電視原理第3章彩色電視信號的傳輸.ppt

第三章彩色電視信號的傳輸,3.1兼容制傳送方式3.2正交平衡調幅3.3色度信號及NTSC制編、解碼過程3.4PAL制及其編、解碼過程3.5SECAM制及其編、解碼過程,1,3.1兼容制傳送方式,3.1.1兼容的必備條件要實現彩色與黑白電視兼容，彩色電視應滿足以下基本條件:(1)所傳送的電視信號中應有亮度信號和色度信號兩部分。(2)彩色電視信號通道的頻率特性應與黑白電視通道頻率特性基本一致，而且應該有相同的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。,2,第三章彩色電視信號的傳輸,(3)彩色電視與黑白電視應有相同的掃描方式及掃描頻率，相同的輔助信號及參數。(4)應盡可能地減小黑白電視機收看彩色節(jié)目時的彩色干擾，以及彩色電視中色度信號對亮度信號的干擾。,3,第三章彩色電視信號的傳輸,3.1.2頻帶壓縮實驗測定表明，如果離開電視機屏幕一定距離處，能辨別出白色襯底上直徑為1mm的黑色細節(jié)，那么在同樣條件下，紅色時底上的綠色細節(jié)部分曲直徑約為2.5mm時才能開始加以辨別，在藍色襯底上的綠色細節(jié)部分直徑為5mm時才能開始加以區(qū)別。如果傳送的彩色細節(jié)尺寸小于上述情況，那么人眼看到的各個細節(jié)部分只能是在亮度方面存在著差別，而無顏色部分的差異、均表現為灰色。,4,第三章彩色電視信號的傳輸,根據上述分析，在彩色圖像傳送中，只有大面積部分需要在傳送其亮度信息的同時還必須傳送其色度成分，而顏色的細節(jié)部分，可以用亮度信號來取代。換言之，把三個基色中的圖像信號的高頻分量(對應著圖像彩色細節(jié))，可以用一個只代表亮度的信號來傳送。這種方法又常稱為“混合高頻原理”,5,第三章彩色電視信號的傳輸,人眼對彩色細節(jié)的分辨力比較差，在傳送彩色圖像時只要傳送一幅粗線條大面積的彩色圖像配上亮度細節(jié)就可以了，沒有必要傳送彩色細節(jié)，這稱為大面積著色原理。我國電視標準規(guī)定，亮度信號帶寬為06MHz，色度信號帶寬為01.3MHz。,6,第三章彩色電視信號的傳輸,由于每個基色信息中都含有亮度信息，如果直接傳送基色信號，已傳送的亮度信號Y(為各基色亮度總和)與所選出的兩個基色所包含的亮度參量就重復了，因而使得基色與亮度之間的相互干擾也會十分嚴重（帶寬不同）。所以通常選擇不反映亮度信息的信號傳送色度信息，例如基色信號與亮度信號相減所得到的色差信號(R-Y)、(G-Y)和(B-Y)，可從中選取兩個代表色度的信息。因此，在彩色電視系統中，為傳送彩色圖像，選用了一個亮度信號和兩個色差信號。,7,第三章彩色電視信號的傳輸,R=(R-Y)01.3+Y06=R01.3+Y1.36G=(G-Y)01.3+Y06=G01.3+Y1.36B=(B-Y)01.3+Y06=B01.3+Y1.36,最后重現彩色的三個基色信號在01.3MHz頻率范圍內含有彩色分量，在1.36MHz頻率范圍內只有亮度信號分量。,8,第三章彩色電視信號的傳輸,當色差信號的帶寬為01.3MHz，亮度信號的帶寬為06MHz時，恢復的三個基色信號為:,3.1.3頻譜交錯彩色電視和黑白電視采用相同的帶寬，用三基色信號形成亮度信號和兩個色差信號后，都放在06MHz的頻帶內用一個通道傳送。在06MHz頻帶內，先選擇一個頻率稱為彩色副載波，用兩個色差信號對彩色副載波進行調制，調制后的信號稱為色度信號。將得到的色度信號與亮度信號、同步信號疊加為彩色全電視信號，再去調制圖像載波，稱為二次調制。二次調制后的射頻信號經功率放大后發(fā)射出去。,9,第三章彩色電視信號的傳輸,彩色副載波放在6MHz頻帶的高端以減少彩色干擾和亮度竄色.因為干擾花紋的顯眼程度與干擾信號的頻率有關，如果色度信號放在低端，干擾顯示為粗線條的花紋，十分顯眼，而色度信號放在高端，干擾花紋極其細密，不易被人察覺。亮度信號在高頻端幅度很小，色度信號放在高端可以減少亮度信號對色度信號的干擾。,10,第三章彩色電視信號的傳輸,因為相鄰行圖像信號相關性很強和采用周期性掃描，所以黑白電視信號(亮度信號)的頻譜結構是線狀離散譜。亮度信號雖然占據了06MHz的頻帶寬度，但并未占滿整個6MHz的帶寬。亮度信號的能量只集中在行頻fH及其諧波nfH附近很窄的范圍內，隨諧波次數的升高，能量逐漸下降。在(n-1/2)fH附近沒有亮度信號能量，留有較大的空隙，如圖3-1（a）所示。,11,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-1亮度信號頻譜圖(a)以行頻為間隔的譜線群；(b)每一譜線群結構,12,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-1（b）是將nfH附近的一族譜線放大，可以看出在行頻主譜線兩側有以幀頻、場頻為間隔的副譜線。當圖像活動加快時，各副譜線之間的空隙被填滿，但在(n-1/2)fH附近仍有較大的空隙，慢變化的圖像頻譜空隙達93%，較快變化的圖像頻譜空隙仍有46%，所以可以將色度信號的頻譜插在亮度信號的頻譜空隙中間，用一個6MHz帶寬的通道同時傳送亮度信號和色度信號，這種方法稱為頻譜交錯或頻譜間置。,13,第三章彩色電視信號的傳輸,色差信號有與亮度信號相同的頻譜結構，壓縮后占據較窄的頻帶，如圖3-2（a）所示。其表現也是以行頻為間隔的譜線群結構。根據副載波平衡調幅形成的色度信號也發(fā)生了頻譜遷移，各譜線群出現在fSCnfH處，如圖3-2（b）所示。只要選用副載頻為半行頻的奇數倍，即fSC=(n-1/2)fH，就能將色度信號正好插在亮度信號頻譜的空隙間，如圖3-2（c）所示。,14,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-2頻譜交錯(a)色差信號頻譜；(b)色度信號頻譜；(c)頻譜交錯,15,第三章彩色電視信號的傳輸,頻譜間置圖,3.2.1信號選取要做到兼容，必須對光電傳感器輸出的R、G、B三個基色信號進行處理。首先用一個編碼矩陣電路根據Y=0.30R+0.59G+0.11B的亮度公式編出一個亮度信號和R-Y、B-Y兩個色差信號。色差信號是基色信號R、G、B與亮度信號Y之差：,3.2亮度信號與色差信號,16,第三章彩色電視信號的傳輸,亮度、色差與R、G、B的關系由亮度方程知Y=0.3R+0.59G+0.11B(3-1)那么,R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G-0.11B(3-2a)B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R-0.59G+0.89B(3-2b)G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B(3-2c),17,第三章彩色電視信號的傳輸,在已知(R-Y)和(B-Y)的情況下，可以容易地按照下述步驟求得(G-Y)。由Y=0.3Y+0.59Y+0.11Y(3-3)Y=0.3R+0.59G+0.11B(3-4)用式(3-4)減去式(3-3),0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0(3-5)則,18,第三章彩色電視信號的傳輸,接收端由矩陣電路把收到的(R-Y)和(B-Y),按式(35)恢復出(G-Y),然后再以矩陣電路使之分別與Y信號相加,從而恢復出三基色。即(R-Y)+Y=R(36a)(B-Y)+Y=B(36b)(G-Y)+Y=G(36c)在傳送黑白電視信號時，因色度信號為零，R、G、B應相等。設R=G=B=Ex,則利用亮度方程可求得:,19,第三章彩色電視信號的傳輸,Y=0.3Ex+0.59Ex+0.11Ex=Ex(37a)R-Y=Ex-Ex=0(37b)B-Y=Ex-Ex=0(37c)這就說明，對于黑白電視信號，反映色調與飽和度(即色度)的色差信號為零，且亮度Y的電壓值與三個基色電壓值相等,即Y=R=G=B,20,第三章彩色電視信號的傳輸,比如傳送飽和黃色，則可知R=G=1，B=0，其亮度信號和色差信號分別為Y=0.31+0.591+0.110=0.89R-Y=1-0.89=0.11B-Y=0-0.89=-0.89可見此時(R-Y)和(B-Y)不再為零。,21,第三章彩色電視信號的傳輸,用色差信號傳送色度信號具有以下優(yōu)點：(1)可減少色度信號對亮度信號的干擾，當傳送黑白圖像時，R=G=B,兩個色差信號R-Y和B-Y均為零，不會對亮度信號產生干擾。(2)能夠實現亮度恒定原理，即重現圖像的亮度只由傳送亮度信息的亮度信號決定。(3)可節(jié)省色度信號的發(fā)射功率。在彩色圖像中大部分像素接近于白色或灰色，它們的色差信號為零，小部分彩色像素才有色差信號，因此發(fā)射色差信號比發(fā)射R、G、B信號需要的發(fā)射功率小。,22,第三章彩色電視信號的傳輸,3.2.2標準彩條亮度與色差信號的波形與特點標準彩條信號是由彩條信號發(fā)生器產生的一種測試信號。對彩色電視系統的傳輸特性進行測試和調整。標準彩條信號有多種規(guī)范，圖32給出的波形稱為“100%幅度、100%飽和度”彩條信號。對于這種規(guī)范，白條對應的電平為1(即100%)，黑條對應的電平為0，三基色信號的電平非1即0，由其顯示的彩色均為飽和色。,23,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-2100%幅度,100%飽和度彩條信號(a)彩條圖像;(b)三基色電壓;(c)亮度信號;(d)色差信號,24,表31100%幅度、100%飽和度彩條三基色、亮度、色差電平值,25,由式(3-1)和式(3-2)可求得100%幅度，100%飽和度彩條信號中各條相應的亮度信號和色差信號電平，其值列入表3-1。,第三章彩色電視信號的傳輸,表3-275%幅度、100%飽和度標準彩條三基色、亮度、色差電平值,26,第三章彩色電視信號的傳輸,練習題,測驗：1、全電視信號包含哪幾部分？2、行、場同步脈沖寬度各為多少？3、行、場消隱脈沖寬度各位多少？4、黑白彩色兼容必須滿足哪些基本要求？,3.3色度信號及NTSC信號編、解碼過程,根據前面分析，必須將色差信號調制到副載波才能實現頻譜交錯，但是如何進行調制，可選擇的方法不同就產生了不同的彩色電視制式。3.3.1色度信號的形成在NTSC制中，是將正交調幅與平衡調幅結合起來，將兩個色差信號分別對正交的兩個副載波進行平衡調幅，由此得到已調信號，稱其為色度信號。,29,第三章彩色電視信號的傳輸,1.平衡調幅所謂平衡調幅，是指抑制載波的一種調制方式。它與普通調幅不同之處在于，平衡調幅不輸出載波，現舉例加以說明。設:調制信號為u=Ucost，載波信號為us=Uscosst，則調幅后形成的一般調幅波為：,30,第三章彩色電視信號的傳輸,(3-11),式(3-11)說明，普通調幅波的頻譜是由載頻s和兩個邊頻(s+)、(s-)三個分量組成的，調幅波的波形如圖3-4所示。,31,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-4調幅波波形(a)調制信號;(b)載波;(c)AM波;(d)平衡調幅波,32,第三章彩色電視信號的傳輸,33,第三章彩色電視信號的傳輸,平衡調幅抑制了載波分量，使得調幅波中沒有Uscosst一項，因而其表達式變?yōu)椋?用一個乘法器將色差信號與載波相乘就可以得到平衡調幅波，如圖3-5所示。,圖3-5平衡調幅波(a)色差信號(調制信號)；(b)副載波信號；(c)平衡調幅波,34,第三章彩色電視信號的傳輸,35,第三章彩色電視信號的傳輸,由式(3-12)可以看出，平衡調幅波的特點是:(1)平衡調幅波的幅度與調制信號幅度的絕對值成正比。(2)調幅信號為正值時，平衡調幅波與載波同相；調制信號電壓為負值時，平衡調幅波與載波反相。,2.正交調幅將兩個調制信號分別對頻率相等、相位相差90的兩個正交載波進行調幅，然后再將這兩個調幅信號進行矢量相加，從而得到的調幅信號稱為正交調幅信號，這一調制方式稱正交調幅。,36,第三章彩色電視信號的傳輸,3.色度信號的形成在將兩個色差信號分別對兩個正交的副載波進行平衡調幅之前，先對其進行適當的幅度壓縮，壓縮后的色差信號分別用U和V表示，它們與壓縮前的色差信號(R-Y)和(B-Y)的關系是U=0.493(B-Y)(3-13)V=0.877(R-Y)(3-14),37,第三章彩色電視信號的傳輸,式中，0.493和0.877稱為色差信號的壓縮系數。壓縮后的色差信號分別對兩個正交副載波sinSCt和cosSCt進行平衡調幅，從而得到兩個平衡調幅信號FU=UsinSCt(3-15)FV=VcosSCt(3-16)這兩個平衡調幅信號頻率相等，相差90,保持著正交關系，將二者相加便得到正交平衡調幅的色度信號F=UsinSCt+VcosSCt(3-17),38,第三章彩色電視信號的傳輸,F常被稱為已調色差信號或色度信號。F亦可用矢量表示，稱彩色矢量，如圖3-6所示。由圖3-6可見,色度信號的振幅和相角分別為,39,第三章彩色電視信號的傳輸,圖36彩色矢量圖,40,第三章彩色電視信號的傳輸,圖37正交平衡調幅色度信號形成方框圖,41,第三章彩色電視信號的傳輸,3.3.2同步檢波原理同步檢波可解調出色差信號，還可由數學分析加以證明。對于U同步檢波，色度信號F與sinSCt相乘:,(3-20),42,第三章彩色電視信號的傳輸,式中U/2是解調出的色差信號。頻帶為01.3MHz，其余項是副載波的諧波分量，頻率為8.68MHz，很容易用濾波器濾出，從而得到色差信號。同步檢波原理方框圖如圖3-8所示。,43,第三章彩色電視信號的傳輸,圖38同步檢波原理方框圖,44,3.3.3色同步信號,由于檢波原理可知，要實現同步解調，關鍵是要有一個與色差信號調制時的副載波同頻、同相的恢復副載波。由于色度信號中副載波已被平衡調制器所抑制，所以在彩色電視接收機中要設置一個副載波產生電路。為保證所產生的副載波與發(fā)端的副載波同頻同相，需要發(fā)端在發(fā)送彩色全電視信號的同時發(fā)出一個能反映發(fā)端副載波頻率與相位信息的信號，即色同步信號。共電視接收機作為參考。,45,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-9NTSC制色同步信號,色同步信號是9個周期左右的、振幅和相位都恒定不變的副載頻群，放在行消隱后肩。如圖3-9所示，距行同步前沿5.6s，幅度為0.30V9mV，寬度為2.25s230ns，由91個副載波頻率的正弦波組成，其相位與U軸反相。,第三章彩色電視信號的傳輸,46,色同步信號的幅度與同步脈沖幅度相等，若以h表示同步脈沖幅度，Fb表示色同步信號,則色同步信號與彩色電視信號一起傳送到接收端，彩色電視機將其從彩色全電視信號中分離出來，由此去控制接收機的副載波發(fā)生器，使之產生與發(fā)送端副載波同頻、同相的恢復副載波。,(3-21),47,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-9同步檢波器波形分析,48,彩色全電視信號的形成過程。,3.3.4NTSC制編、解碼過程,NTSC制得名于美國NationalTelevisionSystemCommittee(國家電視制委員會)，這一制式是在正交平衡調制之前，將被壓縮的色差信號U、V又進行了一定的變換，從而產生了I，Q信號，這樣做可以對信號進一步壓縮。一、I、Q色差信號對視覺特性研究表明，人眼對紅、黃之間顏色的分辨力最強，而對藍、品之間顏色的分辨力最弱。,49,第三章彩色電視信號的傳輸,50,通過幾何關系不難推得它們之間有如下關系:Q=Ucos33+Vsin33I=U(-sin33)+Vcos33(3-25),第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-10Q、I軸和U、v軸的關系,利用亮度方程及式U=0.493(B-Y)和式V=0.877(R-Y)結合式Q=Ucos33+Vsin33I=U(-sin33)+Vcos33關系可求出Q、I與三基色R、G、B的關系為:Y=0.30R+0.59G+0.11B(3-26)Q=0.21R-0.52G+0.31B(3-27)I=0.60R-0.28G-0.32B(3-28),51,第三章彩色電視信號的傳輸,二、NTSC制編、解碼方框圖NTSC制編、解碼方框圖分別如圖3-15和圖3-16所示。編碼器中，矩陣電路按式(3-26)式(3-28)對R、G、B信號進行線性組合，從而產生I、Q和Y信號。載波形成電路分別輸出相位為33、123、180的三個副載波，供Q調制器、I調制器和色同步平衡調制器之用。,52,第三章彩色電視信號的傳輸,53,第三章彩色電視信號的傳輸,3-11NTSC制編碼方框圖,54,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-12NTSC制解碼方框圖,三、NTSC制的主要參數及性能1.主要參數對于NTSCM(美國制式)，場頻fV=59.94Hz(60Hz);行頻fH=525fV/2=15.734kHz;每幀525行;圖像信號標稱帶寬為4.2MHz;伴音與圖像載頻之差為4.5MHz;彩色副載波頻率fSC=3.57954506MHz。彩色全電視信號頻譜如圖313所示。,55,第三章彩色電視信號的傳輸,圖313NTSC制彩色全電視信號頻譜,56,第三章彩色電視信號的傳輸,2.主要性能(1)現有的三種兼容制彩色電視制式中，NTSC制色度信號組成方式最為簡單,因而解碼電路也最為簡單，易于集成化,特別是，在許多場合需要對電視信號進行各種處理，因而NTSC制在實現各種處理也就簡單。(2)NTSC制中采用1/2行間置，使亮度信號與色度信號頻譜以最大間距錯開，亮度串色影響因之減小，故兼容性好。,57,第三章彩色電視信號的傳輸,(3)NTSC制色度信號每行都以同一方式傳送，與PAL制和SECAM制相比，不存在影響圖像質量的行順序效應。(4)采用NTSC制一個最嚴重的問題，就是存在著相位敏感性，即存在著色度信號的相位失真對重現彩色圖像的色調的影響。,58,第三章彩色電視信號的傳輸,3.4PAL制及其編、解碼過程,NTSC制根據人眼的視覺特性，采取了一些措施，較好地解決了彩色電視與黑白電視的兼容問題，電視接收電路簡單，圖像質量較高等優(yōu)點。但是NTSC制一個最嚴重的問題，就是存在著相位敏感性，即存在著色度信號的相位失真對重現彩色圖像的色調的影響。,59,第三章彩色電視信號的傳輸,PAL是PhaseAlternationLine(逐行倒相)的縮寫。它是對色度信號采用正交平衡調幅的基礎上，使其中一個色度分量(FV分量)逐行倒相。,PAL的基本出發(fā)點是，在發(fā)端周期性的改變彩色相序，而在收端采取平均措施，這樣可以減輕相位誤差帶來的影響，目前這種制式是世界上使用的國家和地區(qū)是最多的。3.4.1相位失真的概念及影響彩色電視機不可能完全正確地重現原景物的亮度、飽和度和色調，因而存在著失真。彩色圖像的失真有亮度失真、飽和度失真和色調失真。,60,第三章彩色電視信號的傳輸,其中，亮度失真主要影響景物的層次，飽和度失真則改變視色的深淺程度，而色調失真會造成景物的顏色改變，在以上三種失真中，人眼對色調的失真最為敏感。實踐證明，要使人眼感覺不到色調畸變，相位失真應小于5o，也就是說，在矢量圖上，各種彩色偏離正確的位置的角度不能大于5o,如果超出這個范圍，人眼就可覺察到色調失真，因此，NTSC制彩色電視系統對整個傳輸通道的非線性提出了十分嚴格的要求，彩色電視信號的傳送是通過光纜、微波接力、衛(wèi)星轉播等進行傳輸。,61,第三章彩色電視信號的傳輸,在NTSC制式系統中，總的相位失真要求必須限制在50范圍內，這一點十分困難。解決辦法：一、提高傳輸技術，以減小相位失真，目前因技術的發(fā)展，傳輸技術得以提高，色調失真減小了。二、改進制式，由此產生了PAL制，它就是為解決相位敏感性而發(fā)展起來的。,62,第三章彩色電視信號的傳輸,3.4.2PAL制色度信號PAL制獲得色度信號的方法，也是先將三基色信號R、G、B變換為一個亮度信號和兩個色差信號，然后再用正交平衡調制的方法把色度信號安插到亮度信號的間隙之中，這些與NTSC制大體相同。PAL制色度信號的數學表達式為:F=FUFV=UsinSCtVcosSCt=Fmsin(SCt+)(329),63,64,注意：逐行到相并非將整個色度信號倒相，也不是指行掃描的方向逐行改變，而是將產生其中的一個色度分量的副載波相位逐行改變1800,式(3-29)中的號表示：第n行(因為這一行與NTSC制一樣，又稱NTSC行)取正號，通常用矢量Fn表示；第n+1行(又稱PAL行)取負號，通常用矢量Fn+1表示。如圖3-14所示。,第三章彩色電視信號的傳輸,Fm決定所傳彩色的飽和度，角度決定了彩色的色調。,圖314隔行掃描逐行倒相的正負號改變規(guī)律(a)奇數幀;(b)偶數幀,65,第三章彩色電視信號的傳輸,假設第n行和第n+1行彩色相同，例如彩條信號，因為Fn和Fn+1的FU分量是同相的，僅FV分量倒了相，所以Fn+1應是Fn以U軸為基準的一個鏡像，圖3-15(a)以紫色為例畫出了這種情況。圖3-15(b)則是整個彩條矢量圖逐行倒相的情況，其中實線表示NTSC行，虛線表示PAL行。接收機為了按色度信號原來的相位正確重現色調，必須將倒相的PAL行色度信號Fn+1再重新倒回到Fn的位置上來。,66,第三章彩色電視信號的傳輸,圖315逐行倒相色度信號矢量圖(a)任一色調的色度信號;(b)彩條矢量逐行倒相情況,67,第三章彩色電視信號的傳輸,圖316逐行倒相實現框圖,68,第三章彩色電視信號的傳輸,圖317逐行倒相波形關系(a)半行頻方波;(b)90移相后的副載波(c)逐行倒相輸出副載波,69,第三章彩色電視信號的傳輸,色度信號的頻譜色度信號FV分量逐行倒相后，使色度信號的頻譜結構發(fā)生了變化，其中FU分量與倒相無關，它的主譜線位置未變，仍以行頻fH為間距，對稱分布在副載波fsc的兩旁，如圖3-18（a）所示，FU分量的主譜線位置為fscnfH（n=1、2、3）。色度信號FV的主譜線由于逐行倒相，位置發(fā)生了變化。的主譜線分布在,70,，所以FV的主譜線，剛好和FU差半個行頻。如圖3-18（b）所示。,第三章彩色電視信號的傳輸,圖318PAL色度信號頻譜(a)FU分量頻譜;(b)FV分量頻譜;(c)色度信號F的頻譜,71,第三章彩色電視信號的傳輸,PAL制中將色度信號的FV分量逐行倒相，可以使相鄰兩行的相位失真互補，以減少色調畸變。由于第n行與第n+1行在屏幕上是上下緊挨著的，所以假設第n行和第n+1行彩色相同，因此色度信號Fn和Fn+1以u軸對稱。如彩條信號，某位置是紫色，設第n行(NTSC行)傳送的是Fn矢量，它在第一象限，相角=61，如圖3-19所示，第n+1行(PAL行)由于FV分量倒了相，因此所傳送的Fn+1矢量便到了第四象限，相角=-61；,72,3.4.3PAL制克服相位敏感性的原理,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-19相鄰兩行相位失真互補,73,第三章彩色電視信號的傳輸,在接收機中，為了能正確地重現原來的色調，解調時必須采取相應的措施，把PAL行色度信號分量重新倒過來。即PAL開關要將倒了相的Fn+1重新倒回到Fn的位置，當傳輸通道中不產生相位失真時，Fn和Fn+1矢量的位置不變，所以在接收機的熒光屏上最終顯示出原來的紫色；,74,第三章彩色電視信號的傳輸,當傳輸通道中存在相位失真時，第n行的矢量Fn產生了一個正的相移，即變成了Fn矢量，則Fn不再是紫色，而是紫偏紅。第n+1行為倒相行，由于n+1行和n行的色度信號是在同一通道中傳送的，具有相同的相移，因此Fn+1矢量也產生一個正的相移,變成了Fn+1矢量。,75,第三章彩色電視信號的傳輸,Fn+1矢量經接收機中PAL開關倒回到第一象限為Fn+1矢量，Fn+1矢量比Fn矢量的相角滯后,它的顏色為紫偏藍，接收機最終獲得的色度信號是第n行為Fn矢量(紫偏紅)，第n+1行為Fn+1矢量(紫偏藍)。接收機中再采用一行延時線把前一行的色度信號延遲后與本行的色度信號相加，即將矢量Fn和Fn+1合成、平均，就能使相鄰兩行有相反方向色調畸變的色度信號相互補償，得到的將是無色調畸變的紫色。,76,第三章彩色電視信號的傳輸,PAL制對相位補償的過程演示,3.4.4PAL制副載波的選擇在彩色廣播電視系統中，亮度信號和色度信號必須共同占用與黑白電視信號相同的信號帶寬。由此確定副載波的頻率選擇的原則：應使亮度信號與色度信號頻譜的主譜線彼此錯開；此外，應盡量選擇頻率較高的副載波，以減小副載波的諧波干擾。但又不能使調制后的已調色差信號的上邊帶超出6MHz的范圍。,77,第三章彩色電視信號的傳輸,副載波的譜線具體選擇：由前面分析我們知道，PAL制中已調色調差信號FU與FV頻譜的主譜線不是占有相同的位置，而是彼此錯開半個行頻，即它們的間距是fH/2，如圖3-20（a）所示。如果將副載波頻率選擇為與整數倍行頻差半行，即采用1/2行間置，必然導致FV的主譜線與亮度信號的主譜線重合，如圖3-20（b）所示這樣會造成亮度信號與色度信號嚴重串擾。,78,第三章彩色電視信號的傳輸,圖320PAL副載波選擇分解圖(a)PAL色度信號頻譜圖;(b)1/2行間置時的頻譜結構;(c)1/4行間置時的頻譜結構,79,第三章彩色電視信號的傳輸,如果選擇fsc既不等于行頻的整數倍，也不選擇1/2行間置，而是做如圖3-20（c）那樣的選擇，即令nfH位于(fsc+fH/2)之間，這樣就可以使亮度信號與色度信號分量的頻譜相互錯開，那么nfH應滿足下述關系。,（3-32）,80,第三章彩色電視信號的傳輸,從而求出:,對于行頻為15625Hz，場頻為50Hz，標稱視頻帶寬為6MHz的系統，根據選擇fSC盡量高的原則，可取式(332)中n=284，這樣可以求得副載波頻率為283.75fH。,81,MHz,實際的PAL制彩電副載波為:,第三章彩色電視信號的傳輸,行頻間置頻譜分布圖,增加25Hz的目的在于使色度信號與亮度信號的副頻譜線之間的間距增大到3倍，減輕副載波的光點干擾的可見度，同時對改善色度信號與亮度信號的以場頻為間隔的副頻譜線之間的交錯情況有重要的作用，也就是說，它是進一步減小亮度、色調干擾的有效措施。,82,第三章彩色電視信號的傳輸,3.4.5PAL制編、解碼過程1.PAL制編碼器及編碼過程所謂編碼，就是把三基色電信號R、G、B編制成彩色全電視信號FBAS的過程，編碼器就是用來編碼的電路。PAL制編碼器的方框圖如圖321所示。,83,第三章彩色電視信號的傳輸,圖321PAL制編碼器方框圖,84,第三章彩色電視信號的傳輸,85,光電傳感器送來的三基色信號R、G、B通過矩陣電路產生亮度信號Y和壓縮了的色差信號U和V。為了壓縮色差信號帶寬，讓U、V信號通過低通濾波器，濾除1.3MHz以上的高頻信號，然后分別混入不同極性的K脈沖，以便在彩色全電視信號中產生色同步信號。帶有K脈沖的帶寬為1.3MHz的U、V信號送入U和V平衡調幅器，對零相位的副載波和90的副載波進行平衡調幅，輸出的FU和FV分量在線性相加器疊加得到有色同步信號的色度信號F。,第三章彩色電視信號的傳輸,86,為了減少色度信號對亮度信號的干擾，將Y信號通過一個中心頻率為fSC、帶寬為400kHz的-6dB陷波器。然后，在亮度信號中混入復合同步和復合消隱信號。亮度通道的帶寬為6MHz，色度通道的帶寬為1.3MHz，由于通道延遲時間與帶寬成反比，亮度信號延遲小于色差信號延遲，色度信號落后于亮度信號0.6s，亮度信號如果不延時則造成彩色鑲邊現象。,目前單片編碼器集成電路有很多型號，如日立公司的HA11883MP、Sony公司的CX20055等廣播級編碼器，Motorola公司的MC1377、Philips公司的TDA8501等編碼器。這些編碼器只要附加少量器件就能組成PAL制編碼器。,87,第三章彩色電視信號的傳輸,因此將亮度信號延遲0.6s使亮度信號和色度信號在時間上一致。色度信號F與亮度信號Y在線性相加器疊加輸出彩色全電視信號。,作業(yè)：PAL制電視是如何克服相位敏感性的？,第三章彩色電視信號的傳輸,88,2、PAL制解碼器及解碼過程解碼器的種類很多，有簡單解碼器PALS、鎖相解碼器PALN、延遲解碼器PALD，其中，延遲解碼器應用較為廣泛。具體解碼過程如圖3-22所：（1）亮度信號和色度信號的分離中、小屏幕彩色電視機用頻帶分離法把彩色全電視信號分離為亮度信號和色度信號。彩色全電視信號經4.43MHz陷波器濾去色度信號，得到亮度信號；彩色全電視信號用一個中心頻率為4.43MHz,帶寬為2.6MHz的帶通濾波器選出色度信號。,89,圖323Y與F的分離原理、波形及頻譜,90,第三章彩色電視信號的傳輸,91,圖3-22PAL解碼器方框圖,頻帶分離法簡單、成本低，但亮度和色度分離不干凈，圖像質量易受影響；大屏幕彩色電視機改用頻譜分離法，用梳狀濾波器實現亮度和色度的分離。,92,第三章彩色電視信號的傳輸,（2）色度信號的兩個分量FU、FV的分離色度信號的兩個分量FU、FV是用頻譜分離法分離的。由于FV的逐行倒相，主譜線和FU的主譜線正好錯開半個行頻，因此可以用梳狀濾波器進行頻率分離。,93,第三章彩色電視信號的傳輸,梳狀濾波器，每隔一個行頻有一個最大傳輸點；每兩個最大傳輸點的中心是吸收點，兩個吸收點的間距也是一個行頻。這樣的兩個輸出對應的最大傳輸點與吸收點互相交錯。,梳狀濾波器由一行延遲線、加法器和減法器組成，如圖3-24所示。,梳狀濾波器頻譜特性,圖3-24梳狀濾波器組成,延時線的延時過程,當色度信號加到梳狀濾波器的輸入端后，信號分成兩路：一路直接送到加法器和減法器，稱為直通信號；另一路通過延時線延遲63.943s后送到加法器和減法器，稱為延時信號，延時信號比直通信號延遲283.5個副載波周期，相位滯后180。,94,第三章彩色電視信號的傳輸,95,第三章彩色電視信號的傳輸,延時線延遲時間d應選擇得既非常接近行周期(64s)，以便相加、減時是相鄰行相應像素間的加或減；而又必須為副載波半周期的整數倍，以保證延時前、后色度信號副載波相位相同(0)或相反(180)。,根據fSC=283.75fH+25Hz的關系，可以得到行周期TH與副載波周期TSC之間的關系為,(3-33),因此,d可選擇為副載波半周期TSC/2的567倍或568倍。通常選擇d為,即延時線輸出的副載波信號與輸入副載波信號相位相反。將fSC=4.43361875MHz代入式(334)求得,96,96,第三章彩色電視信號的傳輸,(3-34),設輸入到梳狀濾波器的第n行色度信號為F(n)=UsinSCt+VcosSCt=FU+FV(3-35)則第n+1行色度信號必然為Fn+1=UsinSCt-VcosSCt=FU-FV(3-36),97,第三章彩色電視信號的傳輸,根據d的選擇知，延時前與延時后的副載波相位相反，若以Fn-1、Fn分別表示經延時后的相應行的色度信號，則Fn-1=-Fn-1=-(UsinSCt-VcosSCt)=-FU+FV(337)Fn=-Fn=-(UsinSCt+VcosSCt)=-FU-FV(338),98,第三章彩色電視信號的傳輸,由此可以求得，第n行輸入時，相加電路輸出為Fn+Fn-1=(FU+FV)+(-FU+FV)=2FV(339)相減電路的輸出為Fn-Fn-1=(FU+FV)-(-FU+FV)=2FU(340),99,第三章彩色電視信號的傳輸,同理，在第n+1行輸入時，相加電路和相減電路分別輸出為:Fn+1+Fn=-2FV(341)Fn+1-Fn=2FU(342)依次類推。由式(339)式(342)明顯地看出，梳狀濾波器有效地分離了兩個色度分量FU與FV。圖325說明了梳狀濾波器的頻率特性及分離前后的波形及頻譜。,100,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-25FU與VV的分離,101,第三章彩色電視信號的傳輸,所以色度信號一行一行地送到梳狀濾波器的輸入端，從加法器輸出逐行倒相的FV分量，從減法器輸出FU分量。可以證明加法器和減法器的輸出幅頻特性具有正弦全波整流的波形，在某些頻率上信號全通過，在某些頻率上信號被阻止，通過和被阻止的頻率以半行頻之差在頻率軸上以梳齒狀交錯，這與PAL制色度信號FU、FV分量的頻譜相同，所以梳狀濾波器能有效地將FU、FV信號分離。,102,第三章彩色電視信號的傳輸,FU、FV分離的原理,103,（3）色同步信號和色度信號的分離可以用時間分離法分開色同步信號和色度信號。行同步脈沖前沿延遲5.6s產生寬度為2.26s的門控脈沖，在時間上正好對齊色同步信號；用兩個門電路在門控脈沖控制下交替導通來實現時間分離，如圖3-26所示。門控脈沖無效時，色同步消隱門導通，得到色度信號。門控脈沖有效時，色同步消隱門關斷，以阻止色同步信號竄入色度信號；色同步選通門導通，選出色同步信號。,104,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-26色同步信號與色度信號的分離,105,第三章彩色電視信號的傳輸,3.4.6PAL制的主要性能特點根據以上分析，可以對PAL制的性能作如下小結。(1)克服了NTSC制相位敏感的缺點。(2)PAL制采用1/4行間置再加25Hz確定副載波，有效地實現了亮度信號與色度信號的頻譜交錯，因而有較好的兼容性。(3)梳狀濾波器在分離色度信號的同時，使亮度串色的幅度也下降了3dB，從而使彩色信噪比提高了3dB。(4)由于NTSC制是1/2行間置，PAL制為1/4行間置，PAL制式編解碼比NTST制復雜。,106,第三章彩色電視信號的傳輸,(5)存在行順序效應，即“百葉窗”效應。產生行順序效應的內因是色度信號逐行倒相，外因是傳輸誤差或解碼電路中的各種誤差。上述原因都會引起FU與FV二分量互相串擾，又因串擾也是逐行倒相的，造成相鄰兩行間較大亮度差異。,107,第三章彩色電視信號的傳輸,3.5SECAM制及其編、解碼過程,3.5.1SECAM制的主要特點SECAM制是法國工程師亨利弗朗斯于1956年提出的，也是為了克服NTSC制的相位敏感性而研制的。SECAM制根據時分原則，采用逐行順序傳送兩個色差信號的辦法，在傳輸通道中無論什么時間只傳送一個色差信號，這樣就徹底解決了兩個色度分量相互竄擾的問題。,108,(1)在NTSC和PAL制中，兩個色度信號是同時傳送的。(2)SECAM制中，發(fā)送端對(R-Y)和(B-Y)兩個色差信號采用了行輪換調頻的方式。(3)為了傳送兩個色度分量，就必須采用兩個副載波頻率。(4)SECAM制逐行輪換傳送色差信號，使彩色垂直清晰度下降。對有垂直快速運動的畫面，其影響將有所反映。,109,第三章彩色電視信號的傳輸,SECAM制的亮度信號是每行都傳送，兩個色差信號則是逐行順序傳送的。每一行是亮度信號與一個色差信號同時傳送。在SECAM制中，色度信號的傳送采用調頻方式，兩個色差信號則分別對兩個不同頻率的副載波進行頻率調制，這樣做可使傳輸中引入的微分相位失真的影響較小。在接收機中，調頻信號在鑒頻前先進行限幅，所以幅度失真的影響也很小。由于對色差信號可以直接進行鑒頻，不像PAL制需要恢復彩色副載波，因此SECAM制的色同步信號是一個行順序制信號，在場消隱期間后均衡脈沖之后9行內傳送。,110,SECAM制編碼對色度信號有兩次預加重處理:第一次對視頻色差信號進行視頻預加重;第二次對已調副載波進行高頻預加重。視頻預加重使幅度較小的高頻分量得到較多的提升，能提高高頻分量的信噪比。高頻預加重使傳送多數淺色圖像時副載波幅度減小，從而降低了干擾光點的可見度。,111,第三章彩色電視信號的傳輸,3.5.2SECAM制編、解碼器的方框圖SECAM制編碼器如圖3-27所示。由圖可見，經校正的三基色信號R、G、B送入矩陣電路進行線性組合和幅度加權，形成亮度信號Y和兩個加權色差信號DR和DB。其中，DR=-1.9(R-Y)、DB=1.5(B-Y)。DR式中的負號，表示在對副載波調頻時，正的(R-Y)將引起負的頻偏。,112,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-27SECAM制編碼器方框圖,113,第三章彩色電視信號的傳輸,圖3-28SECAM制解碼電路方框圖,114,SECAM制的特點是：傳輸失真的影響小，大面積彩色幾乎不受微分增益和微分相位失真的影響，微分增益容限可達60%，微分相位容限可達40。SECAM制接收機比NTSC制復雜，但比PAL制簡單；兼容性比NTSC制和PAL制差，因為色差信號為零時仍有副載波，這樣會對亮度信號產生干擾；在正確傳送彩色方面，比NTSC制和PAL制都好。法國、前蘇聯地區(qū)和東歐一些國家均采用SECAM制。,115,第三章彩色電視信號的傳輸,思考題和習題,1.填空題(1)我國電視標準規(guī)定，亮度信號帶寬為_，色度信號帶寬為_。(2)傳送黑白圖像時兩個色差信號_，不會對亮度信號產生干擾。(3)用兩個色差信號對_進行調制，調制后的信號稱為色度信號。,117,思考和練習題,(4)將色度信號、亮度信號以及同步、消隱等信號混合，就得_信號。(5)將色度信號的頻譜插在亮度信號的頻譜空隙中間稱為_。(6)色度信號的振幅取決于色差信號的幅值，決定了所傳送彩色的_；而相角取決于色差信號的相對比值，決定了彩色的_。(7)標準彩條信號由三個_、三個_加上黑與白共八種顏色的等寬豎條組成。,118,思考和練習題,(8)NTSC制副載波頻率選擇為_的倍數，通常稱為_。(9)對于625行、50場s的PAL制,副載波頻率選擇為_MHz。(10)NTSC制有對相位失真比較敏感的缺點，容易產生_畸變。(11)I軸，與V軸夾角_，是人眼最敏感的色軸。(12)PAL制副載頻采用_間置，_偏置。(13)PAL制的色同步信號有_和_兩個功能。,119,思考和練習題,(14)梳狀濾波器由_、_和_組成(15)K脈沖的脈沖前沿滯后于行同步前沿_s，脈沖的寬度為_s。(16)由于通道延遲時間與帶寬成反比，色度信號落后于亮度信號，造成_。,120,思考和練習題,(17)中、小屏幕彩色電視機用_法把彩色全電視信號分離為亮度信號和色度信號。(18)色同步信號和色度信號的分離采用_法。,121,思考和練習題,2.選擇題(1)NTSC制一個行周期中有副載波周期（）。625個283個283.5個312.5個(2)黑白電視信號能量只集中在（）及其諧波附近很窄的范圍內，隨諧波次數的升高，能量逐漸下降。行頻場頻幀頻射頻,122,思考和練習題,(3)R-Y信號壓縮系數為（）。0.8770.4930.7880.394(4)B-Y信號壓縮系數為（）。0.8770.4930.7880.394(5)PAL解碼器中梳狀濾波器的加法器輸出信號是（）。FUFVFFM(6)PAL解碼器中梳狀濾波器的減法器輸出信號是（）。FUFVFFM,123,思考和練習題,(7)PAL制彩色電視中NTSC行色同步信號的相位為（）。18090135225(8)PAL制彩色電視中PAL行色同步信號的相位為（）。18090135225(9)PAL制彩色副載波頻率是（）。4.43361875MHz3.57954506MHz4.4296875MHz4.43359375MHz,124,思考和練習題,(10)PAL解碼器中同步檢波器輸出的信號是（）。FU、FVU、VR-Y、B-YFn、Fn+1,125,思考和練習題,3.判斷題(1)三個色差信號都是相互獨立的。(2)平衡調幅波包含載波分量。(3)平衡調幅波的振幅只與調制信號的振幅成正比。(4)調制信號通過0值點時，平衡調幅波極性反相180。(5)逐行倒相是將色度信號中的FU分量進行逐行倒相。(6)人眼分辨紅、黃之間顏色變化的能力最強，而分辨藍、紫之間顏色變化的能力最弱。,126,思考和練習題,(7)PAL制減小了相位失真，防止產生色調畸變。(8)為了進行頻譜交錯，亮度信號和色度信號必須采用相同的帶寬。(9)在場同步脈沖期間的9行內，要把色同步信號消隱掉。(10)色同步信號和色度信號的分離是采用頻率分離法。,127,思考和練習題,4.問答題(1)要做到黑白、彩色電視互相兼容，必須滿足哪些基本要求？(2)三大制式為何均選用R-Y和B-Y作為色差信號？(3)為什么要用色差信號來傳送色度信號？(4)什么是大面積著色原理和高頻混合原理？(5)為什么要將彩色副載波放在6MHz頻帶的高端？,128,思考和練習題,(6)已知基色信號R=0.7、G=0.3、B=0，求Y、U、V、Fm、，說明對應什么色調。(7)PAL制是怎么消除相位失真引起的色調畸變的？(8)分析三大制式各自的優(yōu)缺點。(9)畫出PAL制編碼器方框圖，簡述編碼過程。(10)畫出PAL制解碼器方框圖，簡述解碼過程的五步信號處理。,129,思考和練習題,