第三節(jié) 色度信號與色同步信號

1、第三節(jié) 色度信號與色同步信號 選定了亮度信號和色差信號后， 下一步就是如何將它們調(diào)制 在副載波上，以便和亮度信號實現(xiàn)頻譜間置。 一色度信號的形成 1調(diào)幅原理 （1）調(diào)幅的定義 調(diào)幅即幅度調(diào)制。這種調(diào)制方式是使作為載波的高頻正弦信 號 Us 的振幅隨著所要傳送的信號瞬時值變化而變化。如圖 2-4 所示。低頻的正弦波稱為調(diào)制信號，高頻等幅信號稱為載波。 圖2-4調(diào)幅波的波形 (a) 調(diào)制信號 (b) 載波信號 (c)AM 波 (d) 平衡 調(diào)幅波 （2）調(diào)幅的原理2 設(shè)低頻調(diào)制信號為 UW= UW sinWt 載波信號為 Us=Us sinst 則調(diào)幅波信號為 U=Us1+（UW/ Us）sint

2、) sinst =Us (1+ ma t) sin st （2-4） 式中，ma= UW/ Us 為調(diào)幅度，其值介于 01 之間。將（2-4） 式進行三角函數(shù)分解，則有 U = Us (1+ mat) sinst = Us sinst + maUssint sinst = Us sinst+ 2 1 maUscos（s+）t+ 2 1 maUscos （s）t 或表示成為 U =Us sin2fst+ 2 1 maUscos2（fs+f1）t + 2 1 maUscos2（fs f1）t （2-5） 從（2-5）式可以看出，調(diào)幅信號除了原載頻 fs 之外，還包 括兩個新的頻率（fs+f1）和（

3、fsf1），這兩個頻率稱為調(diào)幅波 的兩個邊頻。在這種用單一頻率調(diào)制的情況下，載頻的幅度為 Us，上下兩個邊頻的幅度是 2 1 maUs。其調(diào)幅波的頻譜如圖2-5所 示。3 圖2-5 調(diào)幅波頻譜 (a)普通調(diào)幅 (b) 平衡調(diào)幅 2平衡調(diào)幅與正交平衡調(diào)幅 （1）平衡調(diào)幅 平衡調(diào)幅定義 在一般調(diào)幅波中，各個頻率分量的功率（用P表示）與其振 幅的平方成正比，所以調(diào)幅波各頻率分量的能量分配為： Ps Us 2 P（s+）（1/2）maUs） 2 = 4 1 ma 2 Us 2 P（s -) （1/2）maUs 2 = 4 1 ma 2 Us 2 由于調(diào)幅度（調(diào)幅系數(shù)）ma1，所以 Ps 比 P（s+）

4、和 P（s -)要大得多。即使ma=1，Ps 比 P（s+）和 P（s - )的和還要大一倍。另外，要傳送的信息內(nèi)容只包含在上邊頻 與下邊頻內(nèi)，載波本身并不包含信息內(nèi)容。因此，發(fā)送載波是一 個很大的浪費，有必要將它抑制掉，只傳送上下兩個邊帶。這種 抑制掉載波的調(diào)幅方式稱為平衡調(diào)幅。4 平衡調(diào)幅原理 根據(jù)平衡調(diào)幅的定義可知，其數(shù)學(xué)表達式為： U= maUssint sinst = 2 1 maUscos（s+）t+ 2 1 maUscos（s） （2-6） 可見，平衡調(diào)幅信號正好是調(diào)制信號和被調(diào)制信號（即載波） 的乘積。因此，平衡調(diào)幅也叫調(diào)制乘積，而平衡調(diào)幅器實際上是 一個乘法器。將圖2-4（a

5、）的調(diào)制波與（b）的載波逐點相乘， 就得到圖（d）所示的平衡調(diào)幅波。 平衡調(diào)幅波特點 由上述分析可知，平衡調(diào)幅波主要有以下幾個特點 A.不含載波分量 包絡(luò)里面的波形頻率仍為載波頻率， 因為這正是s+和s 的平均值。所以包絡(luò)里的波形可以看作平衡調(diào)幅已調(diào)波的載波。 當然，載頻實際上是沒有的。 B.上下包絡(luò)不再是調(diào)制信號的波形，而是兩邊頻分量的差拍 波形，即為兩邊頻之差。差拍頻率為：（s+）（s） =2 上下包絡(luò)并不反映原調(diào)制信號的波形，所以用普通的振幅檢 波方式檢不出原調(diào)制信號。 但原調(diào)制信號波形可由交替的上下包 絡(luò)波形識別出來，如圖2-4（d）。圖中用實線表示的包絡(luò)與調(diào)制 信號同相，用虛線描出的

6、包絡(luò)與原調(diào)制信號反相。5 C.對應(yīng)調(diào)制信號為零的部分，平衡調(diào)幅波也為零，而且在調(diào) 制信號波形通過零電平轉(zhuǎn)換極性 （由正到負， 或由負到正） 之處， 平衡調(diào)幅波反相180 0 。 這說明平衡調(diào)幅波不但能反映調(diào)制信號振 幅（幅度），而且能反映調(diào)制信號的極性。 它們的關(guān)系是：調(diào)制信號倒相時，平衡調(diào)幅波也倒相。 D.平衡調(diào)幅波在調(diào)制信號的正半周與原載波同相，在調(diào)制信 號的負半周與原載波反相。 由圖可見，載波的正峰點正好對應(yīng)于圖 2-4（d）中的實線包 絡(luò)。因此，如在正峰點期間取樣（d）的波形，則可獲得一系列 脈沖，這些脈沖的峰值就反映了調(diào)制波的形狀，這實際就是同步 檢波的原理。因此，接收機中應(yīng)有一個與

7、發(fā)射端載頻同頻同相的 信號，因載波被抑制，故只能由接收機產(chǎn)生。 色差信號的平衡調(diào)幅 在電視中，實際是對色差信號進行平衡調(diào)幅，其過程同上。 正交平衡調(diào)幅 定義 所謂正交平衡調(diào)幅，就是將兩個色差信號用平衡調(diào)制的方法， 分別調(diào)制在兩個正交的載波上。所謂正交，就是指兩個載波的頻 率相同，而相位相差90 0 。 具體地講，把色差信號 R-Y 調(diào)制在相位為 cossct 的載波分 量上，而把色差信號B-Y調(diào)制在sinsct載波分量上。然后將這 兩個平衡調(diào)幅信號加在一起，就得到了正交平衡調(diào)幅波。6 正交平衡調(diào)幅器的組成（色度信號的形成） 正交平衡調(diào)幅器的方框圖如圖2-6 所示。 圖2-6 正交平衡調(diào)幅器的組

8、成圖 它由五部分組成，即：副載波發(fā)生器、副載波90 0 移相器、R-Y 平衡調(diào)幅器、B-Y 平衡調(diào)幅器、混合器。 副載波為 sinsct 經(jīng) 90 0 移相后與色差信號 R-Y 在 R-Y 平衡 調(diào)幅器中調(diào)制后，輸出的平衡調(diào)幅信號為： F1=（R-Y）cossct 副載波sinsct和色差信號B-Y在B-Y平衡調(diào)幅器中調(diào)制后， 輸出的平衡調(diào)幅信號為： F2=（B-Y）sinsct 平衡調(diào)幅波 F1 和 F2 在線性混合器中相加，即矢量相加， 就得到一個正交平衡調(diào)幅信號（即為色度信號）。 F= F1+ F2 =（R-Y）cossct +（B-Y）sinsct （2-7） 式中 ： 2 2 ) (

9、 ) ( Y B Y R F - + - =7 （2-8） ÷ ø ö ç è æ - - = - Y B Y R tg 1 f （2-9） 也可用圖2-6(b)的矢量圖來表示： 由圖可知，合成矢量F的相位是由兩色差信號的比值來決定。 也就是說，合成矢量F的相位對色調(diào)起決定性作用；合成矢量F 的長度是由兩色差信號的幅度決定，它反映了色飽和度的變化。 因此把F稱為已調(diào)色度信號。 3彩條對應(yīng)的已調(diào)色度信號 彩條對應(yīng)的已調(diào)色度信號的波形 已調(diào)色度信號 F=（ R-Y）cossct +（B-Y）sinsct，要畫 出此色度信號的波形， 首先必

10、須對兩個色差信號的波形進行平衡 調(diào)幅，如圖2-7所示。 為了便于比較，表中同時列出了亮度信號 Y 的電平。總的輸 出彩色視頻信號為色度信號疊加在亮度信號之上， 因而列出了視 頻信號電平值。 視頻信號電平范圍最大值為：Umax=Y+F 視頻信號電平范圍最小值為：Umin=Y-F 傳送彩色圖像時，已調(diào)色度信號和亮度信號合成后，再加上 復(fù)合同步信號、復(fù)合消隱信號、色同步信號（將在后面介紹）稱 為彩條視頻信號，傳送一般彩色圖像時則稱為彩色視頻信號。彩 條視頻信號如圖2-8（c）所示8 圖2-7已調(diào)色差信號的波形 （a）（ R-Y）信號 （b）（ B-Y）信號 （c）cossct （d）FR-Y （e）

11、sinsct （f）FB-Y9 圖2-8 100%幅度彩條波形圖 （a）Y+Fb+S 信號 （b）色度信號F （c）Y+F+Fb+S 信號 表2-2 彩條色差信號及彩條視頻信號電平（100/100） 白 黃 青 綠 紫 紅 藍 黑 R-Y 0 0.11 -0.70 -0.59 0.5 9 0.7 0 -0.11 010 B-Y 0 -0.89 0.3 0 -0.59 0.5 9 -0.30 0.8 9 0 F 0 0.9 0 0.7 6 0.8 3 0.8 3 0.7 6 0.9 0 0 Y 1 0.8 9 0.7 0 0.5 9 0.4 1 0.3 0 0.11 0 Y+F 1 1.7 9

12、1.4 6 1.4 2 1.2 4 1.0 6 1.0 1 0 電平范圍 Y-F 1 -0.01 -0.06 -0.24 -0.42 -0.46 -0.79 0 彩色視頻信號波形與電平壓縮 彩色視頻信號電平壓縮的提出 由彩條視頻信號波形可知，彩條視頻信號的電平范圍已大大 超過了黑白電視所規(guī)定的電平范圍。按黑白標準，電平范圍在 01 之間，黑色電平為零，白色電平為 1。但彩條視頻信號中黃 色和青色的電平最高為 1.79 和 1.46，最高超過了 79%，這表明 彩色信號的幅度遠大于黑白信號。為了達到彩色、黑白兼容的目 的，彩色視頻信號不應(yīng)過分超過黑白信號的動態(tài)范圍。否則對接 收和發(fā)射通道都不利。

13、 如果用未壓縮的信號去調(diào)制電視發(fā)射機的 高頻載波，由于彩電與黑白電視相同，也為殘留邊帶制，于是出 現(xiàn)兩個問題：其一，黃青色信號使調(diào)制器產(chǎn)生過調(diào)制失真，即調(diào)11 幅信號的包絡(luò)將會在色度信號超過 1.35 值時產(chǎn)生削波失真；其 二是紅藍色度信號高于掃描的同步信號電平， 將會干擾和破壞電 視接收機的掃描同步。信號電平變化范圍過大，會由于器件的非 線性或限幅等作用引起彩色失真，甚至影響同步。發(fā)射機采用負 極性調(diào)制，低電平為白色電平，圖像信號電平比白電平還低將會 產(chǎn)生過調(diào)制，從而引起嚴重的失真。因此，要設(shè)法壓縮彩色視頻 信號電平。 如何進行電平壓縮 電平壓縮的原則是在設(shè)計彩色電視時， 盡量不改變黑白信號

14、， 使黑白機的收看效果不受影響，所以要壓縮信號電平，只能壓縮 色度信號電平，并保持亮度信號不變。色度信號電平也不能任意 壓縮，因為壓縮過多會使色度信號過弱，信雜比嚴重下降，不能 順利通過通道，而在終端要完全復(fù)原將發(fā)生困難。因而國家標準 規(guī)定，彩色視頻信號的電平范圍在+1.33-0.33 之間，。實驗證 明，此時一般中等亮度和中等飽和度的彩色都能很好地傳送，而 高亮度、高飽和度的彩色雖有一定失真，但這樣的彩色出現(xiàn)的機 會較少，所以對圖像的彩色質(zhì)量影響不大。 已調(diào)色度信號的壓縮在調(diào)制前進行，即壓縮兩個色差信號， 它們要分別乘上一個小于1的壓縮系數(shù)a 和b，根據(jù)電平范圍在 +1.33 -0.33的規(guī)

15、定，計算可得： a=0.877 b=0.49312 通常把壓縮后的色差信號表示為： V=a (R-Y)=0.877(R-Y) （2-10）U=b (B-Y)=0.493(R-Y) （2-11） 由于兩個壓縮系數(shù)不一樣， 所以壓縮后色度信號的幅度和相 角都與壓縮前不一樣， 在接收機終端把這兩個色差信號適當?shù)胤?大還原，以免失真。放大系數(shù)剛好是壓縮后的倒數(shù)，即： Kv=1/a=1/0.877=1.14 Ku=1/b=1/0.493=2.03 壓縮后的彩條色差信號，和彩色視頻信號電平值列在表 2-3 中。根據(jù)表可畫出壓縮后的彩條信號波形如圖2-9所示。13 圖2-9 壓縮后的彩條信號波形 表2-3

16、壓縮后的彩條信號數(shù)據(jù)14 白 黃 青 綠 紫 紅 藍 黑 V 0 0.09 6 -0.61 5 -0.51 9 0.51 9 0.61 5 0.09 6 0 U 0 -0.43 9 0.14 8 -0.29 1 0.29 1 -0.14 8 0.43 9 0 F 0 0.44 0.63 0.59 0.59 0.63 0.44 0 Y 0 0.89 0.70 0.59 0.41 0.30 0.11 0 最大 值 1 1.33 1.33 1.18 1.00 0.93 0.55 0 電平 范圍 最小 值 1 0.45 0.09 0 -0.18 -0.33 -0.33 0 167 0 283 0 241 0 61 0 103 0 347 0 壓縮后標準彩條色度信號矢量圖 壓縮后的彩條信號的矢量圖， 可根據(jù)上表中算出的數(shù)據(jù)色度 F與相角畫