電視色同步信號

色度信號與色同步信號為了實(shí)現(xiàn)頻譜穿插，須將色差信號調(diào)制到副載波上。而色差信號有兩個(R-Y和B-Y)，假設(shè)分別調(diào)制到不同的副載波上，同時傳輸時會使帶寬增加，所以需要進(jìn)展編碼處理，處理方式的不同從而產(chǎn)生了不同的彩色電視制式。就現(xiàn)有的三大兼容制彩色電視制式而言，NTSCPAL和SECAM是為抑制NTSCNTSC制和PAL制色差信號都承受正交平衡調(diào)幅制(兩個色差信號的頻譜構(gòu)造一樣但相位不同〔正交〕，因而避開相互干擾。)，只是后者將其中一個重量進(jìn)展了逐行倒相。所以我們首先分析正交平衡調(diào)幅的色度信號和色同步信號。色度信號的形成在NTSC制中，它是將正交調(diào)幅與平衡調(diào)幅結(jié)合起來，將兩個色差信號分別對相位正交的兩個副載波進(jìn)展平衡調(diào)幅，由此而得到已調(diào)信號，稱其為色度信號。調(diào)幅〔AM〕AmplitudeModulation調(diào)幅就是被調(diào)制信號的振幅隨調(diào)制信號而變化。設(shè)調(diào)制信號為：〔2-4〔a〕〕并設(shè)被調(diào)制高頻信號如圖〔圖2-4〔b〕〕所示：其表達(dá)式為:wSW。則調(diào)幅后形成的調(diào)幅波u1可表示為：〔2-6〕式中Ka〔圖2-4〔c〕〕2-4〔a〕調(diào)制信號〔b〕載波(c)調(diào)幅波〔AM波〕US+KaUW最小振幅US-KaUW之間。在播送或通信領(lǐng)域中，把被調(diào)制的高頻正弦波uS常稱為載波。為了具體分析調(diào)幅波特性，將式〔2-6〕用三角公式開放：〔2-7〕上式中ma=KaUW/USma<=1ma>1，這就是過調(diào)制，將引起原信號失真?！?-7〕式說明，載波經(jīng)單一頻率W的信號進(jìn)展調(diào)幅后所得的高頻波，其頻譜含有三個頻率重量ws、上邊頻ws+W和下邊頻ws+US1/2USma和1/2USma，上邊頻和下邊頻是關(guān)于載波對稱的。圖(2-5)2-5〔a〕〔b〕〔c〕調(diào)幅波頻譜表示了調(diào)幅波的頻譜。一般狀況下，調(diào)制信號是非正弦波，可近似為由很多頻率不同的正弦波所組成。假設(shè)調(diào)制信號的頻率范圍是從W1到W2，載波頻率為wS，則調(diào)幅波的頻譜如圖(2-6)所示。載頻兩邊將形成一對鏡像的頻帶，稱為身邊帶和下邊帶。由圖可見，已調(diào)信號的頻帶寬度等于調(diào)制信號最高頻率的二倍。例如，假設(shè)調(diào)制信號的最高頻率為5kHz，則已調(diào)幅波的頻帶寬度等于10kHz。平衡調(diào)幅所謂平衡調(diào)幅，是指抑制載波的一種調(diào)制方式。它與一般調(diào)幅不同之處在于不輸出載波，使UScoswSt項(xiàng)，因而其表達(dá)式變?yōu)椋骸病?-8〕由〔2-8〕其頻譜僅含(ωS±Ω)ωS成分。它的頻譜及波形分別如圖(2-6)圖〔2-7〕圖2-7平衡調(diào)幅波形〔a〕調(diào)制信號〔b〕載波〔c〕平衡調(diào)幅波平衡調(diào)幅波的特點(diǎn)：平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號幅度確實(shí)定值成正比。當(dāng)調(diào)制信號確實(shí)定值最大時(圖中t3、t5時刻)，平衡調(diào)幅波幅度最大；當(dāng)調(diào)制信號等于零時(圖中t2、t4時刻)，平衡調(diào)幅波幅度也為零。調(diào)幅信號為正值時，平衡調(diào)幅波與載波同相；調(diào)制信號電壓為負(fù)值時，平衡調(diào)幅被與載波反相。當(dāng)調(diào)制信號電平過零而轉(zhuǎn)變其電壓極性時，平衡調(diào)幅波相位隨之變化180°。為什么要承受平衡調(diào)幅來傳送色差信號呢？這是由于一般的調(diào)幅波信號包含著不含信息內(nèi)容的載波，而信息包含在上、下兩個邊帶之中。但是載波占用了一般調(diào)幅波信號能量的2/3。抑制掉載波，可使傳送同樣信息能量所需功率大為削減；還能削減載波對亮度信號的干擾。在彩色電視系統(tǒng)中，把被色差信號調(diào)制的高頻載波叫色副載波。正交調(diào)幅將兩個調(diào)制信號分別對頻率相等、相位相差90°的兩個正交載波進(jìn)展調(diào)幅，然后再將這兩個調(diào)幅信號進(jìn)展矢量相加〔頻帶寬度沒有增加〕，這一調(diào)制方式稱正交調(diào)幅。假設(shè)兩個調(diào)制信號分別對正交的兩個載波進(jìn)展平衡調(diào)幅，其合成信號即為正交平衡調(diào)幅信號。彩色電視系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)色度與亮度信號頻譜穿插，應(yīng)用了正交平衡調(diào)幅的方式，只用一個副載波便實(shí)現(xiàn)對兩個色差信號的傳輸，而且在解調(diào)端承受同步解調(diào)又很簡潔分別出紅色差與藍(lán)色差重量。色度信號的形成在將兩個色差信號分別對兩個正交的副載波進(jìn)展平衡調(diào)幅之前，先對其進(jìn)展適當(dāng)?shù)姆葔嚎s，這是不失真?zhèn)鬏斔枰?。壓縮后的色差信號分別用U和V表示，它們與壓縮前的色差信號的關(guān)系是：U=0.493(B-Y)〔2-9〕V=0.877(R-Y)〔2-10〕式中0.493和0.873稱為色差信號的壓縮系數(shù)。壓縮后的色差信號分別對兩個正交副載波sinωSCtcosωSCt進(jìn)展平衡調(diào)幅，從而得到兩個平衡調(diào)幅信號FUFV：FU=UsinωSCt〔2-11〕FV=VcosωSCt〔2-12〕這兩個平衡調(diào)幅信號FU、FV〔又稱藍(lán)色度重量和紅色度重量〕頻率相等，相位相差90°，保持著正交關(guān)系，將兩者相加便得到正交平衡調(diào)幅的色度信號F：F=FU+FV=UsinωSCt+VcosωSCt〔2-13〕F亦可用矢量表示，稱彩色矢量，如圖(2-8)所示：由圖2-8可見，色度信號的振幅Fm和相角j〔2-14)、〔2-15〕由〔2-14〕和〔2-15〕兩式可見，色度信號F的振幅Fm取決于U、V值的大??；色度信號F的相角取決于VUF包含著色調(diào)和色飽和度信息，是一個既調(diào)幅又調(diào)相的信號。當(dāng)色度信號的相位發(fā)生變化時，會引起色調(diào)變化；當(dāng)色度信號的振幅發(fā)生變化時，會引起飽和度變化。圖(2-9)所示。由副載波發(fā)生器產(chǎn)生的副載波sinwsct經(jīng)放大后直接加至U平衡調(diào)幅器，由色差信號U進(jìn)行平衡調(diào)幅，產(chǎn)生平衡調(diào)幅波FU重量；同時sinwsct經(jīng)過90°移相后，得到到正交副載波返上cosωSCt，然后送V平衡調(diào)制器由色差信號VFV重量，F(xiàn)VFU在F。返上同步檢波原理要從彩色全電視信號中獲得兩個色差信號，首先必需把色度信號從全電視信號中分別出來，然后送同步檢波電路，利用兩個色度重量FV、FU的相位差來解調(diào)精彩差信號的。其解調(diào)原理如2-10〔a〕所示。同步檢波器可看成兩個受副載波掌握的開關(guān)，如圖2-10〔b〕所示。開關(guān)工作特點(diǎn)是，當(dāng)副載波為正的最大值時，開關(guān)閉合，其余時間開關(guān)斷開。將色度信號FUsinωSCtVcosωSCt送入這兩個同步檢波開關(guān)。在FU=UsinωSCt重量消滅最大值時，U同步解調(diào)開關(guān)閉合，這時FV重量恰好為零，從而把U重量解調(diào)出來。同理亦可解調(diào)出V重量。由于掌握同步檢波的副載波必需與被檢波的色度信號相位一樣，所以稱同步檢波。其對應(yīng)波形如圖2-11所示。同步檢波可解調(diào)精彩差信號，還可由數(shù)學(xué)分析加以證明。 〔2-16〕返上U/2是解調(diào)輸出的色差信號，頻帶為0~1.3MHz；其余兩項(xiàng)為副載波的諧波成分，頻率為副載波的二倍，很簡潔用低通濾波器將其濾除，從而得到色差信號。同理，用cosωSCtFV/2色差信號重量。返上色同步信號要實(shí)現(xiàn)同步解調(diào)，需要一個與色差信號調(diào)制時的副載波同頻、同相的恢復(fù)副載波。由于色度〔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)送彩色全電視信號的同時發(fā)出一個能反映發(fā)端副載波頻率與相位信息的“色同步信號以使電視接收機(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。色同步信號是由8～12個周期副載波組成的一小串副載波群構(gòu)成〔正弦填充脈沖〕，這個正弦填充脈沖的周期與行周期一樣，位于行消5.6μs，如2-12所示。色同步信號的幅度與行步脈沖幅度相等。假設(shè)以h表示同步脈沖幅度，F(xiàn)b表示色同步信號，則〔2-17〕返上色同步信號與彩色電視信號一起傳送到接收端，彩色電視機(jī)將其從彩色電視信號中分別出來，去掌握接收機(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)精彩差信號。返上彩條圖像對應(yīng)的信號波形及矢量壓縮系數(shù)依據(jù)表2-1所列彩條信號參數(shù)，利用公式可分別求得白、黃、綠、品、紅、藍(lán)、黑所對應(yīng)的亮度信號、色差信號、色度信號、亮度與色度2-3所示。據(jù)此繪出各信號波形如2-15所示〔負(fù)極性電視信號〕。Y+Fm所得彩色視頻信號的電平變化范圍已大大地超過了黑白視頻信號的電平變化范圍。由表中數(shù)據(jù)可見，黃條和青條的最大值分別超過白色電平79％和46％；而4679％。電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在100-0-100-0彩條信號狀況下，取峰值白色電平與黑色電平差為1，圖象信號最大搖擺范圍不得超過峰值白色電平與黑色電平以外0.33.也就是說復(fù)合信號的最大搖擺范圍在-0.331.33的界限之內(nèi).x1x2〔來壓縮(B-Y)和(R-Y)的UV表示，即U=x1〔B-Y〕V=x2〔R-Y〕則壓縮后黃、青視頻信號幅度應(yīng)滿足下式關(guān)系：帶入黃條數(shù)據(jù)：帶入青條數(shù)據(jù)：聯(lián)立求解得：x10.493、x20.877。22-4彩條波形如2-142-14注釋：FV、FU波形分別是壓縮后的色差信號V、U對色副載波平衡調(diào)幅波，副載波的振幅受V、U信號的調(diào)制。由于色副載波頻率較高，所以用密黑豎條表示，實(shí)際上是如圖2-7一樣的振幅變化的正弦波。F的波形是FV與FU相Y+F后產(chǎn)生的。所示3．彩條對應(yīng)的矢量圖2-4所給出的三基色及三補(bǔ)色的振幅Fmj，在U、V平面上繪制出各彩條信號的矢量圖，如2-13返上所示。彩條矢量的方位〔色度角〕表示色調(diào)，彩條矢量?！采刃盘柕恼穹撤从成柡投?。返上NTSC電視全屏圖像的每一幀有525條水平線。這些線是從左到右從上到下排列的。每隔一條線是跳動的。所以每一個完整的幀需要掃描兩次屏幕：第一次掃描是奇數(shù)線，另一次掃描是偶數(shù)線。每次半幀屏幕掃描需要大約1/60秒；整幀掃描需要1/30秒。這種隔行掃描系統(tǒng)也叫interlacing〔也是隔行掃描的意思。適配器可以把NTSC信號轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字信號。相反地還有種設(shè)備能把計(jì)算機(jī)視頻轉(zhuǎn)成NTSC信號，能把電視接收器當(dāng)成計(jì)算機(jī)顯示器那樣使用。但是由于通用電視接收器的區(qū)分率要比一臺一般顯示器低，所以即使電視屏幕再大也不能適應(yīng)全部的計(jì)算機(jī)程序。PAL是英文PhaseAlterationLine的縮寫，意思是逐行倒相，也屬于同時制。它對同時傳送的兩個色差信號中的一個色差信號承受逐行倒相，另一個色差信號進(jìn)展正交調(diào)制方式。這樣，假設(shè)在信號傳輸過程中發(fā)生相位失真，則會由于相鄰兩行信號的相位相反起到相互補(bǔ)嘗作用，從而有效地抑制了因相位失真而起的顏色變化。NTSC和PALNTSC是NationalSystemCommitteePAL則是PhaseAlternatingLine的縮寫，主要應(yīng)用于中國、中東地區(qū)和歐洲一帶。另外，PAL的每秒幀數(shù)是25幀，NTSC29.97幀。除包括一樣于黑白電視的掃描、信道等以拉丁字母來區(qū)分的制式內(nèi)容外(表2),還依據(jù)發(fā)、收端對三基色信號的不同編碼、解碼方式構(gòu)成不同的彩色電視制式。播送彩色電視制式要求和黑白電視兼容，也就是黑白電視機(jī)能收彩色電視播送，彩色電視機(jī)也能收黑白電視播送，但收到的都是黑白圖像和伴音。為此，彩色電視依據(jù)相加混色法中肯定比例的三基色光能混合成包括白光在內(nèi)的各種色光的原理，同時為了兼容和壓縮