第2章 彩色电视基本原理 2.1 彩色电视的理论基础 2.2 彩色视频图像信号 2.3 电视信号传输制式 2.4电视信号的传输与形成

2.1 彩色电视的 理论基础

2.0电视信号的传输与形成 伴音的预加重和去加重? 由于音频信号频率变化范围:15Hz~15KHz，变化近1000倍，而声音高频分量的振幅比低频分量小很多，高频分量抗干扰能力差，为了提高声音高频分量抗干扰能力，于是在发端人为地增加高频分量相对振幅称为伴音的预加重CR，在接收端为了还原伴音信号，再人为地减小高频分量相对振幅，伴音的去加重RC。

去加重网络RC

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.1 彩色与光 自然界中五彩缤纷的景物和图像，是通过光的传递才映入人的眼帘。没有光的传递作用，人们就看不见五颜六色的风景和图像。光是色存在的条件，色是光刺激人眼的视觉反映。 因此，彩色电视与人的视觉、光和彩色的特性都有着密切的关系，它们是电视技术发展的理论基础。 图 2-1 电磁辐射波谱

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.1 彩色与光 光是一种以电磁波的形式存在物质。其频率范围为105～1025Hz (波长为3×103～3×10-17m)，它包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线（宇宙射线）等，如图2-1所示。只有可见光才能对人眼产生视觉反映，随着波长由长到短对人眼引起的颜色感觉依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。 图 2-1 电磁辐射波谱

2.1 彩色电视的理论基础 光是一种以电磁波的形式存在物质。其频率范围为105 ～ 1025Hz (波长为3×103～3×10-17m)，它包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线（宇宙射线）等，如图2-1所示。只有可见光才能对人眼产生视觉反映，随着波长由长到短对人眼引起的颜色感觉依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫-7色。

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.2 彩色三要素 任何一束彩色光都可以用亮度、色调和色饱和度这三个物理量来描述，并称之为彩色三要素。 2.1 彩色电视的理论基础 2.1.2 彩色三要素 任何一束彩色光都可以用亮度、色调和色饱和度这三个物理量来描述，并称之为彩色三要素。 (1) 亮度是指彩色光作用于人眼时，引起视觉的明暗感觉。亮度与彩色光的能量及波长有关，对于同一波长的光，辐射能量越大，亮度越高，反之则亮度越低。亮度所转换的电信号称之为亮度信号，用表示。 (2) 色调是指颜色的类别，例如，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫就是指不同的色调。色调是彩色电视必须要传送的信息之一。 (3) 色饱和度是指颜色的深浅程度，即颜色的浓度。对于同一种色调的彩色光，其饱和度越高，则颜色越深，反之则颜色越浅。 色调和色饱和度是表征颜色的两个物理量，在彩色电视中又被称为色度，转换成电信号称为色度信号，用表示。

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.3 三基色原理与三基色的选择 1. 三基色原理 2.1 彩色电视的理论基础 2.1.3 三基色原理与三基色的选择 1. 三基色原理 所谓三基色是指三种独立的颜色，即其中的任何一种都不能由其它两种颜色混合而产生，比如红、绿、蓝，黄、紫、青色等都是相互独立的三基色。 实践证明，自然界中几乎所有的颜色都可以由三基色按不同比例混合而得到。反之，自然界中所有的颜色也几乎都可以分解成三基色，这就是三基色原理。色调和色饱和度是表征颜色的两个物理量，在彩色电视中又被称为色度，转换成电信号称为色度信号，用表示。

2.1 彩色电视的理论基础 2. 三基色的选择 彩色电视三基色的选择，原则上是任意的，哪三种颜色作为三基色都可以，但实验证明，选择红色、绿色和蓝色作为电视技术中的三基色比较合适。 自然界瞬息万变的彩色景象，彩色电视无需按其光谱成分及强度的真实分配情况来传送，只要传送能合成它们的红、绿、蓝三基色即可。

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.4 彩色电视三基色的混色方法 彩色混色方法有两种： 相加混色法 相减混色法 2.1 彩色电视的理论基础 2.1.4 彩色电视三基色的混色方法 彩色混色方法有两种： 图2-3 彩色三角形 相加混色法 相减混色法 光线的混色采用相加混色法，印刷、绘画和胶片采用相减混色法。相加混色的混色规律如图。

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.4 彩色电视三基色的混色方法 彩色混色方法有两种： 相加混色法 相减混色法 2.1 彩色电视的理论基础 2.1.4 彩色电视三基色的混色方法 彩色混色方法有两种： 相加混色法 相减混色法 光线的混色采用相加混色法，印刷、绘画和胶片采用相减混色法。相加混色的混色规律如图。 相加混色

2.1 彩色电视的理论基础 1. 相加混色 如果改变三种色光的比例， 2.1 彩色电视的理论基础 1. 相加混色 如果改变三种色光的比例， 相加混色 可以得到另外许许多多不同颜色的光。例如，红光与绿光混合时，假设红光由大到小变化，将依次产生红、橙、黄、黄绿、绿等颜色。同理，当红、绿、蓝三基色光以不同比例混合时，将会得到各种颜色。为了直观地表现三基色的混色原理，确定混色后各种颜色之间的关系，常采用彩色三角形来表示三基色混色规律，如图所示。

2.1 彩色电视的理论基础 我们把按适当比例相混合后，能产生白色的两种颜色称为互补色。 图2-3 彩色三角形

2.1 彩色电视的理论基础 2.相加混色的空间混色法 ，时间混色法，人眼的电视觉暂留 2.1 彩色电视的理论基础 2.相加混色的空间混色法 ，时间混色法，人眼的电视觉暂留 彩色电视系统中，借助于接收机显像管荧光屏的三基色荧光粉点组或条组来实现空间混色。显像管的荧光屏上涂有几十万个三基色品字型荧光粉点组或条组，这些点（条）组之间都离的特别的近。

2.1 彩色电视的理论基础 当受到电子束冲击时，它们就会发出三种基色光，光的强弱受发送端景象的三基色电信号的控制。当人眼在离荧光屏一定距离观看时，由于人眼对彩色分辨力较低的特点，就分辨不出三基色的单色，而只感觉到三基色的混合色，这就是空间混色法。目前广播电视采用的就是这一种空间混色法。

2.1 彩色电视的理论基础 2.1.5 亮度方程 我们用 Y 代表彩色的亮度，任意彩色光的亮度为: 为了方便起见，通常写成: 2.1 彩色电视的理论基础 2.1.5 亮度方程 我们用 Y 代表彩色的亮度，任意彩色光的亮度为: 为了方便起见，通常写成: 简称亮度方程 上式是根据NTSC制中选择的三基色而确定的: 用1单位红基色光(1=0.30光瓦) l单位绿基色光(1=0.59光瓦) 1单位蓝基色光1=0.1l光瓦）相加，混合得到 1光瓦的白光。

2.1 彩色电视的理论基础 若用2个单位红基色光、2个单位绿基色光和2个单位蓝基色光相加，混合得到 2光瓦的 白光，以此类推，只要三基色的比例不变，色调就不变，但其亮度是变化的。 亮度方程是彩色图像进行三基色分解、重现和进行编码传输的基本依据，是一个很重要的公式。 在 PAL制，显像三基色和NTSC制略有不同，即当三色系数相同时，混成的标准白光是 D65白光。因此其亮度方程变为: 但由于NTSC制使用比较早，PAL制在进行亮度计算时，沿用了式(2-1)亮度方程。当然结果自然有一些误差，但在主要特性上仍然满足视觉对亮度的要求。

彩色三基色的作用 彩色

2.2 彩色视频 图像信号 2.2 彩色视频 图像信号

2.2 彩色视频图像信号 2.2.1. 亮度信号及色差信号 在彩色广播电视系统中，五彩缤纷的彩色景物，通过摄像机转换为三个基色电信号，然后经校正、编码处理，将三个基色电信号转换成一个亮度信号和两个色差信号，再经过信号处理，变成彩色全电视信号。然后再把彩色视频全电视信号“载”到射频上发射出去。三基色信号 可见，彩色广播电视系统传输的并不是三基色信号，而是一个亮度信号和两个色差信号。为什么呢？ 首先从以下几个方面考虑:

2.2 彩色视频图像信号--定性分析！ ① 考虑到彩色电视要能收到黑白电视信号（称彩色电视与黑白电视兼容），黑白电视也要能收到彩色电视信号（称黑白电视与彩色电视逆兼容）。从这一点出发，要求彩色电视系统也要传送一个只反映黑白图像的信号——称亮度信号，它的一切特性应该和黑白电视信号相同。 ② 由于单独传送了一个反映图像明暗的亮度信号，而三基色信号中的亮度就可以扣除，这样就得到了三个色差信号。而这三个色差信号并不是相互独立的，其中的任何一个都可以由其他两个合成，因此，选择其中两个即可。广播电视系统选择了 和 。

2.2 彩色视频图像信号-定量理由！ 1. 亮度信号 还可以写成如下形式: 也称为亮度信号。

2.2 彩色视频图像信号 2. 色差信号 色差信号是指基色信号与亮度信号之差，其表达式如下 2.2 彩色视频图像信号 2. 色差信号 色差信号是指基色信号与亮度信号之差，其表达式如下 从原理上讲，在三个色差信号中任意选择两个都可以，在现行的彩色电视广播系统中，选用了 和 。 即彩色视频图像信号，包含一个与黑白电视完全相同的亮度信号，还有两个色差信号。实现了“兼容 ”亮度信号、两个色差信号都占有6MHz的带宽，共要有18 6MHz，频带不兼容，可以频谱搬移方法，将亮度信号与色差信号频谱错开

2.2 彩色视频图像信号 2.2.2 亮、色信号的频谱 亮、色度信号的频谱如图2-5（a）（b）所示。由图可见，其频谱分布完全相同，并具有以下三个重要特点 ① 频谱是由以行频及其谐波为中心的一束束离散的、梳状的、金字塔型的谱线群组成。 图2-5 亮、色信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 ② 随着行频谐波次数的增高，主谱线幅度逐渐减小，而且主谱线两侧的副谱线也很快衰减。 2.2 彩色视频图像信号 ② 随着行频谐波次数的增高，主谱线幅度逐渐减小，而且主谱线两侧的副谱线也很快衰减。 ③ 信号的频谱高度集中在行频谐波附近很窄的范围内，各束谱线群之间有60%的空隙存在。 图2-5 亮、色信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 这里必须指出，由于它们都是从同一个景物的三基色信号中派生出来的，它们所占的频带宽度和频谱结构是完全一致的，它们各自的视频带宽是6MHz，则信号总带宽还是18MHz。因为黑白电视仅传送一个亮度信号，其视频带宽为6MHz，为了使彩色电视与黑白电视兼容，其视频带宽也只能是6MHz。这样看来彩色电视中一个亮度、两个色差信号若在6MHz范围内顺利地、互不干扰地传输，还要采取一定的措施。人们想到了利用频谱搬移的方法，将亮、色信号的频谱错开。

2.2 彩色视频图像信号 如果将色差信号的频谱向右搬移半行，色差信号的频谱恰好与亮度信号频谱错开，如图2-5（c）所示。 2.2 彩色视频图像信号 图2-5 亮、色信号的频谱分布 如果将色差信号的频谱向右搬移半行，色差信号的频谱恰好与亮度信号频谱错开，如图2-5（c）所示。

2.2 彩色视频图像信号 实现频谱向右搬移半行的方法： 2.2 彩色视频图像信号 实现频谱向右搬移半行的方法： 如何实现频谱向右搬移半行的呢？其方法是将色差信号对一个频率和亮度信号的载频相差半行的载频进行调制，色差信号的频谱就能向右搬移半行，然后均匀镶嵌在一起，如图2-6（a）（b）所示。 图2-6 全电视信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 7 图2-6 全电视信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 由图可见，如果简单地将色差信号的频谱向右搬移半行，色差信号的频谱范围就会超出亮度信号频谱范围半行，色差信号的频谱向右搬移半行，其频谱范围超出亮度信号频谱范围半行，即超出了6MHz的范围。所以，要想将色差信号均匀地镶嵌在亮度信号频谱之间，并且不超出亮度信号频谱的范围，就应该考虑对色差信号的频带进行压缩， 图2-6 全电视信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 2.2.3 色度信号的频带压缩及高频混合 1. 大面积着色原理 2.2 彩色视频图像信号 2.2.3 色度信号的频带压缩及高频混合 1. 大面积着色原理 人眼对彩色细节的分辨能力较差，在传送彩色景象时，只在粗线条、大面积的部分传送彩色，而细节部分不传送彩色，人眼对图像的彩色感觉仍然很清晰。

2.2 彩色视频图像信号 2.2.3 色度信号的频带压缩及高频混合 2. 色、亮高频混合 2.2 彩色视频图像信号 2.2.3 色度信号的频带压缩及高频混合 2. 色、亮高频混合 人眼对明暗细节的分辨能力很强，因此亮度信号不能压缩，而对于彩色信号，人们做了大量的实验，用1.3MHz的窄带来传送，达到大面积的地方（低频部分）着色，细节部分用亮度代替，实践证明重现的彩色图像98%的人是比较满意的。因此在接收端所恢复的彩色图像的三个基色信号，低频部分（0～1.3MHz）的频率分量有彩色，而高频部分（1.3～6MHz）的频率分量没有彩色，由亮度信号来补充。

2.2 彩色视频图像信号 2.2.4 亮、色频谱间置 由于色差信号的频带压缩到了1.3 MHz，所以它就可以向右搬移半行，与亮度信号频谱错开，均匀地镶嵌在亮度信号频谱之间，称为频谱间置，并且不会超出亮度信号频谱的范围，达到了在黑白电视规定的视频带宽（6MHz）内同时传送亮、色信号的目的。 图2-61 压缩以后全电视信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 2.2.4 亮、色频谱间置 彩色电视系统选择了4.43 MHz作为彩色的载波，用色差信号对载波进行双边带调幅，将它们的频谱搬移到4.43 MHz 附近。 如图2-6（a）所示。然后将其频谱镶嵌在亮度信号频谱的空隙中，如图2-6（b）所示。为了区别图像载频，通常称色差信号的载波为副载波，用表示。 图2-61 压缩以后全电视信号的频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 将色度信号对进行双边带调幅后，上边带为4.43＋1.3＝5.73 MHz；下边带为4.43－1.3＝3.13MHz，其频谱能量分布也可以用图2-7表示。 图2-7 亮、色信号频谱分布

2.2 彩色视频图像信号 2.2.5 标准彩条信号 标准彩条是确定彩色电视接收机的技术指标和性能的一种测试信号。它是由彩条信号发生器产生的八条等宽的彩色竖条，其彩色依次为白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑，如图2-8(a)所示。彩条如果显示在黑白电视机荧光屏上，则为自左至右，按亮度递减的八条竖条。如图所示。

2.2 彩色视频图像信号 2.2.5 标准彩条信号 100－0－100－0 彩条 标准彩条常用四位数码来表示，如 2.2 彩色视频图像信号 2.2.5 标准彩条信号 标准彩条常用四位数码来表示，如 100－0－100－0 彩条 第一位和第二位数字，分别表示组成白条和黑条时，各基色信号的最大值和最小值。 第三位和第四位数字，则分别表示组成各彩条时，相应各基色信号的最大值和最小值。

2.2 彩色视频图像信号 2.2.5 标准彩条信号 图2-8所示的是100－0－100－0彩条的波形，可见它们都是由三个基色信号组合而成的，三个基色信号的电平最大值为1，最小值为0，如图（b）、（c）、(d)所示。因此称它们为100％饱和度、100％幅度的彩条信号，简称100％彩条信号。 图2-8 100－0－100－0彩条信号波形

2.2 彩色视频图像信号 彩条的亮度和色度信号电平值，列入表2-1中。 白 黄 青 绿 品 红 蓝 黑 信号 色别 VR VG VB VY 2.2 彩色视频图像信号 彩条的亮度和色度信号电平值，列入表2-1中。 信号 色别 VR VG VB VY VR-Y VG-Y VB-Y 白 1.0 1.00 黄 0.89 0.11 －0.89 青 0.70 －0.70 0.30 绿 0.59 －0.59 0.41 品 －0.41 红 －0.30 蓝 －0.11 黑

2.2 彩色视频图像信号 100－0－75－0彩条 根据这些电平数值分别做出亮度信号和色差信号波形，如图2-8（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）所示。 100％彩条信号彩条信号幅度很大、饱和度很高，反映到电视屏幕上效果并不好，我国彩色电视广播采用100－0－75－0彩条，作为彩色电视的测试信号。它是由欧洲广播联盟（EBU）提出，故又称EBU彩条。

2.3 电视信号 传输制式 2.3 电视信号 传输制式

2.3 电视信号传输制式 广播电视制式是指电视系统的体制和标准。它主要包括以下几方面的内容： 扫描方式 场频、行频 频道带宽 射频带宽 2.3 电视信号传输制式 广播电视制式是指电视系统的体制和标准。它主要包括以下几方面的内容： 扫描方式 场频、行频 频道带宽 射频带宽 视频带宽 图像调制方式 伴音调制方式 图像载频与伴音载频之差 图像调制极性等 以上这些指标有一项不同，就构成了一种不同的制式。

2.3 电视信号传输制式 2.3.1 黑白电视制式概述 世界各国黑白电视制式差别比较大，为了便于区别，根据技术指标的不同，分别用A、B、C、D、E、G、H、I、K、L、M、N十一种来表示。

  表3-1 黑白电视制式主要内容一览表 参数 扫描行数（行） 频 道 带宽（MHz） 视频 图像与 伴音载频差（MHz） 残留 边带（MHz） 图像调制极性 伴音 调制 方式 主要使用 的国家 A 405 5 3 －3.5 0.75   + 调幅 英国 B 625 8 +5.5 － 调频 澳大利亚 荷兰 智利 C 7 6 比利时 D +6.5 中国 前苏联、匈牙利 E 619 14 10 11.15 2 德国 G 意大利 H 1.25 南斯拉夫 I 5.5 +6 K 前苏联 匈牙利 L 法国 M 525 4.2 +4.5 美国、日本 加拿大 N 阿根廷 七种指标中有一种不同，就构成一种制式。我国黑白电视采用的是625行/50场的D/K制。我国黑白电视采用的是D/K制，扫描方式为隔行扫描、场频为50HZ、行频15625HZ、频道带宽为8MHz、视频带宽为6MHz、图像调制方式为残留边带调幅制、伴音调制方式为双边带调频、图像载频与伴音载频之差为6.5 MHz、图像调制极性为负极性。   可见，七种指标中有一种不同，就构成一种制式。我国黑白电视采用的是625行/50场的D/K制。

参数 扫描行数（行） 频 道 带宽（MHz） 视频 图像与 伴音载频差（MHz） 残留 边带（MHz） 图像调制极性 伴音 调制 方式   表3-1 黑白电视制式主要内容一览表 参数 扫描行数（行） 频 道 带宽（MHz） 视频 图像与 伴音载频差（MHz） 残留 边带（MHz） 图像调制极性 伴音 调制 方式 主要使用 的国家 A 405 5 3 －3.5 0.75   + 调幅 英国 B 625 8 +5.5 － 调频 澳大利亚 荷兰 智利 C 7 6 比利时 D +6.5 中国 前苏联、匈牙利 E 619 14 10 11.15 2 德国 G 意大利 H 1.25 南斯拉夫 I 5.5 +6 K 前苏联 匈牙利 L 法国 M 525 4.2 +4.5 美国、日本 加拿大 N 阿根廷   可见，七种指标中有一种不同，就构成一种制式。我国黑白电视采用的是625行/50场的D/K制。

2.3 电视信号传输制式 2.3.2 彩色电视制式概述 彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的，按它们的使用关系，彩色电视制式可分为兼容制与非兼容制两大类。黑白电视机能接收彩色电视信号称为兼容，彩色电视机能接收黑白电视信号称之为逆兼容。为了达到兼容的目的，彩色电视必须具备黑白电视相应的特性。

2.3 电视信号传输制式 目前世界上用于模拟广播电视的有三大兼容制式 NTSC制（美国制） PAL制（西德制） SECAM制（法国制） 2.3 电视信号传输制式 目前世界上用于模拟广播电视的有三大兼容制式 NTSC制（美国制） PAL制（西德制） SECAM制（法国制） 不同彩色电视制式的特点如表2-2。

表2-2 不同彩色电视制式的特点 参数 我国暂行 标准 NTSC PAL SECAM 频道宽度（MHz） 8 6 7 表2-2 不同彩色电视制式的特点一览表 表2-2 不同彩色电视制式的特点 参数 我国暂行 标准 NTSC PAL SECAM 频道宽度（MHz） 8 6 7 声音载频与图像载频差（MHz） 6.5 4.5 5.5 半音调制方式 调频 调幅 色幅载频（MHz） 4.43+ 3.58- 色幅载频的调制方式 逐行倒相正交平衡调幅 正交平衡调幅 视频带宽（MHz） 4.2 5 视频信号的调制极性 负极性 正极性 伴音载频与色副载频差（MHz） 2.07- 0.92+ 1.07- 水平扫描频率（Hz） 15625 15734+ 垂直扫描频率（Hz） 50 60- 每幅行数 625 525

2.3 电视信号传输制式 NTSC制是1953年美国研制成功的世界上最早的兼容性彩色电视制式，PAL制和SECAM制都是为了克服NTSC制的缺陷，从NTSC制的基础上派生出来的。我国彩色电视广播采用的是PAL制，但由于PAL制是从NTSC制的基础上派生出来的，所以在研究PAL制之前，首先讨论NTSC制。 传输制式对Y，R-Y，B-Y编码和解码方式

2.3 电视信号传输制式 NTSC制称正交平衡调幅制。 2.3.3 NTSC制 2.3 电视信号传输制式 2.3.3 NTSC制 彩色电视不同制式的区别标志是两个色差信号对副载波的调制方式的不同。 NTSC制称正交平衡调幅制。 NTSC制 NTSC制 NTSC制 NTSC制

2.3 电视信号传输制式 2.3.3 NTSC制 1. 正交平衡调幅制色度信号 2.3 电视信号传输制式 2.3.3 NTSC制 1. 正交平衡调幅制色度信号 平衡调幅为抑制掉副载波的调幅，其波形如图3-2-1A (d)、(h)所示。（c）、（g）为正常调幅波。

2.3 电视信号传输制式 调幅波的频谱 （1）平衡调幅 NTSC制用色差信号对副载波进行平衡调幅的目的有两个： 2.3 电视信号传输制式 调幅波的频谱 A 正常调幅波的频谱 （1）平衡调幅 NTSC制用色差信号对副载波进行平衡调幅的目的有两个： A 平衡调幅波的频谱 将色差信号的频谱搬移到副载波（4.43MHz）附近——亮度频谱的两行之间 为了抑制掉载波，节省功率、减少干扰。 图 2-5 调幅波的频谱

2.3 电视信号传输制式 （2）正交平衡调幅 由于需要处理的色差信号有两个，若把它们同时调制到一个副载波上，势必会造成干扰，而且无法分离，NTSC采用正交平衡调幅制，将两个色差信号分别调制在频率相同、相位相差900的两个副载波上，是一种很简便的调制方法。

2.3 电视信号传输制式 （3）正交平衡调幅制色度信号的形成 ① 色度信号形成方框图 2.3 电视信号传输制式 （3）正交平衡调幅制色度信号的形成 ① 色度信号形成方框图 将色差信号和ＶB-Y调制在频率相同、相位相差900的两个副载波上，称正交平衡调幅，这种调幅方式，可以实现两个色差信号相互不干扰地同时传送的体制，称正交平衡调幅制，图2-9示出正交平衡调幅方框图。 图2.9 正交平衡条幅方框图

2.3 电视信号传输制式 ② 色度信号表达式 图中用表示红色差信号的平衡调幅波，用表示蓝色差信号的平衡调幅波，与混合成正交平衡调幅波 2.3 电视信号传输制式 ② 色度信号表达式 图中用表示红色差信号的平衡调幅波，用表示蓝色差信号的平衡调幅波，与混合成正交平衡调幅波 图2.9 正交平衡条幅方框图

2.3 电视信号传输制式 上式称NTSC制色度信号表达式，可以用矢量图表示。矢量 的长度代表色度信号的振幅， 代表 的相角。 2.3 电视信号传输制式 上式称NTSC制色度信号表达式，可以用矢量图表示。矢量 的长度代表色度信号的振幅， 代表 的相角。 图2.9 正交平衡条幅矢量图

(a) 正交平衡振幅调制方框图； (b) 色信号F的矢量图 图 3-7 正交平衡调制原理 (a) 正交平衡振幅调制方框图； (b) 色信号F的矢量图

图3-7(b)画出了色度信号F的矢量图，图中，对角线的长度代表色度信号F的幅值，而φ是F的相角，Ｆ的矢量式为： 式中：

图 3-9 正交解调原理方框图

现以(B-Y)蓝色差解调为例，简要地分析一下解调过程。

由于正交平衡调幅实际上是一个乘法器， 对于单频正弦波的调幅信号sinΩt·cosω0t来说，根据三角函数:

2.3 电视信号传输制式 将上式改写成模和相角的形式 上式表明，NTSC制的已调色度信号是一个既调幅、又调相的双重调制信号。

2.3 电视信号传输制式 其振幅 的大小反映了彩色的饱和度，相角 的大小反映了彩色的色调（因为它由两个色差信号的比值决定）。因此，可以说正交平衡调幅制，是用色度信号的幅度来传送色饱和度信息，用色度信号的相角来传送色调信息。

2.3 电视信号传输制式 （4）色度信号的压缩 以上讨论了NTSC制对色度信号的处理方法，处理后的信号要和亮度信号、消隐信号、同步信号叠加起来形成彩色全电视信号。但是叠加后红条和蓝条超过同步头很多，将严重影响同步头之间的时间关系，因而影响接收机图像信号的稳定性。因此，在与亮度信号叠加之前，先将红色差信号 和蓝色差信号 分别压缩为0.877 和0.493 ，压缩以后的差信号分别用V和U表示，即

2.3 电视信号传输制式 两个正交分量压缩后，各种彩色电平和相角与原来相比都有了变化，很自然会影响色度信号的色调和色饱和度。 2.3 电视信号传输制式 两个正交分量压缩后，各种彩色电平和相角与原来相比都有了变化，很自然会影响色度信号的色调和色饱和度。 为了不失真地解调出三基色信号，到接收端解调之前，要恢复复两个色差信号。

2.3 电视信号传输制式 （5）压缩后的彩条矢量图 压缩后的彩条矢量如图2-10所示。矢量长度表示彩色的饱和度，矢量相角则表示彩色的色调，矢量越长，颜色的饱和度越深，反之亦然。 电视系统的特性，可以用一种专门测量色度信号矢量的示波器，通过对以上标准彩条矢量的测试来确定。 图2-10 压缩后的彩条矢量图

2.3 电视信号传输制式 2. 色同步信号 (1) 色同步信号的作用 2.3 电视信号传输制式 2. 色同步信号 (1) 色同步信号的作用 色同步信号的作用是作为接收机副载波发生器的频率和相位基准，即用它去控制接收机中副载波恢复电路振荡频率，使之与发送端同频同相。

2.3 电视信号传输制式 （2）色同步信号的形成 色同步信号是在传送彩色电视信号的同时，传送9～11个周期的基准副载波，并安置在行消隐脉冲的后肩上，其前沿滞后于行同步脉冲前沿5.6μs，幅度与行、场同步脉冲的幅度相同，如图2-11（a）所示。

2.3 电视信号传输制式 色同步信号也是一种色度信号，因为它也有一定的幅度和角度，即色饱和度和色调，但到底是什么颜色我们没必要去关心它，因为色同步信号是在扫描逆程期间传送的，颜色已经没有意义。我们所关心的是它的相位，因为它要对接收机的副载波振荡器进行“锁相”，使副载波振荡器产生与发送端同频、同相的信号。在NTSC制中，规定色同步矢量位于 轴的负方向上，与 信号相差1800，与 信号相差900，它们的矢量 关系如图2-11（b）所示。

2.3 电视信号传输制式 （3）色同步信号的数学表达式 色同步信号可以用下式表示:

3. 彩色视频全电视信号 压缩后的彩色视频全电视信号如图2-12所示。 （a）（b）分别为已调色度信号的两个分量 和 的波形 3. 彩色视频全电视信号 图2－12 100－0－100－0彩条形成彩色 全电视信号波形(压缩后) 压缩后的彩色视频全电视信号如图2-12所示。 （a）（b）分别为已调色度信号的两个分量 和 的波形 (c) 为已调色度信号和色同步信号 的波形； (d) 为亮度信号和同步信号 的波形；

3. 彩色视频全电视信号 (e) 为彩色视频全电视信号的波形。图中亮度信号和彩色全电视信号都是正极性的。 3. 彩色视频全电视信号 图2－12 100－0－100－0彩条形成彩色 全电视信号波形(压缩后) (e) 为彩色视频全电视信号的波形。图中亮度信号和彩色全电视信号都是正极性的。 彩色视频全电视信号包括：色度信号、亮度信号、消隐信号、行场同步信号和彩色同步信号，用FBAS表示。

2.3 电视信号传输制式 以上讨论的是正交平衡调幅方式的基本原理，可以说是625行的NTSC制，实际上美国、日本、加拿大等国家使用的NTSC制的亮度信号的带宽为4.2MHz；色差信号的带宽为0.5MHz，并且上、下边带是不等的，上边带为0.5MHz，下边带为1.3MHz。这种制式，称为525行的NTSC制。这里不再讨论。

(2) 频谱间置 图 3-5 亮度与色度信号频谱间置示意图

3. 彩色电视全射频电视信号的频域示意图 图 3-6 彩电电视全射频电视信号频域图

图3-7(b)画出了色度信号F的矢量图，图中，对角线的长度代表色度信号F的幅值，而φ是F的相角，Ｆ的矢量式为： 式中：

由于正交平衡调幅实际上是一个乘法器， 对于单频正弦波的调幅信号sinΩt·cosω0t来说，根据三角函数:

(a) 正交平衡振幅调制方框图； (b) 色信号F的矢量图 3.3.3 NTSC制编码的调制与解调基本原理 图 3-7 正交平衡调制原理 (a) 正交平衡振幅调制方框图； (b) 色信号F的矢量图

从高频电子技术中得知，普通调幅波的特点是：  　　① 其振幅由载波信号振幅和调制信号振幅共同决定， 当调制信号振幅为零时，普通调幅波的振幅等于载波振幅。 　　② 从频率上看， 普通调幅波仍以载波周期为周期。  ③ 调幅波的包络随调制信号而变化， 其包络代表原调制信号。

图 3-9 正交解调原理方框图

现以(B-Y)蓝色差解调为例，简要地分析一下解调过程。

2.3 电视信号传输制式 4. NTSC制的主要优、缺点 （1）主要优点 （2）主要缺点 2.3 电视信号传输制式 4. NTSC制的主要优、缺点 （1）主要优点 NTSC制最主要的优点是兼容效果好。亮度信号与色度信号频谱以最大间距半行频错开，亮度信号与色度信号的互相串扰小，图像质量好，编码、解码过程简单，易于集成化。 （2）主要缺点 NTSC制的主要缺点是，微分DG)失真相位(DP)失真和微分增益(DG)失真。 DP失真-色调失真； DG失真-饱和度失真 Differential 为了克服色调失真-PAL制

2.3 电视信号传输制式 ① 微分相位（DP）失真 传输通道的非线性特性，会引起已调色度副载波相位的失真，称为微分相位（DP）失真。由于NTSC制，是用彩色矢量的相角代表色调，因此，已调色信号的相位失真将明显地影响重现彩色的色调，而人眼对色调失真很敏感。因此，在NTSC制中规定微分相位的容限为±120，这是NTSC制的主要缺点。

2.3 电视信号传输制式 ② 微分增益（DG）失真 由于色度信号是“载”到亮度信号上的，当传输系统存在着非线性时，亮度信号的变化会引起色度已调波幅度的变化，这种色度信号的振幅增益随着亮度信号电平高低而产生的大小变化，称为微分增益（DG）失真。而NTSC制是用彩色矢量的幅度代表色饱和度的，所以，色度信号的幅度失真将影响重现彩色的饱和度，所以NTSC制规定微分增益失真的容限为30％。

2.3 电视信号传输制式 PAL制又称为逐行倒相正交平衡调幅制。 2.3.4 PAL制 2.3 电视信号传输制式 2.3.4 PAL制 PAL是“Phase Alternation Line”（逐行倒相）的缩写词。为了克服NTSC制的相位失真而引起的色调失真，1962年联邦德国首先提出了发送端将色度信号的分量逐行倒相。 按对色度信号的处理方式: PAL制又称为逐行倒相正交平衡调幅制。

3.3.4 PAL制彩色电视编码与解码原理 1. 逐行倒相 　　PAL制基本上采用了NTSC制的各项技术措施，并增加了一些技术措施来克服NTSC制中对相位失真较敏感的缺点。 它是采用色差信号(R-Y)和(B-Y)作为色度信号的两个分量。 两个色差信号均占用0～1.3MHz，且幅度按百分比进行压缩， 即 则

当扫描顺序为第n行时，FV=VcosωSCt；当扫描顺序为n+1行时，FV=V cos (ωSC+180°)t，即当第n行FV的相位为90°， 则第n＋1行的为270°(或-90°)，第n＋2行的相位又回到90°如此反复进行，而矢量FU的相位是不随扫描行序改变的，因此，相加后色度信号的相位也是逐行改变的，其数学表达式为 式中:

图 3-10 逐行倒相矢量图与开关函数波形图 (a) 逐行倒相矢量图； (b) 开关函数波形图

2. PAL制编码的调制、 解调原理 (1) PAL制编码器 图 3-11 PAL制编码的调制原理框图

(2) PAL制解码器 图 3-12 逐行倒相正交同步解调原理

3. PAL制频谱间置原理 图 3-13 半行频间置的频谱和行频间置 逐相倒相后仍用半行频间置的频谱； (b) PAL制的信号频谱采用1/4行频间置

PAL制采用1/4行频间置，副载波频率为 实际上，为了减小副载波对亮度信号的干扰，改善兼容性，PAL制副载频附加了25 Hz，称为半场频间置，即选择

4. PAL制梳状滤波器解码原理 图 3-14 梳状滤波器的原理框图

由于利用超声玻璃延时线来实现红、 蓝两色度分量的分离，因此称作延时解调器。又由于延时解调器的幅频特性是梳状的，故又称作梳状滤波器。其解调分离原理如下：  　　 设第n行色度信号为 由于V信号逐行倒相， 所以第n-1行色度信号为

5. 超声玻璃延时线 超声玻璃延时线的典型参数如下： 　　延时时间： 63.943 μs±3 ns；  　　工作频率： 4.43 MHz±1 MHz；  　　插入损耗： -8±3 dB；  　　工作温度： -10～50℃；  　　输入输出阻抗： 390 Ω；  最大输入电压： 6 V。

图 3-15 五次反射片状超声延时线的结构与符号 (a) 结构； (b) 符号

3.4.2 彩色同步信号分析 1. 色同步信号的功用、 矢量图与波形 图 3-21 色同步信号位置

2. PAL制色同步信号形成原理 图 3-23 PAL制色同步信号形成原理框图

图 3-24 100/0/75/0负极性彩条波形

图 3-26 彩色电视机组成框图

2.3 电视信号传输制式 1. PAL制的色度信号 （1）PAL制色度信号矢量图 2.3 电视信号传输制式 1. PAL制的色度信号 （1）PAL制色度信号矢量图 PAL制与NTSC制所不同的就是将红色差信号 分量进行了逐行倒相，其矢量如图2-13所示。由图可见，第 行与NTSC制完全一样，第 +1行的 分量倒相1800。 （2）PAL制色度信号表达式 PAL制色度信号的数学表达式如下 或者表示为 式中 称开关函数，逐行取值为±1。

2.3 电视信号传输制式 已调色度信号的分量 V 或者说 分量 ，在开关函数 的作用下逐行倒相。若将图2-13中的(a) (b)合成一个图，如图2-13（c）所示。 通常，我们把未倒相的行，称为 NTSC 行或者 n 行， 图2-13 PAL制色度信号矢量图 用 FN 表示；而把倒了相的行，称为PAL行或者 P 行，用 Fn+1表示。可见，对于任意色度信号是以 U 轴为基准的镜像信号。

2.3 电视信号传输制式 （3）FV 逐行倒相补偿相位失真的原理 (如何克服缺点的） 2.3 电视信号传输制式 （3）FV 逐行倒相补偿相位失真的原理 (如何克服缺点的） 假设传送的第 n 行为 NTSC行，其色度信号 Fn 经传输以后，变为 ，如图2-14(a)所示。 由图可见， 的相角 比超前了 (也可能滞后)，这是由于传输通道的非线性或其他原因，使 产生了相位失真，因此，重现的 色度信号的色调就产生了失真。 FV 逐行倒相补偿相位失真的示意图

2.3 电视信号传输制式 但PAL制的第 Fn+1 行的 FV倒相1800，使 FV 成为以U轴为基准的Fn+1 的镜像信号。在传输过程中，PAL行色度矢量Fn+1和 Fn 行失真方向是一致的，如图2-14(a)所示。 接收端接收机把PAL行 的V矢量再倒相1800，于是产生了 色度，如图2-14(b) FV 逐行倒相补偿相位失真的示意图 所示。可见,PAL制相邻两行色度信号 将是 与 ，它们正好对称于F的两旁，将它们相加，再经平均后，可准确地重现原有彩色。如图2-14(b)所示。

2.3 电视信号传输制式 由于色度矢量的幅度代表着色饱和度，因此，PAL制是以色饱和度的下降为代价，换取了色调的稳定，人眼对饱和度的变化不太敏感。 PAL制在发送端将FV 分量进行逐行倒相，收端将倒了相的FV分量再倒回来，倒了相的 FV 逐行倒相补偿相位失真的示意图 PAL行和未倒相的NTSC行进行矢量相加后再平均，这样就可以抵消色度信号在传输过程中引入的相位失真。因此，PAL制相位失真的容限可以增加到 。

2.3 电视信号传输制式 2. PAL制色同步信号 （1） PAL制色同步信号的作用 PAL制色同步信号的作用有两个： 2.3 电视信号传输制式 2. PAL制色同步信号 （1） PAL制色同步信号的作用 PAL制色同步信号的作用有两个： ① 为接收机副载波恢复电路提供频率、相位基准。 ② 识别 FV 分量是否倒相 。

PAL制彩色电视信号的发射过程 PAL制色同步信号 PAL制色同步信号由9～11个副载波周期组成，位于行消隐信号的后肩上，起始点距行同步脉冲前沿5.6±0.1µs，其脉冲宽度为2.25±0.23µs，脉冲幅度等于行同步脉冲幅度B（B=0.3V±9mV）的一半，相位为±135°，即NTSC行为+135°，PAL行为-135°,如下图所示。

PAL制彩色电视信号的发射过程 PAL制色度信号 R G B Y B-Y R-Y Y U=0.493(B-Y),幅度和频带压缩 V=0.877(R-Y),幅度和频带压缩 经过幅度和频带压缩（0～1.3MHz)后的蓝、红色差信号， 与4.43MHz副载波进行正交平衡调幅（其中，红色差信号 逐行倒相),再插入到亮度信号频谱中。

PAL制彩色电视信号的发射过程 彩色全电视信号FBAS的合成 彩色图像被分色光学系统分解为红、绿、蓝三基色画面，并分别投射到三只黑白摄像管的靶面上进行光电转换。摄像管本身并无辨色能力，它只能辨别亮度，色度则由三基色光的比例决定。 摄像管输出的三基色电信号（R、G、B），经过编码矩阵电路转换为亮度信号Y和两个色差信号（R-Y）与（B-Y） 。 色差信号经过低通滤波器进行频带压缩（保留0～1.3MHz）和幅度压缩后加至调制器，与4.43MHz副载波进行逐行倒相的正交平衡调幅，使其频谱高移，产生色度信号F，同时还产生了可使彩色同步的色同步信号Fb 。 亮度信号、色度信号、色同步信号、复合同步信号和复合消隐信号相加，形成了具有6MHz带宽的彩色全电视信号FBAS。

PAL制彩色电视信号的发射过程 PAL制彩色电视信号处理与发射

2.3 电视信号传输制式 （2） PAL制色同步信号的数学表达式与矢量图 ① 数学表达式 2.3 电视信号传输制式 （2） PAL制色同步信号的数学表达式与矢量图 ① 数学表达式 参照NTSC制，色度信号与色同步信号的关系，再根据PAL制逐行倒相色度信号与色同步信号的关系，可以写出色同步信号的数学表达式如下： 色同步信号初相位是—1350时说明发送端发的是倒了相的PAL行，+1350时发送端发的是未倒相的NTSC行。

2.3 电视信号传输制式 ② 矢量图 色同步信号的矢量如图2-15（a）所示。 （3）PAL制色同步信号的形成 2.3 电视信号传输制式 ② 矢量图 色同步信号的矢量如图2-15（a）所示。 图2-15 PAL制色同步信号 （3）PAL制色同步信号的形成 PAL制色同步信号和NTSC制一样，是插在行消隐的后肩上传送的。由10±1个周期的副载波组成，见图2-15（b）所示。由图可见PAL行和NTSC行的相位是不一样的。

2.3 电视信号传输制式 3. PAL编码器 将彩色摄像机、彩条信号发生器等信号源产生的 、 、 三基色信号和一些辅助信号，进行线性组合，形成彩色视频全电视信号，称为编码，完成编码的电路称为编码器。 （1）编码器方框图 PAL编码器由以下几部分组成：

⑥ 脉冲预置电路 ① 编码矩阵 ② 亮度信号处理通道 ③ 色度信号处理通道 ⑥ 脉冲预置电路 ④ 信号混合电路 ⑤ PAL开关电路

2.3 电视信号传输制式 （2） PAL编码器各部分的作用 ① 编码矩阵电路 2.3 电视信号传输制式 （2） PAL编码器各部分的作用 ① 编码矩阵电路 编码矩阵电路是将三基色信号VR、VG、VB转换成一个亮度信号VY 、两个色差信号VR-Y、VB-Y，经压缩得到 V 和 U信号。 ② 亮度通道 4.43MHz陷波器：是滤掉4.43 范围内的亮度信号，以减少亮度信号对色度信号的干扰，陷波特性如图2-17所示。 编码矩阵框图

2.3 电视信号传输制式 亮度通道 b. 0.6μs延时电路：解决亮、色信号到达合成点的时间差问题。 2.3 电视信号传输制式 亮度通道 b. 0.6μs延时电路：解决亮、色信号到达合成点的时间差问题。 c. 自动转换开关：在传送黑白图像时，利用自动转换开关，短路副载波陷波电路。 亮度通道框图

2.3 电视信号传输制式 ③ 色度通道及混合输出电路 a. 脉冲：作为接收机的同步选通脉冲。 2.3 电视信号传输制式 ③ 色度通道及混合输出电路 a. 脉冲：作为接收机的同步选通脉冲。 b. 低通滤波：将色差信号的频带宽度限制在1.3MHz，完成频带压缩的任务。 c. U、V平衡调幅器：完成两个色差信号的平衡调幅，分别得到 和 。 d. 混合输出电路：将 和亮度信号Y 混合成视频全电视信号。 ④ PAL开关电路 完成副载波 的逐行倒相

2.3 电视信号传输制式 ⑤ P脉冲 P脉冲的作用是保证电视台发射系统中所有的信号源同步工作，所以P脉冲又称“定相”脉冲。 ⑥ 脉冲预置电路 2.3 电视信号传输制式 ⑤ P脉冲 P脉冲的作用是保证电视台发射系统中所有的信号源同步工作，所以P脉冲又称“定相”脉冲。 ⑥ 脉冲预置电路 产生电视系统中用到的所有的脉冲，如行推动脉冲 、 脉冲、控制脉冲、复合同步脉冲S、复合消隐脉冲A以及定相脉冲等。 、

2.3 电视信号传输制式 5. PAL制的主要优、缺点 4. PAL解码器 2.3 电视信号传输制式 4. PAL解码器 把彩色全电视信号恢复成三基色信号的过程称为解码。完成解码的电路称为解码器。解码是编码的逆过程。第6章。 5. PAL制的主要优、缺点 （1）主要优点 ① 克服了NTSC制相位敏感的缺点； ② 减小了串色； ③ 提高了彩色信噪比。

2.3 电视信号传输制式 （2）主要缺点 ① PAL信号处理较为复杂。由于NTSC制是1/2行频间置，PAL制为1/4行频加半场偏置，二者相比，实现PAL信号的亮、色分离要比NTSC制复杂的多。 ② 存在 “爬行”，又称“百叶窗”效应或“彩裙”。这些缺点解决起来比较困难； ③ 彩色清晰度PAL制比NTSC制低； ④ 设备复杂，接收机价格较高。

2.3 电视信号传输制式 2.3.5 SECAM制简介 SECAM制对彩色信号的处理方式是顺序传送与存储复用。 2.3 电视信号传输制式 2.3.5 SECAM制简介 SECAM制对彩色信号的处理方式是顺序传送与存储复用。 SECAM是法文(顺序传送彩色与存储）的缩写词。这一制式是在PAL制问世的同时，由法国工程师亨利·弗朗斯研制成功的。 SECAM制与以上两种制式的主要区别是亮度信号每一行都传送，两个色差信号逐行轮换传送。 假设第 n 行 传送VY、 第 n+1 行 传送VY、 第 n+2行 传送VY、

2.3 电视信号传输制式 在任一瞬间传输通道中只有一个亮度信号和一个色差信号存在，所以不会发生色差信号的相互串色现象。为了完整地恢复每行都有两个色差信号，在SECAM制的解码器中，利用一根延迟线，将前一行色差信号存储复用，使每一色差信号可以使用两次，即在恢复三基色信号时，直通行的一个亮度信号和一个色差信号及延迟行的色差信号一起送入解码矩阵电路，正确地恢复出三基色信号 、 、 。

2.3 电视信号传输制式 在SECAM制中，色差信号对彩色副载波的调制方式采用了调频制，这样，在传输过程中引入的相位失真将不会对大面积的彩色产生影响。并且调频信号在进行频率检波时可以进行限幅，因此SECAM制的色度信号几乎不受幅度失真的影响，克服了NTSC制对相位失真敏感、PAL制“爬行”等缺点。 采用这一制式的国家有法国、俄罗斯、波兰、匈牙利、沙特阿拉伯等30多个国家。 限于篇幅，本书对SECAM制的编码方式不再作详细介绍，请参看有关书籍。 关于数字电视制式见第10章。

PAL制彩色电视信号的发射过程 高频电视信号的发射 FBAS与38MHz图像中频载波进行普通调幅，产生调幅波信号，经残留边带滤波器滤波后产生残留边带的调幅信号，再与本机振荡信号混频，产生高频图像信号。 电视伴音由话筒转换为伴音信号，经音频放大器放大后送到调频器，与6.5MHz载波进行频率调制，产生调频波信号，再与38MHz图像中频混频（差频）得到31.5MHz的调频波，再与本机振荡信号混频，产生高频伴音信号。 高频图像信号和高频伴音信号混合，形成8MHz带宽的高频电视信号，由天线发射出去。

PAL制彩色电视信号的发射过程 电视频道 一个频道的频带宽度为8 MHz，每个电台节目必须单独使用一个频道。 VHF波段47～230 MHz安排了12个频道， UHF波段470～958MHz安排56个频道，总共68个频道。 。 增补频道，只能在有线电视网CATV中使用。在第5频道和第6频道之间有75MHz的频率空间，可以插入Z1～Z7；在第12频道和第13频道之间有247MHz的频率空间，可以插入Z8～Z38，共31 个增补频道。

作 业 2-1 写出亮度信号的方程，并说明亮度方程式中，各符号及符号前的系数表示什么意义？ 作 业 2-1 写出亮度信号的方程，并说明亮度方程式中，各符号及符号前的系数表示什么意义？ 2-2 副载波 是多少？用色度信号对副载波 进行双边带调幅的目的是什么？ 2-3 什么是正交平衡调幅？NTSC制对色度信号进行调幅的目的是什么？进行平衡调幅的目的是什么? 进行正交平衡调幅的目的是什么? 2-5 NTSC制和PAL制对色度信号的处理上有哪些共同的措施，主要区别是什么? 2-8 画出PAL编码器的组成方框图？说明各部分的作用？并标出各方块前后的波形？ 2-9 画出PAL解码器组成方框图？说明各部分的作用？并标出各方块前后的波形？