信息与通信电视原理.pptx

1 1电视原理部分主要内容n n1、电视图像的生成及传送基本原理、电视图像的生成及传送基本原理n n2、三基色原理、三基色原理n n3、全电视信号、全电视信号n n4、PAL制彩色电视制彩色电视2 2电视广播的发展历史电视广播的发展历史n n19331933年，研制成功可以实用的光电换能器件摄像管年，研制成功可以实用的光电换能器件摄像管n n19361936年，英国首先开始了黑白电视广播年，英国首先开始了黑白电视广播 19541954年，美国开始进行彩色电视广播年，美国开始进行彩色电视广播 2020世纪世纪7070年代，开始年代，开始HDTVHDTV的研究的研究 19891989年，日本开始试播年，日本开始试播HDTVHDTV节目节目n n2020世纪世纪9090年代，研究并试验数字电视系统（包括欧洲的年代，研究并试验数字电视系统（包括欧洲的DVBDVB系统，美国的系统，美国的ATSCATSC系统，日本的系统，日本的ISDBISDB系统等）系统等）n n3 3中国电视广播的发展历史中国电视广播的发展历史 n n 1958 1958年，北京电视台（中央电视台前身）开播年，北京电视台（中央电视台前身）开播n n19731973年，彩色电视试播年，彩色电视试播n n19991999年，年，HDTVHDTV试播试播n n20092009年广播电视人口覆盖率分别为年广播电视人口覆盖率分别为96.31%96.31%和和97.23%97.23%4 4电视广播的发展趋势电视广播的发展趋势n n数字化n n网络化n n信息化5 5电视广播系统的构成电视广播系统的构成6 6n n（1 1）节目制作与播出）节目制作与播出n作用：n 利用必要的设备和技术手段制作出符合标准的广播电视节目信号，并按一定的时间顺序（节目表）将其播出到传输端。n n 演播室演播室n n 摄像机摄像机n n 录像机录像机n n 电子编辑系统电子编辑系统n n 后期加工设备后期加工设备n n 同步系统同步系统7 7n n（2 2）节目传输与发送）节目传输与发送n n 作用：将广播电视信号由广播电视中心传输到节目发送作用：将广播电视信号由广播电视中心传输到节目发送端，经过一定的技术处理（如编码、调制等）后，采用某端，经过一定的技术处理（如编码、调制等）后，采用某种方式发送到接收端。种方式发送到接收端。n n 传输方式：传输方式：n n 光缆光缆n n 电缆电缆n n 微波微波n n 发送方式：发送方式：n n 地面无线电广播地面无线电广播n n 有线广播有线广播n n 卫星广播卫星广播8 8n n（3 3）接收与恢复）接收与恢复 n n 作用：接收广播电视信号，并对其进行必要的处理和变作用：接收广播电视信号，并对其进行必要的处理和变n n换，最终还原成声音和图像。换，最终还原成声音和图像。n n 接收方式：接收方式：n n 无线接收无线接收n n 有线接收有线接收n n 卫星接收卫星接收n n 恢复方法：恢复方法：n n 电声转换设备（如扬声器等）电声转换设备（如扬声器等）n n 电光转换设备（如显像管等）电光转换设备（如显像管等）9 9一、黑白电视图像的生成及传送基本原理一、黑白电视图像的生成及传送基本原理n n1、电视的基本原理1010n发送端：n 利用摄像器件的光电转换作用将景物的光学信息按一定规律变换成相应的电信号，作适当处理后通过无线电波或有线信道传输出去；n接收端：n 利用显示装置的电光转换作用将接收到的电视信号转换成相应的光学图像，即在屏幕上重现原始的景物画面。1111n2、视觉基本特性n（1）视觉惰性n 人的视觉对外界光刺激的响应有一定的延时。当一定n强度的光突然作用于人眼时，需要经过一定的时间才n能形成一个稳定的主观亮度感觉；当光消失以后，亮n度感觉也不是瞬间消失，而是要经过一段时间之后才n能消失。也就是说，视觉的建立和消失都有一定的惰n性，这称之为视觉惰性。1212n视觉惰性包含两个方面，即建立惰性和消失惰性。消失惰性又称为视觉暂留特性。1313n（2）闪烁感觉n 当脉冲光源的重复频率不太高时，人眼会跟随光源的变化产生一明一暗的感觉，即闪烁感觉。n临界闪烁频率：n 不引起视觉闪烁感的光源最低重复频率称为临界闪烁频率，一般用fc 表示。n 当脉冲光源的重复频率低于fc，人眼有闪烁感；n 当脉冲光源的重复频率高于fc，人眼不再有闪烁感1414n3、图像的分解n 电视系统处理的对象是光学景物，而景物信息存在于空间，而且处于变化之中。因此景物信息是三维空间和时间的函数，可表示为：n f(x,y,z,t)n 其中，x、y、z 代表空间坐标，t 代表时间，代表景物中某点的光学信息，包括亮度信息和色度信息。n 1515n 对于平面、黑白电视来说，上式可简化为：n L f(x,y,t)n 其中，L 代表平面中某点的亮度信息n象素：n 组成图像的元素，即基本单位，具有唯一的空间位置，其亮度信息是时间的一维函数。一幅电视图像由许许多多个象素组成，电视系统能够分解、传送和合成的象素数越多，重现的图像就越清楚、细腻。n 象素的分解在摄像端的光电转换和扫描过程中完成n 象素的合成在显像端的电光转换和扫描过程中完成1616n n4、图像的传送n（1）同时传送制n 指是将构成一幅图像的所有像素同时转换成电信号，并同时传送出去。这种方式下每一像素需占用一个传输通道。n 一幅电视图像有近50万个像素，因此传送一幅电视图像需要近50万个通道，这在技术和经济上都是不现实。1717n （2）顺序传送制n 顺序制传送是按一定顺序将一个个像素的光学信息轮流转换成电信号，用一条传输通道依次传送出去，在接收端的屏幕上再按同样的顺序将电信号在相应的位置上转换成光学信息。n 顺序传送制只需一个传输通道就可传送所有象素。18181919n注意：n 采用顺序传送制时，在显示端的显示屏上，尽管各个像素是轮n流发光的，但轮换速度很快。由于人眼的视觉暂留现象及发光n材料的余辉效应，使前一个发光像素的印象尚未消失，后一个n像素又开始发光，结果给视觉造成的感觉是所有像素都同时发n光，于是在摄像端被分解成像素的景物图像，在显示端又被重n新复合成一幅完整的图像，并不会造成顺序出现的感觉。n 我国的PAL制电视系统中，画面的传送速度为25帧/秒，相邻n两幅画面的时间间隔为40毫秒，小于视觉暂留时间。因此当内n容相关的一系列图像连续出现时，视觉还会产生运动连续感。2020n n5 5、电视扫描原理、电视扫描原理n（1）扫描的概念n 在摄像端按一定顺序将图像分解成一个个象素，在显示端按同样的顺序再将各个象素组合成图像的过程称为扫描。n 摄像端扫描：将原来随空间、时间变化的函数转化成只随时间变化的函数。n 显示端扫描：将随时间变化的函数恢复成随空间、时间变化的函数。n 摄像端扫描与显示端扫描要同步。n 同步主要是指：n 同频：摄像端和显示端的扫描速度相同。n 同相：摄像端和显示端的时空对应关系一致。2121n（2)逐行扫描n 在对一帧（幅）画面进行光电转换及电光转换的过程中，若扫描是一行一行从上到下依次进行，则称为逐行扫描。n 扫描轨迹的集合称为扫描光栅。22222323n 行扫描也称水平扫描，帧扫描也称垂直扫描。n电子束扫描的实现：n 在电子束扫描装置的外部，安装有两套线圈，线圈中分别通有周期性变化的电流，可形成水平方向和垂直方向的偏转磁场。在这两个磁场的共同作用下，电子束就会做周期性的往复运动，实现规定的扫描光栅。2424n(3)隔行扫描n 隔行扫描是指将一帧电视图像分成两场来进行扫描。第一场扫描画面的奇数行，这期间称为奇数场；第二场再扫描画面的偶数行，这期间称为偶数场。奇数场图像和偶数场图像嵌套在一起就构成了一幅完整的图像。2525n隔行扫描的原因：n 电视系统的帧频为25Hz，在逐行扫描方式下，电视机重现图像时屏幕的闪烁频率为25Hz，这样会造成严重的闪烁感觉。虽然可以通过提高帧频的方式来改善闪烁现象，但这样做的后果是电视信号的带宽过宽，造成设备复杂、成本高。为了在不改变帧频的条件下克服闪烁现象，电视系统采用了隔行扫描方式，即将每一帧图像分成两场来传送和显示。因此，在隔行扫描方式下，帧频没有改变，但重现画面的闪烁频率变成50Hz，这在很大程度上改善了闪烁现象。26262727n(4)PAL制电视系统的扫描参数：制电视系统的扫描参数：n行周期：TH=64sn行正程：THt=52sn行逆程：THr=12sn行频：fH=15.625kHzn场周期：TV=20msn场正程：TVt=18.4msn场逆程：TVr=1.6msn场频：fV=50Hzn帧频：fF=25Hz n每帧总行数：625行n每场行数：312.5行n图像宽高比：4：32828n6、光电转换原理n（1）摄像器件n 摄像管：利用光电靶的作用和电子束的扫描实现光电转换。n 光电靶：由光敏半导体材料构成。2929n CCD：电荷耦合器件（Charge Coupled Device）的简称。是一种金属氧化物半导体（MOS）集成电路器件，具有电荷存储和电荷转移作用，可实现光电转换。3030n（2）CCD的光电转换原理n CCD的单元结构3131nCCD的电荷存储：n V产生产生势阱（势阱的深度取决于V）n 外界光照产生电子-空穴对(电子-空穴对的数量取决于外界光照强度)n 电子移向势阱产生电荷包(电荷包中电子的数量与外界光照强度和势阱深度有关)3232n 实际的CCD摄像器件的感光面上，分布有几十万甚至几百万个独立的铝电极，各自对应一个像素和势阱。因此，可将其表面的光学图像变成内部的电荷图像。3333nCCD的电荷转移:3434n n7 7、电光转换原理、电光转换原理n（1）电光转换装置n 阴极射线管（CRT：Cathode-Ray Tubes）n 利用电子束的扫描和荧光粉的作用实现电光转换。n 液晶显示器（LCD：Liquid-Crystal Display）n 利用液晶材料和偏振光的特性实现电光转换。n 等离子显示器（PDP：Plasma Display Panels）n 利用惰性气体放电时产生的紫外线辐射来实现电光转换。3535n（2）CRT的电光转换原理：nCRT的结构：n 管体：真空玻璃管n 管内部分：电子枪、荧光屏n 电子枪：灯丝、阴极、栅极、n 加速极、聚焦极、阳极。n 荧光屏：涂有荧光粉颗粒。n 管外部分：偏转线圈3636nCRT的工作原理：n 图像信号加在阴极；阴极产生电子束；电子束强弱受到图像信号的调制，且在偏转磁场作用下从上到下一行一行扫描整个荧光屏；荧光粉颗粒在电子束撞击下依次发光，发光强度取决于电子束强度。对应于某个特定时刻的图像信号，电子束会撞击在荧光屏的某个特定位置上，而且在这一位置上荧光粉的发光亮度也正比于此时此刻图像信号的大小。这样一来，就把不同时刻的图像信号大小转换成荧光屏上不同位置的亮度大小，在完成时间-空间转换的同时，实现了电光转换过程，即将时间域的一帧图像信号变成了平面上的一幅光学图像。3737n8、黑白全电视信号n （1）黑白全电视信号的组成：n 图像信号n 复合消隐信号n 复合同步信号3838n图像信号：携带景物亮暗信息的电信号，是黑白全电视信号中的主要组成部分。n正极性图像信号：图像信号的大小与景物的亮暗成正比；负极性图像信号：图像信号的大小与景物的亮暗成反比。3939n复合消隐信号：n 由行消隐脉冲和场消隐脉冲组成，分别位于行逆程和场逆程期间。作用是在行、场逆程期间使显像管中的扫描电子束截止，使其不干扰正程图像信号的显示。n 行消隐信号宽度：12微秒，场消隐信号宽度：1612微秒4040n复合同步信号：n 由行同步脉冲和场同步脉冲组成，分别叠加在行、场消隐脉冲之上，与消隐信号一起在逆程期间传送。其作用是为显示端扫描提供基准信号，从而保证摄像端和显示端的扫描完全同步。4141n场同步脉冲位于场消隐期间，宽度为160微秒（相当于2.5个行周期），滞后场消隐前沿约2.5行。4242n n（2）黑白全电视信号的波形4343n（2）黑白全电视信号的频谱n特点：离散性、成群性；带宽：6MHz4444二、彩色图像的产生与传送原理n1、可见光与彩色视觉n （1）可见光与颜色4545n单色光（谱色光）：单一波长的光。n复合光（非谱色光）：含有两种或两种以上波长成分的光。n复合光：线状光谱-光谱功率分布呈线状n 连续光谱-光谱功率分布连续4646n n（2）彩色视觉n光敏细胞：n 杆状细胞（暗视觉细胞）-感光灵敏度强，不能辨色。n 锥状细胞-感光灵敏度弱，能辨色（明视觉细胞）4747n（3）物体的颜色n光：直射光、透射光、反射光n发光物体的颜色：决定于自身的光谱功率分布n不发光物体的颜色：决定于物体本身的反射特性n或透射特性，以及照明光源的光谱功率分布。4848n（4）彩色三要素n亮度：彩色光作用于人眼而引起的视觉上的明暗程度。n色调：彩色光的颜色类别。例如，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫分别表示不同的色调，色调是彩色最基本的特性。n饱和度：彩色光颜色的深浅、浓淡程度。即颜色掺入白光的程度。掺入的白光越少，其色饱和度就越高。不掺入白光，即白光为零，则其色饱和度为100%100%；全为白光，则；全为白光，则其色饱和度为零。其色饱和度为零。n色调饱和度色度4949n（5）三基色原理n n 根根据据人人眼眼的的彩彩色色视视觉觉特特性性，在在彩彩色色重重现现过过程程中中，并并不不要要求求恢恢复复原原景景物物反反射射光光的的全全部部光光谱谱成成分分，而而重重要要的的是是应应获获得得与原景象相同的与原景象相同的彩色感觉彩色感觉。n n 我我们们知知道道，不不同同波波长长的的光光会会引引起起人人眼眼不不同同的的彩彩色色感感觉觉，同同一一波波长长的的光光引引起起的的人人眼眼彩彩色色感感觉觉是是一一定定的的。那那么么是是不不是是人人眼眼对对某某一一色色调调的的感感觉觉就就只只能能对对应应一一种种波波长长的的单单色色光光呢呢？实实践践表表明明，几几种种不不同同波波长长的的单单色色光光混混合合在在一一起起，也也可可以以引引起人眼产生与另外一种单色光相同的彩色感觉。起人眼产生与另外一种单色光相同的彩色感觉。n n 即即自自然然界界可可见见到到的的绝绝大大部部分分彩彩色色，都都可可以以由由几几种种不不同同波波长长（颜颜色色）的的单单色色光光相相混混合合来来等等效效，这这一一现现象象叫叫做做混混色色效效应应。经经进进一一步步研研究究，人人们们终终于于得得到到了了一一个个重重要要的的原原理理三基色原理。三基色原理。5050n n三基色原理的主要内容是三基色原理的主要内容是三基色原理的主要内容是三基色原理的主要内容是：n n 自自然然界界中中的的绝绝大大部部分分彩彩色色，都都可可以以由由三三种种基基色色按按一一定定比比例例混混合合得得到到；反反之之，任任意意一一种种彩彩色色均均可可以以被被分分解解为为三三种基色。种基色。n n 作作为为基基色色的的三三种种彩彩色色，要要相相互互独独立立，即即其其中中任任何何一一种基色都不能由另外两种基色混合来产生。种基色都不能由另外两种基色混合来产生。n n 由由三三基基色色混混合合而而得得到到的的彩彩色色光光的的亮亮度度等等于于参参与与混混合合的各基色的亮度之和。的各基色的亮度之和。n n 三三基基色色的的比比例例决决定定了了混混合合色色的的色色调调和和色色饱饱合合度度。5151n电视系统的三基色为：红、绿、蓝n补色：若AB白色，则A和B互为补色5252n（6）混色法n（a）相加混色法n 光源色光的直接混合，应用于彩色电视。三基色为红、绿、蓝53535454n n混色方法：混色方法：n n时间混色法时间混色法时间混色法时间混色法：将三种基色光按一定的顺序轮流投射到：将三种基色光按一定的顺序轮流投射到：将三种基色光按一定的顺序轮流投射到：将三种基色光按一定的顺序轮流投射到同一个表面上。是顺序制彩色电视的基础。同一个表面上。是顺序制彩色电视的基础。同一个表面上。是顺序制彩色电视的基础。同一个表面上。是顺序制彩色电视的基础。n n空间混色法空间混色法空间混色法空间混色法：将三种基色光分别投射到同一个表面上：将三种基色光分别投射到同一个表面上：将三种基色光分别投射到同一个表面上：将三种基色光分别投射到同一个表面上邻近的三个点上。是同时制彩色电视的基础。邻近的三个点上。是同时制彩色电视的基础。邻近的三个点上。是同时制彩色电视的基础。邻近的三个点上。是同时制彩色电视的基础。n n生理混色法：两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的生理混色法：两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的生理混色法：两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的生理混色法：两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的同一幅图像。同一幅图像。同一幅图像。同一幅图像。55555656 n（b）相减混色法n三基色为青、品、黄（分别为红、绿、蓝的补色），利用颜料、染料等的吸色性质来实现混色。应用于彩色印刷、彩色胶n片和彩色绘画等。5757n n（7）亮度方程n 选定基准白和三基色后，可由彩色光的三基色分量求出彩色光的亮度值：n Y=0.30R+0.59G+0.11B 在亮度方程中，在亮度方程中，R R、G G、B B前面的系数前面的系数0.300.30、0.590.59、0.110.11分别代表分别代表R R、G G、B B三种基色对亮度所起的作用，称为可见三种基色对亮度所起的作用，称为可见度系数。度系数。5858n2、彩色图像的摄取n彩色图像的摄取包括两个过程：n 利用分光系统将一幅彩色图像分解成红、绿、蓝三基色图像；n 利用光电转换器件和扫描将三基色图像转换成相应的三基色电信号。595960606161n3、彩色图像的重现n 彩色电视图像的重现利用了相加混色原理，在彩色电视接收机中将三基色电信号进行电光转换，然后在屏幕上混合成彩色光学图像。n 彩色电视显示设备：CRT彩色显像管、LCD、PDP等。6262nCRT彩色显示技术基于：n 荧光粉在电子束的撞击下能发出一定强度的光；n 相加混色原理；n 人眼对空间细节的分辨能力低。6363nCRT彩色显像管的工作原理：n 将红绿蓝一组的荧光粉均匀排列在显示屏上，由三n基色电信号控制三个电子束同时撞击每一组的三色n荧光粉颗粒，使之发出红绿蓝三种色光。由于每一n组的三色荧光粉颗粒非常小，且相距很近，所以在n一定距离之外观看时，对视觉产生的效果相当于相n加混色。即每一组的三色荧光粉颗粒对视觉产生的n印象并不是三种独立的颜色，而是由这三种颜色混n合出的一种颜色，混合色的颜色由三色荧光粉颗粒n的光强之比决定。6464nCRT彩色显像管的结构：65656666n4、彩色图像信号的传送n（1）兼容问题 n 兼容有两方面的含义：一方面，彩色电视机应能接收黑白电视信号并显示黑白图像；另一方面，黑白电视机也能接收彩色电视信号并显示黑白图像。n n 在在兼兼容容制制彩彩色色电电视视中中，为为了了做做到到彩彩色色、黑黑白白相相互互兼兼容容，重重要要条条件件之之一一就就是是要要求求彩彩色色全全电电视视信信号号和和黑黑白白全全电电视视信信号号一一样样，也也只只占占有有6 6MHzMHz的的带带宽宽。但但是是彩彩色色图图像像经经电电视视摄摄像像机机就就形形成成了了R R、G G、B B三三个个基基色色信信号号，且且每每一一基基色色信信号号的的带带宽宽都都与与黑黑白白图图像像信信号号的的带带宽宽相相同同，则则三三个个基基色色占占用用的的频频带带宽宽度度总总和和就就为为18MHz18MHz，显显然然无无法法兼兼容容传传输输。因因此此，彩彩色色电电视视一一般般不不直直接接传传送送这这三三个个基色信号，而必须先对它们进行一定的编码。基色信号，而必须先对它们进行一定的编码。n 为了实现兼容，彩色电视信号必须满足以下基本条件：n 彩色电视信号中必须包含亮度信号和色度信号。n 彩色电视信号占用和黑白电视信号相同的频带宽度。n 彩色电视系统应具有与黑白电视系统相同的扫描参数。n 应尽量减小亮度信号与色度信号的相互干扰。6767n（2）亮度信号及色差信号n n 由由亮亮度度方方程程Y=0.3R+0.59G+0.11BY=0.3R+0.59G+0.11B可可知知，亮亮度度信信号号可可由由R R、G G、B B三三基基色色信信号合成。号合成。n n 色色度度信信号号虽虽有有R R、G G、B B三三种种，但但根根据据亮亮度度方方程程，在在Y Y、R R、G G、B B这这四四个个物物理理量量中中，只只有有三三个个量量是是独独立立的的。因因此此，作作为为传传送送彩彩色色信信息息的的色色度度信信号号只只需需选择两种基色信号就可以了。选择两种基色信号就可以了。n n 例例如如，可可选选用用Y Y作作亮亮度度信信号号，选选用用R R、B B作作色色度度信信号号，而而G G可可以以通通过过亮亮度度方方程程求求得得。但但这这样样做做有有个个很很大大的的缺缺点点，即即亮亮度度信信号号Y Y已已经经代代表表了了被被传传送送彩彩色色光光的的全全部部亮亮度度，而而R R、B B本本身身也也还还含含有有亮亮度度成成分分，这这显显然然是是多多余余的的，且且在在传传输输过过程程中中易易干干扰扰亮亮度度信信号号Y Y。为为了了克克服服这这一一缺缺点点，彩彩色色电电视视系系统统一一般般不不选选用用基基色本身作为色度信号，而选用的是色差信号。色本身作为色度信号，而选用的是色差信号。n 因此，扣除色度信号中的亮度分量，可得色差信号：n ER-Y=ER-EYn EG-Y=EG-EYn EB-Y=EB-EYn 实际只传输亮度信号EY和ER-Y、EB-Y 两个色差信号。6868n n 由由于于G-YGY信信号号幅幅值值较较小小，对对改改善善信信噪噪比比不不利利，并并且且G-G-Y Y又又可可由由R-YR-Y和和B-YB-Y通通过过简简单单的的电电阻阻矩矩阵阵合合成成产产生生，所所以以电电视视系系统统通通常常只只传传送送Y Y、R-YR-Y和和B-YB-Y这这三三种种信信号号，而而不不传传送送G-G-Y Y信信号号，其其中中，Y Y仅仅代代表表亮亮度度信信息息，而而R-YR-Y，B-YB-Y代代表表色色度度信信息息。显显然然，这这给给兼兼容容制制电电视视系系统统提提供供了了方方便便与与可可能能。6969n n 由由R R、G G、B B这三种基色信号通过编码合成的亮度信号这三种基色信号通过编码合成的亮度信号Y Y与色差信号与色差信号R-YR-Y、B-YB-Y的示意图的示意图7070n在接收端，黑白接收机只处理亮度信号EY，它与黑白电n视中的图像信号完全一样，因此可显示黑白图像。n彩色接收机处理EY、ER-Y、EB-Y 三个信号，处理步骤为：n求出色差信号EG-Y，即：n求出三基色信号，即：n ER=ER-Y+EYn EG=EG-Y+EYn EB=EB-Y+EYn用三基色信号控制扫描电子束，实现彩色图像的电光转换7171n（3）色差信号的频带压缩n 根据视觉特性，人眼对彩色细节的分辨力低于对黑白细节的分辨力。因此，在彩色电视中没有必要传送过于精细的彩色细节，只要保证黑白细节存在即可。由于图像细节的精细程度与视频信号的带宽相对应，且为了达到兼容，此亮度信号必须与黑白电视信号保持一致的带宽（即0 06 6MHzMHz），因此可以对色度信号的带宽进行压缩。不必），因此可以对色度信号的带宽进行压缩。不必传送色度信号的高频分量。传送色度信号的高频分量。色度信号的高频分量可由亮度色度信号的高频分量可由亮度信号来代替，重现的彩色图像效果能够满足人眼的视觉要信号来代替，重现的彩色图像效果能够满足人眼的视觉要求。求。我国电视标准规定，亮度信号用6MHz带宽传送，而色差信号用1.3MHz带宽传送。n 色差信号的频带压缩可用低通滤波器实现。7272n n（4）恒定亮度原理n n 指被摄景物的亮度，在传输系统是线性的前提下均应指被摄景物的亮度，在传输系统是线性的前提下均应保持恒定，即与色差信号失真与否无关，只与亮度信号本保持恒定，即与色差信号失真与否无关，只与亮度信号本身的大小有关。身的大小有关。7373n n（5）大面积着色原理（高频混合原理）n n 由于传送亮度信号占有全部视频带宽由于传送亮度信号占有全部视频带宽0 06 6MHzMHz，而传送色度信号只利用较窄的频带而传送色度信号只利用较窄的频带0 01.3MHz1.3MHz。因此，电。因此，电视接收机所恢复的三个基色信号就只包含较低的的频率成视接收机所恢复的三个基色信号就只包含较低的的频率成分，反映在画面上，只表示大面积的彩色轮廓；而图像彩分，反映在画面上，只表示大面积的彩色轮廓；而图像彩色的细节，即高频成分则由亮度信号来补充。这就是说，色的细节，即高频成分则由亮度信号来补充。这就是说，由亮度信号显示出一幅高清晰度的黑白图像，再由色度信由亮度信号显示出一幅高清晰度的黑白图像，再由色度信号在这个黑白图像上进行大面积的低清晰度着色。此时人号在这个黑白图像上进行大面积的低清晰度着色。此时人眼感觉到的就是一幅高质量的彩色图像画面。眼感觉到的就是一幅高质量的彩色图像画面。7474n（6）频谱搬移和频谱间置n 为使彩色电视信号占用与黑白电视信号相同的带宽，彩色电视中对压缩后的色差信号频谱进行了搬移，并使其与亮度信号的频谱交错开。这称为色差信号的频谱搬移和亮、色频谱间置。n 对色差信号进行调制可实现频谱搬移。调制方法为正交平衡调幅。75757676n（7）复合电视信号的形成过程7777n5、彩色全电视信号n 彩色全电视信号由亮度信号、已调色差信号、复合消隐n信号、复合同步信号、色同步信号组成。n 亮度信号和已调色差信号构成彩色图像信号，代表被摄n图像的亮度和色度信息，用以在接收端重现彩色图像。n复合消隐和复合同步信号的作用与特点与黑白电视完全n相同。n 色同步信号的主要作用是传送副载波的基准频率和相位n信息，保证接收端恢复的副载波与发送端的副载波同频n同相，从而正确解调出色差信号。7878n 色同步信号由911个周期的副载波信号组成，每行传送一次，位于行消隐的后肩上，起始时刻在行同步脉冲前沿之后5.6s，宽度为2.25 s。色同步信号的频率与发送端副载波频率一样，相位为180度（NTSC制）或者135度(PAL制。7979n6、彩色电视制式n NTSC制：n 也称正交平衡调幅制，是由美国研制、并于1954年正式使用的一种兼容制彩色电视系统，其特点是将两个n色差信号分别对频率相同而相位相差90度的两个副载波进n行正交平衡调幅，再将已调幅的两个色差信号叠加后穿插n在亮度信号频谱的高端进行传送。其缺点是对相位失真较n为敏感。n 80808181nPAL制：n 也称逐行倒相正交平衡调幅制（简称逐行倒相制），是由原联邦德国研制并于1967年首先使用。它对信号的处理方式与NTSC制基本相同，所不同的是对已调幅的红色差信号进行了逐行倒相处理，这样可以利用相邻行色彩的互补性来消除由相位失真引起的色调失真，从而克服NTSC制的相位敏感性。n PAL制的主要缺点是接收机电路较为复杂。8282n SECAM制：n 又称逐行轮换、储存、调频传色制，简称调频制，是由法国研制、并于1966年首先使用的一种彩色电视制式。在SECAM制中，两个色差信号分别对两个频率不同的副载波进行调频，然后两个调频波逐行轮流插入到亮度信号频谱的高端，与亮度信号一起传送。由于每一行只传送一个色差信号，因此克服了信号间的相互串扰。其缺点是接收机电路复杂，而且图像质量也比前两种制式略差。n 以上三种制式都与黑白电视兼容，但是它们之间却相互不兼容，因此，在三种制式之间进行节目交换时，需要先进行制式转换。8383三、三、PAL制彩色电视n n PALPAL制制彩彩色色电电视视采采用用色色差差信信号号R-YR-Y和和B-YB-Y来来组组成成色色度度信信号号。这这两两个个色色差差信信号号均均只只占占用用0 01.3MHz1.3MHz，且且幅幅度度按按百百分分比比进进行行了了一一定定的的压压缩缩（否否则则，色色度度信信号号动动态态范范围围大大于于亮亮度度信信号号，且且会会使使发发射射机机产产生生过过调调制制失失真真，还还将将影影响响接接收收机机的的同步同步 ），从而形成），从而形成U U信号和信号和V V信号，即信号，即n n U U=0.493(B-Y)=0.493(B-Y)n n V V=0.877(R-Y)=0.877(R-Y)8484n n用压缩后的用压缩后的U U、V V信号去调制副载波，这样色度信号为信号去调制副载波，这样色度信号为n n F F=U Usinsin SCSCt tV Vcoscos SCSCt t=F FU UF FV V (3-15)(3-15)n n 在在PALPAL制制中中，发发送送端端将将已已调调红红色色差差信信号号F FV V=V Vcoscos SCSCt t逐逐行行倒倒相相。例例如如，传传送送前前一一行行时时为为V Vcoscos SCSCt t(称称为为NTSCNTSC行行)，而传送下一行则变为而传送下一行则变为-V Vcoscos SCSCt t(称为称为PALPAL行行)。n n 当当扫扫描描顺顺序序为为第第n n行行时时，F FV V =Vcos=Vcos SCSCt t，当当扫扫描描顺顺序序为为n+1n+1行行时时，F FV V =Vcos=Vcos(SCSC+180)+180)，即即当当第第n n行行F FV V相相位位为为9090，则则第第n n1 1行行为为270(270(或或-90)-90)，第第n n2 2行行的的相相位位又又回回到到90,90,如如此此反反复复进进行行。而而矢矢量量F FU U的的相相位位是是不不随随扫扫描描行行序序改改变变的的，始始终终为为F FU U=UsinUsinSCSCt t。因因此此，相相加加后后色色度度信信号号F F的的相相位位也也是是逐行改变的，其数学表达式为逐行改变的，其数学表达式为8585n n1 1、PALPAL制编码调制原理制编码调制原理n n PALPAL制制编编码码器器采采用用逐逐行行倒倒相相正正交交平平衡衡调调幅幅，与与NTSCNTSC制制编编码码器器相相比比，只只是是多多了了一一个个PALPAL开开关关，其其开开关关电电压压由由k k (t t)来来控控制制，其其调调制制原原理理方方框框图图如如图图3-133-13所所示示，其其主主要要工工作作过程如下：过程如下：n n(1)(1)将将R R、G G、B B三三个个基基色色信信号号通通过过矩矩阵阵电电路路合合成成亮亮度度信信号号Y Y和色差信号和色差信号U U、V V；n n(2)(2)将将U U和和V V信信号号通通过过低低通通滤滤波波器器，只只保保留留1.3MHz1.3MHz以以下下的低频信号；的低频信号；n n(3)(3)把把带带宽宽限限制制后后的的U U、V V信信号号分分别别在在平平衡衡调调制制器器对对零零相相位位的的副副载载波波和和9090相相位位的的副副载载波波进进行行平平衡衡调调幅幅，分分别别输输出出F FU U和和 F FV V色度分量；色度分量；8686n n (4)(4)由由于于色色差差信信号号通通过过低低通通滤滤波波器器后后，会会引引起起一一定定的的附附加加延延时时。因因此此，为为了了使使亮亮度度信信号号和和色色度度信信号号在在时时间间上上一一致致，还预先将亮度信号加以延时，其延时量约为还预先将亮度信号加以延时，其延时量约为0.6s0.6s；n n (5)(5)将将F FU U、F FV V两两个个色色度度分分量量与与亮亮度度信信号号Y Y在在加加法法器器叠叠加，最后输出彩色全电视信号。加，最后输出彩色全电视信号。87878888n n2、PAL制频谱间置原理n n 在在PALPAL制中，由于制中由于V V信号逐行倒相，使其频谱分布发信号逐行倒相，使其频谱分布发生了变化，与不倒相的生了变化，与不倒相的U U信号相比有了差别，为了使信号相比有了差别，为了使Y Y信信号、号、U U信号和信号和V V信号的频谱彼此都能错开，而且相互干扰信号的频谱彼此都能错开，而且相互干扰最小，最好的办法是将最小，最好的办法是将Y Y信号谱线插到信号谱线插到U U信号和信号和V V信号谱线信号谱线的中间位置，为了减小副载波对亮度信号的干扰，改善兼的中间位置，为了减小副载波对亮度信号的干扰，改善兼容性，容性，PALPAL制副载频选择制副载频选择n nf f SCSC=283.75=283.75f fH H25Hz=4.4336187525Hz=4.43361875MHzMHz8989n n3 3、PALPAL制梳状滤波器解码原理制梳状滤波器解码原理n n电电视视接接收收机机在在收收到到彩彩色色电电视视信信号号并并将将色色度度信信号号F F取取出出后后，还还应应通通过过PALPAL制制梳梳状状滤滤波波器器来来进进行行解解码码，将将红红、蓝蓝两两色色度度分分量量F FU U 、F FV V从从色色度度信信号号F F中中分分离离出出来来。在在PALPAL解解码码器器中中，常常采采用用超超声声波波延延时时线线作作梳梳状状滤滤波波器器，其其原原理理方方框框图图如如图图3-153-15所示。所示。n n由由于于利利用用超超声声波波延延时时线线来来实实现现红红、蓝蓝两两色色度度分分量量F FU U、F FV V的的分分离离，因因此此称称做做延延时时解解调调器器。又又由由于于延延时时解解调调器器的的幅幅频频特特性性是是梳梳状状的的，故故又又称称做做梳梳状状滤滤波波器器，其其解解调调分分离离原原理理如下：如下：90909191n n设第设第n n-1-1行色度信号为行色度信号为n nF Fn-1n-1=U Usinsin SCSCt-Vcost-Vcos SCSCt tn n由由于于V V信信号号逐逐行行倒倒相相，因因此此第第n n行行色色度度信信号号为为n nF Fn n=U Usinsin SCSCt tVcosVcos SCSCt tn n第第n n+1+1行色度信号为行色度信号为n nF Fn n1 1=U Usinsin SCSCt t-Vcos-Vcos SCSCt tn n这这样样，当当F Fn-1n-1信信号号经经过过延延时时器器延延时时一一行行(约约延延时时64s)64s)并并反反相相后后，就就正正好好和和F Fn n同同时时到到加加法法器器和和减减法法器器中中，经经相加或相减后可得相加或相减后可得:n nF Fn n(-(-F Fn-1n-1)=2Vcos)=2Vcos SCSCt t=2=2F FV Vn nF Fn n-(-(-F Fn-n-)=2)=2U Usinsin SCSCt t=2=2F FU U9292n n同同理理，F Fn n信信号号经经过过延延时时器器延延时时一一行行再再反反相相后后，也也正正好好和和F Fn n1 1同时到加法器和减法器中，经相加或相减后可得同时到加法器和减法器中，经相加或相减后可得:n n F Fn n1 1(-(-F Fn n)=-2Vcos)=-2Vcos SCSCt t=-2=-2F FV Vn nF Fn n1 1-(-(-F Fn n)=2)=2U Usinsin SCSCt t=2=2F FU Un n可可见见，从从加加法法器器输输出出的的总总是是逐逐行行倒倒相相的的F FV V色色度度分分量量,从从减减法法器器输输出出的的则则为为F FU U色色度度分分量量，从从而而完完成成了了色色度度信号信号F(t)F(t)中两个分量中两个分量F FU U 、F FV V的分离。的分离。9393n n4、超声波延时线n n梳梳状状滤滤波波器器中中，超超声声玻玻璃璃延延时时线线的的作作用用是是将将色色度度信信号号进进行行一一行行(64s)(64s)的的延延时时并并反反相相后后，正正好好和和下下一一行行的的色色度度信信号同时到达加法器或减法器。号同时到达加法器或减法器。94945、PAL制电视指标与调制 视频信号带宽视频信号带宽0-6M0-6M 电视伴音（电视伴音（FM FM）0.5M0.5M VSB-AM V