第4章兼容制彩色电视原理

4.1.4彩色电视全射频电视信号频域图
4.2 兼容制彩色电视制式
本节将主要介绍 兼容制 彩电的特点及工作原理 。
NTSC制——正交平衡调幅制 （美国、日本、加拿大） PAL制——逐行倒相正交平衡调幅制
（英国、澳大利亚、中国）
SECAM制——顺序传送彩色与存储制 （法国、俄罗斯）
4.2.1 正交调制解调基本原理
9行 行脉冲 场频 脉冲
+
行频 脉冲
低通
四、PAL制及其特点;
PAL制也是为了克服NTSC制相位敏感性于1962年在原西 德研制出来的一种兼容彩色电视制式, 实际上它是NTSC制的 一种改进。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0～1.3 MHz的带宽, 双边带方式传送。 (2) 传送时, 将两个色差信号之一的(R-Y)信号逐行倒相 180°,接收后再将(R-Y)信号相位复原。由于将(R-Y)信号逐行 倒相180°进行传送, 则在相邻行上的相位误差可以相互补偿, 当出现微小相位失真时, 可以保持色调不变。 (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。
。
(5) 采用正交平衡调幅, 把两个色差信号调制在副 载波上, 色度信号Q分量用双边带方式传送, 而I分量用 残留边带传送。 这样做, 既可以使色度信号的带宽得 到压缩, 又能保证正常的彩色传送, 同时, 色度与亮度 信号之间干扰较小。
(6) 在三大兼容制中, NTSC制色度信号的处理过程 最为简单, 因而相应的解码电路也简单, 这给接收机生 产带来方便, 有利于降低成本。 (7)NTSC制的主要缺点是对相位敏感, 容易出现 彩色变色。换句话说, 传输过程中所产生的相位失真将 导致色调变化。
图像载频 伴音载频
I
Q
-1.25
0
fsc
4.5
MHz
三、 SECAM制的主要特点 1 SECAM制中两个色度信号采用顺序传送方 式； 2 发送端对(R-Y)、(B-Y)两个色差信号采 用轮换调频的方式。在接收端要对每一行 色差信号使用两次； 3 对两个副载波信号采用强迫定位方式； 4 由于逐行轮换传送色差信号，使彩色垂 直清晰度下降。
4.1.3 频带压缩与频谱间置
一、频带压缩
经过对许多正常视力的人统计，使用 l MHz 带宽传送色度信号，所获得的彩色图像88％ 的人会感到满意，若用2MHz带宽传送色度信 号，几乎所有的人都会对所获得的彩色效果 满意。我国电视制式规定: 色度信号的频带宽 度为1.3MHz。
二、频谱间置
所有周期信号的频谱都是离散谱，而所有非周期信号 的频谱都是连续谱。 将色度信号通过一副载波的调制，使谱线搬移，并交错 地安插在黑白信号的频谱中去。
Fb
33 副载波恢复
二、 NTSC制主要参数及性能
fv=60Hz；fH=15734Hz； 每帧525行； 图像信号带宽为4.2MHz； 伴音与图像载频之差为4.5MHz； fsc=3.579MHz。 I信号带宽为：-1.5～0.5MHz； Q信号带宽为：-0.5～0.5MHz。
NTSC制频带分配谱图
为此, 我们规定, 色度叠加在亮度电平的最 高值, 应比同步电平低5.5%, 色度信号的最低电 平应在零以上, 规定高于1.5%, 即把色度信号压 缩到白黑电平范围内。 按上述条件，计算出被压缩了的蓝色差信号 和红色差信号，分别用U和V表示为 B Y U=0.493(B-Y)= 2.03 V=0.877(R-Y)= R Y
2.6.2 SECAM制编码制方框图
亮度干扰抑制电路 延迟线
Y R G B 矩 阵
DR DB
。。 。
Fh/2半行开关脉 冲
低通
+
FBAS
S 脉 冲
频率 调制器
行 消 隐 脉 冲
带 通
限 幅器
倒 相器
Fv/2 fH/3 fSR fSB
限 幅器
高频 予加重
带 通
副 载波 消隐
门电路
鉴相器
。。 。
fH/2 开关
NTSC制编码方框图
延迟线
Y R G B
矩 阵 电 路
I Q
低通
延迟线
平衡调 制器
A脉冲
Y
+
低通
平衡调 制器 Fb
+
FBAS
平衡调 制器 180 K脉冲
S脉冲
123
33
副载波形成电路
NTSC制解码方框图
延迟线 陷波器 Y
矩 阵 电 路
R
FBAS
带通
F
同步检 波器
同步检 波器
123
延迟线
I
Q
G
B
门电路
4.2.1 正交调制解调基本原理
将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90° 的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅 信号进行矢量相加（频带宽度没有增加），这一 调制方式称正交调幅。如果两个调制信号分别对 正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为 正交平衡调幅信号。
将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行平 衡调幅之前，先要进行压缩： U=0.493(B-Y) V=0.877(R-Y) 然后U、V分别对两个正交副载波进行调制：
二、传送色差信号的优点
1、兼容效果好 0 = 0.3（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y） 所以三色差信号对亮度的贡献为零，色度信号的失真 不会影响亮度，因此黑白电视机不受色度干扰。 2、能够实现恒定亮度原理
在不计γ 失真及传输系统非线性的条件下，色差信号 受到干扰时，将不会影响亮度信号。传送后的电视信 号：Yt、(R-Y)t、(B-Y)t。
前面我们已经介绍过的频谱间置概念, 仅是一个色差信号 进行调制的情况, 而实际上有两个色差信号, 怎样把两个色 差信号同时调制到一个彩色副载频上，如何将这两个色差 信号的频谱相互错开呢？正交调制是一种简便且行之有效 的方法, 它是将两个色差信号(R-Y)和(B-Y)分别调制在频率 相同, 相位相差90°的两个色副载波上, 再将两个输出加在 一起。 在接收机中, 则根据相位的不同, 从合成的副载波已 调信号中可分别取出两个色差信号, 因此, 这种调制既能在 一个副载波上互不干扰地传送而且便于解调分离, 又不增 加频带。为了减小副载波对图像的光点干扰, 这里采用平 衡调幅制, 即采用抑制副载波的调幅式。
显示端的信号为：Rd=(R-Y)t +Yt Bd=(B-Y)t+Yt Gd=[-0.5(R-Y)t -0.19(B-Y)t ]+Yt 所以显示的亮度为Yd为： Yd=0.3Rd+0.59Gd+0.11Bd=Yt 对于黑白电视机而言，接收彩色信号时会产生亮度误 差，只有接收黑白图像时，亮度误差才为零。
4.1.1 亮度与三基色信号的关系
为了传送彩色图像，从兼容的角度出发，彩色电视系统 中应传送一个只反映图像亮度的亮度信号，以 Y 表示， 其特性应与黑白电视信号相同。同时还需传送色度信息， 常以 F 表示。根据三基色原理，必须传送反映R、G、B 三个基色的信息。亮度方程： Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B 告诉我们在Y、R、G、B这4个变量中，只有3个是独立的。 所以只要在传送Y 的同时，再传送三个基色中的任意两 个即可。
电视原理教程
第 四 章
兼容制彩色电视制式
编码与解码
4.1 黑白,彩色电视兼容的可能性
4.2 兼容制彩色电视编码与解码原理 4.3 PAL制编码调制原理 4.4 梳状滤波器解码原理
注意： 文件夹名不能用中文，且不可带空格。
4.1 黑白、彩色电视兼容的可能性
本节将主要介绍 黑白、 彩色电视机兼容技术及 解决方法。
4.3 PLA制彩色电视编码 与解码原理
本节将主要介绍 PLA制 彩色电视的工作原理及 编、解码过程。
4.3 PAL制彩色电视编码与解码原理
4.3.1 逐行倒相概念 一、 色度信号的压缩; 为了实现兼容, 在彩色电视制式中规定, 负极性 亮度信号仍以扫描同步电平最高, 若以它为100%, 则黑色电平即消隐电平为75%, 白色电平为10%。 由于彩色全电视信号是由色度信号与黑白全电视信 号相加而成, 如果不经任何处理, 则叠加后的结果使 得色度信号的动态范围超出了黑白电平的范围。 当 色度信号超过白电平时, 将对发射机中的调制器产 生过调失真; 当色度信号高于同步电平时, 色度信号 将会被切割出来破坏接收机的同步。
二、 NTSC制色差信号及 编码、解码过程
在平衡调制之前，对被压缩的色差信号U、 V进行一定的变换，即产生I、Q信号。 I信号带宽为：-1.5～0.5MHz； Q信号带宽为：-0.5～0.5MHz。 I、Q信号与U、V信号之间的关系为：
Q Ucos33 Vsin33
0
0
I -Usin33 0 Vcos330
I、Q与(R-Y)、 (B-Y)色差矢量的关系
这里之所以不用蓝色差与红色差信号, 而用I、 Q色差信号, 是因为人眼分辨红、黄之间颜色变化 的能力最强, 而分辨蓝与紫色之间颜色变化的能力 最弱, 这样, 在传输分辨力弱的Q信号时, 可用较窄 的频带(0～0.5MHz), 而传送分辨力强的I信号时, 可用较宽的频带(0～1.5MHz)。
3、有利于高频混合（大面积着色原理） 人眼对黑白图象的细节有较高的分辨力，而对彩色图象 的细节分辨力较低，在彩色图像传送过程中，只有大面 积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度 成分。颜色的细节部分(对应于信号的高频部分)，可以 用亮度信号来取代。这种方法又常称为“高频混合原 理”。即大面积着色原理
4.2.2 PLA制、NTSC制和SECAM制的 共性与不同特点
（4）选用Y、I、Q作为传输信号, 其中Y仍为亮度信号, I、 Q为色差信号, 它是色差信号(R-Y)和(B-Y)的一 种线性组合。 它们之间的关系由下式确定: I=0.877(R-Y) cos33°-0.493(B-Y) sin33° (5-16) Q=0.877(R-Y) sin33°+0.493(B-Y) cos 33° (5-15) 上式表明: I色差信号的矢量超前(R-Y)矢量33°, 并处在红黄色区域, Q色差信号的矢量超前(B-Y)矢 量33°,并处在蓝紫色区域。
FU U sin sct , FV V cos sct F FU FV U sin sct V cos sct
色度信号的振幅和相角分别为：
U Fm U V , a tan V
2 2
彩色图像的色度信息全部包含在色度信号的振幅与相 角之中，振幅取决于色度信号的幅值，即决定了彩色 的饱和度；而相角取决于色差信号的相对比值，即决 定了彩色的色调。这就是说, 色度信号既是一个调幅 波, 又是一个调相波, 色饱和度是利用已调副载波的 幅值来传送的, 而色调是利用已调副载波的相位来传 送的。
4.2.2 PLA制、NTSC制和SECAM制的 共性与不同特点
简单地讲, 当今世界三大彩色电视广播制式的共 性是: 它们都与原来的黑白电视相兼容, 且都是用摄 像机摄取三基色信号, 并把这三基色信号编码成一个 亮度信号Y和色差信号(R-Y)、 (B-Y)来传送, 其主要 差别体现在两个色差信号对副载波的调制方式上。
4.1.2 色度信号的编码传输
一、色度信号的编码
由于每个基色信息中都含有亮度信息，如果直接传送基 色信号，巳传送的亮度信号Y(为各基色亮度总和)与所 选出的两个基色所包含的亮度参量就重复了，因而使得 基色与亮度之间的相互干扰也会十分严重（带宽不同）。 所以通常选择不反映亮度信息的信号传送色度信息。 在彩色电视系统中，为传送彩色图像，选用了一个亮度 信号和两个色差信号。 R-Y=R -（0.30R + 0.59G + 0.11B）=0.70R - 0.59G - 0.11B G-Y=G -（0.30R + 0.59G + 0.11B）= - 0.30R + 0.41G - 0.11B B-Y=B -（0.30R + 0.59G + 0.11B）= - 0.30R - 0.59G + 0.89B
4.2.2 பைடு நூலகம்LA制、NTSC制和SECAM制的 共性与不同特点
一、NTSC制于1953年在美国开始广播, 是较早 应用于彩色、黑白兼容的彩色电视制式。 为了压缩频带, 又能获得良好的图像质量, NTSC制有如下的特点:
(1) NTSC制采用的频带宽度为4MHz, 扫描行数为525行, 扫描场数为60场, 可以与原黑白电视相兼容。 (2) 根据人眼的视觉对亮度细节较敏感, 对彩色细节不 敏感的特性, 将亮度信号以宽频带传送(0～4MHz), 以窄带传送(0～1.5 MHz)色度信号。 (3) 采用频谱间置技术, 副载频选为fSC=3.579545 MHz