2008.8,彩色電視原理,東南大學信息科學與工程學院,第三章彩色電視制式,彩色制式：指對彩色電視信號加工處理和傳輸?shù)奶囟ǚ绞?為了把三基色電信號由發(fā)送端傳送到接收端，最簡單的辦法是用三個通道(有線或無線)分別把三種基色電信號傳送到接收端，在接收端再分別用R、G、B三個電信號去控制紅、綠、藍三個電子束，從而在彩色熒光屏上得到重現(xiàn)的彩色圖像。然而，這種傳輸方式不僅會占用較大的帶寬，也無法實現(xiàn)與黑白電視的“兼容”，因而沒有采用。實用中的廣播電視都采用黑白與彩色電視可以相互“兼容”的。目前，有三種兼容制彩色電視制式：NTSC制、PAL制和SECAM制。,3.1兼容制彩色電視原理,彩色電視是在黑白電視的基礎上發(fā)展起來的。在彩色電視的發(fā)展過程中，必然會在相當長的一段時間內(nèi)，黑白電視與彩色電視同時并存的情況，所以提出彩色電視與黑白電視的“兼容”問題。所謂的兼容，就是黑白電視機可以收看到彩色電視系統(tǒng)所發(fā)射彩色電視信號（當然，所看到圖像仍然是黑白圖像。）；彩色電視機可以收看到黑白電視系統(tǒng)所發(fā)射黑白電視信號（當然，所看到圖像也是黑白圖像。）。,3.1.1兼容制的必備條件及色度信號編碼傳輸,(1)所傳送的彩色電視信號中應有亮度信號和色度信號兩部分。亮度信號與黑白電視圖像信號一樣，能使黑白電視機顯示出黑白畫面；色度信號包含了彩色圖像的色調(diào)與飽和度等信息，被彩色電視機接收后，與亮度信號一起經(jīng)過處理后顯示出彩色畫面。(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。應該有相同的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。圖像和伴音的調(diào)制方式應黑白電視系統(tǒng)相同等。(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(shù)。,.黑白電視信號特點,圖像的攝取與重現(xiàn)是根據(jù)光和電的轉(zhuǎn)換而實現(xiàn)。根據(jù)傳輸圖像信號的電平與反映的亮度關系分正極性視頻信號和負極性視頻信號圖像信號越亮,信號電平越低,稱負極性視頻信號.反之,圖像信號越亮,信號電平越高稱正極性視頻信號,.黑白圖像信號的頻譜,當電視圖像為靜態(tài)圖像，并且圖像內(nèi)容在垂直方向上沒有變化時，電視信號的頻譜為以行頻為間隔的離散的線狀頻譜，各譜線間有著較大空隙電視信號用復數(shù)形式的傅立葉級數(shù)可表示：,在水平和垂直方向有亮度變化的靜止圖像,電視信號頻譜將包含以行頻為間隔的頻譜線（主譜線）和分布于它們兩側(cè)的以場頻為間隔的頻譜線（副譜線）電視信號用復數(shù)形式的傅立葉級數(shù)可表示：,當電視信號為動態(tài)圖像，且圖像內(nèi)容在水平和垂直方向上都有變化，電視信號頻譜將成為連續(xù)譜，能量主要分布在以行頻及其個次諧波頻率為中心的較窄的范圍內(nèi),1.以行頻及其諧波為中心的一束束離散型譜線組成.2.行頻諧波次數(shù)增加,主譜線幅度逐步減少.3.黑白電視信號頻譜在半行頻奇數(shù)倍處有較大的空隙,黑白電視信號頻譜特點:,.電視圖像信號的頻帶寬帶,max=5.6MHZ,.彩色視頻信號,為實現(xiàn)兼容，選擇一個亮度信號和兩個色差信號作為傳送彩色電視的三個基本參量信號:Y、R-Y和B-Y色差信號：基色信號（R、G、B）和亮度信號(Y)的差亮度信號與色差信號的關系Y=0.30R+0.59G+0.11B色差信號：R-Y=R-（0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R-0.59G+0.89B,1兼容效果好黑白電視機只接收彩色電視臺中的Y信號，其效果與收看黑白電視臺一樣，不受色差信號的干擾，能正常重現(xiàn)原圖像的亮度，所以，其兼容效果好。2.傳送彩色圖像時，能減弱色度信號對亮度信號的干擾。因為色差信號相對較小，則干擾弱。3。便于恢復三基色,傳送色差信號的優(yōu)點,標準彩條信號,標準彩條信號是一種測試信號，常用于對彩色電視系統(tǒng)的傳輸特性進行測試和調(diào)整標準彩條信號中的圖像信號是用電的方法形成產(chǎn)生（不是通過攝像機拍攝獲得的）標準彩條信號的圖像內(nèi)容是八條等寬的彩色豎條，自左至右依次為白、黃、青、綠、品、紅、藍、黑,彩條信號的形成,兼容的必備條件(1)所傳送的彩色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。應該有相同的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。圖像和伴音的調(diào)制方式應黑白電視系統(tǒng)相同.(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(shù)。,彩色視頻信號的編碼和解碼轉(zhuǎn)輸,+,R,G,B,R-Y,B-Y,Y,正交平衡調(diào)制,全電視信號,色度信號的頻帶壓縮當重現(xiàn)彩色圖像時，對面積較大的各種顏色較為敏感，而對彩色的細節(jié)部分辨識能力較差。因此，彩色圖像的細節(jié)部分在一定距離上觀看，所表現(xiàn)為亮度上的差別，而無顏色的差別。那么在傳送彩色圖像時，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信息。而彩色的細節(jié)部分，則可以用亮度信息來取代例如紅色：,3.1.2色度信號頻帶壓縮和頻譜交錯原理,頻譜交錯原理,若把色度信號直接與亮度信號混合，由于亮度信號和色度信號在時域和頻域均有重疊，會出現(xiàn)嚴重的相互干擾。亮度信號的頻譜具有間隙很大梳齒狀特征，因而只要設法將色度信號插到亮度信號頻譜的空隙中，實現(xiàn)“頻譜交錯”，這樣即可使色度信號不占有額外的頻帶，又可避免亮度、色度信號間的干擾，使彩色電視信號仍然6MHz的頻帶范圍，從而滿足與黑白電視的兼容條件。,將色度信號的頻譜移動半行頻（fH/2）的奇數(shù)倍，使色度信號的頻譜與亮度信號的頻譜錯開（為了與黑白電視兼容，不能移動亮度信號的頻譜）。實現(xiàn)的辦法是，選擇一個合適的載頻fSC（色度副載波），將色度信號調(diào)制在這個副載波上，即可將色度信號的頻譜搬移到合適位置上。,3.2NTSC制彩色電視,3.2.1平衡調(diào)幅平衡調(diào)幅就是抑制載波的調(diào)幅，簡稱抑載調(diào)幅。調(diào)制信號為載波信號為則調(diào)幅后形成的一般調(diào)幅波為：,平衡調(diào)幅的過程就是將調(diào)制信號與被調(diào)制信號相乘,頻譜與波形的區(qū)別,(1)平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號幅度的絕對值成正比。當調(diào)制信號的絕對值最大，平衡調(diào)幅波幅度最大；當調(diào)制信號等于零時，平衡調(diào)幅波幅度也為零。(2)調(diào)制信號為正值時，平衡調(diào)幅波與載波同相；調(diào)制信號電壓為負值時，平衡調(diào)幅被與載波反相。當調(diào)制信號電平過零而改變其電壓極性時，平衡調(diào)幅波相位隨之變化180。,3.2.2正交平衡調(diào)幅,將兩個調(diào)制信號分別對頻率相等、相位相差90的兩個正交載波進行平衡調(diào)幅，然后再將這兩個調(diào)幅信號進行矢量相加（頻帶寬度沒有增加），這一調(diào)制方式稱正交平衡調(diào)幅。,3.2.3色度信號幅度壓縮系數(shù)和矢量圖,傳送黃色時:,傳送青色時:,解得,則,3.2.4NTSC制色同步信號,在同步解調(diào)過成中，需要一個與發(fā)送端同頻、同相的副載波。因此需要在發(fā)送端發(fā)送彩色全電視信號的同時發(fā)出一個能反映發(fā)送端副載波頻率與相位信息的信號，即色同步信號。b=0.215,3.2.5彩色副載波頻率的選擇,原則:1.為使亮度和色度信號的頻譜間距最大，有利于頻譜交錯，副載頻采用半行頻偏置，即2.為了減輕副載波對亮度的干擾，應盡量使副載頻選在視頻信號的高端。副載頻越高，其干擾亮度的光點越細，愈不易被人眼察覺3.fsc+1.3MHz不超過6MHz.,亮度,色度,1.5,1.5,4.43,3.2.6IQ信號,在平衡調(diào)制之前，對被壓縮的色差信號U、V進行一定的變換，即產(chǎn)生I、Q信號。I信號帶寬為：-1.50.5MHz；Q信號帶寬為：-0.50.5MHz。I、Q信號與U、V信號之間的關系為：,每幀525行；圖像信號帶寬為4.2MHz；fsc=3.579MHz。,fsc=3.579MHz,3.2.7NTSC制編碼和解碼,3.2.8NTSC制的主要特點性能,1NTSC制采用1/2行間置，使亮度信號與色度信號頻譜以最大距離錯開。2信號組成方式簡單。3.不足之處在于存在相位敏感性。,3.3PAL制彩色電視,PAL制是在對色度信號采用正交平衡調(diào)幅的基礎上，將其中一個色度分量(FV分量)進行逐行倒相，在發(fā)端周期性地(半行頻)改變FV分量的相序，在收端采用平均措施，以減輕傳輸相位誤差帶來的影響。第n行色度：第n+1行色度：PAL色度信號的數(shù)學表達式為：,3.3.2相位失真的補償原理,3.3.3PAL制色同步信號,PAL制彩色電視機在解調(diào)色度信號時，需要對PAL行送-cossct副載波，而對NTSC行送cossct副載波。因此需要一個識別PAL行與NTSC行的識別信息。這個識別信息是寄存在每一行的色同步信號相位中，即表現(xiàn)為相鄰兩行色同步信號的相位不同。,3.3.5PAL制彩色副波頻率,行頻與副載頻之間關系,副載頻與整數(shù)行頻有1/4fH的頻差，稱之為為1/4行間置。對于PAL制來說，fH=15625Hz，fv=50Hz，帶寬為6MHz，根據(jù)fsc盡量高的原則，取n=284，所以fsc為：fsc=(284-1/4)*15625+25Hz=4.43361875MHz式中25Hz是為使色度信號與亮度信號副譜線之間的間距增大，減少亮色干擾。,3.3.6PAL制編碼,PAL制的主要性能特點,1克服NTSC制相位敏感的缺點；容限:4002PAL制采用1/4間置，實現(xiàn)了亮度與色度信號的頻譜交錯；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；4由于采用1/4間置，在實現(xiàn)亮色分離技術上較NTSC難；5存在行順序效應。,3.4SECAM制,SECAM制的主要特點1兩個色度信號采用順序傳送方式；2色差信號采用調(diào)頻fscR=282fH=4.406MHZfscB=272fH=4.250MHZ,