运用MATLAB学习彩色全电视信号的编码、解码及频谱分析.

电视原理

运用MATLAB学习彩色全电视信号的编码、解码及频谱分析

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2011年6月5日

编码及其频谱分析

【摘要】

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.

【关键字】：MATLAB 、Simulink、信号处理、数据分析

PAL制彩色电视编码原理：

PAL是英文（逐行倒相）Phase Alternation Line 的缩写。所以按照其特点PAL制又可称之为“逐行倒相正交平衡调幅”制。PAL制彩色全电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号和复合同步信号组成。经过图象信号处理后的三基色信号和各种同步信号同时送入PAL编码器，经过一系列的处理加工后，即可形成PAL 制彩色全电视信号。

具体过程如下：

校正的三基色信号R、G、B由矩阵电路变成亮度信号Y、蓝色差信号（B－Y）和红色差信号R－Y。在亮度通道中，设置有副载波陷波器和延迟线，前者是为了减少进入接收机色度通道的亮度串色，后者是为了均衡色度信号因频率受限而在时间上产生的延迟。通过陷波器和延迟线的Y信号，再经放大、钳位等处理电路，并混入复合消隐信号（BL）和复合同步信号（S）后，便形成黑白全电视信号（VBS）。色度通道里，（R－Y）、（B－Y）先经带宽（1.3MHz）限制，并压缩为V、U信号，再由钳位电路钳定零电平，然后进入平衡调幅器，变成红色度信号和蓝色度信号，两者相加并经低通或者带通滤除调制中产生的谐波之后，形成色度信号F。色度信号F、色同步信号Fb、亮度信号Y与消隐信号BL、同步信号S经混合后输出彩色全电视信号FBAS。

PAL制编码方框图：

MATLAB编码仿真的编码电路：

一、兼容制传送方式

1、要实现彩色与黑白电视兼容，彩色电视要满足以下基本条件：（1）彩色电视信号必须包含一个亮度信号，即黑白全电视信号；（2）必须包含彩色信号，它仅代表色度，可与亮度信号迭加在一起传送。在接收端又可以被分开，同时二者互不干扰。

（3）彩色电视必须与黑白电视具有相同的基本参量。如扫描频率、方式、带宽、同步信号组成、图像载频、伴音载频及图像、音的调制方式。

2. 高频混合原理。

谓高频混合原理，是指在彩色电视的传输中，利用人眼对彩色细节分辨力低于对亮度细节分辨力的特性，将色差信号采用4 窄带传送，而亮度信号采用宽带传送。在接收端，基色信号也只恢复规定带宽以下的低频分量。反映在画面上，是重现彩色图像的粗线条，即大面积的色调，而图像的细节，即高频成份则由同一亮度信号的高频分量代替，这就是高频混合原理。

3.频谱交错原理

色差信号的频带虽经压缩，但由于彩色电视信号中的亮度信

号频谱已占用6MHZ 带宽，因而只有设法将色度信号的频谱插到

亮度信号频谱的间隙，使色度信号不占有额外的频带，才能做到

彩色电视信号只占6MHZ 的频带范围，从而满足与黑白电视兼容的条件。

二、亮度与色差信号

为了实现兼容，彩色电视广播必须传送一个亮度信号。由于彩色摄像机产生的是R、G、B三基色。根据三基色与三要素的关系可知，混合光的亮度为三基色光的亮度之和。又根据人眼相对视敏度特性可知，红、绿、蓝三基色信号中的亮度成分又是不一样的，视敏度高的基色（如绿色）含有的亮度成分多一些。红基色信号（R）、绿基色信号（G）、蓝基色信号（B）可按这个比例混合，可获得一个亮度信号（Y），即亮度方程式为：

Y=0.30R 0.59G+ 0.11B

1、亮度信号产生：

R、G、B、Y：

2、色差信号（R-Y）、（B-Y）的产生：

R-Y、B-Y：

三、色度信号与色同步信号

色差信号的频带虽经压缩，但由于彩色电视信号中的亮度信号频谱已占用6MHZ带宽，因而只有设法将色度信号的频谱插到亮度信号频谱的间隙，使色度信号不占有额外的频带，才能做到彩色电视信号只占6MHZ的频带范围，从而满足与黑白电视兼容的条件。色度信号不能直接简单与亮度信号叠加，因为这样做的话色度信号的频谱将与亮度信号频谱重合，产生严重的干扰。可采用的方法是，选择一个合适的载频，通常称为副载波，以fsc表示。亮度信号频谱与色度信号的频谱是互相交错的，如下图所示：

采用正交平衡调幅制处理色差信号的过程相关电路图如下：

压缩后的色差信号分别为：

U=0.493（B-Y）

V=0.877(R-Y)

色度信号Fv和Fu的形成：

Fu=UsinωSCt

Fv=VcosωSCt

这两个平衡调幅信号频率相等,相差90°,保持着正交关系,将二者相加便得到正交平衡调幅的色度信号：

F=UsinωSCt+VcosωSCt

F常被称为已调色差信号或色度信号，压缩后的色差信号V与+K脉冲混合后与+cosωsc t副载波同时加入平衡调幅器，经平衡调幅电路输出已调色差信号+Fv和色同步信号的F bu分量；色差信号U与-K脉冲混合后，对sinωsc t平衡调幅,得到已调色差信号Fu和色同步信号F bu 分量。以上二色度信号分量与色同步信号分量混合后，得到色度信号F和色同步信号F b。为得到逐行倒相的正交副载波+cosωsc t，需设置90°移相、180°倒相和PAL开关电路、逐行倒相的半行频（7.8kHz）

开关控制信号。

运用MATLAB仿真得到V和U再进行平衡条幅波形如图所示：从上到下依次为U Fu V Fv

四、色同步信号Fb的形成

由于PAL制中对V色度分量即FV进行了逐行倒相, 所以在接收