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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 n教学目标 n 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。 n 理解亮度信号和色差信号的概念及形成 过程。 n 掌握NTSC制的编码过程和PAL制编码的 特点。 本章重点 n 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
2、电视广播方式的特点。 n 固体摄像器件，也称半导体摄像器件 ，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。 n 2.1 图像信号的产生和扫描体制 n 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。
3、 n 1.逐行扫描 n 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。 n 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。 n 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
4、、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 n 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 n fH 25 62515625Hz n 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 nTH=H=1/fH=1/15625=6410-6=64s n 以上几个物理量是描述
5、行、帧扫描的重要 参数。 2.1.3 扫描体制 n 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 625-50 575行。 n 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
6、扫描体制 n 2.隔行扫描 n 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，先扫描1，3，5 ，行，称为奇数场，再扫描2，4，6，行，称为偶数场 。 n 在电视技术中把这种方法称为隔行扫描。 n 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 n 每秒扫描的场次数称场频 fz
7、，由于每帧 分两场，故场频 nfzfv 225 2=50Hz n 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，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 n2.2.1兼容制的要求 n 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
8、电视广播兼容的PAL制。 2.2.1兼容制的 要求 n 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： n 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。 n 2) 和黑白电视信号共用同一频道时，频带宽度、 图像载频和伴音载频沿用黑白电视制式的规定。 n 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 n 1.亮度信号 n 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
9、位白光量的关系式是： nY0.30R0.59G0.11B （2-1） n式中，0.30，0.59，0.11分别是 R，G，B的可见度系数。 n 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 n在彩色电视中色差信号有下列三种，即 nUR-YURUY0.70 UR 0.59UG0.11UB nUB-Y=UB UY 0.89UB0.30 UR 0.59UG nUG-Y=UG UY 0.41UG0.30 UR 0.11UB n 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
10、像彩色信息的优点 。 n 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。 nUG-Y=0.51 UR-Y 0.19 UB-Y (2-6) nUR-Y=1.97 UB-Y0.37 UG-Y （2-7） nUB-Y=2.70 UR-Y 5.36 UG-Y （2-8） n 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。 n图29 三基色还原电路 n图210 UG-Y信号形成 n 2.2.3 彩条信号
11、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 测是十分重要的。 2.3 彩色电视信号的编码过程 n 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:
12、 nNTSC制、PAL制和SECAM制。 n 1.亮度信号的频谱 n 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
13、c ) 矩形脉冲波的频谱 图2-13 典型图像的信号及其频 谱 n 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。 n n 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%。
14、 图2.14 活动图像的频谱 2.频谱间置原 理 n 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 nfSC=(283.515625) MHz =4429687.5Hz 4.43MHz n 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
15、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 n 色度信号的副载波选在4.43MHz，比视频频 带的上限6MHz低1.57MHz。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。
