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§3.3 NTSC制[2]
2008-05-14 22:30

对于100-0-75-0彩条,表3-8各信号的幅度除白条外均乘以0.75,而色度信号的相角θ数值则不变。此时,彩色全电视信号黄/青条的最大值将为1.33×0.751,即与白条为同一电平。NTSC制的色度信号具有下列重要性质:1)不同的色调具有不同的相角,不同的饱和度具有不同的幅度。一般可以认为色调主要由色度信号的相角来体现,而饱和度主要由色度信号的幅度来体现。2)基色矢量和补色矢量的相角互补。例如红色矢量的相角为103°,而青色矢量的相角为283°等。3)白色和各种灰色的色度信号等于零,它们可以认为是饱和度等于零的色。BYU称为蓝色差信号,RYV称为红色差信号。图3.306中的横轴和纵轴分别称为蓝色差轴和红色差轴,一切彩色矢量的相角都是以横轴(U)轴为基准来衡量的,红色矢量和蓝色矢量并不分别与红色差矢量和蓝色差矢量相重合,它们分别代表四种不同的色调。

3.3.

采用

所谓

在矢量图上,

根据亮度方程以及

根据式(

4 YIQIQ制是希望进一步压缩色度信号的频带。因为色差信号(BY)和(RY)的理论频带为1.5MHz,故用双连带传送色度信号则占3MHz的频带宽度。对于每帧扫描525行、视频带宽为4.2MHz的制式来说,亮度和色度信号的频带重迭过宽,相互干扰严重。因此,有必要进一步压缩色度信号的带宽。IQ制就是用色差信号IQ分别代替色差信号VU,并且色差信号I分量用上边带0.5MHz、下边带1.5MHz的残留边带方式传送,Q分量用双边带(±0.5MHz)传送,它们仅与亮度信号重迭2MHz,如图3.3-7所示。从而减轻了亮、色之间的干扰。同时也减轻了色度信号IQ之间的干扰。IQ信号分别由VU信号逆时针旋转33°而得到,如图3.3-8所示。它们之间的关系是: UVRGB之间的关系,不难求出YIQRGB之间的关系式: 3.3-10)可计算并画出10001000彩条信号所形成的QI信号的数据与波形图,如图3.3-9所示。

Y

关于“正交串色”可用图

尽管在

IQ制的产生是基于人眼的视觉特性。因为人眼对I轴附近红、黄之间的颜色比较敏感,故I信号用宽频带1.5MHz传送;而对于Q轴附近的蓝、品之间的颜色分辨力较弱,故用窄带0.5Mhz传送。NTSC制中,上述亮度和色度重迭过宽的矛盾,似乎可采用两个不对称的uv色度信号来解决。但由于任何不对称边带的色度信号在同步解调时,会造成uv信号之间的相互干扰,即存在“正交串色”;因此,在NTSC制中,不能采用两个不对称连带的uv色度信号来解决亮度与色度信号重迭过宽的矛盾,而只能采用YIQ制。3.310来解释:设,在对称边带情况下,平衡调幅波的两个边频分量可用等长度的、以角速度Ω相对旋转的两个矢量来表示,它们在DU轴上的投影之和等于零,即U信号的同步检波器不输出V信号。但在不对称边带情况下,两个旋转矢量的长度不相等,它们在DU轴上的投影之和不再等于零,即在U信号检波器的输出中混有V信号,从而引起“正交串色”。YIQ制中,I信号的高频部分(0.51.5MHz)也以单边带传送,使上、下边带合成的I信号在Q轴的投影不为零,这样I 信号串入Q信号,也会引起正交串色。但是,这种串色发生在I信号的高频部分,因此,对窄频带的Q信号影响不大。

Y

 

IQ制中的色度信号表达式为:YIQ制中,色同步信号和色度信号的动态范围与YUV制相同。

3.3.5

一、编码器

NTSC制的编码器和解码器

NTSC制的编码器如图3.3-11所示,其任务是将摄象管输出的三基色信号RGB编成一个带宽和幅度与黑白电视信号相同的彩色全电视信号。它主要由矩阵电路、亮度通道、色度通道,副载波形成电路和混合放大器组成。RGB线性组合成YIQ信号。在亮度通道中,矩阵电路输出的Y信号,先送到消隐器混合器与同步机送来的消隐脉冲(BL)混合,再送到延时均衡电路,这是因为当色差信号经过低通滤波器会产生延迟,导致屏幕上的黑白图象和彩色图象不重合产生颜色涂偏的现象。因此必须将Y信号加以延迟使其和色差信号在时间上完全一致,然后再送入视频混合放大器。IQ信号分别经过1.5MHz0.5MHz的低通滤波器,所以I信号也要加以延时,使其与YQ在时间上保持一致。然后IQ信号分别进入各自的平衡调幅器,产生已调色度信号IQ33°、123°、180°的副载波,分别供给Q调制器、I调制器和色同步平衡调制器使用。第三个调制器的调制信号是+K脉冲,已调波是色同步信号;前两个调制器的输出相加得到色度信号Y以及同步机送来的复合同步信号S脉冲混合,组成供调制图象载波用的彩色全电视信号。

NTSC制的解码器如图3.3-12所示。其任务是从彩色全电视信号中分离出三基色信号RGB供彩色显象管使用。解码是编码的逆过程。相对应地解码器也主要由亮度通道、色度通道、副载波恢复电路和矩阵电路所组成。YIQ在达到的时间上保持一致;正因为如此,在I通道中还接有与Y通道中不同延时的延时线。副载波陷波器的作用是为了抑制色度信号对亮度信号的干扰。33°和123°的副载波,供QI同步检波器使用。IQ两个同步检波器。由于它们解调的副载波相位不同,分别为33°和123°,故两个检波器能分别输出色差信号QIYIQ线性变换成RGB信号供显象管使用。

3.3.6

一、副载频的选择原则

副载频的选择与亮色相互干扰

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n为整数,在这些频率点上亮度信号的能量趋近于零。

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;另外,还能使色度和亮度信号的主要能量分别位于视频的高、低两端,从而减轻两者的相互干扰。

3.色度信号上连带(约1.5MHz)的边界值不能超过视频信号的带宽(6MHz),故副载频应低于4.5Mhz

4.考虑到可能出现伴音载波和副载波的差拍干扰,所以还要求两者的差频也等于半行频的奇数倍;另外,副载波应和行频保持最简单的分频关系,从而有利于同步机电路的实现。通常要求(2n1)是若干较小质数之乘积。例如通常取n=228284等。若n=284,则625行、50场扫描制式的副载频fs,它选n=284计算得3.3-18a)所示。黑白光点看作是正弦波的正、负峰值所产生,根据副载频与行频的关系,画出相继各行上的光点相对位置,就可确定干扰光点组成的图样。UV,而不选用IQ。由于处于色度通频带内的亮度信号能量,主要集中在mfH处,故现以其中亮度的任一频率成分为例,当它进入U检波器后,解调输出将为:U通道输出的亮度串色分量为:V通道输出的亮度串色分量为:

3.3-15 m-n为一整数,所以当t变化一个行周期(TH)时,相角θ将改变整数倍再增加180°。这就是说,在同一场内两相邻行的对应位置上总是出现一对互补色的彩色干扰。另外,一帧包含奇数行,每经一帧时间的亮度串色矢量也是改变了整数倍再增加180°,所以在屏幕的同一点,相邻两帧的亮度串色为互补色。NTSC制在频谱交错后,由于干扰光点(亮度串色)存在行间相消(补)和帧间相消(补)的规律,所以,亮度和色度信号之间的相互干扰大为减轻。这种时域分析法和前面的频域分析法相吻合。

3.3.7

一、

NTSC 制的主要性能NTSC制的主要优点

NTSC制根据人眼的视觉特性,应用色度学原理和电子电路技术第一个成功地实现了兼容性彩色电视广播。从此,人类进入了彩色电视广播的新时代。它与PAL制、SECAM制相比较,其主要优点有:

1.NTSC制的色度信号组成方式最简单,最易于进行信号处理,比如数码化,亮度与色度分离等。同时,NTSC制的接收机、电视中心设备和录象设备最简单,成本最低。

2.亮度信号和色度信号的频谱间距最大,兼容性好,亮度串色和色副载波干扰光点最小。

3.无行顺序效应(即爬行现象)和亮度闪烁现象。这是因为NTSC制每一行对亮度信号和色度信号的处理和传送方式相同,而PAL制和SECAM是逐行变化的,故引起行顺序效应。

4.演播室进行图象慢转换(淡出一淡入)、切换、混合等特技操作比较方便。

5.在没有信号失真的情况下,它有较高的图象质量,如具有较高的彩色水平和垂直清晰度。NTSC制的主要缺点1.3MHz)彩色图象信号存在的视觉特性,两者不可混淆,不是同一码事,不存在什么矛盾。正是因为如此,人们才提出高频混合原理,彩色的低频部分必须由三基色组成,而彩色的高频部分采用同一亮度信号来代替。

1.微分相位的影响

NTSC制的色度信号是迭加在亮度信号上一起传送的,色度信号相对于亮度信号的幅度,确定了被传送色的饱和度。色度信号相对于色同步信号的相位,确定了被传送色的色调。当亮度信号电平发生变化,会使色度信号在晶体管或电子管特性曲线上来回移动,随着亮度电平的高低变化,色度信号的相位和幅度将会产生失真,它们分别称为微分相位失真和微分增益失真。产生微分增益失真的原因:因为电视系统为一非线性系统,随着亮度电平的高低变化,色度信号幅度的放大倍数不能保持恒定,而产生增益失真。产生微分相位失真的原因:接收机的解调副载波都是以色同步信号的相位作为基准的,因此色度信号与色同步信号相位差决定了被传送色的色调。例如设被传送色是红色,其相角为103°,为了使其色调不失真,则色度信号和色同步信号的相位差φ应保持恒定,即φ77°,如图3.3-14所示。由于色同步信号总是于消隐电平上,而色度信号位于不同的亮度电平上,故两者通过非线性系统后,产生了不同的相位移,使两者的相位差发生变化,等于φ+Δφ。例如,对被传送的红色,其色调就可能变成红色偏紫或红色偏黄,使色调出现失真。5°,而当相位失真超过±12°。人眼察觉饱和度失真不如色调失真那样敏感。实验表明,当色度信号幅度变化达±15%时,可察觉出饱和度失真,当其幅度变化超过30%时,人眼对饱和度的失真将不能允许,因此,NTSC制规定微分增益容限为±30%。

2.不对称边带的影响

3.多径接收的影响12°,从电视台的中心编码器直到电视机的解码器,要求达到这样的指标是很困难的,NTSC制的主要缺点就在于此。

由于高层建筑和地形的影响,电视机接收到的电波,既有直射波,也有经过一次或者多次反射的反射波。反射波的存在会使传输出通道的频率特性发生变化,从而导致色度信号的相位和幅度的失真。

总之,色度信号的相位失真是不可避免的,前面已经指出,微分相位的容限为±

传输出系统频率特性不良,会使对称边带的色度信号变成不对称边带的信号,色度信号一旦出现不对称边带,就会产生“正交串色”,使色度信号产生相位失真。

微分相位失真不能用简单办法进行补偿。因为,它是随亮度电平的不同而变化的,实验表明要使人眼觉察不出色调失真,必须使相位失真不超过±

二、

最主要的缺点是色调的相位敏感性严重。

在彩色电视信号传输出过程中,亮度信号、色度信号的相位和幅度不可避免地会产生传输出误差,从而导致彩色在亮度、色调和饱和度三方面的失真。其中人眼对色调失真最为敏感,特别是人们经常遇到的一些颜色,如人的皮肤色、蓝天等。例如,当屏幕上演员的脸部由正常肤色变成绿色或红色,看起来特别刺眼。亮度失真主要影响图象的灰度层次,饱和度失真主要影响颜色的深浅。相对于色调失真而言,人眼对亮度失真、饱和度失真是不敏感的,因此在彩色电视传送过程中要尽量减少色调失真。

前面曾经提到人眼对亮度细节的分辨力高于对彩色细节的分辨力,所以当观察亮度杂波时,比观察彩色杂波敏感。这是人眼对高频彩色图象信号存在的视觉特性。这里提到的人眼对色调失真比对亮度失真敏感,是指人眼对视频低端(小于

色度信号的相位失真将导致色调失真,而产生相位失真的主要原因有三方面:

将亮度串色以矢量表示,其模和幅角分别为:

所以亮度串色为

当采用半行频偏置后,

,又

由于

综上所述,

根据上述原则,对于

二、色度信号对亮度的干扰

色度信号是以平衡调幅波的形式迭加在亮度信号上传送的。色度副载波的起伏变化使正常亮度发生相应的变化,对应副载波的正、负峰点,屏幕上将出现亮暗相同的干扰光点。下面讨论干扰光点的图样。

为了简单起见,假定平衡调幅波是一频率等于副载频的正弦波。由于副载波的作用,会使光栅一行的亮度从一端到另一端按正弦规律起伏变化,如图

三、亮度串色

亮度信号和色度信号共用频带,不仅色度信号对亮度产生光点干扰,而且亮度信号也会对色度产生干扰,称为亮度串色。产生亮度串色的原因是位于色度通频带内的亮度信号,能顺利地通过色度带通滤波器,经同步检波后,变成低频信号,在屏幕上产生附加的彩色干扰。下面讨论频谱交错条件下的亮度串色规律。为分析简易起见,色差信号选用

经过低通消除后一项所代表的高频分量后,得到

同理,可求出

式中

亮度通道的作用主要是对亮度信号进行延迟和陷波,延迟的目的是使

通过门电路从全电视信号选出色同步信号,用来恢复确定副载波相位,经过锁相副载波恢复电路可输出相位为

色度信号由带通滤波器从全电视信号中选出,同时进入

最后由矩阵电路将

矩阵电路的作用是将信号

由于

同步机中的副载波形成电路能送出

最后,再将

二、解码器

从彩条矢量图可以看出

另外,


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