第25节NTSC制色差信号及编码解码过程

1.了解NTSC制编、解码过程。2.知道NTSC制性能、参数。一、I、Q色差信号二、NTSC制编、解码方框图

三、NTSC制的主要参数及特点2.4NTSC制色差信号及

编码、解码过程本节要点：内容提要：：

NTSC制

NTSC制得名与美国NationalTelevisionSystemCommittee（国家电视制式委员会），它是世界上第一个用于彩色电视广播，并在商业上取得成功的彩色电视制式。

是在正交平衡调制之前，将被压缩的色差信号U、V又进行了一定的变换，从而产生了I、Q信号，这样做，可对色差信号的频带进行进一步的压缩。一、I、Q色差信号

对视觉特性研究表明，人眼对红、黄之间颜色约分辨力最强；而对蓝、品（紫）之间颜色的分辨力最弱。在色度图中以I轴表示人眼最为敏感的色轴，而以与之垂直的Q轴表示最不敏感的色轴。这样，倘若采用坐标变换，将U、V信号变换为Q、I信号。1、I、Q色差信号与V、U的关系

定量地说，Q、I正交轴与U、V正交轴有33°夹角的关系，如图示；QI33°33°这样，任一色度信号，即可由U、V表示，也可由I、Q表示。它们之间有如下关系：（1）（2）（3）（4）利用亮度方程及U、V与R、G、B的关系可求出Q、I与三基色的关系为：利用亮度公式和式可求出Q、I与R、G、B的关系，由此可写出线性方程组：这就是NTSC色差信号的编码方程。2、I、Q色差信号图彩条信号波形和矢量图对I和Q信号进行正交平衡调制，I所对应的色度信号采用较宽的带宽(不对称边带：fsc-1.5～fsc＋0.5MHz)，而Q信号对应的色度信号则只需采用很窄的带宽（fsc-0.5～fsc＋0.5MHz)来进行传输，这就是进行这一变换的目的。

I信号带宽为：fsc-1.5～fsc＋0.5MHz；

Q信号带宽为：fsc-0.5～fsc＋0.5MHz。祥见NTSC制全彩色电视信号频谱图。3、NTSC制全彩色电视信号频谱NTSC制全彩色电视信号频域图视频频谱NTSC制频带分配谱图-1.250fsc4.5MHz伴音载频图像载频QI射频频谱上图说明：

NTSC色度信号的特点是：I信号残留边带调制

BI：fsc－1.5MHz～fsc＋0.5MHzQ信号双边带调制

BQ

：fsc－0.5MHz～fsc＋0.5MHz

fsc＝3.57954506MHz在NTSC制中，上述亮度和色度重迭过宽的矛盾，似乎可采用两个不对称的u、v色度信号来解决。但由于任何不对称边带的色度信号在同步解调时，会造成u、v信号之间的相互干扰，即存在“正交串色”；因此，在NTSC制中，不能采用两个不对称连带的u、v色度信号来解决亮度与色度信号重迭过宽的矛盾，而只能采用Y、I、Q制。4、关于“正交串色““正交串色”之解释关于“正交串色”解释：设，在对称边带情况下，平衡调幅波的两个边频分量可用等长度的、以角速度Ω相对旋转的两个矢量来表示，它们在DU轴上的投影之和等于零，即U信号的同步检波器不输出V信号。但在不对称边带情况下，两个旋转矢量的长度不相等，它们在DU轴上的投影之和不再等于零，即在U信号检波器的输出中混有V信号，从而引起“正交串色”。尽管在Y、I、Q制中，I信号的高频部分（0.5～1.5MHz）也以单边带传送，使上、下边带合成的I信号在Q轴的投影不为零，这样I信号串入Q信号，也会引起正交串色。但是，这种串色发生在I信号的高频部分，因此，对窄频带的Q信号影响不大。

选择依据：

(1)、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，愈不易被人眼察觉；另外，还能使色度和亮度信号的主要能量分别位于视频的高、低两端，从而减轻两者的相互干扰。

希望fsc频率要高。

(2)色度信号频带宽度为fSC±1.3MHz（PAL制）或，fSC-1.5MHz~fSC+0.5MHz(NTSC制)它的上边带不应超过视频信号6MHz（PAL制）或4.5MHz（NTSC制）MHz的带宽范围。

fsc频率不能太高5、彩色付载频选择(3).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，即：

fsc＝（n－1/2）fH式中n为整数，在这些频率点上亮度信号的能量趋近于零。亮度与色度频谱半行频交错

UVfHfSCYYYYYUVUVUVf285fH2fHYY284fH283fH282fHUVfHfSCYYYYYUVUVUVf229fH2fHYY228fH227fH226fH图NTSC制的半行频间置（4）、考虑到可能出现伴音载波和副载波的差拍干扰，所以还要求伴音载波和副载波的差频也等于半行频的奇数倍；另外，副载波应和行频保持最简单的分频关系，从而有利于同步机电路的实现。通常要求（2n－1）是若干较小质数之乘积。例如通常取n=228，284等。（2n－1）＝455＝5×7×13伴音载波和副载波的差频也等于半行频的奇数倍对于525行、60场／s的NTSC制,fH=15734.264Hz选n=228计算，副载波频率选择为：

NTSC制采用半行频间置，色度信号的频谱正好插在亮度信号频谱的中间，如图3-7所示，这样可将色度信号对亮度信号的干扰降到最小。

对于625行、50场／s的NTSC制,fH=15625Hz,选n=284计算，副载波频率选择为：由于采用半行频间置，副载波的亮、暗光点干扰可以利用人眼的视觉暂留特性相互抵消。由于

fSC=283.5fHTH=283.5TSC

或fsc＝227.5fH

TH=227.5TSC6.Y、I、Q制中的色度信号表达式在Y、I、Q制中，色同步信号和色度信号的动态范围与Y、U、V制相同。二、NTSC制编、解码方框图1、NTSC编码器

NTSC制的任务是将摄象管输出的三基色信号R、G、B编成一个带宽和幅度与黑白电视信号相同的彩色全电视信号。它主要由矩阵电路、亮度通道、色度通道，副载波形成电路和混合放大器组成。编码器方框图如下页图所示.NTSC制编码方框图矩阵电路低通延迟线平衡调制器平衡调制器+副载波形成电路+延迟线平衡调制器低通RGBYIQ12333180S脉冲K脉冲A脉冲YFBASFb矩阵电路解码矩阵编码矩阵在编码器中，矩阵电路按亮度方程和式和Q、I对R、G、B进行线形组合产生I、Q和Y信号。由于Y、I、Q三个通道的频率特性不同，因而在Y和I通道中分别加入不同时延的延迟线，以便在最后合成彩色全电视信号时，三者在时间关系上匹配。

副载波形成电路分别输出相位为33°、128°、180°的三个副载波供Q调制器、I调制器和色同步平衡调制器之用。色同步平衡调制器的调制信号为K脉冲，已调波为色同步信号Fb。I路和Q路平衡调制器输出相加得色度信号F。最后将Y、F、Fb及复合同步信号S脉冲和复合消隐信号A脉冲相加，组成彩色全电视信号输出。

在NTSC制彩色电视接收机中，经图像检波恢复全电视信号，然后送解码器中解调得R、G、B三基色信号。

QIFb色同步信号Fb与Q、I信号之间的香味关系UV33°33°图NTSC制色同步信号及其矢量

(a)色同步信号；(b)矢量2、解码器

NTSC制的解码器如下页图所示。其任务是从彩色全电视信号中分离出三基色信号R、G、B供彩色显象管使用。解码是编码的逆过程。相对应地解码器也主要由亮度通道、色度通道、副载波恢复电路和矩阵电路所组成。NTSC制解码方框图延迟线带通门电路陷波器同步检波器同步检波器副载波恢复延迟线矩阵电路FBASFbF12333YIQRGB副载波形成电路分别送出33°、123°和180°相位的三个副载波，供Q平衡调幅、I平衡调幅和色同步平衡调幅使用。前两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号F，第三个平衡调幅器得到色同步信号Fb。

最后，再将Y、F、Fb以及复合同步信号S脉冲混合，组成彩色全电视信号。亮度通道的作用主要是对亮度信号进行延迟和陷波，延迟的目的是使Y、I、Q在达到的时间上保持一致；正因为如此，在I通道中还接有与Y通道中不同延时的延时线。副载波陷波器的作用是为了抑制色度信号对亮度信号的干扰。通过门电路从全电视信号选出色同步信号，用来恢复确定副载波相位，经过锁相副载波恢复电路可输出相位为33°和123°的副载波，供Q、I同步检波器使用。色度信号由带通滤波器从全电视信号中选出，同时进入I、Q两个同步检波器。由于它们解调的副载波相位不同，分别为33°和123°，故两个检波器能分别输出色差信号Q和I。最后由矩阵电路将Y、I、Q线性变换成R、G、B信号供显象管使用。三、

NTSC制主要参数及特点

1．主要参数NTSC-M(美国制式)

场频fV＝59.94Hz(60Hz)；

行频fH＝525×fV/2＝15.734kHz；

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fSC=3.57954506MHz。

fsc=3.579MHz。

I信号带宽为：fsc-1.5～fsc+0.5MHz；

Q信号带宽为：fsc-0.5～fsc+0.5MHz。

2、NTSC制全彩色电视信号频谱3、NTSC制的主要优点NTSC制根据人眼的视觉特性，应用色度学原理和电子电路技术第一个成功地实现了兼容性彩色电视广播。从此，人类进入了彩色电视广播的新时代。它与PAL制、SECAM制相比较，其主要优点有：（1）.NTSC制的色度信号组成方式最简单，最易于进行信号处理，比如数码化，亮度与色度分离等。同时，NTSC制的接收机、电视中心设备和录象设备最简单，成本最低。色度信号编、解码方式最简单。（2）.亮度信号和色度信号的频谱间距最大，兼容性好，亮度串色和色副载波干扰光点最小。（3）.无行顺序效应（即爬行现象）和亮度闪烁现象。这是因为NTSC制每一行对亮度信号和色度信号的处理和传送方式相同，而PAL制和SECAM是逐行变化的，故引起行顺序效应。无影响图像质量的行顺序效应。（4）.演播室进行图象慢转换（淡出一淡入）、切换、混合等特技操作比较方便。特技操作比较方便。（5）.在没有信号失真的情况下，它有较高的图象质量，如具有较高的彩色水平和垂直清晰度。4、NTSC制的主要缺点（一）最主要的缺点是色调的相位敏感性严重。

失真的原因:在彩色电视信号传输出过程中，亮度信号、色度信号的相位和幅度不可避免地会产生传输误差，从而导致彩色在亮度、色调和饱和度三方面的失真。失真的结果:其中人眼对色调失真最为敏感，特别是人们经常遇到的一些颜色，如人的皮肤色、蓝天等。例如，当屏幕上演员的脸部由正常肤色变成绿色或红色，看起来特别刺眼。亮度失真主要影响图象的灰度层次。饱和度失真主要影响颜色的深浅。相对于色调失真而言，人眼对亮度失真、饱和度失真是不敏感的，因此在彩色电视传送过程中要尽量减少色调失真。前面曾经提到人眼对亮度细节的分辨力高于对彩色细节的分辨力，所以当观察亮度杂波时，比观察彩色杂波敏感。这是人眼对高频彩色图象信号存在的视觉特性。这里提到的人眼对色调失真比对亮度失真敏感，是指人眼对视频低端（小于1.3MHz）彩色图象信号存在的视觉特性，两者不可混淆，不是同一码事，不存在什么矛盾。正是因为如此，人们才提出高频混合原理，彩色的低频部分必须由三基色组成，而彩色的高频部分采用同一亮度信号来代替。色度信号的相位失真将导致色调失真，而产生相位失真的主要原因有三方面：（1）.微分相位的影响

NTSC制的色度信号是迭加在亮度信号上一起传送的，色度信号相对于亮度信号的幅度，确定了被传送色的饱和度。

色度信号相对于色同步信号的相位，确定了被传送色的色调。

当亮度信号电平发生变化，会使色度信号在晶体管或电子管特性曲线上来回移动，随着亮度电平的高低变化，色度信号的相位和幅度将会产生失真，它们分别称为微分相位失真和微分增益失真。产生微分增益失真的原因：因为电视系统为一非线性系统，随着亮度电平的高低变化，色度信号幅度的放大倍数不能保持恒定，而产生增益失真。产生微分相位失真的原因：接收机的解调副载波都是以色同步信号的相位作为基准的，因此色度信号与色同步信号相位差决定了被传送色的色调。例如：设被传送色是红色，其相角为103°，为了使其色调不失真，则色度信号和色同步信号的相位（180°

）差φ应保持恒定，即φ＝77°，如图所示。由于色同步信号总是于消隐电平上，而色度信号位于不同的亮度电平上，故两者通过非线性系统后，产生了不同的相位移，使两者的相位差发生变化，等于φ＋Δφ。例如，对被传送的红色，其色调就可能变成红色偏紫或红色偏黄，使色调出现失真。

微分相位失真不能用简单办法进行补偿。因为，它是随亮度电平的不同而变化的，实验表明要使人眼觉察不出色调失真，必须使相位失真不超过±5°，而当相位失真超过±12°。人眼察觉饱和度失真不如色调失真那样敏感。实验表明，当色度信号幅度变化达±15％时，可察觉出饱和度失真，当其幅度变化超过30％时，人眼对饱和度的失真将不能允许，因此，NTSC制规定微分增益容限为±30％。相位失真超过±12°（2）、不对称边带的影响传输出系统频率特性不良，会使对称边带的色度信号变成不对称边带的信号，色度信号一旦出现不对称边带，就会产生“正交串色”，使色度信号产生相位失真。（3）.多径接收的影响由于高层建筑和地形的影响，电视机接收到的电波，既有直射波，也有经过一次或者多次反射的反射波。反射波的存在会使传输出通道的频率特性发生变化，从而导致色度信号的相位和幅度的失真。总之，色度信号的相位失真是不可避免的，前面已经指出，微分相位的容限为±12°，从电视台的中心编码器直到电视机的解码器，要求达到这样的指标是很困难的，NTSC制的主要缺点就在于此。（二）、色度信号对亮度的干扰色度信号是以平衡调幅波的形式迭加在亮度信号上传送的。色度副载波的起伏变化使正常亮度发生相应的变化，对应副载波的正、负峰点，屏幕上将出现亮暗相同的干扰光点。下面讨论干扰光点的图样。为了简单起见，假定平衡调幅波是一频率等于副载频的正弦波。由于副载波的作用，会使光栅一行的亮度从一端到另一端按正弦规律起伏变化，如图所示。黑白光点看作是正弦波的正、负峰值所产生，根据副载频与行频的关系，画出相继各行上的光点相对位置，就可确定干扰光点组成的图样。一个行周期中有283.5个副载波周期。

副载波产生的亮暗光点解释如下：副载波的正半周在屏幕上显示较亮的光点，副载波的负半周则显示较暗的光点。在行扫描过程中，亮点与暗点交替出现,如图所示，第1行开始的一个点是亮点，最后一个点也是亮点，第2行开始的一个点是暗点，最后一个点也是暗点；奇数行开始的一个点是亮点，最后一个点也是亮点，偶数行开始的一个点是暗点，最后一个点也是暗点。第二场中的第一个整行是314行，是偶数行，其光点与第1行的光点亮暗情况相反，而与第2行的光点亮暗情况相同。同理，第315行的光点亮暗与第3行相同，而与第2行相反。经过一帧之后，第二帧的第1行(相当于626行)开始的副载波相位与第一帧第1行相位也是相反的，见下页图

(b),所以第一帧亮点的地方，第二帧就变成了暗点。结果，相邻两帧的亮暗光点由于人眼的视觉平均而相互抵消了。