第2.4節(jié)色度信號(hào)與色同步信號(hào)

1、第第2.4節(jié)節(jié) 色度信號(hào)與色同步信號(hào)色度信號(hào)與色同步信號(hào)本節(jié)要點(diǎn)：本節(jié)要點(diǎn)：1、掌握平衡正交調(diào)幅原理、特性以及色度信號(hào)的形成。2、理解同步信號(hào)的作用、同步檢波原理。3、繪出彩條波形及矢量圖。內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：一 色度信號(hào)的形成二同步檢波原理三 色同步信號(hào)四 彩條對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形及矢量圖一、 色度信號(hào)形成 色度信號(hào)：將兩個(gè)色差信號(hào)分別對(duì)正交的兩個(gè)副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅而得到的信號(hào)。1.平衡調(diào)幅：平衡調(diào)幅又稱為抑制載波調(diào)幅。 抑制載波調(diào)幅可以抑制色度信號(hào)對(duì)亮度信號(hào) 的干擾并節(jié)省發(fā)射功率。設(shè)用色差信號(hào)uR-Y=(R-Y) cost對(duì)載波 uSC=USC cosSCt進(jìn)行調(diào)幅， 則調(diào)幅后信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

2、coscos()cos() 22AMSCSCSCSCmmuUttt式中， m=(R-Y)USC。 上式表明調(diào)幅波包含了三個(gè)頻率： 載波頻率SC和兩個(gè)邊頻頻率SC。 因?yàn)檩d頻SC上不帶任何信息， 所以把載頻抑制掉可以節(jié)省發(fā)射功率。 載頻抑制后成為平衡調(diào)幅波， 平衡調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為cos()cos() 22coscos()coscoscosBMSCSCSCSCSCSCmmUttmUttRYttt 上式表明用一個(gè)乘法器將色差信號(hào)與載波相乘就可以得到平衡調(diào)幅波， 如下頁圖所示。 平衡調(diào)幅波有如下特點(diǎn)： (1) 平衡調(diào)幅波不含載波分量。（由于抑制了載波，可使傳送同樣信息能量所需功率大為減少，減少副載

3、波對(duì)亮度過信號(hào)的干擾。） (2) 平衡調(diào)幅波的極性由調(diào)制信號(hào)和載波的極性共同決定， 如兩者之一反相， 平衡調(diào)幅波的極性反相； 色差信號(hào)(調(diào)制信號(hào))通過0值點(diǎn)時(shí)， 平衡調(diào)幅波極性反相180。（在例子中：調(diào)幅信號(hào)為正值時(shí)，平橫調(diào)幅波與載波同相；調(diào)幅信號(hào)為負(fù)值時(shí)，平橫調(diào)幅波與載波反相。） 圖 3-3 平衡調(diào)幅波 (a) 色差信號(hào)(調(diào)制信號(hào))； (b) 副載波信號(hào)； (c) 平衡調(diào)幅波B YsinSCt0000.89180(a)0180018000.30.590.590.30.89 0.89 0.590.30.59 0.30.89B Y sinSCt(b)(c)v (3)平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號(hào)幅度

4、的絕對(duì)值成正比，與載波振幅無關(guān)。 傳送圖像的色差信號(hào)為零時(shí)， 平衡調(diào)幅波的值也為零， 這樣可以節(jié)省發(fā)射功率，減少了色度信號(hào)對(duì)亮度信號(hào)的干擾。 (4) 平衡調(diào)幅波的包絡(luò)不是調(diào)制信號(hào)波形， 不能用普通的包絡(luò)檢波方法解調(diào)， 只能采用同步檢波器在原載波的正峰點(diǎn)上對(duì)平衡調(diào)幅波取樣， 才能得到原調(diào)制信號(hào)。 為了在同一頻帶內(nèi)傳送兩個(gè)色差信號(hào)R-Y和B-Y， 要將兩個(gè)色差信號(hào)進(jìn)行正交平衡調(diào)幅， 這就是用兩個(gè)色差信號(hào)R-Y和B-Y分別對(duì)頻率相同、 相位相差90的兩個(gè)色副載波cosSCt和sinSCt進(jìn)行平衡調(diào)幅， 然后相加成色度信號(hào)。 下頁圖是正交平衡調(diào)幅器方框圖， 由兩個(gè)平衡調(diào)幅器、 一個(gè)副載波90移相器和一

5、個(gè)線性相加器組成。2.正交平衡調(diào)幅器色度信號(hào)的形成正交平衡調(diào)幅器色度信號(hào)的形成 圖 正交平衡調(diào)幅色度信號(hào)形成框圖正交平衡調(diào)幅色度信號(hào)形成框圖 (a) 正交平衡調(diào)幅器； (b) 色度信號(hào)矢量圖RYRY平 衡 調(diào) 幅FRY(RY )cosSCtcosSCt90移 相sinSCtBYBY平 衡 調(diào) 幅(BY )sinSCt(a)(b)BYF 設(shè)副載波的幅值為1， 色差信號(hào)B-Y與副載波sinSCt在平衡調(diào)幅器中相乘后得到平衡調(diào)幅信號(hào)（B-Y） sinSCt。 副載波sinSCt經(jīng)90移相器后， 變成cosSCt， 與色差信號(hào)R-Y在平衡調(diào)幅器相乘后得到平衡調(diào)幅信號(hào)（R-Y） cosSCt， 然后在線

6、性相加器中相加， 就得到色度信號(hào)： 22()sin()cos()() sin()sin()SCSCSCmSCFBYtBYtBYRYtFt式中 22()()arctanmFBYRYRYBY（R-Y）（B-Y）Fm彩色矢量圖 圖中對(duì)角線的長(zhǎng)度代表色度信號(hào)的幅值， 而是F的相角。 將色度信號(hào)F和亮度信號(hào)Y以及同步、 消隱等信號(hào)混合， 就得到了彩色全電視信號(hào)。 色度信號(hào)的振幅和相角之中包含了彩色圖像的全部色度信息, 振幅Fm取決于色差信號(hào)的幅值， 決定了所傳送彩色的飽和度； 而相角取決于色差信號(hào)的相對(duì)比值， 決定了彩色的色調(diào)。 也就是說， 色度信號(hào)是一個(gè)既調(diào)幅又調(diào)相的波形， 其幅值傳送了圖像的色飽和度

7、， 其相位傳送了圖像的色調(diào)。 同步檢波是利用兩個(gè)色度分量FU和FV的相位差來解調(diào)出色差信號(hào)的，也稱為同步解調(diào)。要從彩色全電視信號(hào)中獲得兩個(gè)色差信號(hào)，首先必須把色度信號(hào)從全電視信號(hào)中分離出來，然后送同步檢波電路，利用兩個(gè)色度分量FV、FU的相位差來解調(diào)出色差信號(hào)的。其解調(diào)原理如圖示。二、二、 色度信號(hào)的同步檢波原理色度信號(hào)的同步檢波原理同步檢波同步檢波方框圖 同步檢波器可看成兩個(gè)受副載波控制的開關(guān)，如下圖所示。開關(guān)工作特點(diǎn)是，當(dāng)副載波為正的最大值時(shí)，開關(guān)閉合，其余時(shí)間開關(guān)斷開。將色度信號(hào)F = U sinSCt + V cosSCt 送入這兩個(gè)同步檢波開關(guān)。在FU = U sinSCt分量出現(xiàn)最

8、大值時(shí)，U同步解調(diào)開關(guān)閉合，這時(shí)FV分量恰好為零，從而把U分量解調(diào)出來。同理亦可解調(diào)出V分量。由于控制同步檢波的副載波必須與被檢波的色度信號(hào)相位相同，所以稱同步檢波。其對(duì)應(yīng)波形如 圖2-11所示。 同步檢波開關(guān)控制原理圖 式中U / 2 是解調(diào)輸出的色差信號(hào)，頻帶為0 1.3 MHz；其余兩項(xiàng)為副載波的諧波成分，頻率為副載波的二倍，很容易用低通濾波器將其濾除，從而得到色差信號(hào)。 同理，用cosSCt與F相乘，經(jīng)低通濾波器提取出V / 2色差信號(hào)分量。 同步檢波的數(shù)學(xué)分析同步檢波的數(shù)學(xué)分析 三、 色同步信號(hào)1、 色同步信號(hào)的功用 是作為接收機(jī)恢復(fù)彩色副載波的相位基準(zhǔn)是作為接收機(jī)恢復(fù)彩色副載波的相

9、位基準(zhǔn) 在同步解調(diào)過成中，需要一個(gè)與發(fā)送端同頻、同相的副載波。 在彩色電視中, 色差信號(hào)對(duì)彩色副載波均采用正交平衡調(diào)幅方式, 即發(fā)送時(shí)抑制了彩色副載頻。接收端在同步解調(diào)時(shí), 必須恢復(fù)彩色副載波并與發(fā)端所用的基準(zhǔn)副載波的頻率、 相位保持一致, 才能保證屏幕上的彩色穩(wěn)定, 即所謂的彩色同步。所以在彩色電視接收機(jī)中需要設(shè)置一個(gè)副載波產(chǎn)生電路（副載波恢復(fù)電路）。為保證所恢復(fù)副載波與發(fā)端的副載波同頻、同相，需要發(fā)端在發(fā)送彩色全電視信號(hào)的同時(shí)發(fā)出一個(gè)能 反映發(fā)端副載波頻率與相位信息的反映發(fā)端副載波頻率與相位信息的“色同步色同步信號(hào)信號(hào)”，以使電視接收機(jī)中的副載波恢復(fù)電路所產(chǎn)生的恢復(fù)副載波與發(fā)端的副載波同步

10、。因此, 發(fā)送端所提供的色同步信號(hào)為接收機(jī)恢復(fù)副載波提供一個(gè)頻率與相位基準(zhǔn)。2、 色同步信號(hào)波形 色同步信號(hào)是在每行逆程期中, 即行消隱后肩的消隱電平上傳送911個(gè)周期的基準(zhǔn)副載波, 如圖所示。 所以, 色同步信號(hào)的寬度為2.250.23s, 波形對(duì)稱于黑色電平, 與行同步前沿間隔為5.60.1s, 色同步脈沖的幅度與行、 場(chǎng)同步脈沖的相同, 占電視圖像信號(hào)幅度(包括同步頭)的25%, 如果電視圖像信號(hào)的峰峰值是1V, 則色同步脈沖的幅度將是0.3 V9 mV。 圖 色同步信號(hào)波形色同步信號(hào)的幅度與行步脈沖幅度相等。若以h表示同步脈沖幅度，F(xiàn)b表示色同步信號(hào)，則 色同步信號(hào)與彩色電視信號(hào)一起傳

11、送到接收端，彩色電視機(jī)將其從彩色電視信號(hào)中分離出來，去控制接收機(jī)的副載波發(fā)生器，使之產(chǎn)生與發(fā)送端副載波同頻、同相的恢復(fù)副載波。再將此恢復(fù)副載波加于同步檢波電路，從而解調(diào)出色差信號(hào)。1.5s行消隱1.5s黑電平四、四、彩條圖形的色度信號(hào)波形特點(diǎn)與矢量圖A、未壓縮彩條信號(hào)（、未壓縮彩條信號(hào)（ 100-0-100-0 ）：）：1、彩條圖形的色度信號(hào)波形及特點(diǎn) 下面分別給出了全電視信號(hào)合成原理圖，100-0-100-0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的亮度信號(hào)、 色度信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的數(shù)據(jù)以及未壓縮未壓縮標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的基色信號(hào)和色差信號(hào)波形圖。編碼矩陣RGBBYRYF付載波發(fā)生器90移相YFb彩色全電視信號(hào)全電視信號(hào)合成原

12、理圖22()()arctanmFBYRYRYBY22() sin() cos()()sin()sin()SCSCSCmSCFBYtBYtBYRYtFt注：圖中的c即公式中的Fm 即Y =0.30R + 0.59G + 0.11BR-Y=0.70R - 0.59G - 0.11BB-Y= - 0.30R - 0.59G + 0.89BG-Y = - 0.30R + 0.41G - 0.11B下表計(jì)算所用的計(jì)算公式：下表計(jì)算所用的計(jì)算公式：計(jì)算舉例例如, 100/0/100/0彩條信號(hào)的黃色, 見表5-1, 其R-Y=0.11, B-Y=-0.89, 則有：:17389.011.09 .0)89.

13、0(11.022arctgF黃黃資料資料1 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)數(shù)據(jù) 根據(jù)上表作出的彩色電視信號(hào)的波形。100-0-100-0規(guī)格的三基色彩條RY色差信號(hào)的平衡調(diào)幅波形BY色差信號(hào)的平衡調(diào)幅波形色度信號(hào)的特點(diǎn) 周期性 奇諧對(duì)稱 無直流復(fù)合色度信號(hào)形成彩色全電視信號(hào)的形成圖 負(fù)極性100%幅度彩條波形圖 （c）Y+F+Fb+S信號(hào) （a）Y+Fb+S信號(hào)（b）色度信號(hào)FB、 色度信號(hào)幅度壓縮色度信號(hào)幅度壓縮 從表和圖中可看出， 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的電平范圍大大超過了黑白電視所規(guī)定的范圍。 對(duì)正極性標(biāo)準(zhǔn)黑白電視信號(hào)黑電平為0、 白電平為1。 而在表、圖中， 黃、 青、 綠、紫、 紅、 藍(lán)都超過了

14、黑白電平， 其中黃色電平最高為1.79， 超過了79%， 而紅、 藍(lán)條的最小數(shù)值又分別比黑電平低46%和79%。 如果彩條信號(hào)未壓縮，則會(huì)造成藍(lán)、紅條彩條信號(hào)幅度高于同步脈沖幅度，破壞同步。 黃條、青條信號(hào)低于白色電平，甚至小于0，可使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生過調(diào)制，造成圖像失真，伴音中斷。青條： 0.701.33 黃條： 0.891.33 可以算出： a0.877 ，b0.493（也可以紅、藍(lán)條的負(fù)峰值不低于-1.33計(jì)算，結(jié)果相同，這里從略）壓縮的彩條信號(hào)及壓縮系數(shù)的計(jì)算壓縮的彩條信號(hào)及壓縮系數(shù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)彩條信號(hào)的最高電平不超出白電平的33和最低電平不低于-33時(shí)，可以適應(yīng)發(fā)射機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍而不致

15、影響接收機(jī)同步。故以此確定壓縮系數(shù)。設(shè)R-Y的壓縮系數(shù)為a，B-Y的壓縮系數(shù)為b；以黃、青條正峰值不超過1.33，列方程計(jì)算出a和b值：， 實(shí)際中采用V、U符號(hào)代表已壓縮的R-Y和B-Y色差信號(hào)，即：Va(R-Y)0.877(R-Y)Ub(B-Y)0.493(B-Y) 壓縮后的色度信號(hào)Fc為：壓縮彩條信號(hào)（壓縮彩條信號(hào)（ 100-0-100-00）： 下面分別給出了全電視信號(hào)合成原理圖，100-0-100-0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的亮度信號(hào)、 色度信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的數(shù)據(jù)以及壓縮壓縮標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的基色信號(hào)和色差信號(hào)波形圖與矢量圖。（c）Y+F+Fb+S信號(hào) （a）Y+Fb+S信號(hào)（b）色度信號(hào)F 2、 彩條

16、色度信號(hào)的矢量圖用示波器觀察彩條信號(hào)的波形雖可以檢查鑒定色通道的質(zhì)量, 但還有很大的局限性, 因?yàn)閺氖静ㄆ魃峡吹降牟蕳l信號(hào)不能直接告訴我們色度信號(hào)相位失真的情況以及由這種失真引起的色調(diào)畸變。 為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量色度信號(hào)振幅和相位失真的大小, 并確定這些失真對(duì)重現(xiàn)彩色圖像的影響, 僅靠觀察信號(hào)的波形還不夠, 需要用彩條色度信號(hào)的矢量圖。 因?yàn)樯刃盘?hào)的振幅(飽和度)和相位(色調(diào))失真都可以根據(jù)它們矢量位置的變化準(zhǔn)確求得, 所以用矢量圖研究和分析彩色信號(hào)是十分簡(jiǎn)便和有效的。 彩條色度信號(hào)的矢量圖, 就是將代表各彩條的色度信號(hào)的振幅和相位, 用矢量形式表示在矢量坐標(biāo)中所得到的矢量圖。由式(4-13)

17、我們可得 YBYRarctg 例如, 100/0/100/0彩條信號(hào)的黃色, 見表5-1, 其R-Y=0.11, B-Y=-0.89, 則有:17389. 011. 09 . 0)89. 0(11. 022arctgF黃黃22)()(YBYRF 同理, 我們將表中各色度信號(hào)的幅值與初相數(shù)值列在表中。表 未壓縮100/0/100/0彩條信號(hào)的合成矢量及相位角圖 5-4 未壓縮色度信號(hào)的矢量圖 根據(jù)上表數(shù)據(jù), 可以畫出標(biāo)準(zhǔn)彩條色度信號(hào)的矢量圖如圖所示。由圖可以得出以下結(jié)論:(1) 不同色調(diào)的矢量處在平面不同位置上。 正如時(shí)鐘用不同方位代表不同時(shí)刻一樣, 在彩色電視中也仿此法, 用不同方位來表示不同

18、色調(diào)。 因此, 我們常稱色度信號(hào)矢量圖為“彩色鐘”。(2) 雖然被傳送的彩色都是100%飽和度, 但色度信號(hào)的長(zhǎng)度不盡相同，只有互補(bǔ)的兩個(gè)彩色矢量長(zhǎng)度是相同的, 因?yàn)榛パa(bǔ)的二色相加應(yīng)為白色, 即此二色的色度信號(hào)矢量之和應(yīng)為零。 (3) 色調(diào)相同而飽和度不同的彩色, 其色度信號(hào)的初相角不變, 僅僅矢量大小改變。 例如, 幅度仍為100%, 而飽和度為50%的黃色, 其三基色信號(hào)相對(duì)幅度應(yīng)為R=G=1, B=0.5(相當(dāng)含有50%的混合白光), 可算得Y=0.945, 而R-Y=0.055, B-Y=-0.445, 則F黃0.45, 黃=173。此例說明, 同樣是黃色, 若色調(diào)不變, 則R-Y、

19、B-Y比例不變, 角不變, 飽和度不同, 則R-Y與B-Y的大小變了, 即色度信號(hào)的幅度變了。這進(jìn)一步證明了色度信號(hào)的模值F表示被傳送彩色的飽和度, 而色度信號(hào)的相角表示色調(diào)。(4) 白色與黑色不算彩色, 其飽和度為零, 是矢量圖的原點(diǎn)。 可見, 矢量圖上各矢量的大小就表示飽和度的變化, 飽和度愈低, 越趨向原點(diǎn)。 (5) 在矢量圖中, 任意兩個(gè)矢量相加可得第三個(gè)矢量, 合矢量表示該兩種彩色混合后的色調(diào)。 如紅加綠, 可得黃色, 這樣比用公式計(jì)算要方便得多。色度信號(hào)還有另一種經(jīng)過幅度壓縮的。我們也可將100/0/100/0彩條信號(hào)的已壓縮色度信號(hào)幅度與初相角計(jì)算出來, 該色度信號(hào)矢量圖畫于下頁圖中, 它們表示“彩色鐘”, 我們常稱它為U、 V面彩色鐘。 表 壓縮后的100/0/100/0彩條信號(hào)的合成矢量及相位角圖5-5 壓縮后的色度信號(hào)矢量