彩色電視機(jī)原理3-第三章彩色電視制式.ppt

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2008.8,彩色電視原理,東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,第三章彩色電視制式,彩色制式：指對(duì)彩色電視信號(hào)加工處理和傳輸?shù)奶囟ǚ绞?為了把三基色電信號(hào)由發(fā)送端傳送到接收端，最簡(jiǎn)單的辦法是用三個(gè)通道(有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn))分別把三種基色電信號(hào)傳送到接收端，在接收端再分別用R、G、B三個(gè)電信號(hào)去控制紅、綠、藍(lán)三個(gè)電子束，從而在彩色熒光屏上得到重現(xiàn)的彩色圖像。然而，這種傳輸方式不僅會(huì)占用較大的帶寬，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)與黑白電視的“兼容”，因而沒(méi)有采用。實(shí)用中的廣播電視都采用黑白與彩色電視可以相互“兼容”的。目前，有三種兼容制彩色電視制式：NTSC制、PAL制和SECAM制。,3.1兼容制彩色電視原理,彩色電視是在黑白電視的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在彩色電視的發(fā)展過(guò)程中，必然會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，黑白電視與彩色電視同時(shí)并存的情況，所以提出彩色電視與黑白電視的“兼容”問(wèn)題。所謂的兼容，就是黑白電視機(jī)可以收看到彩色電視系統(tǒng)所發(fā)射彩色電視信號(hào)（當(dāng)然，所看到圖像仍然是黑白圖像。）；彩色電視機(jī)可以收看到黑白電視系統(tǒng)所發(fā)射黑白電視信號(hào)（當(dāng)然，所看到圖像也是黑白圖像。）。,3.1.1兼容制的必備條件及色度信號(hào)編碼傳輸,(1)所傳送的彩色電視信號(hào)中應(yīng)有亮度信號(hào)和色度信號(hào)兩部分。亮度信號(hào)與黑白電視圖像信號(hào)一樣，能使黑白電視機(jī)顯示出黑白畫(huà)面；色度信號(hào)包含了彩色圖像的色調(diào)與飽和度等信息，被彩色電視機(jī)接收后，與亮度信號(hào)一起經(jīng)過(guò)處理后顯示出彩色畫(huà)面。(2)彩色電視信號(hào)通道的頻率特性應(yīng)與黑白電視通道頻率特性基本一致。應(yīng)該有相同的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。圖像和伴音的調(diào)制方式應(yīng)黑白電視系統(tǒng)相同等。(3)彩色電視與黑白電視應(yīng)有相同的掃描方式及掃描頻率，相同的輔助信號(hào)及參數(shù)。,.黑白電視信號(hào)特點(diǎn),圖像的攝取與重現(xiàn)是根據(jù)光和電的轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)傳輸圖像信號(hào)的電平與反映的亮度關(guān)系分正極性視頻信號(hào)和負(fù)極性視頻信號(hào)圖像信號(hào)越亮,信號(hào)電平越低,稱(chēng)負(fù)極性視頻信號(hào).反之,圖像信號(hào)越亮,信號(hào)電平越高稱(chēng)正極性視頻信號(hào),.黑白圖像信號(hào)的頻譜,當(dāng)電視圖像為靜態(tài)圖像，并且圖像內(nèi)容在垂直方向上沒(méi)有變化時(shí)，電視信號(hào)的頻譜為以行頻為間隔的離散的線(xiàn)狀頻譜，各譜線(xiàn)間有著較大空隙電視信號(hào)用復(fù)數(shù)形式的傅立葉級(jí)數(shù)可表示：,在水平和垂直方向有亮度變化的靜止圖像,電視信號(hào)頻譜將包含以行頻為間隔的頻譜線(xiàn)（主譜線(xiàn)）和分布于它們兩側(cè)的以場(chǎng)頻為間隔的頻譜線(xiàn)（副譜線(xiàn)）電視信號(hào)用復(fù)數(shù)形式的傅立葉級(jí)數(shù)可表示：,當(dāng)電視信號(hào)為動(dòng)態(tài)圖像，且圖像內(nèi)容在水平和垂直方向上都有變化，電視信號(hào)頻譜將成為連續(xù)譜，能量主要分布在以行頻及其個(gè)次諧波頻率為中心的較窄的范圍內(nèi),1.以行頻及其諧波為中心的一束束離散型譜線(xiàn)組成.2.行頻諧波次數(shù)增加,主譜線(xiàn)幅度逐步減少.3.黑白電視信號(hào)頻譜在半行頻奇數(shù)倍處有較大的空隙,黑白電視信號(hào)頻譜特點(diǎn):,.電視圖像信號(hào)的頻帶寬帶,max=5.6MHZ,.彩色視頻信號(hào),為實(shí)現(xiàn)兼容，選擇一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)作為傳送彩色電視的三個(gè)基本參量信號(hào):Y、R-Y和B-Y色差信號(hào)：基色信號(hào)（R、G、B）和亮度信號(hào)(Y)的差亮度信號(hào)與色差信號(hào)的關(guān)系Y=0.30R+0.59G+0.11B色差信號(hào)：R-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,1兼容效果好黑白電視機(jī)只接收彩色電視臺(tái)中的Y信號(hào)，其效果與收看黑白電視臺(tái)一樣，不受色差信號(hào)的干擾，能正常重現(xiàn)原圖像的亮度，所以，其兼容效果好。2.傳送彩色圖像時(shí)，能減弱色度信號(hào)對(duì)亮度信號(hào)的干擾。因?yàn)樯钚盘?hào)相對(duì)較小，則干擾弱。3。便于恢復(fù)三基色,傳送色差信號(hào)的優(yōu)點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)是一種測(cè)試信號(hào)，常用于對(duì)彩色電視系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)中的圖像信號(hào)是用電的方法形成產(chǎn)生（不是通過(guò)攝像機(jī)拍攝獲得的）標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的圖像內(nèi)容是八條等寬的彩色豎條，自左至右依次為白、黃、青、綠、品、紅、藍(lán)、黑,彩條信號(hào)的形成,兼容的必備條件(1)所傳送的彩色電視信號(hào)中應(yīng)有亮度信號(hào)和色度信號(hào)兩部分。(2)彩色電視信號(hào)通道的頻率特性應(yīng)與黑白電視通道頻率特性基本一致。應(yīng)該有相同的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。圖像和伴音的調(diào)制方式應(yīng)黑白電視系統(tǒng)相同.(3)彩色電視與黑白電視應(yīng)有相同的掃描方式及掃描頻率，相同的輔助信號(hào)及參數(shù)。,彩色視頻信號(hào)的編碼和解碼轉(zhuǎn)輸,+,R,G,B,R-Y,B-Y,Y,正交平衡調(diào)制,全電視信號(hào),色度信號(hào)的頻帶壓縮當(dāng)重現(xiàn)彩色圖像時(shí)，對(duì)面積較大的各種顏色較為敏感，而對(duì)彩色的細(xì)節(jié)部分辨識(shí)能力較差。因此，彩色圖像的細(xì)節(jié)部分在一定距離上觀看，所表現(xiàn)為亮度上的差別，而無(wú)顏色的差別。那么在傳送彩色圖像時(shí)，只有大面積部分需要在傳送其亮度信息的同時(shí)還必須傳送其色度信息。而彩色的細(xì)節(jié)部分，則可以用亮度信息來(lái)取代例如紅色：,3.1.2色度信號(hào)頻帶壓縮和頻譜交錯(cuò)原理,頻譜交錯(cuò)原理,若把色度信號(hào)直接與亮度信號(hào)混合，由于亮度信號(hào)和色度信號(hào)在時(shí)域和頻域均有重疊，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的相互干擾。亮度信號(hào)的頻譜具有間隙很大梳齒狀特征，因而只要設(shè)法將色度信號(hào)插到亮度信號(hào)頻譜的空隙中，實(shí)現(xiàn)“頻譜交錯(cuò)”，這樣即可使色度信號(hào)不占有額外的頻帶，又可避免亮度、色度信號(hào)間的干擾，使彩色電視信號(hào)仍然6MHz的頻帶范圍，從而滿(mǎn)足與黑白電視的兼容條件。,將色度信號(hào)的頻譜移動(dòng)半行頻（fH/2）的奇數(shù)倍，使色度信號(hào)的頻譜與亮度信號(hào)的頻譜錯(cuò)開(kāi)（為了與黑白電視兼容，不能移動(dòng)亮度信號(hào)的頻譜）。實(shí)現(xiàn)的辦法是，選擇一個(gè)合適的載頻fSC（色度副載波），將色度信號(hào)調(diào)制在這個(gè)副載波上，即可將色度信號(hào)的頻譜搬移到合適位置上。,3.2NTSC制彩色電視,3.2.1平衡調(diào)幅平衡調(diào)幅就是抑制載波的調(diào)幅，簡(jiǎn)稱(chēng)抑載調(diào)幅。調(diào)制信號(hào)為載波信號(hào)為則調(diào)幅后形成的一般調(diào)幅波為：,平衡調(diào)幅的過(guò)程就是將調(diào)制信號(hào)與被調(diào)制信號(hào)相乘,頻譜與波形的區(qū)別,(1)平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號(hào)幅度的絕對(duì)值成正比。當(dāng)調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)值最大，平衡調(diào)幅波幅度最大；當(dāng)調(diào)制信號(hào)等于零時(shí)，平衡調(diào)幅波幅度也為零。(2)調(diào)制信號(hào)為正值時(shí)，平衡調(diào)幅波與載波同相；調(diào)制信號(hào)電壓為負(fù)值時(shí)，平衡調(diào)幅被與載波反相。當(dāng)調(diào)制信號(hào)電平過(guò)零而改變其電壓極性時(shí)，平衡調(diào)幅波相位隨之變化180。,3.2.2正交平衡調(diào)幅,將兩個(gè)調(diào)制信號(hào)分別對(duì)頻率相等、相位相差90的兩個(gè)正交載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，然后再將這兩個(gè)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行矢量相加（頻帶寬度沒(méi)有增加），這一調(diào)制方式稱(chēng)正交平衡調(diào)幅。,3.2.3色度信號(hào)幅度壓縮系數(shù)和矢量圖,傳送黃色時(shí):,傳送青色時(shí):,解得,則,3.2.4NTSC制色同步信號(hào),在同步解調(diào)過(guò)成中，需要一個(gè)與發(fā)送端同頻、同相的副載波。因此需要在發(fā)送端發(fā)送彩色全電視信號(hào)的同時(shí)發(fā)出一個(gè)能反映發(fā)送端副載波頻率與相位信息的信號(hào)，即色同步信號(hào)。b=0.215,3.2.5彩色副載波頻率的選擇,原則:1.為使亮度和色度信號(hào)的頻譜間距最大，有利于頻譜交錯(cuò)，副載頻采用半行頻偏置，即2.為了減輕副載波對(duì)亮度的干擾，應(yīng)盡量使副載頻選在視頻信號(hào)的高端。副載頻越高，其干擾亮度的光點(diǎn)越細(xì)，愈不易被人眼察覺(jué)3.fsc+1.3MHz不超過(guò)6MHz.,亮度,色度,1.5,1.5,4.43,3.2.6IQ信號(hào),在平衡調(diào)制之前，對(duì)被壓縮的色差信號(hào)U、V進(jìn)行一定的變換，即產(chǎn)生I、Q信號(hào)。I信號(hào)帶寬為：-1.50.5MHz；Q信號(hào)帶寬為：-0.50.5MHz。I、Q信號(hào)與U、V信號(hào)之間的關(guān)系為：,每幀525行；圖像信號(hào)帶寬為4.2MHz；fsc=3.579MHz。,fsc=3.579MHz,3.2.7NTSC制編碼和解碼,3.2.8NTSC制的主要特點(diǎn)性能,1NTSC制采用1/2行間置，使亮度信號(hào)與色度信號(hào)頻譜以最大距離錯(cuò)開(kāi)。2信號(hào)組成方式簡(jiǎn)單。3.不足之處在于存在相位敏感性。,3.3PAL制彩色電視,PAL制是在對(duì)色度信號(hào)采用正交平衡調(diào)幅的基礎(chǔ)上，將其中一個(gè)色度分量(FV分量)進(jìn)行逐行倒相，在發(fā)端周期性地(半行頻)改變FV分量的相序，在收端采用平均措施，以減輕傳輸相位誤差帶來(lái)的影響。第n行色度：第n+1行色度：PAL色度信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,3.3.2相位失真的補(bǔ)償原理,3.3.3PAL制色同步信號(hào),PAL制彩色電視機(jī)在解調(diào)色度信號(hào)時(shí)，需要對(duì)PAL行送-cossct副載波，而對(duì)NTSC行送cossct副載波。因此需要一個(gè)識(shí)別PAL行與NTSC行的識(shí)別信息。這個(gè)識(shí)別信息是寄存在每一行的色同步信號(hào)相位中，即表現(xiàn)為相鄰兩行色同步信號(hào)的相位不同。,3.3.5PAL制彩色副波頻率,行頻與副載頻之間關(guān)系,副載頻與整數(shù)行頻有1/4fH的頻差，稱(chēng)之為為1/4行間置。對(duì)于PAL制來(lái)說(shuō)，fH=15625Hz，fv=50Hz，帶寬為6MHz，根據(jù)fsc盡量高的原則，取n=284，所以fsc為：fsc=(284-1/4)*15625+25Hz=4.43361875MHz式中25Hz是為使色度信號(hào)與亮度信號(hào)副譜線(xiàn)之間的間距增大，減少亮色干擾。,3.3.6PAL制編碼,PAL制的主要性能特點(diǎn),1克服NTSC制相位敏感的缺點(diǎn)；容限:4002PAL制采用1/4間置，實(shí)現(xiàn)了亮度與色度信號(hào)的頻譜交錯(cuò)；3梳狀濾波器在分離色度信號(hào)的同時(shí)，使亮度串色的幅度也下降了3dB；4由于采用1/4間置，在實(shí)現(xiàn)亮色分離技術(shù)上較NTSC難；5存在行順序效應(yīng)。,3.4SECAM制,SECAM制的主要特點(diǎn)1兩個(gè)色度信號(hào)采用順序傳送方式；2色差信號(hào)采用調(diào)頻fscR=282fH=4.406MHZfscB=272fH=4.250MHZ,