彩色电视原理

彩色电视原理第1页，共118页，2023年，2月20日，星期一2.1三基色原理和彩色显像管光的性质1）可见光谱380nm（紫）——————780nm（红）2）光的特性a）不同波长的光呈现出的颜色各不相同b）只含有单一波长的光称为单色光，单色光发出的颜色由波谱决定，也就是我们说得谱色。c）包含有两种或两种以上波长的光标为复合光（复色光），复合光作用于人眼，呈现混合色。

第2页，共118页，2023年，2月20日，星期一3）光的颜色取决于客观与主观两方面的因素。客观因素是它的功率波谱分布。主观因素是人眼有视觉特性。第3页，共118页，2023年，2月20日，星期一标准光源和色温当绝对黑体在某一特定绝对温度下，所辐射的光谱与某光源的光谱具有相同的特性时，则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温

A光源:相当于2800K钨丝灯所发的光。

B光源:相当于中午直射的太阳光。

C光源:相当于白天的自然光。

D光源:相当于白天平均照明光。

E光源:是一种理想的等能量的白光源。

色温较低者，偏红；色温较高时，偏蓝第4页，共118页，2023年，2月20日，星期一物体的颜色颜色的决定条件：发光体：发出的光谱不发光体：1、物体本身的光谱特性2、照射光源第5页，共118页，2023年，2月20日，星期一1、彩色视觉视觉特性1）相对视敏曲线最亮（最灵敏）的是黄绿色，最暗（最迟钝）的是蓝色和紫色第6页，共118页，2023年，2月20日，星期一

2）人眼的亮度感觉

a)人的视觉范围很宽

b)在不同环境亮度下，人眼对同一亮度的主观感觉也不相同。

第7页，共118页，2023年，2月20日，星期一彩色视觉：杆状：灵敏度高，但不辨别颜色锥状：灵敏度低，但能辨别颜色红敏蓝敏绿敏人眼的分辩力分辩力与景物相对对比度有关彩色分辩力比黑白分辩力还低

立体视觉第8页，共118页，2023年，2月20日，星期一2、彩色三要素亮度色调：只有572nm的黄光，503nm的绿光和478nm的蓝光，其色调不随光强而变换，其他波长的色光都随光强的改变而略有变化色饱和度：人能分辨出自然界中各种彩色具有不同的饱和度，但对不同颜色的饱和度变化却有不完全一样的灵敏度，黄色只有4级饱和度，而红、蓝则有25个等级。第9页，共118页，2023年，2月20日，星期一色调与饱和度合称为色度（Chromaticity），它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。色度再加上亮度，就能对颜色作完整的说明。非彩色只有亮度的差别，而没有色调和饱和度这两种特性。第10页，共118页，2023年，2月20日，星期一3、三基色原理单色光的颜色可以由几种颜色的混合光（复色光）来等效；这一现象称混色只要选取三种不同颜色的单色光按一定比例混合就可以得到自然界中绝大多数色彩，具有这种特性的三个单色光叫基色光，对应的三种颜色称三基色。

第11页，共118页，2023年，2月20日，星期一4、混色方法相加混色：各分色的光谱成分相加彩色电视相减混色：各分色光谱成分的相减彩色印刷、绘画和电影第12页，共118页，2023年，2月20日，星期一相加混色的几种方法：

(1)空间混色法。

(2)时间混色法。顺序制彩色电视的基础。

(3)生理混色法。第13页，共118页，2023年，2月20日，星期一5、彩色的度量和表示色度三角形第14页，共118页，2023年，2月20日，星期一第15页，共118页，2023年，2月20日，星期一RGB计色制：物理意义明确使用不方便分布色系数中存在负值，用求和法近似计算色系数时，容易出错；自然界某些实色的相对色系数出现负值，它们的坐标不全在第一象限，作图不方便

XYZ计色制第16页，共118页，2023年，2月20日，星期一6、彩色图像的摄取与重现第17页，共118页，2023年，2月20日，星期一2.2亮度、色差信号及其组成彩色电视与黑白电视兼容的条件2.2.1亮度、色差与R、G、B的关系

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。第18页，共118页，2023年，2月20日，星期一亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11BR-Y=R-(0.30R+0.59G+0.11B)=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R-0.59G+0.89B恒定亮度原理：重现图像的亮度只由所传送的亮度信号所决定第19页，共118页，2023年，2月20日，星期一2.3彩色电视制式从传送信号的时间关系分为：(1)顺序制；(2)同时制；(3)顺序—同时制

NTSC制

PAL制

SECAM制

NTSC制和PAL制都属于同时制，SECAM制都属于顺序同时制

第20页，共118页，2023年，2月20日，星期一2.3.1频谱交错原理1、大面积着色原理和高频混合原理大面积着色原理：油画水彩画高频混合原理：在彩色图像传送过程中，只有大面积部分需要同时传送亮度信息和色度成分。而颜色的细节部分用亮度信号来取代。第21页，共118页，2023年，2月20日，星期一2、亮度信号频谱

第22页，共118页，2023年，2月20日，星期一3，频谱交错原理亮度信号的频谱具有间隙很大的梳齿状特征将色度信号的频谱移动半行频（fH/2）的奇数倍，使色度信号的频谱与亮度信号的频谱错开第23页，共118页，2023年，2月20日，星期一色度信号与色同步信号为了实现频谱交错，须将色差信号调制到副载波上。而色差信号有两个(R-Y和B-Y)，若分别调制到不同的副载波上，同时传输时会使带宽增加，所以需要进行编码处理，处理方式的不同从而产生了不同的彩色电视制式。第24页，共118页，2023年，2月20日，星期一2.3.2NTSC制

1953年美国提出

NationalTelevisionSystemCommittee（国家电视制式委员会）其色差信号采用了正交平衡调幅技术，故又称为正交平衡调幅制。第25页，共118页，2023年，2月20日，星期一1、正交平衡调幅制为什么采取正交平衡调幅制?

频带内高端：色度信号-----高频振荡低端：亮度信号

NTSC制采用了平衡调幅方式和频谱交错原理平衡调幅：减弱光点干扰的强度频谱交错：实现相邻行、相邻场之间的光点的相消作用。第26页，共118页，2023年，2月20日，星期一

调制方式必须满足：色度已调波对亮度信号在干扰最小；已调波中无用信号成分少、有用成分多，彩色信杂比高；两个色差信号互不干扰，在接收机中容易分开。

第27页，共118页，2023年，2月20日，星期一平衡调幅调制信号：载波信号：一般调幅波平衡调幅第28页，共118页，2023年，2月20日，星期一

平衡调幅信号正好是调制信号和被调制信号的乘积。它与普通调幅的区别在于没有载频分量。第29页，共118页，2023年，2月20日，星期一平衡调幅波的特点：（1）平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。

(2)调幅信号为正值时，平衡调幅波与载波同相；调制信号电压为负值时，平衡调幅被与载波反相。当调制信号电平过零而改变其电压极性时，平衡调幅波相位随之变化180°。第30页，共118页，2023年，2月20日，星期一如果两个色差信号采用平衡调幅，则色度信号为：优点：（1）传送黑白图象时，由于R-Y=B-Y=0，则色度信号为零，对亮度信号无干扰

(2）传送彩色图象时，没有载频分量，有效减少色度信号的能量，同时减轻了色度信号对亮度信号的干扰。

第31页，共118页，2023年，2月20日，星期一正交调幅：R-Y和B-Y都是用平衡条幅，带宽为2.6×2＝5.2MHz亮度与色度信号间的干扰将相当严重

怎么解决？--------正交调幅

将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加优点：频带宽度没有增加解调时用相位就可以很容易将两个信号分开第32页，共118页，2023年，2月20日，星期一调制后的色度信号为：信号的振幅为决定了色彩的饱和度相角为：决定了色彩的色调第33页，共118页，2023年，2月20日，星期一2、Q、I色差信号色度信号幅度的压缩一、色度信号压缩的原因将色度信号、色同步信号、亮度信号Y、复合同步S和复合消隐信号BL相混合就得到彩色全电视信号

未经压缩的彩条信号所得彩色视频信号的电平变化范围已大大地超过了黑白视频信号的电平变化范围。彩条视频信号中会出现“比白还白”和“比黑还黑”的电平

第34页，共118页，2023年，2月20日，星期一比黑还黑-------破坏接收机的同步比白还白-------引起严重的过调制现象必须对这种彩条视频信号进行压缩全部压缩还是只压缩色度信号？亮色同时压缩------彩色图像不失真缺点：兼容黑白图像不好，亮度信号幅度不够解决方法：保持亮度信号幅度不变，只对色度信号进行压缩

第35页，共118页，2023年，2月20日，星期一二、色度信号压缩的要求压缩多少合适？压缩到0~100%内好不好？压缩过多，将会过多地降低彩色信杂比，它的抗干扰能力变差当彩条信号的最大和最小电平不超过白色和黑色的±33％时，才是比较合适的

第36页，共118页，2023年，2月20日，星期一压缩系数K1=0.493、K2=0.877压缩后的信号为

压缩后的色差信号分别对两个正交副载波sinωSCt和cosωSCt进行平衡调幅

F=FU+FV=UsinωSCt+VcosωSCt，

FU、FV频率相等，相差90°。第37页，共118页，2023年，2月20日，星期一F称为色度信号色度信号F包含着色调和饱和度信息，是一个既调幅又调相的信号。当色度信号的相位发生变化时，会引起色调变化；当色度信号的振幅发生变化时，会引起饱和度变化。第38页，共118页，2023年，2月20日，星期一三、色同步信号要实现同步解调，需要一个与色差信号调制时的副载波同频、同相的信号（恢复副载波）。第39页，共118页，2023年，2月20日，星期一

NTSC将被压缩的色差信号U、V又进行了一定的变换，产生了I、Q信号，对色差信号的频带进行了进一步的压缩。压缩依据人眼对红、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。

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

第40页，共118页，2023年，2月20日，星期一对I所对应的色度信号采用较宽的带宽

(不对称边带：+0.5MHz～-1.5MHz)，而对Q信号对应的色度信号则只需采用很窄的带宽(±0.5MHz)来进行传输

Q、I正交轴与U、V正交轴有33°夹角的关系

Q、I与三基色的关系：第41页，共118页，2023年，2月20日，星期一优点：仅与亮度信号重迭2MHz，从而减轻了亮、色之间的干扰。同时也减轻了色度信号I和Q之间的干扰。第42页，共118页，2023年，2月20日，星期一3、色度副载频的选择精确选定副载频以实现亮度信号和色度信号的频谱交锗

第43页，共118页，2023年，2月20日，星期一副载频的选择原则：1.使亮度和色度信号的频谱间距最大2.尽量减轻副载波对亮度的干扰3.色度信号上边带的边界值不能超过视频信号的带宽4.考虑到可能出现伴音载波和副载波的差拍干扰，所以还要求两者的差频也等于半行频的奇数倍色度副载频选为半行频的奇数倍，称为半行频或1/2行频偏置，即fsc=(n-1/2)fH第44页，共118页，2023年，2月20日，星期一4、彩色全电视信号第45页，共118页，2023年，2月20日，星期一5、NTSC制式编、解码方框图第46页，共118页，2023年，2月20日，星期一第47页，共118页，2023年，2月20日，星期一6、NTSC制的主要参数及性能特点场频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；色度副载波频率fSC＝3.57954506MHz第48页，共118页，2023年，2月20日，星期一优点有：1.NTSC制的色度信号组成方式最简单，最易于进行信号处理，设备最简单，成本最低。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。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。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。

第49页，共118页，2023年，2月20日，星期一缺点：色调的相位敏感性严重产生相位失真的主要原因：1.微分相位的影响--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2.不对称边带的影响3.多径接收的影响第50页，共118页，2023年，2月20日，星期一2.3.3PAL制1、PAL色度信号一、逐行倒相使色度信号中分量保持不变，使分量逐行倒相

PAL制的色度信号为

第51页，共118页，2023年，2月20日，星期一上式中：第52页，共118页，2023年，2月20日，星期一

NTSC行

PAL行

在PAL制的色度信号中，除了PAL行的相角和NTSC行的相角不同外（两者之和为360°），其他参数均和NTSC制的色度信号相同。在接收端，为检出正确V信号，必须使送入V信号同步检波器的副载波相位也和发送端一样进行逐行倒相，检波以后的V信号就恢复原来状态了。

第53页，共118页，2023年，2月20日，星期一逐行倒相的实现第54页，共118页，2023年，2月20日，星期一PAL制色度信号的频谱第55页，共118页，2023年，2月20日，星期一FV与FU的谱线刚好错开fH/2第56页，共118页，2023年，2月20日，星期一2．PAL制色同步信号第57页，共118页，2023年，2月20日，星期一色同步信号的产生方法：5.6±0.1μs第58页，共118页，2023年，2月20日，星期一第59页，共118页，2023年，2月20日，星期一3、PAL制采用逐行倒相克服相位失真的原理PAL制的微分相位的容限为±40°PAL克服相位敏感原理（a）相位无失真情况；（b）相位失真情况第60页，共118页，2023年，2月20日，星期一4、PAL制副载波频率的选择第61页，共118页，2023年，2月20日，星期一

nfH位于fSC和(fSC+fH/2)之间（即将副载波频率fSC选为行频的整数倍加上或减去fH/4），这样就可使亮度信号Y与两个色度信号分量的频谱相互错开，那么nfH应满足下述关系：由于fSC与整数倍的行频fH有fH/4的频差，故称1/4行频间置。根据选择fSC尽以高的原则，可取n＝284。实际的PAL制彩电副载波为：第62页，共118页，2023年，2月20日，星期一增加25Hz的目的在于减轻副载波光点干扰的可见度第63页，共118页，2023年，2月20日，星期一PAL制的优点与NTSC制相比较，PAL制有下列优点：1.对相位失真（包括微分相位失真）不敏感。2.比NTSC制抗多径接收性能好。3.PAL制相对NTSC制而言，色度信号的正交失真不敏感，并且对色度信号部分抑制边带而引起的失真也不敏感。4.PAL接收机中采用梳状滤波器，可使亮度串色的幅度下降3dB，并且可以提高彩色信噪比3dB。第64页，共118页，2023年，2月20日，星期一缺点1.由于PAL制色信号逐行倒相，传输及解码中产生的误差（例如微分相位等），将在图象上产生爬行及半帧频闪烁现象。2.PAL信号不利于信号处理3.与NTSC制一样，彩色接收机图象的水平清晰度比黑白电视机的低。4.垂直彩色清晰度PAL制比NTSC制低。5.由于要有高精度和高稳定度的延时线及附属电路，PAL制接收机比NTSC制接收机复杂，成本稍高。第65页，共118页，2023年，2月20日，星期一SECAM制SequentialCouleuramemoire（顺序传送彩色与存贮）

两个色度信号不是采用同时传送，而是采用了顺序传送的方法。顺序——同时制

第66页，共118页，2023年，2月20日，星期一优点：1、传输中引入的微分相位失真对大面积彩色的影响减小，故微分相位容限可达±40°2、由于反映色差信号幅度的调频信号的频偏不受非线性增益的影响，所以色度信号不受振幅失真及幅度型干扰的影响3、由于不采用正交平衡调幅、因此也不必传送色度副载波的相位基推信息。第67页，共118页，2023年，2月20日，星期一缺点：

1、为了传送两个色度分量，就必须采用两个副载波频率。由于已调频波的瞬时频率会随图像内容而变化，所以也无法实现亮度信号与色度信号的频谱间置，因而彩色副载波会对画面产生较严重的光点干扰。

2、SECAM制逐行轮换传送色差信号，使彩色垂直情晰度下降。尤其对有垂直快速运动的画面，影响严重。

3、此外，SECAM制也存在着行顺序效应，且属于行顺序工作的原理性缺陷。

第68页，共118页，2023年，2月20日，星期一电视信号的频谱1.电视信号频谱分析电视信号频谱的性质是电视系统中图像信号处理的理论基础，也是彩色数字电视中数据压缩的理论依据，所以，有必要对电视信号的频谱进行分析。

第69页，共118页，2023年，2月20日，星期一

设电视信号f(x，y)是两个自变量x、y的周期函数，该周期函数对x来讲以TH为周期，对y来讲以TV为周期，即f(x+TH，y+TV)=f(x，y)。则可把电视信号用傅里叶级数的复数形式表示如下：第70页，共118页，2023年，2月20日，星期一其中，代表谐波的幅度和相角。其幅度将随m和n的增大而逐渐减小，并当m和n足够大时趋于零。若函数f(x，y)随x变化缓慢，则幅度将随m的增加而很快减小，并逐渐趋于零;反之，若函数f(x，y)随x变化较快，则幅度将随m的增加而缓慢衰减地趋于零。同理，若函数f(x，y)随y变化缓慢，则幅度将随n的增加而很快减小，并逐渐趋于零;反之，若函数f(x，y)随y变化较快，则幅度将随n的增加而缓慢衰减地趋于零。式(1.8.1)傅里叶级数的三角函数形式为第71页，共118页，2023年，2月20日，星期一

讨论：(1)由于我国彩色电视标准PAL-D信号的带宽规定为6MHz在此带宽内的行频最高次谐波只能为第72页，共118页，2023年，2月20日，星期一(2)在两根行频主谱线之间的间隔为fH宽度，在该频带宽度范围内，只能安排场频的最高谐波为但谐波分量只能取整数，所以，n=312。因此式(1.8.3)应写成如下形式：

第73页，共118页，2023年，2月20日，星期一

1.静止图像信号的频谱一帧电视图像是通过电子束从左到右、从上到下对摄像管靶面扫描而得到的。扫描后得到信号电流，该电流流向负载电阻得到了信号电压，所得到的信号电压可用如下公式表示：第74页，共118页，2023年，2月20日，星期一

对一幅静止图像来说，电子束从左到右、从上到下对摄像管靶面扫描而得到的图像的内容是按TH、TV周期重复的。由分析可知，静止图像的频谱为离散谱，静止图像的频谱第75页，共118页，2023年，2月20日，星期一

图示频谱也称为静止图像的幅频特性。从该图可以看出，大部分信息能量都聚集在行频及其倍频附近相当狭窄的频带内，而在行频的倍频之间的频带内信息能量很小。下面结合物理概念对其作以下几项讨论：(1)若所传的图像为垂直条纹，即图像亮度信号仅随x的变化而变化，在y方向上无变化，则各行的亮度变化都一样，每行的电视图像信号都是重复的，其重复周期为TH。也就是说，这种图像仅是以TH为周期的周期函数，其谐波频率成分是行频及其倍频，这相当于n=0的情况，即

第76页，共118页，2023年，2月20日，星期一(2)若所传的图像为水平条纹，即图像亮度信号仅随y的变化而变化，在x方向上无变化，则这种图像仅是以TV为周期的周期函数，其谐波频率成分是场频及其倍频，这相当于公式(1.8.5)中m=0的情况，即

第77页，共118页，2023年，2月20日，星期一

(3)对于一般的静止图像，其亮度信号不仅随x的变化而变化，而且也随y的变化而变化，每行的图像信号都不同，但它是周期性地变化着(周期为TV)。这可理解为幅度F00、和相角φm0受到一个周期为TV的信号的调制。已调波的频谱不仅在行频及其倍频上，而且还扩展到行谐波mfH附近的频率上，形成上、下两个边带(mfH±nfV)。第78页，共118页，2023年，2月20日，星期一

(4)静止图像谱线的特点是：其频谱以主谱线和副谱线离散分布;谱线幅度随谐波次数的增加而逐渐下降，能量主要集中在低频分量;主谱线两边安排副谱线，其幅度随谐波次数的增加而逐渐下降，能量主要集中在低频分量;在PAL-D制中行频谱线的最高谐波为,在两主谱线间最多可安排的副谱线为

根。第79页，共118页，2023年，2月20日，星期一

2.活动图像信号的频谱对于活动图像，亮度信号不但是x、y的函数，而且是时间t的函数，可用下式表示活动图像信号:

第80页，共118页，2023年，2月20日，星期一式中，f′表示变化的频率，其谐波频率f=mfH+nfV+kf′表示连续谱。活动电视图像的幅度频谱图是在图静止图像的频谱各次谐波上再增加上、下两边带f′，因为f′是连续变化的，所以，我们说活动图像的频谱是连续谱。该图同样表明：活动图像信号的频谱能量大部分集中在行频fH及其倍频mfH附近的狭窄频带内，而在相邻行谐波频率之间(即附近)信息能量是极少的。由以上分析知，整个频谱的使用情况相当不经济，我们应当利用这些几乎是空白的频率区域。电视信号频谱的这些性质是图像信号处理和频谱交织压缩频带的理论基础。第81页，共118页，2023年，2月20日，星期一活动图像的频谱第82页，共118页，2023年，2月20日，星期一空间频率和空间频谱对于一个彩色平面活动图像来说，图像中任一点的亮度信号同时是光波长(λ)、水平位置(x)、垂直位置(y)和时间(t)的函数。在发送端，通过镜头(光学滤波器)和光电转换器件，将光图像变为电图像。光电转换器件是具有积分作用的器件，因此，有如下的积分关系：

第83页，共118页，2023年，2月20日，星期一式中通过对波长λ的积分以后所得到的电视信号是x、y、t三者的函数。因此，要对电视信号进行分析应该在三维空间中进行。但是，对静止图像或变化很慢的接近于静止的图像而言，电视信号只是x、y的函数，可以在二维空间中进行分析。另外，人们采用了扫描原理，把一幅图像从左到右、从上到下进行扫描，以逐点亮度信号送出，在接收端通过显像管的余辉效应和人眼的视觉暂留效应恢复了原来的活动图像。这样，由于通过扫描是以时间(t)连续信号送出，因此把三维函数变为一维(t)函数就可以采用一维方法对电视信号进行一维频谱分析。综上所述，对电视信号可以采用一维空间、二维空间、三维空间进行分析，而且，随着维数的增加，更能揭示出电视信号的本质，对电视信号的数字化处理带来方便。下面逐个地对它们进行分析，为分析方便起见，先引入空间频率的概念。第84页，共118页，2023年，2月20日，星期一

1.空间频率1)空间频率的定义一个任何形状波形的电视信号都可以分解为各种不同频率和不同幅度的谐波分量，如果这些谐波分量的幅度不是随时间变化而是随空间位置的不同而变化，我们称这种频率为空间频率。空间频率分为水平空间频率(m)和垂直空间频率(n)两种。

第85页，共118页，2023年，2月20日，星期一

水平空间频率是指画面宽度范围内垂直黑白条的周期数(c／pw)。垂直空间频率是指画面高度范围内水平黑白条的周期数(c／ph)，一般不写单位，只标明m，n的具体数字。当m＝3,n＝2时，常用(3，2)表示。第86页，共118页，2023年，2月20日，星期一三种黑白条信号(a)m=3，n=0;(b)m=0，n=2;(c)m=2，n=2第87页，共118页，2023年，2月20日，星期一

从理论上说，各谐波分量在空间上是无限的，但只要在全空间上是正确的，那么其中的某一部分也应是正确的。因此，只讨论电视画面的有限范围，并且分析中暂不考虑行、场消隐时间。第88页，共118页，2023年，2月20日，星期一

2)空间频率与电视信号频率的关系电视图像的空间频率与电视信号频率之间有一一对应的关系。例如，对于图1.8.3(a)所示的图像信号，若只考虑它的基频信号，则该电视信号的最高频率为行频的3倍。在只存在水平空间频率的情况下，所得到的电视信号的最高频率为fm=mfH式中：fH为行频;m为水平空间频率。对于如图(b)所示的只存在垂直空间频率的画面，在隔行扫描情况下，每场只得到两个周期的脉冲信号，此时，电视信号的最高频率为

第89页，共118页，2023年，2月20日，星期一式中：n是垂直空间频率;fV是场频;N是每帧行数。在PAL制中，fV＝50Hz，N＝625。如果是逐行扫描，则有

第90页，共118页，2023年，2月20日，星期一式中：fF为帧频，对PAL制而言，fF＝25Hz。在水平空间频率和垂直空间频率同时存在的情况下，由于扫描既在水平方向进行又在垂直方向进行，因此对图像从左至右、从上至下扫描一遍后，所得的图像信号的最高频率应当是水平空间频率转换后得到的信号频率与垂直空间频率转换后得到的信号频率之和。例如，对于图(c)所示的图像，若进行逐行扫描，当扫描到最后1行的起点时，已得到了2×625＝mN个信号周期，到1帧结束后还能得到2个信号周期。因此1帧中总的信号周期数应是2×625+2＝mN+n，再乘以帧频，就得到转换的信号频率fse=(2×625+2)×25Hz=31300Hz第91页，共118页，2023年，2月20日，星期一

一般地说，对于逐行扫描，如果图像的二维空间频率是(m，n)，那么经过扫描后所得的信号的最高频率为而隔行扫描信号的最高频率为

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黑白斜条信号第93页，共118页，2023年，2月20日，星期一

2.电视信号的空间频谱1)电视信号的二维空间频谱尽管电视信号的一维频谱分析已能满足某些信号处理的需要，但在涉及相邻行、相邻帧间像素的视频信号处理时，一维频谱的分析方法就不能胜任了。采用二维或三维频谱的分析方法，可更深入、更直观地解释处理的结果，特别适于交叉亚抽样、亮色数字分离、二维轮廓增强、多维滤波涉及信号多维频谱特性的分析。下面介绍PAL-D信号的二维空间频谱。第94页，共118页，2023年，2月20日，星期一

对于PAL-D信号，因为每帧625行，图像亮度信号的最高频率为6MHz，所以垂直空间频率的界限为;水平空间频率的界限可以由电视亮度信号的最高频率求得，即。因此，PAL-D信号的空间频谱界限是m≤384，n≤312。这样，可以建立一个二维空间频谱坐标，如图所示，横轴为m轴，纵轴为n轴。m轴过坐标原点向右m为正，向左为负;n轴过坐标原点向上n为正，向下为负。如果把PAL-D理想亮度信号的频谱用二维空间频谱来表示，则为图(b)所示的椭圆范围内。第95页，共118页，2023年，2月20日，星期一

电视信号的能量主要集中在低频端，信号的幅度随着频率的提高而下降，所以电视亮度信号的二维空间幅频特性应该为图(c)所示的椭圆圆锥形状。其椭圆圆锥形状的幅频特性的数学表达式为式中：z表示幅度轴;K为椭圆圆锥的最大幅度。第96页，共118页，2023年，2月20日，星期一理想亮度信号的二维空间频谱第97页，共118页，2023年，2月20日，星期一

在实际情况中，水平空间频率较高的地方对应的垂直空间频率较低，垂直空间频率较高的地方对应的水平空间频率较低。这样，实际电视亮度信号的二维空间频谱应为菱形频谱(如图(b)所示)，它的幅频特性应为菱形锥状(如图(c)所示)。第98页，共118页，2023年，2月20日，星期一

实际电视亮度信号的二维空间频谱第99页，共118页，2023年，2月20日，星期一

图(b)所示的实际电视亮度信号的二维频谱图可以看做是由四条直线围成的，即化简得

(|n|≤312，|m|≤384，m、n为整数)第100页，共118页，2023年，2月20日，星期一而实际黑白电视信号的二维频谱的幅频特性为菱形锥体，其数学表达式为(0≤z≤K，m、n为整数)化简得(0≤z≤K，m、n为整数)第101页，共118页，2023年，2月20日，星期一

2)电视信号的三维空间频谱电视信号的扫描过程实际上是对一个三维(x，y，t)模拟量的二维抽样过程，即在y方向和t方向进行抽样，而x方向没有抽样，保持模拟过程不变，如图所示。第102页，共118页，2023年，2月20日，星期一f(x，y，t)三维扫描图像第103页，共118页，2023年，2月20日，星期一

如下图左图所示，如果f(x，y，t)是一个三维连续信号，则其频谱如下图右图所示。f(x，y，t)函数的傅氏变换为

第104页，共118页，2023年，2月20日，星期一f(x，y，t)三维扫描图像及其频谱F(m，n，f)第105页，共118页，2023年，2月20日，星期一

视频信号作为三维连续信号在x、y方向(扫描)和t方向(场间隔)的周期抽样，如(a)。根据抽样定理，f(x，y，t)的视频信号的频谱在f、m、n方向分别以、和的间隔重复F(m，n，f)。如果对视频信号在x方向上进行抽样，则成了数字视频信