第二章彩色电视基础知识

第二章彩色电视基础知识§2-1色度学基础知识

一、光和色1、光是电磁波（1）可见光：人眼可以看得见的光叫可见光。（2）可见光光谱：380nm至780nm是可见光的波长。如图2-1所示2、色彩是光的一种属性（1）不同波长的光有不同的颜色下面幻灯片动画演示（2）物体的颜色：二、人眼的视觉特性和彩色三要素1、人眼的视觉特性（1）人眼的亮度视觉经过对各种类型人的调查统计得出，人眼对各种不同波长光的相对灵敏度也称相对函数，如图2-3所示曲线表明：人眼最敏感的光波长为555nm，是草绿色（2）人眼的彩色视觉1）锥状细胞有三种，分别对红、绿、蓝光敏感。如图2-4所示图2-4三种锥状细胞的光敏和亮度视见曲线2）当三种锥状细胞同时接受红、绿、蓝三种光的刺激时，就会产生白光的感觉，即图中的亮度曲线。3）由于不同颜色的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉各异，从而使人眼能分辨出五光十色的颜色。（3）人眼对彩色的分辨能力对亮度的分辨能力低由于锥状细胞的灵敏度比杆状细胞低，所以人眼对颜色的分辨能力比亮度的分辨能力低。2、彩色三要素（1）亮度（2）色调（3）色饱和度（简称饱和度）三、彩色图像的重现彩色电视是根据人眼视觉特性简历三基色原理，使人们有可能选取红、绿、蓝三种基色，混合出自然界绝大多数颜色，并把彩色图像转变成为电信号加以传送，最后彩色电视的荧光屏上将原来景物的亮度和彩色最大限度地、不失真地重显出来。1、三基色原理及三基色的选定（1）自然界的各种色彩都可以由三种单色（称为三基色）按不同的比例混合而得到。（2）三基色之间相互独立，即任何一种基色都不能由另外两种基色混合而产生。（3）三种基色之间的比例，决定了混合色的色调和饱和度（4）参与混色的各个基色的亮度之和等于混合色亮度这就是混合色的原理。2、混色法与彩色重现原理（1）相加混色法原理相加混色法如图2-5所示，它是将红、绿、蓝三种基色光部分重叠地投射到白色屏幕上，在屏幕上便会呈现出一幅品字形的三基色圆图。由图可知相加混色法的规律为：下面由flash动画演示如下幻灯片表示红色+绿色=黄色；红色+蓝色=紫色；绿色+蓝色=青色；红色+绿色+蓝色=白色；调节三种基色光的不同比例，几乎可以混合出自然界中所有的颜色。（用手拖动上面三色可以改变颜色演示）对于所有颜色的光，都存在着另一种颜色的光与其混合而得到白色光。如：红色+青色=白色；绿色+紫色=白色；蓝色+黄色=白色当两种颜色相混课的到白色，我们把这两种颜色称为互补色。即红色、绿色、蓝色是基色。青色、紫色、黄色是混合色，称为补色。如果两种混合色相加，结果如何呢？如：黄色+青色=红色+绿色+蓝色+绿色=白色+绿色+浅绿色紫色+青色=红色+蓝色+绿色+蓝色=白色+蓝色=浅蓝色为了更直观的表现三基色的混色原理，常采用彩色三角形来表示三基色混色方法。如图2-6所示1）每个边上各点代表的颜色是相应的两个基色按不同比例混合的混合色。2）彩色三角形的中心点W是白色，它是等量的三基色的混合色。3）穿过W点的任何一条直线，它与三角形边相交的点所代表的彩色为互补色。4）色度三角形三个顶点代表三基色，如G点是代表饱和度100%的纯绿色，沿着直线GW下移绿色中白色增加，使彩色变淡，而得P点是浅绿色。（2）实现相加混色的方法主要是利用人眼的视觉特性而实现对彩色图像进行空间和时间上得分割和混色，来传送和重现彩色图像。1）空间混色法：是利用人眼对空间细节分辨力差的特点，将三基色光点同时投射到屏幕相邻处，只要这三个光点足够小，相距足够近，二观察的距离又足够远时，人眼看到的不是三个色点，而是三种基色的相混合的彩色感觉。如图2-7a所示2)时间混色法：是利用人眼的视觉惰性，将三种基色光按一定顺序，以足够快得轮换速度投射到同一表面上，也能获得相同的彩色效果。通过实验和计算发现，用强度相同的红、绿、蓝三基色光合成100%白光，则在白光的总亮度中，绿色光产生占59%，红色30%，蓝色光产生的亮度占11%，这种关系可用方程表示为Y=0.3R+0.59G+0.11B此方程叫做亮度方程，式中Y代表由三基色混合的亮度。、、分别代表R、G、B三种基色对亮度所起的作用，称为可见系数。在彩色电视信号传输过程中，亮度信号和三基色信号以电压的形式来代表，亮度方程可改写成电压的形式即：EYRGB这里，EY、EG、EB各代表亮度信号、红信号、绿信号和蓝信号的电压。§2-2彩色图像的传输一、兼容制的彩色电视所谓兼容，就是让黑白电视用户能接受彩色电视广播，显示还是黑白图像。而彩色电视机也能接收黑白电视广播，当然显示的还是黑白图像，称为”逆兼容性”1、兼容制的基本条件为了实现彩色电视与黑白电视兼容，彩色电视必须满足以下条件：（1）彩色电视机与黑白电视机相同扫描制式和标准，如每帧扫描线数625行，行频为15625HZ，场频为50HZ，图像与伴音载频之差为Z，每个频道宽为8MHZ等。（2）传输的彩色电视信号中应包含有亮度信号和色度信号（3）彩色电视机信号必须在黑白电视相同的宽带传送，应尽可能减少色度信号对亮度信号的干扰，在传送的色度信号应便于在彩色电视接收机中与亮度信号分开。2、兼容制彩色电视基本原理按兼容制彩色电视的要求，彩色电视信号的传送必须采用单通道传送。这种传送方式不是直接传送三基色信号，而是先把三基色信号经过一个编码器处理后，得到的彩色电视信号频带可减小到与黑白电视一样（6MHZ），因而能与黑白电视兼容。兼容制彩色电视基本原理如下幻灯图2-8所示图2-8兼容制彩色图像传送示意图发送系统接收系统图中彩色画面由八条宽度相等的垂直彩条组成，包括了三个基色、三个补色白色和黑色，这八条彩条衣亮度顺序排列为白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。当三基色光像同时投射到三个摄像管的靶面上，经过摄像管的光电转换变成三基色信号ER、EG、EB所得到三基色图像及其电信号如图2-9所示a)彩色图像b）红基色图像c）绿基色图像d）蓝基色图像3、三种具有兼容特性的彩色电视制式（1）什么是电视制式：完成电视信号的发送和接收总要采取各种不同的特定组合、传递方式来实现，这种特定的方式就成为电视制式。黑白电视制式通常以扫描方式、扫描频率、每帧图像扫描行数、信号宽度等特征作为标志。如，各国电视的场扫描频率有50hz、60hz；扫描行数有625行、525行，图像信号宽度有5MHZ、、6MHZ、等。就形成了世界上各种类型的黑白电视制式（或标准），可使用的黑白电视制式有A、B/G、C、D/K、E、F、I、L、M、N等多种类型，我国的黑白电视标准属于D制。对于彩色电视系统来说，为了实现黑白与彩色电视兼容，除了黑白要满足黑白电视制式的有关特性外，还必须把摄像机输出地三路基色信号ER、EG、EB变成两个信号。其中一个只反映画面上各点亮度图像信号，另一个只反映画面上得各点色度的信号（称为色度信号），然后再把这两个信号通过某种方法相加在一起组成一个复合的信号，此信号再与消隐、同步信号相加，便形成彩色全电视信号。上述各种信号的变换称为信号编码，完成信号编码的装置称为编码器。（2）三种彩色电视制式

世界上现行的彩色电视制式有NTSC制、PAL制和SECAM制。1）NTSC制：NTSC制又称正交平衡调幅制，这种制式特点是将两个色差信号分别对频率相同而相位相差90°的副载波进行正交平衡调幅，即用一个副载波传送两个色差信号。2）PAL制：又称为逐行倒相正交平衡调幅制，是克服了NTSC制对相位敏感的缺点而产生的又一种彩色电视制式。原理是在原来正交平衡调幅和同步检波的基础上，将其中一个已调的ER-Y色差信号进行逐行倒相，即相邻两行的相位相差180°这样可以利用相邻两行色彩的互补来消除由相位是真引起的色调失真。PAL制保留了NTSC制的优点，但性能较NTSC制的优越，主要缺点是接收机解码电路比较复杂，是接收机成本提高。另外PAL制存在爬行干扰（百叶窗效应）的可能性。采用PAL制国家还有中国、法国、荷兰、意大利、新加坡、泰国、马来西亚等。3）SECAM制：SECAM制为了克服NTSC制相位敏感性而设计的。它与前两种制式不同的特点是两个色差信号不是同时传送，而是逐行轮流、交替传送，因而在同一时间内传输通道中只有一个信号存在。在SECAM制中，色差信号对副载波的调制采用调频的方式，通过两个频率不同的副载波对两个色差信号进行调频，然后再将两个已调色差信号逐行轮换，插入亮度信号的高频端，形成彩色图像信号。由于调频可以采用限幅来消除干扰，而且对相位失真不敏感，因而可减小因相位失真和幅度变化的而引起的色调和色饱和失真，远距离传送彩色电视信号效果好。但其兼容性较差，图像清晰度比前两种制式差。（3）三种制式之间的关系：由于三种彩色电视制式对色度信号的处理方法不同，致使三种制式之间不能相互兼容，但是，随着大规模集成电路的出现，有些解码电路已能进行PAL/NTSC/SECAM多种制式的解码，采用这种解码电路的电视机，就能接收任一彩色制式的电视信号。以上三种均可与黑白电视相兼容，为了表示彩色电视制式与黑白哪类电视制式兼容，通常在彩色电视制式字母后加上后缀字母。如，美国为NTSC-M制，联邦德国为PAL-B/G制。我国是PAL-D/K制，它表示彩色电视制式是PAL制，能兼容D/K制式的黑白电视。二、实现兼容的基本方法

要实现彩色电视与黑白电视扫描标准相同，就有一样的图像、伴音载频是比较容易的，困难的是如何将三基色信号形成亮度和色度信号，如何保证具有相同的频带宽度(即黑白电视是在6MHZ的带宽内传送亮度信号，而彩色电视也必须在6MHZ的带宽内同时传送亮度信号和色度信号），如何在干扰最小的情况下传输这些信号。彩色电视采取了一系列技术措施来实现兼容和改善效果1、传输信号的选择及组成原理如上2-8图所示在摄像端，彩色图像被分解成红、绿、蓝三基色光，并转换为相应的三基色电压，但电视系统并不直接传送这三基色信号，这主要是从兼容的要求来考虑的，则三种彩色电视制式都选用了亮度信号和色差信号作为传输信号的。（1）亮度信号要实现彩色电视与黑白电视兼容，根据兼容制条件，，必须在彩色电视信号中传送一个反映图像亮度的信号，即亮度信号Y。根据前面所述亮度方程式EY可以通过把三个基色信号送入一个有简单的电阻组成的矩阵电路中来实现，如下幻灯片图所示。图中RR、RG、RB与RY的比例关系可由式推导得出：选定RY数值后，就可求出RR、RG、RB的值。（2）色差信号1）在彩色电视信号传送过程中传送是色差信号；R-Y信号和B-Y信号、而不是R、G、B基色信号。主要是从宽带和兼容两方面考虑。从带宽方面讲，为了保证图像有必要的清晰度，每个基色信号都应与亮度信号有相同的带宽，即为6MHZ带宽，这样从的彩色信号的带宽将是黑白信号带宽的3倍，达18MHZ，显然这是不经济、不合理的；另方面，因为Y信号已经代表被传送彩色图像的全部信息，而基色信号本身既包含有彩色的亮度信息又包含了彩色的色度信息。如果再传送基色信号，亮度信号就传送两次，会造成信号传输过程中基色与亮度之间的干扰，因此一般不传送基色信号而传送色差信号。2）三个色差信号在彩色电视中除了传送亮度信号外，还要传送代表色调和饱和度的色度信号。根据兼容要求，色度信号应只含有色度信息而不含有亮度信息。为了获得只含有色度信息的色度信号，可以从三基色信号中减去亮度信号，得到三个含有色度信息的信号，这个信号称为色差信号。根据亮度方程式可导出各色差信号与三基色信号的关系：如果用电压形式表示应为：在彩色电视中，如果传送的是一副黑白画面，则三基色电信号幅度相等，可求得色差信号为：可见，传送黑白画面时，色差信号全为零，说明色差信号仅含色度信息而不含亮度信息。这就大大减少了色度信号对亮度信号的干扰几率，提高了黑白图像的接收质量，改善了“兼容”性3）只传送ER-Y和EB-Y信号由式中看出，三个色差信号只有两个是独立的，每个色差信号都可以由其他两个色差信号合成得到。利用亮度方程可以方便的推导出三个色差信号之间的关系：根据2-4式可以将任何一个色差信号用其他两个色差信号来表示。可见三个色差信号不必都传送，只要传送其中两个就行了。实际传送电视信号时，只发送ER-Y和EB-Y色差信号。那为什么不发送EG-Y这个色差呢？由于在三个色差信号中，EG-Y幅值最小，因此抗干扰能力比其他两个色差信号弱；同时在红、绿、蓝三基色中，绿光最亮，人眼比较敏感。另外，在接收机中要想得到EG-Y信号，由2-5式求得。因此，目前彩色图像信号都传送ER-Y与EB-Y两个色差信号。4）发送端色差信号的形成及接收端三基色信号的还原。如上所述，彩色电视传送的三个信号是：在发送端用矩阵电路可将三基色信号ER、EG、EB形成亮度信号EY，EY经倒相器倒相后再分别与ER和EB相加形成了ER-EY和EB-EY两个色差信号。该亮度信号和色差信号的形成如图2-11所示在接收端用矩阵电路先得到EG-Y信号，然后将三个色差信号与亮度信号相加，还原出三基色信号：如下式所示，ER、EG、EB三个基色信号电压，控制彩色显像管的三个阴栅电压，是三基色荧光粉按不同比例发光，重现彩色图像。还原三基色信号的矩阵电路框图如图2-12所示图2-12还原三基色信号的矩阵电路（解码矩阵电路）

怎样把亮度信号和色差信号三个信号（Y、R-Y、B-Y）都挤在黑白电视的宽带6MHZ中来传送而又不导致引起相互干扰。下面分两步来解决，首先设法压缩色差信号的频带，然后再把色差信号“插到”亮度信号中去，即频谱交错。2、频带压缩（大面积着色）（1）亮度信号带宽保持6MHZ

图像的细节与信号的频率相对应的，为了保证足够的清晰度，也就是亮度信号频带仍取6MHZ。（2）两色差信号用频带传送人眼睛对彩色细节的分辨力低于亮度细节的分辨力，即人眼只能感受到彩色图像中大面积部分，对彩色细节不能分辨。因此，亮度信号和色差信号就不必“一视同仁”，而应“区别对待”。亮度信号需用较宽的带宽，以便传送图像细节。色差信号的带宽则可以大大压缩，只需传送其低频成分就可以了，彩色图像的高频分量则用同一亮度的高频分量代替。用亮度信号带宽10%~20%来传送色差信号，所得到的彩色图像的质量是满意的。这样利用这一原理，将色差信号从0~6MHZ频率范围压缩到频率，这一过程叫色差信号的频带压缩。如下图所示图2-13色差信号的频带压缩3、频谱间置（1）亮度信号和色度信号频谱结构如图2-14a所示，图2-14a亮度信号频谱它具有下述特点：1）亮度信号频谱不是连续的而是离散的，具有一定的周期性。2）在相邻行频谐波之间有很大一段为能量极少的空白区。3）信号能量随着行频谐波次数的提高而减少。4）最高频率为6MHz。和亮度信号一样，色度信号也同样的周期性如下图2-14b所示它们也是由同一场频和同一行频扫描出来的，即色度信号也是疏状的一群群的线状频谱。（2）频谱间置原理及副载频的选择为了传送色度信号，有不扩展传输频带，可利用亮度信号频谱空隙，移动色度信号的频谱，然后穿插到亮度信号频谱的空隙处，是色度信号的谱线和亮度信号的谱线错开。如何将色度信号插到亮度信号中去？根据亮度信号频谱结构可知，亮度信号的能量主要集中在视频带宽的低端，而高频端的频谱间隙较大，幅度也较小。为了减小色度信号对亮度信号的干扰，可采用常用的移频技术----调幅，选择一个合适的载波（为了和电视发射图像载波相区别，就称为副载波fs），副载波频率的选择原则为：1）将载有色差信号的副载波选在视频带宽的高端，例如，NTSC制的副载波频率选为1/2行频的奇数倍，如图2-14c所示

频谱间置使得色差信号对fs进行调幅后的色度信号谱线正好插入到亮度信号进行传送，已达到压缩频带、互不重叠、互不干扰的目的，称为频谱间置（或称频谱交错）2）副载波的频率不能选得太高，应该使调制后的色差信号上边带不超出亮度信号的频谱范围，也就是不能大于6MHz，否则不能达到兼容的目的。综上所述，彩色电视信号中包含有亮度信号，它保留了黑白电视制式原有的各项技术标准，因而能被黑白电视机接收产生黑白图像。彩色电视信号还用与亮度无关的两个色差信号传送色度信号，并依据大面积着色原理，将色差信号的频带压缩，同时将色差信号对副载波调制，是色度信号的频带搬移到亮度信号频带的高频端，对NTSC与PAL制还实现了色度信号与亮度信号的频谱间置，这就做到了色度信号与亮度信号互相干扰较少，并且在接收机中便于分离。副载波fs的表达式如下式所示§2-3正交平衡调幅和NTSC制彩色全电视信号一、正交平衡调幅1、平衡条幅（1）什么是平衡调幅所谓平衡调幅就是抑制载波的调幅。它与普通调幅的不同之处就在于平衡调幅不输出载波信号。下面将它与普通调幅进行比较：设调制信号载波信号则调幅后形成的普通调幅波信号可表示为：可以看出，一般调幅波有三种成分，即载频ω，上边频ω–Ω.其频谱如图2-15a所示。图2-15普通调幅波和平衡调幅波的频谱平衡调幅波抑制了载波分量，使得平衡调幅波中没有UScosωt一项，因而它的表达式为：其频谱如图2-15b所示（2）为什么要抑制副载波因为在普通调幅波的三种频率成分中，载频具有最大的能量，两个边频的能量较小。然而，调制信号（即色差信号）的信号是包含在两个边频中的。因此将无用的载频成分抑制掉，即采用抑制副载波的平衡调幅波的频谱来传送色度信号能减小色度信号对亮度信号的干扰。（3）平衡调幅波的特点在图2-16所示中画出了调制信号是正弦波的普通调幅波波形图和平衡调幅波形图。图2-16普通调幅与平衡调幅比较a）调制信号波形b）载波信号波形c）普通调幅信号d）平衡调幅波平衡调幅波具有以下四个特点：1）平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比，而与载波的幅度无关。2）每逢调制信号为过零时，平衡调幅波包络里波形倒相180%。3）平衡调幅波的相位由调制信号和载波共同决定。当调制信号为正值时，平衡调幅波与载波相同；当调制信号为负值时，平衡调幅波与载波反相。4）平衡调幅波的包络不再是原来的调制信号。因而不能用普通的包络检波器检出原来的调制信号。必须使用同步检波器才能解调出原调制信号。（4）平衡调幅波的产生从平衡调幅波的表达式可看出，平衡调幅信号正好是调制信号与高频载波的乘积。因此，平衡调幅器实际上是一个乘法器，它的输出是两个输入信号的乘积。如图2-17所示，若调制为色差信号UB-Y，色副载波sinωst，将它们分别输入到平衡器的输入端，在输出端即可输出平衡调幅信号，该输出信号为两个输入信号的UB-Ysinωst。平衡调节器乘法器UB-YsinωstUB-Ysinωst调制信号2、正交调幅（1）什么是正交调幅将两个调制信号分别对频率相同、相位相差90°（正交）的两个载波信号进行调幅，然后再将他们失量相加，就得到正交调制信号，这种方法叫正交调幅。（2）为什么采用正交调幅信号因为色差信号有两个，即UB-Y和UR-Y，为了节约频带宽度，副载频只选择了一个。为了使一个副载波同时携带两个色差信号而互不相干扰以及在接收端是两个已调色差信号便于分离，NTSC制采用正交平衡调幅技术。（3）色差信号的正交平衡调幅（NTSC制）图2-18色差信号正交平衡调幅原理a是正交调幅原理b是已调信号称为色度信号的cosω矢量图图中有两个平衡调幅器，一个是B-Y平衡调幅器，输入的副载波为sinωst;另一个是R-Y平衡调幅器，输入的副载波为sin（ωst+90°），即cosωst。则两个平衡调幅器分别输出（B-Y）sinωst和（R-Y)cosωst。它们在线性加法器制合成，就可得色度信号F，F的数学表达式为：下灯片中由最下面的式子可用上图2-18b矢量图表示。它表明，色度信号的振幅Fm由色差信号U1、U2的大小决定，它反映了色彩的饱和度；色度信号的相角φ由色差信号U2和U1的比值决定，它反映了色调。也就是说，正交平衡调幅制是一个即调幅又调相的双重调制波，当色度信号的相位变化时，会引起色度的变化；当色度信号的振幅发生变化时，会引起色饱和度的变化。显然，在彩色电视机中两个色差信号对副载波进行正交平衡调幅，是平衡和正交调幅的合成。提示：UB-Y是蓝色差信号电压，UR-Y是红色色差信号电压二、NTSC制彩色全电视信号（FBYS）彩色全电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号、及复合同步信号、复合消隐信号等混合叠加组成。先介绍NTSC制编码过程，然后一通常作为测试信号的标准彩条信号的彩色全电视信号为例来分析NTSC的波形与矢量图。1、NTSC制编码NTSC制编码器的简化框图如图2-19所示下幻灯片。其编码过程如下：由摄像机送来的三基色信号RGB经矩阵电路变换为亮度信号Y及红色差信号R-Y与蓝色差信号B-Y，色差信号经低频滤波器将频带压缩到后分别送到两个平衡调幅器，相位正交的两个副载波也分别送到两个平衡调幅器。两个平衡调幅器分别输出已调色差信号即红色分量（R-Y）cosωt与蓝色色度（B-Y）sinωt，它们相互正交，叠加后的信号称作色度信号F。显然，色度信号是两个色度分量的矢量和。色度信号F与经过延时的亮度信号Y同时到达加法器，再与扫描同步信号、消隐信号、彩色同步信号叠加组成彩色全电视信号。2、标准彩条信号电台发送的测试彩条信号，在电视机上看到的8条垂直的彩带。它包含了3个基色，3个补色，白色和黑色。在黑白电视机上，图像由白到黑的8条不同灰度的图案。这八条彩条是彩色电视系统中常用的测试信号，在检修和测试彩色电视系统的特性时，通常以彩条信号作信号源。下面分析彩条图像的亮度信号、色差信号、色度信号、的波形。（1）彩条信号中的亮度信号与色差信号波形彩条图像如图2-20所示。在屏幕上自左至右显示8条彩条，它们所对应的三基色信号波形如图2-20abc所示，图2-20彩条图案的波形图图中三基色的幅值以1为标准，是相对电平，即“1”表示白电平，“0”表示黑电平。图中a、b、c彩条信号红基色是一种频率较低的彩色信息，占有频带也较窄蓝基色信号频率最高，绿基色信号频率最低。当彩条确定后，亮度信号与色度信号可分别由以下电压表达式求出。1)亮度信号波形如果将彩色图像的三基色信号输入矩阵电路，则根据亮度方程，在矩阵输出段得到亮度信号。在水平一行时间内，与彩条对应的亮度电压为：白条：ER=EG=EB=1E白=0.3+0.59+0.11=1(等量红、绿、蓝光同时出现、混合光为白色）.黄条：ER=EG=EB=0E黄（等量的红、绿光混合呈黄色）以此类推青条：E青；绿条：E绿；紫条：；红条：E红；蓝条：E蓝；黑条：E黑=0按计算结果画出的彩条亮度信号波形如图2-20d所示它是一个幅值不等的阶梯电压波形。因此，彩条信号在黑白电视接收机屏幕上表现为8条从白到黑（亮度递减）的等宽灰度条。亮度信号全部为正值，说明亮度信号包含直流分量。2）色差信号波形应用色差信号数学表达式即可彩条信号求出各色量相对的色差信号幅度值并画出其波形。下面ER-Y为例说明计算过程：ER-YRGB对于白色条由于是三种基色组成的，所以ER-Y=0（与上面叙述传送黑白图像时相同），对应的黄色条是有红基色与绿基色组成，而不含有蓝基色，所以：E（R-Y）黄青色是由黄、绿基色组合而成，所以E(R-Y青绿色是基色，只含有绿色成分，所以紫色是由红、蓝基色组合而成，所以E(R-Y)紫红色是基色，只含有红色成分，所以E(R-Y)红蓝色是基色，只含有蓝色成分，所以E(R-Y)蓝其他两个色差信号，E(B-Y)与E(G-Y)计算过程与上述方法相同。下面是彩条信号6条与黑白条的亮度与色差信号计算数据表见书p55页2-1根据表2-1可以画出色差信号的波形，如图2-20efg所示。由图可见色差信号是交流信号。（2）正交平衡调幅后的彩条色度信号根据表2-1和色度表达式得到个彩条色度信号的幅值，它们分别为：同理，可推算出紫色、红色、蓝色及黑色彩条信号幅值。书上p56页表2-2列出彩条的色度信号的幅值表。根据表2-1和表2-2所列数值画出的已调色差信号及色度信号的波形如图2-21所示。亮度信号和色度信号叠加后的彩条信号波形如图2-22所示。图2-21已调色差及色度信号波形2-22彩条视频信号波形（未压缩）（3）色差信号的幅度压缩1）为什么要压缩色差信号幅度从图2-22看出，叠加后的彩条信号的动态范围确实大大超过了亮度信号黑白电平的范围。为了使彩色电视与黑白电视兼容，彩色视频信号不应过分超过黑白信号和动态范围，否则在调制时会引起严重的过调制，影响图像正常收看。因此必须压缩彩色视频信号的幅度。2）色差信号的幅度压缩为了为了不使色度信号幅度压缩影响接收效果，在接收中要将色度信号按比例放大复原，就可消除因压缩色度信号带来的影响，那么，色度信号幅度压缩的比例如何确定?很显然如果压缩过多，则信噪比下降，不利于接收机复原色度信号。所以就对色度信号压缩实质上是在调制前对两个色差信号幅度压缩。（4）色同步信号由于色度信号中的副载波分量在发送端平衡器中完全被抑制掉了，所以在彩色电视接收机中要有一个副载波恢复电路，使接收机产生基准副载波与发送端的副载波同频同相。这样就需要在发送端出一个能反映发送端频率和相位的色同步信号，以供接收端作相位参考标准。这个色同步信号是由一小串副载波群（8-12周期）组成，位于每个行消隐后肩上，如图2-24所示。幅度与同步脉冲相等，可表示为：书上p58也2公式（5）彩条的彩色全电视信号彩色电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号和复合消隐信号等组成。图2-25所示出了标准彩条的一行周期内负极性彩色全电视信号波形。图2-25100、100彩条的彩色全电视信号波形下个幻灯片，是100/75彩条信号的三基色信号及其压缩后的彩色全电视信号波形如图2-26所示图2-26100/75彩条的彩色全电视信号波形a)三基色信号波形b)全电视信号波形（6）彩条信号的彩色矢量图彩条信号可以用示波器可以观察到，反映彩色接收机亮度通道和色度通道的特性，但不能反映色度信号的相位失真情况及相位失真引起的色调畸变。所以采用了彩色矢量图表示。如图2-27所示是压缩后的100/100彩条信号的彩色矢量图根据彩条信号的矢量图可以得出以下结论：1）各种色彩在矢量图上均有确定位置。2）矢量图中任意两个色彩矢量用平行四边形法则都可以合成另外一个色彩矢量。利用色彩矢量图可以看出色彩的色调和色饱和度的失真情况，色彩的色调失真在矢量图上表现为矢量相位的变化，相位偏离越大，色调失真也越大；色彩的饱和度失真在矢量图中表现为矢量长度的变化，长度越短，表示色彩饱和度越低，坐标原点的饱和度为零。注意：压缩后的蓝色色差信号为“U”，压缩后的红色差信号为“V”§2-4PAL制彩色全电视信号一、正交平衡调幅制的相位敏感性1、色调畸变和产生的原因彩色电视接收机不能完全准确的把原来的的景物亮度、饱和度、色调重现出来，尤其人眼对色调的失真最敏感，如绿叶、人的肤色失真后使人感到很不真实，主要引起是相位失真，如：彩色电视机调谐不准、电磁波的多径传输、传输系统的非线性等。其中最严重的传输系统非线性引起的相位失真。这种因传输系统的非线性所引起的相位失真称为微分相位失真。传输系统的非线性会使频率相同的电信号因电平不同而有不同的相位偏移，也就是色度信号的相位偏移量随亮度信号的大小而改变。通常是亮度信号电平越高，相位失真就越大。2、相位失真允许的范围为了使人眼感觉不到色调的畸变，相位失真应小于±5°。二、逐行倒相克服相位失真引起的色调畸变1、逐行倒相正交平衡调幅的原理PAL制采用逐行倒相正交平衡调幅制方法克服了NTSC制对相位敏感的缺点。这种调制方法大致与NTSC相同，也是先把三个基色信号ER、EG、EB变换成一个亮度信号EY和两个色差信号U、V，然后再用正交平衡调幅制方法把两个色差信号组成色度信号并插入到亮度信号中去。不同之处是PAL制将色度信号中的V分量进行逐行倒相。逐行倒相的结果使电视台送出的色度信号为：如此类推，PAL制色度信号可用数学式表达为：F=Usinωst±Vcosωst式中的±号表示：第n行取正号，第n＋1行取负号。为了分析方便，这里把与NTSC制一样取正号的行称为NTSC行，取负的称为PAL行，即FNTSC=Usinωst+VcosstFPAL=Usinωst-Vcosωst一个任意色调的色度信号，采用逐行倒相正交平衡调幅制后，它的色彩矢量图如图2-28a所示。彩条的色度信号矢量图2-28b所示，图中实线表示NTSC行，虚线表示PAL行。图2-28逐行倒相彩条的色度信号矢量图，注意：压缩后的蓝色色差信号为“U”，压缩后的红色差信号为“V”a)任一色调色度信号Fnb)彩条色度信号逐行倒相原理如图2-29所示，它与NTSC的区别增加了一个PAL开关和一个倒相器。PAL开关是一个由半行频对称方波控制的电子开关电路，它能逐行改变开关的接通点。NTSC行方波是正值开关接点1相连输出cosωst副载波信号；PAL行方波是负值，使开关与接点2相连，输出-cosωst副载波信号，这样经V平衡调制后的信号就为逐行倒相的Fv信号，即:Fv=±Vcosωst.为了能在接收端将PAL行的色度信号分量FV重新倒回来，接收机中送入V同步检波器的副载波也应与发射端一样，其相位逐行倒相，即交替地送入±cosωst副载波，用+cosωst解调NTSC行，用-cosωst解调PAL行，从而正确解调出V信号。2、PAL制克服相位失真的原理从彩条信号的失真图可以看到紫色质量处于第一象限内。当矢量逆时针方向旋转时，彩条变化的顺序是紫-红-绿-青-蓝-紫。现在如果将色度信号中的v分量倒相，则各个矢量在按逆时针方向旋转时，色彩变化的顺序却变为紫-蓝-青-绿-黄-红-紫。这表明两种情况下色彩的相序相反。显然，色度矢量同一方向的相位误差，在相反的色彩相序下将产生方向相反的色度偏差。这样，当这两种偏差混合平均时，就能抵消偏差而恢复正确的色彩。PAL制就是利用这一原理将v信号逐行倒相来克服色调畸变的。下面用图2-30来说明PAL制克服色调畸变的原理。图2-30PAL制克服色调畸变的原理三、PAL制为1/4行频间置，副载波频率为如图2-31a这就使副载波频率不能采用半行频间置，否则亮度信号将于Fv信号频谱完全重叠，如图2-31b所示出现严重的相互干扰。将副载波fs右移1/4行频，色度信号与亮度信号频谱错开.如图2-32所示。副载波频率表达式：四、PAL制色同步信号与NTSC制不同1、PAL制色同步信号的作用

NTSC行的色同步信号相位为+135°，PAL行的色同步信号相位为-135°因此PAL制得色同步信号除了为接收机恢复副载波提供一个相位基准，使其与发送端副载波同频同相外，还要完成对PAL行的识别，保证收、发两端逐行倒相同步进行。2、PAL制色同步信号PAL制色同步信号所含副载波的个数、幅度、在全电视信号中的位置等，都与NTSC制一样，不同是NTSC制色同步信号的副载波相位为180°，而PAL制色同步信号的副载波相位逐行变化，NTSC行时为+135，PAL行时为-135，如下图2-33所示3、PAL制色同步信号形成产生PAL制同步信号的方法是在发送端先产生一个色同步选通脉冲，也叫K脉冲。K脉冲的重复频率为行频，位于行消隐期间，与色同步信号出现时间相对应。将K脉冲以一定的极性分别加到两个色差信号中，与色差信号一起送入平衡调制器。正极性的K脉冲加入V平衡调制器就可产生色同步信号的V分量（NTSC行为+90，PAL行为-90），负极性的K脉冲加入U平衡调制器则可产生色同步信号的U分量（180），两个分量相混合便形成了逐行交变（+135°和-135°）的色同步信号，如下图2-34所示PAL制得色同步信号可表示为：它的矢量图下个幻灯片如图2-35所示2-35PAL制色同步信号矢量图五、PAL制编码过程PAL制编码器的任务是把三基色信号ER、EG、EB按一定方式编制成彩色全电视信号，PAL制编码器的框图如图2-36所示。其编码过程如下：（1）ER、EG、EB三个基色信号通过矩阵电路，变换成亮度信号EY和色度信号ER-Y、EB-Y。（2）为了减小亮度信号对色度信号的干扰，让亮度信号通过一个中心频率为副载波的陷波器，再把亮度信号放大，然后与行、场同步信号和消隐信号ES混合。此外，由于色差信号经过低通滤波器后会引起附加延时,为了使亮度信号与色度信号同时进入信号混合电路，需对亮度信号进行适当延时时，延时；量为左右。（3）色差信号经过适当的幅度和频谱压缩后，得到新的色差信号U和V。（4）将色差信号V与+K脉冲混合后，再与副载波±cosωst进行平衡调幅，得到已调色差信号Fv和色同步信号分量Fbv。色差信号U与-K脉冲混合后，再与副载波sinωst进行平衡调幅，得到已调色差信号Fu和色度信号Fbu。上述这些信号混合后，形成色度信号F和色同步信号Fb。为了得到±cosωst副载波，需用90°移相、180倒相和PAL开关电路。控制PAL开关夫人是逐行倒相的开关信号，它的周期为2TH。（5）色度信号、色同步信号、亮度信号、行场同步信号和消隐信号在信号混合电路中混合后形成彩色全电视信号FBYS。六、PAL制视频信号与射频信号（RF）1、彩色全电视信号由编码器输出的信号即为彩色全电视信号，也称为视频信号。PAL制彩色全电视信号也是和NTSC制一样由亮度信号、色度信号、色同步信号及复合同步信号和复合消隐信号组成，与NTSC制不同