R G B Y R-Y G-Y B-Y C白 1 1 1 1.00 0 0 0 0黄 1 1 0 0.89 0.11 0.11 -0.89 0.90青 0 1 1 0.70 -0.70 0.30 0.30 0.76绿 0 1 0 0.59 -0.59 0.41 -0.59 0.83品 1 0 1 0.41 0.59 -0.41 0.59 0.83如图可见，彩条信号波形的动态范围为-0.791.79，超过黑白全电视信号标准电平范围（-0.431）过大。因此，需引入压缩系数。2）压缩的彩条信号及压缩系数的计算用 V、U 符号代表已压缩的 R-Y 和 B-Y 色差信号，即：V0.877(R-Y)U0.493(B-Y) 压缩后的色度信号 Fc 为：式中： ，
