第二章彩色電視基礎知識

第二章彩色電視基礎知識§2-1色度學基礎知識

一、光和色1、光是電磁波（1）可見光：人眼可以看得見的光叫可見光。（2）可見光光譜：380nm至780nm是可見光的波長。如圖2-1所示2、色彩是光的一種屬性（1）不同波長的光有不同的顏色下面幻燈片動畫演示（2）物體的顏色：二、人眼的視覺特性和彩色三要素1、人眼的視覺特性（1）人眼的亮度視覺經過對各種類型人的調查統(tǒng)計得出，人眼對各種不同波長光的相對靈敏度也稱相對函數，如圖2-3所示曲線表明：人眼最敏感的光波長為555nm，是草綠色（2）人眼的彩色視覺1）錐狀細胞有三種，分別對紅、綠、藍光敏感。如圖2-4所示圖2-4三種錐狀細胞的光敏和亮度視見曲線2）當三種錐狀細胞同時接受紅、綠、藍三種光的刺激時，就會產生白光的感覺，即圖中的亮度曲線。3）由于不同顏色的光對三種細胞的刺激量是不同的，產生的彩色視覺各異，從而使人眼能分辨出五光十色的顏色。（3）人眼對彩色的分辨能力對亮度的分辨能力低由于錐狀細胞的靈敏度比桿狀細胞低，所以人眼對顏色的分辨能力比亮度的分辨能力低。2、彩色三要素（1）亮度（2）色調（3）色飽和度（簡稱飽和度）三、彩色圖像的重現(xiàn)彩色電視是根據人眼視覺特性簡歷三基色原理，使人們有可能選取紅、綠、藍三種基色，混合出自然界絕大多數顏色，并把彩色圖像轉變成為電信號加以傳送，最后彩色電視的熒光屏上將原來景物的亮度和彩色最大限度地、不失真地重顯出來。1、三基色原理及三基色的選定（1）自然界的各種色彩都可以由三種單色（稱為三基色）按不同的比例混合而得到。（2）三基色之間相互獨立，即任何一種基色都不能由另外兩種基色混合而產生。（3）三種基色之間的比例，決定了混合色的色調和飽和度（4）參與混色的各個基色的亮度之和等于混合色亮度這就是混合色的原理。2、混色法與彩色重現(xiàn)原理（1）相加混色法原理相加混色法如圖2-5所示，它是將紅、綠、藍三種基色光部分重疊地投射到白色屏幕上，在屏幕上便會呈現(xiàn)出一幅品字形的三基色圓圖。由圖可知相加混色法的規(guī)律為：下面由flash動畫演示如下幻燈片表示紅色+綠色=黃色；紅色+藍色=紫色；綠色+藍色=青色；紅色+綠色+藍色=白色；調節(jié)三種基色光的不同比例，幾乎可以混合出自然界中所有的顏色。（用手拖動上面三色可以改變顏色演示）對于所有顏色的光，都存在著另一種顏色的光與其混合而得到白色光。如：紅色+青色=白色；綠色+紫色=白色；藍色+黃色=白色當兩種顏色相混課的到白色，我們把這兩種顏色稱為互補色。即紅色、綠色、藍色是基色。青色、紫色、黃色是混合色，稱為補色。如果兩種混合色相加，結果如何呢？如：黃色+青色=紅色+綠色+藍色+綠色=白色+綠色+淺綠色紫色+青色=紅色+藍色+綠色+藍色=白色+藍色=淺藍色為了更直觀的表現(xiàn)三基色的混色原理，常采用彩色三角形來表示三基色混色方法。如圖2-6所示1）每個邊上各點代表的顏色是相應的兩個基色按不同比例混合的混合色。2）彩色三角形的中心點W是白色，它是等量的三基色的混合色。3）穿過W點的任何一條直線，它與三角形邊相交的點所代表的彩色為互補色。4）色度三角形三個頂點代表三基色，如G點是代表飽和度100%的純綠色，沿著直線GW下移綠色中白色增加，使彩色變淡，而得P點是淺綠色。（2）實現(xiàn)相加混色的方法主要是利用人眼的視覺特性而實現(xiàn)對彩色圖像進行空間和時間上得分割和混色，來傳送和重現(xiàn)彩色圖像。1）空間混色法：是利用人眼對空間細節(jié)分辨力差的特點，將三基色光點同時投射到屏幕相鄰處，只要這三個光點足夠小，相距足夠近，二觀察的距離又足夠遠時，人眼看到的不是三個色點，而是三種基色的相混合的彩色感覺。如圖2-7a所示2)時間混色法：是利用人眼的視覺惰性，將三種基色光按一定順序，以足夠快得輪換速度投射到同一表面上，也能獲得相同的彩色效果。通過實驗和計算發(fā)現(xiàn)，用強度相同的紅、綠、藍三基色光合成100%白光，則在白光的總亮度中，綠色光產生占59%，紅色30%，藍色光產生的亮度占11%，這種關系可用方程表示為Y=0.3R+0.59G+0.11B此方程叫做亮度方程，式中Y代表由三基色混合的亮度。、、分別代表R、G、B三種基色對亮度所起的作用，稱為可見系數。在彩色電視信號傳輸過程中，亮度信號和三基色信號以電壓的形式來代表，亮度方程可改寫成電壓的形式即：EYRGB這里，EY、EG、EB各代表亮度信號、紅信號、綠信號和藍信號的電壓?！?-2彩色圖像的傳輸一、兼容制的彩色電視所謂兼容，就是讓黑白電視用戶能接受彩色電視廣播，顯示還是黑白圖像。而彩色電視機也能接收黑白電視廣播，當然顯示的還是黑白圖像，稱為”逆兼容性”1、兼容制的基本條件為了實現(xiàn)彩色電視與黑白電視兼容，彩色電視必須滿足以下條件：（1）彩色電視機與黑白電視機相同掃描制式和標準，如每幀掃描線數625行，行頻為15625HZ，場頻為50HZ，圖像與伴音載頻之差為Z，每個頻道寬為8MHZ等。（2）傳輸的彩色電視信號中應包含有亮度信號和色度信號（3）彩色電視機信號必須在黑白電視相同的寬帶傳送，應盡可能減少色度信號對亮度信號的干擾，在傳送的色度信號應便于在彩色電視接收機中與亮度信號分開。2、兼容制彩色電視基本原理按兼容制彩色電視的要求，彩色電視信號的傳送必須采用單通道傳送。這種傳送方式不是直接傳送三基色信號，而是先把三基色信號經過一個編碼器處理后，得到的彩色電視信號頻帶可減小到與黑白電視一樣（6MHZ），因而能與黑白電視兼容。兼容制彩色電視基本原理如下幻燈圖2-8所示圖2-8兼容制彩色圖像傳送示意圖發(fā)送系統(tǒng)接收系統(tǒng)圖中彩色畫面由八條寬度相等的垂直彩條組成，包括了三個基色、三個補色白色和黑色，這八條彩條衣亮度順序排列為白、黃、青、綠、紫、紅、藍、黑。當三基色光像同時投射到三個攝像管的靶面上，經過攝像管的光電轉換變成三基色信號ER、EG、EB所得到三基色圖像及其電信號如圖2-9所示a)彩色圖像b）紅基色圖像c）綠基色圖像d）藍基色圖像3、三種具有兼容特性的彩色電視制式（1）什么是電視制式：完成電視信號的發(fā)送和接收總要采取各種不同的特定組合、傳遞方式來實現(xiàn)，這種特定的方式就成為電視制式。黑白電視制式通常以掃描方式、掃描頻率、每幀圖像掃描行數、信號寬度等特征作為標志。如，各國電視的場掃描頻率有50hz、60hz；掃描行數有625行、525行，圖像信號寬度有5MHZ、、6MHZ、等。就形成了世界上各種類型的黑白電視制式（或標準），可使用的黑白電視制式有A、B/G、C、D/K、E、F、I、L、M、N等多種類型，我國的黑白電視標準屬于D制。對于彩色電視系統(tǒng)來說，為了實現(xiàn)黑白與彩色電視兼容，除了黑白要滿足黑白電視制式的有關特性外，還必須把攝像機輸出地三路基色信號ER、EG、EB變成兩個信號。其中一個只反映畫面上各點亮度圖像信號，另一個只反映畫面上得各點色度的信號（稱為色度信號），然后再把這兩個信號通過某種方法相加在一起組成一個復合的信號，此信號再與消隱、同步信號相加，便形成彩色全電視信號。上述各種信號的變換稱為信號編碼，完成信號編碼的裝置稱為編碼器。（2）三種彩色電視制式

世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有NTSC制、PAL制和SECAM制。1）NTSC制：NTSC制又稱正交平衡調幅制，這種制式特點是將兩個色差信號分別對頻率相同而相位相差90°的副載波進行正交平衡調幅，即用一個副載波傳送兩個色差信號。2）PAL制：又稱為逐行倒相正交平衡調幅制，是克服了NTSC制對相位敏感的缺點而產生的又一種彩色電視制式。原理是在原來正交平衡調幅和同步檢波的基礎上，將其中一個已調的ER-Y色差信號進行逐行倒相，即相鄰兩行的相位相差180°這樣可以利用相鄰兩行色彩的互補來消除由相位是真引起的色調失真。PAL制保留了NTSC制的優(yōu)點，但性能較NTSC制的優(yōu)越，主要缺點是接收機解碼電路比較復雜，是接收機成本提高。另外PAL制存在爬行干擾（百葉窗效應）的可能性。采用PAL制國家還有中國、法國、荷蘭、意大利、新加坡、泰國、馬來西亞等。3）SECAM制：SECAM制為了克服NTSC制相位敏感性而設計的。它與前兩種制式不同的特點是兩個色差信號不是同時傳送，而是逐行輪流、交替?zhèn)魉停蚨谕粫r間內傳輸通道中只有一個信號存在。在SECAM制中，色差信號對副載波的調制采用調頻的方式，通過兩個頻率不同的副載波對兩個色差信號進行調頻，然后再將兩個已調色差信號逐行輪換，插入亮度信號的高頻端，形成彩色圖像信號。由于調頻可以采用限幅來消除干擾，而且對相位失真不敏感，因而可減小因相位失真和幅度變化的而引起的色調和色飽和失真，遠距離傳送彩色電視信號效果好。但其兼容性較差，圖像清晰度比前兩種制式差。（3）三種制式之間的關系：由于三種彩色電視制式對色度信號的處理方法不同，致使三種制式之間不能相互兼容，但是，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，有些解碼電路已能進行PAL/NTSC/SECAM多種制式的解碼，采用這種解碼電路的電視機，就能接收任一彩色制式的電視信號。以上三種均可與黑白電視相兼容，為了表示彩色電視制式與黑白哪類電視制式兼容，通常在彩色電視制式字母后加上后綴字母。如，美國為NTSC-M制，聯(lián)邦德國為PAL-B/G制。我國是PAL-D/K制，它表示彩色電視制式是PAL制，能兼容D/K制式的黑白電視。二、實現(xiàn)兼容的基本方法

要實現(xiàn)彩色電視與黑白電視掃描標準相同，就有一樣的圖像、伴音載頻是比較容易的，困難的是如何將三基色信號形成亮度和色度信號，如何保證具有相同的頻帶寬度(即黑白電視是在6MHZ的帶寬內傳送亮度信號，而彩色電視也必須在6MHZ的帶寬內同時傳送亮度信號和色度信號），如何在干擾最小的情況下傳輸這些信號。彩色電視采取了一系列技術措施來實現(xiàn)兼容和改善效果1、傳輸信號的選擇及組成原理如上2-8圖所示在攝像端，彩色圖像被分解成紅、綠、藍三基色光，并轉換為相應的三基色電壓，但電視系統(tǒng)并不直接傳送這三基色信號，這主要是從兼容的要求來考慮的，則三種彩色電視制式都選用了亮度信號和色差信號作為傳輸信號的。（1）亮度信號要實現(xiàn)彩色電視與黑白電視兼容，根據兼容制條件，，必須在彩色電視信號中傳送一個反映圖像亮度的信號，即亮度信號Y。根據前面所述亮度方程式EY可以通過把三個基色信號送入一個有簡單的電阻組成的矩陣電路中來實現(xiàn)，如下幻燈片圖所示。圖中RR、RG、RB與RY的比例關系可由式推導得出：選定RY數值后，就可求出RR、RG、RB的值。（2）色差信號1）在彩色電視信號傳送過程中傳送是色差信號；R-Y信號和B-Y信號、而不是R、G、B基色信號。主要是從寬帶和兼容兩方面考慮。從帶寬方面講，為了保證圖像有必要的清晰度，每個基色信號都應與亮度信號有相同的帶寬，即為6MHZ帶寬，這樣從的彩色信號的帶寬將是黑白信號帶寬的3倍，達18MHZ，顯然這是不經濟、不合理的；另方面，因為Y信號已經代表被傳送彩色圖像的全部信息，而基色信號本身既包含有彩色的亮度信息又包含了彩色的色度信息。如果再傳送基色信號，亮度信號就傳送兩次，會造成信號傳輸過程中基色與亮度之間的干擾，因此一般不傳送基色信號而傳送色差信號。2）三個色差信號在彩色電視中除了傳送亮度信號外，還要傳送代表色調和飽和度的色度信號。根據兼容要求，色度信號應只含有色度信息而不含有亮度信息。為了獲得只含有色度信息的色度信號，可以從三基色信號中減去亮度信號，得到三個含有色度信息的信號，這個信號稱為色差信號。根據亮度方程式可導出各色差信號與三基色信號的關系：如果用電壓形式表示應為：在彩色電視中，如果傳送的是一副黑白畫面，則三基色電信號幅度相等，可求得色差信號為：可見，傳送黑白畫面時，色差信號全為零，說明色差信號僅含色度信息而不含亮度信息。這就大大減少了色度信號對亮度信號的干擾幾率，提高了黑白圖像的接收質量，改善了“兼容”性3）只傳送ER-Y和EB-Y信號由式中看出，三個色差信號只有兩個是獨立的，每個色差信號都可以由其他兩個色差信號合成得到。利用亮度方程可以方便的推導出三個色差信號之間的關系：根據2-4式可以將任何一個色差信號用其他兩個色差信號來表示?？梢娙齻€色差信號不必都傳送，只要傳送其中兩個就行了。實際傳送電視信號時，只發(fā)送ER-Y和EB-Y色差信號。那為什么不發(fā)送EG-Y這個色差呢？由于在三個色差信號中，EG-Y幅值最小，因此抗干擾能力比其他兩個色差信號弱；同時在紅、綠、藍三基色中，綠光最亮，人眼比較敏感。另外，在接收機中要想得到EG-Y信號，由2-5式求得。因此，目前彩色圖像信號都傳送ER-Y與EB-Y兩個色差信號。4）發(fā)送端色差信號的形成及接收端三基色信號的還原。如上所述，彩色電視傳送的三個信號是：在發(fā)送端用矩陣電路可將三基色信號ER、EG、EB形成亮度信號EY，EY經倒相器倒相后再分別與ER和EB相加形成了ER-EY和EB-EY兩個色差信號。該亮度信號和色差信號的形成如圖2-11所示在接收端用矩陣電路先得到EG-Y信號，然后將三個色差信號與亮度信號相加，還原出三基色信號：如下式所示，ER、EG、EB三個基色信號電壓，控制彩色顯像管的三個陰柵電壓，是三基色熒光粉按不同比例發(fā)光，重現(xiàn)彩色圖像。還原三基色信號的矩陣電路框圖如圖2-12所示圖2-12還原三基色信號的矩陣電路（解碼矩陣電路）

怎樣把亮度信號和色差信號三個信號（Y、R-Y、B-Y）都擠在黑白電視的寬帶6MHZ中來傳送而又不導致引起相互干擾。下面分兩步來解決，首先設法壓縮色差信號的頻帶，然后再把色差信號“插到”亮度信號中去，即頻譜交錯。2、頻帶壓縮（大面積著色）（1）亮度信號帶寬保持6MHZ

圖像的細節(jié)與信號的頻率相對應的，為了保證足夠的清晰度，也就是亮度信號頻帶仍取6MHZ。（2）兩色差信號用頻帶傳送人眼睛對彩色細節(jié)的分辨力低于亮度細節(jié)的分辨力，即人眼只能感受到彩色圖像中大面積部分，對彩色細節(jié)不能分辨。因此，亮度信號和色差信號就不必“一視同仁”，而應“區(qū)別對待”。亮度信號需用較寬的帶寬，以便傳送圖像細節(jié)。色差信號的帶寬則可以大大壓縮，只需傳送其低頻成分就可以了，彩色圖像的高頻分量則用同一亮度的高頻分量代替。用亮度信號帶寬10%~20%來傳送色差信號，所得到的彩色圖像的質量是滿意的。這樣利用這一原理，將色差信號從0~6MHZ頻率范圍壓縮到頻率，這一過程叫色差信號的頻帶壓縮。如下圖所示圖2-13色差信號的頻帶壓縮3、頻譜間置（1）亮度信號和色度信號頻譜結構如圖2-14a所示，圖2-14a亮度信號頻譜它具有下述特點：1）亮度信號頻譜不是連續(xù)的而是離散的，具有一定的周期性。2）在相鄰行頻諧波之間有很大一段為能量極少的空白區(qū)。3）信號能量隨著行頻諧波次數的提高而減少。4）最高頻率為6MHz。和亮度信號一樣，色度信號也同樣的周期性如下圖2-14b所示它們也是由同一場頻和同一行頻掃描出來的，即色度信號也是疏狀的一群群的線狀頻譜。（2）頻譜間置原理及副載頻的選擇為了傳送色度信號，有不擴展傳輸頻帶，可利用亮度信號頻譜空隙，移動色度信號的頻譜，然后穿插到亮度信號頻譜的空隙處，是色度信號的譜線和亮度信號的譜線錯開。如何將色度信號插到亮度信號中去？根據亮度信號頻譜結構可知，亮度信號的能量主要集中在視頻帶寬的低端，而高頻端的頻譜間隙較大，幅度也較小。為了減小色度信號對亮度信號的干擾，可采用常用的移頻技術----調幅，選擇一個合適的載波（為了和電視發(fā)射圖像載波相區(qū)別，就稱為副載波fs），副載波頻率的選擇原則為：1）將載有色差信號的副載波選在視頻帶寬的高端，例如，NTSC制的副載波頻率選為1/2行頻的奇數倍，如圖2-14c所示

頻譜間置使得色差信號對fs進行調幅后的色度信號譜線正好插入到亮度信號進行傳送，已達到壓縮頻帶、互不重疊、互不干擾的目的，稱為頻譜間置（或稱頻譜交錯）2）副載波的頻率不能選得太高，應該使調制后的色差信號上邊帶不超出亮度信號的頻譜范圍，也就是不能大于6MHz，否則不能達到兼容的目的。綜上所述，彩色電視信號中包含有亮度信號，它保留了黑白電視制式原有的各項技術標準，因而能被黑白電視機接收產生黑白圖像。彩色電視信號還用與亮度無關的兩個色差信號傳送色度信號，并依據大面積著色原理，將色差信號的頻帶壓縮，同時將色差信號對副載波調制，是色度信號的頻帶搬移到亮度信號頻帶的高頻端，對NTSC與PAL制還實現(xiàn)了色度信號與亮度信號的頻譜間置，這就做到了色度信號與亮度信號互相干擾較少，并且在接收機中便于分離。副載波fs的表達式如下式所示§2-3正交平衡調幅和NTSC制彩色全電視信號一、正交平衡調幅1、平衡條幅（1）什么是平衡調幅所謂平衡調幅就是抑制載波的調幅。它與普通調幅的不同之處就在于平衡調幅不輸出載波信號。下面將它與普通調幅進行比較：設調制信號載波信號則調幅后形成的普通調幅波信號可表示為：可以看出，一般調幅波有三種成分，即載頻ω，上邊頻ω–Ω.其頻譜如圖2-15a所示。圖2-15普通調幅波和平衡調幅波的頻譜平衡調幅波抑制了載波分量，使得平衡調幅波中沒有UScosωt一項，因而它的表達式為：其頻譜如圖2-15b所示（2）為什么要抑制副載波因為在普通調幅波的三種頻率成分中，載頻具有最大的能量，兩個邊頻的能量較小。然而，調制信號（即色差信號）的信號是包含在兩個邊頻中的。因此將無用的載頻成分抑制掉，即采用抑制副載波的平衡調幅波的頻譜來傳送色度信號能減小色度信號對亮度信號的干擾。（3）平衡調幅波的特點在圖2-16所示中畫出了調制信號是正弦波的普通調幅波波形圖和平衡調幅波形圖。圖2-16普通調幅與平衡調幅比較a）調制信號波形b）載波信號波形c）普通調幅信號d）平衡調幅波平衡調幅波具有以下四個特點：1）平衡調幅波的幅度與調制信號幅度的絕對值成正比，而與載波的幅度無關。2）每逢調制信號為過零時，平衡調幅波包絡里波形倒相180%。3）平衡調幅波的相位由調制信號和載波共同決定。當調制信號為正值時，平衡調幅波與載波相同；當調制信號為負值時，平衡調幅波與載波反相。4）平衡調幅波的包絡不再是原來的調制信號。因而不能用普通的包絡檢波器檢出原來的調制信號。必須使用同步檢波器才能解調出原調制信號。（4）平衡調幅波的產生從平衡調幅波的表達式可看出，平衡調幅信號正好是調制信號與高頻載波的乘積。因此，平衡調幅器實際上是一個乘法器，它的輸出是兩個輸入信號的乘積。如圖2-17所示，若調制為色差信號UB-Y，色副載波sinωst，將它們分別輸入到平衡器的輸入端，在輸出端即可輸出平衡調幅信號，該輸出信號為兩個輸入信號的UB-Ysinωst。平衡調節(jié)器乘法器UB-YsinωstUB-Ysinωst調制信號2、正交調幅（1）什么是正交調幅將兩個調制信號分別對頻率相同、相位相差90°（正交）的兩個載波信號進行調幅，然后再將他們失量相加，就得到正交調制信號，這種方法叫正交調幅。（2）為什么采用正交調幅信號因為色差信號有兩個，即UB-Y和UR-Y，為了節(jié)約頻帶寬度，副載頻只選擇了一個。為了使一個副載波同時攜帶兩個色差信號而互不相干擾以及在接收端是兩個已調色差信號便于分離，NTSC制采用正交平衡調幅技術。（3）色差信號的正交平衡調幅（NTSC制）圖2-18色差信號正交平衡調幅原理a是正交調幅原理b是已調信號稱為色度信號的cosω矢量圖圖中有兩個平衡調幅器，一個是B-Y平衡調幅器，輸入的副載波為sinωst;另一個是R-Y平衡調幅器，輸入的副載波為sin（ωst+90°），即cosωst。則兩個平衡調幅器分別輸出（B-Y）sinωst和（R-Y)cosωst。它們在線性加法器制合成，就可得色度信號F，F(xiàn)的數學表達式為：下燈片中由最下面的式子可用上圖2-18b矢量圖表示。它表明，色度信號的振幅Fm由色差信號U1、U2的大小決定，它反映了色彩的飽和度；色度信號的相角φ由色差信號U2和U1的比值決定，它反映了色調。也就是說，正交平衡調幅制是一個即調幅又調相的雙重調制波，當色度信號的相位變化時，會引起色度的變化；當色度信號的振幅發(fā)生變化時，會引起色飽和度的變化。顯然，在彩色電視機中兩個色差信號對副載波進行正交平衡調幅，是平衡和正交調幅的合成。提示：UB-Y是藍色差信號電壓，UR-Y是紅色色差信號電壓二、NTSC制彩色全電視信號（FBYS）彩色全電視信號由亮度信號、色度信號、色同步信號、及復合同步信號、復合消隱信號等混合疊加組成。先介紹NTSC制編碼過程，然后一通常作為測試信號的標準彩條信號的彩色全電視信號為例來分析NTSC的波形與矢量圖。1、NTSC制編碼NTSC制編碼器的簡化框圖如圖2-19所示下幻燈片。其編碼過程如下：由攝像機送來的三基色信號RGB經矩陣電路變換為亮度信號Y及紅色差信號R-Y與藍色差信號B-Y，色差信號經低頻濾波器將頻帶壓縮到后分別送到兩個平衡調幅器，相位正交的兩個副載波也分別送到兩個平衡調幅器。兩個平衡調幅器分別輸出已調色差信號即紅色分量（R-Y）cosωt與藍色色度（B-Y）sinωt，它們相互正交，疊加后的信號稱作色度信號F。顯然，色度信號是兩個色度分量的矢量和。色度信號F與經過延時的亮度信號Y同時到達加法器，再與掃描同步信號、消隱信號、彩色同步信號疊加組成彩色全電視信號。2、標準彩條信號電臺發(fā)送的測試彩條信號，在電視機上看到的8條垂直的彩帶。它包含了3個基色，3個補色，白色和黑色。在黑白電視機上，圖像由白到黑的8條不同灰度的圖案。這八條彩條是彩色電視系統(tǒng)中常用的測試信號，在檢修和測試彩色電視系統(tǒng)的特性時，通常以彩條信號作信號源。下面分析彩條圖像的亮度信號、色差信號、色度信號、的波形。（1）彩條信號中的亮度信號與色差信號波形彩條圖像如圖2-20所示。在屏幕上自左至右顯示8條彩條，它們所對應的三基色信號波形如圖2-20abc所示，圖2-20彩條圖案的波形圖圖中三基色的幅值以1為標準，是相對電平，即“1”表示白電平，“0”表示黑電平。圖中a、b、c彩條信號紅基色是一種頻率較低的彩色信息，占有頻帶也較窄藍基色信號頻率最高，綠基色信號頻率最低。當彩條確定后，亮度信號與色度信號可分別由以下電壓表達式求出。1)亮度信號波形如果將彩色圖像的三基色信號輸入矩陣電路，則根據亮度方程，在矩陣輸出段得到亮度信號。在水平一行時間內，與彩條對應的亮度電壓為：白條：ER=EG=EB=1E白=0.3+0.59+0.11=1(等量紅、綠、藍光同時出現(xiàn)、混合光為白色）.黃條：ER=EG=EB=0E黃（等量的紅、綠光混合呈黃色）以此類推青條：E青；綠條：E綠；紫條：；紅條：E紅；藍條：E藍；黑條：E黑=0按計算結果畫出的彩條亮度信號波形如圖2-20d所示它是一個幅值不等的階梯電壓波形。因此，彩條信號在黑白電視接收機屏幕上表現(xiàn)為8條從白到黑（亮度遞減）的等寬灰度條。亮度信號全部為正值，說明亮度信號包含直流分量。2）色差信號波形應用色差信號數學表達式即可彩條信號求出各色量相對的色差信號幅度值并畫出其波形。下面ER-Y為例說明計算過程：ER-YRGB對于白色條由于是三種基色組成的，所以ER-Y=0（與上面敘述傳送黑白圖像時相同），對應的黃色條是有紅基色與綠基色組成，而不含有藍基色，所以：E（R-Y）黃青色是由黃、綠基色組合而成，所以E(R-Y青綠色是基色，只含有綠色成分，所以紫色是由紅、藍基色組合而成，所以E(R-Y)紫紅色是基色，只含有紅色成分，所以E(R-Y)紅藍色是基色，只含有藍色成分，所以E(R-Y)藍其他兩個色差信號，E(B-Y)與E(G-Y)計算過程與上述方法相同。下面是彩條信號6條與黑白條的亮度與色差信號計算數據表見書p55頁2-1根據表2-1可以畫出色差信號的波形，如圖2-20efg所示。由圖可見色差信號是交流信號。（2）正交平衡調幅后的彩條色度信號根據表2-1和色度表達式得到個彩條色度信號的幅值，它們分別為：同理，可推算出紫色、紅色、藍色及黑色彩條信號幅值。書上p56頁表2-2列出彩條的色度信號的幅值表。根據表2-1和表2-2所列數值畫出的已調色差信號及色度信號的波形如圖2-21所示。亮度信號和色度信號疊加后的彩條信號波形如圖2-22所示。圖2-21已調色差及色度信號波形2-22彩條視頻信號波形（未壓縮）（3）色差信號的幅度壓縮1）為什么要壓縮色差信號幅度從圖2-22看出，疊加后的彩條信號的動態(tài)范圍確實大大超過了亮度信號黑白電平的范圍。為了使彩色電視與黑白電視兼容，彩色視頻信號不應過分超過黑白信號和動態(tài)范圍，否則在調制時會引起嚴重的過調制，影響圖像正常收看。因此必須壓縮彩色視頻信號的幅度。2）色差信號的幅度壓縮為了為了不使色度信號幅度壓縮影響接收效果，在接收中要將色度信號按比例放大復原，就可消除因壓縮色度信號帶來的影響，那么，色度信號幅度壓縮的比例如何確定?很顯然如果壓縮過多，則信噪比下降，不利于接收機復原色度信號。所以就對色度信號壓縮實質上是在調制前對兩個色差信號幅度壓縮。（4）色同步信號由于色度信號中的副載波分量在發(fā)送端平衡器中完全被抑制掉了，所以在彩色電視接收機中要有一個副載波恢復電路，使接收機產生基準副載波與發(fā)送端的副載波同頻同相。這樣就需要在發(fā)送端出一個能反映發(fā)送端頻率和相位的色同步信號，以供接收端作相位參考標準。這個色同步信號是由一小串副載波群（8-12周期）組成，位于每個行消隱后肩上，如圖2-24所示。幅度與同步脈沖相等，可表示為：書上p58也2公式（5）彩條的彩色全電視信號彩色電視信號由亮度信號、色度信號、色同步信號和復合消隱信號等組成。圖2-25所示出了標準彩條的一行周期內負極性彩色全電視信號波形。圖2-25100、100彩條的彩色全電視信號波形下個幻燈片，是100/75彩條信號的三基色信號及其壓縮后的彩色全電視信號波形如圖2-26所示圖2-26100/75彩條的彩色全電視信號波形a)三基色信號波形b)全電視信號波形（6）彩條信號的彩色矢量圖彩條信號可以用示波器可以觀察到，反映彩色接收機亮度通道和色度通道的特性，但不能反映色度信號的相位失真情況及相位失真引起的色調畸變。所以采用了彩色矢量圖表示。如圖2-27所示是壓縮后的100/100彩條信號的彩色矢量圖根據彩條信號的矢量圖可以得出以下結論：1）各種色彩在矢量圖上均有確定位置。2）矢量圖中任意兩個色彩矢量用平行四邊形法則都可以合成另外一個色彩矢量。利用色彩矢量圖可以看出色彩的色調和色飽和度的失真情況，色彩的色調失真在矢量圖上表現(xiàn)為矢量相位的變化，相位偏離越大，色調失真也越大；色彩的飽和度失真在矢量圖中表現(xiàn)為矢量長度的變化，長度越短，表示色彩飽和度越低，坐標原點的飽和度為零。注意：壓縮后的藍色色差信號為“U”，壓縮后的紅色差信號為“V”§2-4PAL制彩色全電視信號一、正交平衡調幅制的相位敏感性1、色調畸變和產生的原因彩色電視接收機不能完全準確的把原來的的景物亮度、飽和度、色調重現(xiàn)出來，尤其人眼對色調的失真最敏感，如綠葉、人的膚色失真后使人感到很不真實，主要引起是相位失真，如：彩色電視機調諧不準、電磁波的多徑傳輸、傳輸系統(tǒng)的非線性等。其中最嚴重的傳輸系統(tǒng)非線性引起的相位失真。這種因傳輸系統(tǒng)的非線性所引起的相位失真稱為微分相位失真。傳輸系統(tǒng)的非線性會使頻率相同的電信號因電平不同而有不同的相位偏移，也就是色度信號的相位偏移量隨亮度信號的大小而改變。通常是亮度信號電平越高，相位失真就越大。2、相位失真允許的范圍為了使人眼感覺不到色調的畸變，相位失真應小于±5°。二、逐行倒相克服相位失真引起的色調畸變1、逐行倒相正交平衡調幅的原理PAL制采用逐行倒相正交平衡調幅制方法克服了NTSC制對相位敏感的缺點。這種調制方法大致與NTSC相同，也是先把三個基色信號ER、EG、EB變換成一個亮度信號EY和兩個色差信號U、V，然后再用正交平衡調幅制方法把兩個色差信號組成色度信號并插入到亮度信號中去。不同之處是PAL制將色度信號中的V分量進行逐行倒相。逐行倒相的結果使電視臺送出的色度信號為：如此類推，PAL制色度信號可用數學式表達為：F=Usinωst±Vcosωst式中的±號表示：第n行取正號，第n＋1行取負號。為了分析方便，這里把與NTSC制一樣取正號的行稱為NTSC行，取負的稱為PAL行，即FNTSC=Usinωst+VcosstFPAL=Usinωst-Vcosωst一個任意色調的色度信號，采用逐行倒相正交平衡調幅制后，它的色彩矢量圖如圖2-28a所示。彩條的色度信號矢量圖2-28b所示，圖中實線表示NTSC行，虛線表示PAL行。圖2-28逐行倒相彩條的色度信號矢量圖，注意：壓縮后的藍色色差信號為“U”，壓縮后的紅色差信號為“V”a)任一色調色度信號Fnb)彩條色度信號逐行倒相原理如圖2-29所示，它與NTSC的區(qū)別增加了一個PAL開關和一個倒相器。PAL開關是一個由半行頻對稱方波控制的電子開關電路，它能逐行改變開關的接通點。NTSC行方波是正值開關接點1相連輸出cosωst副載波信號；PAL行方波是負值，使開關與接點2相連，輸出-cosωst副載波信號，這樣經V平衡調制后的信號就為逐行倒相的Fv信號，即:Fv=±Vcosωst.為了能在接收端將PAL行的色度信號分量FV重新倒回來，接收機中送入V同步檢波器的副載波也應與發(fā)射端一樣，其相位逐行倒相，即交替地送入±cosωst副載波，用+cosωst解調NTSC行，用-cosωst解調PAL行，從而正確解調出V信號。2、PAL制克服相位失真的原理從彩條信號的失真圖可以看到紫色質量處于第一象限內。當矢量逆時針方向旋轉時，彩條變化的順序是紫-紅-綠-青-藍-紫?，F(xiàn)在如果將色度信號中的v分量倒相，則各個矢量在按逆時針方向旋轉時，色彩變化的順序卻變?yōu)樽?藍-青-綠-黃-紅-紫。這表明兩種情況下色彩的相序相反。顯然，色度矢量同一方向的相位誤差，在相反的色彩相序下將產生方向相反的色度偏差。這樣，當這兩種偏差混合平均時，就能抵消偏差而恢復正確的色彩。PAL制就是利用這一原理將v信號逐行倒相來克服色調畸變的。下面用圖2-30來說明PAL制克服色調畸變的原理。圖2-30PAL制克服色調畸變的原理三、PAL制為1/4行頻間置，副載波頻率為如圖2-31a這就使副載波頻率不能采用半行頻間置，否則亮度信號將于Fv信號頻譜完全重疊，如圖2-31b所示出現(xiàn)嚴重的相互干擾。將副載波fs右移1/4行頻，色度信號與亮度信號頻譜錯開.如圖2-32所示。副載波頻率表達式：四、PAL制色同步信號與NTSC制不同1、PAL制色同步信號的作用

NTSC行的色同步信號相位為+135°，PAL行的色同步信號相位為-135°因此PAL制得色同步信號除了為接收機恢復副載波提供一個相位基準，使其與發(fā)送端副載波同頻同相外，還要完成對PAL行的識別，保證收、發(fā)兩端逐行倒相同步進行。2、PAL制色同步信號PAL制色同步信號所含副載波的個數、幅度、在全電視信號中的位置等，都與NTSC制一樣，不同是NTSC制色同步信號的副載波相位為180°，而PAL制色同步信號的副載波相位逐行變化，NTSC行時為+135，PAL行時為-135，如下圖2-33所示3、PAL制色同步信號形成產生PAL制同步信號的方法是在發(fā)送端先產生一個色同步選通脈沖，也叫K脈沖。K脈沖的重復頻率為行頻，位于行消隱期間，與色同步信號出現(xiàn)時間相對應。將K脈沖以一定的極性分別加到兩個色差信號中，與色差信號一起送入平衡調制器。正極性的K脈沖加入V平衡調制器就可產生色同步信號的V分量（NTSC行為+90，PAL行為-90），負極性的K脈沖加入U平衡調制器則可產生色同步信號的U分量（180），兩個分量相混合便形成了逐行交變（+135°和-135°）的色同步信號，如下圖2-34所示PAL制得色同步信號可表示為：它的矢量圖下個幻燈片如圖2-35所示2-35PAL制色同步信號矢量圖五、PAL制編碼過程PAL制編碼器的任務是把三基色信號ER、EG、EB按一定方式編制成彩色全電視信號，PAL制編碼器的框圖如圖2-36所示。其編碼過程如下：（1）ER、EG、EB三個基色信號通過矩陣電路，變換成亮度信號EY和色度信號ER-Y、EB-Y。（2）為了減小亮度信號對色度信號的干擾，讓亮度信號通過一個中心頻率為副載波的陷波器，再把亮度信號放大，然后與行、場同步信號和消隱信號ES混合。此外，由于色差信號經過低通濾波器后會引起附加延時,為了使亮度信號與色度信號同時進入信號混合電路，需對亮度信號進行適當延時時，延時；量為左右。（3）色差信號經過適當的幅度和頻譜壓縮后，得到新的色差信號U和V。（4）將色差信號V與+K脈沖混合后，再與副載波±cosωst進行平衡調幅，得到已調色差信號Fv和色同步信號分量Fbv。色差信號U與-K脈沖混合后，再與副載波sinωst進行平衡調幅，得到已調色差信號Fu和色度信號Fbu。上述這些信號混合后，形成色度信號F和色同步信號Fb。為了得到±cosωst副載波，需用90°移相、180倒相和PAL開關電路?？刂芇AL開關夫人是逐行倒相的開關信號，它的周期為2TH。（5）色度信號、色同步信號、亮度信號、行場同步信號和消隱信號在信號混合電路中混合后形成彩色全電視信號FBYS。六、PAL制視頻信號與射頻信號（RF）1、彩色全電視信號由編碼器輸出的信號即為彩色全電視信號，也稱為視頻信號。PAL制彩色全電視信號也是和NTSC制一樣由亮度信號、色度信號、色同步信號及復合同步信號和復合消隱信號組成，與NTSC制不同