《電視機(jī)原理與技術(shù)》課件第8章

第8章彩色電視信號(hào)與制式8.1彩色電視信號(hào)的傳輸

8.2彩色電視制式

本章小結(jié)思考與習(xí)題 8.1彩色電視信號(hào)的傳輸

彩色電視不但能像黑白電視廣播那樣傳送景物的亮度信息，而且還能傳送景物的顏色信息，因此更加具有真實(shí)性和感染力，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了電視的應(yīng)用領(lǐng)域。

8.1.1黑白電視和彩色電視的兼容

黑白電視和彩色電視的兼容，指兩者能互相收看黑白電視臺(tái)和彩色電視臺(tái)的節(jié)目。它有兩層含義：黑白電視機(jī)可以接收彩色電視信號(hào)而顯示黑白圖像，稱(chēng)為兼容性；彩色電視機(jī)可以接收黑白電視信號(hào)而顯示黑白圖像，稱(chēng)為逆兼容性。為了實(shí)現(xiàn)兼容，彩色電視信號(hào)必須滿(mǎn)足以下最基本的要求：

(1)彩色電視信號(hào)應(yīng)保留黑白電視原有的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如相同的行頻、場(chǎng)頻、每幀行數(shù)、隔行掃描、同步方式、視頻帶寬、射頻帶度以及圖像和伴音的調(diào)制方式等。

(2)彩色電視信號(hào)既要傳送色度信號(hào)又要傳送亮度信號(hào)。其中亮度信號(hào)反映圖像的明暗變化，它可以使黑白電視機(jī)正常收看彩色電視節(jié)目；而色度信號(hào)反映圖像的色彩變化，即色調(diào)和色飽和度變化，在色度信號(hào)進(jìn)入黑白電視機(jī)時(shí)，應(yīng)盡量不影響黑白圖像質(zhì)量。

(3)應(yīng)盡可能減小亮度和色度信號(hào)之間的相互干擾。8.1.2亮度信號(hào)與色差信號(hào)

在彩色電視系統(tǒng)中，發(fā)送端將攝取到的彩色圖像的每一個(gè)像素轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三個(gè)基色信號(hào)，接收端再將三個(gè)基色信號(hào)重現(xiàn)出彩色圖像的像素。在實(shí)際的彩色電視系統(tǒng)中，為

了實(shí)現(xiàn)兼容，并不是直接傳送三個(gè)基色信號(hào)，而是采用了適當(dāng)?shù)姆绞綄、G、B信號(hào)組合成亮度信號(hào)和色度信號(hào)(用兩個(gè)色差信號(hào)表示)來(lái)進(jìn)行傳送的。

利用亮度方程可以很容易地由三基色信號(hào)轉(zhuǎn)換為亮度信號(hào)，即

Y=0.30R+0.59G+0.11B色差信號(hào)是指基色信號(hào)與亮度信號(hào)之差，即紅色差信號(hào)R—Y、綠色差信號(hào)G—Y、藍(lán)色差信號(hào)B—Y。三個(gè)色差信號(hào)也可以用三個(gè)基色信號(hào)按一定比例合成，即

R—Y=0.70R－0.59G－0.11B

G—Y=－0.30R+0.41G－0.11B

B—Y=－0.30R－0.59G+0.89B

實(shí)際上三個(gè)色差信號(hào)僅有兩個(gè)是獨(dú)立量，第三個(gè)量可由另外兩個(gè)量求得。因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光較為敏感，即綠光中所含亮度信息大，所以綠色差信號(hào)的電平往往會(huì)很小，在傳輸過(guò)

程中易受干擾或被噪聲淹沒(méi)，因此，兼容制彩色電視均選用R—Y和B—Y兩個(gè)色差信號(hào)進(jìn)行傳輸。

在接收端，當(dāng)彩色電視信號(hào)還原為Y、R—Y、B—Y信號(hào)時(shí)，這時(shí)可按上面諸式組合成G—Y，然后再用三個(gè)色差信號(hào)分別與亮度信號(hào)相加就能恢復(fù)三個(gè)基色信號(hào)，即

(R—Y)+Y=R

(B—Y)+Y=B

(G—Y)+Y=G采用色差信號(hào)傳送色度信號(hào)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)有利于黑白、彩色兼容。電視臺(tái)采用Y、R—Y、B—Y三種信號(hào)進(jìn)行傳輸，不但黑白電視機(jī)、彩色電視機(jī)可以各得其所，而且當(dāng)傳送黑白圖像時(shí)，因R=G=B，故R—Y=0、B—Y=0，兩個(gè)色差信號(hào)均為零，不會(huì)對(duì)亮度信號(hào)產(chǎn)生干擾。

(2)可實(shí)現(xiàn)恒定亮度傳輸。色差信號(hào)幅度的變化，包括在傳輸過(guò)程中引入干擾雜波引起的幅度變化，都不會(huì)引起亮度的變化。亮度信號(hào)受干擾或噪聲影響所產(chǎn)生的失真，僅對(duì)色飽和度有所影響，而對(duì)色調(diào)影響很小。8.1.3頻帶壓縮與頻譜間置

為了實(shí)現(xiàn)兼容，必須同時(shí)傳送一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)。但亮度信號(hào)與色差信號(hào)具有相同的頻譜結(jié)構(gòu)，即主頻譜成分都在nfH附近，所占據(jù)的頻帶都是0～6MHz范圍。如果把這三個(gè)信號(hào)用簡(jiǎn)單的方法直接相加混合，則由于頻譜重疊，因此再也無(wú)法在接收機(jī)中恢復(fù)成原來(lái)的R、G、B三個(gè)獨(dú)立的信號(hào)。所以，彩色電視中常采用頻帶壓縮和頻譜間置技術(shù)，將三個(gè)信號(hào)的主頻譜互相錯(cuò)開(kāi)，以滿(mǎn)足兼容的需要。

1.頻帶壓縮

人眼對(duì)彩色的分辨力低于對(duì)亮度的分辨力。根據(jù)這一視覺(jué)特性，可在彩色電視中將色差信號(hào)所占頻帶壓縮到1.3MHz左右，即頻帶壓縮。它相當(dāng)于保留了低頻彩色信息，即彩色景物中的大面積色彩，其彩色景物的細(xì)節(jié)(即彩色信息的高頻分量)被濾除，而用亮度信號(hào)來(lái)代替。所重現(xiàn)的彩色圖像僅僅是大面積圖形為彩色，而圖像的細(xì)節(jié)仍是黑白的，不過(guò)人眼是看不出來(lái)的。

2.頻譜間置

色差信號(hào)的頻帶雖經(jīng)壓縮，但在頻域中與亮度信號(hào)仍是重疊的。亮度信號(hào)雖然占據(jù)0～6MHz范圍，但并未均勻布滿(mǎn)，頻譜結(jié)構(gòu)如圖8-1(a)所示。將色差信號(hào)的頻譜進(jìn)行線(xiàn)性搬移，均勻地安插在亮度信號(hào)的頻譜之間的技術(shù)稱(chēng)為頻譜間置。為實(shí)現(xiàn)兼容，盡可能減小亮度與色度之間的互相干擾，應(yīng)將色差信號(hào)的頻譜移到亮度信號(hào)的高頻段。這主要是因?yàn)樵诹炼刃盘?hào)的高頻段，其干擾不易被人察覺(jué)，所以對(duì)亮度信號(hào)的干擾可以忽略。圖8-1亮度與色度信號(hào)頻譜間置示意圖(a)亮度信號(hào)頻譜；(b)色度信號(hào)頻譜；(c)頻譜間置實(shí)現(xiàn)頻譜線(xiàn)性搬移最簡(jiǎn)便的方法是將色差信號(hào)進(jìn)行一次調(diào)制。圖8-1(b)所示為色差信號(hào)進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制后的頻譜結(jié)構(gòu)。其中色差信號(hào)調(diào)制所用的載波信號(hào)稱(chēng)作彩色副載波，其頻率用fsc表示。只要正確地選擇彩色副載波頻率fsc，就能實(shí)現(xiàn)已調(diào)色度信號(hào)恰好與亮度信號(hào)頻譜互相交錯(cuò)，如圖8-1(c)所示，這就達(dá)到了亮色共用6MHz頻帶的目的。

圖8-1所示的僅是對(duì)一種色差信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，而實(shí)用中有兩種色差信號(hào)，因此在彩色電視中常采用正交平衡調(diào)幅的方法。該調(diào)制方法可以使兩種已調(diào)色差信號(hào)的頻譜對(duì)應(yīng)位置相同，但相位正交，這樣既便于解調(diào)分離，又不加寬頻帶。8.1.4兼容后的射頻全電視信號(hào)

通常把含有同步、消隱信號(hào)在內(nèi)的亮度信號(hào)與色度信號(hào)疊加在一起作為彩色全電視信號(hào)(FBAS)，并將此信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)對(duì)發(fā)射機(jī)載波進(jìn)行振幅調(diào)制，然后再經(jīng)殘留邊帶濾波與功率放大，成為電視臺(tái)發(fā)送的高頻圖像信號(hào)。高頻圖像信號(hào)與高頻伴音信號(hào)合在一起稱(chēng)為射頻全電視信號(hào)，其頻域如圖8-2所示，它與黑白電視所占頻率范圍與頻道劃分均相同，可以兼容。

圖8-2中，縱坐標(biāo)表示信號(hào)中各頻率成分絕對(duì)振幅的大小，所以伴音信號(hào)相對(duì)幅度較小。圖8-2兼容后的射頻全電視信號(hào)頻域示意圖

8.2彩色電視制式

電視制式是指電視發(fā)送與接收系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。黑白電視制式通常以每幀掃描行數(shù)、每秒掃描場(chǎng)數(shù)、信道頻帶寬度以及掃描方式等特征作為標(biāo)志，可分為掃描行數(shù)和場(chǎng)頻分別為625行/50Hz和525行/60Hz的兩大類(lèi)。對(duì)于彩色電視系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，除了上述有關(guān)特性以外，在發(fā)送端和接收端還必須采取某種特定的信號(hào)處理方式，從而構(gòu)成了具有不同特點(diǎn)的各種彩色電視制式。根據(jù)信號(hào)傳送和顯示方式，彩色電視制式可分為順序制、同時(shí)制和順序同時(shí)制。

(1)順序制是將三基色信號(hào)按一定時(shí)間順序輪換傳送，輪換顯示。

(2)同時(shí)制是將三基色信號(hào)重新合成一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，然后同時(shí)傳送，同時(shí)顯示。

(3)順序同時(shí)制是指兩色差信號(hào)輪換傳送，同時(shí)顯示。

按使用目的的不同，彩色電視制式可分為兼容制與非兼容制兩大類(lèi)。當(dāng)今世界上流行的彩色廣播電視制式都屬于兼容制，而非兼容制電視主要用軍事、工業(yè)或者科技等領(lǐng)域。

兼容制式可歸結(jié)為NTSC制、PAL制與SECAM制三大類(lèi)。前兩類(lèi)是同時(shí)制，后一類(lèi)是順序同時(shí)制。三大制式之間的差別主要體現(xiàn)在兩個(gè)色差信號(hào)對(duì)副載波的調(diào)制方式及副載波頻率的選取不同，因此三種制式之間不能相互兼容。8.2.1

NTSC制

NTSC(NationalTelevisionSystemsCommittee)制源于美國(guó)，是最先用于彩色與黑白廣播電視的兼容彩色電視制式。其主要特點(diǎn)是色度信號(hào)采用了正交平衡調(diào)幅的調(diào)制方式，因此又稱(chēng)為正交平衡調(diào)幅制。

1.平衡調(diào)幅

平衡調(diào)幅是一種抑制載波的雙邊帶調(diào)幅方式。設(shè)載波為usc=Uscmcosωsct，調(diào)制信號(hào)為uΩ=UΩmcosΩt，則普通調(diào)幅波表達(dá)式為

uAM=Uscm(1+macosΩt)cosωsct式中，ma為調(diào)幅系數(shù)。如果將普通調(diào)幅波中的載波抑制掉，則上式就變?yōu)橐种戚d波的雙邊帶調(diào)幅，即平衡調(diào)幅，其表達(dá)式為

uDSB=maUscmcosΩtcosωsct

由此可見(jiàn)，平衡調(diào)幅波正好是調(diào)制信號(hào)與載波的乘積。因此可用一個(gè)模擬乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅。單一頻率信號(hào)的平衡調(diào)幅波形如圖8-3所示。

由圖可見(jiàn)，平衡調(diào)幅波的包絡(luò)不再是原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，因此不能用普通的包絡(luò)檢波器解調(diào)出調(diào)制信號(hào)，而只能采用同步檢波器。圖8-3單一頻率信號(hào)的平衡調(diào)幅波形(a)調(diào)制信號(hào)；(b)已調(diào)信號(hào)；(c)副載波信號(hào)

2.正交平衡調(diào)幅

彩色圖像信號(hào)中含有R—Y、B—Y兩個(gè)色差信號(hào)，如果將它們同時(shí)對(duì)某一副載波進(jìn)行調(diào)制，則兩個(gè)已調(diào)色差信號(hào)的頻譜是相同的，接收端無(wú)法把它們分開(kāi)。為了用單一頻率副載波傳送兩個(gè)色差信號(hào)，并且使它們?cè)诮邮斩艘子诜蛛x，NTSC制采用了正交平衡調(diào)幅的方法，即用兩個(gè)色差信號(hào)分別對(duì)頻率相同、相位相差90°(正交)的兩個(gè)副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，然后將兩個(gè)已調(diào)色差信號(hào)相加成色度信號(hào)。正交平衡調(diào)幅原理框圖如圖8-4(a)所示。圖中的兩個(gè)平衡調(diào)幅器相當(dāng)于兩個(gè)乘法器。設(shè)副載波的幅值為1，則色差信號(hào)B—Y、R—Y分別在各自的平衡調(diào)幅器中調(diào)幅后，輸出相應(yīng)的平衡調(diào)幅信號(hào)，然后在加法器中相加，就得到色度信號(hào)F。

F=(B—Y)sinωsct+(R—Y)cosωsct式中圖8-4正交平衡調(diào)幅(a)原理框圖；(b)色度信號(hào)矢量圖由此可見(jiàn)，彩色圖像的色度信息全部包含在色度信號(hào)的振幅和相角之中。因?yàn)檎穹鵉m取決于色差信號(hào)的幅值，因此，它決定了所傳送彩色的飽和度；相角φ取決于色差信

號(hào)的比值，因而它決定了彩色的色調(diào)。在傳送彩色圖像時(shí)，色度信號(hào)的幅度和相位隨著圖像上各點(diǎn)彩色的飽和度和色調(diào)的變化而變化。因此,色度信號(hào)在傳送過(guò)程中如果發(fā)生幅度失真，將引起飽和度失真；如果發(fā)生相位失真，將引起彩色色調(diào)失真。

圖8-4(b)畫(huà)出了色度信號(hào)的矢量圖，圖中對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度代表色度信號(hào)的幅值，而φ代表F的相角。

3.NTSC制副載波頻率的選擇

為了實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，將色度信號(hào)與亮度信號(hào)的頻譜錯(cuò)開(kāi)，應(yīng)在6MHz帶寬的高頻段選擇一個(gè)副載波頻率fsc，因?yàn)榱炼刃盘?hào)的高頻部分能量較少，相對(duì)空隙較多。另外，色度信號(hào)頻帶寬度f(wàn)sc±1.3MHz的上邊帶不應(yīng)超過(guò)6MHz。由此，NTSC制選擇副載波頻率為半行頻的奇數(shù)倍，即

，通常稱(chēng)為半行頻間置。對(duì)于625行、50場(chǎng)的NTSC制，行頻fH=15625Hz，取n=284，則

對(duì)于525行、59.94(約60)場(chǎng)的NTSC制，行頻fH=15734.264Hz，取n=228，則

4.正交解調(diào)原理

正交解調(diào)原理框圖如圖8-5所示，圖中兩個(gè)同步解調(diào)器相當(dāng)于相乘器。這里的“同步”是指解調(diào)器所用的副載波的頻率、相位關(guān)系都應(yīng)與調(diào)制器中的副載波相同，即同頻、同

相。只有同步才能不失真地解調(diào)。因此紅、藍(lán)色度分量解調(diào)器所需副載波的初相也應(yīng)相差90°。圖8-5正交解調(diào)原理框圖在B—Y解調(diào)器中，色度信號(hào)F與恢復(fù)時(shí)副載波sinωsct相乘，得到

再通過(guò)一個(gè)截止頻率為1.3MHz的低通濾波器后，即可獲得

藍(lán)色差信號(hào)。同樣，色度信號(hào)F與恢復(fù)的經(jīng)90°相移的副載波cosωsct相乘，得到

再通過(guò)1.3MHz低通濾波器后，即可分離出紅色差信號(hào)。

5.NTSC制色同步信號(hào)

實(shí)現(xiàn)正交解調(diào)的關(guān)鍵是接收端恢復(fù)的副載波要與發(fā)送端同頻、同相，而且副載波的兩個(gè)分量要互相正交，否則解調(diào)出的紅色差分量中將包含藍(lán)色差分量，而解調(diào)出的藍(lán)色差分量中將包含有紅色差分量，即產(chǎn)生所謂的“串色干擾”。為了在接收機(jī)中正確地恢復(fù)副載波，通常在傳送電視信號(hào)時(shí)，附帶傳送色同步信號(hào)，以供彩色接收機(jī)作相位參考標(biāo)準(zhǔn)。

色同步信號(hào)(見(jiàn)圖8-6)是一串具有10個(gè)周期左右的(振幅和相位都恒定不變的)副載波群，被安插在行消隱信號(hào)的后肩上，距行同步前沿5.6μs，寬度為2.25μs，由10±1個(gè)副載波頻率的正弦波組成。其幅度的峰峰值與行同步脈沖的幅度相等。NTSC制中色同步信號(hào)的相位為180°。

圖8-6色同步信號(hào)

6.NTSC制編碼器

編碼器的主要任務(wù)是將攝像機(jī)攝取的(經(jīng)過(guò)γ校正)三基色信號(hào)編成彩色全電視信號(hào)(FBAS)。編碼器所需要的副載波、K脈沖(色同步選通脈沖)、復(fù)合同步信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)等都由一臺(tái)專(zhuān)用彩色同步機(jī)提供。

NTSC制編碼器的基本組成框圖如圖8-7所示。圖8-7

NTSC制編碼器的基本組成框圖首先把彩色攝像機(jī)送來(lái)的R、G、B三基色信號(hào)，經(jīng)編碼矩陣編成亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)R—Y、B—Y。色差信號(hào)經(jīng)低通濾波器將其頻帶壓縮到1.3MHz范圍內(nèi)，分別送入平衡調(diào)幅器對(duì)色副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，輸出的已調(diào)色差信號(hào)在加法器中疊加成色度信號(hào)F。亮度信號(hào)Y經(jīng)放大后，通過(guò)加法器與彩色同步機(jī)送來(lái)的復(fù)合消隱、復(fù)合同步信號(hào)疊加，再經(jīng)均衡延時(shí)線(xiàn)(由于色度通道比亮度通道的頻帶窄，因此色度信號(hào)通過(guò)通道時(shí)引起的延時(shí)比亮度信號(hào)的大)，使亮度、色度信號(hào)同時(shí)達(dá)到加法器疊加成彩色全電視信號(hào)。在形成色度信號(hào)的同時(shí)，附帶產(chǎn)生了色同步信號(hào)。在壓縮頻帶后的B—Y色差信號(hào)中加入負(fù)K脈沖。負(fù)K脈沖周期與行同步周期相同，但它的前沿與行同步脈沖前沿相差5.6μs，其脈寬約為2.25μs。所以，負(fù)K脈沖出現(xiàn)在行消隱期的后肩，如圖8-8所示。負(fù)K脈沖對(duì)副載波sinωsct平衡調(diào)幅后形成色同步信號(hào)。圖8-8負(fù)K脈沖的波形和色同步信號(hào)

7.彩色全電視信號(hào)

標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)是彩色電視機(jī)經(jīng)常使用的一種測(cè)試信號(hào)，它在彩色電視機(jī)的熒光屏上顯示為8條等寬且色調(diào)為白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑的豎條，其亮度自左至右依次遞減，如圖8-9(a)所示。

根據(jù)混色法原理可知，標(biāo)準(zhǔn)彩條的三基色信號(hào)為不同頻率、幅度為1的方波，如圖8-9(b)所示。根據(jù)亮度方程可以分別計(jì)算出各彩條相對(duì)應(yīng)的亮度信號(hào)，如圖8-9(c)所示。用基色信號(hào)減去亮度信號(hào)即可得到色差信號(hào)，如圖8-9(d)所示。圖8-9彩條的亮度信號(hào)和色差信號(hào)的波形圖(a)彩色；(b)三基色信號(hào)；(c)亮度信號(hào)；(d)色差信號(hào)現(xiàn)在以黃條為例加以說(shuō)明。黃色是由紅色和綠色混合而成的，沒(méi)有藍(lán)色成分，即

R=G=1，B=0

由亮度方程可得

Y=0.30R+0.59G+0.11B=0.30+0.59=0.89

這是黃條的亮度信號(hào)的幅度值。再由基色信號(hào)減去亮度信號(hào)即可得到色差信號(hào)

R—Y=1－0.89=0.11

B—Y=0－0.89=－0.89

G—Y=1－0.89=0.11

它們分別是黃條對(duì)應(yīng)的三個(gè)色差信號(hào)的幅度值。由圖8-9(d)可知，彩條的色差信號(hào)是一個(gè)交流信號(hào)，其中G—Y色差信號(hào)的幅度較小，在傳送過(guò)程中易受到干擾，因此為了提高傳送信號(hào)的信噪比，所有現(xiàn)行的兼容性彩色電視制式都采用兩個(gè)幅度較大的R—Y和B—Y傳送色度信號(hào)。

用彩條的R—Y和B—Y色差信號(hào)對(duì)相應(yīng)的副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，得到如圖8-10(a)、(b)所示的紅、藍(lán)色差信號(hào)的已調(diào)信號(hào)，按矢量合成原則可計(jì)算出各彩條色度信號(hào)F的振幅標(biāo)準(zhǔn)彩條色度信號(hào)波形如圖8-10(c)所示。

將色度信號(hào)F、色同步信號(hào)Fb、亮度信號(hào)Y以及復(fù)合同步、復(fù)合消隱信號(hào)混合，就得到彩色全電視信號(hào)，如圖8-11所示。圖8-10色差信號(hào)的已調(diào)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)彩條色度信號(hào)波形圖(a)紅色差信號(hào)的已調(diào)信號(hào)；(b)藍(lán)色差信號(hào)的已調(diào)信號(hào)；(c)標(biāo)準(zhǔn)彩條色度信號(hào)圖8-11色度信號(hào)未壓縮的彩色全電視信號(hào)由圖可知，彩色全電視信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍大大超過(guò)了黑白全電視信號(hào)黑白電平的范圍。如果不經(jīng)處理就傳送電平動(dòng)態(tài)范圍這樣大的彩色全電視信號(hào)，那么高于白色電平的黃條會(huì)

造成發(fā)射機(jī)調(diào)幅器產(chǎn)生過(guò)調(diào)幅失真，而低于同步電平的藍(lán)條的副載波將會(huì)被切割出來(lái)干擾電視機(jī)中掃描同步。因此，必須對(duì)色度信號(hào)進(jìn)行壓縮，即對(duì)R—Y、B—Y均乘上壓縮系數(shù)，壓縮后的信號(hào)用V、U表示：

V=0.877(R—Y)，U=0.493(B—Y)用壓縮后的V、U色差信號(hào)進(jìn)行正交平衡調(diào)幅，得到的色度信號(hào)為

F=FU+FV=Usinωsct+Vcosωsct=Fmsin(ωsct+φ)

式中，，φ=arctan(V/U)。通過(guò)計(jì)算可以得出壓縮后的標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的V、U色差信號(hào)與色度信號(hào)的幅度Fm和相角φ的參數(shù)值，見(jiàn)表8-1。表8-1壓縮后彩條信號(hào)的參數(shù)值色度信號(hào)壓縮后的彩色全電視信號(hào)如圖8-12所示。圖8-12色度信號(hào)壓縮后的彩色全電視信號(hào)8.2.2

PAL制

PAL(PhaseAlternationLine，相位逐行交變)制源于德國(guó)，又稱(chēng)為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。我國(guó)也從1973年開(kāi)始用PAL制進(jìn)行彩色電視廣播。

1.逐行倒相

PAL制就是在正交平衡調(diào)幅制的基礎(chǔ)上加一個(gè)逐行倒相措施。所謂逐行倒相，就是將色度信號(hào)中的FV分量逐行倒相，而不是將整個(gè)色度信號(hào)倒相，因此，PAL制色度信號(hào)

的表達(dá)式為

F=FU±FV=Usinωsct±Vcosωsct

=Fmsin(ωsct±φ)式中

實(shí)現(xiàn)逐行倒相的方法很多，比較簡(jiǎn)單而又常用的方法是將彩色副載波逐行倒相，如圖8-13(a)所示。它與NTSC制正交平衡調(diào)幅的區(qū)別是增加了一個(gè)PAL電子開(kāi)關(guān)，把加于V平衡調(diào)幅器的彩色副載波逐行倒相，這樣V色差信號(hào)在V平衡調(diào)幅器對(duì)逐行倒相的副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，輸出就是逐行倒相的色度信號(hào)的FV分量了。在相鄰兩行的PAL制色度信號(hào)中，一行與NTSC制一樣，稱(chēng)為NTSC行，而另一行則稱(chēng)為PAL行。圖8-13逐行倒相和PAL開(kāi)關(guān)原理圖(a)逐行倒相；(b)PAL開(kāi)關(guān)原理

PAL開(kāi)關(guān)實(shí)際上是一個(gè)用半行頻方波對(duì)彩色副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅的平衡調(diào)幅器，如圖8-13(b)所示。由彩色同步機(jī)來(lái)的行頻P脈沖觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生幅度為1的半行頻方波，它在平衡調(diào)幅器中對(duì)彩色副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，輸出即為逐行倒相的彩色副載波(±cosωsct)，如圖8-14所示。圖8-14逐行倒相彩色副載波的波形圖(a)半行頻方波；(b)移相90°彩色副載波；(c)移相90°逐行倒相彩色副載波

2.PAL制彩色副載波頻率選擇

NTSC制副載波頻率選擇原則同樣適合PAL制，但PAL制色度信號(hào)FV分量逐行倒相后，使色度信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。因此，根據(jù)頻譜間置原理，PAL制常采用1/4行頻間置法再另加半場(chǎng)頻偏置(消除副載波光點(diǎn)干擾)，即選用

通常取n=284，fH=15625Hz，fV=50Hz，于是

fsc=283.75fH+25Hz=4.43361875MHz≈4.43MHz

3.PAL制色同步信號(hào)

由于PAL制色度信號(hào)的FV分量是逐行倒相的，因此在接收機(jī)的同步檢波器中，解調(diào)FV分量的彩色副載波也必須用PAL開(kāi)關(guān)逐行倒相。這就要求PAL制色同步信號(hào)不僅為接收

機(jī)提供彩色副載波頻率和相位的基準(zhǔn)，而且還要提供一個(gè)判斷倒相順序的識(shí)別信號(hào)，使接收機(jī)的PAL開(kāi)關(guān)正確地把解調(diào)FV分量的彩色副載波逐行倒相，從而正確地解調(diào)出V色差信號(hào)，經(jīng)過(guò)去壓縮即可獲得R—Y紅色差信號(hào)。

PAL制色同步信號(hào)和NTSC制色同步信號(hào)的波形形狀，以及它們?cè)诓噬娨曅盘?hào)的位置完全相同。兩者的最大區(qū)別在于PAL制色同步信號(hào)中的副載波是逐行倒相的，即TSC

行為+135°，PAL行為225°(－135°)。

PAL制色同步信號(hào)是用一個(gè)寬度為(2.25±0.23)μs的行頻正K脈沖在V通道中對(duì)副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅的，而負(fù)K脈沖在U通道中對(duì)副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，如圖8-15(a)所示。U通道中的色同步信號(hào)的相位為180°；V通道中的色同步信號(hào)的相位，一行為+90°，另一行為－90°。U和V兩個(gè)通道中的色同步信號(hào)合成后得到PAL制色同步信號(hào)，如圖8-15(b)所示。圖8-15

PAL制色同步信號(hào)的產(chǎn)生(a)方框圖；(b)矢量圖

4.PAL制編碼器

PAL制編碼器的組成框圖如圖8-16所示。它與NTSC制編碼器相比，只是多了一個(gè)PAL開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)把加于V平衡調(diào)幅器的彩色副載波逐行倒相。

PAL制編碼器的編碼過(guò)程如下：

(1)將攝像機(jī)送來(lái)的三基色信號(hào)R、G、B通過(guò)編碼矩陣，編碼成亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)U、V。

(2)為了保證兼容，讓U、V信號(hào)通過(guò)低通濾波器，只保留1.3MHz以下的低頻信號(hào)。然后分別混入不同極性的K脈沖，以便在彩色全電視信號(hào)中產(chǎn)生色同步信號(hào)。圖8-16

PAL制編碼器的組成框圖

(3)混有負(fù)K脈沖的U色差信號(hào)在U平衡調(diào)幅器對(duì)sinωsct副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，得到色度信號(hào)的FU分量和色同步信號(hào)的FbU分量。而混有正K脈沖的V色差信號(hào)在V平衡調(diào)幅器對(duì)±cosωsct副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，得到逐行倒相的色度信號(hào)的FV分量和色同步信號(hào)的FbV分量。這些分量在加法器上相加就得到色度信號(hào)F和色同步信號(hào)Fb。

(4)為了避免fsc附近的亮度信號(hào)對(duì)色度信號(hào)進(jìn)行干擾，先把亮度信號(hào)Y通過(guò)一個(gè)中心頻率為彩色副載波頻率的陷波器，陷波深度為－6dB，帶寬為400kHz。然后在亮度信號(hào)中混入復(fù)合同步和復(fù)合消隱信號(hào)。此外，由于色差信號(hào)通過(guò)低通濾波器后，會(huì)引起附加延時(shí)，為了使亮度信號(hào)和色度信號(hào)在時(shí)間上一致，須將亮度信號(hào)也加以適當(dāng)延時(shí)，延時(shí)量約為0.6μs。

(5)將色度信號(hào)F、色同步信號(hào)Fb、亮度信號(hào)Y及輔助信號(hào)S在加法器上相加，輸出便是彩色全電視信號(hào)FBAS，從而完成編碼全過(guò)程。

5.PAL制解碼器

解碼是編碼的逆過(guò)程，其任務(wù)是把彩色全電視信號(hào)還原成三基色信號(hào)。PAL制解碼器有許多類(lèi)型，其中PALD解碼器是目前彩色電視機(jī)最常用的一種。這種解碼器的主要特點(diǎn)是利用超聲延時(shí)線(xiàn)和加法器、減法器組成的延時(shí)解調(diào)器(又稱(chēng)梳狀濾波器)，將色度信號(hào)的兩個(gè)正交分量分離出來(lái)，然后分別通過(guò)U、V同步檢波器，解調(diào)出U、V色差信號(hào)，以減小相互間的串色。PALD解碼器框圖如圖8-17所示。圖8-17

PALD解碼器框圖

PALD解碼器的解碼過(guò)程如下：

(1)彩色全電視信號(hào)通過(guò)4.43MHz陷波器后，將彩色副載波和部分色度信號(hào)濾除，得到亮度信號(hào)Y，送入0.6μs延時(shí)電路，延時(shí)后的亮度信號(hào)再送入視放進(jìn)行放大，然后將放大后的亮度信號(hào)送入解碼矩陣電路。

(2)彩色全電視信號(hào)通過(guò)一個(gè)中心頻率為4.43MHz，帶寬為2.6MHz的帶通濾波器，選出色度與色同步信號(hào)。經(jīng)過(guò)色同步消隱后獲得色度信號(hào)，經(jīng)過(guò)色同步選通電路取出色同

步信號(hào)。

(3)將色度信號(hào)送入延時(shí)解調(diào)器，分離出兩個(gè)正交的FU、FV分量。延時(shí)解調(diào)器的原理框圖如圖8-18所示。設(shè)n行的色度信號(hào)為

Fn=Usinωsct+Vcosωsct

由于V信號(hào)逐行倒相，故第n－1行色度信號(hào)為

Fn－1=Usinωsct－Vcosωsct

這樣，F(xiàn)n－1行信號(hào)經(jīng)延時(shí)63.943μs(約64μs)再反相后和Fn信號(hào)同時(shí)送加法器和減法器，可得

Fn+(－Fn－1)=2Vcosωsct=2FV

Fn－(－Fn－1)=2Usinωsct=2FU圖8-18延時(shí)解調(diào)器的原理框圖同理得

Fn+1+(－Fn)=2Vcosωsct=－2FV

Fn+1－(－Fn)=2Usinωsct=2FU

可見(jiàn)，從加法器輸出逐行倒相的FV色度分量，從減法器輸出FU色度分量，從而完成兩個(gè)色度分量FV、FU的分離。

(4)延時(shí)解調(diào)器輸出的FV、FU分量，分別送入V、U同步檢波器，經(jīng)檢波后輸出V、U信號(hào)再送入解碼矩陣電路。

(5)在解碼矩陣電路中，首先將V、U信號(hào)去壓縮，恢復(fù)原色差信號(hào)R—Y、B—Y，然后組合得到G－Y。矩陣電路將三個(gè)色差信號(hào)R—Y、B—Y、G—Y和亮度信號(hào)Y還原為三基

色信號(hào)R、G、B。

(6)基準(zhǔn)彩色副載波恢復(fù)電路的主要任務(wù)是向V、U同步檢波器提供相位正確的副載波信號(hào)。經(jīng)色同步選通電路選出的色同步信號(hào)送入鑒相器與副載波振蕩器送來(lái)的彩色副載波信號(hào)進(jìn)行比較，鑒相器輸出一個(gè)與兩信號(hào)相位差成正比的直流控制電壓，去控制彩色副載波振蕩器的頻率和相位，使它與發(fā)送端同步。得到相位正確的0°副載波后，一路送入U(xiǎn)同步檢波器，對(duì)FU色度分量進(jìn)行解調(diào)；另一路先經(jīng)過(guò)90°移相電路，再經(jīng)PAL開(kāi)關(guān)逐行倒相后得到±90°的副載波送入V同步檢波器，對(duì)FV色度分量進(jìn)行解調(diào)。在鑒相器電路中，還能取出一個(gè)半行頻(7.8kHz)的識(shí)別信號(hào)，用以控制PAL開(kāi)關(guān)電路準(zhǔn)確地進(jìn)行倒相。8.2.3

SECAM制

SECAM制源于法國(guó)，也稱(chēng)逐行輪換調(diào)頻制。SECAM制采用R—Y和B—Y兩個(gè)色差信號(hào)，逐行輪換交替?zhèn)魉停⑶乙詥蝹€(gè)色差信號(hào)對(duì)副載波進(jìn)行調(diào)頻。SECAM制的編碼原理框圖如圖8-19所示。例如第n行期間，電子開(kāi)關(guān)S1、S0均接通1位置，受紅色差信號(hào)調(diào)頻的已調(diào)色差信號(hào)與亮度信號(hào)相混合，作為圖像信號(hào)輸出；第n+1行期間，電子開(kāi)關(guān)S1、S2接通2位置，受藍(lán)色差信號(hào)調(diào)頻的已調(diào)色差信號(hào)與亮度信號(hào)混合，作為圖像信號(hào)。電子開(kāi)關(guān)受半行頻脈沖控制，并與行掃描同步。這樣，在輸出的全電視信號(hào)中，兩種色度信號(hào)依次輪流傳送，在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，