---色差与调制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 彩色电视制式与彩色电视信号,彩色电视的制式就是对彩色电视信号进行加工、处理和传输的特定方式。,为了把三基色电信号由发送端传送到接收端，最简单的办法是用三个通道,(,有线或无线,),分别把三种基色电信号传送到接收端，在接收端再分别用,R,、,G,、,B,三个电信号去控制红、绿、蓝三个电子束，从而在彩色荧光屏上得到重现的彩色图像。然而，这种传输方式不仅会占用较大的带宽，也无法实现与黑白电视的“,兼容,”，因而没有采用。实用中的广播电视都采用黑白与彩色电视可以相互“兼容”的。目前，有三种兼容制彩色电视制式：,NTSC,制、,PAL,制和,SECAM,制。,2,1,兼容制彩色电视系统的传送方式,彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的。在彩色电视的发展过程中，必然会在相当长的一段时间内，黑白电视与彩色电视同时并存的情况，所以必须研究彩色电视与黑白电视的“兼容”问题。所谓的兼容，就是黑白电视机可以收看到彩色电视系统所发射彩色电视信号（当然，所看到图像仍然是黑白图像。）；彩色电视机可以收看到黑白电视系统所发射黑白电视信号（当然，所看到图像也是黑白图像。）。,2,1,1,兼容的必备条件,(1),所传送的彩色电视信号中应有亮度信号和色度信号两部分。亮度信号包含了彩色图像的亮度信息，它与黑白电视机的图像信号一样，能使黑白电视机接收并显示出无彩色的黑白画面；色度信号包含了彩色图像的色调与饱和度等信息，被彩色电视机接收后，与亮度信号一起经过处理后显示出彩色画面。另外，彩色电视机接收到黑白电视信号后，也能显示出与黑白电视机基本相同的图像。,(2),彩色电视信号通道的频率特性应与黑白电视通道频率特性基本一致。应该有相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。图像和伴音的调制方式应黑白电视系统相同，且频道间隔相同,(8MHz),。,(3),彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率，相同的辅助信号及参数。,(4),应尽可能地减小黑白电视机收看彩色节目时所受到（彩色信号的）干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰。,在以上各条中，要实现扫描方式和扫描频率一致、具有相同的图像及伴音载频相对较容易。困难的是如何形成亮度与色度信号；如何保证彩色与黑白电视具有相同的频带宽度，并尽可能地在减少干扰的情况下传送这些信号。,2,1,2,大面积着色原理,人眼视觉特性的研究表明，人眼对黑白图象的细节有较高的分辨力，而对彩色图象的细节分辨力较低，这即所谓的“彩色细节失明”。因而，当重现彩色图像时，对着色面积较大的各种颜色，全部显示其色度可以丰富图像内容，而对彩色的细节部分，彩色电视可不必显示出色度的区别，因为人眼已不能辨认它们之间的色度的区别了，只能感觉到它们之间的亮度不同。这就是大面积着色原理的依据。,在彩色图像传送过程中，只有大面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度成分。颜色的细节部分,(,对应于信号的高频部分,),，可以用亮度信号来取代。这种方法又常称为“,高频混合原理,”。,电视图像的水平清晰度是和信号的频带宽度成正比的。水平清断度每增加,80,线，相当于视频带宽增加,l,MHz,，,因而可用,6MHz,带宽传送亮度信号，而用窄带传送色度信号。,经过对许多正常视力的人统计，使用,l,MHz,带宽传送色度信号，所获得的彩色图像,88,的人会感到满意，若用,2MHz,带宽传送色度信号，几乎所有的人都会对所获得的彩色效果满意。,我国电视制式规定,:,色度信号的频带宽度为,1.3MHz,。,2,1,3,频谱交错原理,根据大面积着色原理和高频混合原理，色度信号的带宽虽可以大大地压缩，但是彩色电视信号中的亮度信号频谱已占有,6MHz,带宽，若把已压缩的色度信号直接与亮度信号混合，由于亮度信号和色度信号在时域和频域均有重叠，会出现严重的相互干扰。我们知道，亮度信号的频谱具有间隙很大梳齿状特征，因而只要设法将色度信号插到亮度信号频谱的空隙中，实现“,频谱交错,”，这样即可使色度信号不占有额外的频带，又可避免亮度、色度信号间的干扰，使彩色电视信号仍然,6MHz,的频带范围，从而满足与黑白电视的兼容条件。,要实现“频谱交错”，需将色度信号的频谱移动半行频（,f,H,/2,）,的奇数倍，使色度信号的频谱与亮度信号的频谱错开（为了与黑白电视兼容，不能移动亮度信号的频谱）。实现,的办法是，,选择一个合适的载频,f,SC,（,色度副载波）,，,将色度信号调制在这个副载波上，即可将色度信号的频谱搬移到合适位置上。,2,2,亮度信号与色差信号,为了传送彩色图像，从兼容的角度出发，彩色电视系统中应传送一个只反映图像亮度的亮度信号，以,Y,表示，其特性应与黑白电视信号相同。同时还需传送色度信息，常以,F,表示。根据三基色原理，必须传送反映,R,、,G,、,B,三个基色的信息。亮度方程：,Y,=0.30,R,+0.59,G,+0.11,B,告诉我们在,Y,、,R,、,G,、,B,这,4,个变量中，只有,3,个是独立的。所以只要在传送,Y,的同时，再传送三个基色中的任意两个即可。,由于每个基色信息中都含有亮度信息，如果直接传送基色信号，巳传送的亮度信号,Y,(,为各基色亮度总和,),与所选出的两个基色所包含的亮度参量就重复了，因而使得基色与亮度之间的相互干扰也会十分严重（带宽不同）。所以通常选择不反映亮度信息的信号传送色度信息，例如基色信号与亮度信号相减所得到的色差信号,(,R,-Y),、,(G-Y),和,(B-Y),，,可从中选取两个代表色的度信息。因此，在彩色电视系统中，为传送彩色图像，选用了一个亮度信号和两个色差信号。,2,2,1,亮度、色差与,R,、,G,、,B,的关系,由亮度方程：,Y=0.30R+0.59G+0.11B,可得色差信号：,R-Y=R-,（,0.30R+0.59G+0.11B,）,=0.70R-0.59G-0.11B,G-Y=G-,（,0.30R+0.59G+0.11B,）,=-0.30R+0.41G-0.11B,B-Y=B-,（,0.30R+0.59G+0.11B,）,=-0.30R-0.59G+0.89B,三个色差信号中只有二个是独立的，常选用,(R-Y),和,(B-Y),两个色差代表色度信号。这是因为对大多数彩色来说，,(G-Y),比,(R-Y),和,(B-Y),数值要小，如选择,(G-Y),对改善信噪比不利。,在已知,(R-Y),和,(B-Y),的情况下，可以容易地求得,(G-Y),。,令：,Y=0.30Y+0.59Y+0.11Y,，并,与亮度方程相减：,0.30,（,R-Y,）,+0.59,（,G-Y,）,+0.11,（,B-Y,）,=0,得：,在接收端根据上式先用矩阵电路解出,(G-Y),，,再运算：,(R-Y)+Y=R,，,(G-Y)+Y=G,，,(B-Y)+Y=B,，,即可恢复出基色信号。,传送,Y,、,R-Y,、,B-Y,在传送黑白电视图像时，,R,、,G,、,B,应相等，因而色度信号为零。设,R,G,B,E,x,，,则利用亮度方程可求得：,Y=0.30 E,x,+0.59 E,x,+0.11 E,x,=E,x,，,R-Y=E,x,-E,x,=0,，,B-Y=E,x,-E,x,=0,对于黑白电视信号，反映色度的信号为零，表明具有很好的兼容性,。,在传送彩色图像时，三基色电压,R,、,G,、,B,不相同，若三个值都不为零，则说明该被传送的彩色是非饱和色，因为其中必然包含有由相等的三基色显所组成的白色成分。若三个值中有一个或两个为零，则所传送的彩色为饱和色。比如传送饱和黄色，,R,G,1,、,B,0,，,其亮度信号和色差信号分别为：,Y=0.30+0.59=0.89,，,R-Y=1-0.89=0.11,，,B-Y=0-0.89=-0.89,，,此时，,(R-Y),和,(B-Y),均不为零。,此外，在不计显像管,失真及传输系统非线性的情况下，还可以证明代表色度信息的色差信号受到干扰时，将不影响亮度信号，也不会反映到图像的亮度上。因而重现图像的亮度就只由所传送的亮度信号所决定，常称其为,恒定亮度原理,。它正是选择传送色差信号的优点之一。,证明：,以,Y=0.30R,0,+0.59G,0,+0.11B,0,=Y,0,表示摄像端获取的原景物亮度，用,Y,t,、,(R-Y),t,和,(B-Y),t,分别表示传输后的亮度信号和色差信号，相对于发端信号而言，可能因混入了某种干扰而使幅度有所变化。用于重现彩色图像的三基色信号分别为：,R,d,=,（,R-Y,）,t,+Y,t,；,B,d,=,（,B-Y,）,t,+Y,t,G,d,=-0.51,（,R-Y,）,t,-0.1-,（,B-Y,）,t,+Y,t,。,因为不计入显像管,失真，所以显示的亮度,Y,d,将为：,Y,d,=0.30R,d,+0.59,G,d,+0.11B,d,=Y,t,。,可见重现的亮度,Y,d,只与所传送的到接收端的亮度信号,Y,t,有关，即实观了恒定亮度传输。,然而，当考虑显像管的非线性电,光转换特性时,(,即,1),，,尽管在摄像端对每一基色信号还进行,校正,(,开,次方,),，恒定亮度原理将不再满足，但影响不大。,2,2,2,标准彩条亮度与色差信号的波形与特点,标准彩条信号是由彩条信号发生器产生的一种测试信号。它是用电的方法产生的模拟彩色摄像机拍摄的光电转换信号，常用以对彩色电视系统的传输特性进行测试和调整。,标准彩条信号是由三个基色、三个补色、白色和黑色，依亮度递减的,顺序排列的,8,条垂直彩带。彩条电压波形是在一周期内用三个宽度倍增的理想方波构成的三基色信号。标准彩条信号有多种规范，如“,100,幅度、,100,饱和度”彩条，这种规范中白条,电平为,1,，黑条电平为,0,，三基色信号的电平非,1,即,0,。,但此类彩条色度信号幅度较大，与亮度信号叠加后会造成信号动态范围过大而产生失真。故我国规定使用,75%,幅度、,100,饱和度信号作为标准测试信号。,表,2-1 100%,幅度、,100%,饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值,表,2-2 75%,幅度、,100%,饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值,标推彩条信号还可以用另一种由四个数码表示的命名法。例如,l00-0-100-0,彩条信号、,100-0-75-0,彩条信号等。在四位数码中，各信号均指经,校正后的信号。每一数字表示相应条的基色信号的百分比幅度，而基准则是组成白条的任一基色信号的幅度。第一和第二个数字分别表示组成无色条,(,白、黑条,),的,R,、,G,、,B,的最大值和最小值；第三和第四数字分别表示组成各彩条的,R,、,G,、,B,的最大值和最小值。例如，若组成白条的基色信号的幅度为,1,，则,100-0-75-0,彩条的各基色幅度为：白条信号为,1,；黑条信号为,0,；对应的各彩条信号的最大值为,0.75,，最小值为,0,。,彩条信号由四个数码命名时，其百分比幅度和饱和度可以这样计算：,饱和度,%=1-(E,min,/E,max,),100%,；,幅度,%=E,min,/E,W,100%,。,式中，,E,min,和,E,max,分别对应彩条信号,R,、,G,、,B,的最大值和最小值；,E,W,为白条所对应的,R,、,G,、,B,的信号幅度。,2,3,色度信号与色同步信号,为了实现频谱交错，须将色差信号调制到副载波上。而色差信号有两个,(R-Y,和,B-Y),，,若分别调制到不同的副载波上，同时传输时会使带宽增加，所以需要进行编码处理，处理方式的不同从而产生了不同的彩色电视制式。,就现有的三大兼容制彩色电视制式而言，,NTSC,制发展较早、,PAL,和,SECAM,是为克服,NTSC,制的相位敏感而发展起来的。,NTSC,制和,PAL,制色差信号都采用,正交平衡调幅制,，只是后者将其中一个分量进行了逐行倒相。所以我们首先分析正交平衡调幅的色度信号和色同步信号。,2,3,1,色度信号的形成,在,NTSC,制中，它是将,正交调幅,与,平衡调幅,结合起来，将两个色差信号分别对相位正交的两个副载波进行平衡调幅，由此而得到已调信号，称其为色度信号。,两个色差信号的频谱结构相同但相位不同（正交），因而避免相互干扰。,1,平衡调幅,所谓平衡调幅，是指抑制载波的一种调制方式。它与普通调幅不同之处在于不输出载波，现举例加以说明。,设：调制信号为 ，载波信号为 ，则调幅后形成的一般调幅波为：,调制指数,原教材有误,平衡调幅抑制了载波分量，因而其表达式变为,(,K,为调制增益,),：,平衡调幅波为调制信号与载波信号之积，平衡调制器实质上是一个乘法器，其频谱仅含,(,S,),两个边频分量，不合载波,S,成分。,平衡调幅波的特点：,(1),平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。当调制信号的绝对值最大时,(,图中,t,3,、,t,5,时刻,),，平衡调幅波幅度最大；当调制信号等于零时,(,图中,t,2,、,t,4,时刻,),，平衡调幅波幅度也为零。,(2),调幅信号为正值时，平衡调幅波与载波同相；调制信号电压为负值时，平衡调幅被与载波反相。当调制信号电平过零而改变其电压极性时，平衡调幅波相位随之变化,180,。,为什么要采用平衡调幅来传送色差信号呢？这是因为一般的调幅波信号包含着不含信号信息载波，而信息含在上、下两个边带之中。但是载波占用了一般调幅波信号能量的,2/3,。抑制掉载波，可使传送同样信息能量所需功率大为减少；还能减少副载波对亮度信号的干扰。,书中有误,2,正交调幅,将两个调制信号分别对频率相等、相位相差,90,的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加（频带宽度没有增加），这一调制方式称正交调幅。如果两个调制信号分别对正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为正交平衡调幅信号。,彩色电视系统中，为实现色度与亮度信号频谱交错，应用了正交平衡调幅的方式，只用一个副载波便实现对两个色差信号的传输，而且在解调端采用同步解调又很容易分离出红色差与蓝色差分量。,3,色度信号的形成,在将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行平衡调幅之前，先对其进行适当的幅度压缩，这是不失真传输所需要的。压缩后的色差信号分别用,U,和,V,表示，它们与压缩前的色差信号的关系是：,U,=0.493(B-Y),；,V,=0.877(R-Y),。,压缩后的色差信号分别对两个正交副载波,sin,SC,t,和,cos,SC,t,进行平衡调幅：,F,=,F,U,+,F,V,=,U,sin,SC,t,+,V,cos,SC,t,，,这两个平衡调幅信号,F,U,、,F,V,频率相等，相差,90,。,F,称为色度信号，亦可用矢量表示：,可见，色度信号,F,的振幅,F,m,取决于,U,、,V,值的大小；色度信号,F,的相角 取决于,V,与,U,的比值，它决定着彩色的色调。这说明色度信号,F,包含着色调和色,由,饱和度信息，是一个既调幅又调相的信号。,当色度信号的相位发生变化时，会引起色调变化；当色度信号的振幅发生变化时，会引起饱和度变化。,正交平衡调幅的方框图解说：,由副载波发生器产生的副载波,sin,SC,t,经放大后直接加至,U,平衡调制器，由色差信号,U,进行平衡调幅，产生平衡调幅被,F,U,分量；同时,sin,SC,经过,90,移相后，得,到正交副载波,cos,SC,t,，,然后送,V,平衡调制器由色差信号,V,进行调制，产生平街调幅波,F,V,分量，,F,V,与,F,U,在合成器中相加得到色度信号,F,。,2,3,2,同步检波原理,要从彩色全电视信号中获得两个色差信号，首先必须把色度信号从全电视信号中分离出来，然后送同步检波电路，利用两个色度分量,F,V,、,F,U,的相位差来解调出色差信号的。,同步检波原理示意图,同步检波器可看成两个受副载波控制的开关。将色度信号,F,=,U,sin,SC,t,+,V,cos,SC,t,送入这两个同步检波开关。在,F,U,=,U,sin,SC,t,分量为正值期间，,U,同步解调开关闭合，在此期间期间,F,V,分量载波从正最大变化到负最大，平均值为零，从而把,U,分量解调出来。同理亦可解调出,V,分量。乘法器解调：,滤除高频,(2,SC,t,=8.86MHz,，,),即可得到,U,分量（,0,1.3MHz,）。,用,cos,SC,t,相乘可解出,V,分量。,相当于用方波相乘,2,3,3,色同步信号,要实现同步解调，需要一个与色差信号调制时的副载波同频、同相的信号（恢复副载波）。由于色度信号中副载波已被平衡调制器所抑制，所以在彩色电视接收机中需要设置一个副载波产生电路（副载波恢复电路）。为保证所恢复副载波与发端的副载波同频、同相，需要发端在发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发端副载波频率与相位信息的“色同步信号”，以使电视接收机中的副载波恢复电路所产生的恢复副载波与发端的副载波同步。色同步信号是由,8,12,个周期副载波组成的一小串副载波群构成（正弦填充脉冲），这个正弦填充脉冲的周期与行周期相同，位,于行消隐的后肩上，前沿滞后行同步脉冲前沿,5.6,s,。,色同步信号的幅度与行步脉冲幅度相等。若以,h,表示同步脉冲幅度，,F,b,表示色同步信号，则,2,3,彩条图像对应的信号波形及矢量图,根据表,2-1,所列彩条信号参数，利用公式 可分别求得白、黄、绿、品、红、蓝、黑所对应的亮度信号、色差信号、色度信号、亮度与色度的合成信号等数据，并绘出的各信号波形。,负极性信号,未经压缩的彩条信号,Y+,F,m,所得彩色视频信号的电平变化范围已大大地超过了黑白视频信号的电平变化范围。对,100,幅度来压缩彩条信号来说,黑白电平的变化范围应在,0,到,1,之间。由表中数据可见，黄条和青条的最大使分别超过白色电平,79,和,46,；红条和蓝条的最小值又分别低于黑条电子,46,和,78,。,电视标准规定，同步信号幅度最高,(100,),，以其值为参考。黑白电视中，黑色电平为,75,，白色电平为,10,。在彩电中，黑色电平为,76,，白色电平为,20,。按照这一规定，图,2-11(c),中，图像载波幅度,20,处为白电平，相对视频信号幅度为,1V,；,图像信号幅度,76,处为黑电平，相对视频信号幅度为,0V,。,对已调信号，当载波幅度为,0,处，相对视频信号幅度为,1.36V,，,而载波幅度为,100,处,(,即同步顶,),，其相对视频信号的幅度应为,-0.43V,。,显然，蓝条和红条不但超过了黑色电平，而且超过了同步头电平，这将破坏同步，使重现图像不稳。黄条和,青条由于幅度过大，低于白色电平，以至于小于零，这将会使发射机产生过调制；不但会使重现图像严重失真，而月还会造成伴音中断。因为电视接收机中，第二伴音中频是靠图像中频和伴音中频差拍产生的，过调制将使图像载波有时为,0,，当然这是不能允许的。,1.79,为了解决这一问题，需要对色度信号进行适当压缩。办法是，在,100,幅度彩条信号情况下，取峰值白色与黑色电平之差为,1,；彩条信号的最大摆动范围不得超过峰值白色与黑色电平以外,0.33,。即复,合信号的最大摆动范围限制在,-0.33,1.33,范围内。这是因为实际上高亮度、高饱和度的彩色是很少见的，因而幅度超过,l,，,接近,1.33,的情况不多，即使出现这种情况也不会出现过调制。压缩系数的计算：,设,(B-Y),和,(R-Y),压缩系数分别为,x,1,和,x,2,，,则压缩后黄、青视频信号幅度应满足下式关系,带入黄条数据：,带入青条数据：,联立求解得：,x,1,=0.493,、,x,2,=0.877,。,量的方位表示色调。然而，彩条矢量模（色度信号的振幅）虽然可,根据压缩系数可以计算出各彩条的有关数据，利用,V/U,所计算的相角绘制出各彩条信号的矢量图，彩条矢,以反映色饱和度，但在相同色饱和度下，不同色调的矢量模并不相同。,2,4 NTSC,制色差信号及编、解码过程,NTSC,制是世界上第一个用于彩色电视广播、并在商业上取得成功的彩色电视制式。这一制式是在正交平衡调制之前，将被压缩的色差倍号,U,、,V,又进行了一定的变换，从而产生了,I,、,Q,信号，这样做，可对色差信号的频带进行进一步的压缩。,2,4,1,I,、,Q,色差信号,对视觉特性研究表明，人眼对红、黄之间颜色约分辨力最强；而对蓝、品（紫）之间颜色的分辨力最弱。在色度图中以,I,轴表示人眼最为敏感的色轴，而以与之垂直的,Q,轴表示最不敏感的色轴。这样，倘若采用坐标变换，将,U,、,V,倍号变换为,Q,、,I,信号，就可对,I,所对,应的色度信号采用较宽的带宽,(,不对称边带：,+0.5MHz,-1.5MHz),，,而对,Q,信号对应的色度信号则只需采用很窄的带宽,(0.5MHz),来进行传输，这就是进行这一变换的目的。定量地说，,Q,、,I,正交抽与,U,、,V,正交轴有,33,夹角的关系：,Q,、,I,与三基色的关系：,2,4,2 NTSC,制编、解码方框图,色同步选通,2,4,3 NTSC,制的主要参数及特点,1,主要参数,NTSC-M(,美国制式,),场频,f,V,59.94 Hz(60Hz),；,行频,f,H,525,f,V,/2,15.734kHz,；,每帧,525,行；图像信号标称带宽为,4.2MHz,伴音与图像载频之差为,4.5MHz,；,彩色副载波频率,f,SC,3.57954506MHz,。,2,主要特点,(1),色度信号编、解码方式最简单。,(2),容易实现亮、色度信号的分离。,(3),无影响图像质量的行顺序效应。,(4),色度信号的相位失真对重现图像的色调影响大，相位敏感性。,2,5 PAL,制及其编、解码过程,PAL,制是在对色度信号采用正交平衡调幅的基础上，将其中一 个色度分量,(,F,V,分量,),进行逐行倒相，在发端周期性地,(,半行频,),改变,F,V,分量的相序，在收端采用平均措施，以减轻传输相位误差带来的影响。,2,5,1,相位失真的慨念及影响,(,几何失真不讨论,),彩色电视机的图像失真有亮度失真、饱和度失真和色调失真。其中，亮度失真主要影响景物的层次，色饱和度失真则改变颜色的深浅程度，而色调失真会造成景物的颜色改变。这三种失真中，人眼对色调的失真最为敏感，,NTSC,制中，色度信号的相位失真会带来明显的色调失真。,彩电调谐不准确，多径效应及传输系统的非线性等都可能引起相位失真，实践证明，要使人眼感觉不到色调畸变，相位失真应小于,5,。,PAL,制彩色电视系统，就是为解决相位敏感性而发展起来的。,2,5,2 PAL,色度信号,PAL,制获得色度信号的方法，也是先将三 基色信号,R,、,G,、,B,变换为一个亮度信号和两个色差信号，然后再用正交平衡调制的方法把色度信号安插到亮度信号频谱的间隙之间，这些与,NTSC,制大体相同。不同的是，将色度信号中的,F,V,分量进行逐行倒相，色轴不旋转。逐行倒相规律是：,第,n,行色度：,F,n,=,U,sin,SC,t,+,V,cos,SC,t,，第,n+1,行色度：,F,n+1,=,U,sin,SC,t,-,V,cos,SC,t,，,PAL,色度信号的数学表达式为：,对于隔行扫描来说，奇数帧,(,第,1,，,3,，,5,，,帧,),的奇数行取正号，偶数行取负号；偶数帧,(,第,2,，,4,，,6,、,帧,),的奇数行取负号，偶数行取正号。取正号的行叫,NTSC,行,(,简称,N,行,),，取负号的行叫,PAL,行,(,简称,P,行,),。应该指出，逐行倒相并非将整个色度信号倒相，也不是扫描方向的改变，而是将色度,V,分量,（,F,V,分量）的副载波相位逐行改变,180,对于任意色调的色度信号，若,N,行用,F,n,表示，,P,行用,F,n+1,表示，则,P,行的失量,F,n+1,应该与,N,行失量,F,n,以,U,轴为对称。因为这两行色度信号的,F,U,分量相同，而,F,V,分量的绝对值相等、符号相反。图,2-19(b),是三基色和三补色彩条矢量图逐行倒相的情况。此图中，实线表示,NTSC,行，虚线表示,PAL,行。,+,cos,1,、逐行倒相的实现,实现逐行倒相，可以逐行改变色差信号,V,的相位，亦可以逐行改变副载波的相位，改变后者较为简单。它与正交平衡调幅的区别在于增加了一个,PAL,开关、一个,90,移相器和一个倒相路。,PAL,开关是一个由半行频对称方被控制的电子开天电路，它能逐行改变开关的接通点，其原理如图,2-20,所示。,2,、,PAL,制色度信号的频谱,色度信号,F,V,分量逐行倒相后，色度信号的频谱结构发生了变化。其中，,F,U,分量与倒相无关，它的主谱线位置未变。色度信号,F,V,分量的主谱线由于实施了逐行倒相，位置发生了变化。因为逐行倒相的过程实质上是半行频方波控制平衡调幅的过程，因此可以将远行倒相的副载波看成是半行频方波 对,cos,SC,t,进行平衡调幅。根据傅里叶级数分析，,式中：,m,=0,，,1,，,2,，,3,，,；,1,2,f,H,/2=,H,/2,为开关函数基波的角频率（,H,为行扫描角频率）。由此可求得逐行倒相副载波的各频率分量为,PAL,制色度信号,F,V,分量的频谱其振幅频谱如图,2-22(b),中的实线所示，谱线间隔为行频,f,H,。,m,=0,所对应的谱线（最低边频），距离副载频的间隔为,f,H,/2,；而,U,分量（,F,U,）,对副载波直接进行平衡调幅，最低边频距离副载频的间隔为,f,H,，,所以，,F,V,与,F,U,的谱线刚好错开,f,H,/2,。,2,5,3 PAL,制采用逐行倒相克服相位失真的原理,F,n,表示第,n,行的色度矢量，,F,n+1,表示,n+1,行的色度矢量。由于行相关，可以认为它们的颜色相同。则矢量,F,n,和,F,n+1,的,U,分量相等，,V,分量绝对值相等、相位相反，即以,U,轴对称。如果传输过程中无相位失真，解调时,V,回原位，可正确地恢复出色差信号。,PAL,制克服因相位失真引起色调畸变的实质是用逐行倒相的方法使相邻两行色度信号的相位失真方向相反，解调中再将它们合成，从而得到相位不失真的色度矢量，消除了相位失真带来的色调失真，相位失真仅引起了饱和度下降，但色调末变。,相邻两行色度信号合成的方法一般有两种：一种简单的方法是利用人眼分辨力有限和视觉暂留特性，使屏幕上相邻两行的相位失真相互补偿，得到一种中间的无色调畸变的颜色。这种简单的,PAL,制解调方法称为,PAL,S,，,在相位失真不大时，实现这一方法的电路简单，效果较好。但在相位失真较大时、图像会出现明暗相间并缓慢向上移动的水平条纹。这是由于行顺序效应引起的，此现象亦称为“爬行”或“百叶窗效应”,(,由于此现象很像百叶窗而得名,),，它会影响收看效果。另一种合成方法是延迟解调，用延迟线把前一行色度信号延迟大约一行的时间,(,约,64,s),，,然后在合成电路中与本行色度信号合成，从而得到合成的色度信号。这种解码用到延迟线，故称延迟解码，以,PAL,D,表示。这里顺便说明一下，,PAL,D,与我国电视制式,PAL-D(PAL-D/K),含义不同，后者指我国彩色电视制式为,PAL,制、系统（扫描）方式（或称黑白电视制式）为,D(D/K),。,PAL,D,与,PAL,S,相比，行顺序效应大为减轻。,2,5,4 PAL,制副载波频率的选择,PAL,制中已调色差信号,F,U,与,F,V,频谱的主谱线不是占有相同的位置，而是彼此错开,(,间距,),半个行频,f,H,/2,。,如果与,NTSC,制一样，将副载波频率,f,SC,选为半行频的奇数倍，必然导致,F,V,的主语线与亮度信号的主谱线重合。如果选择,f,SC,既不等于行频的整数倍，也不等于半行频的奇数倍，而是作如图,2-24(c),那样的选择，即令,n,f,H,位于,f,SC,和,(,f,SC,+,f,H,/2),之间（即将副载波频率,f,SC,选为行频的整数倍加上或减去,f,H,/4,），,这样就可使亮度信号,Y,与两个色度信号分量的频谱相互错开，那么,n,f,H,应满足下述关系：,由于,f,SC,与整数倍的行频,f,H,有,f,H,/4,的频差，故称,1/4,行频间置。根据选择,f,SC,尽以高的原则，可取,n,284,。,实际的,PAL,制彩电副载波为：,俗称,4.43MHz,。,增加,25Hz,的目的在于减轻副载波光点干扰的可见度。,n,f,H,2,5,5 PAL,制色同步信号,PAL,制彩色电视接收机在解调色度信号时，需要在,PAL,行使用,-,cos,SC,t,、,NTSC,行使用,+,cos,SC,t,副载波。要做到这一点，需要有一个识别,PAL,行与,NTSC,行的识别信号，即需要在发送端提供一个附加信息。表现为：,PAL,行的色同步信号相位是,-135,；,NTSC,行的色同步信号相位为,+135,，平均相位,180,。所以，,PAL,制的色同步信号除了为接收机提供恢复副载波所需的频率、相位信息外，还能提供一个,PAL,行与,NTSC,行的识别信息，保证了收、发逐行倒相的同步。,PAL,制色同步信号所含副载波周期数、幅度、出现位置等都与,NTSC,制相同。我国广播电视标准规定，色同步信号由,8,12,个,周期的副载,波组成，位于行消隐后肩上，起始点距行同步脉冲前沿,5.60.1,s,，,峰,峰值等于行同步脉冲幅度，相对于消隐电平上、下对称。,发送端先产生一个,色同步选通脉冲,K,，,重复频率为行频、宽度为,2.250.23,s(,约等于,10,个副载波周期,),，位置在行消隐的后肩上，起始点距行同步脉冲前沿,5.60.1,s,。将,K,脉冲以两种不同的极性分别加到两个色差信号中，与色差信号一起送入平衡调,PAL,制色同步信号的产生方法：,幅器，,V,色差信号中加入正极性,K,脉冲,(,以,+K,表示,),，就可产生色同步信号的,V,分量,(N,行为,90,，,P,行为,-90),，,U,色差信号中加入负极性,K,脉冲,(,以,-K,表示,),，则可产生色同步信号的,U,分量,(180),，两个分量进行矢量合成便形成逐行改变相位的,N,行为,+135,、,P,行为,-135,的色同步信号。,2,5,6 PAL,制编、解码过程,1,PAL,制编码器及编码过程,所谓编码，就是把三基色电信号,R,、,G,、,B,编制成彩色全电视信号的过程，编码器就是用来编码的电路。,2,PAL,制解码器及解码过程 把彩色全电视信号还原成三基色电信号的过程称为解码，解码是编码的逆过程。,PAL,制解码器有许多种，如,PAL,S,(,简单解码,),、,PAL,N,(,锁相解码,),、,PAL,D,(,延迟解码,),等。其中,PAL,D,应用较广，这种解码器中用超声延迟线构成梳状滤波器，它将色度信号分离为,F,U,和,F,V,两个色度分离。,解码工作过程,梳状滤波器分离色度信号原理。,设第,n,行色度信号为；,则第,n+1,行色度信号为,当第,n,行色度信号经延迟线延迟一个行周期（实际延迟时间为,d,=63.943,s,）,并倒相成为,F,n,/,(,F,n,/,=-,F,n,),，,在加法器中与第,n+1,行色度信号,F,n+1,相加,可得到 在减法器中与第,n+1,行色度信号,F,n+1,相减可得到,由 此可以有效地分离开两个色差分量,F,U,和,F,V,。,延迟线,64,s/180,第,n,行,第,n+1,行,第,n+1,行,2,F,V,2,F,U,F,延时线延迟时间,d,的选择,延时线延迟时间,d,应选择得既非常接近行周期,(64,s),，,以便相加、减时是相邻行相应像素间的加或减；而又必须为副载波半周期的整数倍，以保证延时前、后色度信号副载波相位相同,(0),或相反,(180),。由,f,SC,=283.75,f,H,+25Hz,的关系，则行周期,T,H,与副载波,T,SC,之间的关系为：,568,倍。通常为,567,d,略小于行周期,若为,568,则略大于行周期。,d,可选为副载波半周期,T,SC,/2,的,567,倍或,梳状滤波器的频率特性,延迟解调器的频率,(,幅频,),特性具有梳齿状的频率特性，因而称为梳状滤波器，每隔一个行频有一个最大传输点；每两个最大传输点的,减法器频率特性,加法器频率特性,中心是吸收点，两个吸收点的间距也是一个行频。这样的两个输对应的最大传输点与吸收点互相交错。在,d,为,63.943,s,情况下，减法器的最大传输点对准,F,U,主谱线时，其吸收点也正好对准,F,V,的主谱线；加法器的最大传输点对准,F,V,主谱线时，其吸收点也正好对准,F,U,的主谱线。通过梳状滤波器,F,U,与,F,V,获得较好的分离。同时亮度信号,Y,的主谱线位于最大传输点,-3dB,的位置上，则通过梳状滤波器后色度信号中的亮度信号相对衰减了,-3dB,，,减弱了对色度的干扰。,补充：延迟解调器（梳状滤波器）的频率特性的讨论,为了便于讨论，设输入信号 为正弦波，并用复数表示：,延迟,后的输出,则加法器输出,因而，加法器的传递函数 为,当延时为行周期，即,=,T,H,时：,考虑到,=2,f,，则,同理，对于减法器有：,零值点,最大值点,由此可知，当延时量为,1,个行周期,(,即,=,T,H,),时，延迟解调器可以将,1/2,行间置的,NTSC,制中的亮度信号与色度信号分离开来。其中，加法器输出亮度信号，减法器输出色度信号。,对于,PAL,制，由于是,1/4,行间置（色度信号中,F,U,、,F,V,分量的谱线分置于亮度谱线的两侧，间距为,1/4,行频），因而无论是加法器还是减法器，,F,U,、,F,V,分量的输出幅度均相同。所以，要想分离,F,U,、,F,V,分量，需要将加法器和减法器传递函数沿频率轴平移,1/4,行频，令,=283.5,T,SC,即可。,当,=2,T,H,时：,此时，可以实现,PAL,制中亮度信号与色度信号的分离。,U,P,V,P,Y,F,N,当,=,T,H,时，,PAL,的色度分量没有分离。,色差信号的同步解调,梳状滤波器输出的,F,V,信号经,V,同步解调器，输出,V,信号；梳状滤波器输出的,F,U,信号经,U,同步解调器，输出,U,信号。,色同步信号的分离,频率相同但时域错开的色度及色同步信号，经色同步选通电路，将色同步信号与色度信号分,开。由于色度信号在行扫描正程色同步信号在行扫描逆程出现，故只要用两个门电路，就可将二者按时间分离法进行分离。这两个门电路在控制脉冲控制下交替导通即可实现两种信号的分离。,基色信号的恢复,亮度通道输出的,Y,信号和色度通道输出的,U,、,V,信号同时输入基色矩阵电路，经基色矩阵电路分解，输出,R,、,G,、,B,三基色信号。,(6),副载波的恢复,者进行相位比较后，输出一个与之相差成正比的直流控制电压，由它再去控制压控振荡器，使其输出副载波频率和相位与发射端相同。所恢复出的副载波，一路直接送,U,同步检波器，另一路先经,PAL,开关逐行倒相、再经,90,移相送,V,同步检波器。半行频的,7.8kHz,开关信号亦由鉴相电路取得，经,PAL,识别电路后去控制,PAL,开关。,色同步信号与副载波压控振荡器输出的信号同时送鉴相电路，二,2,5,7 PAL,制的主要性能特点,(1),克服了,NTSC,制相位敏感的缺点。,PAL,制使彩色相序逐行改变，使串色极性逐行取反，加之梳状滤波器在频域的分离作用，使串色大为减小。又由于人眼的视觉平均作用，就使得传输失真不再对重现彩色图像的色调产生明显的影响。可使微分相位的容限达,40,以上。,(2)PAL,制采用,1/4,行间置再加,25Hz,彩色副载波，有效地实现了亮度信号与色度信号的频谱交错，因而有较好的兼容性。,(3),梳状滤波器在分离色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了,3dB,，,从而使彩色信杂比提高了,3dB,。,(4),由于,PAL,制为,1/4,行间置，所以亮、色分离要比,NTSC,制困难,(NTSC,制可以用,1,个整行延迟线的梳状滤波器实现亮、色分离，而,PAL,需要,2,行延迟,),，且分离质量也较差。在要求高质量分离的场合,(,如制式