1、第3章 模擬彩色電視制式3.1 彩色電視制式概述黑白電視制式: 掃描行數、場頻、帶寬、隔行掃描方式例如：625行制：625行/幀，50場，6MHz，隔行掃描525行制：525行/幀，60場，4.2MHz，隔行掃描彩色電視制式: 除上述外，亮度和色差信號的處置方式現行三大彩色電視制式：均為兼容制；區別在于色差信號能否同時傳送，以及對副載波的調制方式上：NTSC 同時制，正交平衡調幅。PAL 同時制，逐行倒相正交平衡調幅。SECAM 順序-同時制，順序傳送彩色與存儲。 3.2 NTSC制3.2.1 正交平衡調幅與正交檢波普通調幅波：調制信號： u(t)載波信號： uc(t)=Uccost已調制信號

2、： uAM(t) = Uc + u(t)cost =uc (t)+u (t)cost平衡調幅波：濾除普通調幅波中的載波成份： uBM (t)=u(t) cost平衡調幅波是調制信號與單位幅度載波的乘積可用乘法器實現平衡調幅普通調幅波與平衡調幅波頻譜波形圖設u(t)=Umcost取樣點平衡調幅波的特點去掉載頻，只發送邊頻調制信號為零，即u(t)=0時，平衡調幅波uBM(t ) =0調制信號u(t)為正時,平衡調幅波uBM (t)與原載波同相;調制信號u(t)為負時,平衡調幅波uBM (t)與原載波反相 正交平衡調幅：將兩個調制信號分別對頻率相等、相位相差90的兩個正交載波進展平衡調幅，然后再將這

3、兩個調幅信號進展相加頻帶寬度沒有添加，這一調制方式稱正交平衡調幅。 色度信號的構成:色差信號R-Y、B-Y分別對兩個頻率一樣、相位相差90的副載波平衡調幅 紅色度分量： R-Ycossc t藍色度分量： B-Ycossc t - 90=B-Ysinsc t色度信號： CF (t) =R-Ycossct +B-Ysinsct 優點：節省帶寬：只用一個副載波實現對兩個色差信號的傳輸，在解調端采用同步解調分別出紅色差與藍色差分量。減少色度信號對亮度信號的干擾：去除了高頻振蕩的副載波。傳送黑白圖像時色度信號為零，不存在對亮度信號的干擾。色度矢量色度信號矢量： CF =C sinsct +)色度矢量模：

4、代表副載波的瞬時振幅，由色差信號的幅度決議。色度矢量的相角： 代表副載波的初相位，由色差信號的比例決議。 R-YB-YC前往0360度取值，由R-Y和B-Y的符號決議象限。CF同步檢波解調平衡調幅波采用同步檢波技術。方法：用與副載波同頻同相的本振載波乘色度信號信號。色度信號： CF (t) =R-Ycossct +B-Ysinsct用2cosSCt相乘，解出(R-Y)分量: 低通濾波 :濾去二倍頻副載波信號，得到(R-Y)信號。同理，用sinSC t去乘 CF (t) ，再經低通濾波后，可得到(B-Y)信號 色同步信號色度信號解調 需求同步(同頻同相)的色副載波色同步信號：用位于行同步后肩的、

5、脈寬為91個副載波周期的 K脈沖旗脈沖截取相位為180的副載波： eb(t) = K(t) Sin(sct+180)正極性電視信號的色同步信號色同步信號前沿滯后行同步脈沖前沿5.6s。色同步信號的幅度與行同步脈沖幅度相等。負極性視頻圖像信號的接納端用鎖相原理恢復延續的副載波信號。壓控振蕩器鑒相器色同步信號ebtV 色同步信號與壓控振蕩器同頻同相，鑒相器輸出零電壓；否那么，輸出一定的電壓控制壓控振蕩器。副載波的恢復3.2.2 緊縮系數彩條 YR-YB-YCY+ CY- C 白 1.0000001.001.00黃 0.8860.11-0.890.901731.78-0.01青 0.701-0.70

6、0.300.762931.46-0.06綠 0.587-0.59-0.590.832251.42-0.24品0.4130.590.590.83451.24-0.42紅 0.2990.70-0.300.761131.06-0.46藍 0.114-0.110.890.903531.01-0.78黑 0.0000000.000.00在彩色全電視信號中，色度信號是疊加在亮度信號上的。未緊縮色度信號波形圖對于100-0-100-0彩條信號，黑白電平的變化范圍在0到1之間。黃條和青條的最大值分別超越白色電平78和46；紅條和藍條的最小值又分別低于黑條電平40和78。影響：對于負極性信號藍條和紅條：超越了同

7、步頭電平同步頭對應的幅度為 - 0.43V 破壞同步，使重現圖像不穩黃條和青條：低于白色電平 發射機產生過調制；使重現圖像嚴重失真，伴音中斷。接納機中，第二伴音中頻是靠圖像中頻和伴音中頻差拍產生的，過調制將使圖像中頻載波有時為0處理：緊縮C，Y堅持不變。緊縮方法要求Y+C的信號最大最小電平分別不超越白電平和黑電平的33%，在-0.331.33V范圍內。選擇非互補的兩個彩條，按緊縮系數k1、k2來緊縮色差信號(B-Y)、(R-Y)，即： 黃色：Y+C不超越1.33 青色：Y+C不超越1.33黃色： 青色：得： 緊縮后的色差信號B-Y 、 R-Y稱為U 、 V信號：k1=0.493,k2=0.87

8、7緊縮后的色度信號： C = V + U色度矢量：模：相 角：3.2.3 波形圖和矢量圖彩條 YUVCY+CY-C 白 1.0000.000.000.001.001.00黃 0.886-0.4370.10.4481671.330.44青 0.7010.147-0.6150.6322831.330.07綠 0.587-0.289-0.5150.5912411.180.00品 0.4130.2890.5150.591611.00-0.18紅 0.299-0.1470.6150.6321030.93-0.33藍 0.1140.437-0.10.4483470.56-0.33黑 0.0000.000.

9、000.000.000.00100-0-100-0彩條的Y+C波形色度緊縮前(a)色度緊縮后(b)彩色全電視信號： CVBS復合視頻同步消隱基色與補色的色度信號矢量圖：前往3.3.20.63矢量圖要點：對于100-0-75-0彩條，黃、青條的最大值為1.0。紅色和藍色并非與紅色差和藍色差軸重合，補色矢量與基色矢量等模反向。對三基色和三補色而言，當飽和度變化時色度矢量的幅度相應變化而相角不變。對于其他彩色，當=1時，色度矢量的相角不隨飽和度變化。否那么不成立。色度矢量的幅度同時決議于彩色信號的幅度和飽和度。飽和度一樣的彩色信號色度矢量的幅度不一定一樣，色度矢量幅度一樣的彩色信號飽和度不一定一樣。

10、3.2.4 Q、I色差信號兼容制彩色電視系統亮度、色差信號在同一頻帶傳輸。如色度信號以雙邊帶傳送，對于帶寬為4.2MHz的制式來說，采用頻譜交錯，亮度、色差信號頻帶將重疊過寬，相互關擾將很嚴重。如色度信號以不對稱邊帶傳送，將在檢波解調時引起串色。處理不傳U、V信號，傳送Q、I信號人眼視覺特性對紅黃之間顏色的分辨力最強 對藍品之間顏色的分辨力最弱在色度圖中：以I軸表示人眼最敏感的色軸Q軸表示最不敏感的色軸Q、I正交軸與U、V正交軸有33夾角的關系，任一色度既可由U、V表示，也可由Q、I表示。Q、I正交軸與U、V正交軸關系： Q cos33 sin33 U = I sin33 cos33 V Q、

11、I與U、V關系U cos33 sin33 Q = V sin33 cos33 IVIUQ3333Y、Q、I與R、G、B關系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信號與Q、I信號的關系，可以得到：Q = 0.211R0.523G + 0.312B I = 0.596R0.275G0.322B100-0-100-0彩條信號構成的Q、I 信號波形QIQ、I信號帶寬根據人眼的視覺特性，Q、I信號的實際帶寬分別為：Q：0.5MHz I：+0.5

12、，-1.5MHz 采用Q、I的色度信號：ec(t) = Q(t) sin(sct+33) + I(t)cos(sct+33) 窄帶雙邊帶寬帶不對稱邊帶色同步信號不變eb(t) = K(t) sin(sct+180)Q分量以窄帶雙邊帶方式傳送，I分量以較寬的不對稱邊帶方式傳送。3.2.5 副載頻選擇副載頻選擇原那么1、頻譜交錯原理：為使亮度和色度信號的頻譜間距最大，有利于頻譜交錯，副載頻采用半行頻偏置 半行頻的奇數倍。 n為整數2、為了減輕副載波對亮度的干擾，應盡量使副載頻選在視頻信號的高端。 副載頻越高，其干擾亮度的光點越細，愈不易被人眼覺察； 能使色度和亮度信號的主要能量分別位于視頻的高、低

13、兩端，從而減輕兩者的相互關擾。3、色度信號上邊帶約0.5MHz的邊境值不能超越視頻信號的帶寬4.2MHz，故副載頻應低于3.7MHz 4、思索到能夠出現伴音載波和副載波的差拍干擾，所以還要求兩者的差頻也等于半行頻的奇數倍；另外，副載波應和行頻堅持最簡單的分頻關系，從而有利于同步機電路的實現。 副載頻的選擇 對于525行、60場的黑白電視M制，行頻為15750Hz，半行頻為7875Hz，伴音載頻4.5MHz。取2n+1=455，那么伴音載頻455+117*7875=4.5045MHz，不利于4.5MHz伴音鑒相。 NTSC制行頻改為15734.264Hz，此時伴音載頻為4.4999995MHz，

14、非常接近4.5MHz。場頻改為前往小結NTSC制的主要參數NTSC-M(美國制式)場頻fV59.94 Hz(60Hz)行頻fH5251/2 fV15.734kHz掃描行數Z：每幀525行圖像信號標稱帶寬為4.2MHz伴音與圖像載頻之差為4.5MHz彩色副載波頻率fSC3.57954506MHz3.2.6 NTSC制編碼、解碼方框圖NTSC編碼方框圖NTSC解碼方框圖3.2.7 NTSC制的主要性能1色度信號簡單色度信號的組成方式最為簡單，解碼電路也最簡單，易集成化。對電視信號進展各種處置有利。2不存在行順序效應NTSC色度信號每行都以同一方式傳送，不存在對圖像質量有損害的行順序效應。行順序效應

15、：由于對傳輸的色度信號作逐行不同的處置而引起的，PAL和SECAM制都有這種情況。3容易實現亮、色度信號的分別亮度信號與色度信號頻譜以最大間距錯開，兼容性能好，亮度串色影響也較小。同時，容易實現亮度信號和色度信號的分別，為制造高質量接納機、制式轉換和電視信號數字化提供便利條件。陷波器實現亮色分別采用梳狀濾波器實現亮色分別梳狀濾波器電路構成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色度信號的幅度失真會影

16、響重現彩色的飽和度。當整個傳輸系統中存在非線性特性時，系統對色度信號的增益與所疊加的亮度信號電平有關微分增益，它對圖像的影響是彩色飽和度的變化。簡單的說：微分增益是亮度信號幅值的變化對彩色飽和度的影響。 不能用簡單的衰減或放大來校正這種幅度失真。微分增益在15%時可覺察，容限為30%5存在相位敏感性，重現彩色的顏色對色度信號的相位失真敏感。微分相位：當傳輸系統存在非線性時，色度信號產生的相移與所疊加的亮度電平有關(微分相位)。在NTSC系統中，色度矢量相角的變化代表了顏色的變化。檢波得到的Q、I信號發生串色。微分相位 為 5時可覺察，容限為12。 不對稱邊帶的影響傳輸系統特性不良，會使對稱邊帶

17、信號變成非對稱邊帶信號。設已調副載波信號為設傳輸后只剩下下邊帶分量在單邊帶情況下，一個Q調制的副載波分量相當于一個正交調幅信號，構成Q對I的串色。3.3 PAL制3.3.1 彩色相序交變原理NTSC制中，色度信號的相位失真會帶來明顯的顏色失真。NTSC-相位敏感性高PAL(Phase Alternation Line)逐行倒相正交平衡調幅制，即色度信號U、V分量中的V分量逐行倒相。彩色相序交變原理：發端周期性改動彩色的相序收端采用平均措施，以減輕傳輸相位誤差帶來的影響，抵消相位誤差品偏紅品偏紅品偏藍Fn表示第n行的色度矢量，Fn+1表示n+1行的色度矢量。由于行相關，可以以為它們的顏色一樣。那

18、么矢量Fn和Fn+1的U分量相等，V分量絕對值相等、相位相反，即以U軸對稱。假設傳輸過程中無相位失真，解調時V回原位，可正確地恢復出色差信號。有相位失真時，用逐行倒相的方法消除了相位失真帶來的顏色失真，相位失真僅引起了飽和度下降，但顏色末變。隔行掃描逐行倒相的變化規律： 不倒相行取正號 NTSC行 倒相行取負號 PAL行 3.3.2 PAL色度信號及其頻譜交錯1PAL色度信號PAL色度信號：其中：k(t)表示逐行取值為+1和-1的2H為周期的開關函數接納端檢波時要識別是NTSC行還是PAL行，以決議正交同步檢波器的相位。NTSC行PAL行 VUVCUCebebPAL制色同步逐行擺動90。2PA

19、L色度信號的頻譜交錯PAL色度信號頻譜 :U分量對副載波sinct平衡調幅，頻譜仍以fH為間隔，對稱地分布在色副載波fsc兩旁。 逐行倒相的V 分量對副載波cosct平衡調幅，也可看成是V分量對逐行倒相的色副載波K(t) cosct 的平衡調幅。基波角頻率：開關函數：逐行倒相的色副載波的各頻率分量為： 圖中虛線為供U信號調制用的副載波，實線為供V信號調制用的副載波。可以看出，調制V信號的副載波是譜線群，調制U信號的副載波是一根譜線。U分量與V分量的主譜線剛好錯開1/2行頻。NTSC制U，V信號頻譜是重合的，而PAL制色度信號本身完成了頻譜交錯。這也是PAL制色度不容易失真的緣由。3.3.3 副

20、載波選擇及色度信號與亮度信號的頻譜交錯合理選擇fsc，使亮度Y信號與色度信號的主譜線相互錯開。fsc要盡量的高，但其上邊頻不能超越規定的6MHz 1/4行頻間置： 只采用1/4行頻間置，亮度信號Y的fv場頻副譜線與色度信號U、V的fv場頻副譜線的間距只需1/8fv ，容易呵斥亮色串擾。 1/2場頻偏置25Hz偏置： 采用1/2場頻偏置25Hz偏置后，使亮度信號Y與色度信號U、V的副譜線間距添加3倍，為3/8fV，進一步減少亮色串擾。 2PALD解碼器梳狀濾波器梳狀濾波器PALD解碼器3.3.4 PALD解碼原理梳狀濾波器的作用： 經過延遲的色度信號和不延遲的色度信號相加或相減，將色度信號中的兩

21、個色度分量U、V進展分別，以抑制兩個色度之間的相互串擾 。 為了使梳狀濾波器具有上述作用，延時線的延時時間對于包絡即U、V信號等于一個行周期TH=64s，對于副載波要求相位相反。直通訊號延時信號假設相鄰兩行色度信號一樣，副載波相位相反延遲線的頻率特性：色度信號延遲一行不變，要求其各個頻率分量具有一樣的一行延遲時間，即要求延遲線具有線性相位特性，群延時等于行周期TH副載波延遲后反相，要求副載波的延遲時間是半副載波周期的奇數倍。存在微分相位時：相加端相減端經正交解調出 只產生人眼不太敏感的飽和度變化，不影響顏色。群延時包絡延時即色度信號延時相延時副載波延時 取延遲線的相位特性：56721sc0-0

22、.5032 配有換能器的超聲玻璃色散延遲線實現如圖的相位特性相位特性不經過原點，相延時與頻率有關的色散延遲特性梳狀濾波器的頻率特性具有梳齒狀的幅頻特性，因此稱為梳狀濾波器。延遲線頻率特性：相減端頻率呼應：幅頻呼應：相加端頻率呼應：幅頻呼應：相減端輸出相加端輸出PAL頻譜相減端幅頻特性相加端幅頻特性經梳狀濾波亮色得到分別亮度串色幅度下降3dB彩色信噪比改善3dB相延時誤差對梳狀濾波特性的影響可以證明，經梳狀濾波和同步檢波后：逐行交變的小幅度串色，顏色偏向互補，經過視覺平均獲得正確彩色。當存在顯像管非線性電光轉換特性時，逐行交變的串色使亮度逐行強弱變化，由于隔行掃描產生向上緩慢挪動的明暗相間的行構

23、造，稱為行蠕動景象或行順序效應。PAL制抑制NTSC制相位敏感性的根本原理可概括為：采用逐行倒相正交平衡調幅的色度信號。在解調時先經梳狀濾波器分別，然后再同步檢波；利用視覺平均作用補償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行頻間置再加25 Hz確定副載波，有效地實現了亮度 信號與色度信號的頻譜交錯，因此有較好的兼容性。 梳狀濾波器在分別色度信號的同時，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行頻間置， PAL制為 l/4行頻間置。二者相比實 現PAL信號的亮色分別要比 NTSC制困難，且分別質量也較差。 由數字濾波處理 存在行順序效應。 3.5 模擬彩色電視制式的缺陷一、復合信號方式的缺陷亮色串擾 三種模擬彩色電視制式均采用亮、色信號在時域同時相加，在頻域共用頻帶窄帶色度信號置于亮度信號頻譜的高端的復合信號方式，由于亮色分別的不完善帶通濾波和副載波陷波，以及能夠發生的頻譜混疊，會產生亮、色間的串擾。 亮度串色:表現為在亮度信號的細節部分(有高頻亮度分量)產生雜亂的彩色圖像。 在電視測試圖上，在表示程度明晰度的條形區，在細密條(對應300、3