【新编】彩色电视的基本特征

《【新编】彩色电视的基本特征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【新编】彩色电视的基本特征（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 彩色电视原理 2 2 兼容彩色电视的基本特征 一 兼容的必备条件 二 实现兼容的基本措施 1 信号选取 2 恒定亮度原理 三 彩色电视信号的频带压缩 1 大面积着色原理 2 高频混合原理 3 频谱交错原理 四 彩色电视的制式 2 2 彩色电视信号的兼容问题 彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的 彩 色电视出现以前黑白电视已经相当普及 到目前为止 仍有不少的黑白电视机还在使用 为了普及电视广 播 减少国家和千千万万电视用户不必要的损失 彩 色电视应该与黑白电视兼容 所谓兼容 就是黑白电 视接收机既能接收彩色电视信号 也能重现黑白电视 信号 彩色电视接收机既能接收黑白电视信号 也能 重现

2、黑白电视信号 要做到黑白 彩色电视互相兼容 必须满足下列 基本的要求 1 在彩色电视的图像信号中 要有代表图像亮度 的亮度信号和代表图像色彩的色度信号 黑白电视机 接收彩色节目时 只要将亮度信号取出 就可显示出 黑白图像 彩色电视接收机应具有亮度通道和色度通 道 当接收彩色节目时 亮度通道和色度通道都工作 重现彩色图像 当接收黑白节目时 色度通道自动 关闭 亮度通道相当于黑白电视机 可显示出黑白图 像 这样就做到了兼容 一 兼容的必备条件 2 彩色电视只能占有与黑白电视相同的视频带宽 和射频带宽 这就要求彩色电视能将色度信号安插到6 MHz的视频带宽中去 采用的方法是频带压缩 频谱 交错等方法

3、 3 彩色电视应与黑白电视有相同的图像载频 伴 音载频以及两者之间的间距 4 彩色电视与黑白电视的行 场扫描频率和行 场同步信号的各项标准等都应相同 目前世界上彩色电视制式有NTSC制 PAL制和 SECAM制三种 它们都具有兼容性 其中 实现兼容最根本的条件是彩色电视必须以和 黑白电视相同的带宽传送亮度信号和色度信号 当fv 50Hz Z 625行时 黑白电视图像信号 即亮度 信号 约占6MHz带宽 因此必须在6MHz的带宽内同时 传送亮度信号和色度信号 否则就无法实现兼容 人们通过对人眼视觉特性的 充分地应用色度学原 理与电子电路技术的成就 采用恒亮传输方式和彩色电 视信号的频带压缩措施

4、解决了在6MHz带宽内同时传送 亮度信号和色度信号的 问题成功地实现了彩色电视与 黑白电视的兼容 1 信号选取 彩色电视为了与黑白电视兼容 必须传送一个亮度信号 以便 黑白电视机接收 根据彩色具有亮度 色调和饱和亮度三个要素的理论 传送彩 色图象必须选用三个独立的信号 除了亮度信号外 还必须选择另两个信号来代表彩色的色度信 息 这两个信号与色调和饱和度之间应存在确定的相互变换关系 例如用x y坐标值 但是 彩色电视中常用两个色差信号B Y和R Y来代表色度信息 必须对由CCD光电传感器输出的R G B三 个基色信号进行处理 首先用一个编码矩阵电路根据 Y 0 30R 0 59G 0 11B的亮

5、度公式编出一个亮度信号和R Y B Y两 个色差信号 色差信号是基色信号R G B与亮度信号Y之差 二 实现兼容的基本措施 R Y R 0 30R 0 59G 0 11B 0 70R 0 59G 0 11B G Y G 0 30R 0 59G 0 11B 0 30R 0 41G 0 11B B Y B 0 30R 0 59G 0 11B 0 30R 0 59G 0 89B 三个色差信号中只有两个是独立的 第三个可以 由另外两个得到 只要选择两个色差信号就可以代表 色度信号 将Y 0 30R 0 59G 0 11B改写为如下形式 0 30Y 0 59Y 0 11Y 0 30R 0 59G 0 1

6、1B 得到 0 30 R Y 0 59 G Y 0 11 B Y 0 可以化为 三大制式均选用R Y和B Y作为色差信号的原因是 1 三个色差信号中 G Y信号数值最小 作传输信号 时信噪比最低 2 由R Y和B Y求G Y时 系数 和 小于1 可 用电阻矩阵实现 由B Y G Y求R Y或用R Y G Y求B Y 系数都大于1 不能用电阻分压来实现 一定要用放大器提供 增益 这样会增加系统的复杂性和带来不必要的失真 用色差信号传送色度信号具有以下优点 1 可减少色度信号对亮度信号的干扰 当传送黑 白图像时 R G B 两个色差信号R Y和B Y均为零 不 会对亮度信号产生干扰 2 能够实现亮

7、度恒定原理 即重现图像的亮度只 由传送亮度信息的亮度信号决定 3 可节省色度信号的发射功率 在彩色图像中大 部分像素接近于白色或灰色 它们的色差信号为零 小部分彩色像素才有色差信号 因此发射色差信号比 发射R G B信号需要的发射功率小 2 恒定亮度原理 在不计 失真及传输系统非线性的条件下 色差信号 受到干扰时 将不会影响亮度信号 传送后的电视信号 Yt R Y t B Y t 显示端的信号为 Rd R Y t Yt Bd B Y t Yt Gd 0 5 R Y t 0 19 B Y t Yt 所以显示的亮度为Yd为 Yd 0 3Rd 0 59Gd 0 11Bd Yt 对于黑白电视机而言 由

8、于接收彩色信号时会产生亮度 误差 只有接收黑白图像时 亮度误差才为零 黑白电视机收到这种彩色电视信号后 色度对正常 黑白图象的干扰和影响很小 故黑白电视机显象管上只 产生与亮度信号成比例的正常的黑白图像 彩色电视机收到这种彩色电视信号后 先变换成上述三种 信号 即Yt R Y t B Y t 再经解码矩阵按公式还原成Rd Bd Gd三基色信号 还原出的R G B信号加到彩色显 象管三个阴极 或者栅极 上 使荧光屏上重现出正确的彩 色图像 采用亮度信号和两个色差信号作彩色电视传输信号的方 式 称为恒亮传输方式 它有利于恒定亮度原理的实现 这 是一个关键性的突破 它有利于彩色电视和黑白电视的兼容

9、这是彩色电视研究成功的重要技术之一 三 彩色电视信号的频带压缩 用亮度信号和色差信号代替三基色信号作为 彩色传送信号 实现了亮度和色度的分离 有利 于恒定亮度原理的实现 这对兼容是有利的 但 是亮度信号和两个色差信号带宽之和仍是黑白电 视信号带宽的3倍 为了兼容 必须对由它们组成 的彩色电视信号的频带进行压缩 利用高频混合 原理与频谱交错原理 成功地将彩色电视信号的 带宽压缩到与黑白电视信号的带宽相同 1 大面积着色原理 黑 白 黑 绿 黑 红 绿 红 黑 蓝 红 蓝 绿 蓝 100 94 90 40 26 23 19 细节色别 通过实验发现 人眼对黑白图像的细节有较高 的分辨力 而对彩色图像

10、的细节分辨力较低 例如 人眼对不同色调的细节分辨力 在同样 亮度下 人们对绿色细节的分辨力较强 而对红 蓝色细节的分辨力较弱 如果人眼对黑 白细节的分辨力定 为100 则实验 测得人眼对各种彩 色细节的分辨能力 如右表所示 从表 中数据可知 人眼 对彩色细节的分辨 力是很差的 这即所谓的 彩色细节失明 当重现彩色图像时 对着色面积较大的各种颜色 全部显示其色度可 以丰富图像内容 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 那么在传送彩色图像时 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信息 而彩

11、色的细节 部分 则可以用亮度信息来取代 例如红色 这样在接收端所恢复的三个基色信号是 R R Y 0 1 3 Y0 6 R0 1 3 Y1 3 6 G G Y 0 1 3 Y0 6 G0 1 3 Y1 3 6 B B Y 0 1 3 Y0 6 B0 1 3 Y1 3 6 最后重现彩色的三个基色信号在0 1 3 MHz频率 范围内含有彩色分量 在1 3 6 MHz 频率范围内只 有亮度信号分量 综上所述可得出个重要结论 色度 信号只需要在图象的大面积部分进行 传送 在图象的细节部分只需传送亮 度信号 不必传送色度信号 这就是 大面积着色原理 根据这一原理 可 用全部视频带宽 例如0 6MHz 传

12、送亮度信号Y 以保证清晰度 可用 较窄的频带 例如0 1 3MHz 传送 两个色差信号 R Y 以进行大面 积着色 2 高频混合原理 人们都有这样的生活经验 在黑白照片上 用 笔粗略地涂上不同的颜色 就成了彩色照片 画一 幅水彩画时 总是先用墨笔描绘出清晰的轮廓 然 后用彩笔进行大面积涂色 整个画面就会给人们以 细节清晰 彩色鲜艳 生活逼真的印象 大量的事 例说明 人眼对彩色细节的分辨力远低于对黑白细 节的分辨力 经测定人眼对亮度细节的分辨力极限 值为1 1 5 对彩色细节的分辨力极限值为6 10 也就是说 人眼较容易辨别出彩色图像细节部分 的明暗程度 而不容易辨出细节的颜色差别 在彩色图像传

13、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 颜色的细节部分 对应于信号的高频部分 可以 用亮度信号来取代 由上式可知 接收端所恢复的三基色信号只 含有较低的频率分量 0 1 3MHz 而它们的 高频部分 1 3 6MHz 则用同一亮度信号的 高频部分来补充 这就是高频混合原理 它是 1950年首先由美国A Bedford提出的 利用这一 原理 既节省了频带 又减轻了亮度信号和色度 信号共用频带而产生的相互干扰 R R Y 0 1 3 Y0 6 R0 1 3 Y1 3 6 G G Y 0 1 3 Y0 6 G0 1 3 Y1 3 6 B B Y 0 1 3 Y0 6

14、 B0 1 3 Y1 3 6 3 频谱交错原理 采用恒亮传输出方式和高频混合措施后 彩色电视信号带 宽等于8 6MHz Y为6MHz B Y 和 R Y 各为 1 3MHz 它还是大于黑白电视信号的带宽 为了兼宽 还 需要进行频带压缩 彩色电视和黑白电视采用相同的带宽 用三基色信 号形成亮度信号和两个色差信号后 都放在0 6 MHz的 频带内用一个通道传送 黑白电视的亮度信号虽然占据了6MHz的带宽 但它 并没有占满 其能量只集中在行频及其谐波附近一段较 小的范围内 在附近并没有亮度信息 在0 6 MHz频带内先选择一个频率称为彩色副载波 用两个色差信号对彩色副载波进行调制 调制后的信 号称为

15、色度信号 将得到的色度信号与亮度信号 同步 信号叠加为彩色全电视信号 再去调制图像载波 称为 二次调制 二次调制后的射频信号经功率放大后发射出 去 3 频谱交错原理 亮度信号频谱 图像信号的频谱待征 以行频及其谐波为中心 形成梳齿状的离散频谱 随着行频谐波次数的增高 谱线幅度逐渐减小 这 说明黑白图像信号的主要能量分布在视频信号的低 频端 无论是静止或活动图像 行频主谱线两旁的副谱线 谐波次数不大于20 各群谱线间存在着很大的空隙 各辅助信号也都是小于6MHz的离散谱 全电视信号具有在0 6MHz范围内 离散分布的频谱结 构 亮度信号的频谱大致为以行频为间隔的一簇簇谱 线群 但图像的变化不是非

16、常激烈时 各谱线群间有 较大的空隙 能量主要分布在以行频及其各次谐波频率为中心的较窄 范围内 电视信号占有0 6MHz的频带宽度 比音频信号的带宽 20Hz 20kHz 大得多 虽然电视图像内容千差万别 但 在0 6MHz的带宽内 电视信号的频谱却有着共同特点 这 是因为 电视图像是按扫描行进行分解和复合的 又是按帧 或场 频重复的 而行 场扫描又具有严格的周期性 因 此虽然电视图像内容是随机的 但电视信号却具有一定的周 期性 这种周期性既表现为行周期性 又表现为场周期性 于是可以用分析非正弦周期性函数的方法来分析电视信号 通过傅立叶变换可知 在隔行扫描情况下 对于垂直方向有 细节变化的静止图像 其频谱成分为 其幅频特性图下页示 由图可见 电视信号的频谱有很强的规律性 整个频 谱由很多谱线簇组成 谱线簇之间有很大的空白区 每个 谱线簇都以行频 或行频的整数倍 为中心 两边分 布有帧频 及其各次谐波分量 当然 这中间也 包括了场频 及其各次谐波分量 通常将行频的整数倍 称为主谱线 主谱线两则的 称为副谱线或旁谱 线 主谱线之间的间隔为行频 副谱线之间的间隔 为帧频 垂直方向有细节变化的静