三章之一兼容制電視編碼原理

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第三章之一兼容制電視編碼原理

3.1兼容制電視編碼原理

3.1.1亮度信號和色差信號

3.1.2正交平衡調(diào)幅制——NTSC制

3.1.3逐行倒相正交平衡調(diào)幅制－PAL制

雙核4D一屏雙顯智能云電視

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3.1兼容制彩色電視機(jī)編碼原理

兼容——是指彩色電視機(jī)能夠收看黑白電視節(jié)目，黑白電視機(jī)也能夠看彩色電視節(jié)目。 滿足兼容的條件： （1）彩色電視機(jī)必須用與黑白電視機(jī)相同的調(diào)制方法和基本參數(shù)，如圖像、伴音的調(diào)制方式，掃描頻率和方式，信號的帶寬等等。 （2）彩電各攝像管得到的三個(gè)基色電信號需要轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號和一個(gè)色度信號。。上述兩個(gè)信號再加上同步、消隱信號等信號合成為彩色全電視信號FBAS。3

1.亮度信號及亮度方程式:

彩電的亮度信號可以用亮度方程來表述：

EY=0.3ER+0.59EG+0.11EB其中：EY亮度信號電平，

ER紅色分量電平，

EG綠色分量電平，

EB藍(lán)色分量電平。

3.1.1亮度信號和色差信號4以彩條圖案為例，若各種顏色的飽和度為100％，則根據(jù)各彩條顏色，根據(jù)三基色原理，可求得相應(yīng)三基色電信號值，再把亮度方程中有關(guān)的分量值ER，EG，EB代入亮度方程式，可求出各彩條對應(yīng)的亮度值EY。根據(jù)表2.2中的數(shù)值，可畫出彩條圖案中的ER，EG，EB

和EY波形。彩條順序：

白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑。

PPT75

以白條為例，當(dāng)ER＝EG＝EB＝1時(shí)，從亮度方程得到EY

＝0.3+0.59+0.11=1。此時(shí)對應(yīng)的各色差信號均為0:ER－Ey＝EG－Ey＝EB－EY＝1-1=0

黃條圖案僅由紅、綠分量組成，ER＝EG＝1，無蘭色成分，EB=0。黃條亮度信號的幅值為：

EY=0.3ER+0.59EG=0.3+0.59=0.89

而黃色條的色差信號: ER-Y=ER－Ey＝1-0.89=0.11 EG-Y=EG－Ey＝1-0.89=0.11 EB-Y=EB－EY＝0-0.89=－0.89

其余色條的EY，ER－Ey，EG－Ey，EB－EY的電信號值依此類推。

各彩條相應(yīng)的波形圖見圖2.10。PPT7PPT76紅綠藍(lán)亮度信號幅度紅色差藍(lán)色差綠色差圖2.10彩條圖案的基色、亮度和色差信號波形圖PPT4PPT57表2.2彩條圖案相應(yīng)電信號值PPT68

2.色差信號

用基色信號減去亮度信號就可以獲得色差信號，其中僅包含色調(diào)和飽和度成分。色差信號基本方程組：紅色差：ER－Ey＝ER－y＝0.70ER－0.59EG－0.11EB

推導(dǎo)：

ER－Ey＝ER－（0.3ER+0.59EG+0.11EB）

=（1-0.3）ER-0.59EG-0.11EB

綠色差：EG－Ey＝EG－Y＝－0.30ER＋0.41EG－0.11EB

藍(lán)色差：EB－EY＝EB－Y＝－0.30ER－0.59EG＋0.89EB

根據(jù)上面的公式，每個(gè)色差信號都可由另兩個(gè)合成得到。由于綠色差信號EG－Y比其它兩個(gè)色差信號幅度小，為保證傳送信號的信噪比，彩電中只傳送紅色色差和藍(lán)色色差信號。若需要綠色差EG－Y，可用亮度方程求得：

EG－Y＝－（0.30/0.59）ER－y－（0.11/0.59）EB－Y

推導(dǎo)：亮度方程EY=0.3ER+0.59EG+0.11EB0.3EY+0.59EY+0.11EY=0.3ER+0.59EG+0.11EB0.3(ER－Ey)+0.59(EG－Ey)+0.11(EB－EY)=0-0.59EG－Y=0.30ER－y+0.11EB－Y9

3.編碼矩陣電路：三基色信號輸入編碼矩陣電路，就可以得到兩個(gè)色差和一個(gè)合成的亮度信號。

圖2.11編碼矩陣電路圖PPT3010

4、頻帶壓縮與大面積著色原理：

由于人眼對色彩細(xì)節(jié)的分辨率遠(yuǎn)低于黑白的分辨率，所以對色差信號而言，只需傳送圖像的輪廓——大面積部分，而不必傳送細(xì)節(jié)，這就是大面積著色原理。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用0－6MHZ帶寬傳送亮度信號，用較窄的頻帶0－1.3MHZ傳送色差信號，用亮度信號的高頻成分來代替色差信號未被傳送的高頻成分，以保證清晰度，這就叫高頻混合原理。11

3.1.2正交平衡調(diào)幅制——NTSC制

NTSC制與SECAM制、PAL制這三種制式之間的主要差別是色差信號對副載波調(diào)制方法不同。

1.頻譜交錯(cuò)原理 亮度信號雖然占據(jù)6MHZ帶寬，但其能量只集中在行頻的n整倍數(shù)及其諧波頻率附近（見圖2.12），在（n－1/2）附近并無亮度信號的能量。因此，可以把色度信號安插到亮度信號譜線中的空隙處，達(dá)到頻譜交錯(cuò)的目的，可以在0-6MHz的頻帶內(nèi)同時(shí)傳送亮度信號和色度信號。這需要用移動(dòng)信號頻譜的調(diào)幅方法實(shí)現(xiàn)。12

圖2.12亮度信號譜線13

2.平衡調(diào)幅 根據(jù)調(diào)幅原理，若調(diào)制信號為：載波信號為：則Es被E1調(diào)幅后，幅度信號表達(dá)式為：式中第一項(xiàng)是載波分量，并不包含要傳送的信息內(nèi)容，在傳送時(shí)可以抑制掉。第二項(xiàng)是調(diào)制乘積，包含需要移頻以及傳送的信息。我們把抑制掉載波分量的調(diào)幅方式稱為平衡調(diào)幅，

這種平衡調(diào)幅波的表達(dá)式：

（2－5）14

為何要采用平衡調(diào)幅呢？在彩電中，用平衡調(diào)幅來實(shí)現(xiàn)亮度信號和色度信號的頻譜交錯(cuò)，不但減少了色度信號的功率，而且還大大減少了載波對亮度信號的干擾。為了實(shí)現(xiàn)頻譜交錯(cuò)，載波fs的選擇應(yīng)滿足半行頻選取原理：

（2-6）15

fs又不能選得太高。根據(jù)頻譜分析，如果在式（2-6）中取n=283，可以使色度信號的插入對亮度信號的干擾基本可以忽略。按此可以得到載波頻率：

fs=(n+1/2)fH=283.5*15625=4.43MHZ

（2-7）使fs安插在亮度頻譜283fH和284fH這兩個(gè)主譜線中間，而其它色度信號的主譜線fs±fH，fs±2fH，…就都落在亮度信號的空隙中。 色度信號的總頻帶寬度為:4.43MHZ±1.3MHZ=3.13MHZ~5.73MHZ16

3.正交平衡調(diào)幅制 由于一個(gè)副載波要調(diào)制紅、蘭兩個(gè)色差信號，而又不應(yīng)相互干擾，所以采用正交法來實(shí)現(xiàn)。即把兩個(gè)色差信號平衡調(diào)幅在頻率相同，相位差90°的副載波上，然后合成一個(gè)已調(diào)制信號輸出，該調(diào)幅方式稱為正交平衡調(diào)幅。 設(shè)副載波cosωst的振幅為1，兩個(gè)正交平衡調(diào)幅后的已調(diào)色差信號分別為：ER－y

cosω

st和EB－ysinω

st則合成后的信號稱為色度信號： (2-8)17圖2.13正交平衡調(diào)幅矢量圖18

F=Fmsin（ωst+φ）

正交平衡調(diào)幅波的振幅Fm決定了彩色的飽和度，相角φ＝tag－1(ER－Y/EB－Y)是色差信號的相對比例，決定了彩色的色調(diào)。100％彩條信號中各彩色所對應(yīng)的矢量振幅（色飽和度）和相角（色調(diào)）見表2.3。

把正交平衡調(diào)幅后所得的色度信號F和亮度信號EY混合相加，就得到

彩色視頻信號e： (2-9)彩色視頻信號大小亦見表2.3。19表2.3各彩色所對應(yīng)矢量的振幅（色飽和度）和相角（色調(diào)）20

4.色度信號幅度的壓縮（圖2.14）從表2.3可知，白色電平幅度為1，黑色電平為0，而黃色條的最高電平Ey+Fm=1.79，超過白電平79%，藍(lán)條的最低電平為－0.79，比同步電平還低。由于色度信號過大易產(chǎn)生失真失步，必須進(jìn)行色度信號幅度的相對壓縮。 規(guī)定壓縮后的兩個(gè)色差信號分別用U、V表示。

藍(lán)色差壓縮系數(shù)0.493，壓縮后藍(lán)色差U＝0.493EB－Y

紅色差壓縮系數(shù)0.877，壓縮后紅色差V＝0.877ER－Y

壓縮后的彩條波形見圖2.14，對照圖2.10中的波形EB－Y和ER－Y，其幅度明顯減少一定的比例。壓縮后的彩色矢量圖見圖2.15。PPT1921圖2.10彩條圖案的基色、亮度和色差信號波形壓縮調(diào)制后的紅色度信號分量Fv=Vcoswst壓縮調(diào)制后的蘭色度信號分量Fu=Usinwst合成的色度信號亮度信號色度＋亮度壓縮的紅色差V＝0.877ER-Y壓縮的蘭色差U＝0.493EB-Y22藍(lán)圖2.15壓縮后的彩色矢量圖23

5.色同步信號

因藍(lán)、紅信號用平衡調(diào)幅方式正交調(diào)制在同一頻率副載波上，在接收端必須有一個(gè)與發(fā)送端副載波嚴(yán)格同頻、同相的副載波信號，通過同步分解，分別將U、V信號還原出來。 但因在發(fā)送端平衡調(diào)幅中將副載波抑制掉了，所以發(fā)送端必須再傳送一個(gè)副載波信號作頻率基準(zhǔn)，供接收端恢復(fù)副載波用，這就是色同步信號。

色同步信號由9－11個(gè)周期的副載波正弦波信號組成（見圖2.16），它位于行消隱脈沖的后肩上，起始于距行同步脈沖前沿滯后5.6us處，其峰值和行同步幅值相等，相位和Fu信號反相，即Fb=Fbmsin(ωst+180°)(1-15)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)極性彩色全電視信號波形見圖2.17。PPT2524圖2.16色同步信號PPT2325圖2.17標(biāo)準(zhǔn)彩條彩色全電視信號波形信號知識12101526

3.1.3逐行倒相正交平衡調(diào)幅制－PAL制

1.逐行倒相和相位失真的補(bǔ)償NTSC制的缺點(diǎn)是相位畸變大，存在色調(diào)失真。 PAL制是在NTSC制上發(fā)展而來，將其中一個(gè)已調(diào)色差信號FV=VCOSωst進(jìn)行逐行倒相，以減少色差信號的相位失真。 PAL制色度信號為： (2-14)逐行倒相減少相位失真的原理見圖2.18。只要色度相位Δφ畸變不太大，利用人眼的生理混色特點(diǎn)，就覺察不出色調(diào)變化。27圖2.18相位失真的補(bǔ)償28

我們把不倒相的行稱為NTSC行，倒相的行稱為PAL行。圖2.20PAL制色同步信號29

3.PAL制編碼器編碼過程（圖2.21） 將三基色電信號ER、EG、EB編制成彩色全電視信號FBAS的過程稱為編碼過程。 （1）ER、EG、EB三基色信號通過編碼矩陣電路變換成亮度信號EY和色差信號ER-Y，EB-Y； （2）將EY放大，與行、場同步和消隱信號ES混合，延時(shí)0.6us，送信號混合電路； （3）將色差信號ER-Y,EB-Y進(jìn)行幅度和頻率壓縮，得到紅色差信號V和蘭色差信號U； 30復(fù)合同步消隱