第五章 PAL制彩色全电视信号.ppt

第五章 PAL制彩色全电视信号 和彩色电视机的基本原理 5.1 彩色图像信号分析5.2 彩色同步信号分析5.3 彩色全电视信号的波形与特点5.4 PAL制彩色电视机组成及其原理 复习思考题 5.1 彩色图像信号分析 •5.1.1 三基色信号波形分析与参数 • 一、 三基色信号波形及其对应的彩条图 形 •图5-1(a)、 (b)、 (c)分别表示R、 G、 B三 基色信号 它们是由脉冲电路产生的三组不同脉宽 相同幅度的方波, 将这三种方波信号加至彩色显像 管, 分别控制彩色显像管的三根电子束, 并相应射到 红、绿、蓝色荧光粉上, 利用人眼空间混色作用, 在 屏幕上依次显示白、黄、青、绿、紫、红、蓝、 黑 8种竖条, 分别对应三基色及其补色, 再加上中性色 白和黑, 即可构成如图5-1(d)所示的彩条图形 如果 是黑白电视接收机, 则可收看到8根灰度等级不同的 竖条 图 5-1 三基色信号波形及其对应的彩条图形•由图可知: 之所以显示白色, 是因为 R=G=B=1, 即等量的红、 绿、 蓝光同时出现混合为 白光 R=G=1, 而B=0, 即等量的红、 绿光混合为黄 色光, 所以显示黄条。

对于显示的红色是R=1, G=B=0, 激励显像管R电子枪的电子束, 轰击显示屏的 红色荧光粉, 使屏幕发红光的结果 此时, 绿蓝两电 子束截止而不发光 同理, 可依次推出其它显示的 彩条图形 由于把三基色信号与白条对应的电平定 为1, 与黑条对应的电平定为0, 所以, 它们是正极性的 基色信号 •二、 彩条信号的规格及主要参数介绍 •彩条信号是彩色电视中经常使用的一种测 试信号, 它有各种形状和规格, 以适应彩色电视系统 调整或测试的需要 在我国, 常用的彩条信号有两 种规格: • 1. 双数码命名法的彩条信号 •如图5-1所示, 与白条对应的各基色电平 为1, 是基色的最大值, 黑条对应的基色电平为0, 是 基色的最小值, 因此, 三基色信号的电平非1即0, 由 它们配出来的彩条, 没有掺白, 且幅度最大, 所以称 为100%饱和度和100%幅度的标准彩条, 用双数码 表示为100/100彩条如果三基色信号的最大值仍 为1, 而最小值为0.05, 黑条对应的各基色电平仍为 0, 可见, 其余彩条中, 均含有5%的白光, 如图5-2(a) 所示 我们可以说此种彩条信号幅度仍为100%, 而饱和度却降为95%, 即95/100。

这种表示方法一 般指未经γ校正的基色信号 • 2. 四数码命名法的彩条信号 •四数码命名法的彩条信号, 常用在电 视信号的发射、 传送和磁带录像中 第一个 数码表示白条中三基色信号的最大值, 第二个 数码表示黑条中三基色信号的最小值, 第三个 数码表示各彩条中三基色信号的最大值, 第四 个数码表示各彩条中三基色信号的最小值 • 例如: 100/0/75/0, 此彩条三基色信号 波形如图5-2(b)所示对应的白条有最大值1, 对应的黑条有最小值0, 而6种彩条的三基色信 号最大值均为0.75, 最小值均为0 这种四位数 码命名的彩条信号是指已经过γ校正的 图 5-2 彩条信号的两种表示法•应当注意: • (1) 同样的彩条, γ校正前后三基色电平波 形不同 •(2) 图5-1所示的彩条信号也可用 100/0/100/0四位数码来表示, 如果该彩条是经过γ 校正的话 由于这种彩条波形简单, 便于使用, 一般在彩色电视设备生产和科研中用 我们在 后面研究色差、色度信号时就用这种规格的彩 条信号作为标准 •(3) 彩条信号的主要参数 彩条信号 的主要参数有相对幅度、 饱和度和频带宽度。

其相对幅度、 饱和度的计算公式如下: ••按上述两式可算出, 100/0/75/0彩 条信号的相对幅度为75%, 饱和度为100% •100/0/100/0彩条信号的相对幅度 为100%, 饱和度为100% •而频带宽度, 可从图5-1分析得知, 绿基色信 号频率最低, 每扫一行, 绿黑变化一次(或说0~t1时间 等于变化周期) 如果t1正好等于行扫描正程时间 52μs, 则绿基色信号的重复频率为1/52μs, 即19.23 kHz 彩条三基色信号中蓝基色方波信号重复频率最高, 按同样的算法得其频率为76.92 kHz 由此可见, 标准 彩条信号是一种频率较低的信息, 占有较窄的频带 •5.1.2 标准彩条的亮度与色度信号波形 • 一、 彩条信号的数据计算 •由于电视台送出的彩色信息是两个色差信 号和一个亮度信号, 所以可以根据以上标准彩条的规 定, 利用亮度方程算出各种规范彩条的Y、 (R-Y)和(B -Y) 也可由式(4-2)、 (4-3)、 (4-4)直接算出彩条各 色调的色差信号例如: 在100/0/100/0彩条中, 紫条对 应的数据为, R=B=1, G=0, 由式(4-1)算得• ￿Y=0.30×1+0.59×0+0.11×1=0.41￿￿ •是紫条的亮度信号电平。

而 • ￿￿R-Y=1-0.41=0.59 •B-Y=1-0.41=0.59 •G-Y=0-0.41=-0.41￿￿ •是紫条对应的三个色差信号的电平 •同理, 可算出彩条其余各色调的亮度 、色差信号 我们将计算的数据列入表5-1中 表5-1 100/0/100/0彩条信号的数据表 •按上述方法, 同样可以算出 100/0/75/0标准彩条信号的有关数据列入表 5-2中表 5-2 100/0/75/0彩条信号的数据表 •二、 标准彩条的亮度与色差信号的波 形 •根据表5-1的数据可画出其相应的 亮度与色差信号波形, 如图5-3所示, 由图可 见, 彩条信号的亮度级别是递减的, 但非等 亮度级差, 它是一个含有直流分量的正极 性亮度信号, 而色差信号却是交流信号 •同理, 可按表5-2所列的数据画出 100/0/75/0标准彩条的亮度与色差信号波形 , 崐见图5-3(b) 它与100/0/100/0彩条亮度 与色差信号波形相似, 只是幅值不同而已 图 5-3 亮度与色差信号波形 (a) 100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形 (b) (b) 100/0/75/0彩条亮度与色差信号波形 图 5-3 亮度与色差信号波形 (a) 100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形 (b) (b) 100/0/75/0彩条亮度与色差信号波形 • 5.1.3 彩条图形的色度信号波形特点与矢量图 • 一、 彩条色度信号的矢量图 •用示波器观察彩条信号的波形虽可以检查 鉴定色通道的质量, 但还有很大的局限性, 因为从示 波器上看到的彩条信号不能直接告诉我们色度信号 相位失真的情况以及由这种失真引起的色调畸变。

为了比较准确地测量色度信号振幅和相位失真的大 小, 并确定这些失真对重现彩色图像的影响, 仅靠观 察信号的波形还不够, 需要用彩条色度信号的矢量 图 因为色度信号的振幅(饱和度)和相位(色调)失 真都可以根据它们矢量位置的变化准确求得, 所以 用矢量图研究和分析彩色信号是十分简便和有效的 •彩条色度信号的矢量图, 就是将 代表各彩条的色度信号的振幅和相位, 用 矢量形式表示在矢量坐标中所得到的矢 量图由式(4-13)我们可得 • ￿ (5-3) • ￿ (5- 4)￿￿例如, 100/0/100/0彩条信号的黄色, 见表5-1, 其R- Y=0.11,B-Y=-0.89, 则有: ￿￿• 同理, 我们将表5-1中各色度信号 的幅值与初相数值列在表5-3中表 5-3 未压缩100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角• 根据上表数据, 可以画出标准彩条色 度信号的矢量图如图5-4所示 •由图可以得出以下结论: •(1) 不同色调的矢量处在平面不同位 置上。

正如时钟用不同方位代表不同时刻一样 , 在彩色电视中也仿此法, 用不同方位来表示不 同色调 因此, 我们常称色度信号矢量图为“彩 色钟” •(2) 虽然被传送的彩色都是100%饱和 度, 但色度信号的长度不尽相同，只有互补的 两个彩色矢量长度是相同的, 因为互补的二色 相加应为白色, 即此二色的色度信号矢量之和 应为零 •(3) 色调相同而饱和度不同的彩色, 其色 度信号的初相角不变, 仅仅矢量大小改变 例如, 幅度仍为100%, 而饱和度为50%的黄色, 其三基色 信号相对幅度应为R=G=1, B=0.5(相当含有50%的 混合白光), 可算得Y=0.945, 而R-Y=0.055, B-Y=- 0.445, 则｜F黄｜0.45, ￿ φ黄=173°此例说明, 同样 是黄色, 若色调不变, 则R-Y、 B-Y比例不变, φ角不 变, 饱和度不同, 则R-Y与B-Y的大小变了, 即色度 信号的幅度变了这进一步证明了色度信号的模 值｜F｜表示被传送彩色的饱和度, 而色度信号的 相角φ表示色调 •(4) 白色与黑色不算彩色, 其饱和度为零, 是矢量图的原点。

可见, 矢量图上各矢量的大小就 表示饱和度的变化, 饱和度愈低, 越趋向原点 •(5) 在矢量图中, 任意两个矢量相加 可得第三个矢量, 合矢量表示该两种彩色混 合后的色调 如红加绿, 可得黄色, 这样比用 公式计算要方便得多 •色度信号还有另一种经过幅度压缩 的, 见式(4-23) 我们也可将100/0/100/0彩条 信号的已压缩色度信号幅度与初相角计算出 来, 并列入表5-4中, 该色度信号矢量图画于 图5-5中, 它们表示“彩色钟”, 我们常称它为U 、 V面彩色钟 图 5-4 未压缩色度信号的矢量图 图5-5 压缩后的色度信号矢量图 •最后顺便指出: 显示彩色色度信号矢量图 的专门仪器叫做矢量示波器, 将彩条色度信号送至矢 量示波器中, 在荧光屏上就能显示如图5-4或图5-5所 示的矢量图, 彩色的饱和度失真表现为矢量长度的变 化, 彩色的色调失真表现为矢量相位的变化 当矢 量偏离原来的位置愈远, 表示色调失真愈严重 为 了便于鉴别, 通常在矢量示波器荧光屏上放置一个透 明刻度板, 其上标明各种彩条色度信号矢量的正确位 置和误差刻度, 所以, 从刻度板就可直接读出矢量幅 度和相位失真的数值。

•由于用矢量示波器来检查色度信号失真是 非常简便明确, 因此, 矢量示波器是研究色度信号、 调整和维修彩色电视设备十分有用的仪器, 在彩色电 视台和电视设备制造厂中得到广泛的应用 表 5-4 压缩后的100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角• 二、 色度信号波形与特点 •根据表5-3、表5-4便可画出色度信号 及红、 蓝色度分量的波形图如图5-6所示 为 比较方便, 图中用同一符号表示压缩前后相应 的信号波形 •由图我们可以看出色度信号波形有以 下几个特点: •(1) 压缩前后的V、 U色差信号, 对互 相正交的副载波实现平衡调幅, 所得的已调色 度信号的两分量, FV与 FU 仍然是互相正交的 即使FV分量要逐行倒相, 仍与FU保持正交关 系 图 5-6 100/0/100/0彩条色度信号波形图(a) 未压缩的色度信号波形 (b) 已压缩的色度信号波形•(2) 色差信号是对彩色副载波进行 平衡调幅, 因此, 具有平衡调幅波的特点 调制信号V或U经过零点时, 已调波的相位 将产生180°相位移, 其振幅由V与U的大小 决定 对应调制信号为零的部分, 已调波 也为零。

它不含有载波分量 •(3) 色度信号波形包络正比于两个 色度分量合成矢量的模值。