《模拟电视信号基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电视信号基础.ppt（200页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第2章 模拟电视信号基础,2.1 视频全电视信号2.2 射频电视信号2.3 彩色的基本概念2.4 电视制式2.5 彩色图像信号2.6 彩色全电视信号2.7 PAL编码解码器,2.1黑白全电视信号,在电视信号中，虽然黑白电视信号已很少了，但由于彩色与黑白电视信号兼容性的需要，要求信号的调制方式、频谱宽度及扫描都是一致的，所以彩色与黑白电视信号有许多相同之处。对于初学者来讲，从黑白电视信号入手，简单易学，下面对黑白电视信号作一下介绍。收看稳定清晰的电视图像时，发送端不但要发送图像信号，而且要传送同步和消隐信号，故电视信号含三部分：图像信号、同步信号和消隐信号，一般称全电视信号，也称视频信号。2.1
2、.1 图像信号,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,图像信号是由摄像管将明暗程度不同的景物，经电子扫描和光电转换而得到的信号，也称亮度信号。电视图像信号是一系列的电脉冲，有以下特点：1）正程期间发出，电平幅度是12.5%75%。2）负极性信号，即电平越高，图像越暗。采用负极性信号的优点是：一是节省发射功率，由于图像信号大多是亮电平，将亮电平规定在低电位，可节省大量的发射功率；二是抗干扰能力强，由于在传送信号时，大多数干扰是叠加在高电平上的，而高电平被设定为黑电平，使干扰显示不出来，即减少了干扰信号对图像的影响。所以，大多数图像信号都设计为负极性。,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,3
3、）单极性信号，即电平全部是正或负。且图像信号具有直流成分（用图像信号的平均值），其数值表示图像背景的亮度。图像信号，是一个随内容变化的随机信号，如图2-1（a）是所示，扫描正程图像是亮的，扫描逆程图像是暗的。由于这种信号是随机的，不能进行测试，在没有节目时，电视台会发射灰度测试信号（彩色图像发射彩条），如图2-1（b）所示。2.1.2 复合消隐信号,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,由于电视成像是逐行扫描成像的，每一行每一场都是由正程和逆程组成，正程显示图像，逆程不显示图像，需要用消隐信号将逆程不显示。消隐信号的作用是消除回扫线，使扫描逆程时屏幕显示为黑，行场扫描逆程发出消隐信号，分
4、别称为行消隐与场消隐，统称复合消隐信号。行消隐信号：在行逆程传送使回扫线不显示的信号。宽度：12s，电平幅度：75%，行周期（正程+逆程）：64s，频率：15625Hz，如图2-2所示。场消隐信号：在场逆程传送使回扫线不显示的信号。宽度：1600s，25行，电平幅度：75%，场周期：20ms。如图2-2所示。,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,复合消隐信号：将行场消隐信号复合在一起，成为复合消隐信号。如图2-4（c）所示。在电视中，如果消隐信号发生故障，如幅度不够等，无法在逆程截止电子束，就会在屏幕上显示出回扫线，干扰图像，严重时不能收看。2.1.3 复合同步信号由于电视图像是顺序传
5、送的，发送端与接收端的每一行每一场都要严格保持同步，才能收看到正常图像。当电视机发生不同步时，发生图像滚动的现象，在节,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,电子扫描中已介绍过。所谓同步信号，是指使发送端与接收端保持一致的信号，电视台分别在扫描完一行和一场时，分别加入行同步和场同步信号，统称为复合同步信号。为了不干扰图像，同步信号是在逆程发出的，叠加在行场消隐信号上。行同步信号：保持发送端与接收端行信号一致，在行逆程发出，叠加在行消隐之上。宽度：4.7s，脉冲前沿滞后行消隐信号前沿1.3s，电平幅度25%，周期：64s。如图2-3所示。场同步信号：保持发送端与接收端场信号一致，在场逆程发
6、出，叠加在场消隐之上。宽度：160s，前肩160s，电平幅度：25%。如图2-3所示。,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,复合同步信号：将行场同步信号复合在一起，称为复合同步信号。如图2-4（f）所示。复合消隐和复合同步信号，如图2-4所示。行场扫描参数将模拟电视技术行场扫描参数归纳，如表2-1 PAL制广播电视系统扫描参数；表 2-2 NTSC制广播电视系统扫描参数。在模拟电视技术中，由于黑白与彩色电视的兼容性，扫描设定是一致的。目前发展的数字电视技术，由于分辨率的不断提高，行场扫描参数设置根据指标的要求，会有所不同。,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,视频信号的频带 图
7、像信号的频带宽度，对电视频道的设置很重要。一般图像信号的频宽决定了视频信号的宽度。图像信号频带宽度是最高频率与最低频率之差，即B=fmaxfmin。当图像信号背景不变时：fmin=0当图像像素黑白相间变化，如图2-5所示：设n为每行分解的像素（黑白相间的条纹数），取n=583，行扫描正程时间T正=52s，在显示一行图像扫描中，黑白间隙每秒的变化次数最大为n/2，则最高频率fmax 为：,上一页,下一页,返回,2.1黑白全电视信号,通常视频信号频率的带宽规定为：06MHz（隔行扫描），若逐行扫描频带宽度一般大于11MHz。黑白全电视信号所谓电视信号，不仅包含图像信号，还包括同步信号和消隐信号，这
8、三种信号合在一起，称为全电视信号。对于随机黑白全电视信号波形如图2-6所示，对于电视测试信号，八级灰度（亮度的层次）黑白全电视信号波形如图2-7所示。,上一页,返回,2.2射频电视信号,2.2.1 广播电视系统概述广播电视系统由发送、传送和接收三部分组成，完成电视信号的产生、处理、形成、传输、记录和播放等任务，并进行光电和电光的转换。广播电视系统组成示意图如图2-8所示。1发送端（电视台）发送端完成电视信号的产生、加工处理及发射。电视发送系统方框图如图2-9所示。其中各部分的作用如下所述：,下一页,返回,2.2射频电视信号,信号的摄取：信号的摄取可以由卫星、微波线路、电缆等传送现场节目、或在演
9、播室，由摄像机摄制各种节目。加工处理：传送来的各种信号，严格地讲只是图像信号，并不是电视信号，需要将图像放大，并进行一系列的校正，如校正、轮廓校正、电缆校正，并加入复合消隐和复合同步脉冲等形成全电视信号,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,切换：加工处理后的电视信号，通过导演监看进行节目切换和分配，从各路输入信号中选出需要播出的信号，最后将选择加工好的全电视信号，由视频分配器分成多路视频信号，和相应的伴音信号一起传送给发射机房。发射：将全电视信号和伴音信号分别调制在图像载频和伴音载频上。形成射频信号，再经功率放大，送发射塔。2传送信道电视信号的传送信道分为无线传送、有线传送。无线传送是通
10、过电磁波或卫星在大气空间传送电视信号，可以直接发送射频电视信号，一般称为开路电视。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,有线传送是通过电缆、光缆等传输媒介进行传输，随着对电视传输质量的要求不断提高，有线传输在电视传输中占的比例越来越大，尤其是数字电视的发展，图像频带宽，频道数量大和双向传输技术的要求，这些必须用光缆传送完成，也称为有线电视。3接收端（电视接收机）电视机接收到天线或有线传输网送来的射频信号，经放大、变频、检波等，还原为图像和伴音信号，重现图像和声音。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,2.2.2 电视信号的传播目前电视信号的传送方式分为无线和有线，高空与地面相结合的
11、方式。这里主要分析无线传播方式。1电视信号的传播特性1）视距传播因为视频图像信号具有6M的带宽，所以地面电视信号的频段选在超短波范围，波段划分如图2-10所示。传播方式是空间波传播，沿直线传播到直接可见的范围，称为视距范围。最大视距距离与发射天线与接收天线的高度有关，设发射天线长度为h1，接收天线长度为h2，视距距离为d1，则最大视距距离为,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,（km）（2.1）如果电视信号调制在微波段，一般在1GHz以上，传播距离可以远些，近似为d2（km）（2.2）2）多径传播,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,电视信号经地面或遇障碍物会产生反射，直射信号和反
12、射信号在接收天线上互相干扰，形成多径传播，表现为出现重影。3）绕射传播电视信号的绕射能力很差，在高大建筑物后面会形成阴影区，使电视信号接收质量差。2扩大覆盖范围的方法电视信号的覆盖面是限制在视距范围内，提高发射天线的高度可以扩大服务区，但天线的长度受功率、制造工艺等方面的限制，故扩大覆盖范围需要采取其他的方法，目前广泛采用的是电视差转、微波中继、卫星通信等方法，如图2-11所示。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,2.2.3 射频电视信号的形成在上节中，介绍的电视信号是视频电视信号，这种信号只能在室内或近距离传输，而电视信号由电视台发出后，一般要经过长距离的传输才能送到用户终端。为使电
13、视信号在自由空间传播的更远，并实现多个电视台节目同时传送，电视信号要经过高频调制后，才能有效地发射出去，称为对电视信号的调制。此时，视频电视信号就变成了射频电视信号。这里分析一下，对电视信号进行调制的主要原因：,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,1.受天线有效辐射条件的限制根据电磁波辐射理论，天线有效辐射条件是指天线的尺寸与发射信号的波长必须相比拟，一般需要天线长度达到信号波长的（1/101），此时信号才能有效地发射出去。否则由于信号的电磁场强度不够，无法在自由空间进行辐射传播。在全电视信号中：图像06MHz；伴音20Hz20KHz，以电视信号中频率最低的成分音频信号为例，计算一下需要
14、多长的天线长度，才能将全部的电视信号发射出去。音频信号一般规定：20Hz20KHz的范围内，电磁波在自由空间的传播速度c与光速是一致的，信号波长与信号频率f的关系如2.3式：,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,（c=3108m/s）（2.3）若音频信号取最高20KHz，则信号波长为：取天线长度为信号波长的1/4，即,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,天线的长度至少要取3750 m，才能将电视信号（含音频）有效地发射出去，这种长度的天线很难实现。采取调制的方法，即将音频信号调制在高频载波上，提高整个电视信号的频率，就可以缩短发射天线的长度。若取载波：,上一页,下一页,返回,2.2
15、射频电视信号,取天线长度为信号波长的1/4，l=/4=75m，天线长度大大地缩短。已知目前，中央电视塔高度405米，上海东方电视塔500多米。2多路复用的需要所谓多路复用，是指在同一时刻可以发射多个电视频道的信号。由于视频信号的频率范围是在06MHz之间，如果各个电视台的信号不经过处理直接发射，则全部在06MHz之间，使接收端无法区别，造成混台现象。为了使不同的节目互不干扰，就要将各个电视台的信号分别调制在不同的载波上，以示区别。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,在接收时，对不同的频率点进行接收，就可以收到各自的电视节目。实际上，广播电台、移动通信以及各种无线有线通信方式，都需要对信
16、号进行调制发射，在接收端进行解调，还原出原始信号。如中央一套调制在载波fc1=57.75MHz，中央二套调制在载波fc2=184.25MHz，将两个电视节目信号分别放在不同的频率范围内，如图2-12 所示。电视接收机调谐在57.75MHz接收到中央一套的电视节目，调谐在184.25MHz接收到中央二套的电视节目，有效地防止了各个电视频道节目的混台。2.2.4 图像信号的调制,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,图像信号与伴音信号的调制方法是不同的，图像采用调幅方式，而伴音采用调频方式。电视图像信号采用负极性残留边带调幅VSB的方式。1负极性调幅 正极性调幅是指：亮电平用高电平表示；黑电平
17、用低电平表示。负极性调幅是指：亮电平用低电平表示；黑电平用高电平表示。采用负极性调幅的优点是：1)干扰影响小：干扰信号往往是叠加在高电平上，由于图像高电平代表黑，表现为黑点，不明显。2)发射机效率高：多数图像内容较亮，负极性调幅时，亮信号表示为低电平，可节省发射功率。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,所以，图像信号一般采用负极性调幅，如图2-13所示。2采用残留边带VSB发送 在调幅制中，调幅的方法分为有四种：普通调幅AM、双边带调幅DSB、单边带调幅SSB和残留边带调幅VSB，各自有不同的特点。普通调幅AM：调制解调方法简单，解调电路采用二极管峰值包络检波电路即可。但占用频带宽度是
18、调制信号两倍，频谱图如图2-14（a）所示。如图像信号频带6MHz，调幅后的频带：12MHz。发射时，由于载波占功率较大，比较浪费功率。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,双边带调幅DSB：为了节省发射功率，采用抑制载波的双边带调幅制，即不发射载波的调制。如图2-14（b）所示。占用的频带与AM一样，并没有节省频带，但使用功率是普通调幅AM的1/2。电视信号中色度信号的调制采用的是双边带调幅。双边带调幅实现电路采用集成乘法器，易于集成，使用方便，目前已广泛使用。单边带调幅SSB：为了进一步节省频率资源，采用单边带调幅SSB，频谱图如图2-14（c）所示。即节省频率资源，又可节省功率，但
19、由于对频带滤波器要求高，调制解调电路实现也比较麻烦，成本较高，故仅在军用或某些特殊场合应用。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,残留边带调幅VSB：残留边带调幅是发射一个完整的上边带和部分下边带。由于单边带要求截止频率陡直，对滤波器特性要求很高。考虑残留一部分下边带，故称为残留边带。残留边带调幅的频谱图如图2-14（d）所示。残留边带调幅的优点是：已调信号的频带较窄，一个电视频道经残留边带调幅，频带从普通调幅的12MHz下降为8MHz左右；滤波器性能比单边带更容易实现，既保留了普通调幅调制解调电路简单的优点，又节省部分功率和频率资源，降低成本，更重要地是可以节省宝贵的频率资源，在有限的
20、频率资源中安排更多的频道。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,2.2.5 伴音信号的调制电视伴音采用调频制，图像与伴音信号的调制方式不同可减小相互干扰，提高伴音信号的接收质量。由于调频所占频带较宽，故图像不宜采用，而伴音信号本身频带很窄，所以使用调频的方法。我国规定伴音调频信号最大频偏取fmax=50KHz，伴音最高频率Fmax=20KHz，伴音频带宽度：B=2(fmax+Fmax)=2(50+20)=140KHz，实际给电视伴音分配频带B=500KHz。伴音频谱图如图2-15所示。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,通常伴音信号中，高频分量的振幅比低频分量要小，因此抗干扰能力
21、差，为提高音频信号高音的抗干扰能力和改善信噪比，在发射伴音时，往往需要采用预加重措施。预加重：为提升伴音信号高频成份的抗干扰能力，在发射时对高频分量幅度进行提升，增强高音的强度。一般采用RC高通滤波器。如图2-16（a）所示。去加重：在接收机中，要采用去加重电路，恢复伴音原有的高低频分量幅度比例，以避免失真。一般采用RC低通滤波器。如图2-16（b）所示。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,2.2.6 射频电视信号的频谱图像信号经残留边带调幅，伴音信号经调频后形成射频全电视信号。电视射频频道的宽度为8MHz，如图2-17射频全电视信号频谱。残留边带调幅发送一个完整的上边带和一小部分下边
22、带，抑制大部分下边带，阴影部分是残留边带去掉的部分频谱。保留完整上边带到6.5 MHz，下边带最大到1.25MHz，（0.75 1.25MHz为过渡区），图像共占7.5MHz。伴音采用调频制，占0.5MHz频带。一个完整的电视频道共占频带宽度B=7.5+0.5=8MHz。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,根据图2-17，在射频全电视信号的频谱图中，图像载频fc、伴音载频fs、最高频率fmax、最低频率fmin四个频率之间有 一定的关系：伴音载频fs总比图像载频fc高6.5MHz，最高频率fmax比伴音载频fs高0.25MHz，最低频率fmin比图像 载频fc低 1.25MHz。利用四
23、个频率之间的关系，已知其一，可计算其它频率的频点。【例2-1】已知中央一套节目二频道的图像载频fc=57.75MHz，如图2-18所示，试计算二频道的伴音载频fs、最高频率fmax、最低频率fmin。画出二频道的频谱图，并标注出伴音载频fs、最高频率fmax、最低频率fmin的位置。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,解：图像载频fc=57.75MHz，伴音载频fs=57.75+6.5=64.25MHz最高频率fmax=64.25+0.25=64.5MHz，最低频率fmin=57.75-1.25=56.5MHz由于图像VSB调制是一种不均衡调制，对图像信号中低于1.25MHz的频率分量
24、具有双边带特性，经峰值包络检波后输出的信号振幅较大。对于图像信号中的1.25 6MHz的频率成分，具有单边带特性，经解调后输出信号振幅减半。这样，低频分量振幅较大，使图像对比度增加，但高频分量,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,跌落会使图像清晰度下降。因此，要恢复原来信号频谱，就要求接收机的中放具有特殊幅频特性。这将在中频特性曲线中分析。电视频道的划分我国地面开路电视广播频道划分在超短波频段，共划分68个频道。有线电视广播作为增补频道，插在开路频道的空隙中，目前可增加42个。1地面开路电视频道划分从 48.5958MHz，共划分68个频道。（由于移动通信的占用，目前只用到56号）。甚高
25、频VHF（米波）有12个频道，分为低段,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,VHFL，高段VHFH；特高频UHF段（分米波）有56个频道；所以共分为三个波段简称：VL 段、VH段、U段。具体频率划分如表2-3所示。2有线电视频道划分在开路电视频道划分中，由于考虑到无线信号在自由空间传播互相干扰的问题，在某些频率段之间留有空隙，由于频率资源是不可再生，非常宝贵，所以在设计有线频道时将空隙频率利用上，称为增补频道。111167MHz空频道：增补Z1-Z7，称为Z波段；Z223463MHz空频道：增补Z8-Z37，称为Z；波段；566606 MHz空频道：增补Z38-Z42，称为Z；波段如表2
26、-4所示。,上一页,下一页,返回,2.2射频电视信号,将开路与有线电视频率资源与频道划分如表2-5所示。将开路与有线电视频率划分如表2-6所示。以频谱图表示地面开路与有线电视频率资的分配，如图2-19所示。,上一页,返回,2.3彩色的基本概念,电视是视觉电子设备，是根据人眼的视觉特性，利用电信号的方式实现彩色图像的分解、变换、传送和再现的过程。所以在学习彩色电视信号之前，要对彩色基本要素、彩色光的合成以及三基色原理有所认识，以便更好地理解彩色全电视信号。2.3.1 彩色基本要素 对于黑白图像表示其特性的三个基本要素是：亮度、对比度和灰度。亮度是指人眼所感觉到的光的背景明暗程度；对比度是指图像最
27、大亮度与最小亮度之比；灰度是指图像黑白亮度的层次。图像从最亮到最暗的亮度层次越多，图像就越清晰，通常78级就能显示明暗清晰的图像。,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,表示彩色图像特性的三要素是：亮度、色调和色饱和度。亮度（与黑白一样）是指光的明暗程度，即光线的强弱，与光功率有关。色调 是指光的颜色类别，与光的波长有关，彩色光的色调取决于其光谱成份。如我们通常说的红色、绿色、蓝色指的就是色调。色饱和度 是指光的深浅程度（如浅红、浅绿），与掺入白光的多少有关。掺入的白光越多，光越浅，色饱和度越低。如：白光色饱和度是 0%（全是白光），纯色光色饱和度：100%（未掺入白光）。一般色调与色饱和度合称
28、为色度。色度即说明彩色光颜色的类别，又说明颜色的深浅程度。在彩色电视系统中，传输彩色图像，实质上是传输图像像素的亮度和色度。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,三基色原理自然界的彩色光是由赤橙黄绿青蓝紫七色光合成的，在电视中若用七色光组成彩色图像，可以真实再现自然光图像，但在电视设备中需要配备七个信号通道，使电视设备非常复杂。利用三基色原理可以简化信号量，满足电视设备的要求。1三基色原理人们在进行混色实验时发现，只要选取三种不同颜色的单色光按一定比例混合就可,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,得到自然界中大多数颜色，具有这种特性的三个单色光叫基色光，对应的三种颜色称为三基色
29、。因为人眼视网膜上的光敏细胞决定彩色视觉，光敏细胞只对红、绿、蓝三种彩色敏感。根据人眼的这种视觉特性，产生了三基色原理。内容如下：1)三基色必须是相互独立产生的。即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。2)自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按一定比例混合得到。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,3)三个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。4)混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。需要说明的是三基色不是唯一的。彩色电视中所采用的是将红、绿、蓝三基色光按不同比例相加而获得各种彩色光，称为加混色。而在绘画中则选用青、品红、黄三基色相减的减混色。三基色原理是对颜
30、色进行分解与合成的重要原理，它为彩色电视技术奠定了理论基础，简化了电视信号传送处理，有了三基色原理，只需要将要传送的颜色分解为三基色(红、绿、蓝)，再分别以对应的一种电信号进行传送处理即可。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,我们用简单的方式描述三基色原理，红绿蓝信号一般表示为RGB信号，红绿蓝三基色可以合成大多数的自然光，而大多数的自然光又可以分解为三基色。如图2-20所示。2混色方法单色光的颜色可以由几种颜色的混合光来等效，这一现象称混色。彩色电视中所采用的三基色分别是 红色（R）、绿色（G）、蓝色（B），几乎所有彩色光都可由不同比例的红、绿、蓝三基色光混合得到。,上一页,下一页
31、,返回,2.3彩色的基本概念,将三基色按照不同的比例混合获得彩色的方法称为混色法。彩色混色法分为两种：相加混色、相减混色。如图2-21所示。由于电视图像采用的是相加混色，下面重点对相加混色进行介绍。相加混色主要有三种方法：1)空间混色法将三种基色光在同一平面的对应位置充分靠近，只要三个基色光点足够小且充分近，人眼在离开一定距离处将会感到是三种基色光混合后所具有的颜色。这种空间混色的方法是同时制彩色电视的基础。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,2)时间混色法利用人眼的视觉惰性，将三种基色光按一定顺序投射在同一表面的同一处，当相隔的时间间隔足够小时，人眼产生的彩色感觉就与这三种基色直接
32、混合时所得颜色的感觉相同。这种混色法是顺序制彩色电视的基础。3)生理混色法人的两眼同时分别观看两种不同颜色的同一幅彩色图像时，使之同时获得两种彩色印象，两种彩色印象在大脑中产生相加混色的效果。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,相加混色规律示意图如图2-22所示。相加混色规律：红+绿=黄、红+蓝=紫（品红）、绿+蓝=青、红+绿+蓝=白；3三基色与标准彩条信号标准彩条信号是彩色电视的一种测试信号，由电视台或彩色信号发生器产生。由八种颜色组成：白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。显像管的三个电子枪R、G、B可输出三基色信号，经相加混色可得到标准彩条的八种颜色。,上一页,下一页,返回,2.3彩
33、色的基本概念,电视台发射的标准彩条是由三基色组成，接收端将接收到的三基色电信号加到显像管的栅极去调制红绿蓝三个电子枪的电子束能量，使电子束轰击彩色萤光粉，根据三基色原理合成彩色图像。设“1”白电平，“0”黑白平，根据相加混色规律，则八个彩条对应三基色电平如下：白：R=G=B=1 黄：（红+绿）：R=1，G=1，B=0 青：（绿+蓝）：R=0，G=1，B=1 绿：R=0，G=1，B=0 品：（红+蓝）：R=1，G=0，B=1,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,红：R=1，G=0，B=0 蓝：R=0，G=0，B=1 黑：R=0，G=0，B=0 与彩条相对应的三基色波形如图2-23所示。2
34、.3.3 亮度方程彩色光的明暗程度，即彩色光的亮度与彩色光的颜色有关。当彩色光中绿色较多时，人眼感到光线比较明亮，而当蓝 色较多时，光线比较暗，这说明彩色光的亮度与光的成分 有关。描述三基色与彩色光亮度关系的方程，称为亮度方程。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,若彩色光总亮度为Y=100%的白光，则绿色光对亮度的贡献为59%，红色光对亮度的贡献为30%，蓝色光对亮度的贡献为11%。则：亮度方程表示为：Y=0.30R+0.59G+0.11B(2.4)其中Y：彩色光的亮度；R、G、B：三基色光。,上一页,下一页,返回,2.3彩色的基本概念,亮度方程描述了三基色与彩色光亮度（即彩色光明暗
35、程度）的关系。注意，这里的亮度Y，虽然与三基色光有关，但它反映的只是光的明暗程度，是一个黑白信号。在 2.4式中，当R、G、B取值相等时，表示黑白图像，色度信号为零。其中 R=G=B=1：白光的亮度最大，Y=1，为白色。R=G=B1：白光的亮度小，Y1，为灰色。R=G=B=0：白光的亮度为0，Y=0，为黑色。当R、G、B取值不同时，表示彩色图像，Y为该彩色的亮度，即明暗程度。,返回,上一页,2.4 电视制式,所谓电视制式 是指对彩色电视信号进行加工、处理和传输的方式。是扫描参数、编码方式、信号带宽、调制方式等参数的综合。传送三基色电信号最简单的方法是把三基色电信号用三个通道直接传送到接收端，在
36、接收端再分别用R、G、B三个电信号去控制红、绿、蓝三个电子束，从而在彩色荧光屏上得到重现的彩色图像。但这种传输方式占用较大的带宽，且无法实现与黑白信号的“兼容”。2.4.1 兼容传送方式“兼容”指的是黑白电视与彩色电视并存的情况。这里说的“兼容”有两层含义：,下一页,返回,2.4 电视制式,一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像，反过来彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性。简单地讲，兼容是指彩色和黑白电视能互相收看。目前世界三大彩色制式：NTSC制、PAL制和SECAM制都是兼容制式。要实现彩色电视与黑白电视兼容，应满足以下条件:1 彩色电视信号中必须含
37、亮度信号和色度信号。亮度信号包含了彩色图像的亮度信息，它与黑白电视机的图像信号一样，能使黑白电视机接收并显示出无彩色的黑白画面。色度信号包含了彩色图像的色调与饱和度等信息，被彩,上一页,下一页,返回,2.4 电视制式,色电视机接收后，与亮度信号一起经过处理显示出彩色画面。2彩色电视信号通道的频率特性与黑白电视通道频率特性基本一致。要有相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。图像和伴音的调制方式也应与黑白电视系统一致。图像占有6MHz，且频宽相同都是8MHz。,上一页,下一页,返回,2.4 电视制式,3彩色信号与黑白信号的扫描方式、扫描频率和同步方式一致。彩色信号与黑白信号的高频调制，图像信号都采用
38、残留边带调幅方式，伴音信号都采用调频方式。行场扫描参数一致。4尽量减少亮度（黑白信号）与色度信号之间的干扰。在制作彩色电视信号时，应尽可能减小黑白电视机收看彩色节目时所受到色度信号的干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰（后面可以看到，彩色图像中，没有使用三基色RGB，而是引入红色差R-Y，蓝色差B-Y，就是这个原因。）,上一页,下一页,返回,2.4 电视制式,要实现扫描方式和扫描频率一致，具有相同的图像及伴音载频相对较容易。而如何形成亮度与色度信号，如何保证彩色与黑白电视具有相同的频带宽度，并尽可能地在减少干扰的情况下传送这些信号，是制作彩色信号的关键，将在2.5节中作详细的分析。2.
39、4.2 三种电视制式目前世界上模拟彩色电视制式有三种：NTSC制、PAL制和SECAM制，都是采用兼容式传送方式。,上一页,下一页,返回,2.4 电视制式,1NTSC制式NTSC(National Television Systems Committee)彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。这种电视制式是世界上第一个彩色电视制式，优点是制式电路比较简单，成本低。缺点是：存在相位失真敏感的问题，即如果电路中色度信号相位有失真，对图像影响较大。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾和中国台湾采用这种制式。2PAL制式,上一页,下一
40、页,返回,2.4 电视制式,由于NTSC制存在相位敏感失真的缺点，因此德国于1962年制定了PAL(Phase-Alternative Line)制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。它的最大特点是克服了NTSC制的相位失真敏感问题，但接收机较NTSC制的接收电路复杂一些。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。3SECAM制式法国制定了SECAM(法文：Sequential Coleur Avec Memoire)彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。1966年法国首次使用，这种制式与前两种不同的是，,上一页,下一页,返回,2.4 电视制式,两个色差不是同
41、时传送，而是轮流交换传送，两个色差分别对两个不同的副载波进行调频，然后将两个调频行波行轮换插入亮度信号频谱的高端。由于这种制式采用顺序传送图像，接收机比较复杂，图像质量比前两种差，并没有得到推广。三种制式比较：相同点：彩色图像都传送亮度Y、红色差RY、绿色差BY三种信号。不同点：色差调制副载波的方法不同。所以，电视接收机电路也不同。不同制式的电视接收机不能互相收看。但目前，广泛流行了全制式电视接收机，在电视机内部设计有制式转换电路。,上一页,下一页,返回,2.4 电视制式,在数字电视的发展过程中，产生了各种不同的传输标准。目前已有美国标准、欧洲标准及日本标准，我国也制定了一系列数字电视标准，数
42、字电视传输标准共包括三个标准：地面传输标准、有线电视标准和卫星电视标准，有线数字电视标准和卫星电视标准此前已确定采用欧洲标准DVB-C和DVB-S，只有地面传输标准是采用了国内标准，因此该标准对国内数字电视产业影响最大。,返回,上一页,2.5彩色图像信号,彩色电视图像与黑白电视图像不同点在于：彩色图像不仅含亮度还含有色度信号。所以掌握彩色图像信号非常重要，它将为数字电视信号的学习打下基础。在电子技术中，对信号的研究有两种不同的角度：一种是时域法；另一种是频域法，频域法用频谱图分析信号。频谱图是指信号频率范围的分布图。对于彩色图像，我们重点使用频域的方法，通过频谱分析来掌握彩色图像信号的基本组成
43、、制作过程及波形。,下一页,返回,2.5彩色图像信号,2.5.1 亮度信号亮度信号是表示图像明暗程度的信号，在彩色图像中，亮度信号反应了彩色图像背景的明暗变化，与彩色有关，但实质还是黑白信号。亮度信号的频带宽度是06MHz（即视频信号的宽度），亮度信号的频谱图2-24 所示。频谱由主频谱线和辅频谱线组成，主谱线以行频为间隔，辅谱线以场频为间隔对称分布在行频及各次谐波两侧；幅度由低频到高频递减，间距相应递增。（在高频处，由于主频幅度小，边频幅度更小，可忽略，使边频频带变窄，间隔变大）。由上可知，亮度信号的频谱是呈梳状的离散频谱（而活动图像频谱为连续的梳状谱),各主谱线间有较大空隙，为进行频谱交错
44、提供了条件。,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,各种图像亮度的信号频谱结构不同，典型图像信号频谱如图2-25所示。在实际的分析中，为简化可以将亮度信号的频谱只画出主谱线如图2-26所示。2.5.2 色差信号1色差信号在实际的彩色图像信号中，为了减少亮度信号与基色信号的互相干扰，颜色是用色差信号表示的。色差信号是指基色与亮度之差，分为红差R-Y、绿差 G-Y、蓝差 B-Y。,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,由亮度方程式2-4：Y=0.3R+0.59G+0.11B（2-4）上式表明，直接使用三基色RGB传送图像时，当RGB不同时，图像的颜色成分会影响图像的亮度，会造成彩色图像的明
45、暗总随图像颜色变化，形成亮色干扰。将2-4式两边同减去Y得：Y-Y=0.3R+0.59G+0.11B-Y=0.3R+0.59G+0.11B-(0.3Y+0.59Y+0.11Y)=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)（2-5）,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,式2.5中当右边的色差变化时，左边恒等于零，即亮度Y不会随颜色发生变化，这样消除了亮色干扰的现象。故选用色差信号作为彩色图像信号。色差信号表达式如2.6、2.7、2.8所示：R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B）=0.7R-0.59G-0.11
46、B（2-6）B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B）=-0.3R-0.59G+0.89B（2-7）G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B）=-0.3R+0.41G-0.11B（2-8）,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,2彩色图像信号 为了传送彩色图像，从兼容的角度出发，彩色电视系统中应传送一个反映图像亮度的亮度信号，以 Y 表示。同时还需传送反映色度的信息，常以 F 表示。彩色图像信号的组成，必须含有亮度信号Y，还需含有三个色差R-Y、G-Y、B-Y信号。在三个色差信号R-Y、G-Y、B-Y中，只有两个是独立的，所以，在色差信号中任选两个传送即可，另一个信号可由方程2
47、.5得到。,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,这样信号和信号通道都减少一个，可以降低设备成本。下面我们要分析一下，在三个色差中选用那两个更合适。根据式2-5：0=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)，色差之间的关系可用如下2.9、2.10、2.11式子表示：（2.9）,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,（2.10）（2.11）从三个色差信号方程中分析，绿差(G-Y)的系数比(R-Y)和(B-Y)数值小，则在传输过程中容易受到干扰，对改善信噪比是不利的。所以，考虑选用红差(R-Y)、蓝差(B-Y)作为彩色图像信号，而绿差(G-Y)由接收端矩阵合成电路合成。,上
48、一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,彩色图像信号组成：亮度Y、红差R-Y、蓝差B-Y。在接收端，绿差（G-Y）由反相比例运算放大器根据方程2.10合成。如图2-27所示。根据反相比例运放输出可得：（2.12）即（2.13）,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,已知(R-Y)和(B-Y)，将矩阵系数设计为Rf/R1=0.3/0.59，Rf/R2=0.11/0.59，即可解出绿差G-Y。再经过基色合成矩阵运算：(R-Y)+Y=R，(G-Y)+Y=G，(B-Y)+Y=B，恢复出三基色信号。2.5.3 色差信号频谱压缩1大面积涂色图色原理根据对人眼视觉特性的研究表明，人眼对亮度信号的细节分辨
49、力高，而对色度信号的细节分辨力较低。当重现彩色图像时可以这样处理图像：对涂色面积较大的图像，全部显示其色度可以丰富图像内容；对彩色的细节部分，不必显示其色,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,度，因为人眼已不能辨认更细的色度区别，只能感觉到它们之间的亮度不同。这一原理称为大面积涂色原理。即人眼对彩色细节不如黑白敏感。如画一幅水彩画时，总是先用笔勾出清晰的黑白轮廓，然后进行大面积涂色，仍能看到很好的图像效果，如图2-28所示。大面积涂色原理：色度信号只在图像大面积部分传输，细节部分只需传送亮度信号。2色差信号频谱压缩大面积涂色原理应用在电视技术中，也称高频混合原理：在传送彩色图像过程中，传
50、送代表亮度信息的信号应占据全部视频带宽（6MHz）以保证清晰度；传送代表色度信息的信号可用较窄的频带。也即信号的低频部分包含亮度和色度信,上一页,下一页,返回,2.5彩色图像信号,号，信号的高频部分只包含亮度信号。亮度信号Y占用6MHz的频带，其频谱如图2-29所示，色差信号R-Y、B-Y的频谱图如果也占用6MHz，在传输彩色图像信号的频谱时，会发生色度与亮度信号频谱重合的现象。而且兼容性要求，黑白信号频道只允许一个6MHz图像通过，根据高频混合原理需对色差信号进行压缩。压缩视觉冗余，去掉那些可有可无的图像数据，不会影响图像的质量。色差信号的带宽究竟要压缩到多少才合适？,上一页,下一页,返回,
