模拟彩色电视制式

1、第3章 模拟彩色电视制式3.1 彩色电视制式概述黑白电视制式: 扫描行数、场频、带宽、隔行扫描方式例如：625行制：625行/帧，50场，6MHz，隔行扫描525行制：525行/帧，60场，4.2MHz，隔行扫描彩色电视制式: 除上述外，亮度和色差信号的处置方式现行三大彩色电视制式：均为兼容制；区别在于色差信号能否同时传送，以及对副载波的调制方式上：NTSC 同时制，正交平衡调幅。PAL 同时制，逐行倒相正交平衡调幅。SECAM 顺序-同时制，顺序传送彩色与存储。 3.2 NTSC制3.2.1 正交平衡调幅与正交检波普通调幅波：调制信号： u(t)载波信号： uc(t)=Uccost已调制信号

2、： uAM(t) = Uc + u(t)cost =uc (t)+u (t)cost平衡调幅波：滤除普通调幅波中的载波成份： uBM (t)=u(t) cost平衡调幅波是调制信号与单位幅度载波的乘积可用乘法器实现平衡调幅普通调幅波与平衡调幅波频谱波形图设u(t)=Umcost取样点平衡调幅波的特点去掉载频，只发送边频调制信号为零，即u(t)=0时，平衡调幅波uBM(t ) =0调制信号u(t)为正时,平衡调幅波uBM (t)与原载波同相;调制信号u(t)为负时,平衡调幅波uBM (t)与原载波反相 正交平衡调幅：将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90的两个正交载波进展平衡调幅，然后再将这

3、两个调幅信号进展相加频带宽度没有添加，这一调制方式称正交平衡调幅。 色度信号的构成:色差信号R-Y、B-Y分别对两个频率一样、相位相差90的副载波平衡调幅 红色度分量： R-Ycossc t蓝色度分量： B-Ycossc t - 90=B-Ysinsc t色度信号： CF (t) =R-Ycossct +B-Ysinsct 优点：节省带宽：只用一个副载波实现对两个色差信号的传输，在解调端采用同步解调分别出红色差与蓝色差分量。减少色度信号对亮度信号的干扰：去除了高频振荡的副载波。传送黑白图像时色度信号为零，不存在对亮度信号的干扰。色度矢量色度信号矢量： CF =C sinsct +)色度矢量模：

4、代表副载波的瞬时振幅，由色差信号的幅度决议。色度矢量的相角： 代表副载波的初相位，由色差信号的比例决议。 R-YB-YC前往0360度取值，由R-Y和B-Y的符号决议象限。CF同步检波解调平衡调幅波采用同步检波技术。方法：用与副载波同频同相的本振载波乘色度信号信号。色度信号： CF (t) =R-Ycossct +B-Ysinsct用2cosSCt相乘，解出(R-Y)分量: 低通滤波 :滤去二倍频副载波信号，得到(R-Y)信号。同理，用sinSC t去乘 CF (t) ，再经低通滤波后，可得到(B-Y)信号 色同步信号色度信号解调 需求同步(同频同相)的色副载波色同步信号：用位于行同步后肩的、

5、脉宽为91个副载波周期的 K脉冲旗脉冲截取相位为180的副载波： eb(t) = K(t) Sin(sct+180)正极性电视信号的色同步信号色同步信号前沿滞后行同步脉冲前沿5.6s。色同步信号的幅度与行同步脉冲幅度相等。负极性视频图像信号的接纳端用锁相原理恢复延续的副载波信号。压控振荡器鉴相器色同步信号ebtV 色同步信号与压控振荡器同频同相，鉴相器输出零电压；否那么，输出一定的电压控制压控振荡器。副载波的恢复3.2.2 紧缩系数彩条 YR-YB-YCY+ CY- C 白 1.0000001.001.00黄 0.8860.11-0.890.901731.78-0.01青 0.701-0.70

6、0.300.762931.46-0.06绿 0.587-0.59-0.590.832251.42-0.24品0.4130.590.590.83451.24-0.42红 0.2990.70-0.300.761131.06-0.46蓝 0.114-0.110.890.903531.01-0.78黑 0.0000000.000.00在彩色全电视信号中，色度信号是叠加在亮度信号上的。未紧缩色度信号波形图对于100-0-100-0彩条信号，黑白电平的变化范围在0到1之间。黄条和青条的最大值分别超越白色电平78和46；红条和蓝条的最小值又分别低于黑条电平40和78。影响：对于负极性信号蓝条和红条：超越了同

7、步头电平同步头对应的幅度为 - 0.43V 破坏同步，使重现图像不稳黄条和青条：低于白色电平 发射机产生过调制；使重现图像严重失真，伴音中断。接纳机中，第二伴音中频是靠图像中频和伴音中频差拍产生的，过调制将使图像中频载波有时为0处理：紧缩C，Y坚持不变。紧缩方法要求Y+C的信号最大最小电平分别不超越白电平和黑电平的33%，在-0.331.33V范围内。选择非互补的两个彩条，按紧缩系数k1、k2来紧缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，即： 黄色：Y+C不超越1.33 青色：Y+C不超越1.33黄色： 青色：得： 紧缩后的色差信号B-Y 、 R-Y称为U 、 V信号：k1=0.493,k2=0.87

8、7紧缩后的色度信号： C = V + U色度矢量：模：相 角：3.2.3 波形图和矢量图彩条 YUVCY+CY-C 白 1.0000.000.000.001.001.00黄 0.886-0.4370.10.4481671.330.44青 0.7010.147-0.6150.6322831.330.07绿 0.587-0.289-0.5150.5912411.180.00品 0.4130.2890.5150.591611.00-0.18红 0.299-0.1470.6150.6321030.93-0.33蓝 0.1140.437-0.10.4483470.56-0.33黑 0.0000.000.

9、000.000.000.00100-0-100-0彩条的Y+C波形色度紧缩前(a)色度紧缩后(b)彩色全电视信号： CVBS复合视频同步消隐基色与补色的色度信号矢量图：前往3.3.20.63矢量图要点：对于100-0-75-0彩条，黄、青条的最大值为1.0。红色和蓝色并非与红色差和蓝色差轴重合，补色矢量与基色矢量等模反向。对三基色和三补色而言，当饱和度变化时色度矢量的幅度相应变化而相角不变。对于其他彩色，当=1时，色度矢量的相角不随饱和度变化。否那么不成立。色度矢量的幅度同时决议于彩色信号的幅度和饱和度。饱和度一样的彩色信号色度矢量的幅度不一定一样，色度矢量幅度一样的彩色信号饱和度不一定一样。

10、3.2.4 Q、I色差信号兼容制彩色电视系统亮度、色差信号在同一频带传输。如色度信号以双边带传送，对于带宽为4.2MHz的制式来说，采用频谱交错，亮度、色差信号频带将重叠过宽，相互关扰将很严重。如色度信号以不对称边带传送，将在检波解调时引起串色。处理不传U、V信号，传送Q、I信号人眼视觉特性对红黄之间颜色的分辨力最强 对蓝品之间颜色的分辨力最弱在色度图中：以I轴表示人眼最敏感的色轴Q轴表示最不敏感的色轴Q、I正交轴与U、V正交轴有33夹角的关系，任一色度既可由U、V表示，也可由Q、I表示。Q、I正交轴与U、V正交轴关系： Q cos33 sin33 U = I sin33 cos33 V Q、

11、I与U、V关系U cos33 sin33 Q = V sin33 cos33 IVIUQ3333Y、Q、I与R、G、B关系Y 0.299 0.587 0.114 RQ = 0.211 0 .523 0.312 G I 0.596 0.275 0.322 B由亮度方程：Y=0.299R+0.587G+0.114B以及U、V信号与Q、I信号的关系，可以得到：Q = 0.211R0.523G + 0.312B I = 0.596R0.275G0.322B100-0-100-0彩条信号构成的Q、I 信号波形QIQ、I信号带宽根据人眼的视觉特性，Q、I信号的实际带宽分别为：Q：0.5MHz I：+0.5

12、，-1.5MHz 采用Q、I的色度信号：ec(t) = Q(t) sin(sct+33) + I(t)cos(sct+33) 窄带双边带宽带不对称边带色同步信号不变eb(t) = K(t) sin(sct+180)Q分量以窄带双边带方式传送，I分量以较宽的不对称边带方式传送。3.2.5 副载频选择副载频选择原那么1、频谱交错原理：为使亮度和色度信号的频谱间距最大，有利于频谱交错，副载频采用半行频偏置 半行频的奇数倍。 n为整数2、为了减轻副载波对亮度的干扰，应尽量使副载频选在视频信号的高端。 副载频越高，其干扰亮度的光点越细，愈不易被人眼觉察； 能使色度和亮度信号的主要能量分别位于视频的高、低

13、两端，从而减轻两者的相互关扰。3、色度信号上边带约0.5MHz的边境值不能超越视频信号的带宽4.2MHz，故副载频应低于3.7MHz 4、思索到能够出现伴音载波和副载波的差拍干扰，所以还要求两者的差频也等于半行频的奇数倍；另外，副载波应和行频坚持最简单的分频关系，从而有利于同步机电路的实现。 副载频的选择 对于525行、60场的黑白电视M制，行频为15750Hz，半行频为7875Hz，伴音载频4.5MHz。取2n+1=455，那么伴音载频455+117*7875=4.5045MHz，不利于4.5MHz伴音鉴相。 NTSC制行频改为15734.264Hz，此时伴音载频为4.4999995MHz，

14、非常接近4.5MHz。场频改为前往小结NTSC制的主要参数NTSC-M(美国制式)场频fV59.94 Hz(60Hz)行频fH5251/2 fV15.734kHz扫描行数Z：每帧525行图像信号标称带宽为4.2MHz伴音与图像载频之差为4.5MHz彩色副载波频率fSC3.57954506MHz3.2.6 NTSC制编码、解码方框图NTSC编码方框图NTSC解码方框图3.2.7 NTSC制的主要性能1色度信号简单色度信号的组成方式最为简单，解码电路也最简单，易集成化。对电视信号进展各种处置有利。2不存在行顺序效应NTSC色度信号每行都以同一方式传送，不存在对图像质量有损害的行顺序效应。行顺序效应

15、：由于对传输的色度信号作逐行不同的处置而引起的，PAL和SECAM制都有这种情况。3容易实现亮、色度信号的分别亮度信号与色度信号频谱以最大间距错开，兼容性能好，亮度串色影响也较小。同时，容易实现亮度信号和色度信号的分别，为制造高质量接纳机、制式转换和电视信号数字化提供便利条件。陷波器实现亮色分别采用梳状滤波器实现亮色分别梳状滤波器电路构成y(t)+ec(t)2ec(t)2y(t)yd(t)+ed(t)yd(t)=y(t)ed(t)=ec(t-TH)=-ec(t)y(t)+ec(t)+y(t)-ec(t)=2y(t)y(t)+ec(t)-y(t)-ec(t)=2ec(t)4色度信号的幅度失真会影

16、响重现彩色的饱和度。当整个传输系统中存在非线性特性时，系统对色度信号的增益与所叠加的亮度信号电平有关微分增益，它对图像的影响是彩色饱和度的变化。简单的说：微分增益是亮度信号幅值的变化对彩色饱和度的影响。 不能用简单的衰减或放大来校正这种幅度失真。微分增益在15%时可觉察，容限为30%5存在相位敏感性，重现彩色的颜色对色度信号的相位失真敏感。微分相位：当传输系统存在非线性时，色度信号产生的相移与所叠加的亮度电平有关(微分相位)。在NTSC系统中，色度矢量相角的变化代表了颜色的变化。检波得到的Q、I信号发生串色。微分相位 为 5时可觉察，容限为12。 不对称边带的影响传输系统特性不良，会使对称边带

17、信号变成非对称边带信号。设已调副载波信号为设传输后只剩下下边带分量在单边带情况下，一个Q调制的副载波分量相当于一个正交调幅信号，构成Q对I的串色。3.3 PAL制3.3.1 彩色相序交变原理NTSC制中，色度信号的相位失真会带来明显的颜色失真。NTSC-相位敏感性高PAL(Phase Alternation Line)逐行倒相正交平衡调幅制，即色度信号U、V分量中的V分量逐行倒相。彩色相序交变原理：发端周期性改动彩色的相序收端采用平均措施，以减轻传输相位误差带来的影响，抵消相位误差品偏红品偏红品偏蓝Fn表示第n行的色度矢量，Fn+1表示n+1行的色度矢量。由于行相关，可以以为它们的颜色一样。那

18、么矢量Fn和Fn+1的U分量相等，V分量绝对值相等、相位相反，即以U轴对称。假设传输过程中无相位失真，解调时V回原位，可正确地恢复出色差信号。有相位失真时，用逐行倒相的方法消除了相位失真带来的颜色失真，相位失真仅引起了饱和度下降，但颜色末变。隔行扫描逐行倒相的变化规律： 不倒相行取正号 NTSC行 倒相行取负号 PAL行 3.3.2 PAL色度信号及其频谱交错1PAL色度信号PAL色度信号：其中：k(t)表示逐行取值为+1和-1的2H为周期的开关函数接纳端检波时要识别是NTSC行还是PAL行，以决议正交同步检波器的相位。NTSC行PAL行 VUVCUCebebPAL制色同步逐行摆动90。2PA

19、L色度信号的频谱交错PAL色度信号频谱 :U分量对副载波sinct平衡调幅，频谱仍以fH为间隔，对称地分布在色副载波fsc两旁。 逐行倒相的V 分量对副载波cosct平衡调幅，也可看成是V分量对逐行倒相的色副载波K(t) cosct 的平衡调幅。基波角频率：开关函数：逐行倒相的色副载波的各频率分量为： 图中虚线为供U信号调制用的副载波，实线为供V信号调制用的副载波。可以看出，调制V信号的副载波是谱线群，调制U信号的副载波是一根谱线。U分量与V分量的主谱线刚好错开1/2行频。NTSC制U，V信号频谱是重合的，而PAL制色度信号本身完成了频谱交错。这也是PAL制色度不容易失真的缘由。3.3.3 副

20、载波选择及色度信号与亮度信号的频谱交错合理选择fsc，使亮度Y信号与色度信号的主谱线相互错开。fsc要尽量的高，但其上边频不能超越规定的6MHz 1/4行频间置： 只采用1/4行频间置，亮度信号Y的fv场频副谱线与色度信号U、V的fv场频副谱线的间距只需1/8fv ，容易呵斥亮色串扰。 1/2场频偏置25Hz偏置： 采用1/2场频偏置25Hz偏置后，使亮度信号Y与色度信号U、V的副谱线间距添加3倍，为3/8fV，进一步减少亮色串扰。 2PALD解码器梳状滤波器梳状滤波器PALD解码器3.3.4 PALD解码原理梳状滤波器的作用： 经过延迟的色度信号和不延迟的色度信号相加或相减，将色度信号中的两

21、个色度分量U、V进展分别，以抑制两个色度之间的相互串扰 。 为了使梳状滤波器具有上述作用，延时线的延时时间对于包络即U、V信号等于一个行周期TH=64s，对于副载波要求相位相反。直通讯号延时信号假设相邻两行色度信号一样，副载波相位相反延迟线的频率特性：色度信号延迟一行不变，要求其各个频率分量具有一样的一行延迟时间，即要求延迟线具有线性相位特性，群延时等于行周期TH副载波延迟后反相，要求副载波的延迟时间是半副载波周期的奇数倍。存在微分相位时：相加端相减端经正交解调出 只产生人眼不太敏感的饱和度变化，不影响颜色。群延时包络延时即色度信号延时相延时副载波延时 取延迟线的相位特性：56721sc0-0

22、.5032 配有换能器的超声玻璃色散延迟线实现如图的相位特性相位特性不经过原点，相延时与频率有关的色散延迟特性梳状滤波器的频率特性具有梳齿状的幅频特性，因此称为梳状滤波器。延迟线频率特性：相减端频率呼应：幅频呼应：相加端频率呼应：幅频呼应：相减端输出相加端输出PAL频谱相减端幅频特性相加端幅频特性经梳状滤波亮色得到分别亮度串色幅度下降3dB彩色信噪比改善3dB相延时误差对梳状滤波特性的影响可以证明，经梳状滤波和同步检波后：逐行交变的小幅度串色，颜色偏向互补，经过视觉平均获得正确彩色。当存在显像管非线性电光转换特性时，逐行交变的串色使亮度逐行强弱变化，由于隔行扫描产生向上缓慢挪动的明暗相间的行构

23、造，称为行蠕动景象或行顺序效应。PAL制抑制NTSC制相位敏感性的根本原理可概括为：采用逐行倒相正交平衡调幅的色度信号。在解调时先经梳状滤波器分别，然后再同步检波；利用视觉平均作用补偿小幅度串色所引起的彩色偏向。3.3.5 PAL制的主要性能 抑制了 NTSC制相位敏感的缺陷。 PAL制采用1/4行频间置再加25 Hz确定副载波，有效地实现了亮度 信号与色度信号的频谱交错，因此有较好的兼容性。 梳状滤波器在分别色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了 3dB，使彩色信噪比提高了3dB。 由于NTSC制是1/2行频间置， PAL制为 l/4行频间置。二者相比实 现PAL信号的亮色分别要比 NTSC制困难，且分别质量也较差。 由数字滤波处理 存在行顺序效应。 3.5 模拟彩色电视制式的缺陷一、复合信号方式的缺陷亮色串扰 三种模拟彩色电视制式均采用亮、色信号在时域同时相加，在频域共用频带窄带色度信号置于亮度信号频谱的高端的复合信号方式，由于亮色分别的不完善带通滤波和副载波陷波，以及能够发生的频谱混叠，会产生亮、色间的串扰。 亮度串色:表现为在亮度信号的细节部分(有高频亮度分量)产生杂乱的彩色图像。 在电视测试图上，在表示程度明晰度的条形区，在细密条(对应300、3