《电视机原理》PPT课件.ppt
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1、第二章第二章 彩色电视制式与彩色电视信号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。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通道(有线或无线有线或无线)分别把三种基色电信号传送到接收端,在接收端再分别分别把三种基色电信号传送到接收端,在接收端再分别用用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
2、输方式不仅会占用较大的带宽,也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无法实现与黑白电视的“兼容兼容”,因而没有采用。实用中的广播电视都采,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用黑白与彩色电视可以相互“兼容兼容”的。目前,有三种兼容制彩色电视制的。目前,有三种兼容制彩色电视制式:式:NTSC制、制、PAL制和制和SECAM制。制。21 兼容制彩色电视系统的传送方式兼容制彩色电视系统的传送方式 彩彩色色电电视视是是在在黑黑白白电电视视的的基基础础上上发发展展起起来来的的。在在彩彩色色电电视视的的发发展展过过程程中中,必必然然会会在
3、在相相当当长长的的一一段段时时间间内内,黑黑白白电电视视与与彩彩色色电电视视同同时时并并存存的的情情况况,所所以以必必须须研研究究彩彩色色电电视视与与黑黑白白电电视视的的“兼兼容容”问问题题。所所谓谓的的兼兼容容,就就是是黑黑白白电电视视机机可可以以收收看看到到彩彩色色电电视视系系统统所所发发射射彩彩色色电电视视信信号号(当当然然,所所看看到到图图像像仍仍然然是是黑黑白白图图像像。);彩彩色色电电视视机机可可以以收收看看到到黑黑白白电电视视系系统统所发射黑白电视信号(当然,所看到图像也是黑白图像。)。所发射黑白电视信号(当然,所看到图像也是黑白图像。)。211兼容的必备条件兼容的必备条件 (1
4、)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。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
5、显示出与黑白电视机基本相同的图像。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。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
6、目时所受到(彩色信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。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。情况下传送这些信号。212大面积着色原理大面积着色原理
7、 人人眼眼视视觉觉特特性性的的研研究究表表明明,人人眼眼对对黑黑白白图图象象的的细细节节有有较较高高的的分分辨辨力力,而而对对彩彩色色图图象象的的细细节节分分辨辨力力较较低低,这这即即所所谓谓的的“彩彩色色细细节节失失明明”。因因而而,当当重重现现彩彩色色图图像像时时,对对着着色色面面积积较较大大的的各各种种颜颜色色,全全部部显显示示其其色色度度可可以以丰丰富富图图像像内内容容,而而对对彩彩色色的的细细节节部部分分,彩彩色色电电视视可可不不必必显显示示出出色色度度的的区区别别,因因为为人人眼眼已已不不能能辨辨认认它它们们之之间间的的色色度度的的区区别别了了,只只能能感感觉觉到到它它们们之之间间
8、的的亮亮度度不不同同。这这就就是是大大面面积积着着色色原原理理的的依据。依据。在在彩彩色色图图像像传传送送过过程程中中,只只有有大大面面积积部部分分需需要要在在传传送送其其亮亮度度信信息息的的同同时时还还必必须须传传送送其其色色度度成成分分。颜颜色色的的细细节节部部分分(对对应应于于信信号号的的高高频频部部分分),可可以以用用亮亮度度信信号号来来取取代代。这这种种方方法法又又常常称称为为“高高频频混混合合原原理理”。电电视视图图像像的的水水平平清清晰晰度度是是和和信信号号的的频频带带宽宽度度成成正正比比的的。水水平平清清断断度度每每增增加加80线线,相相当当于于视视频频带带宽宽增增加加 l M
9、Hz,因因而而可可用用6MHz带带宽宽传传送亮度信号,而用窄带传送色度信号。送亮度信号,而用窄带传送色度信号。经经过过对对许许多多正正常常视视力力的的人人统统计计,使使用用 l MHz带带宽宽传传送送色色度度信信号号,所所获获得得的的彩彩色色图图像像88的的人人会会感感到到满满意意,若若用用2MHz带带宽宽传传送送色色度度信信号号,几几乎乎所所有有的的人人都都会会对对所所获获得得的的彩彩色色效效果果满满意意。我我国国电电视视制制式式规定规定:色度信号的频带宽度为色度信号的频带宽度为1.3MHz。213 频谱交错原理频谱交错原理 根根据据大大面面积积着着色色原原理理和和高高频频混混合合原原理理,
10、色色度度信信号号的的带带宽宽虽虽可可以以大大大大地地压压缩缩,但但是是彩彩色色电电视视信信号号中中的的亮亮度度信信号号频频谱谱已已占占有有6MHz带带宽宽,若若把把已已压压缩缩的的色色度度信信号号直直接接与与亮亮度度信信号号混混合合,由由于于亮亮度度信信号号和和色色度度信信号号在在时时域域和和频频域域均均有有重重叠叠,会会出出现现严严重重的的相相互互干干扰扰。我我们们知知道道,亮亮度度信信号号的的频频谱谱具具有有间间隙隙很很大大梳梳齿齿状状特特征征,因因而而只只要要设设法法将将色色度度信信号号插插到到亮亮度度信信号号频频谱谱的的空空隙隙中中,实实现现“频频谱谱交交错错”,这这样样即即可可使使色
11、色度度信信号号不不占占有有额额外外的的频频带带,又又可可避避免免亮亮度度、色色度度信信号号间间的的干干扰扰,使使彩彩色色电电视视信信号仍然号仍然6MHz的频带范围,从而满足与黑白电视的兼容条件。的频带范围,从而满足与黑白电视的兼容条件。要实现要实现“频谱交错频谱交错”,需将色度信号的频谱移,需将色度信号的频谱移动半行频(动半行频(fH/2)的奇数)的奇数倍,使色度信号的频谱与倍,使色度信号的频谱与亮度信号的频谱错开(为亮度信号的频谱错开(为了与黑白电视兼容,不能了与黑白电视兼容,不能移动亮度信号的频谱)。移动亮度信号的频谱)。实现实现的办法是,的办法是,选择一个合适的载频选择一个合适的载频fS
12、C(色度副载波)(色度副载波),将色度信号调,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。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。22 亮度信号与色差信号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。根据三表示。根据三基色原理,必须传送反映基色原理,必须传送反映R、G、B
13、三个基色的信息。亮度方程:三个基色的信息。亮度方程:Y=0.30R+0.59G+0.11B告诉我们在告诉我们在Y、R、G、B这这4个变量中,只有个变量中,只有3个是独立的。所以只个是独立的。所以只要在传送要在传送Y 的同时,再传送三个基色中的任意两个即可。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,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,巳传送的亮度信号巳传送的亮度信号Y(为各基色亮度总和为各基色亮度总和)与所选出的两个基色所包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含的亮度参量就重复了,
14、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)和和(B-Y),可从中选取两个代表色的度信息。因此,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。个色差信号。221 亮度、色差与亮度、色差与R、G、B的关系的关系 由亮度方程:由亮度方程:Y=0.30R+
15、0.59G+0.11B 可得色差信号: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 三三个个色色差差信信号号中中只只有有二二个个是是独独立立的的,常常选选用用(R-Y)和和(B-Y)两两个个色色差差代代表表色色度度信信号号。这这是是因因为为对对大大多多数数彩彩色色来来说说,(G-Y)比比(R-Y)和和(B-Y)数值要小,如选择数值要小,如选择(G-Y)对改善信噪
16、比不利。对改善信噪比不利。在已知在已知(R-Y)和和(B-Y)的情况下,可以容易地求得的情况下,可以容易地求得(G-Y)。令:令:Y=0.30Y+0.59Y+0.11Y,并,并与亮度方程相减:与亮度方程相减:0.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0 得:得:在接收端根据上式先用矩阵电路解出在接收端根据上式先用矩阵电路解出(G-Y),再运算:,再运算:(R-Y)+Y=R,(G-Y)+Y=G,(B-Y)+Y=B,即可恢复出基色信号。,即可恢复出基色信号。传送传送Y、R-Y、B-Y 在在传传送送黑黑白白电电视视图图像像时时,R、G、B应应相相等等,因因而而色色度度信信号号为为零
17、零。设设RGBEx,则利用亮度方程可求得:,则利用亮度方程可求得:Y=0.30 Ex+0.59 Ex+0.11 Ex=Ex,R-Y=Ex-Ex=0,B-Y=Ex-Ex=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。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。在在传传送送彩彩色色图图像像时时,三三基基色色电电压压R、G、B不不相相同同,若若三三个个值值都都不不为为零零,则则说说明明该该被被传传送送的的彩彩色色是是非非饱饱和和色色,因因为为其其中中必必然然包包含含有有由由相相等等的的三三基基色色显显所所组组成成的的白白色色成成分分。若若三三个个值值中中有有一一个个或
18、或两两个个为为零零,则则所所传传送送的的彩彩色色为为饱饱和和色色。比比如如传传送送饱饱和和黄黄色色,RG1、B0,其其亮度信号和色差信号分别为: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,此时,(R-Y)和和(B-Y)均不为零。均不为零。此此外外,在在不不计计显显像像管管失失真真及及传传输输系系统统非非线线性性的的情情况况下下,还还可可以以证证明明代代表表色色度度信信息息的的色色差差信信号号受受到到干干扰扰时时,将将不不影影响响亮亮度度信信号号,也也不不会会反反映映到到图图像像的的亮亮度度上上。因因而而重重
19、现现图图像像的的亮亮度度就就只只由由所所传传送送的的亮亮度度信信号号所所决决定定,常常称称其其为为恒恒定定亮亮度度原原理理。它它正正是是选选择择传传送送色色差差信信号号的的优优点点之之一。一。证明:证明:以以Y=0.30R0+0.59G0+0.11B0=Y0表表示示摄摄像像端端获获取取的的原原景景物物亮亮度度,用用Yt、(R-Y)t和和(B-Y)t分分别别表表示示传传输输后后的的亮亮度度信信号号和和色色差差信信号号,相相对对于于发发端端信信号号而而言言,可可能能因因混混入入了了某某种种干干扰扰而而使使幅幅度度有有所所变变化。用于重现彩色图像的三基色信号分别为:化。用于重现彩色图像的三基色信号分
20、别为:Rd=(R-Y)t+Y t;Bd=(B-Y)t+Y t Gd=-0.51(R-Y)t-0.1-(B-Y)t+Y t。因为不计入显像管因为不计入显像管失真,所以显示的亮度失真,所以显示的亮度Yd将为:将为:Yd=0.30Rd+0.59 Gd+0.11Bd=Y t。可可见见重重现现的的亮亮度度Yd只只与与所所传传送送的的到到接接收收端端的的亮亮度度信信号号Y t有有关关,即即实观了恒定亮度传输。实观了恒定亮度传输。然然而而,当当考考虑虑显显像像管管的的非非线线性性电电 光光转转换换特特性性时时(即即1),尽尽管管在在摄摄像像端端对对每每一一基基色色信信号号还还进进行行校校正正(开开次次方方)
21、,恒恒定定亮亮度度原原理将不再满足,但影响不大。理将不再满足,但影响不大。222 标准彩条亮度与色差信号的波形与特点标准彩条亮度与色差信号的波形与特点 标标准准彩彩条条信信号号是是由由彩彩条条信信号号发发生生器器产产生生的的一一种种测测试试信信号号。它它是是用用电电的的方方法法产产生生的的模模拟拟彩彩色色摄摄像像机机拍拍摄摄的的光光电电转转换换信信号号,常常用用以以对对彩彩色色电电视视系系统统的传输特性进行测试和调整。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,依亮度递减的顺顺序序排排列列的的8条条垂垂直
22、直彩彩带带。彩彩条条电电压压波波形形是是在在一一周周期期内内用用三三个个宽宽度度倍倍增增的的理理想想方方波波构构成成的的三三基基色色信信号号。标标准准彩彩条条信信号号有有多多种种规规范范,如如“100幅幅度度、100饱饱和和度度”彩彩条条,这这种种规规范范中中白白条条电电平平为为1,黑黑条条电电平平为为0,三三基基色色信信号号的的电电平平非非1即即0。但但此此类类彩彩条条色色度度信信号号幅幅度度较较大大,与与亮亮度度信信号号叠叠加加后后会会造造成成信信号号动动态态范范围围过过大大而而产产生生失失真真。故故我我国国规规定定使使用用75%幅幅度度、100饱饱和和度度信信号号作作为为标准测试信号。标
23、准测试信号。表表2-1 100%幅度、幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值 表表2-2 75%幅度、幅度、100%饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值饱和度彩条三基色、亮度、色差电平值 标标推推彩彩条条信信号号还还可可以以用用另另一一种种由由四四个个数数码码表表示示的的命命名名法法。例例如如l00-0-100-0彩彩条条信信号号、100-0-75-0彩彩条条信信号号等等。在在四四位位数数码码中中,各各信信号号均均指指经经校校正正后后的的信信号号。每每一一数数字字表表示示相相应应条条的的基基色色信信号号的的百百分分比比幅幅度度,而而基基准准则则是是组组
24、成成白白条条的的任任一一基基色色信信号号的的幅幅度度。第第一一和和第第二二个个数数字字分分别别表表示示组组成成无无色色条条(白白、黑黑条条)的的R、G、B的的最最大大值值和和最最小小值值;第第三三和和第第四四数数字字分分别别表表示示组组成成各各彩彩条条的的R、G、B的的最最大大值值和和最最小小值值。例例如如,若若组组成成白白条条的的基基色色信信号号的的幅幅度度为为1,则则100-0-75-0彩彩条条的的各各基基色色幅幅度度为为:白白条条信信号号为为1;黑黑条条信信号号为为0;对对应应的的各各彩彩条条信信号号的的最最大大值值为为0.75,最最小小值为值为0。彩彩条条信信号号由由四四个个数数码码命
25、命名名时时,其其百百分分比比幅幅度度和和饱饱和和度度可可以以这样计算:这样计算:饱和度饱和度%=1-(Emin/Emax)100%;幅度幅度%=Emin/EW100%。式中,式中,Emin和和Emax分别对应彩条信号分别对应彩条信号R、G、B的最大值和最小的最大值和最小值;值;EW为白条所对应的为白条所对应的R、G、B的信号幅度。的信号幅度。23 色度信号与色同步信号色度信号与色同步信号 为为了了实实现现频频谱谱交交错错,须须将将色色差差信信号号调调制制到到副副载载波波上上。而而色色差差信信号号有有两两个个(R-Y和和B-Y),若若分分别别调调制制到到不不同同的的副副载载波波上上,同同时时传传
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