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1、彩色电视技术与维修实训,根据机械工业出版社同名教材 何丽梅 等编,第2章 电视信号和电视制式,教学目标 了解逐行扫描与隔行扫描的特点，电视广播的兼容制，彩色全电视信号的组成和特点，射频电视信号的调制方式和频谱。 理解亮度信号和色差信号的概念及形成过程。 掌握NTSC制的编码过程和PAL制编码的特点。,本章重点,本章主要介绍彩色电视图像的摄取与重现、彩色图像的传送原理等内容。重点介绍兼容制彩色电视制式，特别是PAL制彩色电视机的编码电路。研究与理解彩色全电视信号的产生过程，包括编码与调制技术。掌握系统中各个环节的作用以及它们之间的相互关系；掌握PAL制彩色电视广播方式的特点。,固体摄像器件，也称
2、半导体摄像器件，技术上较成熟的有金属氧化物半导体（MOS）器件、电荷耦合（CCD）器件和电荷驱动（CPD）器件三大类，其中CCD器件应用最广，CCD是Charge Coupled Device（电荷耦合器件）的缩写。,2.1 图像信号的产生和扫描体制,彩色固体摄像机将固体摄像器件装在分色系统的成像面上，固体器件由几十万个顺序排列的、能在光的作用下产生电荷的小单元组成，当景物光线照射在其上时，小单元内便产生随光照强度变化的电荷，形成了像素。通过在每个像素单元的电极上顺序通电，就能把每个单元中积累的电荷转移出去，形成电视信号。,1.逐行扫描 一幅图像是由许多明暗不同的光点组成的。通常把这些明暗不同
3、的光点称为像素。一幅清晰度良好的图像应包含几十万个像素。 顺序传送法：使电子束从左至右、自上而下地按一定的规律在靶面上运动，这样就可以使成像于靶面上的几十万个像素变成 对应的电信号，电子束的这种有规律的运动就称为电子扫描。 当电子束沿画面由上至下，一行紧接一行地扫描一遍时，就可将整个画面的像素先后变成电信号，这样的扫描方法叫逐行扫描。,2.1.3 扫描体制,a)投映至摄像管上的图像 b)第1、2行的电压波形 c) 第3行的电压波形 d) 第4、5行的电压波形 e) 第6行的电压波形 f) 第7、8、9行的电压波形,在电视技术中，一幅静止图像称为一帧，故电子束每秒沿垂直方向扫描出的完整图像数称为
4、帧频，用fv表示，因此， fv =25 Hz 扫描一帧图像所需的时间称为帧周期，用TV表示，它是帧频的倒数，即 TV=1/fv=1/25=0.04s=40ms,2.1.3 扫描体制,电子束每秒沿画面作水平扫描的行数叫行频，用 fH表示。由于每帧图像扫描625行，每秒扫描25帧图像，所以 fH 25 62515625Hz 水平扫描一行的时间叫行周期，用TH 或H表示，它是行频的倒数，即 TH=H=1/fH=1/15625=6410-6=64s 以上几个物理量是描述行、帧扫描的重要参数。,2.1.3 扫描体制,行扫描中电子束从左到右是正程，正程时间约52s，从右到左是回程也叫逆程，时间约12s。帧
5、扫描中从上到下是正程，自下而上是逆程，逆程扫描的行数为 50行，正程扫描的行数为 625-50575行。 正程扫描期间输出电视信号，帧扫描正程575行，一帧图像的像素为 575 76644万个，每秒钟扫描 25帧图像，每秒钟在屏幕显现的像素有 25 44万个=1100万个，每秒钟图像信号电压的变化为 1100/2万次，约550万次。可知图像信号的最高频率为5.5MHz，为留有余量，我国规定，图像信号的最高频率为6MHz。,2.1.3 扫描体制,2.隔行扫描 每秒传送25帧图像会产生闪烁现象。如果由增加每秒传送画面的帧数来解决必然导致电视频宽的增加。为了解决这一矛盾，采用了将一帧图像分为两场扫描
6、，先扫描1，3，5，行，称为奇数场，再扫描2，4，6，行，称为偶数场。 在电视技术中把这种方法称为隔行扫描。 这样每秒传送图像的帧数不变，每帧图像扫描的行数也不变，因而不会增大电视信号的频带宽度，从而较好地解决了频带宽度与传送活动图像产生的闪烁现象之间的矛盾。,2.1.3 扫描体制,图2-6 逐行扫描与隔行扫描 a)逐行扫描 b)隔行扫描,图2-7 隔行扫描重现图像示意图,每秒扫描的场次数称场频 fz ，由于每帧分两场，故场频 fzfv 225 2=50Hz 场周期Tz=20ms，每场扫描的行数为 312.5行，其中逆程为 25行，正程为287.5行。为保证隔行扫描的准确性，避免出现并行现象，
7、奇数场应结束于最末一行的一半，然后回扫；偶数场是扫完最后一行后才回扫。,2.1.3 扫描体制,2.2彩色电视图像的亮度与色差信号,2.2.1兼容制的要求 所谓“兼容”就是彩色电视广播信号在采取一定的技术措施后，可以在黑白电视广播的原有频道内进行传送，使原来的黑白电视接收机也可以接收彩色电视广播信号，而彩色电视接收机也能接收黑白电视广播信号。我国现行的彩色电视广播是采用与黑白电视广播兼容的PAL制。,2.2.1兼容制的要求,为了实现兼容，电视台发出的彩色全电视信号应具备以下特点： 1) 既含有色差信号也含有亮度信号，色差信号代表彩色图像信号，亮度信号代表黑白图像信号。 2) 和黑白电视信号共用同
8、一频道时，频带宽度、图像载频和伴音载频沿用黑白电视制式的规定。 3) 行、场同步信号和扫描制式与黑白电视制式相同。,2.2.2 亮度信号和色差信号,1.亮度信号 白光可由红、绿、蓝三种基色光组成。强度不同的白光，产生不同的亮度感，因此亮度信号Y也可由红、绿、蓝三种基色信号组成。在电视系统中，根据人眼的视觉特性，用显像管三基色配出1单位白光量的关系式是： Y0.30R0.59G0.11B （2-1） 式中，0.30，0.59，0.11分别是 R，G，B的可见度系数。 式（2-1）称为亮度方程，它表明显像管三基色量与合成亮度之间的关系。,2. 色差信号,在彩色电视中色差信号有下列三种，即 UR-Y
9、URUY0.70 UR 0.59UG0.11UB UB-Y=UB UY 0.89UB0.30 UR 0.59UG UG-Y=UG UY 0.41UG0.30 UR 0.11UB 当传送黑白信号时，URUGUB，则上述三个色差信号都为零，即在传送黑白信号时不存在色度信号对亮度信号的干扰，这就是用色差信号传送图像彩色信息的优点。,三个色差信号不是完全独立的，每个色差信号可以由另外两个色差信号求得。根据亮度方程，可以求出三个色差信号之间的关系。 UG-Y=0.51 UR-Y 0.19 UB-Y (2-6) UR-Y=1.97 UB-Y0.37 UG-Y （2-7） UB-Y=2.70 UR-Y 5.
10、36 UG-Y （2-8） 上述论证表明任何两个色差信号通过矩阵变换可以得到第三个色差信号，所以电视图像的色彩只要传送两个色差信号就行了。彩色电视制式都选择UR-Y 和UB-Y来传送图像的彩色信息。,图29 三基色还原电路,图210 UG-Y信号形成,2.2.3 彩条信号,标准彩条信号显现在彩色电视机屏幕上是一组包含三个基色、三个补色以及白色和黑色共八种彩色的等宽竖条，其彩色排列顺序按亮度递减从左到右依次为：白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。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。彩条信号常用做校正彩色电视机工作状态的标准信号，熟悉彩条信号的波形对彩色电视机的检测是十分
11、重要的。,2.3 彩色电视信号的编码过程,为了实现兼容的要求，彩色电视台既要传送亮度信号，也要传送色度信号，而占有的带宽又不能超过黑白电视所规定的带宽，这就需要对这几种信号进行特殊的组合处理，这个过程称之为编码。目前，世界上现存三大彩色电视编码制式: NTSC制、PAL制和SECAM制。,1.亮度信号的频谱 亮度信号的频宽为6MHz，但它并没有布满，而是留有许多空隙。当传送图2-12 a所示的在垂直方向黑白相间的图像时，它的信号波形为矩形脉冲波。矩形脉冲波可用频率等于它的1，3，5，奇次倍的正弦波来合成，这些正弦波称为谐波，如图2-12b所示，图 b中的点划线和虚线表示一次谐波（基波）和三次谐
12、波。也即是说，矩形脉冲波含有1，3，5，等奇次谐波，它的频谱（即信号的能量按频率分布的图线）如图c所示。,2.3 彩色电视信号的编码过程,图2-12 矩形脉冲波的频谱 a) 垂直方向黑白相间的图像 b) 基波与谐波合成矩形波 c ) 矩形脉冲波的频谱,图2-13 典型图像的信号及其频谱,如果传送图像的亮度在垂直方向与水平方向都有变化，如图2-13c所示, 其频谱是在图 2-13b 频谱的基础上，即各行频谱线的左右，对称地分布着帧频频谱线。这些行频线称为主谱线。,图2-14是复杂的活动图像的频谱，它是以行频和它的高次谐波为主谱线、帧频及其高次谐波对称地分布在它的两侧的离散频谱群。由于高次谐波很快
13、衰减，故其能量集中在主谱线附近很窄的频带内。由图可见，在主谱线之间存在大量空隙。如静止的或动作缓慢的图像，空隙为主谱线间距的93.6%。对于活动的图像，空隙小些，也占60%70%。,图2.14 活动图像的频谱,2.频谱间置原理,既然亮度信号的主谱线之间存在大量间隙，就可以把色度信号插到其间来传播。彩色电视系统需对色度信号进行调幅处理。既是调幅，就要选择一个载波，为了避免与高频发射时的载波相混淆，这个载波称为色副载波fSC。色副载波要求选在1/2行频处，但选在视频频带的低端，会使副载波形成的亮点干扰明显。因此选在高端的283fH与 284fH之间，即 283.5fH，由此得出副载波的频率为 fS
14、C=(283.515625) MHz =4429687.5Hz 4.43MHz,色度信号对fSC进行调幅，形成的调幅波主频谱为fSC fH与fSCfH，其高次谐波为fSC 2 fH ，fSC 3 fH等，频谱结构如图2-15 c所示。把亮度信号和色度信号相加，色度信号刚好嵌置于亮度信号之间的空隙中，如图2-15 d 所示，这就是频谱间置原理。,a)亮度信号的频谱 b)色度信号的频谱 c)已调色度信号的频谱 d)彩色全电视信号的频谱,图2-15 频谱间置原理,图2-16 调幅波频谱,图2-17 色度信号和亮度信号带宽,色度信号的副载波选在4.43MHz，比视频频带的上限6MHz低1.57MHz。
15、人眼对色彩的分辨力远低于对黑白物体的分辨力，其带宽一般取 1.3MHz，这样色度信号的上限频率为 (4.431.3) MHz =5.73MHz，未超过亮度信号的上限频率 6MHz。色度信号在亮度信号的频带占的位置如图 2-17所示。由于色度信号对 fSC进行调幅，调幅后的色度信号带宽为1.3MHz。,3.平衡调幅,为了提高调制效率和调幅波的信噪比，色度信号对副载波调制过程中是将副载波抑制掉，单输出上边频和下边频，这种调制方式称为平衡调幅，产生平衡调幅波的电路称为平衡调幅器。 将调制信号UB-Y和色副载波信号sinSCt输入到平衡调幅器，在输出端就输出平衡调幅信号 UB -YsinSCt。其输出
16、信号为两输入信号的乘积。故平衡调幅器是一个乘法器，其原理框图如图2-18所示。,图2-18 平衡调幅器原理,4.正交平衡调幅制（NTSC制）,(1)正交平衡调幅 色度信号有两个：UR-Y和UB-Y。为了不使两色度信号互相干扰而又不增加副载波，可将两色差信号分别调制在频率相同、相位相差90的两个副载波上，再将两个平衡调幅信号相加输出，这就完整地解决了色度信号的编码问题，这种制式称为正交平衡调幅制，即NTSC制。 正交平衡调幅原理框图如图2-19a所示。,图2-19 正交平衡调幅 a) 原理框图 b) 色度信号的矢量图,5.NTSC制的特点,1) 兼容性好，副载波对图像的干扰小，彩色清晰度高。 2) 接收机电路较简单，容易集成化。 3) NTSC制的缺点是对相位失真较敏感。在彩色电视信号的整个传输过程中，存在着亮度、色饱和度和色调失真。亮度失真影响图像
