pal制彩色全电视信号和彩色电视机的基本原理

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1、第五章 PAL制彩色全电视信号和彩色电视机的基本原理,5.1 彩色图像信号分析 5.2 彩色同步信号分析 5.3 彩色全电视信号的波形与特点 5.4 PAL制彩色电视机组成及其原理 复习思考题,5.1 彩色图像信号分析,5.1.1 三基色信号波形分析与参数一、 三基色信号波形及其对应的彩条图形图5-1(a)、 (b)、 (c)分别表示R、 G、 B三基色信号。 它们是由脉冲电路产生的三组不同脉宽相同幅度的方波, 将这三种方波信号加至彩色显像管, 分别控制彩色显像管的三根电子束, 并相应射到红、绿、蓝色荧光粉上, 利用人眼空间混色作用, 在屏幕上依次显示白、黄、青、绿、紫、红、蓝、 黑8种竖条,

2、 分别对应三基色及其补色, 再加上中性色白和黑, 即可构成如图5-1(d)所示的彩条图形。 如果是黑白电视接收机, 则可收看到8根灰度等级不同的竖条。,图 5-1 三基色信号波形及其对应的彩条图形,由图可知: 之所以显示白色, 是因为R=G=B=1, 即等量的红、 绿、 蓝光同时出现混合为白光。 R=G=1, 而B=0, 即等量的红、 绿光混合为黄色光, 所以显示黄条。 对于显示的红色是R=1, G=B=0, 激励显像管R电子枪的电子束, 轰击显示屏的红色荧光粉, 使屏幕发红光的结果。 此时, 绿蓝两电子束截止而不发光。 同理, 可依次推出其它显示的彩条图形。 由于把三基色信号与白条对应的电平

3、定为1, 与黑条对应的电平定为0, 所以, 它们是正极性的基色信号。 二、 彩条信号的规格及主要参数介绍彩条信号是彩色电视中经常使用的一种测试信号, 它有各种形状和规格, 以适应彩色电视系统调整或测试的需要。 在我国, 常用的彩条信号有两种规格:,1. 双数码命名法的彩条信号如图5-1所示, 与白条对应的各基色电平为1, 是基色的最大值, 黑条对应的基色电平为0, 是基色的最小值, 因此, 三基色信号的电平非1即0, 由它们配出来的彩条, 没有掺白, 且幅度最大, 所以称为100%饱和度和100%幅度的标准彩条, 用双数码表示为100/100彩条。如果三基色信号的最大值仍为1, 而最小值为0.

4、05, 黑条对应的各基色电平仍为0, 可见, 其余彩条中, 均含有5%的白光, 如图5-2(a)所示。 我们可以说此种彩条信号幅度仍为100%, 而饱和度却降为95%, 即95/100。 这种表示方法一般指未经校正的基色信号。,2. 四数码命名法的彩条信号四数码命名法的彩条信号, 常用在电视信号的发射、 传送和磁带录像中。 第一个数码表示白条中三基色信号的最大值, 第二个数码表示黑条中三基色信号的最小值, 第三个数码表示各彩条中三基色信号的最大值, 第四个数码表示各彩条中三基色信号的最小值。例如: 100/0/75/0, 此彩条三基色信号波形如图5-2(b)所示。对应的白条有最大值1, 对应的

5、黑条有最小值0, 而6种彩条的三基色信号最大值均为0.75, 最小值均为0。 这种四位数码命名的彩条信号是指已经过校正的。,图 5-2 彩条信号的两种表示法,应当注意:(1) 同样的彩条, 校正前后三基色电平波形不同。(2) 图5-1所示的彩条信号也可用100/0/100/0四位数码来表示, 如果该彩条是经过校正的话。 由于这种彩条波形简单, 便于使用, 一般在彩色电视设备生产和科研中用。 我们在后面研究色差、色度信号时就用这种规格的彩条信号作为标准。(3) 彩条信号的主要参数。 彩条信号的主要参数有相对幅度、 饱和度和频带宽度。 其相对幅度、 饱和度的计算公式如下:,按上述两式可算出, 10

6、0/0/75/0彩条信号的相对幅度为75%, 饱和度为100%。 100/0/100/0彩条信号的相对幅度为100%, 饱和度为100%。,而频带宽度, 可从图5-1分析得知, 绿基色信号频率最低, 每扫一行, 绿黑变化一次(或说0t1时间等于变化周期)。 如果t1正好等于行扫描正程时间52s, 则绿基色信号的重复频率为1/52s, 即19.23 kHz。 彩条三基色信号中蓝基色方波信号重复频率最高, 按同样的算法得其频率为76.92 kHz。 由此可见, 标准彩条信号是一种频率较低的信息, 占有较窄的频带。 5.1.2 标准彩条的亮度与色度信号波形一、 彩条信号的数据计算由于电视台送出的彩色

7、信息是两个色差信号和一个亮度信号, 所以可以根据以上标准彩条的规定, 利用亮度方程算出各种规范彩条的Y、 (R-Y)和(B-Y)。 也可由式(4-2)、 (4-3)、 (4-4)直接算出彩条各色调的色差信号。例如: 在100/0/100/0彩条中, 紫条对应的数据为, R=B=1, G=0, 由式(4-1)算得, Y=0.301+0.590+0.111=0.41是紫条的亮度信号电平。 而 R-Y=1-0.41=0.59B-Y=1-0.41=0.59G-Y=0-0.41=-0.41是紫条对应的三个色差信号的电平。同理, 可算出彩条其余各色调的亮度、色差信号。 我们将计算的数据列入表5-1中。,表

8、5-1 100/0/100/0彩条信号的数据表,按上述方法, 同样可以算出100/0/75/0标准彩条信号的有关数据列入表5-2中。,表 5-2 100/0/75/0彩条信号的数据表,二、 标准彩条的亮度与色差信号的波形根据表5-1的数据可画出其相应的亮度与色差信号波形, 如图5-3所示, 由图可见, 彩条信号的亮度级别是递减的, 但非等亮度级差, 它是一个含有直流分量的正极性亮度信号, 而色差信号却是交流信号。同理, 可按表5-2所列的数据画出100/0/75/0标准彩条的亮度与色差信号波形, 崐见图5-3(b)。 它与100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形相似, 只是幅值不同而已。,

9、图 5-3 亮度与色差信号波形 100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形(b) 100/0/75/0彩条亮度与色差信号波形,图 5-3 亮度与色差信号波形 100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形(b) 100/0/75/0彩条亮度与色差信号波形,5.1.3 彩条图形的色度信号波形特点与矢量图一、 彩条色度信号的矢量图用示波器观察彩条信号的波形虽可以检查鉴定色通道的质量, 但还有很大的局限性, 因为从示波器上看到的彩条信号不能直接告诉我们色度信号相位失真的情况以及由这种失真引起的色调畸变。 为了比较准确地测量色度信号振幅和相位失真的大小, 并确定这些失真对重现彩色图像的影响, 仅靠观察

10、信号的波形还不够, 需要用彩条色度信号的矢量图。 因为色度信号的振幅(饱和度)和相位(色调)失真都可以根据它们矢量位置的变化准确求得, 所以用矢量图研究和分析彩色信号是十分简便和有效的。,彩条色度信号的矢量图, 就是将代表各彩条的色度信号的振幅和相位, 用矢量形式表示在矢量坐标中所得到的矢量图。由式(4-13)我们可得 (5-3) (5-4),例如, 100/0/100/0彩条信号的黄色, 见表5-1, 其R-Y=0.11,B-Y=-0.89, 则有: ,同理, 我们将表5-1中各色度信号的幅值与初相数值列在表5-3中。,表 5-3 未压缩100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角,根据

11、上表数据, 可以画出标准彩条色度信号的矢量图如图5-4所示。由图可以得出以下结论:(1) 不同色调的矢量处在平面不同位置上。 正如时钟用不同方位代表不同时刻一样, 在彩色电视中也仿此法, 用不同方位来表示不同色调。 因此, 我们常称色度信号矢量图为“彩色钟”。(2) 虽然被传送的彩色都是100%饱和度, 但色度信号的长度不尽相同，只有互补的两个彩色矢量长度是相同的, 因为互补的二色相加应为白色, 即此二色的色度信号矢量之和应为零。,(3) 色调相同而饱和度不同的彩色, 其色度信号的初相角不变, 仅仅矢量大小改变。 例如, 幅度仍为100%, 而饱和度为50%的黄色, 其三基色信号相对幅度应为R

12、=G=1, B=0.5(相当含有50%的混合白光), 可算得Y=0.945, 而R-Y=0.055, B-Y=-0.445, 则F黄0.45, 黄=173。此例说明, 同样是黄色, 若色调不变, 则R-Y、 B-Y比例不变, 角不变, 饱和度不同, 则R-Y与B-Y的大小变了, 即色度信号的幅度变了。这进一步证明了色度信号的模值F表示被传送彩色的饱和度, 而色度信号的相角表示色调。(4) 白色与黑色不算彩色, 其饱和度为零, 是矢量图的原点。 可见, 矢量图上各矢量的大小就表示饱和度的变化, 饱和度愈低, 越趋向原点。,(5) 在矢量图中, 任意两个矢量相加可得第三个矢量, 合矢量表示该两种彩

13、色混合后的色调。 如红加绿, 可得黄色, 这样比用公式计算要方便得多。色度信号还有另一种经过幅度压缩的, 见式(4-23)。 我们也可将100/0/100/0彩条信号的已压缩色度信号幅度与初相角计算出来, 并列入表5-4中, 该色度信号矢量图画于图5-5中, 它们表示“彩色钟”, 我们常称它为U、 V面彩色钟。,图 5-4 未压缩色度信号的矢量图,图5-5 压缩后的色度信号矢量图,最后顺便指出: 显示彩色色度信号矢量图的专门仪器叫做矢量示波器, 将彩条色度信号送至矢量示波器中, 在荧光屏上就能显示如图5-4或图5-5所示的矢量图, 彩色的饱和度失真表现为矢量长度的变化, 彩色的色调失真表现为矢

14、量相位的变化。 当矢量偏离原来的位置愈远, 表示色调失真愈严重。 为了便于鉴别, 通常在矢量示波器荧光屏上放置一个透明刻度板, 其上标明各种彩条色度信号矢量的正确位置和误差刻度, 所以, 从刻度板就可直接读出矢量幅度和相位失真的数值。 由于用矢量示波器来检查色度信号失真是非常简便明确, 因此, 矢量示波器是研究色度信号、调整和维修彩色电视设备十分有用的仪器, 在彩色电视台和电视设备制造厂中得到广泛的应用。,表 5-4 压缩后的100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角,二、 色度信号波形与特点根据表5-3、表5-4便可画出色度信号及红、 蓝色度分量的波形图如图5-6所示。 为比较方便,

15、图中用同一符号表示压缩前后相应的信号波形。由图我们可以看出色度信号波形有以下几个特点:(1) 压缩前后的V、 U色差信号, 对互相正交的副载波实现平衡调幅, 所得的已调色度信号的两分量, FV与 FU 仍然是互相正交的。 即使FV分量要逐行倒相, 仍与FU保持正交关系。,图 5-6 100/0/100/0彩条色度信号波形图 (a) 未压缩的色度信号波形 (b) 已压缩的色度信号波形,(2) 色差信号是对彩色副载波进行平衡调幅, 因此, 具有平衡调幅波的特点。调制信号V或U经过零点时, 已调波的相位将产生180相位移, 其振幅由V与U的大小决定。 对应调制信号为零的部分, 已调波也为零。 它不含

16、有载波分量。(3) 色度信号波形包络正比于两个色度分量合成矢量的模值。 色度信号的相位取决于两个色度分量之比的反正切。,5.1.4 彩条图形的复合图像信号波形彩色图像信号包括亮度信号与色度信号。从频域来看, 亮度信号与色度信号频谱交错 从时域来看, 色度信号叠加在亮度信号电平上, 它们叠加后的信号波形如图5-7所示。它们与扫描所需的同步信号、 色同步信号以及消隐信号合成了彩色全电视信号(即FBAS), 再去调制图像载波。 我国彩色电视标准中规定, 采用负极性调制。 负极性亮度信号仍以扫描同步电平最高为100%, 黑电平为76%, 白电平最低为20%, 以便于增大色度信号不失真的动态范围。,图

17、5-7 色度信号已压缩的100/0/100/0彩条信号波形图,由于原先规定正极性亮度信号最高电平为“1”, 最低电平为“0”, 为了便于比较, 在图5-7的波形右边加了一条向下的倒坐标轴, 其刻度仍以“0”表示黑色电平, “1”表示白色电平。 由图可知, 色度压缩 蓝、 红色度信号不超过同步电平, 而黄、 青色度信号也不低于0电平。 从而避免了黄、 青色度信号使调制器产生过调制, 即调制信号包络将会在色度信号超过1.35值时产生削波失真 同时避免了由于红、 蓝色度信号高于扫描的同步电平而干扰和破坏接收机的扫描同步。 压缩后的彩色图像信号动态范围未超过黑白电视所允许的最大动态范围, 即色度信号与亮度信号叠加后, 不超出黑白电视信号的最大动态范围, 从而保证了彩色电视与黑白电视相兼容。,