电视原理_彩色电视制式与彩色电视信号

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1、 第二章 第一节 彩色电视制式与彩色电视信号 1. 解现彩色电视制式制定的先决条件。 2. 解大面积着色和频谱交错原对实现彩色电视信号传送的论指导意义。 2.1.1 兼容的必备条件 2.1.2 大面积着色原 2.1.3 频谱交错原 21 兼容制彩色电视系统的传送方式 彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的。在彩色电视的发展过程中，必然会在相当 长的一段时间内，黑白电视与彩色电视同时并存的情况，所以必须研究彩色电视与黑白电视的 “兼容问题。所谓的兼容，就是黑白电视机可以收看到彩色电视系统所发射彩色电视信号（当 然，所看到图像仍然是黑白图像。 ） ；彩色电视机可以收看到黑白电视系统所发射黑白电视信

2、号 （当然，所看到图像也是黑白图像。 ） 。 2.1.1 兼容的必备条件 (1) 所传送的彩色电视信号中应有信号和色信号两部分。 信号包含彩色图像 的信息，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；色信号包含彩色图像的色调与饱和等信息，被彩色电视机接收后，与信号一起 经过处后显示出彩色画面。另外，彩色电视机接收到黑白电视信号后，也能显示出与黑白电 视机基本相同的图像。 (2) 彩色电视信号通道的频特性应与黑白电视通道频特性基本一致。 应该有相同的频 带宽、图像载频和伴音载频。图像和伴音的调制方式应黑白电视系统相同，且频道间隔相同 (8MHz)。 (3) 彩色电

3、视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频，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所受到（彩色信号的）干扰，以及彩色电 视中色信号对信号的干扰。 在以上各条中，要实现扫描方式和扫描频一致、具有相同的图像及伴音载频相对较容 。困难的是如何形成与色信号；如何保证彩色与黑白电视具有相同的频带宽，并尽 可能地在减少干扰的情况下传送这些信号。 2.1.2 大面积着色原 人眼视觉特性的研究表明，人眼对黑白图像的细节有较高的分辨，而对彩色图像的细 节分辨较低，这即所谓的“彩色细节失明 。 内容扩展 因而，当重现彩色图像时，对着色面积较大的各种颜色，全部显示其色可以丰富图像 内容，

4、而对彩色的细节部分，彩色电视可必显示出色的区别，因为人眼已能辨认它们之 间的色的区别，只能感觉到它们之间的同。这就是大面积着色原的依据。 在彩色图像传送过程中，只有大面积部分需要在传送其信息的同时还必须传送其色 成分。颜色的细节部分(对应于信号的高频部分)，可以用信号来取代。这种方法又常称为 “高频混合原 。 电视图像的水平清晰是和信号的频带宽成正比的。水平清晰每增加 80 线，相当于 视频带宽增加 l MHz，因而可用 6MHz 带宽传送信号，而用窄带传送色信号。 经过对许多正常视的人统计，使用 l MHz 带宽传送色信号，所获得的彩色图像 88 的人会感到满意，用 2MHz 带宽传送色信号

5、，几乎所有的人都会对所获得的彩色效果满 意。我国电视制式规定: 色信号的频带宽为 1.3MHz。 2.1.3 频谱交错原 根据大面积着色原和高频混合原，色信号的带宽虽可以大大地压缩，但是彩色电 视信号中的信号频谱已占有 6MHz 带宽，把已压缩的色信号直接与信号混合，由 于信号和色信号在时域和频域均有重叠，会出现严重的相互干扰。我们知道，信号 的频谱具有间隙很大梳齿状特征，因而只要设法将色信号插到信号频谱的空隙中，实现 “频谱交错 ，这样即可使色信号占有额外的频带，又可避免、色信号间的干扰，使 彩色电视信号仍然 6MHz 的频带范围，从而满足与黑白电视的兼容条件. 要实现“频谱交错 ，需将色信

6、号的频谱移动半频（fH/2）的奇数倍，使色信号 的频谱与信号的频谱错开（为与黑白电视兼容，能移动信号的频谱） 。实现的办法 是，选择一个合适的载频 fSC （色副载波） ，将色信号调制在这个副载波上，即可将色 信号的频谱搬移到合适位置上。 （图 2-1） 第二章 第二节 亮度信号与色差信号 1.掌握亮度、色差信号物理含义及它们与基色信号的关系。 2.能绘出标准彩条的亮度和色差信号波形。 2.2.1 亮度、色差与 R、G、B 的关系 2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形与特点 22 亮度信号与色差信号 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只反映图像亮度的 亮度信号，以

7、 Y 表示，其特性应与黑白电视信号相同。同时还需传送色度信息，常以 F 表示。 根据三基色原理，必须传送反映 R、G、B 三个基色的信息。亮度方程 Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B 告诉我们在 Y、R、G、B 这 4 个变量中，只有 3 个是独立的。所以只要在传送 Y 的同时，再传送三个基色中的任意两个即可。注： （此处的亮度信号 Y、基色信号 R、G、B 指的是已经过光 电转换后的电信号。 ） 由于每个基色信息中都含有亮度信息，如果直接传送基色信号，已传送的亮度信号 Y(为 各基色亮度总和)与所选出的两个基色所包含的亮度参量就重复了，因而使得基色与亮度之间的 相互干扰也会十

8、分严重。所以通常选择不反映亮度信息的信号传送色度信息，例如基色信号与 亮度信号相减所得到的色差信号(R-Y)、(G-Y)和(B-Y)，可从中选取两个代表色度信息。因此， 在彩色电视系统中，为传送彩色图像，选用了一个亮度信号和两个色差信号。 221 亮度、色差与 R、G、B 的关系 由亮度方程： Y =0.30R + 0.59G + 0.11B （2 -1） 可得色差信号： R-Y=R -（0.30R + 0.59G + 0.11B）=0.70R - 0.59G - 0.11B （2-2a） G-Y=G -（0.30R + 0.59G + 0.11B）= - 0.30R + 0.41G - 0.

9、11B （2-2b） B-Y=B -（0.30R + 0.59G + 0.11B）= - 0.30R - 0.59G + 0.89B （2-2c） 内容扩展 三个色差信号中只有二个是独立的， 常选用(R - Y)和(B - Y)两个色差代表色度信号。 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。 在已知(R - Y)和(B - Y)的情况下，可以容易地求得(G-Y)。 令：Y =0.30Y + 0.59Y + 0.11Y，并与亮度方程相减： 0.30（R-Y）+ 0.59（G-Y）+ 0.11 （B-Y）=0 得： （2-3

10、） 传送 Y、 R-Y、 B-Y (R-Y)+Y =R ，(G-Y)+Y =G ，(B-Y)+Y =B，即可恢复出基色信 号 在接收端根据上式先用矩阵电路解出(G-Y)，再运算： 设 RGBEx，则利用亮度方程 可求得： Y =0.30 Ex+0.59 Ex +0.11 Ex = Ex，R-Y= Ex - Ex =0，B-Y= Ex - Ex =0. 对于黑白电视 信号，反映色度的信号为零，表明具有很好的兼容性 在传送黑白电视图像时，R、G、B 应相等，因而色度信号为零。 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

11、相等的三基色显所组成的白色成分。若三个值中 有一个或两个为零，则所传送的彩色为饱和色。 内容扩展 比如传送饱和黄色，RG1、B0，其亮度信号和色差信号分别为： Y = 0.30 + 0.59 = 0.89， R - Y =1 - 0.89 = 0.11， B - Y = 0 - 0.89 = -0.89， 此时，(R - Y)和(B - Y)均不为零。 此外，在不计显像管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，也不会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。

12、 证明： 以 Y =0.30R0 + 0.59G0 + 0.11B0=Y0 表示摄像端获取的原景物亮度，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，可能因混入了某种干扰 而使幅度有所变化。用于重现彩色图像的三基色信号分别为： Rd =（R-Y）t+Y t ； Bd =（B-Y）t +Y t Gd =-0.51（R-Y）t -0.1-（B-Y）t +Y t 。 因为不计入显像管失真，所以显示的亮度 Yd 将为： Yd = 0.30Rd +0.59 Gd +0.11Bd=Y t 。 可见重现的亮度 Yd 只与所传送的到接收端的亮度

13、信号 Y t 有关， 即实观了恒定亮度传输。 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)，恒定亮度原理将不再满足，但 影响不大。 2.2.2 标准彩条亮度与色差信号的波形与特点 标准彩条信号是由彩条信号发生器产生的一种测试信号。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。 标准彩条信号是由三个基色、三个补色、白色和黑色，依亮度递减的顺序排列的 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。标准彩条 信号有多种规范，如 “100幅度、100饱

14、和度”彩条，这种规范中白条电平为 1，黑条电平为 0，三基色信号的电平非 1 即 0。(图 2-2) 但此类彩条色度信号幅度较大， 与亮度信号叠加后会造成信号动态范围过大而产生失真。故我国规定使用 75%幅度、100饱和度信号作为标准测试信号。(图 2-3) 表 2-1 100%幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值 表 2-2 75%幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值 标推彩条信号还可以用另一种由四个数码表示的命名法。内容扩展 例如 l00-0-100-0 彩条信号、100-0-75-0 彩条信号等。在四位数码中，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

15、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。例如，若组成白条的基色 信号的幅度为 1，则 100-0-75-0 彩条的各基色幅度为：白条信号为 1；黑条信号为 0；对应的各 彩条信号的最大值为 0.75，最小值为 0。 彩条信号由四个数码命名时，其百分比幅度和饱和度可以这样计算： 饱和度%=1-(Emin / Emax)r100%； （2-4） 幅度%=Emin / EW100%。 （2-5） 式中，Emin 和 Emax 分别对应彩条信号 R、G、B 的最大值和最小值；EW 为白条所对应 的 R、G、B 的信号幅度。 第二章 第三节 色度信号与色同步信号 1. 掌握平衡正交调幅原理、特性以及色度信号的形成。 2. 理解同步信号的作用、同步检波原理。 3. 绘出彩条波形及矢量图。 2.3.1 色度信号的形成 2.3.2 同步检波原理 2.3.3 色同步信号 2.3.4 彩条对应的信号波形及矢量图 23 色度信号与色同步信号 为了实现频谱交错，须将色差信号调制到副载波上。而色差信号有两个(R-Y 和 B-Y)，若 分别调制到不同的副载波上，同时传输时会使带宽增加，所以需要进行编码处理，处理方式的 不同从而产生了不同的彩