彩色電視的基本原理

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1、第3章 彩色電視的基本原理 第3章 彩色電視的基本原理 3.1 色度學(xué)的基本知識(shí)3.2 彩色圖像的分解與重現(xiàn) 3.3 兼容制彩色電視制式3.4 PAL制彩色全電視信號(hào)3.5 彩色電視接收機(jī)概述3.6 彩色顯像管習(xí)題三 第3章 彩色電視的基本原理 3.1 色度學(xué)的基本知識(shí)3.1.1光與色光是一種以電磁波輻射形式存在的物質(zhì)。電磁波的頻譜范圍很廣，包括無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光波、紫外線、X射線、宇宙射線等?？梢?jiàn)光隨著波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的變化，對(duì)人眼中引起的顏色感覺(jué)是不一樣的，呈現(xiàn)的色光依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等。以后用“色調(diào)”這一術(shù)語(yǔ)來(lái)表示顏色的類別。電磁波波譜及可見(jiàn)光的波長(zhǎng)如圖3-1所示。 第3

2、章 彩色電視的基本原理 圖3-1 電磁波的波譜 可見(jiàn)光 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 頻率/Hz 105 3103 1010 3102 3107 1015 31012 1020 31017 1025 名稱 無(wú)線電波 紅外線 紫外線 X射線 宇宙射線 波長(zhǎng)/m 可見(jiàn)光譜波長(zhǎng)/nm 780 630 600 580 510 450430 380 第3章 彩色電視的基本原理 3.1.2 彩色的三要素任意一種彩色光，均可用亮度、色調(diào)和色飽和度來(lái)表示，它們又稱做彩色三要素。亮度是指彩色光對(duì)人眼所引起的明亮程度感覺(jué)。當(dāng)光波的能量增強(qiáng)時(shí)，亮度就增加；反之亦然。此外，亮度還與人眼的光譜響應(yīng)特性有關(guān)，不同的彩色光，

3、即使強(qiáng)度相同，當(dāng)分別照射同一物體時(shí)也會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生不同的亮度感覺(jué)。實(shí)驗(yàn)表明：人眼對(duì)550nm的光波亮度感覺(jué)最靈敏。 第3章 彩色電視的基本原理 色調(diào)是指光的顏色種類。例如，紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫分別表示不同的色調(diào)，色調(diào)是彩色最基本的特性。 色飽和度是指彩色的純度，即顏色摻入白光的程度，或指顏色的深淺程度。某彩色摻入的白光越多，其色飽和度就越低；摻入的白光越少，其色飽和度就越高。不摻入白光，即白光為零，則其色飽和度為100 %；全為白光，則其色飽和度為零。 通常把色調(diào)與色飽和度合稱為色度。 第3章 彩色電視的基本原理 3.1.3 三基色原理根據(jù)人眼的彩色視覺(jué)特性，在彩色重現(xiàn)過(guò)程中，并不要求恢復(fù)

4、原景物反射光的全部光譜成分，而重要的是應(yīng)獲得與原景象相同的彩色感覺(jué)。我們知道，不同波長(zhǎng)的光會(huì)引起人眼不同的彩色感覺(jué)，同一波長(zhǎng)的光引起的人眼彩色感覺(jué)是一定的。那么是不是人眼對(duì)某一色調(diào)的感覺(jué)就只能對(duì)應(yīng)一種波長(zhǎng)的單色光呢？實(shí)踐表明，幾種不同波長(zhǎng)的單色光混合在一起，也可以引起人眼產(chǎn)生與另外一種單色光相同的彩色感覺(jué)。實(shí)踐證明，自然界可見(jiàn)到的絕大部分彩色，都可以由幾種不同波長(zhǎng)（顏色）的單色光相混合來(lái)等效，這一現(xiàn)象叫做混色效應(yīng)。經(jīng)進(jìn)一步研 究，人們終于得到了一個(gè)重要的原理三基色原理。 第3章 彩色電視的基本原理 三基色原理的主要內(nèi)容是： （1）自然界中的絕大部分彩色，都可以由三種基色按一定比例混合得到；反之

5、，任意一種彩色均可以被分解為三種基色。 （2）作為基色的三種彩色，要相互獨(dú)立，即其中任何一種基色都不能由另外兩種基色混合來(lái)產(chǎn)生。 （3）由三基色混合而得到的彩色光的亮度等于參與混合的各基色的亮度之和。 （4）三基色的比例決定了混合色的色調(diào)和色飽合度。 第3章 彩色電視的基本原理 彩色電視的實(shí)現(xiàn)就是基于此三基色原理的。在彩色電視中，通常選用紅(用字母R表示)、綠(用字母G表示)、藍(lán)(用字母B表示)作為三種基色光。三基色原理為彩色電視技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，極大地簡(jiǎn)化了用電信號(hào)來(lái)傳送彩色圖像的技術(shù)問(wèn)題。 彩色混色法有兩種：一種是彩色光的混色，這種方式是用加法混色。例如彩色電視中，利用三基色原理將彩色分

6、解和重現(xiàn)，最終使三基色光同時(shí)作用于人眼中，視覺(jué)相加混合獲得不同的彩色感覺(jué)。另一種是彩色顏料的混色，是用減法混色，如繪畫(huà)等，它們的混色規(guī)律是不同的。這里只討論彩 色電視所用的相加混色法，其混色規(guī)律如圖3-2所示。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-2混色圖 (a)相加混色圖；(b)彩色三角形青 紫藍(lán) 紅白綠 黃綠 黃白青 紫紅藍(lán)(a) (b) A 第3章 彩色電視的基本原理 從圖3-2(a)得知：紅光綠光黃光紅光藍(lán)光紫光綠光藍(lán)光青光紅光綠光藍(lán)光白光以上均指各種光等量相加，若改變它們間的混合比例，則可以得到各種顏色的光。 為了實(shí)現(xiàn)相加混色，除了將三種不同亮度的基色光同時(shí)投射到一個(gè)全反射表面上從而合

7、成不同的彩色光以外，還可以利用人眼的視覺(jué)特性用下列方法進(jìn)行混色： 第3章 彩色電視的基本原理 （1）時(shí)間混色法：（2）空間混色法：彩色三角形是一等邊三角形，三個(gè)頂點(diǎn)放置三基色，其余各混色可相應(yīng)確定，如圖3-2(b)所示，對(duì)該圖的說(shuō)明如下： (1)每條邊上各點(diǎn)代表的顏色，是相應(yīng)的兩個(gè)基色按不同比例混合的混合色。 (2)彩色三角形的重心是白色，它是等量的三基色的混合色。 (3)每根中線兩端對(duì)應(yīng)的彩色互為補(bǔ)色，由于中線過(guò)重心，說(shuō)明兩補(bǔ)色間可混合成白色。 (4)每邊的彩色為純色，色飽和度為100%。 第3章 彩色電視的基本原理 3.1.4 亮度方程 顯像三基色要混合成白光，所需光通量之比是由所選用的標(biāo)

8、準(zhǔn)白光和所選三基色的不同而決定的。實(shí)驗(yàn)表明，目前NTSC制彩色電視中，由三基色合成的彩色光的亮度符合下面的關(guān)系： Y=0.299R+0.587G+0.114B (3-1)上式為彩色電視中常用的亮度方程，該式定量地說(shuō)明了由三基色合成彩色光的亮度關(guān)系。也是在彩色電視技術(shù)中，無(wú)論是彩色重現(xiàn)，還是彩色分解都必須遵守的一個(gè)重要關(guān)系式。 第3章 彩色電視的基本原理 由于彩色電視制式不同，所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)白光和選擇的顯像三基色熒光粉是不一樣的。因此，由三基色合成的彩色光的亮度方程也不一樣。例如，PAL制的亮度方程為Y=0.222R+0.707G+0.071B但因 NTSC制使用較早，所以，PAL制并沒(méi)有采用它本

9、身的亮度方程，而是沿用了NTSC制的亮度方程。實(shí)踐表明，由此引起的圖像亮度誤差很小，完全能滿足人眼視覺(jué)對(duì)亮度的要求。亮度方程通常近似寫(xiě)成： Y=0.30R+0.59G+0.11B (3-2) 第3章 彩色電視的基本原理 在亮度方程中，R、G、B前面的系數(shù)0.30、0.59、0.11分別代表R、G、B三種基色對(duì)亮度所起的作用，稱為可見(jiàn)度系數(shù)。例如，在一個(gè)單位亮度的白光當(dāng)中，紅基色對(duì)白光亮度的貢獻(xiàn)為30 %，綠基色對(duì)白光亮度的作用為59%，藍(lán)基色對(duì)白光亮度的貢獻(xiàn)為11%。當(dāng)R=G=B=1時(shí)，合成的亮度為白色光；當(dāng)R=G=B=01之間時(shí)，則為灰色光；當(dāng)R=G=B=0時(shí)，為黑色光；當(dāng)R、G、B取不同的

10、值時(shí)，就可以配出各種不同色調(diào)和不同飽和度的顏色。在彩色電視信號(hào)傳輸過(guò)程中，亮度信號(hào)和三基色信號(hào)是以電壓的形式來(lái)代表的，因此，亮度方程可以改寫(xiě)成電壓的形式，即 EY0.30ER+0.59EG+0.11EB 第3章 彩色電視的基本原理 這里，EY、ER、EG、EB各代表亮度信號(hào)、紅基色信號(hào)、綠基色信號(hào)和藍(lán)基色信號(hào)的電壓，且分別獨(dú)立。已知其中任意三種，就可通過(guò)加、減法矩陣電路來(lái)合成第四種。在后面的討論中，為了書(shū)寫(xiě)方便，仍把以上四種信號(hào)電壓EY、ER、EG、EB分別以Y、R、G、B來(lái)表示。 第3章 彩色電視的基本原理 3.2 彩色圖像的分解與重現(xiàn) 3.2.1 彩色圖像的分解電視圖像是通過(guò)攝像管把圖像的

11、光信號(hào)變成電信號(hào)的。但由于一幅圖像的細(xì)節(jié)變化很多，因此不能將整幅圖像直接變成電信號(hào)，而是先將一幅彩色平面圖像分解成許許多多彩色的像素，每一像素均可用亮度、色調(diào)和色飽和度這三個(gè)要素來(lái)表征；再將每一像素順序轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。對(duì)于活動(dòng)圖像而言，每一像素的三要素都是時(shí)間的函數(shù)。 第3章 彩色電視的基本原理 根據(jù)三基色原理，首先，用分色系統(tǒng)把彩色圖像分解成紅、綠、藍(lán)三幅基色光，同時(shí)送到對(duì)應(yīng)的紅、綠、藍(lán)攝像管的光敏靶上，三基色攝像管在掃描電路的作用下進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行預(yù)失真校正，以補(bǔ)償光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的非線性。經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，三基色光就變成了三個(gè)電信號(hào)ER、EG、GB。這樣就完成了圖像的分解，如圖3-3(a)所

12、示。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-3 彩色電視傳送的基本過(guò)程RGB紅 黑 紅 黑綠 黑藍(lán)黑藍(lán)黑藍(lán)黑藍(lán)黑 白黃青綠紫紅藍(lán)黑傳輸通道 靶面上紅光光像ER靶面上綠光光像EG靶面上藍(lán)光光像EB紅CA B反射鏡反射鏡物鏡八色彩條圖像白黃青綠紫紅藍(lán)黑 RGB R束轟擊發(fā)紅光的熒光粉G束轟擊發(fā)綠光的熒光粉B束轟擊發(fā)藍(lán)光的熒光粉三幅基色成分的像鑲嵌在一起經(jīng)視覺(jué)混色，成為八色彩條綠藍(lán) 第3章 彩色電視的基本原理 3.2.2 彩色圖像的重現(xiàn)在發(fā)送端，用攝像管取得了代表紅、綠、藍(lán)三基色的電信號(hào)，相應(yīng)地，在接收端就可以把這三個(gè)基色電信號(hào)再轉(zhuǎn)換成按比例混合的彩色光，這樣就正確地重現(xiàn)了景物的彩色圖像。其具體工作過(guò)程

13、如下：在接收端，見(jiàn)圖3-3，經(jīng)過(guò)傳輸通道，圖像信號(hào)又被解碼器分解為三個(gè)基色信號(hào)去控制彩色顯像管的三條電子束。在彩色顯像管熒光屏上涂敷著按一定規(guī)律緊密排列的紅、綠、藍(lán)三色熒光粉，顯像管的三條電子束在掃描過(guò)程中各自轟擊相應(yīng)的熒光粉。 第3章 彩色電視的基本原理 3.3 兼容制彩色電視制式3.3.1 色度信號(hào)的編碼傳輸1. 色度信號(hào)的編碼1)亮度信號(hào)與色度信號(hào)在兼容制彩色電視中，為了做到彩色、黑白相互兼容，重要條件之一就是要求彩色全電視信號(hào)和黑白全電視信號(hào)一樣，也只占有6 MHz的帶寬。但是彩色圖像經(jīng)電視攝像機(jī)就形成了R、G、B三個(gè)基色信號(hào)，且每一基色信號(hào)的帶寬都與黑白圖像信號(hào)的帶寬相同，則三個(gè)基色

14、占用的頻帶寬度總和就為18MHz，顯然無(wú)法兼容傳輸。因此，彩色電視一般不直接傳 送這三個(gè)基色信號(hào)，而必須先對(duì)它們進(jìn)行一定的編碼。 第3章 彩色電視的基本原理 為了實(shí)現(xiàn)兼容，彩色電視編碼最好含有兩類信號(hào)：一種是代表圖像明暗程度的亮度信號(hào)，另一種是代表圖像彩色的色度信號(hào)。黑白電視接收機(jī)只需接收其中的亮度信號(hào)，就能直接收看到彩色電視節(jié)目，只不過(guò)顯示的圖像是黑白的；而彩色電視接收機(jī)就必須同時(shí)接收亮度信號(hào)和色度信號(hào)，通過(guò)解碼器處理后，獲得R、G、B三基色信號(hào)，最后送至彩色顯像管重現(xiàn)出彩色圖像。 第3章 彩色電視的基本原理 由亮度方程Y=0.3R+0.59G+0.11B可知，亮度信號(hào)可由R、G、B三基色信

15、號(hào)合成。色度信號(hào)雖有R、G、B三種，但根據(jù)亮度方程，在Y、R、G、B這四個(gè)物理量中，只有三個(gè)量是獨(dú)立的。因此，作為傳送彩色信息的色度信號(hào)只需選擇兩種基色信號(hào)就可以了。例如，可選用Y作亮度信號(hào)，選用R、B作色度信號(hào)，而G可以通過(guò)亮度方程求得。但這樣做有個(gè)很大的缺點(diǎn)，即亮度信號(hào)Y已經(jīng)代表了被傳送彩色光的全部亮度，而R、B本身也還含有亮度成分，這顯然是多余的，且在傳輸過(guò)程中易干擾亮度信號(hào)Y。為了克服這一缺點(diǎn)，彩色電視系統(tǒng)一 般不選用基色本身作為色度信號(hào)，而選用的是色差信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 2)色差信號(hào) 用基色信號(hào)減去亮度信號(hào)就得到色差信號(hào)。例如R-Y、B-Y、G-Y就是三種基色信號(hào)分別

16、減去亮度信號(hào)Y而形成的，它們分別叫做紅色差信號(hào)、綠色差信號(hào)和藍(lán)色差信號(hào)。由亮度方程(3-2)可得出三種色差信號(hào)的幅值：R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G-0.11B (3-3) B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R-0.59G+0.89B (3-4) G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B (3-5) 第3章 彩色電視的基本原理 由于G-Y信號(hào)幅值較小，對(duì)改善信噪比不利，并且G-Y又可由R-Y和B-Y通過(guò)簡(jiǎn)單的電阻矩陣合成產(chǎn)生，所以電視系統(tǒng)通常只傳送Y、RY和B-Y這三種信號(hào)，而不傳送G-

17、Y信號(hào)，其中，Y僅代表亮度信息，而R-Y，B-Y代表色度信息。顯然，這給兼容制電視系統(tǒng)提供了方便與可能。圖3-4給出了由R、G、B這三種基色信號(hào)通過(guò)編碼合成的亮度信號(hào)Y與色差信號(hào)R-Y、B-Y的示意圖。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-4 由R、G、B合成亮度信號(hào)Y與色差信號(hào)R-Y、B-Y的示意圖 疊 加 倒相矩 陣 疊 加 R G B Y Y Y RY BY 第3章 彩色電視的基本原理 3）頻帶壓縮選用亮度信號(hào)Y和兩色差信號(hào)R-Y、B-Y作為彩色電視信號(hào)傳送，如果不加任何限制和處理的話，則彩色電視信號(hào)總的頻帶依然過(guò)寬，技術(shù)上還是難以實(shí)現(xiàn)，所以必須壓縮彩色電視信號(hào)的頻帶寬度。彩色電視的圖像清

18、晰度是由亮度信號(hào)的帶寬來(lái)保證的，且為了達(dá)到兼容，此亮度信號(hào)必須與黑白電視信號(hào)保持一致的帶寬（即06MHz），所以彩色電視信號(hào)中的亮度信號(hào)不能壓縮，必須保持原有的6MHz帶寬。 第3章 彩色電視的基本原理 根據(jù)人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨能力比對(duì)亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低得多這一特點(diǎn)，可將彩色信號(hào)的頻帶加以壓縮，不必傳送色度信號(hào)的高頻分量。色度信號(hào)的高頻分量可由亮度信號(hào)來(lái)代替，重現(xiàn)的彩色圖像效果能夠滿足人眼的視覺(jué)要求。我國(guó)彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色圖像時(shí)規(guī)定：將色度信號(hào)帶寬由06MHz壓縮到01.3MHz。2.傳送色差信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)1)兼容效果好當(dāng)選用Y、R-Y、B-Y三種信號(hào)時(shí)，Y僅代表被傳送景物的亮度，而不含色度

19、。 第3章 彩色電視的基本原理 而且，當(dāng)所傳送的圖像為黑白圖片時(shí)，色差信號(hào)均為零，因?yàn)槿魏魏诎讏D片僅有亮度明暗的層次變化，因此它們的三基色信號(hào)總是相等的。例如，傳送一灰色時(shí)，其三基色信號(hào)為 R=G=B=0.4V，它們合成的亮度信號(hào)Y=0.4V，所以色差信號(hào)R-Y,B-Y也為零。因此，色差信號(hào)只表示色度不表示亮度。而且三色差信號(hào)對(duì)亮度的貢獻(xiàn)為零。這個(gè)道理不難證明，只要將式(3-2)的左邊項(xiàng)移到右邊，并加以整理便可以得到： 0=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y) (3-6) 第3章 彩色電視的基本原理 2)能夠?qū)崿F(xiàn)恒定亮度原理所謂恒定亮度原理，是指被攝景物的亮度，在傳輸系統(tǒng)是

20、線性的前提下均應(yīng)保持恒定，即與色差信號(hào)失真與否無(wú)關(guān)，只與亮度信號(hào)本身的大小有關(guān)。下面舉一例子來(lái)說(shuō)明：假設(shè)某一時(shí)刻為一種偏紫的紅色，其三基色信號(hào)為R=0.7V，G=0.4V，B=0.5V，由式(3-2)，合成的Y=0.5V，根據(jù)色差定義，可用矩陣電路合成得到紅色差信號(hào)和藍(lán)色差信號(hào)為： R-Y=0.7-0.5=0.2 V B-Y=0.5-0.5=0 V 第3章 彩色電視的基本原理 如果我們選用Y、B-Y、B-Y三種獨(dú)立信號(hào)代表彩色信息，并將它們送至接收端，再利用矩陣電路同樣可以將以上三信號(hào)相加獲得R、B基色信號(hào)為0.7V、0.5V，同時(shí)，也可按式(3-6)合成綠色差信號(hào)：G-Y=-0.51(R-Y

21、)-0.19(B-Y)=-0.11V 然后再與亮度信號(hào)Y相加得到綠基色信號(hào)為0.39V，所恢復(fù)的三基色信號(hào)重現(xiàn)的亮度仍是0.5V。 第3章 彩色電視的基本原理 在傳輸過(guò)程中，假若Y信號(hào)無(wú)失真仍為0.5，而色差信號(hào)受干擾，R-Y由0.2V變?yōu)?.3V，B-Y由0V變?yōu)?.2V，則它們合成的G-Y=0.510.3-0.190.2=-0.191V，在接收端已失真的色差信號(hào)與未失真的亮度信號(hào)合成后形成的三基色信號(hào)為：R=(R-Y)+Y=0.3+0.5=0.8 V G=(G-Y)+Y=-0.191V+0.5=0.309 V B=0.2+0.5=0.7 V Y=0.30.8+0.590.309+0.110

22、.7=0.5 V 顯然，色調(diào)有失真，紅色變得更加偏紫了，但它們合成的亮度信號(hào)Y仍然是0.5V，即此時(shí)所顯示的亮度仍然與失真前的相同。這就進(jìn)一步說(shuō)明色度通道的雜波干擾不影響圖像 亮度，使圖像的質(zhì)量得到了保證。 第3章 彩色電視的基本原理 3)有利于高頻混合由于傳送亮度信號(hào)占有全部視頻帶寬06 MHz，而傳送色度信號(hào)只利用較窄的頻帶01.3MHz。因此，電視接收機(jī)所恢復(fù)的三個(gè)基色信號(hào)就只包含較低的的頻率成分，反映在畫(huà)面上，只表示大面積的彩色輪廓；而圖像彩色的細(xì)節(jié)，即高頻成分則由亮度信號(hào)來(lái)補(bǔ)充。這就是說(shuō)，由亮度信號(hào)顯示出一幅高清晰度的黑白圖像，再由色度信號(hào)在這個(gè)黑白圖像上進(jìn)行大面積的低清晰度著色。此

23、時(shí)人眼感覺(jué)到的就是一幅高質(zhì)量的彩色圖像畫(huà)面。這就是所謂的大面積著色原理，又叫做高頻混合原理。 第3章 彩色電視的基本原理 選用色差信號(hào)是有利于高頻混合的。為了在接收端能夠得到帶寬為06MHz的三個(gè)基色信號(hào)。只要將01.3MHz窄帶的色差信號(hào)混入一個(gè)06MHz全帶寬的亮度信號(hào)中，就可以達(dá)到混合高頻的目的。用亮度信號(hào)中的高頻分量代替基色信號(hào)中未被傳送的高頻分量可用公式表示如下： (R-Y)01.3MHz+Y06MHz=R01.3MHz+Y1.36MHz（3-7） (G-Y) 01.3MHz+Y06MHz=G01.3MHz+Y1.36MHz（3-8） (B-Y) 01.3MHz+Y06MHz=B01

24、.3MHz+Y1.36MHz（3-9） 第3章 彩色電視的基本原理 3.3.2 頻譜間置原理 1.頻譜間置1)周期矩形脈沖波信號(hào)的頻譜分析所謂頻譜，是指信號(hào)中各種頻率成分正弦波的幅度與其頻率之間的關(guān)系。這里先分析一個(gè)周期為T(mén)的矩形脈沖波信號(hào)的頻譜。圖3-5（a）為一周期矩形脈沖波信號(hào)，按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的表達(dá)式為其中，=2/T。 .)5sin51sin31(sin22)( tttuutE mm 第3章 彩色電視的基本原理 這表明：周期矩形脈沖波信號(hào)是由1,3,5,等奇次諧波組成的，且隨著諧波次數(shù)的增高，幅度是逐漸減少的。 圖3-5（b）是周期矩形脈沖波信號(hào)的頻譜，這是一個(gè)由分離的譜線組成的頻譜。

25、事實(shí)上，所有周期信號(hào)的頻譜都是分離譜或離散譜，而所有非周期信號(hào)的頻譜都是連續(xù)譜。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-5周期矩形脈沖波及其頻譜 (a)周期矩形脈沖波波形；(b)周期矩形脈沖波頻譜E(t)umo T t |A( f )|o f 3f 5f 7f 9f f(a) (b) 第3章 彩色電視的基本原理 2)亮度信號(hào)的頻譜分析亮度信號(hào)本來(lái)是非周期性的，但由于電視圖像信號(hào)采用了周期性掃描，使得視頻信號(hào)具有一定的周期性。下面分析幾種簡(jiǎn)單靜止圖像的對(duì)應(yīng)信號(hào)波形及其頻譜，以便找出一般圖像信號(hào)的頻譜規(guī)律。圖3-6(a)所示的是一幅亮度在垂直方向突變(上半部黑、下半部白)的簡(jiǎn)單圖像,則其對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)

26、為E(t)，是以場(chǎng)為周期的矩形脈沖波（圖中畫(huà)的是負(fù)極性圖像信號(hào)的波形，并忽略行、場(chǎng)逆程的間隙），其頻譜 |A(f) |是以場(chǎng)頻f V為間隔的離散譜。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-6 簡(jiǎn)單圖像信號(hào)波形和頻譜 |A( f )| f9fV7fV5fV3fVfV |A( f )| fH 3fH 5fH 7fH 9fH f |A( f )| fH3fV fH3fV fHfV fHfV 5fH3fV 5fHfV 5fHfV 5fH3fV f E(t) E(t) E(t) TV 頻譜波形 t t TV TH t (a) 上黑下白圖像的 波形和頻譜 (b) 左黑右白圖像的 波形和頻譜 (c) 左半部上黑

27、下灰, 右半部全白圖像 的波形和頻譜 圖像 fH 3fH 5fH 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-6(b)所示的是一幅亮度在水平方向突變(左半部黑、右半部白)的簡(jiǎn)單圖像,則其對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)為E(t)，是以行為周期的矩形脈沖波，其頻譜 |A(f) |是以行頻fH為間隔的離散譜。 圖3-6(c)所示的是一幅既在水平方向，又在垂直方向有變化的靜止圖像，則其對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)為E(t)，它可以看做是以場(chǎng)頻信號(hào)對(duì)行頻信號(hào)實(shí)行了幅度調(diào)制的波形，屬于一脈沖調(diào)幅波。這種調(diào)幅波的載頻為行頻f H及其奇次諧波；而調(diào)制信號(hào)的頻率則為場(chǎng)頻fV及其奇次諧波。因此，其頻譜|A(f) |是以行頻fH及其奇次諧波為主譜線、其兩

28、側(cè)出現(xiàn)以場(chǎng)頻fV為間隔的fH nfV，3fHnf V，5fHnf V，mfHnfV的雙重離散譜(其中m、n均為奇數(shù))。從圖3-6(c)還可以看出：隨著諧波頻率的升高，其幅值越來(lái)越小，即能量越來(lái)越小。 第3章 彩色電視的基本原理 這種情況可用圖3-7畫(huà)出的活動(dòng)圖像信號(hào)的頻譜來(lái)表示。這些譜線群也可用mfHnfV表示，這里m和n為包括零在內(nèi)的正整數(shù)。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-7 活動(dòng)圖像信號(hào)的頻譜 |A( f )| ffH 2fH 3fH 4fH 383fH 384fHo 第3章 彩色電視的基本原理 由圖3-7可知，各主譜線族間存在很大空隙，間隔為fH=15.625kHz。研究表明：由于圖

29、像在垂直方向變化較慢，因此，主譜線兩側(cè)的邊頻數(shù)n一般不超過(guò)20，如以n20,f V=50Hz來(lái)計(jì)算，則每組譜線所占頻寬約為2f=22050=2kHz，其空隙達(dá)主譜線間距的(15625-2000)/15625=87.2%，而且主諧波次數(shù)越高，幅度衰減越快，所以空隙也越大。對(duì)于動(dòng)作快的圖像，空隙要小一些，但在整個(gè)頻譜中還有很大區(qū)域是沒(méi)有圖像信息的。圖像信號(hào)頻譜實(shí)際上是呈梳齒狀的離散譜，在相鄰兩組譜線間存在相當(dāng)大的空隙，所以我們可以將色度信號(hào)安 插在這些空隙之間。 第3章 彩色電視的基本原理 m的取值由電視傳輸系統(tǒng)的視頻帶寬所決定，例如按我國(guó)的電視標(biāo)準(zhǔn)，m的最大取值為6MHz/15625Hz=384

30、。嚴(yán)格來(lái)講，在隔行掃描的情況下，若考慮到奇、偶兩場(chǎng)信號(hào)的差異，則圖像信號(hào)的重復(fù)頻率就為幀頻。因此，離散譜線將以幀頻為間隔。3）色差信號(hào)的頻譜分析由于色差信號(hào)和亮度信號(hào)一樣都是由三基色信號(hào)產(chǎn)生，并按同一掃描方式進(jìn)行傳送的，因此色差信號(hào)具有和亮度相同的頻譜結(jié)構(gòu)，只不過(guò)色差信號(hào)的頻帶寬度已被壓縮到1.3MHz以下而已。色差信號(hào)的頻譜也可用mf Hnf V表示，按我國(guó)的電視標(biāo)準(zhǔn)，m的最大取值為1.3MHz/15625Hz=83，如圖3-8（a）所示。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-8 亮度與色度信號(hào)頻譜間置示意圖oo fffSCfH fSCfH(2831/2)fHo ffH 2fH 3fH 283

31、fH 彩色副載波此處插入彩色副載波fH 2fH 3fH 82fH 83fH f(a) 色差信號(hào)的頻譜(b) 亮度信號(hào)的頻譜(c) 已調(diào)色信號(hào)的頻譜(d) 彩色全電視信號(hào)的頻譜 o 284fHfSC|A( f )|A( f )|A( f )|A( f )| 第3章 彩色電視的基本原理 4)頻譜間置色差信號(hào)雖經(jīng)頻帶壓縮，但它在頻域中與亮度信號(hào)仍是重疊的，若不加處理而直接混合傳送的話，接收端是無(wú)法將它們分開(kāi)的。解決該問(wèn)題的辦法之一是移頻，即通過(guò)調(diào)制的方法將色差信號(hào)的頻譜移到亮度信號(hào)的頻譜中間，實(shí)現(xiàn)色差信號(hào)的頻譜與亮度信號(hào)的頻譜交錯(cuò)。 亮度信號(hào)的頻譜顯示，其能量一般集中在低頻段附近。為了減少色度信號(hào)對(duì)

32、亮度信號(hào)的影響，可借助副載波頻率f SC把色度信號(hào)安插在亮度信號(hào)的頻譜的高頻段，并把fSC選擇在亮度信號(hào)主譜線的空隙中間，也就是fSC =(2n-1)fH/2，即半行頻的奇數(shù)倍。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-8（c）中的副載波頻率fSC正好是行頻fH的283.5倍。因此，正好通過(guò)幅度調(diào)制，將色差信號(hào)的頻譜搬到亮度頻譜間隔的中央(當(dāng)然，這并非唯一選擇，只要將已調(diào)的色差信號(hào)頻譜安插在亮度主譜線間隙中間即可)。這樣就實(shí)現(xiàn)了色差信號(hào)的頻譜與亮度信號(hào)的頻譜間置，就好像農(nóng)作物的間種法一樣，互相錯(cuò)開(kāi)地排列，使色度信號(hào)頻譜與亮度信號(hào)頻譜互不干擾，且在頻帶內(nèi)各占有一定的能量，這就是頻譜間置原理。圖3-8（

33、d）畫(huà)出了色度信號(hào)與亮度信號(hào)疊加形成的頻譜間置示意圖。采用頻譜間置的方法，既達(dá)到了兼容制的目的，也便于接收機(jī)根據(jù)其頻譜分量的不同，分別取出各自所需的信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 2.全射頻彩色電視信號(hào)的頻域示意圖彩色全電視信號(hào)( FBAS )是由黑白全電視信號(hào)(即含有同步、消隱信號(hào)在內(nèi)的亮度信號(hào))與色度信號(hào)疊加而成的。它仍采用殘留邊帶方式并與高頻伴音信號(hào)合在一起形成全射頻彩色電視信號(hào)，其頻域如圖3-9所示。由圖可見(jiàn)，彩色電視的頻帶寬度及頻道劃分與黑白電視是完全一樣的，僅在高頻端色差信號(hào)對(duì)副載波是雙邊帶平衡調(diào)幅，且色度信號(hào)與亮度信號(hào)頻譜交錯(cuò)，互不干擾。所以，黑白、彩色電視完全可以兼容。圖3

34、-9中，f P為圖像載頻，fSC為色度副載波頻率，fS為FM制伴音信號(hào)載頻，它仍比圖像載頻fP高6.5MHz。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-9 彩色電視全射頻彩色電視信號(hào) 亮度 |A( f )| 色度 (fPfSC) 2.6 fS 6.5 8.0 fP 伴音 f / MHz 第3章 彩色電視的基本原理 3.3.3 NTSC制編碼的基本原理 前面我們已介紹過(guò)的頻譜間置概念，僅是對(duì)一個(gè)色差信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的情況，而實(shí)際上有兩個(gè)色差信號(hào)，怎樣把兩個(gè)色差信號(hào)同時(shí)調(diào)制到一個(gè)彩色副載頻上，采用 NTSC正交平衡調(diào)幅制是一種簡(jiǎn)便且行之有效的方法。它是將兩個(gè)色差信號(hào)R-Y和B-Y分別調(diào)制在頻率相同、相位相差

35、90的兩個(gè)正交的色副載波上，再將兩個(gè)輸出加在一起送出；在接收機(jī)中，則根據(jù)相位的不同，從合成的副載波已調(diào)信號(hào)中可分別取出兩個(gè)色差信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 因此，這種調(diào)制既能在一個(gè)副載波上互不干擾地傳送兩個(gè)色差信號(hào)，而且便于解調(diào)分離，又不增加頻帶。因?yàn)樯刃盘?hào)是與亮度信號(hào)一起傳送的，色度副載波分量會(huì)對(duì)亮度信號(hào)產(chǎn)生干擾，所以這里采用平衡調(diào)幅可以抑制副載波，使色度調(diào)幅波對(duì)亮度信號(hào)干擾減至最小，以改善兼容性。 實(shí)際上，目前世界彩電廣播制式有 NTSC、PAL和SECAM三大類。它們都與原來(lái)的黑白電視相兼容，也是把圖像信號(hào)編碼成一個(gè)亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)B-Y、R-Y來(lái)傳送，其主要區(qū)別在于兩個(gè)

36、色差信號(hào)對(duì)色 副載波的調(diào)制方式不同。 第3章 彩色電視的基本原理 NTSC制最早是由美國(guó)采用的一種正交平衡調(diào)幅制。我國(guó)目前使用的PAL制就是在NTSC制的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)形成的一種制式。法國(guó)、東歐使用的SECAM也是針對(duì)NTSC制的不足而改進(jìn)形成的又一制式。下面，我們首先討論NTSC制的正交平衡調(diào)制原理。 NTSC制色差信號(hào)的正交平衡調(diào)幅制的方框圖如圖3-10(a)所示。它是由兩個(gè)平衡調(diào)幅器、副載波90移相器和線性相加器等部分組成的。由圖可知，兩個(gè)調(diào)制器分別輸出的信號(hào)是紅色度分量(R-Y) cos SCt與藍(lán)色度分量(B-Y)sinSCt,它們相互正交，相加后的信號(hào)稱做色度信號(hào)F。顯然，色度信號(hào)

37、是兩個(gè)已調(diào)色差信號(hào)即兩個(gè)色度分量的矢量和。圖3-10(b)畫(huà)出了色度信號(hào)F的矢量圖，圖中對(duì)角線的長(zhǎng)度代表色度信號(hào)F的幅值，而是F的相角，其矢量式為 第3章 彩色電視的基本原理 YB YR YBYRF FYBYRF arctan )()( )()( 22 由上式可知，彩色圖像的色度信息全部包含在色度信號(hào)的振幅與相角之中，因?yàn)檎穹鵉取決于色度信號(hào)的幅值，因此，它決定了所傳送彩色的飽和度，而相角取決于色差信號(hào)的相對(duì)比值，因而它決定了彩色的色調(diào)，這就是說(shuō)，色度信號(hào)既是一個(gè)調(diào)幅波，又是一個(gè)調(diào)相波，色飽和度是利用已調(diào)副載波的幅值來(lái)傳送的。下面討論平衡調(diào) 幅的特性。 第3章 彩色電視的基本原理 圖-10正交

38、平衡調(diào)制原理 (a)正交平衡振幅調(diào)制方框圖；(b)色度信號(hào)F的矢量圖190 1 (RY)cosSCtcosSCt藍(lán)色度分量(BY)sinSCt F色度信號(hào)紅色差信號(hào)RY基準(zhǔn)副載波sinSCt藍(lán)色差信號(hào)BY RY Fo BY SC(a) (b) 第3章 彩色電視的基本原理 對(duì)于如圖3-11(a)所示單頻正弦波 sin t的平衡調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，可用以下三角函數(shù)表示: sintcos0 t sin (0 +)t+ sin (0 -)t式中，cos0 t為載頻，其波形如圖3-11(c)所示?？梢?jiàn)，單頻正弦波的平衡調(diào)幅頻譜不含載頻0 ，只有0 的兩條邊線譜，如圖3-11(d)所示。21 21 第3章 彩色

39、電視的基本原理 圖-11 正弦波和矩形波對(duì)載波進(jìn)行平衡調(diào)幅后的波形和頻譜 u(t) o t u(t) o t (a) 調(diào)制波形為 正弦波波形 (b) 調(diào)制波為 矩形波波形 u(t) o(c) 載波波形 (d) 正弦波調(diào)制載波 的波形和頻譜 u(t) o u(t) o (e) 矩形波調(diào)制載波 的波形和頻譜 t t t 0 0 0 03 0 0 0 03 第3章 彩色電視的基本原理 對(duì)于矩形波的平衡調(diào)幅信號(hào)而言，由于矩形波可分解為頻率為，3，5，各次諧波，因此，可用矩形波的各諧波分別去調(diào)制載波，得到頻譜為0，0 3，0 5，等上、下邊頻帶，如圖3-11(b)、(e)所示。從波形圖3-11上看，平衡

40、調(diào)幅波的特點(diǎn)為： （1）平衡調(diào)幅波的振幅與載波信號(hào)振幅無(wú)關(guān)，而與調(diào)制信號(hào)振幅成正比，當(dāng)調(diào)制信號(hào)為零時(shí)，平衡調(diào)幅波的幅度也為零。 （2）因調(diào)制器實(shí)際是一個(gè)乘法器，因而當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓為正值時(shí)，平衡調(diào)幅波與載波同相；而當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓為負(fù)值時(shí)，平衡調(diào)幅波與載波反相。當(dāng)調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)(以周 期調(diào)制信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn))時(shí)，平衡調(diào)幅波相位變化180 第3章 彩色電視的基本原理 而普通調(diào)幅波的特點(diǎn)為：(1)其振幅由載波信號(hào)振幅和調(diào)制信號(hào)振幅共同決定，當(dāng)調(diào)制信號(hào)振幅為零時(shí)，普通調(diào)幅波的振幅等于載波振幅。 （2）從頻率上看，普通調(diào)幅波與載波周期相同。 （3）調(diào)幅波的包絡(luò)隨調(diào)制信號(hào)而變化，其包絡(luò)代表原調(diào)制信號(hào)。 第3章

41、彩色電視的基本原理 3.3.4 PAL制編碼的基本原理1.逐行倒相 PAL制基本上采用了NTSC制的各項(xiàng)技術(shù)措施，并增加了一些技術(shù)措施來(lái)克服NTSC制中對(duì)相位失真較敏感的缺點(diǎn)。它采用色差信號(hào)R-Y和B-Y來(lái)組成色度信號(hào)。這兩個(gè)色差信號(hào)均只占用01.3MHz，且幅度按百分比進(jìn)行了一定的壓縮（具體原因后詳），從而形成U信號(hào)和V信號(hào)，即 U=0.493(B-Y) (3-13) V=0.877(R-Y) (3-14) 第3章 彩色電視的基本原理 用壓縮后的U、V信號(hào)去調(diào)制副載波，這樣色度信號(hào)為 F=UsinSCtVcosSCt=FUFV (3-15)在PAL制中，發(fā)送端將已調(diào)紅色差信號(hào)FV=VcosS

42、Ct逐行倒相。例如，傳送前一行時(shí)為VcosSCt(稱為NTSC行)，而傳送下一行則變?yōu)? VcosSCt(稱為PAL行)。當(dāng)掃描順序?yàn)榈趎行時(shí)，F(xiàn)V =VcosSCt，當(dāng)掃描順序?yàn)閚+1行時(shí)，F(xiàn) V =Vcos (SC+180)，即當(dāng)?shù)趎行FV相位為90，則第n1行為270(或-90)，第n2行的相位又回到90,如此反復(fù)進(jìn)行。而矢量FU的相位是不隨掃描行序改變的，始終為FU=UsinSCt。因此，相加后色度信號(hào)F的相位也是逐行改變的，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 第3章 彩色電視的基本原理 UVtt VUF ttF tVttU tVtUF k sc scksc scscarctan)()( )(sin co

43、s)(sin cossin 22 (t)= k (t) arctan (3-17) k (t)稱為開(kāi)關(guān)函數(shù)，為半行頻方波，幅值為1，反映了逐行倒相的變化。顯然，對(duì)于任一色度信號(hào)，F(xiàn)n與Fn1矢量以水平軸U鏡像對(duì)稱。其矢量圖和k (t)波形圖如圖3-12所示。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-12逐行倒相矢量圖與開(kāi)關(guān)函數(shù)波形圖 (a)逐行倒相矢量圖；(b)開(kāi)關(guān)函數(shù)波形圖VnVn1 FnUnUn1Fn1 k(t)101 TH 2TH t(a) (b) 第3章 彩色電視的基本原理 2.PAL制編碼調(diào)制原理 PAL制編碼器采用逐行倒相正交平衡調(diào)幅，與NTSC制編碼器相比，只是多了一個(gè)PAL開(kāi)關(guān)，其開(kāi)

44、關(guān)電壓由k (t)來(lái)控制，其調(diào)制原理方框圖如圖3-13所示，其主要工作過(guò)程如下：(1)將R、G、B三個(gè)基色信號(hào)通過(guò)矩陣電路合成亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)U、V；(2)將U和V信號(hào)通過(guò)低通濾波器，只保留1.3MHz以下的低頻信號(hào)；(3)把帶寬限制后的U、V信號(hào)分別在平衡調(diào)制器對(duì)零相位的副載波和90相位的副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，分別輸出 FU和FV色度分量； 第3章 彩色電視的基本原理 (4)由于色差信號(hào)通過(guò)低通濾波器后，會(huì)引起一定的附加延時(shí)。因此，為了使亮度信號(hào)和色度信號(hào)在時(shí)間上一致，還預(yù)先將亮度信號(hào)加以延時(shí)，其延時(shí)量約為0.6s； (5)將FU、FV兩個(gè)色度分量與亮度信號(hào)Y在加法器疊加，最后輸出彩色全電

45、視信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-13 PAL制編碼調(diào)制原理框圖 1.3 MHz 低 通 延時(shí) 1.3 MHz 低 通 矩 陣 U 平衡調(diào)制 器 V 平衡 調(diào)制器 180 90 副載波形 成 sinSCt cosSCt FUUsinSCt FY 圖像信號(hào) FVVcosSCt k(t) cosSCt U Y V B G R S 1 2 第3章 彩色電視的基本原理 3.PAL制頻譜間置原理在PAL制中，由于V信號(hào)逐行倒相，使其頻譜分布發(fā)生了變化，與不倒相的U信號(hào)相比有了差別，使U信號(hào)的頻譜與V信號(hào)的頻譜相互錯(cuò)開(kāi)fH/2。如果仍像NTSC制一樣，副載頻仍選擇為半行頻的奇數(shù)倍，雖能使Y信號(hào)與

46、U信號(hào)頻譜相互錯(cuò)開(kāi)fH/2，但卻使得Y信號(hào)和V信號(hào)的頻譜相互重合，導(dǎo)致兼容性差，如圖3-14(a)所示。為了直觀,將V與Y重疊處用虛線表示。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-14 PAL制行頻間置的頻譜 (a)半行頻間置的頻譜；(b)1/4行頻間置的頻譜281 fH 282 fH 283 fHYV U YV U YV U 284 fHYV U 285 fHYV UfS283.5 fH fU Y V U Y V282 fH 283 fHfH/4 fH/4 fH/2 U Y VfH/4fS 284 fH 285 fHU Y V f(a) (b)(b) 第3章 彩色電視的基本原理 為了使Y信號(hào)、U

47、信號(hào)和V信號(hào)的頻譜彼此都能錯(cuò)開(kāi)，而且相互干擾最小，最好的辦法是將Y信號(hào)譜線插到U信號(hào)和V信號(hào)譜線的中間位置，如圖3-14(b)所示。為此，PAL制采用1/4行頻間置，其副載波頻率為實(shí)際上，為了減小副載波對(duì)亮度信號(hào)的干擾，改善兼容性，PAL制副載頻還附加了25Hz，稱為半場(chǎng)頻間置，即選擇f SC=283.75fH25Hz=4.43361875 MHz HHSC ffnf )41284()41( 第3章 彩色電視的基本原理 這是由于在采用了1/4行頻間置后，PAL制比NTSC制半行頻間置的副載波干擾嚴(yán)重，為此，PAL制對(duì)副載波又提出了場(chǎng)間交錯(cuò)的方法以減小副載波干擾的方法。所謂場(chǎng)間交錯(cuò)，就是讓副載波

48、逐場(chǎng)倒相，使相鄰兩場(chǎng)的干擾方向相反，從而使相鄰兩場(chǎng)干擾互相抵消。但這種方法要求接收機(jī)增加副載波倒相電路，從而造成接收機(jī)電路更復(fù)雜，因此，一般不采用副載波逐場(chǎng)倒相方式。目前均采用增加25Hz偏置的簡(jiǎn)單方法來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)間交錯(cuò)的效果，即讓副載頻增加25Hz，以便自動(dòng)實(shí)現(xiàn)副載波的逐場(chǎng)倒相。由此可見(jiàn)，PAL制對(duì)副載波頻率的精度要求是非常高的，允許誤差一般僅為15Hz。 第3章 彩色電視的基本原理 4. PAL制梳狀濾波器解碼原理電視接收機(jī)在收到彩色電視信號(hào)并將色度信號(hào)F取出后，還應(yīng)通過(guò)PAL制梳狀濾波器來(lái)進(jìn)行解碼，將紅、藍(lán)兩色度分量FU 、FV從色度信號(hào)F中分離出來(lái)。在PAL解碼器中，常采用超聲波延時(shí)線作梳

49、狀濾波器，其原理方框圖如圖3-15所示。由于利用超聲玻璃延時(shí)線來(lái)實(shí)現(xiàn)紅、藍(lán)兩色度分量F U、FV的分離，因此稱做延時(shí)解調(diào)器。又由于延時(shí)解調(diào)器的幅頻特性是梳狀的，故又稱做梳狀濾波器，其解調(diào)分離原理如下： 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-15 梳狀濾波器的原理框圖 延遲一行 并反相 2FU VF2(n行) (n1行) (n1行) F 第3章 彩色電視的基本原理 設(shè)第n-1行色度信號(hào)為Fn-1=UsinSCt-VcosSCt由于V信號(hào)逐行倒相，因此第n行色度信號(hào)為Fn=UsinSCtVcosSCt第n+1行色度信號(hào)為Fn1=UsinSCt-VcosSCt這樣，當(dāng)F n-1信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)器延時(shí)一行(約

50、延時(shí)64s)并反相后，就正好和Fn同時(shí)到加法器和減法器中，經(jīng)相加或相減后可得:Fn(-Fn-1)=2VcosSCt=2FVFn-(-Fn-)=2UsinSCt=2FU 第3章 彩色電視的基本原理 同理，F(xiàn)n信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)器延時(shí)一行再反相后，也正好和Fn1同時(shí)到加法器和減法器中，經(jīng)相加或相減后可得: Fn1(-Fn)=-2VcosSCt=-2FVFn1-(-Fn)=2UsinSCt=2FU可見(jiàn)，從加法器輸出的總是逐行倒相的FV色度分量,從減法器輸出的則為F U色度分量，從而完成了色度信號(hào)F(t)中兩個(gè)分量FU 、 FV的分離。 第3章 彩色電視的基本原理 5.超聲玻璃延時(shí)線梳狀濾波器中，超聲玻璃延

51、時(shí)線的作用是將色度信號(hào)進(jìn)行一行(64s)的延時(shí)并反相后，正好和下一行的色度信號(hào)同時(shí)到達(dá)加法器或減法器。這樣大的延時(shí)時(shí)間，若用電磁波延時(shí)線，因電磁波速度接近光速(3108m/s)而使延時(shí)線體積變得很大。超聲玻璃延時(shí)線是在玻璃棒兩端裝有壓電傳感換能器，它把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)超聲波，它傳播到輸出端的換能器，又轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，因超聲波在玻璃中的傳播速度為2.710 3m/s，比電磁波慢得多，所以可以做得體積小而延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)。 第3章 彩色電視的基本原理 超聲玻璃延時(shí)線（簡(jiǎn)稱超聲延時(shí)線）的結(jié)構(gòu)如圖3-16所示，它是由一塊長(zhǎng)約40mm，寬30mm，厚0.8mm的玻璃片，換能器由壓電陶瓷材料做成，可以實(shí)現(xiàn)電能

52、與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，換能器與玻璃間由極薄的粘貼層連接。其工作原理是利用玻璃內(nèi)壁上超聲波的五次或七次反射傳播而實(shí)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間的，誤差不大于3ns，通常其具體參數(shù)如下：延時(shí)時(shí)間：63.943 s3ns； 工作頻率：4.43MHz1MHz；插入損耗：-8dB3dB；工作溫度：-1050；輸入輸出阻抗：390； 最大輸入電壓：6V。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-16五次反射片狀超聲延時(shí)線的結(jié)構(gòu)與符號(hào) (a)結(jié)構(gòu)；(b)符號(hào)64 s/180輸入端換能器電極 輸入 輸出 輸出端換能器 輸入 輸出(a) (b)電極 第3章 彩色電視的基本原理 3.4 PAL制彩色全電視信號(hào)3.4.1 彩色圖像信號(hào)分析1

53、.三基色信號(hào)波形分析構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)彩條測(cè)試信號(hào)的R、G、B三基色信號(hào)波形，分別如圖3-17(b)、(c)、(d)所示。它們是由脈沖電路產(chǎn)生的三組不同脈寬、相同幅度的矩形脈沖波。將這三種矩形脈沖波信號(hào)加至彩色顯像管，分別控制彩色顯像管的三根電子束，并相應(yīng)射到紅、綠、藍(lán)色熒光粉上，利用人眼的空間混色作用，在屏幕上依次顯示白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑八種豎條，即如圖3-17(a)所示的彩條圖形。如果是黑白電視接 收機(jī)，則只能收看到八種灰度等級(jí)不同的豎條。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-17 三基色信號(hào)波形及其對(duì)應(yīng)的彩條圖形 白 黃 青 綠 紫 紅 藍(lán) 黑 綜合顯示彩條 (a) R 1 0 t 1 t

54、 (b) G 1 0 t 1 t (c) B 1 0 t 1 t (d) 綠 黑 藍(lán) 黑 藍(lán) 黑 藍(lán) 黑 藍(lán) 黑 紅 黑紅 黑 分別顯示色彩 第3章 彩色電視的基本原理 由圖可知：顯示的中性白色，是由于R=G=B=1，即等量的紅、綠、藍(lán)光同時(shí)出現(xiàn)混合為白光；R=G=1，而B(niǎo)=0，即等量的紅、綠光混合為黃色光，所以顯示黃條；對(duì)于顯示的綠色，是R=0，G=1，B=0，顯像管G電子槍的電子束打在顯示屏的綠色熒光粉上，使屏幕發(fā)出綠光，此時(shí)，紅、藍(lán)兩電子束截止而不發(fā)光。同理，可依次推出其它顯示的彩條圖形。由于把三基色信號(hào)與白條對(duì)應(yīng)的電平定為1，與黑條對(duì)應(yīng)的電平定為0，所以，它們是正極性的基色信號(hào)。 第3

55、章 彩色電視的基本原理 上述的彩條信號(hào)是用電的方法產(chǎn)生、模擬和代替彩色攝像機(jī)的光色轉(zhuǎn)換信號(hào)的，利用該彩條信號(hào)可以對(duì)整個(gè)電視系統(tǒng)的工作作出定量的分析，特別是對(duì)電視接收機(jī)的性能指標(biāo)作出準(zhǔn)確的鑒定。所以，它是彩色電視中經(jīng)常使用的一種測(cè)試信號(hào)，以便于彩色電視系統(tǒng)的調(diào)整和測(cè)試。圖3-17中，與白條對(duì)應(yīng)的各基色信號(hào)的電平為1，是基色的最大值；與黑色對(duì)應(yīng)的各基色信號(hào)的電平為0，是基色的最小值。因此，三基色信號(hào)的電平非0即1，由它們配出來(lái)的彩條，沒(méi)有摻白，幅度最大，所以稱之為100 %飽和度和100%幅度的標(biāo)準(zhǔn)彩條，可用四個(gè)數(shù)碼表示 為100/0/100/0彩條信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 100/0/

56、100/0的具體含義為：第一個(gè)“100”表示構(gòu)成白色的各基色的最大值為100%相對(duì)電平值；第一個(gè)“0”表示構(gòu)成黑色的各基色的最小值為0%相對(duì)電平值；第二個(gè)“100”表示構(gòu)成彩色的各基色的最大值為100%相對(duì)電平值；第二個(gè)“0”表示構(gòu)成彩色的各基色的最小值為0%相對(duì)電平值。由于這種彩條信號(hào)波形簡(jiǎn)單，便于使用，因此被廣泛用于彩色電視設(shè)備的生產(chǎn)和科研中。在后面研究色差、色度信號(hào)時(shí)，我們就以這種規(guī)格的彩條信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 2.標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的亮度、色差與色度信號(hào)波形由于電視臺(tái)送出的彩色信號(hào)是兩個(gè)色差信號(hào)和一個(gè)亮度信號(hào)，所以可根據(jù)以上100/0/100/0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的規(guī)定，

57、利用亮度方程算出各種色調(diào)彩條信號(hào)的Y、R-Y、B-Y和色度信號(hào)F的電平值。例如：在彩條中，黃色彩條對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)R=G=1，B=0，算得: Y=0.3010.5910.110=0.89R-Y=0.11B-Y=-0.89 90.089.011.0)()( 2222 YBYRF 第3章 彩色電視的基本原理 同理，可算出彩條中其余各色調(diào)的亮度、色差與色度電平值。我們將計(jì)算結(jié)果列入表3-1中。 第3章 彩色電視的基本原理 表3-1 100/0/100/0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào) 第3章 彩色電視的基本原理 根據(jù)表3-1可畫(huà)出相應(yīng)的亮度與色差信號(hào)波形圖，如圖3-18所示。由圖可見(jiàn)，彩條信號(hào)的亮度級(jí)別是遞減的，但非等級(jí)差

58、，它是一個(gè)含有直流分量的正極性亮度信號(hào)，而色差信號(hào)卻是交流信號(hào)。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-18 亮度與色差信號(hào)波形0.700.59 白 黃 青 綠 紫 紅 藍(lán) 黑 1 0 1 0 uR uG 1 0 t tuB 1 0 1 0 1 0 1 0 tu Y 1 0.89 0.700.59 0.410.30 0.11 0 tu RY 0 0.11 0 0.30 0.59 0.89 t t t uBY uGY 0 0.110.30 0.41 0.410.300.11 0 0.59 0.30 0.590.89 0 0 0 0 0 0 0 0 0.11 0.70 第3章 彩色電視的基本原理 3.

59、彩條圖形的復(fù)合圖像信號(hào)波形復(fù)合圖像信號(hào)包括亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)F。從頻域來(lái)看，亮度信號(hào)與色度信號(hào)頻譜交錯(cuò)；從時(shí)域來(lái)看，色度信號(hào)疊加在亮度信號(hào)電平上。圖3-19畫(huà)出了上述彩條圖形的色度信號(hào)與亮度信號(hào)疊加后的復(fù)合圖像信號(hào)波形。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-19 彩條圖形的復(fù)合圖像信號(hào)波形白 黃 青 綠 紫 紅 藍(lán) 黑uY0 tttF0uYF1.791.33100.330.430.79 1 0.89 0.7 0.590.410.300.11 00.90.760.830.830.760.9 第3章 彩色電視的基本原理 4.色度信號(hào)的壓縮從圖3-19可知，彩條圖形的復(fù)合圖像信號(hào)中的黃條和藍(lán)條的最大

60、值分別超過(guò)白黑電平79 %。顯然，這樣的彩條信號(hào)不僅會(huì)使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生過(guò)調(diào)制失真，而且還將影響接收機(jī)的同步。因此，必須對(duì)色度信號(hào)的幅度進(jìn)行壓縮。傳送黃條時(shí)： 33.1)89.0()11.089.0)()()( 33.1)89.0()11.089.0)()()( 2222 2222 baubuau baubuau YBYRY YBYRY（黃黃黃黃傳送青條時(shí)： 第3章 彩色電視的基本原理 將上面兩式聯(lián)立求解，得a=0.877，b=0.493。通常，壓縮后的藍(lán)、紅色差信號(hào)分別用U、V表示為 U=0.493(B-Y)V=0.877(R-Y)5.彩條圖形的色度信號(hào)波形及其矢量圖 1)彩條色度信號(hào)的矢量圖彩條

61、色度信號(hào)的矢量圖，就是將代表各彩條的色度信號(hào)的振幅和相位，用矢量形式表示在矢量坐標(biāo)中所得到的矢量圖，由式(3-10)可得： 第3章 彩色電視的基本原理 例如，壓縮后的100/0/100/0彩條信號(hào)中的紫色，據(jù)表3-1，其R-Y=0.59，B-Y=0.59，則有：YB YR YBYRF arctan )()( 22 )(61arctan 59.0 291.0)(493.0 519.0)(877.0 22行為負(fù)數(shù)紫紫PALUVUVF YBU YRV 第3章 彩色電視的基本原理 同樣，我們也可將其它的色度信號(hào)的幅度與相位計(jì)算出來(lái)，并列入表3-2中。根據(jù)此表可畫(huà)出色度信號(hào)的矢量圖，如圖3-20所示。

62、第3章 彩色電視的基本原理 表3-2 已壓縮的100/0/100/0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào) 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-20 壓縮后的色度信號(hào)矢量圖V90 F 品紅0.5961F紅0.63103黃0.44167 0U藍(lán)F0.44347F 青 0.63283F綠0.592410 第3章 彩色電視的基本原理 由壓縮后的色度信號(hào)矢量圖可知：(1)不同色調(diào)的矢量處在平面的不同位置上，正如時(shí)鐘用不同的方位代表不同的時(shí)刻一樣，用其不同的方位來(lái)表示不同的色調(diào)，因而常稱色度信號(hào)矢量圖為“彩色鐘”。(2)互補(bǔ)的兩個(gè)顏色矢量長(zhǎng)度是相同的，即此兩個(gè)色度信號(hào)矢量之和為零。(3)色調(diào)相同而飽和度不同的顏色，其色度信號(hào)的初相

63、不變，僅矢量的大小改變。(4)矢量圖中，任意兩個(gè)矢量相加可得第三個(gè)矢量，合成矢量表示該兩種彩色混合后的色調(diào)。如綠加藍(lán)，可得青色(見(jiàn)圖3-20中虛線合成的矢量)，這樣比用公式計(jì)算要方便得多。 第3章 彩色電視的基本原理 2)色度信號(hào)波形的特點(diǎn)根據(jù)表3-2，還可畫(huà)出已壓縮的100/0/100/0彩條色度信號(hào)波形圖，如圖3-21所示。由圖3-21可以看出，色度信號(hào)波形有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1)壓縮后的V、U色差信號(hào)經(jīng)副載波正交平衡調(diào)幅后，所得的FV與FU仍然是相互正交的，即使FV分量要逐行倒相，仍與F U保持正交關(guān)系。(2)色差信號(hào)對(duì)彩色副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅。因此，具有平衡調(diào)幅波的特點(diǎn)。(3)色度信號(hào)波

64、形包絡(luò)正比于兩個(gè)色度分量合成矢量的模值。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-21 已壓縮的100/0/100/0彩條色度信號(hào)波形圖167 283 241 61 103 347 0 VU FFF 00 1800.439 0.1480 0.291180 0.2910 1800.148 00.439 0 tUFU SCsinsinSCt白 黃 青 綠 紫 紅 藍(lán) 黑0 0.0970 0.615 0.519 0.519 0.615 0.097 0 VU00.148 0.4390.2910.148 0.2910.439 cosSCt tVFV SCcos0 0.09790 0.615 0.519270

65、270 90 90 2700.0970.6150.519 0.450.630.590.590.630.45 0 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-22畫(huà)出了上述彩條圖形已壓縮的色度信號(hào)與亮度信號(hào)疊加后的復(fù)合圖像信號(hào)波形。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-22 已壓縮的彩條復(fù)合圖像信號(hào)波形0.000.070.45 0.63 0.59 0.59 0.63 0.45白 黃 青 綠 紫 紅 藍(lán) 黑0.215 色度信號(hào)(已壓縮)1.00 0.89 0.70 0.59 0.41 0.30 0.11 亮度信號(hào)0.430.215 1.00 1.33 1.33 1.18 1.00 0.93 0.560.430

66、.215 0.44 0.180.33 0.33 復(fù)合圖像信號(hào) 第3章 彩色電視的基本原理 3.4.2 色同步信號(hào)分析在PAL制中，還將利用色同步信號(hào)傳送逐行倒相的識(shí)別信息，用來(lái)保證收、發(fā)兩端的逐行倒相步調(diào)、次序一致。 色同步信號(hào)是放在每行逆程期中，即行消隱后肩的消隱電平上傳送911個(gè)周期的基準(zhǔn)副載波，如圖3-23所示。 第3章 彩色電視的基本原理 圖3-23 色同步信號(hào)位置 12 s 行消隱 5.6 s 4.7 s 行同步 1.3 s 0.3 V9 mV 0.3 V9 mV 911個(gè)副載波周期 2.25 s0.23 s 第3章 彩色電視的基本原理 NTSC制色同步信號(hào)的表達(dá)式為 e(t)=k(t) sin (SCt+135) PAL制色同步信號(hào)的表達(dá)式為 e(t)=k(t) sin (SCt +18045 )式中,k(t)為K脈沖，其重復(fù)頻率為行頻，寬度為10個(gè)副載波周期，位于行同步脈沖后肩。 PAL制的色同步信號(hào)是一串基準(zhǔn)副載波群的初相跳變，如圖3-24(a)所示，未倒相行(即 NTSC行)為135，倒相行(即PAL行)為-135(或225)。 第3章 彩色電視的基本原理 這樣，PA