《电视技术》NTSC制式.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,*,电视技术,第二章,第二章 彩色电视原理,本章要点：,彩色三要素、人眼视觉特性、三基色原理,彩色电视信号编码原理,三基色分解与复原 亮度信号与色差信号,兼容制,NTSC,编码与,PAL,编码,电视广播制式,PAL,彩电的电路组成及框图,第一节,色度学与视觉基础,一、光与彩色,1.,光是电磁波。可见光是波长为,380780nm,(,纳米,),能引起人眼视觉的电磁波,.,2.,光与彩色的关系,不同波长的光会引起人眼不同的顔色感觉,光的波长与顔色的关系如下,:,380430490510580600630780nm紫,蓝,青,绿,黄,橙,红,二、彩色三要素,1.,亮度 指光的强弱 是三要素的基础,2.,色调 指光的顔色,色饱和度 指彩色的浓淡,（纯色的色饱和度为,100,，白光的色饱和度为,0,）,色调与色饱和度 又合称 “色度”,黑白电视广播只需传送亮度，,彩色电视广播则三个要素均需传送。,三、视觉特性,（一）亮度特性,用,相对视敏度曲线,表示，见图,21,规定：对波长,=555nm,的黄绿光,辐射功率为,1W,时,将产生,680,流明,(lm),的光通量,.,注,:,光通量,光学物理量,指可见光对人眼的,视觉刺激,程度的量,其定义为：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的光通量,.,其单位是 流明lm).,这种规定使得亮度具有量的概念,.,用光通量表示,就是用人眼的相对视敏度评价光的功率,.,实验证明,:,红、绿、蓝三种色光的光通量之比为,0.30,0.59,0.11,（二）彩色分辨力特性,根据,大面积着色原理,，人对彩色细节的分辨力低于对黑白亮度的分辨力。因此，彩电广播用,0,6MHz,带宽传送亮度信号,而对色度信号,则只需用,0,1.3MHz,的窄带传送即可,.,对不同色调的彩色,人眼的分辨力是不一样的,.,例如对橙色与青色的分辨力较强,对紫、黄、绿色的分辨力则较弱。,（三）彩色视觉的非单值性,特定波长的光波能使人眼产生特定顔色的感觉，这就是色调。,但却不能反过来根据人眼的色调感觉来判断光的波长。即,波长与色调之间不存在一一对应的关系，,这就是所谓 彩色视觉的“非单值性”。,四、三基色原理,（一）三基色原理的表述,所有彩色均可用三种基色按一定比例混合而成，或：所有彩色光均可分解为三种独立的基色光。,在彩色电视系统中，选用,红,R,、,绿,G,、,蓝,B,作为三基色。,（二）三基色与混合色的关系,1.,三种基色的混合比例，决定了混合色的色调与色饱和度；,2.,混合色的亮度,Y,等于参与混合的各基色之和,（三）混合的方法 见图,2,2,所示。,红,R+,绿,G=,黄 黄,+,蓝,B=,白,绿,G+,蓝,B=,青 青,+,红,R=,白,蓝,B+,红,R=,紫 紫,+,绿,G=,白,红,R+,绿,G+,蓝,B=,白,“红、绿、蓝”与“青、紫、黄”,互为 “补色”,基色与补色,混色方法,1.,直接混色法,应用于彩色投影机；,2.,空间混色法,应用于现代彩色显像管；,3.,时间混色法,应用于早期的顺序制彩色电视系统。,第二节 彩色电视信号编码,一、图像的三基色分解与复原,1.,图像的分解：,利用摄像机中的分色光学系统将彩色画面分解为红、绿、蓝三基色光信号，再通过三个摄像管分别进行电子束扫描，将三基色光信号转变成红、绿、蓝三种电信号。,如图,2,3,所示。,三基色光分解示意图,2.,图像的复原,三基色电信号分别作用于彩色显像管的三个阴极，对电子束进行调制，使屏幕重现彩色图像。,彩色图像复原示意图,彩条信号图,白 黄 青 绿 紫 红 蓝 黑,二、亮度信号与色差信号,早期采用的,三通道同时制,与,单通道顺序制,的共同缺陷是：不兼容。,（一）兼容制及其要求,1.,什么是“,兼容,”？,“兼容”是指彩色电视系统与黑白电视系统可以相互收看。,能够实现彩色电视与黑白电视相互收看的电视制式，称为,兼容制制式,。,2.,兼容制的要求,（,1,）继续采用黑白制式中的一切规定；,（,2,）继续保留黑白制式中的一切信号；,（,3,）传送色度信号,(,色度包含色调与色饱和度,),。,(,二,),亮度信号,由于混合光的亮度为三基色光的亮度之和,对于,NTSC,制式,有下列关系,:,E,Y,=0.30E,R,+0.59E,G,+0.11E,B,上式称为,亮度方程,。,式中,E,Y,表示亮度,E,R,、,E,G,、,E,B,则分别表示红、绿、蓝三基色信号。,（三）色差信号,1.,什么是,色差,信号？,基色信号与亮度信号之差即为,色差,信号。,色差信号仅代表色调与色饱和度的相关信息，不再包含亮度信息。,根据色差信号的定义，有,红色差信号,=,红基色信号,亮度信号,即,E,R-Y,=E,R,E,Y,其它类似有,E,G-Y,=E,G,E,Y,E,B-Y,=E,B,E,Y,2.,三个色差信号并不相互独立，某一色差信号可由另两个色差信号按特定比例混合产生。,可以证明，对于三个色差信号 有,0.30 E,R-Y,+0.59 E,G-Y,+0.11 E,B-Y,=0,由上式可得任一色差信号，例如红色差信号,3.,在彩色电视广播中，为了简化电路，节约资源，一般只传送,E,R-Y,、,E,B-Y,两个色差信号，而不传送,E,G-Y,（绿色差信号），这是因为,在上式中，系数,0.51,及,0.19,均小于,1,，故,E,G-Y,（绿色差信号）只需采用简单的电阻衰减式矩阵网络就可复原，大大简化了电路结构。,亮度信号与色差信号的形成电路,亮度信号与色差信号 的波形,（四）三基色信号的复原,复原步骤如下：,1,）利用,E,R-Y,、,（红）,E,B-Y,（蓝）两个色差信号混合生成,E,GY,（绿色差信号）；,2,）三个色差信号分别与亮度信号,E,Y,相加，,即得到,E,R,、,E,G,、,E,B,三个基色信号。,其复原电路如图,2,7,所示。,三基色信号复原电路,作业辅导,缺红色时彩条信号呈何种状态？,三、,NTSC4.43,制编码,NTSC,制又称正交平衡调幅制，由美国电视制式委员会在,1953,年推出；,4.43,表示其彩色副载波频率为,4.43MHz,。,（一）色差信号的幅度压缩,1.,为何要对色差信号进行幅度压缩？,若不压缩，将使编码后的彩色全电视信号产生失真，从而破坏了兼容性。,2.,压缩的方法,基色信号,E,R,、,E,G,、,E,B,送入矩阵电路后，产生亮度信号,E,Y,与两个色差信号,E,R-Y,、,E,B-Y,，再对两个色差信号进行压缩，压缩后的信号称为,U,、,V,信号：,U=0.493,E,B-Y,(,蓝色差）,V=0.877 E,R-Y,(,红色差）,NTSC4.43,制编码的框图见图,2,8,所示,（二）色差信号的频带压缩,由于人眼对彩色细节的分辨力低于对黑白亮度的分辨力，为节约频带，故对色差信号的频带进行压缩，即只用,0,1.3MHz,的窄带传送色差信号,而仍用,0,6MHz,的宽带传送亮度信号。,这种方法称为“大面积着色法”，即大面积的彩色部分可以模糊一些，故频带可以窄一些；而对小面积的细节或图像边缘部分（主要由亮度信号来反映）则要比较精确，故频带要宽。,NTSC4.43,制编码框图,（三）频谱交叉技术,1.,为何要采用频谱交叉？,为了实现“兼容”，色差信号与亮度信号必然要在同一个,0,6MHz,的频带中传送；由于亮度信号已经占用了,0,6MHz,的带宽,故色差信号只能”插”在亮度信号频谱的空隙中传送,这种技术称为”频谱交叉”技术,.,2.,亮度信号的频谱,已知亮度信号的频谱是”离散型”的,其主谱线以行频为间隔,频率越高,幅度越小,.,在主谱线两侧,分布着以场频为间隔的小谱线,.,如图,2,9,所示,.,色差信号的频谱与其类似,只是带宽为,01.3MHz.,亮度信号的频谱,3.,实现频谱交叉的方法,要实现频谱交叉，必须移动色差信号的频谱。,方法是：将色差信号调制在一个交流正弦波上，该,正弦波称为彩色副载波,fs,。由图可见，色差信号频,谱移到了副载波的两侧,其带宽为,fs1.3MHz.,副载波的频率,fs,应等于半行频的奇数倍，即,fs=(2n-1)f,H,/2,上式表明,fs,应选在亮度信号相邻主谱线,n f,H,与,(n-1)f,H,的中间位置,才能实现色差信号频谱与亮度信号频谱的准确交叉,.,对,NTSC,制式,取,n=284,则,fs,=283.5f,H,=4.4296875MHz 4.43 MHz,（四）平衡调幅,利用色差信号对彩色副载波进行调幅，这,种调幅属于所谓“平衡调幅”，即在普通调幅的,基础上滤去载波成分。其实质就是色差信号,U,与副载波,sin,s,t,相乘,是一个乘法电路,.,普通调幅波为,(U+1)sin,s,t,平衡调幅波为,U sin,s,t,平衡调幅波的振幅与调制信号有关,与载波,的振幅无关；采用平衡调幅的目的，是为了,减小振幅,以减轻彩色副载波对图像的干扰,.,(,五,),正交平衡调幅,由于色差信号有两个,都要进行平衡调幅,故用色差信号,U,对副载波,sin,s,t,进行调幅,用色差信号,V,对副载波,cos,s,t,进行调幅,sin,s,t,与,cos,s,t,互相垂直,即”正交”,所以称为”正交平衡调幅,”,.,正交的目的是,当两个平衡调幅波混合后,在接收机中可以根据其相位正交的特点,容易,实现二者的相互分离,.,色度信号的合成,色度信号,C,由两个正交平衡调幅信号,Usin,s,t,与,Vcos,s,t,相加混合而生成,.,式中,Cm,表示色度信号的振幅,代表了色饱和度要素；,表示色饱和度的相位,代表着色调要素,.,（六）色同步信号,从平衡调幅波中取出色差信号的方法称为“同步检波”。在此过程中必须向同步检波器送入副载波信号，该副载波信号必须与,C,信号中的副载波严格保持同步（同频同相）,即送入,U,同步检波器的必须是,sin,s,t,副载波，,送入,V,同步检波器的必须是,cos,s,t,副载波。,同步检波器的电路框图如下：,同步检波电路框图,同步检波实质是一乘法电路。数学分析如下；,式中，第,2,、,3,项为副载波的二次谐波，可用低通滤波器滤除；第,1,项,U/2,是有用信号。,同理：,式中，第,2,、,3,项为副载波的二次谐波，可用低通滤波器滤除；第,1,项,V/2,为有用信号。,采用同步检波，不但检出了色差信号，而且又使,U,、,V,信号实现了分离。,注意：送入同步检波器的副载波相位不能有偏差，若相位偏离,45,，则,U,同步检波器输出为,显然，,U,同步检波器输出的色差信号不仅,仅是原来的,U,信号，还含有,V,信号的成分，这,就说明检波器产生了“串色失真”。因此，送入,同步检波器的副载波相位不能有偏差。,接收机中的副载波由振荡器产生，为了使该,副载波与色度信号,C,中的副载波同步，电视台还,必须再发射一个色同步信号，其作用是对接收,机中的副载波振荡器进行锁相（锁定相位）控,制，以求得完全同步。,色同步信号如下图所示，它在行消隐信号的后肩传送，由,9,11,个一串副载波组成。,色同步信号的持续时间是（,2.260.23)s,，其振,幅与行同步脉冲的振幅相同,相位为,180,。即,在图,2.8,所示的,NTSC4.43,制编码框图中,为了产,生色同步信号,在,U,信号上加入了一个,K,脉冲，利用,它对 副载波进行平衡调幅，以产生,180,色,同步信号输出。,再看一遍,NTSC4.43,制的编码框图,（七）彩色全电视信号的形成,彩色全电视信号由亮度、色度、色同步、同步与消隐信号等组成，其形成过程见下图。,（四）,NTSC3.58,制编码,它是标准的,NTSC,制式，其编码框图如下：,作业,画出,NTSC,制彩色全电视信号的波形,实验作业：,在作业本上画出观察到的三基色波形的形状（要先画好坐标系），并与教材所示波形相对照。,