1、3. 1 概述概述 彩色電視在發(fā)展的過程中，一直追求彩彩色電視在發(fā)展的過程中，一直追求彩色電視和黑白電視的兼容，所謂兼容，色電視和黑白電視的兼容，所謂兼容， 就是就是黑白電視接收機既能接收彩色電視信號，黑白電視接收機既能接收彩色電視信號， 也也能重現(xiàn)黑白電視信號；能重現(xiàn)黑白電視信號； 彩色電視接收機既能彩色電視接收機既能接收黑白電視信號，接收黑白電視信號， 也能重現(xiàn)黑白電視信也能重現(xiàn)黑白電視信號。號。 第三章第三章 彩色視頻信號的處理與制式彩色視頻信號的處理與制式 要實現(xiàn)兼容，其中最基本的一個條件，就是能要實現(xiàn)兼容，其中最基本的一個條件，就是能夠在相同的視頻頻帶寬度（夠在相同的視頻頻帶寬度（6

2、MHZ）的情況下進行）的情況下進行彩色電視信號的傳輸。我們雖然選擇了一個亮度信彩色電視信號的傳輸。我們雖然選擇了一個亮度信號（號（Y）和兩個色差信號（）和兩個色差信號（RY、BY），但它），但它們不能直接在一條與黑白電視相同的帶寬的信道中們不能直接在一條與黑白電視相同的帶寬的信道中傳輸這三個信號，還必須先進行處理。傳輸這三個信號，還必須先進行處理。 采用不同的處理方法就構成不同的彩色電視制采用不同的處理方法就構成不同的彩色電視制式，現(xiàn)在世界流行的三種彩色電視制式：式，現(xiàn)在世界流行的三種彩色電視制式： NTSC（N制）制） PAL（P制）制） SECAM3. 2 黑白黑白CCD電視攝像機電視攝像

3、機鏡頭鏡頭CCD傳感器傳感器預放器預放器 放大及放大及信號處理信號處理脈沖推動脈沖推動自動光圈控制自動光圈控制 定時脈沖定時脈沖同步信號發(fā)生器同步信號發(fā)生器主振蕩器主振蕩器電源電源混合同步混合同步視頻信號輸出視頻信號輸出CCD攝像機原理框圖黑白攝像機原理框圖黑白3. 2. 1 圖像信號的鉗位圖像信號的鉗位 圖像與視頻信號圖像與視頻信號一行黑白全電視信號一行黑白全電視信號0. .7V0. .3V峰值白電平峰值白電平 黑電平（黑電平（050mV） 消隱電平（消隱電平（0電平）電平） 行同步信號行同步信號 視頻信號的頻帶為：視頻信號的頻帶為：06MHZ，視頻信號中高視頻信號中高頻成分表示圖像的邊緣；

4、頻成分表示圖像的邊緣； 0表示圖像內容變化緩慢表示圖像內容變化緩慢的部分，接近直流，的部分，接近直流，低頻成分表示圖像中的背景。低頻成分表示圖像中的背景。 作為視頻放大電路，為了防止直流成分的丟失作為視頻放大電路，為了防止直流成分的丟失需要采用直流放大器，采用多級直流放大容易引起需要采用直流放大器，采用多級直流放大容易引起電平飄移，在實際應用中仍采用電平飄移，在實際應用中仍采用RC交流耦合放大交流耦合放大器，由于電容的隔直流作用，信號中的直流會丟器，由于電容的隔直流作用，信號中的直流會丟失。失。 直流分量丟失后圖像的平均亮度會發(fā)生改變。直流分量丟失后圖像的平均亮度會發(fā)生改變。信號平均分量對圖像

5、的影響信號平均分量對圖像的影響黑電平黑電平白電平白電平通過鉗位電路消除低頻干擾通過鉗位電路消除低頻干擾鉗位前鉗位前鉗位后鉗位后 要恢復信號中的直流成分采用鉗位電路要恢復信號中的直流成分采用鉗位電路三極管鉗位電路原理圖三極管鉗位電路原理圖1VT視頻信號輸入視頻信號輸入鉗位脈沖鉗位脈沖視頻信號輸出視頻信號輸出2VT3VT0EC3. 2. 3 自動光圈控制自動光圈控制 攝像機的鏡頭采用自動光圈控制鏡頭。攝像機的鏡頭采用自動光圈控制鏡頭。在攝像在攝像機的動態(tài)范圍不夠的情況下，為了適應場景照度比機的動態(tài)范圍不夠的情況下，為了適應場景照度比較大的變化范圍只能改變攝像機鏡頭的光圈，才能較大的變化范圍只能改變

6、攝像機鏡頭的光圈，才能獲得滿意的圖像。獲得滿意的圖像。在某些應用場合在某些應用場合采用手動方式不采用手動方式不停地改變光圈顯然是不可取的。停地改變光圈顯然是不可取的。 自動光圈鏡頭：在攝像機鏡頭上裝有可以正反自動光圈鏡頭：在攝像機鏡頭上裝有可以正反方向旋轉的微型電動機，其轉動方向受控制信號控方向旋轉的微型電動機，其轉動方向受控制信號控制。制。 簡單工作原理：根據(jù)攝像機輸出視頻信號電平簡單工作原理：根據(jù)攝像機輸出視頻信號電平的變化輸出一控制電壓，去驅動鏡頭中控制光圈的的變化輸出一控制電壓，去驅動鏡頭中控制光圈的微型電動機做正反向轉動，從而實現(xiàn)光圈的自動調微型電動機做正反向轉動，從而實現(xiàn)光圈的自動

7、調整，使攝像機輸出的視頻信號保持在預先設定的標整，使攝像機輸出的視頻信號保持在預先設定的標準電平上。通常這個標準電平定為峰值電平的準電平上。通常這個標準電平定為峰值電平的70 。 3. 2. 4 CCD攝像機攝像機的幾個主要參數(shù)的幾個主要參數(shù)1. . 象素數(shù)象素數(shù) 攝像機攝像機CCD傳感器的最大象素數(shù)。一般來傳感器的最大象素數(shù)。一般來說，說，CCD傳感器象素數(shù)越多由該芯片構成的攝像機傳感器象素數(shù)越多由該芯片構成的攝像機的分辨率越高。一般表示為：的分辨率越高。一般表示為：570H488V，或用總，或用總象素數(shù)表示：象素數(shù)表示：30（27.8）萬象素。）萬象素。2 2分辨率分辨率 攝像機的一個重要

8、參數(shù)。攝像機的一個重要參數(shù)。 當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器上能夠看到的最多線數(shù)時，在監(jiān)視器上能夠看到的最多線數(shù)用電用電視線（視線（TVl）表示。）表示。 攝像機的垂直分辨率與垂直方向的有效掃攝像機的垂直分辨率與垂直方向的有效掃描行數(shù)有關，水平分辨率與視頻通道的帶寬有描行數(shù)有關，水平分辨率與視頻通道的帶寬有關，近似可以表示為關，近似可以表示為1MHZ相當相當80TVl3最低照度最低照度 最低照度是當被攝景物的亮度低到一定程度最低照度是當被攝景物的亮度低到一定程度而使攝像機輸出的信號低到某一規(guī)定值時的景而使攝像機輸出的信號低到某一規(guī)定值時的景

9、物照度值。物照度值。 當景物照度低于最低照度時，反映在監(jiān)視當景物照度低于最低照度時，反映在監(jiān)視器屏幕上，圖像上噪聲點特別多，圖像清晰度器屏幕上，圖像上噪聲點特別多，圖像清晰度下降，是一屏很難分辨出層次的，灰暗的圖像。下降，是一屏很難分辨出層次的，灰暗的圖像。4其它參數(shù)其它參數(shù) 性噪比性噪比 信號電壓對于噪聲電壓的比值。信號電壓對于噪聲電壓的比值。 在攝取較亮場景時，此時性噪比較高，屏幕畫面通常比在攝取較亮場景時，此時性噪比較高，屏幕畫面通常比較清晰明快，覺察不到畫面中存在干擾噪聲點；在攝取較暗較清晰明快，覺察不到畫面中存在干擾噪聲點；在攝取較暗場景時，此時性噪比較低，屏幕圖像比較昏暗，有比較多

10、的場景時，此時性噪比較低，屏幕圖像比較昏暗，有比較多的干擾噪聲點。噪聲電壓是一定的，信號電壓與場景亮度有干擾噪聲點。噪聲電壓是一定的，信號電壓與場景亮度有關，性噪比越高，在相同的照度情況下，攝取圖像質量越好關，性噪比越高，在相同的照度情況下，攝取圖像質量越好（與攝像機的靈敏度、暗電流、動態(tài)范圍、性噪比有關）。（與攝像機的靈敏度、暗電流、動態(tài)范圍、性噪比有關）。 攝像機的性噪比在攝像機的性噪比在40dB以上就可以攝取一般質量的圖以上就可以攝取一般質量的圖像，像，CCD攝像機性噪比的典型值為攝像機性噪比的典型值為4555dB。 dBNS均方噪聲電壓均方噪聲電壓均方信號電壓均方信號電壓log20 校

11、正系數(shù)、電源電壓、功耗、視頻輸校正系數(shù)、電源電壓、功耗、視頻輸出、同步系統(tǒng)、鏡頭接口、外型尺寸、重量出、同步系統(tǒng)、鏡頭接口、外型尺寸、重量等。等。3. 3 頻譜交錯與高頻混合頻譜交錯與高頻混合3. 3. 1 頻譜交錯原理頻譜交錯原理 彩色電視在發(fā)展的過程中，一直追求彩色電視彩色電視在發(fā)展的過程中，一直追求彩色電視和黑白電視的兼容，所謂兼容，和黑白電視的兼容，所謂兼容， 就是黑白電視接收就是黑白電視接收機既能接收彩色電視信號，機既能接收彩色電視信號， 也能重現(xiàn)黑白電視信也能重現(xiàn)黑白電視信號；號； 彩色電視接收機既能接收黑白電視信號，彩色電視接收機既能接收黑白電視信號， 也也能重現(xiàn)黑白電視信號。能

12、重現(xiàn)黑白電視信號。 要實現(xiàn)兼容，其中最基本的一個條件，要實現(xiàn)兼容，其中最基本的一個條件，就是能夠在相同的視頻頻帶寬度（就是能夠在相同的視頻頻帶寬度（6MHZ）的的通道通道進行彩色電視信號的傳輸。我們選進行彩色電視信號的傳輸。我們選擇一個亮度信號（擇一個亮度信號（Y）和兩個色差信號（）和兩個色差信號（RY、BY），），將色度信號的頻譜插在亮度信號的頻譜空隙將色度信號的頻譜插在亮度信號的頻譜空隙中間，中間， 用一個用一個6 MHz帶寬的通道同時傳送帶寬的通道同時傳送亮度信號和色度信號，亮度信號和色度信號， 這種方法稱為這種方法稱為頻譜頻譜交錯交錯或或頻譜間置頻譜間置。f(n3）fH(n4）fH(n

13、2）fH(n1）fHnfHnfHnfH50nfH25nfH50nfH25前面的分析我們已經得到亮度信號的頻譜前面的分析我們已經得到亮度信號的頻譜 亮度信號和亮度信號和R、G、B信號有相同的頻譜結構。信號有相同的頻譜結構。同樣亮度信號和兩個色差信號可以由同樣亮度信號和兩個色差信號可以由R、G、B線性組合產生，故此它們由相同的頻譜結構，線性組合產生，故此它們由相同的頻譜結構，因為線性變換不會產生新的頻率成分。在兩相因為線性變換不會產生新的頻率成分。在兩相鄰的諧波之間有很大的空隙。鄰的諧波之間有很大的空隙。 采用調幅技術可以將色差信號的頻譜搬遷采用調幅技術可以將色差信號的頻譜搬遷到這些空隙中。到這些

14、空隙中。 圖圖 3-2 頻譜交錯頻譜交錯 (a) 色差信號頻譜；色差信號頻譜； (b) 色度信號頻譜；色度信號頻譜； (c) 頻譜交錯頻譜交錯fSCffSC4fH3fH2fHfH(a)f(b)fSC3 fHfSC fHfSC3 fHfSC fHffSC3 fHfSC fH(c)fSC3 fHfSC fH(a)(b)(c) 經過調制的色差信號被稱為經過調制的色差信號被稱為色度信號色度信號，圖中所，圖中所示的亮度信號的頻譜與色度信號的頻譜相互錯開，示的亮度信號的頻譜與色度信號的頻譜相互錯開，這就是頻譜交錯。這就是頻譜交錯。 采用頻譜交錯技術以后，亮度信號和色度信號采用頻譜交錯技術以后，亮度信號和色

15、度信號就可以共頻帶傳輸了。就可以共頻帶傳輸了。 亮度信號與色差信號的頻譜交錯亮度信號色度信號（n1）fH（n+1）fHfH正交平衡調制：正交平衡調制： 一路色差信號占有一路色差信號占有1. .3MHZ經調幅后帶寬為經調幅后帶寬為2. .6MHZ，那么兩路色差信號調制后所占帶寬為，那么兩路色差信號調制后所占帶寬為5. .2 MHZ色、亮共存時所占帶寬還是很大的，其解決的辦法是色、亮共存時所占帶寬還是很大的，其解決的辦法是采用正交調制技術，即兩路色差信號分別對相位差為采用正交調制技術，即兩路色差信號分別對相位差為900的載波進行調制，這樣，色度信號所占的帶寬就的載波進行調制，這樣，色度信號所占的帶

16、寬就只有只有2. .6 MHZ。而且，為了進一步減小色度對亮度的。而且，為了進一步減小色度對亮度的干擾，可將一般調幅改為平衡調幅。干擾，可將一般調幅改為平衡調幅。 采用正交平衡調幅，實現(xiàn)頻譜交錯，實現(xiàn)采用正交平衡調幅，實現(xiàn)頻譜交錯，實現(xiàn)亮度亮度信號和色度信號共頻帶傳輸。信號和色度信號共頻帶傳輸。3. 3. 2 高譜混合原理高譜混合原理 利用人眼對彩色細節(jié)的分辨力比較差的特利用人眼對彩色細節(jié)的分辨力比較差的特點，在電視系統(tǒng)中傳送彩色圖像時，點，在電視系統(tǒng)中傳送彩色圖像時， 亮度信號以寬帶（亮度信號以寬帶（0 06 MHz6 MHz）傳輸，）傳輸， 色度信號以窄帶（色度信號以窄帶（0 01.3 M

17、Hz1.3 MHz）傳輸，）傳輸， 實現(xiàn)頻帶壓縮。實現(xiàn)頻帶壓縮。 發(fā)送端發(fā)送：發(fā)送端發(fā)送： 亮度信號亮度信號 Y06MHz 色差信號色差信號 (R-Y)01.3MHz (B-Y)01.3MHz 接收接收 端得到：端得到： R= (R-Y)01.3MHz +Y06MHz=R01.3MHZY1.36MHz G= (G-Y)01.3MHz +Y06MHz=G01.3MHZY1.36MHz B= (B-Y)01.3MHz +Y06MHz=B01.3MHZY1.36MHz 666666ffffffMHZMHZRGBRGB1. .31. .31. .3R G B YYY發(fā)送端的三基色信號頻譜圖接收端的三基

18、色信號頻譜圖 3. 4 NTSC制制 一路色差信號占有一路色差信號占有1. .3MHZ經調幅后帶寬經調幅后帶寬為為2. .6MHZ，那么兩路色差信號調制后所占帶，那么兩路色差信號調制后所占帶寬為寬為5. .2 MHZ色、亮共存時所占帶寬還是很大色、亮共存時所占帶寬還是很大的，其解決的辦法是采用正交調制技術，即兩的，其解決的辦法是采用正交調制技術，即兩路色差信號分別對相位差為路色差信號分別對相位差為900的載波進行調的載波進行調制，這樣，色度信號所占的帶寬就只有制，這樣，色度信號所占的帶寬就只有2. .6 MHZ。而且，為了進一步減小色度對亮度的。而且，為了進一步減小色度對亮度的干擾，可將一般調

19、幅改為平衡調幅。干擾，可將一般調幅改為平衡調幅。3. 4. 1 正交平衡調幅與同步檢波正交平衡調幅與同步檢波 普通調幅的數(shù)學表達式為普通調幅的數(shù)學表達式為其中：其中： 載波；載波； 調制信號；調制信號； 與與 為已調信號的上、下邊帶。為已調信號的上、下邊帶。 tUtUtUttUUUmmsmsAM cos2cos2coscoscostUs costUm cos tUtUttUUmmmBM cos21cos21coscos(1).平衡調幅：平衡調幅：平衡調幅又稱為抑制載波調幅。平衡調幅又稱為抑制載波調幅。 抑制載波調抑制載波調幅可以抑制色度信號對亮度信號的干擾并節(jié)省幅可以抑制色度信號對亮度信號的干

20、擾并節(jié)省發(fā)射功率。平衡調幅是調制信號與載波相乘發(fā)射功率。平衡調幅是調制信號與載波相乘： 調幅波波形 (a)調制信號;(b)載波;(c)AM波;(d)平衡調幅波 用色差信號對負載波進行平衡調幅，數(shù)用色差信號對負載波進行平衡調幅，數(shù)學表達式為：學表達式為： UB-Y=(B-Y)Sinsct 色差信號的色差信號的平衡調幅平衡調幅（B-Y)Sinsc (a) 色差信號色差信號(調制信號調制信號)； (b) 副載波信號；副載波信號； (c) 平衡調幅波平衡調幅波BYsinSCt0000.89180(a)0180018000.30.590.590.30.890.890.590.30.590.30.89BY

21、sinSCt(b)(c)vn(2).(2).正交平衡調幅正交平衡調幅: NTSC制制用兩個色差信號用兩個色差信號R-Y和和B-Y分別對頻率分別對頻率相同、相同、 相位相差相位相差90的兩個色副載波的兩個色副載波cosSCt和和sinSCt進行平衡調幅進行平衡調幅(稱為稱為正交平衡調幅正交平衡調幅)， 然后然后相加成色度信號。相加成色度信號。 數(shù)學表達式為：數(shù)學表達式為： ec(t)= (B-Y)Sinsct+(R-Y)Cossc式中式中ec(t)為色度信號；為色度信號；sc為負載波角頻率。為負載波角頻率。 圖圖 3-4 正交平衡調幅正交平衡調幅(a) 正交平衡調幅器；正交平衡調幅器； (b)

22、色度信號矢量圖色度信號矢量圖RYRY平衡調幅FRY(RY )cosSCtcosSCt90移相sinSCtBYBY平衡調幅(BY )sinSCt(a)(b)BYFDYDXC0BYRY由上式描述的色度信號由上式描述的色度信號ec(t)及及兩個分量可以用矢量圖表示。兩個分量可以用矢量圖表示。DX和和DY分別表示兩個分別表示兩個00和和900相相位的位的副副載波，載波，C表示色度矢量。表示色度矢量。C在橫軸和縱軸的投影在橫軸和縱軸的投影DX和和DY分別表示分別表示C的水平分量的水平分量BY和和垂直分量垂直分量RY。C表示色度矢量的模：表示色度矢量的模：表示色度矢量的相位角表示色度矢量的相位角: YBY

23、RYRYBCarctan22 （色飽和度）（色調）(3). 同步檢波: 色度信號的解調色度信號的解調 tYBtYRYRttetYRtYBYBttescscsccscscscc 2sin212cos2121cos2sin212cos2121sin 同步檢波是用與調制副載波同頻、同相的解調副載波同步檢波是用與調制副載波同頻、同相的解調副載波去乘色度信號，經低通濾波器后得到色差信號。去乘色度信號，經低通濾波器后得到色差信號。 我們所需要的色差信號是信號中的低頻分量，其我們所需要的色差信號是信號中的低頻分量，其頻譜為頻譜為01.3MHZ，可以通過低頻濾波器從上述兩式，可以通過低頻濾波器從上述兩式中分離

24、出色差信號（中分離出色差信號（RY）、（）、（BY）。）。同步檢波電路由同步檢波電路由模擬乘法器模擬乘法器和和低通濾波器低通濾波器組成組成 同步檢波電路由同步檢波電路由模擬乘法器模擬乘法器和和低通濾波器低通濾波器組成組成 模擬模擬乘法器乘法器低通低通濾波器濾波器ec(t)SinsctB=1.3MHzB-Y模擬模擬乘法器乘法器低通低通濾波器濾波器ec(t)CossctR-YB=1.3MHz（4）色同步信號）色同步信號 要能正確解調出兩個色差信號，必須保證發(fā)送端要能正確解調出兩個色差信號，必須保證發(fā)送端的調制副載波和接收端的解調副載波同頻同相。的調制副載波和接收端的解調副載波同頻同相。 然而，發(fā)送

25、端采用平衡調幅，副載波已被抑制。然而，發(fā)送端采用平衡調幅，副載波已被抑制。 因此，發(fā)送端還應向接收端傳輸一個基準頻率、基因此，發(fā)送端還應向接收端傳輸一個基準頻率、基準相位的信息，這就是色同步信號。準相位的信息，這就是色同步信號。 圖311 色同步信號 色同步信號是一串頻率等于副載頻色同步信號是一串頻率等于副載頻fsc的斷續(xù)正弦的斷續(xù)正弦波，如圖所示。它在行消隱的后肩上，共有（波，如圖所示。它在行消隱的后肩上，共有（91）個副載波個副載波周期周期Tsc，正弦波的初始相位為，正弦波的初始相位為1800，可表示可表示為為 0180sin ttKtescb （91 ）TscS2SS1.5s作用：色同步

26、信號作為接收機恢復副載波的色同步信號作為接收機恢復副載波的頻率和相位的基準，用于解調色度信號。頻率和相位的基準，用于解調色度信號。 形式：色同步信號是色同步信號是9個周期左右的、個周期左右的、 振幅和振幅和相位都恒定不變的副載頻群。相位都恒定不變的副載頻群。位置：放在行消隱后肩。放在行消隱后肩。如果丟失色同步信號將會失去彩色。如果丟失色同步信號將會失去彩色。3. 4. 2 色度信號的幅度壓縮色度信號的幅度壓縮 (1).為什么壓縮： 根據(jù)頻譜交錯原理，為了節(jié)省頻帶，需根據(jù)頻譜交錯原理，為了節(jié)省頻帶，需要將色度信號疊加在亮度信號上傳送。如果色要將色度信號疊加在亮度信號上傳送。如果色度信號不壓縮，疊

27、加后的標準彩條信號的電平度信號不壓縮，疊加后的標準彩條信號的電平范圍大大超過了黑白電視所規(guī)定的范圍。范圍大大超過了黑白電視所規(guī)定的范圍。可計算得出：可計算得出：Y、RY、BY、C以及以及YC、YC如下表所示（見教材如下表所示（見教材P.90）色別色別RGBYBYRYCYCYC白白1.0001.0001.0001.0000.0000.0000.0001.0001.000黃黃1.0001.0000.0000.8660.8660.1140.8931.7800.010青青0.0001.0001.0000.7010.299 0.7010.7621.4600.060綠綠0.0001.0000.0000.5

28、87 0.587 0.5870.8301.4200.240品紅品紅1.0000.0001.0000.4130.5870.5870.8301.2400.420紅紅1.0000.0000.0000.299 0.2990.7010.7621.0600.460藍藍0.0000.0001.0000.1140.8660.1140.8931.0100.780黑黑0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000從表中可以看出，這種彩條的復合信號的最大值為黃條對應從表中可以看出，這種彩條的復合信號的最大值為黃條對應的的YC1.78，最小幅值為藍條對應的，最小幅值為藍條對

29、應的YC0.78，這這種彩條的復合信號的峰峰值超過了黑白視頻信號的標準。種彩條的復合信號的峰峰值超過了黑白視頻信號的標準。不良后果：不良后果： 若以黑白圖像為基準，則彩條中大部分的色彩若以黑白圖像為基準，則彩條中大部分的色彩對應的色度信號因限幅會產生對應的色度信號因限幅會產生色彩失真色彩失真；超過同步；超過同步信號幅度的色彩會信號幅度的色彩會干擾同步干擾同步；經調幅無線發(fā)射時，；經調幅無線發(fā)射時，會產生過調制，導致色彩畸變和伴音中斷；可能引會產生過調制，導致色彩畸變和伴音中斷；可能引起限幅，導致圖像亮度失真和破壞接收機的同步。起限幅，導致圖像亮度失真和破壞接收機的同步。 若以彩色圖像為基準，傳

30、輸黑白圖像時，圖像若以彩色圖像為基準，傳輸黑白圖像時，圖像亮度下降。亮度下降。 保持亮度信號的幅度不變，對色度信號進行壓保持亮度信號的幅度不變，對色度信號進行壓縮，在平衡調制前將色差信號乘以小于縮，在平衡調制前將色差信號乘以小于1的系數(shù)。的系數(shù)。（2）壓縮）壓縮方法方法 對于對于100-0-100-0的彩條信號，的彩條信號，Y信號的幅度信號的幅度取取1，復合視頻信號（亮度色度）的復合視頻信號（亮度色度）的 幅度限幅度限制在制在限制在限制在0.331.33之間。之間。選擇黃條、青條（或者紅條、藍條）計算壓縮系數(shù)：選擇黃條、青條（或者紅條、藍條）計算壓縮系數(shù)： YRkVYBkU 21 青青青青青青

31、黃黃黃黃黃黃YYRkYBkYYRkYBk33. 133. 1222221222221 解得解得 k1=0.493 k2=0.877 YRVYBU 877. 0493. 0 tttcttVttUtvtutescscscc sincossinUVVUCarctan22 （3）壓縮后的色差信號：）壓縮后的色差信號：色度信號可表示為：色度信號可表示為：上式說明了，色度信號是一個即調幅又調相的信號，上式說明了，色度信號是一個即調幅又調相的信號，它的幅度表示彩色的飽和度，相位角它的幅度表示彩色的飽和度，相位角表示色調。表示色調。式中：式中：表示表示色飽和度色飽和度表示表示色調色調色調色調 Y U V C

32、YC Y-C白白1.0000.0000.0000.0001.0001.000 黃黃0.8860.4730.1000.44816701.3300.440 青青0.701 0.1470.6150.632 28301.3300.070 綠綠0.5870.2890.5150.59124101.1800.000 品紅品紅0.4130.2890.5150.591 6101.0000.180 紅紅0.2990.1470.6150.63210300.9300.330 藍藍0.1140.4370.1000.448 34700.5600.330 黑黑0.0000.0000.0000.0000.0000.000壓縮

33、后的壓縮后的100-0-100-0彩條信號值彩條信號值 100-0-100-0 100-0-100-0 標準彩條信號波形標準彩條信號波形白 黃 青 綠 品 紅 藍 黑白 黃 青 綠 品 紅 藍 黑 R1G1B1Y10.890.70.590.410.30.110R-Y00.11-0.7-0.590.590.7-0.110B-Y0-0.890.3-0.590.59-0.30.890u(t)v(t)ec(t)YY+ec(t)00.440.150.290.150.44000.100.620.520.620.1010.4500.110.30.410.590.70.891-0.430.215-0.215-

34、0.43100.560.9211.181.330.44-0.070-0.18-0.330.450.630.593. 4. 3 波形圖波形圖與矢量圖與矢量圖矢量圖矢量圖彩條色度信號矢量圖彩條色度信號矢量圖 U=0.289V=0.515U=0.174V=0.615U=0.289V=0.515U=0.437V=0.1U=0.437V=0.1U=0.147V=0.6153. 4. 4 YIQ制制 為了進一步壓縮色度信號帶寬提出為了進一步壓縮色度信號帶寬提出YIQ制式。制式。用色差信號用色差信號I、Q替代替代U、V。 人眼對矢量圖中紅色、黃色之間的色調的分辨人眼對矢量圖中紅色、黃色之間的色調的分辨能力最

35、強，對藍色、品紅之間的色調分辨能力最弱。能力最強，對藍色、品紅之間的色調分辨能力最弱。 實踐證明，實踐證明，將將U、V軸逆時針旋轉軸逆時針旋轉330后得到的矢后得到的矢量坐標中，量坐標中，I軸是人眼最敏感的色軸，軸是人眼最敏感的色軸，I信號可以用信號可以用01.5MHz頻帶傳送；頻帶傳送；Q軸是人眼最不敏感的色軸，軸是人眼最不敏感的色軸，Q信信號可用號可用00.5MHz頻帶傳送。這樣可以頻帶傳送。這樣可以進一步壓縮色進一步壓縮色度信號帶寬度信號帶寬,而且能減少串色而且能減少串色。I、Q信號與信號與U、V信號的關系為：信號的關系為： IUsin330Vcos330 QUcos330Vsin330

36、 I、Q與與R、G、B之間的關系可表示為之間的關系可表示為: BGRQIY322. 0275. 0569. 0312. 0523. 0211. 0114. 0587. 0299. 0330330IVQUI、Q軸與軸與V、U軸的關系軸的關系 I信號和信號和Q信號仍然用正交平衡調幅，所產生的信號仍然用正交平衡調幅，所產生的兩個色度分量兩個色度分量i(t)、q(t)分別為：分別為： 0033sin33cos ttQttItqtitescscc 0180sin ttKtescb 色同步信號仍為：色同步信號仍為：經調制后的色度分量經調制后的色度分量 i ( t ) 用不對稱的邊帶傳輸用不對稱的邊帶傳輸，

37、上邊帶為上邊帶為0.5MHZ，下邊帶為，下邊帶為1.5MHZ；q ( t )用對稱用對稱邊帶傳輸，上、下邊帶均為邊帶傳輸，上、下邊帶均為0.5MHZ。AYIQMHZffsc123450NTSC制（制（NTSCM）的視頻基帶信號的頻譜圖）的視頻基帶信號的頻譜圖IZscMHf57954506. 3 4.08MHz2.08MHzAYIQMHZffsc123450IZscMHf57954506. 3 4. .5- -1.2.25- -1圖像載頻圖像載頻伴音載頻伴音載頻QI525行行NTSC制頻帶分配制頻帶分配3. 4. 5 NTSC制編解碼方框圖制編解碼方框圖 編碼編碼是在發(fā)送端將三基色信號是在發(fā)送端

38、將三基色信號調制組調制組合合成彩色全電視信號，以便于彩色電成彩色全電視信號，以便于彩色電視信號的傳送；視信號的傳送； 解碼解碼是在接收端從彩色全電視信號中是在接收端從彩色全電視信號中解調還原解調還原三基色信號，以便于彩色圖三基色信號，以便于彩色圖像的重現(xiàn)。像的重現(xiàn)。（1）NTSC制編碼方框圖制編碼方框圖 NTSC編碼方框圖延遲線的作用：延遲線的作用：I 截止頻率截止頻率- -1. .5MHz;Q截止頻率截止頻率0.5MHz;低通濾波器延遲時間低通濾波器延遲時間不一致，為了達到時不一致，為了達到時間匹配。間匹配。編碼器：(1)(1)矩陣電路矩陣電路: 將將R、 G、 B線性組合形成線性組合形成Y

39、、 I和和Q信號。信號。 (2)(2)延遲線延遲線: : 使使Y、 I、 Q三者在時間上達到一致。三者在時間上達到一致。(3)(3)副載波形成電路副載波形成電路：分別送出分別送出33、 123和和180相位的三個副載波，相位的三個副載波， 供供Q平衡調幅、平衡調幅、 I平平衡調幅和色同步平衡調幅使用。衡調幅和色同步平衡調幅使用。 (4)(4)平衡調幅器平衡調幅器：前兩個平衡調幅器的輸出相加得前兩個平衡調幅器的輸出相加得到色度信號到色度信號F， 第三個平衡調幅器得到色同步信第三個平衡調幅器得到色同步信號號FT。 (5)(5)混合器混合器：將將Y、 F、 FT以及復合同步信號以及復合同步信號S脈脈

40、沖混合，沖混合， 組成彩色全電視信號。組成彩色全電視信號。 NTSC制解碼方框圖濾出色度信號濾出色度信號，實現(xiàn)亮度與色度分離實現(xiàn)亮度與色度分離利用時間分離選擇出色同步利用時間分離選擇出色同步利用鎖相環(huán)恢復出利用鎖相環(huán)恢復出fsc（2）NTSC制解碼方框圖制解碼方框圖解碼器： (1) 陷波器陷波器:從從全電視信號中全電視信號中消除色度信號，分出消除色度信號，分出亮度信號亮度信號Y，抑制色度信號副載波對亮度信號的抑制色度信號副載波對亮度信號的干擾干擾。 延遲：延遲：使使Y、I、Q信號在時間上一致。信號在時間上一致。 （2）門電路門電路:從從全電視信號中全電視信號中得到色同步信號，得到色同步信號，

41、用來恢復副載波。用來恢復副載波。 副載波恢復電路副載波恢復電路：由色同步信號控制，恢復：由色同步信號控制，恢復副載波。副載波。 (3) 帶通濾波帶通濾波:從從全電視信號中得到色度信號全電視信號中得到色度信號 。 (4)(4)同步檢波器同步檢波器:從色度信號中從色度信號中檢出檢出I和和Q信號。信號。 (5) 矩陣矩陣電路電路把把Y、 I、 Q變換成變換成R、 G、 B信信號。號。 3. 4. 6 NTSC制的微分增益和微分相位失真制的微分增益和微分相位失真1. 微分相位失真對重現(xiàn)彩色色調的影響微分相位失真對重現(xiàn)彩色色調的影響 微分相位定義為色度信號的相位移微分相位定義為色度信號的相位移 對亮度信

42、號對亮度信號y的的變化率變化率在接收端，作為基準相位的色同步信號是處在消隱電平上在接收端，作為基準相位的色同步信號是處在消隱電平上傳輸?shù)?，而色度信號是疊加在亮度電平上傳輸?shù)模炼入妭鬏數(shù)?，而色度信號是疊加在亮度電平上傳輸?shù)?，亮度電平會隨著圖像內容的不同而在不斷變化。當傳輸系統(tǒng)存在平會隨著圖像內容的不同而在不斷變化。當傳輸系統(tǒng)存在非線性時，色度信號產生的相位移非線性時，色度信號產生的相位移 會隨著所疊加的亮度會隨著所疊加的亮度電平的變化而變化，電平的變化而變化，導致色調失真導致色調失真。這種隨亮度電平的變化而引起的色度信號相位移的變化稱這種隨亮度電平的變化而引起的色度信號相位移的變化稱為微分相位

43、失真。為微分相位失真。 dydDP DP失真用微分相位偏差表示。失真用微分相位偏差表示。 正向偏差正向偏差 負向偏差負向偏差其中：其中： 消隱電平上的副載波相位，基準相位；消隱電平上的副載波相位，基準相位； 亮度信號的幅度從黑電平變化到白電平時，亮度信號的幅度從黑電平變化到白電平時，系統(tǒng)輸出端信號中副載波相位的最大值；系統(tǒng)輸出端信號中副載波相位的最大值； 亮度信號的幅度從黑電平變化到白電平時，亮度信號的幅度從黑電平變化到白電平時，系統(tǒng)輸出端信號中副載波相位的最小值；系統(tǒng)輸出端信號中副載波相位的最小值；0min B0max A0 max min 微分相位引起的相位移對色彩的影響：微分相位引起的相

44、位移對色彩的影響： 設色度信號傳到接收端時產生的相位為設色度信號傳到接收端時產生的相位為 ，則色度信號則色度信號U同步檢波同步檢波經低通濾波后得經低通濾波后得 ttVttUtcscsccossin sin2sin21cos2cos21sincossin ttVttUtttVttUscscscscsc sin21cos21tVtU 同理，同理，V經同步檢波和低通濾波后可得經同步檢波和低通濾波后可得U中有中有V、V中有中有U存在串色現(xiàn)象，引起重現(xiàn)的彩色色存在串色現(xiàn)象，引起重現(xiàn)的彩色色調失真。調失真。 引起微分相位失真的原因是信道參數(shù)的非線性。引起微分相位失真的原因是信道參數(shù)的非線性。 sin21c

45、os21tUtV 2. 微分增益失真引起重現(xiàn)彩色的色飽和度變化微分增益失真引起重現(xiàn)彩色的色飽和度變化dydgDG 微分增益定義為色度信號的增益對亮度電平微分增益定義為色度信號的增益對亮度電平y(tǒng)的的變化率，即變化率，即 色度信號的幅度失真影響重現(xiàn)色彩的飽和度。色度信號的幅度失真影響重現(xiàn)色彩的飽和度。在信道或設備中存在非線性，致使不同亮度電平上在信道或設備中存在非線性，致使不同亮度電平上的副載波有不同的增益，即色度副載波隨亮度電平的副載波有不同的增益，即色度副載波隨亮度電平的變化而產生壓縮或擴張，的變化而產生壓縮或擴張，引起色飽和度失真引起色飽和度失真。隨亮度電平變化而引起的色度信號增益的變化稱為

46、隨亮度電平變化而引起的色度信號增益的變化稱為微分增益失真。微分增益失真。 微分增益不為微分增益不為0，稱為微分增益失真或，稱為微分增益失真或DG失失真。真。其中：其中：A0 消隱電平上的副載波幅度，基準幅值；消隱電平上的副載波幅度，基準幅值； Amax 疊加有副載波的亮度電平從黑電平變疊加有副載波的亮度電平從黑電平變化到白電平時，系統(tǒng)輸出端副載波幅值的最大值。化到白電平時，系統(tǒng)輸出端副載波幅值的最大值。 Amin 疊加有副載波的亮度電平從黑電平變疊加有副載波的亮度電平從黑電平變化到白電平時，系統(tǒng)輸出端副載波幅值的最小值?；桨纂娖綍r，系統(tǒng)輸出端副載波幅值的最小值。%1000minmax AAA

47、DG主要知識點主要知識點 為什么采用正交平衡調幅？正交平衡調幅為什么采用正交平衡調幅？正交平衡調幅信號的特點。色同步信號及作用。信號的特點。色同步信號及作用。 色度信號的幅度壓縮的意義。色度信號的幅度壓縮的意義。 YIQ制的含義及意義。制的含義及意義。 NTSC制的視頻基帶信號的頻譜圖。制的視頻基帶信號的頻譜圖。 NTSC制編解碼方框圖。制編解碼方框圖。 NTSC制的微分增益和微分相位失真。制的微分增益和微分相位失真。3. 5 PAL制制3. 5 .1 V分量逐行倒相消除相位移的影響分量逐行倒相消除相位移的影響 （1）由于接收端產生的相位移（由于接收端產生的相位移（ ）導致色）導致色飽和度下降

48、和色調失真。飽和度下降和色調失真。0 VU品紅品紅黃黃6101670偏紅偏紅偏綠偏綠（2）V分量逐行倒相分量逐行倒相使相鄰兩行的相位失真使相鄰兩行的相位失真互補，互補，消除消除相位移引起的相位移引起的色調失真色調失真V2C 1C2C1C 1C U品紅品紅（610）偏紅偏紅（610）3. 5 .2 PAL制信號的編碼原理制信號的編碼原理1.信號處理方法信號處理方法：nPAL編碼器在攝像機中將三個基色信號編碼成編碼器在攝像機中將三個基色信號編碼成彩色全電視信號。彩色全電視信號。 PAL編碼器有編碼器有5個組成部個組成部分。分。 CVBSfH陷波器陷波器延遲線延遲線混合輸出混合輸出鉗位鉗位1.3MH

49、Z 低通低通 平衡平衡 調幅器調幅器 諧波諧波 濾出濾出 混合混合 輸出輸出1.3MHZ 低通低通鉗位鉗位 平衡平衡 調幅器調幅器03600移相器移相器 900移相器移相器 PAL 開關開關 雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器觸發(fā)器脈沖預制脈沖預制矩矩陣陣RBG短路短路接入接入BLSVBS(d)HcHcec+ebS(e)(a)u+ebuv+ebv(c)(b)YUVesuKKesv00900esc（fsc，00）fHHf21BLVP（P）SK（P）（P）HcVPSBLKK圖 3-20 PAL編碼器方框圖編碼器方框圖 陷波、視放同步IC矩陣電路YRGBFFVFU復合同步、消隱K脈沖P脈沖fSC全電視信 號VU1

50、.3 MHz低通1.3 MHz低通0.6 s延遲 180V平衡調幅U平衡調幅PAL開關 90（1）. 矩陣變換：矩陣變換： 將將R、G、B線性組合（線性組合（信號變換和幅度壓縮）信號變換和幅度壓縮）形成形成Y、U和和V信號。信號。 攝像機光電傳感器電路送來的三基色信號攝像機光電傳感器電路送來的三基色信號R、G、B通過矩陣電路變換成亮度信號通過矩陣電路變換成亮度信號Y和壓縮了的和壓縮了的色差信號色差信號U和和V。為了壓縮色差信號帶寬，。為了壓縮色差信號帶寬，U、V信號通過低通濾波器濾除信號通過低通濾波器濾除1.3MHz以上的高頻信號，以上的高頻信號，然后分別加入然后分別加入-K和和+K脈沖，以便

51、在彩色全電視信脈沖，以便在彩色全電視信號中產生色同步信號。號中產生色同步信號。（2） 亮度陷波及延遲：亮度陷波及延遲：陷波陷波在在副載波副載波fSC附近對亮度信號進行衰減，附近對亮度信號進行衰減，減少色度減少色度信號對亮度信號的干擾信號對亮度信號的干擾。 Y信號通過一個中心頻率為信號通過一個中心頻率為fsc、帶寬、帶寬400KHz的的-6dB陷波器，以減少亮、色共帶部分亮度信號的能量，即陷波器，以減少亮、色共帶部分亮度信號的能量，即減少了亮度串色。減少了亮度串色。 然后在亮度信號中加入復合同步和復合消隱信號，組然后在亮度信號中加入復合同步和復合消隱信號，組成完整的亮度信號。成完整的亮度信號。延

52、遲延遲將亮度信號延遲將亮度信號延遲0.6 0.6 s s使亮度信號和色度信號在使亮度信號和色度信號在時間上一致，時間上一致，消除彩色鑲邊消除彩色鑲邊現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 因為亮度信號帶寬為因為亮度信號帶寬為6MHz，色度信號帶寬為，色度信號帶寬為1.3MHz,由于通道延遲時間與帶寬成反比，亮度信號延遲小于由于通道延遲時間與帶寬成反比，亮度信號延遲小于色度信號延遲，色度信號落后于亮度信號色度信號延遲，色度信號落后于亮度信號0.6s，造成，造成彩色鑲邊。彩色鑲邊。（3）. 副載波形成：副載波形成：n由同步芯片產生副載波信號由同步芯片產生副載波信號fSC 、 P脈沖、脈沖、 K脈脈沖、沖、 復合同步和復合消

53、隱信號，復合同步和復合消隱信號， 供平衡調幅供平衡調幅和信號合成使用。和信號合成使用。 相位為相位為00的正弦波的正弦波sinsct直接用于直接用于U信號的平衡幅。信號的平衡幅。 正弦波正弦波sinsct經過經過900移相后，變成移相后，變成cossct，再由，再由P脈脈 沖和沖和PAL開關控制，變?yōu)橄辔婚_關控制，變?yōu)橄辔?00逐行交替的調制副載逐行交替的調制副載 波波 cossct和和cossct，用于，用于V信號的平衡調幅。信號的平衡調幅。 P脈沖為半行頻對稱方波。脈沖為半行頻對稱方波。（4） 平衡調幅：平衡調幅：兩個平衡調幅器的輸出相加兩個平衡調幅器的輸出相加得到色度信號得到色度信號ec

54、(t)和色和色同步信號同步信號eb(t)。 (UK)（sinSCt）U（t） sinSCtK sinSCt (V+K)（ cosSCt）V cosSCtK cosSCt色度信號：色度信號： ec(t)= U（t） sinSCt V (t)cosSCt色同步信號色同步信號: eb(t)= Ksinsct Kcossct = ebu+ ebv（5）. 信號混合：信號混合：將將Y、 ec(t) 、 eb(t)以及復合同步信號以及復合同步信號S脈沖混脈沖混合，合， 組成彩色全電視信號組成彩色全電視信號CVBS 。 tttCttVtttUtvtutescsckscc sincossin VUtVUCka

55、rctan22 tk 2. 信號表示方法信號表示方法 PAL色度信號色度信號 為為其中：其中： 是逐行倒相交替取值是逐行倒相交替取值1、1的開關函數(shù)。的開關函數(shù)。 tec tk 110TH2THt3THPAL制的色同步信號有兩個功能：制的色同步信號有兩個功能：一是給接收機恢復副載波一是給接收機恢復副載波提供解調副提供解調副載波的載波的基準頻率和相位基準頻率和相位（與（與N制相制相同）；同）；二是給接收機二是給接收機提供逐行倒相的提供逐行倒相的識別識別信信息。息。給接收機提供一個極性切換信給接收機提供一個極性切換信息，來息，來識別識別哪一行是哪一行是+v(t)(NTSC行行)， 哪一行是哪一行是

56、-v(t)(PAL行行)。 PAL制色同步信號中副載波是逐行倒制色同步信號中副載波是逐行倒相的，相的， 即即NTSC行為行為+135， PAL行為行為-135（225）。）。 N行行P行行13502250VU+1800V平衡平衡 調幅調幅PAL開關開關U平衡平衡調幅調幅VV+KcossctKPUfscsinsct900(V+K)cossct+(U-K)sinsctec(t)+ek(t)N行行P行行13502250Veb Kcosscteb KcossctKsinsct色同步信號的產生色同步信號的產生3. PAL編碼器各點波形編碼器各點波形0.44白白 黃黃 青青 綠綠 品紅品紅 紅紅 藍藍 黑

57、黑白白 黃黃 青青 綠綠 品紅品紅 紅紅 藍藍 黑黑18000.44000.1518000.29000.2918000.15000.4427000.19000.629000.5227000.5227000.629000.116700.4528300.6324100.596100.5910300.6334700.45180090013500.215u(t)(a)(b)(c)v(t)18000.150.290.440.29019000.629000.5227000.5227000.629000.122500.215-34700.45-10300.63-6100.59-24

58、100.59-28300.63-16700.45-0.43-0.430.430.700.890.891.001.000.700.110.590.590.410.410.300.300.110.4313500.215-0.215-0.21522500.215(d)(e)白白 黃黃 青青 綠綠 品紅品紅 紅紅 藍藍 黑黑白白 黃黃 青青 綠綠 品紅品紅 紅紅 藍藍 黑黑-0.33-0.33-0.33-0.33-0.18-0.180.000.001.001.000.070.070.440.441.001.001.33 1.331.331.331.181.180.930.930.560.56 亮度信號

59、和色差信號的譜線都是以行頻亮度信號和色差信號的譜線都是以行頻fH為間為間距，平衡調幅以后的色度信號的譜線分布在副載波距，平衡調幅以后的色度信號的譜線分布在副載波fsc兩邊，譜線間距仍然是兩邊，譜線間距仍然是fH，因此，在，因此，在NTSC制制中，中，可以選擇副載頻可以選擇副載頻fsc（n1/2）fH實現(xiàn)亮度信號與實現(xiàn)亮度信號與色度信號頻譜間置，稱為色度信號頻譜間置，稱為半行頻間置半行頻間置。NTSC制選制選擇擇fsc283.5fH,因此因此TH=283.5Tsc。 3. 5 .3 PAL視頻信號的頻譜視頻信號的頻譜 在在PAL制中，由于制中，由于V分量逐行倒相，使色度信分量逐行倒相，使色度信號

60、的譜線結構發(fā)生了變化。號的譜線結構發(fā)生了變化。其中，色度信號的其中，色度信號的u分量沒有倒相，它的譜線仍然是以分量沒有倒相，它的譜線仍然是以行頻行頻fH為間距，對稱地分布在副載波為間距，對稱地分布在副載波fsc兩邊；兩邊；而色度信號的而色度信號的v分量由于實行逐行倒相，使得分量由于實行逐行倒相，使得v信號受信號受到半行頻方波到半行頻方波fH的調制，半行頻方波對的調制，半行頻方波對v信號平衡調信號平衡調幅后，幅后，v分量的頻譜被搬移到未倒相前譜線的兩邊，分量的頻譜被搬移到未倒相前譜線的兩邊，與原譜線錯開半個行頻與原譜線錯開半個行頻fH/2，其主譜線分布在副載波，其主譜線分布在副載波兩邊兩邊f(xié)sc