彩色电视原理 东南大学信息科学与工程学院 2008.8

彩色制式：指对彩色电视信号加工处理和传输的特定方式. 第三章 彩色电视制式 彩色制式：指对彩色电视信号加工处理和传输的特定方式. 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通道(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“兼容”，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“兼容”的。目前，有三种兼容制彩色电视制式：NTSC制、PAL制和SECAM制。

3.1兼容制彩色电视原理 彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的。在彩色电视的发展过程中，必然会在相当长的一段时间内，黑白电视与彩色电视同时并存的情况，所以提出彩色电视与黑白电视的“兼容”问题。 所谓的兼容，就是黑白电视机可以收看到彩色电视系统所发射彩色电视信号（当然，所看到图像仍然是黑白图像。）；彩色电视机可以收看到黑白电视系统所发射黑白电视信号（当然，所看到图像也是黑白图像。）。

3.1.1兼容制的必备条件及色度信号编码传输 (1) 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。亮度信号与黑白电视图像信号一样，能使黑白电视机显示出黑白画面；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，与亮度信号一起经过处理后显示出彩色画面。 (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等。 (3) 彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率，相同的辅助信号及参数。

①.黑白电视信号特点 图像的摄取与重现是根据光和电的转换而实现。 根据传输图像信号的电平与反映的亮度关系分正极性视频信号和负极性视频信号 图像信号越亮,信号电平越低,称负极性视频信号.反之,图像信号越亮,信号电平越高称正极性视频信号

②.黑白图像信号的频谱 当电视图像为静态图像，并且图像内容在垂直方向上没有变化时，电视信号的频谱为以行频为间隔的离散的线状频谱，各谱线间有着较大空隙 电视信号用复数形式的傅立叶级数可表示：

在水平和垂直方向有亮度变化的静止图像 电视信号频谱将包含以行频为间隔的频谱线（主谱 线）和分布于它们两侧的以场频为间隔的频谱线 （副谱线） 电视信号用复数形式的傅立叶级数可表示：

当电视信号为动态图像，且图像内容在水平和垂直方向上都有变化，电视信号频谱将成为连续谱，能量主要分布在以行频及其个次谐波频率为中心的较窄的范围内

黑白电视信号频谱特点: 1.以行频及其谐波为中心的一束束离散型谱线组成. 2.行频谐波次数增加,主谱线幅度逐步减少. 3.黑白电视信号频谱在半行频奇数倍处有较大的空隙

③.电视图像信号的频带宽带 ƒmax=5.6MHZ

④.彩色视频信号 Y =0.30R + 0.59G + 0.11B =0.70R - 0.59G - 0.11B 为实现兼容，选择一个亮度信号和两个色差信号作为传送彩色电视的三个基本参量信号: Y 、R-Y 和 B-Y 色差信号：基色信号（R、G、B）和亮度信号(Y)的差 亮度信号与色差信号的关系 Y =0.30R + 0.59G + 0.11B 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

传送色差信号的优点 1．兼容效果好 黑白电视机只接收彩色电视台中的Y信号，其效果与收看黑白电视台一样，不受色差信号的干扰，能正常重现原图像的亮度，所以，其兼容效果好。 2. 传送彩色图像时，能减弱色度信号对亮度信号的干扰。 因为色差信号相对较小，则干扰弱。 3。便于恢复三基色

⑤标准彩条信号 标准彩条信号是一种测试信号，常用于对彩色电视系 统的传输特性进行测试和调整 标准彩条信号中的图像信号是用电的方法形成产生 （不是通过摄像机拍摄获得的） 标准彩条信号的图像内容是八条等宽的彩色竖条，自 左至右依次为白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑

彩条信号的形成

⑥兼容的必备条件 (1) 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。 (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. (3) 彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率，相同的辅助信号及参数。

⑦彩色视频信号的编码和解码转输 全电视信号 Y R + G R-Y 正交平 衡调制 B B-Y

3.1.2色度信号频带压缩和频谱交错原理 ①色度信号的频带压缩 当重现彩色图像时，对面积较大的各种颜色较为敏感，而对彩色的细节部分辨识能力较差。 因此，彩色图像的细节部分在一定距离上观看，所表现为亮度上的差别，而无颜色的差别。 那么在传送彩色图像时，只有大面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度信息。而彩色的细节部分，则可以用亮度信息来取代例如红色：

②频谱交错原理 若把色度信号直接与亮度信号混合，由于亮度信号和色度信号在时域和频域均有重叠，会出现严重的相互干扰。亮度信号的频谱具有间隙很大梳齿状特征，因而只要设法将色度信号插到亮度信号频谱的空隙中，实现“频谱交错”，这样即可使色度信号不占有额外的频带，又可避免亮度、色度信号间的干扰，使彩色电视信号仍然6MHz的频带范围，从而满足与黑白电视的兼容条件。

将色度信号的频谱移动半行频（fH/2）的奇数倍，使色度信号的频谱与亮度信号的频谱错开（为了与黑白电视兼容，不能移动亮度信号的频谱）。实现的办法是，选择一个合适的载频fSC （色度副载波） ，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。

3.2 NTSC制彩色电视 3.2.1平衡调幅 平衡调幅就是抑制载波的调幅，简称抑载调幅。 调制信号为 载波信号为 则调幅后形成的一般调幅波为：

平衡调幅的过程就是将调制信号与被调制信号相乘

频谱与波形的区别 (1) 平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。当调制信号的绝对值最大，平衡调幅波幅度最大；当调制信号等于零时，平衡调幅波幅度也为零。 (2) 调制信号为正值时，平衡调幅波与载波同相；调制信号电压为负值时，平衡调幅被与载波反相。当调制信号电平过零而改变其电压极性时，平衡调幅波相位随之变化180°。

3.2.2 正交平衡调幅 将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行平衡调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加（频带宽度没有增加），这一调制方式称正交平衡调幅。

3.2.3 色度信号幅度压缩系数和矢量图

传送黄色时: 传送青色时: 解得 则

3.2.4 NTSC制色同步信号 在同步解调过成中，需要一个与发送端同频、同相的副载波。因此需要在发送端发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发送端副载波频率与相位信息的信号，即色同步信号。 b=0.215

3.2.5彩色副载波频率的选择 原则: 1. 为使亮度和色度信号的频谱间距最大，有利于频谱交错，副载频采用半行频偏置， 即 1. 为使亮度和色度信号的频谱间距最大，有利于频谱交错，副载频采用半行频偏置， 即 2. 为了减轻副载波对亮度的干扰，应尽量使副载频选在视频信号的高端。副载频越高，其干扰亮度的光点越细，愈不易被人眼察觉 3. fsc+1.3MHz不超过6MHz.

1.5 1.5 亮度 色度 4.43

3.2.6 I Q信号 每帧525行； 图像信号带宽为4.2MHz； fsc=3.579MHz。 在平衡调制之前，对被压缩的色差信号U、V进行一定的变换，即产生I、Q信号。 I信号带宽为：-1.5～0.5MHz； Q信号带宽为：-0.5～0.5MHz。 I、Q信号与U、V信号之间的关系为： 每帧525行； 图像信号带宽为4.2MHz； fsc=3.579MHz。

fsc=3.579MHz

3.2.7 NTSC制编码和解码

3.2.8 NTSC制的主要特点性能 1 NTSC制采用1/2行间置，使亮度信号与色度信号频谱以最大距离错开。 2 信号组成方式简单。 2 信号组成方式简单。 3 . 不足之处在于存在相位敏感性。

3.3 PAL制彩色电视 PAL制是在对色度信号采用正交平衡调幅的基础上，将其中一 个色度分量(FV分量) 进行逐行倒相，在发端周期性地(半行频)改变FV分量的相序，在收端采用平均措施，以减轻传输相位误差带来的影响。 第n行色度： 第n+1行色度： PAL色度信号的数学表达式为：

3.3.2 相位失真的补偿原理

3.3.3 PAL制色同步信号 PAL制彩色电视机在解调色度信号时，需要对PAL行送-cossct副载波，而对NTSC行送cossct副载波。因此需要一个识别PAL行与NTSC行的识别信息。这个识别信息是寄存在每一行的色同步信号相位中，即表现为相邻两行色同步信号的相位不同。

3.3.5 PAL 制彩色副波频率

行频与副载频之间关系 副载频与整数行频有1/4fH的频差，称之为为1/4行间置。对于PAL制来说，fH=15625Hz，fv=50Hz，带宽为6MHz，根据fsc尽量高的原则，取n=284，所以fsc为： fsc=(284-1/4)*15625+25Hz=4.43361875MHz 式中25Hz是为使色度信号与亮度信号副谱线之间的间距增大，减少亮色干扰。

3.3.6 PAL 制编码

PAL制的主要性能特点 1 克服NTSC制相位敏感的缺点；容限:±400 2 PAL制采用1/4间置，实现了亮度与色度信号的频谱交错； 3 梳状滤波器在分离色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了3dB； 4 由于采用1/4间置，在实现亮色分离技术上较NTSC难； 5 存在行顺序效应。

3.4 SECAM制 n-1 n n+1 n+2 Y B-Y R-Y SECAM制的主要特点 1 两个色度信号采用顺序传送方式； 2色差信号采用调频 fscR=282fH=4.406MHZ fscB=272fH=4.250MHZ n-1 n n+1 n+2 Y B-Y R-Y