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理论教学_电视原理34+44第2章_20150310_图文

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

彩色电视制式
彩色电视制式:对彩色电视信号加工处理 和传输的特定方方式。
兼容制:采用黑白与彩色电视可以互收的 “兼容”方式。 兼容制发端对三基色信号进行编码,从而 获得一个与黑白电视信号相类似的亮度信 号,同时还得到一个包含色度信号的色差 信号。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

彩色电视制式
三种兼容制彩电制式:
NTSC制 PAL制 SECAM制

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.1 兼容制传送方式
要实现彩色与黑白电视兼容,彩色电视应满足 以下基本条件: (1) 所传送的电视信号中应有亮度信号和色度信号 两部分。 (2) 彩色电视信号通道的频率特性应与黑白电视通 道频率特性基本一致,而且应该有相同的频带 宽度、图像载频和伴音载频。图像和伴音应有 相同的调制方式、视频带宽 (6 MHz)和频道间隔(8 MHz)。 (3) 彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫 描频率,相同的辅助信号及参数。 (4) 应尽可能地减小黑白电视机收看彩色节目时 的彩色干扰,以及彩色电视中色度信号对亮度 信号的干扰。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.1.2 大面积着色原理

人眼对黑白对比的细节有较高的分辨力, 而对彩色对比的细节分辨力较低,这即 所谓的“彩色细节失明”。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.1.2 大面积着色原理

当重现彩色图像时,对着色面积较大的 各种颜色,显示其色度可以丰富图像内 容,看上去生动; 而对彩色的细节部分,彩色电视可不必 显示出色度的区别,因为人眼已不能辨 认它们之间色度的区别了,只能感觉到 它们之间的亮度不同。这就是大面积着 色原理的依据。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.1.2 大面积着色原理
实验测定表明,如果离开电视机屏幕 一定距离处能辨别出白色衬底上直径为1 mm的黑色细节,那么在同样条件下, 红色衬底上的绿色细节部分的直径约为 2.5 mm时才能开始加以辨别,在蓝色衬 底上的绿色细节部分直径为5 mm时才能 开始加以区别。如果传送的彩色细节尺 寸小于上述情况,那么人眼看到的各个 细节部分只能是在亮度方面存在着差别, 而无颜色部分的差异,均表现为灰色。

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2.1.2 大面积着色原理
可用6 MHz带宽传送亮度信号,而用窄 带传送色度信号。

我国电视制度规定,色度信号的频带宽 度为1.3 MHz。

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2.1.2 大面积着色原理
根据上述分析,在彩色图像的传送过程 中,只有大面积部分需要在传送其亮度 信息的同时还必须传送其色度成分。而 颜色的细节部分,都可以用亮度信号来 取代。 换言之,把三个基色中的图像信号的高 频分量(对应着图像彩色细节),可以用 一个只代表亮度的信号来传送,这种方 法常称为“混合高频原理”。

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2.1.3 频谱交错原理
根据大面积着色原理和高频混合原理, 色度信号的带宽虽可以大大压缩,但由 于彩色电视信号中的亮度信号频谱已占 有6 MHz带宽,因而只有设法将色度信 号的频谱插到亮度信号频谱的空隙,使 色度信号不占有额外的频带,才能做到 彩色电视信号只占6 MHz的频带范围, 从而满足与黑白电视兼容的条件。

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2.1.3 频谱交错原理
亮度信号的频谱,其谱线具有梳齿状特 征,且具有很大的间隙。

与亮度信号类似,色度信号也是由逐行 和逐场扫描而得的,因而其频谱也是离 散的,也是由一群群的谱线构成梳齿状 结构,能量主要集中在行频及其谐波附 近,群谱线的间距为行频fH。
色度信号不能直接简单地加在亮度信号 中传送,因为这样做的话,亮度信号的 频谱将与色度信号的频谱完全重合,产 生严重的相互干扰。

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2.1.3 频谱交错原理
可供采用的方法是,选择一个合适的载 频,通常称其为副载波,以fSC表示。将 色度信号调制在这个副载波上,即进行 色度信号的频谱搬移,从而使调制后的 色度信号谱线正好安插在亮度信号谱线

的间隙内,达到压缩频带的目的,保证
了彩色电视与黑白电视具有相同的频带 宽度。此时,亮度信号与色度信号二者

的谱线是互相交错的,如图2-1所示。常
将这一处理方法称为“频谱交错”原理

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2.1.3 频谱交错原理

图2-1 亮度信号与色度信号的频谱交错

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.2 亮度信号与色差信号
彩色电视传送彩色图像选用

一个亮度信号

两个色差信号

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

Y?=?0.3R?+?0.59G?+?0.11B
Y:亮度

(2-1)

R,G,B:三基色系数

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G-0.11B (2-2a) B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R-0.59G+0.89B (2-2b) G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B(2-2c)
三个色差信号中只有两个是独立的

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

选用(R-Y)和(B-Y)两个色差信号代表色 度信息。

这是因为对大多数彩色来说,(G-Y)比(R -Y)和(B-Y)数值要小,如选择(G-Y)对 改善信噪比不利。

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
Y?=?0.3Y?+?0.59Y?+?0.11Y (2-3) Y?=?0.3R?+?0.59G?+?0.11B (2-4) 用式(2-4)减去式(2-3),得 0.3(R-Y)?+?0.59(G-Y)?+?0.11(B-Y)?=?0 G-Y=- (R-Y)- 0.11 (B-Y) 0.3 0.59 -Y) (2-5) 0.59 -Y)-0.19(B =-0.51(R

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

接收端由矩阵电路把收到的(R-Y)和(B- Y),按式(2-5)恢复出(G-Y),然后再用 矩阵电路使之分别与Y信号相加,从而恢复 出三基色。即 (R-Y)?+?Y?=?R (2-6a) (B-Y)?+?Y?=?B (2-6b) (G-Y)?+?Y?=?G (2-6c)

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
在传送黑白电视信号时,因色度信号为零,R、G、B应相等。设 R=G=B=Ex,则利用亮度方程可求得 Y?=?0.3Ex?+?0.59Ex?+?0.11Ex?=?Ex R-Y?=?Ex-Ex =?0 B-Y?=?Ex-Ex?=?0 (2-7a) (2-7b) (2-7c)

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

黑白电视信号

Y?=?R?=?G?=?B

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

在传送彩色图像时,三基色电压R、G、B 不相同,若三个值都不为零,则说明该被 传送的彩色是非饱和色, 因为其中必然包含有由相等的三基色量所 组成的白色成分。若三个值中有一个或两 个为零,则所传送的彩色为饱和色。

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
比如传送饱和黄色,则可知R?=?G?=?1,B?=?0 ,其亮度信号和色差信号分别为 Y?=?0.3?×?1?+?0.59?×?1?+?0.11?×?0? =?0.89 R-Y?=?1-0.89?=?0.11 B-Y?=?0-0.89?=?-0.89 可见此时(R-Y)和(B-Y)不再为零。

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
此外,在不计显像管γ失真及传输 系统非线性的情况下,还可以证明代表色 度信息的色差信号受到干扰时,将不影响 亮度信号,也不反映到图像的亮度上。因 而重现图像的亮度就只由所传送的亮度信 号所决定,常称其为“恒定亮度原理”。 它正是选择传送色差信号的优点之一。

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
Y=0.3Ro+0.59Go+0.11Bo=Yo, 表示摄像端获取原景物亮度, 用Yt、(R-Y)t和(B-Y)t分别表示传输后 的亮度信号和色差信号,相对于发端信号 而言,可能幅度有所变化并混入了某种干 扰。于是根据式(2-6),用于重现彩色图像 的三基色信号分别为 Rd?=?(R-Y)t+Yt Bd?=?(B-Y)t+Yt Gd?=?[-0.51(R-Y)t-0.19(B- Y)t]+Yt

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
因为不计入显像管????失真,所以显示的亮度Yd将为 Yd?=?0.3Rd?+?0.59Gd?+?0.11Bd =?[0.3(R-Y)t+0.3Yt]+[-0.3(R-Y)t -0.11(B-Y)t+0.59Yt]+0.11(B-Y)t+0.11Yt]? = ? Yt (2-8)

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
可见,无论(R-Y)t和(B-Y)t如何变化或混 入干扰,都不会影响亮度,即实现了恒定亮 度传输。 然而,当考虑显像管的非线性电光转换 特性时(即??≠1),尽管在摄像端对每一基色 信号还进行???校正(开??次方),但恒定亮度 原理将不再满足。

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系

对于黑白电视机来说,接收彩色信号 会产生亮度误差,只有在接收黑白图 像时,因为Ro?=?Go?=?Bo?=?Yo,亮 度误差才为零。

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2.2.1 亮度、色差与R、G、B的关系
对于彩色电视系统,由于三个基色信 号分别进行????校正,并按照式(2-1)及式 (2-6)进行信号变换,恒定亮度原理虽得 不到满足,但在按式(2-5)恢复(G-Y)信 号时,若干扰或杂波造成(R-Y)和(B- Y)增大,却会引起(G-Y)减小,起到部 分补偿作用,因而色差信号在传输中引起 的变化或混入的杂波对重现亮度的影响并 不严重。

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2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点

它是用电的方法产生的模拟彩色摄像机 拍摄的光电转换信号,常用以对彩色电视系 统的传输特性进行测试和调整。

标准彩条信 号是由彩条 信号发生器 产生的一种 测试信号。

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2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点
标准彩条信号是 由三个基色、三 个补色、白色和 黑色,依亮度递 减的顺序排列, 依次为白、黄、 青、绿、品、红 、蓝、黑的8条 垂直彩带。

彩条电压波形是在一周期内用三个宽度 倍增的理想方波构成的三基色信号,

图2-2 100%幅度、100%饱和度彩条信号 (a) 彩条图像;(b) 三基色电压;(c) 亮度信号;(d) 色差信号

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2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点
表2-1 100%幅度、100%饱和度彩条 三基色、亮度、色差电平值
色别 R G B Y R-Y B-Y G-Y 白 1 1 1 1.00 0.00 0.00 0.00 黄 l 1 0 0.89 0.11 -0.89 0.11 青 0 1 1 0.7 -0.7 0.3 0.3 绿 0 1 0 0.59 0.59 -0.59 0.41 品 1 0 1 0.41 0.59 0.59 -0.41 红 1 0 0 0.3 0.7 -0.3 -0.3 蓝 0 0 1 0.11 -0.11 0.89 -0.11 黑 0 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00

“100%幅度、 100%饱和度” 彩条信号。对 于这种规范, 白条对应的电 平为1(即 100%),黑条 对应的电平为0, 三基色信号的 电平非1即0, 由其显示的彩 色均为饱和色。

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2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点
通常实际景物很少出现100%幅度、 100%饱和度的情况,而且由这类彩色信 号形成的色度信号幅度较大,若再与亮度 信号叠加,则会造成信号动态范围过大, 在传输过程中容易产生失真。故我国“彩 色电视暂行制式技术标准”规定使用75% 幅度、100%饱和度信号作为标准测试信 号,因为它更接近实际图像情况。

图2-3 75%幅度、100%饱和度彩条信号波形

表2-2 75%幅度、100%饱和度标准彩条三基色、 亮度、色差电平值

色别 R G B Y R-Y B-Y G-Y

白 1 1 1 1.000 0.00 0.00 0.00

黄 0.75 0.75 0 0.668 0.083

青 0 0.75 0.75 0.526

绿 0 0.75 0 0.440

品 0.75 0 0.75 0.310 0.440 0.440

红 0.75 0 0 0.225 0.526

蓝 0 0 0.75 0.083

黑 0 0 0 0.000 0.000 0.000 0.000

-0.526
0.224 0.224

-0.440 -0.440
0.310

-0.083
0.668

-0.668
0.083

-0.224 -0.224

-0.310

-0.083

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点

标准彩条信号还可以用另一种由四个数码 表示的命名法。 例如100-0-100-0彩条信号、100-0-750彩条信号等。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点

在四个数码中,各信号均指经??校正后的信 号。每一数字表示相应条的基色信号的百分 比幅度,而基准则是组成白条的任一基色信 号的幅度。第一和第二个数字分别表示组成 无色条(白、黑条)的R、G、B的最大值和最 小值;第三和第四数字分别表示组成各彩条 的R、G、B的最大值和最小值

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形及特点

例如,若组成白条的基色信号的幅度为1, 则100-0-75-0彩条的各基色信号幅度是 这样的:对应白条有最大值1;对应黑条有 最小值0;对应各彩条最大值为0.75,最 小值为0。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-3 75%幅度、100%饱和度彩条信号波形

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

? ? E ?? ? 饱和度%?=? ?1 ? ? min ? ? ? 100% Emax ? ? ? ? ? ?
幅度%?=?

(2-9)

Emax ? 100% EW

(2-10)

Emax和Emin分别对应彩条R、G、B的最大值和最小值; EW为白条所对应的R、G、B的幅度。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3 色度信号与色同步信号

色差信号的副载波调制方法: NTSC PAL SECAM

正交平衡调幅的色度信号和色同步信号。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——平衡调幅
设:调制信号为uΩ=UΩ cosΩ?t,载 波信号为us?=?Us cosωst,则调幅后形成的 一般调幅波为
u1 ? ?U s ? uΩ ? cos ?st ? ?U s ? U Ω cos ? t ? cos ?s t ? U s cos ?st ? U ? cos ? t cos ?st 1 1 ? U s cos ?st ? U Ω cos ??s ? ? ? t ? U Ωcos ??s ? ? ? t 2 2

所谓平衡调幅 ,是指抑制载 波的一种调制 方式。它与普 通调幅不同之 处在于,平衡 调幅不输出载 波。

(2-11)

图2-4 调幅波频谱 (a) 普通调幅;(b) 平衡调幅

图2-5 调幅波波形

(a) 调制信号;(b) 载波;(c) ?AM波;(d) 平衡调幅波

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——平衡调幅
平衡调幅抑制了载波分量,使得 调幅波中没有Us cosωst一项,因而其表 达式变为

平衡调幅波为调 制信号与载波信 号之积,所以, 平衡调制器实质 u2 ? U Ω cos ? t cos ?st 上是一个乘法器, 1 1 其频谱仅包括 ? U Ω cos ??s ? ? ? t ? U Ω cos ??s ? ? ? t ω ±Ω两个边频 s 2 2 分量,不含载波 (2-12) ωs成分。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——平衡调幅
平衡调幅波的特点是: (1) 平衡调幅波的幅度与调制信号幅 度的绝对值成正比。当调制信号的绝对值 最大时(图中t1、t3时刻),平衡调幅波幅 度最大;当调制信号等于零时(图中t2、t4 时刻),平衡调幅波幅度也为零。平衡调 幅波的幅度与载波振幅Us无关。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——平衡调幅
(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 波与载波反相。图2-5中,在t1~t2和t4~t5 时刻,因为调制信号电压uΩ为正值,所以 平衡调幅波u2与载波us同相;在t2~t4期间 ,因调制信号电压uΩ为负值,所以u2与us 反相。当调制信号经过零电平而改变其电压 极性时,平衡调幅波相位随之变化180°。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——正交调幅

彩色电视系统中,为实现色度与亮度 信号频谱交错,选用正交调幅方式,只用 一个副载波便可实现对两个色差信号的传 输,而且在解调端采用同步解调又很容易 分离出红色差与蓝色差分量。

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,从而得 到的调幅信号称 为正交调幅信号, 这一调制方式称 正交调幅。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——色度信号的形成
在将两个色差信号分别对两个正交的副 载波进行平衡调幅之前,先对其进行适当的 幅度压缩,这是不失真传输所需要的(见本 章2.4节)。压缩后的色差信号分别用U和V 表示,它们与压缩前的色差信号(R-Y)和 (B-Y)的关系是 U?=?0.493(B-Y) (2-13) V?=?0.877(R-Y) (2-14)
0.493和0.877称为色差信号的压缩系数。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——色度信号的形成
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,从而得 到两个平衡调幅信号 FU?=?U sin ωSCt (2-15) FV?=?V cos ωSCt (2-16) 这两个平衡调幅信号频率相等,相差90° ,保持着正交关系,将二者相加便得到正交 平衡调幅的色度信号

F ? U sin ?SCt ? V cos ?SCt

(2-17)

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——色度信号的形成
F常被称为已 调色差信号 或色度信号 。F亦可用矢 量表示,称

彩色矢量。
图2-6 彩色矢量图

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.1 色度信号的形成 ——色度信号的形成
Fm ? U 2 ? V 2
(2-18)

V ? ? arctan U

(2-19)

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2章 彩色电视制式与彩色电视信号

FU与FV送合成器进行相加,从而产生色度信号F。 图2-7 正交平衡调幅色度信号形成方框图

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理

从彩色全电视信号中获得两个色差信号 ,首先必须通过带通滤波器把色度信号 从全电视信号中分离出来,然后送同步 检波电路

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理

同步检波是利用两个色度分量FU和FV的相位 差来解调出色差信号的,这一方法也称之为同 步解调。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-8 同步检波原理

(a) 方框图;

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理

色度信号的两个分量相差90°,且当 U sinωSCt为最大值时,V cosωSCt等于零; 当V cosωSCt为最大值时,U sinωSCt等于零。

同步检波正是根据已调信号的这一特点实现的


第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理

为了便于理解同步检波原理,我们可将
同步检波器看成两个受副载波控制的开关, 如图2-8(b)所示。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-8 同步检波原理

(b) 开关控制示意图

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理
开关的工作特点是,当副载波为最大正值时 开关闭合,其余时间开关断开。将色度信号

F=U sinωSCt+V cosωSCt送入这两个同步
检波开关。在FU=U sinωSCt分量出现最大 值时,U同步解调开关闭合,这时FV分量恰 好为零,从而把U分量解调出来。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理
要做到这一点,控制U同步解调开关的副 载波相位应与FU分量相位相同,即为 sinωSCt;同理,V同步解调开关应在FV 出现最大值时闭合,控制V同步解调开关 的副载波相位应与FV分量同相,即为 cosωSCt。这样,两个副载波的最大值轮 流出现,两个检波开关轮流导通,分别 输出U和V两个色差信号。由于控制同步 检波的副载波必须与被检波的色度信号 分量相位相同,所以称其为同步检波。 其对应波形如图2-9所示。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理
同理,V同步解调开关应在FV出现最大值 时闭合,控制V同步解调开关的副载波相 位应与FV分量同相,即为cosωSCt。这样 ,两个副载波的最大值轮流出现,两个 检波开关轮流导通,分别输出U和V两个 色差信号。由于控制同步检波的副载波 必须与被检波的色度信号分量相位相同 ,所以称其为同步检波。其对应波形如 图2-9所示。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-9 同步检波器波形分析

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理
同步检波可解调出色差信号,还可 由数学分析加以证明。 对于U同步检波,色度信号F与sinωSCt 相乘:
F sin ?SC t ? ?U sin ?SC t ? V cos ?SC t ? sin ?SC t ? U sin 2 ?SC t ? V cos ?SC t sin ?SC t 1 1 V ? U ? U cos 2 ?SC t ? sin 2?SC t 2 2 2

(2-20)

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.2 同步检波原理

式中,U/2是解调输出的色差信号, 频带为0~1.3 MHz;其余两项为副 载波的谐波成分,频率为8.86 MHz ,很容易用滤波器将其滤除,从而得 到色差信号。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.3 色同步信号
由同步检波原理可知,要实现同步解调,关 键是要有一个与色差信号调制时的副载波同 频、同相的恢复副载波。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.3 色同步信号
为保证所产生的副载波与发端的副载波同 频同相,需要发端在发送彩色全电视信号 的同时发出一个能反映发端副载波频率与 相位信息的信号——色同步信号,以供电 视接收机作为参考。色同步信号是由8~ 12个副载波周期组成的一小串副载波群, 其出现周期与行周期相同,且位于行消隐 的后肩上,如图2-10所示。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-10 色同步信号

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.3 色同步信号
色同步信号的幅度与同步脉冲幅度 相等,若以h表示同步脉冲幅度,Fb表示色 同步信号,则

(2-21)

h Fb ? sin ??SC t ? ? ? 2

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.3 色同步信号
色同步信号与彩色电视信号一起被传送 到接收端,彩色电视机将其从彩色全电视信 号中分离出来,由此去控制接收机的副载波 发生器,使之产生与发送端副载波同频、同 相的恢复副载波。再将此恢复副载波加于同 步检波电路,从而解调出所需信号。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
根据表2-1所列彩条信号参数,利用公

Fm ?

?R ?Y ?

2

? ?B ?Y ?

2

可分别求得白、黄、青、绿、品、红、蓝、 黑所对应的亮度信号、色差信号、色度信号 及亮度与色度的合成信号,各信号数据如表 2-3所示。据此绘出的各信号波形如图2-11 所示。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

表2-3 未压缩彩条信号的有关数据

色别 Y B-Y R-Y Fm Y + Fm Y - Fm

白 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00

黄 0.89

青 0.70 +0.30

绿 0.59

品 0.41 +0.59 +0.59 0.83 1.24

红 0.30

蓝 0.11 +0.89

黑 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

-0.89
+0.11 0.90 1.79

-0.59 -0.59
0.83 1.42

-0.30
+0.70 0.76 1.06

-0.70
0.76 1.46

-0.11
0.90 1.01

-0.01

-0.06

-0.24

-0.42

-0.46

-0.78

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-11 100%幅度彩条波形图 (a) Y+Fb+s信号;(b) 色度信号F;(c) Y+F+Fb+s信号

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
由图2-11可见,由亮度信号Y与 色度信号Fm相加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。对100%幅度来压缩彩 条信号来说,黑白电平的变化范围应在0 ~1之间,即黑色电平为0,白色电平为1 。但由表2-3数据可见,黄条和青条的最 大值分别超过白色电平79%和46%;红 条和蓝条的最小值又分别低于黑条电平 46%和79%。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
按黑白电视标准,同步信号幅度 最高.以其值为参考,取为100%,则黑 色电平幅度为75%,白色电平幅值为 10%;在彩电中,仍以同步为100%, 一般规定黑色电平为76%,白色电平为 20%。按照这一规定,图2-11(c)中, 图像载波幅度20%处为白电平,相对视 频信号幅度为1 V;图像信号幅度76%处 为黑电平,相对视频信号幅度为0 V。对 已调信号,当载波幅度为0处,相对视频 信号幅度为1.36 V;而载波幅度为 100%处(即同步项),其相对视频信号的 幅度应为-0.43 V。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
显然,蓝条和红条不但超过了黑色电平, 而且超过了同步头电平,这将破坏同步, 使重现图像不稳。黄条和青条由于幅度过 大,低于白色电平,以至于小于零,这将 会使发射机产生过调制,不但会使重现图 像严重失真,而且还会造成伴音中断。因 为电视接收机中,第二伴音中频是靠图像 中频和伴音中频差拍产生的,过调制将使 图像载波有时为0,当然这是不能允许的 。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
为了解决这一问题,只好对信 号电平进行压缩,但如果将整个信号 压缩,则亮度信号幅度就会减小,造 成黑白图像变差,同时发射机末级功 放管也未充分利用,效率不高。解决 这一问题的办法是保持亮度信号幅度 不变,而把色度信号幅度在调制前进 行适当压缩。 。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
色度信号的幅度压缩太多,会降低色度 信号的信噪比。通常规定在100%幅度彩条 信号情况下,取峰值白色与黑色电平之差为 1,彩条信号的最大摆动范围不得超过峰值 白色与黑色电平以外0.33。也就是说,复合 信号的最大摆动范围限制在-0.33~?+1.33 范围内。这是因为实际上高亮度、高饱和度 的彩色是很少见的,因而幅度超过1,接近 1.33的情况不多,即使出现这种情况也不会 出现过调制。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
由图2-11(c)可见,黄、青、绿 彩条的视频信号超出规定的上限值 (+1.33),蓝、红、品彩条视频信号超出 规定的下限值(-0.33)。而且幅度超出量 左右对称。例如,黄彩条的视频信号幅度 超出量为0.46,同时与之对应的蓝彩条 的视频信号幅度的超出量也为0.46,如 果我们将信号幅度最大的黄、青视频信号 幅度以一定比例分别压缩到规定值1.33 ,则其余各彩色视频信号幅度按已定比例 压缩后都不会超出规定值。因而可按下述 方法求取压缩系数。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
设(B-Y)和(R-Y)的压缩系数分别 为x1和x2,则压缩后黄、青视频信号幅度 应满足下式关系:
Y? ? ? x1 ? B ? Y ?? ? ?? ? x2 ? R ? Y ?? ? ? 1.33
2 2

(2-22) 将黄彩条数据代入式(2-22)得
0.89 ? ? ? x1 ? ? ?0.89 ? ? ? ? ? x2 ? 0.11? ? 1.33
2 2

(2-23)

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
将青彩条数据代入式(2-22)得
0.70 ?

? x1 ? 0.30 ?

2

?? ? x2 ? ? ?0.70 ? ? ? ? 1.33
2

(2-24) 由式(2-23)和式(2-24)联立求解,可得 x1?=?0.493 x2?=?0.877 经压缩的信号分别以U和V表示。有关压缩色 差信号及压缩后的色度信号计算公式已由式 (2-13)、式(2-14)、式(2-18)、式(2-19) 给出。利用这些公式,可求出压缩后的色差 信号、色度信号及相角值等,所求数据列于

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

表2-4 压缩后的彩条数据

色别 Y U V Fm φ Y + Fm Y - Fm

白 1.000 0.000 0.000 0.000 - 1.00 1.00

黄 0.886 -0.437 0.100 0.448 167° 1.33 0.44

青 0.701 0.147 -0.615 0.632 283° 1.33 0.07

绿 0.587 -0.289 -0.515 0.591 241° 1.18 0.00

品 0.413 0.289 0.515 0.591 61° 1.00 -0.18

红 0.299 -0.147 0.615 0.632 103° 0.93 -0.33

蓝 0.114 0.437 -0.100 0.448 347° 0.56 -0.33

黑 0.000 0.000 0.000 0.000 - 0.00 0.00

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-12 压缩后的彩条信号波形

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图

同时,我们还可根据表2-4所给出的三基色 及三补色的振幅Fm和相角φ,在U、V平面 上描绘出色度信号的矢量图,如图2-13所示 。色度信号的矢量图也常被称为彩色钟,它 以矢量的方位表示色调,以矢量的大小表示 饱和度的深浅。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-13 彩条色度信号矢量图

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
由图2-13可以看出,各补色矢量 与相应基色矢量反相。因此,只要知道红 、绿、蓝三基色色度信号的相角,就不难 推算出青、品、黄三个补色色度信号的相 角。此外,还可看出,对于同一饱和度 (100%饱和度)下,对应不同色调的色度 信号其振幅并不相同。换言之,在色度信 号振幅相同、色调不同时所对应的饱和度 也将有所不同。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图

在矢量图中,对于三基色和三补色 而言,当色调不变而饱和度发生变化时, 色度信号的振幅将随之改变,而相角??却保 持不变。这是因为,对六种彩色条来说,

每个彩色条的R、G、B中,必有两个值是
相等的。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图
例如,设任意饱和度的红色条的三基色信号分别 为R和G=B=x,则Y=0.3R+0.7x; (R-Y)=0.7(R-x); (B-Y)=x-0.3R-0.7x=0.3(R-x)。 显然,U=0.493(B-Y),

V=0.877(R-Y)与x有关,因而其振幅
与x有关。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图

Fm = U ? V
2 2

V 0.877 ? 0.7 ? U 0.493 ? ? ?0.3?

却与x无关。这恰恰说明,无论x为多少,即
掺入白光多少,红色条色度信号相角不变, 即色调不变。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4

NTSC制色差信号及编、解码过程

NTSC National Television System Committee 国家电视制式委员会 世界上第一个彩色电视广播 NTSC特点:正交平衡之前,将被压缩的色 差信号U、V又进行了一定的交换,从而产 生了I、Q信号,对色差信号的频带进行进一 步的压缩。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4.1 I、Q色差信号

对视觉特性研究表明,人眼对红、黄之间 颜色的分辨力最强; 而对蓝、品之间颜色的分辨力最弱。

在色度图中以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2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4.1 I、Q色差信号

倘若采用坐标变换,将U、V信号变换为Q 、I信号,就可对I所对应的色度信号采用较 宽的带宽(不对称边带:+0.5 MHz、-1.5 MHz),而对Q信号对应的色度信号则只需 采用很窄的带宽(±0.5 MHz)来进行传输, 这就是进行此变换的目的。

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

图2-14 Q、I轴与U、V轴的关系

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4.1 I、Q色差信号
定量地说,Q、I正交轴与U、V正交轴有 33°夹角的关系,

Q ? U cos 33 ? V sin 33

? ? ? I ? U ? sin 33 ? V cos 33 ? ?

?

?

(2-25)

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4.1 I、Q色差信号

利用亮度方程及式(2-13)和式(2-14),结合 式(2-25)关系可求出Q、I与三基色R、G、B 的关系为
Y?=?0.30R?+?0.59G?+?0.11B Q?=?0.21R-0.52G?+?0.31B I?=?0.60R-0.28G-0.32B (2-26) (2-27) (2-28)

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4.2 NTSC制编、解码方框图

复合消隐信 号A脉冲

色同步信号Fb 最后合成彩色全 电视信号时,三 者在时间关系上 匹配。

图2-15 NTSC制编码方框图

色同步平衡调 制器的调制信 号为K脉冲

第2章 彩色电视制式与彩色电视信号

2.4.2 NTSC制编、解码方框图 抑制色度副载波对亮度
信号的干扰,在Y通道中 还接入了一个副载波陷 波器。

图2-16 NTSC制解码方框图

2.4.3 NTSC制的主要参数及性能
1. 主要参数 对于NTSC-M(美国制式), 场频fV?=?59.94 Hz(60 Hz); 行频fH?=525×fV/2=15.734 kHz;

每帧525行;
图像信号标称带宽为4.2 MHz;

伴音与图像载频之差为4.5 MHz;
彩色副载波频率fSC=3.579 545 06 MHz。

2.4.3 NTSC制的主要参数及性能

图2-17 NTSC制彩色全电视信号频谱

2.4.3 NTSC制的主要参数及性能
2. 主要性能 (1) 现有的三种兼容制彩色电视制式中, NTSC制色度信号组成方式最为简单,因而解 码电路也最为简单,易于集成化。特别是在许 多场合需要对电视信号进行各种处理,因而 NTSC制在实现各种处理时也就简单。 (2) ?NTSC制中采用1/2行间臵,使亮度 信号与色度信号频谱以最大间距错开,亮度串 色影响因此减小,故兼容性好。同时,容易实 现亮度信号与色度信号的分离,为制造高质量 接收机、制式转换器和电视信号数字化提供了 便利条件。

2.4.3 NTSC制的主要参数及性能

(3) ?NTSC制色度信号每行都以同一方 式传送,与PAL制和SECAM制相比,不存 在影响图像质量的行顺序效应。 (4) 采用NTSC制的一个最严重问题, 就是存在着相位敏感性,即存在着色度信号 的相位失真对重现彩色图像的色调的影响。

2.5

PAL制及其编、解码过程

NTSC:兼容性好、电视接收机电路简单、图 像质量较高等优点。
NTSC缺点:相位敏感性高。 PAL克服了这一缺点。

2.5.1

相位失真的概念及影响

色图像的失真
亮度失真 饱和度失真 色调失真

2.5.1

相位失真的概念及影响

亮度失真主要影响景物的层次,

饱和度失真则改变颜色的深浅程度,
色调失真会造成景物的颜色改变。

在以上三种失真中,人眼对色调的失真最 为敏感。特别是对于人们较为熟悉的颜色 ,如肤色、蓝天、绿叶与红旗等。例如, 肤色变绿、绿叶变蓝都会使人产生不真实 感。

2.5.1

相位失真的概念及影响

引起相位失真的原因很多。例如,彩色电 视机调谐不准确,多径效应及传输系统的 非线性等都可能引起相位失真,但尤以传 输系统的非线性引起的相位失真最为严重 。这种传输系统的非线性引起的相位失真 常又称为微分相位失真。

2.5.1

相位失真的概念及影响

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 说,色度信号的相位偏移量随亮度信号的 大小而变化。通常是亮度信号电平越高, 相位失真就越大,且这种相位失真引起的 色调畸变是无法用手动调节方法加以克服 的。因此,这类失真对色调的影响也就最 大。

2.5.1

相位失真的概念及影响

实践证明,要使人眼感觉不到色调畸变, 相位失真应小于±5°。也就是说,在矢量 图上,各种彩色偏离正确位臵的角度不能 大于5°,如若超出这一范围,人眼就可觉 察到色调失真。

2.5.1

相位失真的概念及影响

为此,NTSC制彩色电视系统对整个传输通 道的非线性提出了十分严格的要求。彩色电 视节目的传送,往往要通过光缆、微波接力 、卫星或转播站等,在这些传播过程中,每 个环节都可能由于非线性而引入微分相位失 真,把每个环节的失真累积起来,总的相位 失真限制在±5°范围内,这一点是十分困 难的。

2.5.1

相位失真的概念及影响

解决这一问题的办法:一是提高传输技术, 以减小微分相位失真,目前因技术发展,传 输技术得以提高,使色调失真已有所减小; 另一个办法就是改进制式,由此便产生了 PAL制,它就是为解决相位敏感性而发展起 来的。

2.5.2 PAL制色度信号

PAL制获得色度信号的方法也是先将三基 色信号R、G、B变换为一个亮度信号和两 个色差信号,然后再用正交平衡调制的方 法把色度信号安插到亮度信号的间隙之中 ,这些与NTSC制大体相同。所不同的是 ,将色度信号中的Fv分量逐行倒相。

2.5.2 PAL制色度信号

逐行倒相的规律是: 第n行传送的色度信号是 U sinωSCt+V cosωSCt; 第n+1行传输的色度信号是 U sinωSCt-V cosωSCt; 然后,第n+2行与第n行相同,第n+3行与 第n+1行相同;依次类推。

2.5.2 PAL制色度信号

PAL色度信号的数学表达式为
F = FU ? FV = U sin?SCt ? V cos?SCt ? Fm sin ??SCt + ? ?

(2-29)

2.5.2 PAL制色度信号

奇数帧(第1,3,5,…帧)的奇数行取正号 ,偶数行取负号; 偶数帧(第2,4,6,…帧)的奇数行取负号 ,偶数行取正号;

2.5.2 PAL制色度信号

图2-18 隔行扫描逐行倒相的正负号改变规律

(a) 奇数帧;(b) 偶数帧

2.5.2 PAL制色度信号

为了以后分析问题方便,与NTSC制一样 ,我们把取正号的行叫NTSC行,把取负 号的行叫PAL行。

2.5.2 PAL制色度信号

对于任意色调的色度信号,若NTSC行用Fn表 示,PAL行用Fn+1表示,则PAL行的矢量 Fn+1应该与NTSC行矢量Fn以U轴为对称,因 为这两个色度信号的FU分量相同,FV分量绝 对值相等,符号相反,如图2-19(a)所示。 图2-19(b)是三基色和三补色彩条矢量图逐 行倒相的情况。此图中,实线表示NTSC行, 虚线表示PAL行。

2.5.2 PAL制色度信号

图2-19 逐行倒相色度信号矢量图 (a) 任一色调的色度信号;(b) 彩条矢量逐行倒相情况

2.5.2 PAL制色度信号

实现逐行倒相,可以逐行改变色差信号V 的相位,亦可以逐行改变副载波相位,但 改变后者较为简单。

2.5.2 PAL制色度信号

逐行改变副载波相位的逐行倒相:
它与正交平衡调幅的区别在于增加了一个 PAL开关、一个90°移相器和一个倒相器 。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.

2.5.2 PAL制色度信号

图2-20 逐行倒相实现框图

图2-21 逐行倒相波形关系
(a) 半行频方波;(b) 90°移相后的副载波;(c) 逐行倒相输出副载波

2.5.2 PAL制色度信号

在接收端,为了能正确地重现原来的色 调,解调时必须采取相应的措施,即把PAL 行的色度信号分量重新倒过来。这只要在接 收机的V同步解调器送入逐行倒相的副载波 ±cosωSCt即可。只要电路能保证FV与 cosωSCt相乘、-FV与-cosωSCt相乘,无 论倒相行还是非倒相行,V同步解调器都是 可以正确地解调出V色差信号的。

2.5.2 PAL制色度信号

色度信号FV分量逐行倒相后,使色度 信号的频谱结构发生了变化。 其中,FU分量与倒相无关,它的主谱 线位臵未变,仍以行频fH为间距,对 称地分布在副载波fSC的两旁,如图222(a)所示。FU分量的主谱线位臵为 fSC±nfH(n=1,2,3,…)。。

2.5.2 PAL制色度信号
色度信号±FV的主谱线由于逐行倒相,位 臵发生了变化。 因为逐行倒相的过程是半行频方波控制平 衡调幅的过程,因此可以将逐行倒相的副 载波看成是图2-21(a)所示的半行频方波 ?K(t)对cosωSCt平衡调幅。

2.5.2 PAL制色度信号
根据傅里叶级数分析,由于?K(t)是对原点 对称的开关函数,可分解为一系列正弦函 数之和,即 (2-30)

4 1 ? K ? t ? ? ? sin m??t π m m

式中,m为正整数,且只取奇数; Ω1=2πfH/2为基波角频率。

2.5.2 PAL制色度信号

由此可求得逐行倒相副载波的各频率分量为 2? 1 1 ? ? K ? t ? cos ?SC t ? ? ? sin ??SC ? m?? ? t ? ? sin ??SC ? m?? ? t ?
??
m

m

m

m

?

(2-31)

。由于m只取奇数,谱线间隔为行频fH。因 此逐行倒相副载波实际上是包含一系列频率 分量的副载波群。于是当具有从零频率开始 ,以fH为间隔的频谱结构的V信号对其平衡 调幅,所得已调信号的振幅频谱主谱线同样 具有图2-22(b)的形式。

图2-22 PAL色度信号频谱
(a) FU分量频谱;(b) ±FV分量频谱;(c) 色度信号F的频谱

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

PAL制采用逐行倒相克服相位失真的 原理,可用彩色矢量图予以说明。图2-23 所示的矢量图中,Fn表示第n行的色度信号 矢量,Fn+1表示n+1行的色度信号矢量。 由于第n行与第n+1行在显像管的屏幕上是 上下紧挨着的,因此可以认为它们的颜色 大致相同。因此,色度信号矢量Fn和Fn+1 的U分量相等,V分量绝对值相等、相位相 反,即Fn与Fn+1以U轴对称,互为镜像。

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

如果传输过程中无相位失真,在接收端解 调时,第n+1行用-cosωSCt加入V同步 解调器,等效于使Fn+1行的相位由-α变 为+α,回到Fn位臵上,于是可正确地恢 复出色差信号,即不产生色调失真,如图 2-23(a)所示。

图2-23 PAL克服相位敏感原理
(a) 相位无失真情况;(b) 相位失真情况

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

如果Fn发生相位失真,使Fn向逆时针方向转动 一个相角??,变到 Fn? 位臵,由于相邻两行 相位失真可认为基本一样,所以Fn+1也逆时针 方向转动了一个???相位,移到 Fn?+1 处,见

图2-23(b)。

图2-23 PAL克服相位敏感原理
(a) 相位无失真情况;(b) 相位失真情况

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理
接收机本应收到的是Fn和Fn+1,因失真实
际收到的是 Fn? 和 Fn?+1 ,接收机解调电路 将倒相行的 Fn?+1 返回到第一象限,相当于F ? n +1 的位臵,而 Fn? 在解调中其矢量位臵不变 。由图2-23(b)可见, Fn? 与

色度信号矢量F′的相位与不失真的F矢量相
位一致,只是矢量长度较原来有所变化(变 短)。这说明由于相位失真引起了饱和度下 降,但色调未变。

Fn?+1 合成的

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

由以上分析可见,PAL制克服因 相位失真引起色调畸变的实质是用逐行倒 相的方法使相邻两行色度信号的相位失真 方向相反,再将它们合成,从而得到相位 不失真的色度信号,以消除相位失真。

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理
如何将相邻两行相位失真方向相反的色 度信号合成呢? 一种简单的方法是利用人眼分辨力有限 和视觉暂留特性,使屏幕上相邻两行的相位 失真相互补偿,得到一种中间的无色调畸变 的颜色。例如,第n行的紫色因传输引起的 相位失真使其变为紫红色;第n+1行因倒相 ,使它在屏幕上产生相反的色调畸变,即变 为紫蓝色;紫红和紫蓝进行空间和时间混色 ,仍可得到紫色的效果。这种简单的PAL制 解调方法称为PALS,在相位失真不大时, 实现这一方法的电路简单,效果较好。

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

但在相位失真较大时,图像会出现明暗相间 并缓慢向上移动的水平条纹。这是由于行顺 序效应引起的,此现象亦称为“爬行”或“ 百叶窗效应”(由于此现象很像百叶窗而得 名),它会影响收看效果。

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

另一种合成方法是在电路上采取措施,用延 迟线把前一行色度信号延迟大约一行的时间( 约64 μs),然后在合成电路中与本行色度信 号合成,从而得到合成的色度信号。由于这 种解码用到延迟线,故称延迟解码,以PALD 表示。

2.5.3 PAL制克服相位敏感原理

PALD与我国电视制式PAL-D含义不同, 后者指我国彩色电视制式为PAL制,黑白 电视制式为D制。所以在选用广播电视设 备时,要注意彩色与黑白制式都符合要求 才行。PALD与PALS相比,行顺序效应 大为减轻。

2.5.4 PAL制副载波的选择

副载波的选择原则应是:合理地选择副载 波,使亮度信号与色度信号频谱的主谱线 彼此错开;此外,应尽量选择频率较高的 副载波,以减小副载波的谐波干扰,但又 不能使调制后的已调色差信号的上边带超 出规定的6 MHz范围。只有这样才能有效 地克服亮度与色度间的相互串扰。

2.5.4 PAL制副载波的选择

由前面分析我们知道,PAL制中已调色差信 号FU与±FV频谱的主谱线不是占有相同的位 臵,而是彼此错开半个行频,即它们的间距 是fH/2,如图2-24(a)所示。

2.5.4 PAL制副载波的选择

如果将副载波频率选为与整数倍行频相差半 行,即采用1/2行间臵(NTSC制就是这样选 择副载波的),必然导致±FV的主谱线与亮 度信号的主谱线重合,如图2-24(b)所示。 这样的话,会造成亮度信号与色度信号严重 串扰。

2.5.4 PAL制副载波的选择
如果既不选择fSC等于行频的整数倍,也不选 择1/2行间臵,而是作如图2-24(c)那样的 选择,即令nfH位于fSC和fSC+fH/2之间,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:

fH 1? ? nf H ? ? fSC ? ? fSC ? 2? 2 ? 1? ? fSC ? ? n ? ? f H 4? ?

?? ?? ??

由于fSC与整数倍的行频有fH/4的频差, 故称1/4行间臵。

图2-24 PAL副载波选择分解图 (a)? PAL色度信号频谱图;(b) ?1/2行间置时的频谱结构;

(c)? 1/4行间置时的频谱结构

2.5.4 PAL制副载波的选择
对于行频为15 625 Hz,场频为50 Hz,标称视频带宽为6 MHz的系统,根据选 择fSC尽量高的原则,可在式(2-32)中取 n=284,这样可以求得副载波频率为 283.75fH。实际的PAL制彩电副载波为
1? 1? ? ? fSC ? ? n ? ? f H ? 25Hz = ? 284 ? ? f H ? 25Hz 4? 4? ? ? = 4.433 618 75 MHz

2.5.4 PAL制副载波的选择

增加25 Hz的目的在于减轻副载波光点 干扰的可见度,同时对改善色度信号与亮 度信号的以场频为间隔的副频谱线之间的 交错情况有重要作用。也就是说,它是进 一步减少亮、色干扰的有效措施。

图2-25 PAL亮、色副谱线的相互关系
(a) ?fSC=283.75fH时的谱线关系;(b) 增加25 Hz后的改善情况

2.5.4 PAL制副载波的选择
图2-25(a)中,画出Y信号的一根nfH的主谱 线以及分布在它两侧的一对副谱线Y+1和 Y?1,同时还给出与Y相距fH/4的U、V信 号各一根主谱线。 因为 fH/4=(78+1/8)fV,所以U信号第78 次上边频副谱线U+78以及V信号第78次下边 频谱线V?78分别与Y主谱线相距fV/8。 同理,U+77和V?79与Y?1相距fV/8;U+79和 V?77与Y+1相距也是fV/8。

2.5.4 PAL制副载波的选择
附加25 Hz后,分布情况变为图2-25(b)。 此时,所有U、V谱线相对于图2-25(a)向右 偏移fV/2,结果使U+78和V?79与Y相距 3fV/8。 同理,U+79和V?78与Y+1相距也是3fH/8;

U+77和V?80与Y?1相距同样还是3fV/8。可 见,增加25 Hz后使色度信号与亮度信号的 副谱线之间的间距加大到原来的3倍,使亮 、色干扰为之减小。

2.5.5 PAL制色同步信号

PAL制彩色电视接收机在解调色度信号 时,需要对PAL行送-cosωSCt副载波,对 NTSC行送+cosωSCt副载波。 要做到这一点,需要有一个识别PAL行与 NTSC行的识别信号,即需要在发送端提供 一个附加信号。这个附加信息并没有直接加 在色度信号中,而是寄存在每一行的色同步 信号中,它表现为相邻两行的色同步信号相 位不同。

2.5.5 PAL制色同步信号

PAL行的色同步信号相位是-135°,而 NTSC行的色同步信号相位为+135°。因 此,PAL制的色同步信号除了为接收机提供 恢复副载波所需的频率信息外,还能提供一 个PAL行与NTSC行的识别信息,即倒相识 别信息,从而保证收、发双方逐行倒相的同 步进行。

2.5.5 PAL制色同步信号

PAL制色同步信号所含副载波的周期数、幅 度、出现位臵等都与NTSC制相同。按照我 国广播电视标准规定,色同步信号由8~12 个副载波周期组成,位于行消隐后肩上,起 始点距行同步脉冲前沿5.6?±?0.1 μs,峰- 峰值等于行同步脉冲幅度,相对于消隐电平 上、下对称。

2.5.5 PAL制色同步信号

图2-26 PAL制色同步信号

2.5.5 PAL制色同步信号
PAL制色同步信号的产生方法是:发送端先产 生一个色同步选通脉冲,称K脉冲。K脉冲的 重复频率为行频,宽度为2.25?±?0.23 μs,正 好等于约10个副载波周期,位臵就处在行消隐 的后肩上。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幅 器,V色差信号中加入正极性K脉冲(以+K表示 ),就可产生色同步信号的V分量(N行为90° ,P行为-90°),U色差信号中加入负极性K 脉冲(以-K表示),则可产生色同步信号的U分 量(180°),两个分量进行矢量合成便形成逐 行改变相位+135°和-135°的色同步信号 。

2.5.5 PAL制色同步信号

图中,Fb(n)是NTSC行色同步信号矢量, FbU(n)是它的V分量;Fb(n+1)是PAL行色同步 信号矢量,FbV(n+1)是它的V分量,FbU是它 们的U分量。且由FbV(n)与FbU分量合成

NTSC行色同步信号Fb(n)(+135°);
FbV(n+1)与FbU分量合成PAL行色同步信号 Fb(n+1)(-135°)。

图2-27 PAL制色同步信号形成方框图

图2-28 PAL色同步信号矢量图

2.5.6 PAL制编、解码过程

所谓编码,就是把三基色电信 号R、G、B编制成彩色全电视信 号FBAS的过程,编码器就是用来 编码的电路。

1. ?PAL制编码器及编码过程

图2-29 PAL制编码器方框图

2.5.6 PAL制编、解码过程

具体编码过程如下: (1) 将经过??校正的R、G、B三基色 电信号通过矩阵电路,变换成亮度信号Y 和色差信号(R-Y)和(B-Y)。

2.5.6 PAL制编、解码过程
具体编码过程如下: (2) 为了减小亮度信号对色度信号的干 扰,让Y信号通过一个中心频率为副载波频 率fSC的陷波器并经过放大后与行、场同步 及消隐信号相混合。此外,由于色差信号经

滤波电路会引起附加时延,为使亮度信号与
色度信号能同时进入混合电路,需将亮度信 号延时大约0.6 ?s。

2.5.6 PAL制编、解码过程

(3) 色差信号(R-Y)和(B-Y)经幅度加权

和频带压缩后,得到已压缩信号U和V。色
差信号V与+K脉冲混合后与±cosωSCt副载

波同时加入平衡调幅器,经平衡调幅电路输
出已调色差信号±FV和色同步信号的FbU分 量;

2.5.6 PAL制编、解码过程

色差信号U与-K脉冲混合后,对sinωSCt平 衡调幅,得到已调色差信号FU和色同步信号 FbU分量。以上二色度信号分量与色同步信 号分量混合后,最后得到色度信号F和色同 步信号Fb。

2.5.6 PAL制编、解码过程

为得到逐行倒相的正交副载波±cosωSCt, 需设臵90°移相、180°倒相和PAL开关电 路、逐行倒相的半行频(7.8 kHz)开关控制 信号?K(t)。

2.5.6 PAL制编、解码过程

(4) 色度信号F、色同步信号Fb、亮度 信号Y与消隐信号A、同步信号S经混合电路 后输出彩色全电视信号FBAS。

2.5.6 PAL制编、解码过程

2. ?PAL制解码器及解码过程 把彩色全电视信号还原成三基色电信号 的过程称为解码,完成解码的电路称解码器 。解码是编码的逆过程。

2.5.6 PAL制编、解码过程

PAL制解码器有许多类型,如PALS(简 单解码)、PALN(锁相解码)、PALD(延迟 解码)等。其中,PALD应用较广,这种解 码器中用超声延迟线构成梳状滤波器(该滤 波器的频率特性像梳齿,由此而得名),它 将色度信号分离为FU和±FV两个色度分量 。

2.5.6 PAL制编、解码过程

梳状滤波器主要由超声延迟线、加法器和减 法器三部分电路构成。
PALD解码器主要包括亮度通道、色度通道 、基准副载波恢复及基色输出矩阵电路四大 部分。

图2-30 PALD解码器及各点波形

2.5.6 PAL制编、解码过程
具体解码过程可分析如下: (1) 从预视放输出的彩色全电视信号 FBAS,经4.43 MHz陷波器和色度带通滤 波器进行频率分离,将FBAS分离成亮度信 号和色度信号两部分。在亮度信号通道中 ,经4.43 MHz的陷波器,将彩色全电视 信号中的色度信号滤除,保留亮度信号。 滤除了色度信号之后的亮度信号Y,经0.6 μs的延迟电路延时后再送入Y信号放大器 进行亮度放大后送基色矩阵电路。

2.5.6 PAL制编、解码过程

在色度通道前,设臵有一中心频率为 4.43 MHz、带宽约2.6 MHz的带通滤波 器,它从全电视信号中分离出色度信号。 其分离原理及波形、频谱如图2-31所示。

图2-31 Y与F的分离原理、波形及频谱

2.5.6 PAL制编、解码过程
(2) ?PALD的特殊电路是梳状滤波 器,由它将色度信号中的两个分量FV与 ±FV分离。这样可有效地消除简单解码电 路中未能解决的亮、色串扰。 为了使梳状滤波器能有效地分离两个 色度分量,延时线的延迟时间要有准确的 数值,即延时后色度信号的副载波相位要 与延时前相同或相反(相位差为0°或 180°),以实现相邻两行色度信号相减或 相加时能分别输出两色度分量其中之一。

2.5.6 PAL制编、解码过程

按照上述要求,延时线延迟时间?d应 选择得既非常接近行周期(64 μs),以便相 加、减时是相邻行相应像素间的加或减, 而又必须为副载波半周期的整数倍,以保 证延时前、后色度信号副载波相位相同 (0°)或相反(180°)。

2.5.6 PAL制编、解码过程
根据fSC=283.75fH+25 Hz的关系,可以 得到行周期TH与副载波周期TSC之间的关系 为

25 TH ? 283.75 TSC ? TSC ? 283.751 6TSC 15 625

(2-33)
因此,?d可选择为副载波半周期TSC/2的 567倍或568倍。通常选择?d为 (2-34)

TSC ? d ? 567 ? ? 283.5 TSC 2

2.5.6 PAL制编、解码过程

即延时线输出的副载波信号与输入副载波信 号相位相反。将fSC=?4.433 618 75 MHz 代入式(2-34)求得

1 ? d ? 283.5 ? ? 63.943 μs 6 4.433 618 75 ?10

2.5.6 PAL制编、解码过程

梳状滤波器分离色度信号的原理。 设输入到梳状滤波器的第n行色度信号为

Fn ? U sin ?SCt ? V cos ?SCt ? FU ? FV
(2-35)

则第n+1行色度信号必然为

Fn ?1 ? U sin ?SCt ? V cos ?SCt ? FU ? FV

(2-36) 以后各行遵循以上规律逐行变换。

2.5.6 PAL制编、解码过程
当第n行色度信号输入到图2-32(a)所
示的相加电路和相减电路时,延迟线输出 是经过延时的第n-1行的色度信号。在相 加和相减电路中,直通色度信号与前一行 的延时色度信号进行相加和相减。根据?d

的选择可知,延时前与延时后的副载波相
位相反,若以 Fn??1 、 Fn? 分别表示经延时 后的相应行的色度信号,则

2.5.6 PAL制编、解码过程

Fn??1 ? ?Fn?1 ? ? ?U sin ?SCt ? V cos ?SCt ? ? ?FU ? FV

Fn? ? ? Fn ? ? ?U sin ?SCt ? V cos ?SCt ? ? ? FU ? FV
(2-38)

(2-37)

2.5.6 PAL制编、解码过程
由此可以求得,第n行输入时,相加电路输

出为

Fn ? Fn??1 ? ? FU ? FV ? ? ? ?FU ? FV ? ? 2FV
(2-39)
相减电路的输出为

Fn ? Fn??1 ? ? FU ? FV ? ? ? ?FU ? FV ? ? 2FU
(2-40)

2.5.6 PAL制编、解码过程

同理,在第n+1行输入时,相加电路和相减
电路分别输出为 Fn+1+F?n?=?-2FV Fn+1-F?n?=?2FU (2-41) (2-42)

2.5.6 PAL制编、解码过程

依次类推。由式(2-39)~式(2-42)明显地 看出,梳状滤波器有效地分离了两个色度分

量FU与±FV。

2.5.6 PAL制编、解码过程

梳状滤波器具有梳齿状的频率特性,即每 隔一个行频有一个最大传输点; 每两个最大传输点的中心是吸收点,两个 吸收点的间距也是一个行频。

这样的两个输出对应的最大传输点与吸收 点互相交错。

2.5.6 PAL制编、解码过程
在?d为63.943 μs情况下,两输出的最大 传输点分别对准FU与±FV的主谱线。在最 大传输点对准FU主谱线的特性时,其吸收 点也正好对准±FV的主谱线;同理,当最 大传输点对准±FV主谱线的特性时,其吸 收点也正好对准FU主谱线。又由于±FV是 逐行倒相的,才使两个色度分量的主谱线 正好错开半行,因此才提供了梳状滤波器 实现频域分离二色度分量的可能性。

图2-32 梳状滤波器方框图及分离色度信号原理 (a) 梳状滤波器方框图及分离的波形、频谱; (b) 梳状滤波器频率特性

2.5.6 PAL制编、解码过程

(3) 梳状滤波器输出的±FV信号经V同步 解调器,输出V信号;梳状滤波器输出的 FU信号经U同步解调器,输出U信号。解 调器输入、输出波形如图2-33所示。 U、V信号经放大和矩阵电路输出三个 色差信号(R-Y)、(B-Y)和(G-Y)。同 步解调必须有一个恢复的副载波,这个基 准副载波要与发送端的副载波同频、同相 。

2.5.6 PAL制编、解码过程
(4) 频率相同但时域错开的色度与 色同步信号,经色同步选通电路,将色同 步信号与色度信号分开。由于色度信号在 行扫描正程出现,色同步信号在行扫描逆 程出现,故只要用两个门电路,就可将二 者按时间分离法进行分离。这两个门电路 在控制脉冲控制下交替导通即可实现两种 信号的分离。图2-34示出了分离原理。图 中,两个门分别在扫描正程和逆程开启, 这样便有效地分离了色度与色同步信号。

图2-33 同步解调器输入、输出波形

图2-34 色同步与色度的分离原理及波形

2.5.6 PAL制编、解码过程

(5) 亮度通道输出的Y信号和色度 通道输出的U、V信号同时输入基色矩阵电 路,经基色矩阵电路分解,输出R、G、B 三基色信号。其输入、输出波形如图2-35 所示。

图2-35 基色矩阵电路的输入、输出波形

2.5.6 PAL制编、解码过程

(6) 色同步信号与副载波压控振荡 器输出的信号同时送鉴相电路,二者进行相 位比较后,输出一个与之相差成正比的直流 控制电压,由它再去控制压控振荡器,使其 输出副载波频率和相位与发射端相同。所恢 复出的副载波,一路直接送U平衡解调器, 另一路先经PAL开关逐行倒相后,再经90° 移相送V平衡解调器。

2.5.6 PAL制编、解码过程

半行频的7.8 kHz开关信号亦由鉴相电路取 得,经PAL识别电路后去控制PAL开关。色 同步信号同时还要送ACC(自动色饱和度控 制)、ACK(自动消色)、ARC(自动清晰度控 制)等。各点波形见图2-30。

图2-30 PALD解码器及各点波形

2.5.7 PAL制的主要性能特点

(1) ?PAL制克服了NTSC制相位敏感的 缺点。NTSC制相位敏感性的主要表现是, 各种传输失真对重现的彩色图像有较严重的 影响。这种影响是由于误差会引起串色的缘 故。PAL制使彩色相序逐行改变,串色极性 逐行取反,加之梳状滤波器在频域的分离作 用,使串色大为减小。又由于人眼的视觉平 均作用,就使得传输失真不再对重现彩色图 像的色调产生明显的影响。可使微分相位的 容限达±40°以上。

2.5.7 PAL制的主要性能特点
(2) ?PAL制采用1/4行间臵再加25 Hz确 定副载波,有效地实现了亮度信号与色度信 号的频谱交错,因而有较好的兼容性。 (3) 梳状滤波器在分离色度信号的同时 ,使亮度串色的幅度也下降了3 dB,从而使 彩色信杂比提高了3 dB。 (4) 由于NTSC制是1/2行间臵,PAL制 为1/4行间臵。二者相比实现PAL信号的亮 色分离要比NTSC制困难,且分离质量也较 差。在要求高质量分离的场合(如制式转换和 数字编码等),可采用数字滤波这类较复杂的 技术。

2.5.7 PAL制的主要性能特点
(5) ?PAL制存在行顺序效应,即“百叶窗” 效应。产生行顺序效应的内因是色度信号逐 行倒相,外因是传输误差或解码电路中的各 种误差。上述原因都会引起FU与±FV二分 量互相串扰,又因串扰也是逐行倒相的,故 造成相邻两行间较大亮度差异。由于人眼对 亮度差异较敏感而产生对图像有明暗相间的 水平线条感,这种明暗水平线条因隔行扫描 而向上蠕动,故常也将行顺序效应称“爬行 ”,又因水平条纹形似百叶窗,故称其为“ 百叶窗”效应。可见,PAL制使传输失真引 起彩色色调失真转变为引起行顺序效应。不 过行顺序效应可通过调整使之减轻。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

2.6.1 SECAM制的主要特点 (1) 在NTSC和PAL制中,两个色度信 号是同时传送的。SECAM制与它们不同, 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。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

比如,第n行传送(R-Y),第n+1行传送 (B-Y),……。这样,由于两色度信号不 在同时出现,就从根本上消除了两色度信号 间的互相串扰问题。此外,由于亮度信号Y 仍是每行都传送的,即存在Y与(R-Y)或 (B-Y)同时传送的问题。从这个意义上来 说,SECAM制常被称为顺序—同时制,而 NTSC制和PAL制的Y、(R-Y)、(B-Y)三 个信号是同时传送的,因而被称为同时制。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

(2) ?SECAM制中,发送端对(R-Y)和(B- Y)两个色差信号采用了行轮换调频的方式 。因此,在接收端需采用一个行延迟线,使 每一行色差信号可以使用两次。在被传送的 一行及未被传送的下一行(经过行延迟后)再 使用一次,从而填补了未被传送的一行所缺 的色差信号,这一处理方法称为存储复用技 术。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

对色差信号采用调频制具有如下优点:
第一,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°; 第二,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; 第三,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准信息。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

(3) 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臵,因而彩 色副载波会对画面产生较严重的光点干扰。 为减小这一干扰,SECAM制采用了对彩色 副载波强迫定相的方法。。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

对彩色副载波强迫定相的方法: ① 逐场倒相,即相邻场的彩色副载波相位相 反; ② 三行倒相,即每逢三行将彩色副载波倒相 一次。 通过这些强迫定相措施,再加上相邻行的彩 色副载波具有不同的频率,就可使彩色副载 波干扰的光点可见度下降,从而改善兼容性 。

2.6

SECAM制及其编、解码过程

(4) SECAM制逐行轮换传送色差信号,使彩 色垂直清晰度下降。对有垂直快速运动的画 面,其影响将有所反映。 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。而PAL 制与之不同,只是在存在误差的情况下引起 串色,并表现出行顺序效应。

2.6.2 SECAM制编、解码器的方框图
SECAM制编码器如图2-36所示。由图 可见,经 ? 校正的三基色信号R、G、B送 入矩阵电路进行线性组合和幅度加权,形成 亮度信号Y和两个加权色差信号DR和DB。 其中,

DR?=-1.9(R-Y)、
DB?=1.5(B-Y)。 DR式中的负号,表示在对副载波调频时, 正的(R-Y)将引起负的频偏。

图2-36 SECAM制编码器方框图

2.6.2 SECAM制编、解码器的方框图

半行频开关逐行选送红色差信号和蓝 色差信号,并经低通滤波器将频带限制在1.5 MHz范围。其输出送频率调制器。频率调制 器是一个锁相环路,通过半行频开关和由行 消隐脉冲控制的门电路,使调制器输出的副 载波,逐行轮流与fSR和fSB两个基准副载频在 行消隐期间进行相位比较,从而将副载波的 相位锁定在与同步脉冲有确定关系的基准副 载波的初始相位上。调制器后接有带通滤波 器及限幅器,以消除可能出现的寄生调幅。

2.6.2 SECAM制编、解码器的方框图
调制器输出的副载波信号,通过由 半场频脉冲和1/3行频脉冲控制的倒相电路 ,被逐场倒相及一场内每三行第三行倒相, 使干扰光点的可见度降低。然后,用限幅器 清除因倒相电路不对称而可能产生的副载波 振幅变化。副载波经限幅后又会产生许多谐 波,故还必须再用一带通滤波器将谐波滤除 。最后,通过由行频、场频脉冲以及与传送 识别信号相对应的9行行频脉冲控制的副载 波消隐电路,由其在行同步脉冲期间和场消 隐脉冲期间(除传送识别信号的9行外)将副 载波消除,以免干扰接收机扫描电路的正常 工作。

2.6.2 SECAM制编、解码器的方框图

在亮度通道中,接有延迟线和亮度 干扰抑制电路。后者的功用是抑制亮度信号 频谱中与色度信号频带相对应的那一部分频 率分量,避免解码器色度通道中出现过大的 亮度信号干扰分量,以致影响鉴频器正常工 作。 SECAM制解码器方框图如图2-37所示 。彩色全电视信号FBAS,同时加入亮度与 色度通道的输入端,亮度通道经延迟及副载 波陷波电路,去除色度信号后所得Y信号加 于矩阵电路。

图2-37 SECAM制解码电路方框图

2.6.2 SECAM制编、解码器的方框图

在色度通道中,通过带通滤波器将FBAS中 的色度信号选出。被选出的逐行轮换传送的 红、蓝色度信号,经延迟线及电子开关的存 储复用电路,形成两路同时并存的红、蓝色 度信号。然后经限幅去除幅度干扰,分别再 由各自的鉴频电路解调。解调输出经视频去 加重将其加于矩阵电路。

2.6.2 SECAM制编、解码器的方框图

Y、(R-Y)和(B-Y)经矩阵电路产生R、G 、B三基色信号的同时,取出在场消隐期间 传送的9行识别信号。由识别信号的极性, 控制识别电路是否送出一个场触发脉冲使开 关状态改变,这个触发脉冲出现在场消隐结 束之时。因而保证每场开始时,电子开关状 态正确,然后由触发器对fH分频除2得半行 频方波,控制电子开关正确逐行改变。

本章介绍的三种兼容制彩色电视 制式,从实践的观点来看,NTSC制始于 20世纪50年代,PAL制和SECAM制始于 20世纪60年代,三种制式都是行之有效 的彩色广播电视制式,都有不少国家采用 ,并积累了相当丰富的经验。由于各个国 家在选择彩色电视制式时,受政治、经济 、技术等多种因素的制约,故单从技术性 能方面比较,决不能得出完全肯定或完全 否定某一制式的结论。正因为如此,新一 代电视的发展、研究和选用,还将受到原 有电视制式的影响。