彩色电视原理

第一章 彩色电视的基础理论

1.可见光与彩色三要素

可见光本质上是电磁波, 不过，只有当电磁波的波长在380nm~780nm（nm——毫微米，也称为纳米，即10–9米）的范围时人眼才能感觉得到。人眼的彩色感依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。对中间的波长（大约为555nm的黄绿色），人眼的敏感程度最高。在可见光波长的两端，人眼的亮度敏感程度逐渐下降到接近于零。要唯一地确定一个彩色，需要确定三个量：即亮度、色调和色饱和度（简称饱和度）。

2.彩色光的复合与分解

如果把束太阳光投射到三棱镜上，由于不同波长折射率不同，太阳光便被分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色带。这说明太阳光是由多种不同波长成分的光复合而成的。给人的综合颜色是白光。

3.三基色原理

人们在实践中发现，自然界绝大多数颜色都可以由三种基色光按不同的比例混合得到．反之，任意一种彩色都可以分解为三种基色。在彩色电视系统中．比较恰当的是在红色、绿色和蓝色光谱区域内选择三个基色，这是因为人眼的三种色敏细胞分别对红光、绿光和蓝光最敏感，由它们配得的颜色也较广。

通过混色实验，可以得到如下的基本混色式：

红+绿=黄 红+蓝=品红 绿+蓝=青 红+绿+蓝=白

第一节 兼容制彩色电视原理

全电视信号

1.黑白全电视信号包括图像信号、复合同步信号和复合消隐信号三部分．图像信号是电视系统传送的图像信息，在场扫描正程期间和行扫描正程期间传送。复合同步信号和复合消隐信号是电视系统传送的辅助信息，在行、场扫描逆程期间传送。其中，复合同步信号是为了确保电视机重现黑种人图像与电视台发送图像严格同步，复合消隐信号用于消除行、场回扫期的扫描痕迹。我国采用负极性信号制，图像越暗，信号幅值越大．并规定：全电视信号幅值的75％为黑电平，10％为白电平，100％为同步电平。

全电视信号是由图像信号及六种辅助信号（行同步、场同步、行消隐、场消隐、槽脉冲与均衡脉冲信号）组成的。

全电视信号中各辅助信号参数如下： 行消隐脉宽：12μs 行同步脉宽：4.7μs 场消隐脉宽：1612μs 场同步脉宽：160μs 槽脉冲宽：4.7μs 均衡脉冲宽：2.35μs

黑白全电视信号波形

2.图像信号有两个主要特点如下。 （1）图像信号的相关性

图像信号是25帧每秒的扫描速度使得相邻两场之间的图像信号差别很小。同理，相邻两行之间的差别更是微乎其微。因此，在帧间具有较强的相关性。对于静止图像，则具有行重复性和帧重复性。

（2）图像信号的单极性

图像信号电平总在零值以上或零值以下的一定电平范围内变化，也就是所谓的单极性。在传输中，可以隔断直流只传输交流信号，但在图像重现前必须恢复直流以呈现背景亮度，避免图像失真。

3.、辅助信号及其特征

辅助信号包括复合消隐信号和复合同步信号，所有辅助信号均在行或场逆程期间传送。 （1）复合消隐信号

消隐信号分为行消隐信号和场消隐信号。行消隐信号是用来消除行回扫线，在行扫描逆程期间发出宽度为12μs，周期为64μs的脉冲信号。场消隐信号是用来消除场回扫线，在场扫描逆程期间发出宽度25TH=1600μs，周期为20ms的脉冲信号。为了使扫描电子束截止，消隐电平设置为75%（黑电平）。行、场消隐信号合在一起称为复合消隐信号。

行、场消隐信号示意图

（2）复合同步信号

复合同步信号包括行同步脉冲、场同步脉冲、开槽脉冲和前后均衡脉冲。 a、同步的概念

要正确地传送和重现图像，接收端与发送端的扫描必须同步．这里的同步是指接收端与发送端的扫描点应有—一对应的几何位置．即收端与发端对应的像素应在同一时刻被扫描，也就是说，每一个像素都要同步。具体到电视系统就是指收、发两端扫描必须同频、同相。

b. 同步原理

同步原理图

C、行、场同步脉冲信号

行同步脉冲是在电视信号每行的逆程期都安插一个。即使在场逆程期也不例外。以保证在整个电视信号期间都维持有行同步脉冲。

图中在行正程期结束，逆程期开始后，并不立即安插行同步脉冲，而是预留1.3μS的时间，这段时间称为前肩宽度。这是为了防止当电视信号从正程期转向逆程期时，可能会从高电平突变到低电平（当被摄图像较亮时），这必将有一个过渡过程，即电平不能立即达到消隐电平，无法安插行同步脉冲。行同步脉冲本身的宽度为4.7μS。行同步过后，逆程期还要持续一段时间，称为后肩。因整个行逆程期为12μS，故后肩宽度为6μS。

d、开槽脉冲与前后均衡脉冲信号

上图所示的场同步脉冲存在着这样的问题，即在场同步期间，没有行同步脉冲。这将使得显像端的行振荡器在场同步脉冲这一段时间内因为没有行同步脉冲而失控，即由受迫振荡回到自由振荡状态。直到场同步脉冲过去后才可能得到行同步脉冲，这时行振荡器重新回到受迫振荡状态。但是，行振荡器由自由振荡状态到与行同步脉冲完全同步，这是需要一个过程的，这个过程称为整步过程。如果这个整步过程在场逆程期结束就已经完成，则对图像倒没有影响（因为场逆程期光栅是被消隐的）。而如果整步过程持续到场正程期开始后的一段时间，则这段时间内因行不同步，将使得图像顶部发生倾斜。为了在场同步期间保留行同步信息，同时，也为了使得两场的场同步脉冲相同，故在场同步期间开了五个槽，称为槽脉冲，或齿脉冲。利用凹槽的后沿（上升沿）作为行同步信号的前沿，槽脉冲的宽度与行同步宽度一样，也为4.7μS，其间隔为TH/2。场同步脉冲的脉冲宽度比行同步宽的多（尽管场同步期间开了槽）。

槽脉冲信号

场同步脉冲的后面也放置了五个均衡脉冲。这是因为电视接收机中，用场同步脉冲控制场扫描锯齿波产生电路时，既可采用前沿触发，也可采用后沿触发。而如果采用后沿触法，则需两场的场同步脉冲的后沿波形也相同，故在场同步脉冲的后面同样也放置五个均衡脉冲。

均衡后的场同步脉冲信号

彩色电视

在各国电视发展史上都是先有黑白后有彩色。因此设计彩色电视制式时应该注意黑白与彩色电视的兼容性，即当电视台播放彩色电视节目时，彩色电视机接收显示彩色图像，黑白电视机接收黑白图像，这种特性称为正兼容性

为实现兼容，彩色电视应保留黑白电视原有的各项指标。如采用隔行扫描方式和相同的帧频、场频和行频；采用同样的行、场同步信号；具有与黑白电视相同的伴音载频和图像载频；彩色电视信号占用和黑白电视信号相同频带，即视频带宽6MHz，射频带宽8MHz。如果彩色电视系统直接传送R、G、B三路基色信号，则不仅黑白电视系统无法接收，就是对于彩色电视系统来说，信号带宽也太宽了。在三种彩色电视制式中采用的都是B–Y和R–Y，称为色差信号。其中R–Y称为红差信号，B–Y称为蓝差信号。则G–Y就不再独立了，即G–Y可由B–Y和R–Y的运算得到。它们与三基色信号的关系为：

Y=0.30R+0.59G+0.11B

B–Y=B–(0.30R+0.59G+0.11B)= – 0.30R – 0.59G+0.89B R–Y=R–(0.30R+0.59G+0.11B)= 0.70R – 0.59G – 0.11B

完成上述信号转换的电路称为编码矩阵，而上面的三个关系式则称为编码矩阵方程式。

在我国采用的PAL制中，取色差信号的带宽为1.3MHz。故重现图像不会再现出很细密的色度细节。但是由于亮度信号的带宽高达6MHz，故重现图像可以再现很细密的亮度细节。所以，重现图像是由亮度细节和大面积粗线条的彩色相结合而成的。

一、 彩色电视编码、解码原理

NTSC制最早由美国采用的一种正交平衡调幅制。我国目前使用的PAL制就是在NTSC制的基础上用了改进而形成。法国、东欧使用的SECAM制也是针对NTSC制的不足而改进形成的又一制式。SECAM制在1966年首先由法国研制成功并正式使用。以后在苏联、东欧等国家相继使用。SECAM的意思是顺序传送彩色与存储，它也是为了克服NTSC制相伴敏感性而研制的另外一种彩色电视制式。SECAM制也称为“行轮换调频制”。

在传输环节中，电子器件的非线性会导致传输函数的非线性，而色度信号是叠加在亮度信号的电平上传送的，亮度信号相当于是色度信号的一个偏置电平，从而使得叠加在不同的亮度电平上的色度信号得到不同的增益——这称为微分增益失真。微分增益失真将使C/Y的值发生改变，即将导致色饱和度失真。不过，人眼对色饱和度失真不是很敏感。但是，由于色度信号的相角对应着被传送图像的色调，故在传输环节中必须保证色度信号的相角保持不变，否则意味着重现图像的色调将发生改变，即导致色调失真，也称为色调畸变。而人眼对色调失真是很敏感的，尤其是对人们所熟悉的彩色，例如肤色，例如树叶和草地的绿色等。如果色调发生偏差，人们立刻就会察觉。故NTSC制有一个先天性的缺陷，即对传输环节引入的色度信号的相移容差很苛刻，这一点称为NTSC制的相位敏感性。(所以ntsc彩电都有调整相位的电位器) PAL制编码器采用逐行倒相和正交平衡调幅，与NTSC制编码器相比，只是多了一个PAL开关。

NTSC制的主要特点

（1）兼容性好，亮度和色度串色小。 （2）解码电路简单，容易集成化。

（3）传输系统引起的微分相位失真很敏感相位失真引起彩色色调变化。实践证明，当相位变化15o以后，色调

失真便超出人眼所能容忍的程度。所以NTSC制微分相位失真的容限不能太大，规定在±12以内。对整个电视系统来说，是比较苛刻的条件。 PAL制主要的特点

（1）改善了NTSC制的相位敏感性，相位失真的容许误差可达±40o，使色度信号在传输过程中的相位失真对

重显彩色的影响减少。

（2）如果传输系统频率特性不良，则会使对称边带。由于PAL制彩色电视机中的超声延迟线的频率特性，对

这种不对称边带所造成的相位失真，有较强抗御能力。 （3）多径接收对PAL制影响较小。

（4）存在“百叶窗”效应。当传输系统和解码电路存在各种误差时，将产生行顺序效应，在图像中出现“爬

行”的水平条纹图样，类似“百叶窗”。 （5）设备比NTSC制复杂，成本高。 SECAM制的主要特点

（1）受传输失真的影响小，微分相位失真容限达±40o，微分增益失真容限则更高。 （2）接收机比NTSC制复杂，但比PAL制简单。 （3）兼容性差。