第2.3節(jié)亮度與色差信號

1、第三節(jié)、亮度與色差信號第三節(jié)、亮度與色差信號本節(jié)要點(diǎn)：1.掌握亮度、色差信號物理含義及它們與基色信號的關(guān)系。2.能繪出標(biāo)準(zhǔn)彩條的亮度和色差信號波形內(nèi)容提要：一、彩色電視信號的形成二、亮度、色差與R、G、B的關(guān)系三、標(biāo)準(zhǔn)彩條亮度與色差信號的波形與特點(diǎn) 為了傳送彩色圖像，從兼容的角度出發(fā)，彩色電視系為了傳送彩色圖像，從兼容的角度出發(fā)，彩色電視系統(tǒng)中應(yīng)傳送一個只反映圖像亮度的亮度信號，統(tǒng)中應(yīng)傳送一個只反映圖像亮度的亮度信號，Y(表示其特表示其特性應(yīng)與黑白電視信號相同性應(yīng)與黑白電視信號相同),同時還需傳送以同時還需傳送以 F 表示表示de 色色度信息。度信息。(Y+F) 亮度方程亮度方程Y = 0.3

2、0R + 0.59G + 0.11B告訴我們告訴我們在在Y、R、G、B這這4個變量中，只有個變量中，只有3個是獨(dú)立的。所以只個是獨(dú)立的。所以只要在傳送要在傳送Y 的同時，再傳送三個基色中的任意兩個即可。的同時，再傳送三個基色中的任意兩個即可。注：（此處的亮度信號注：（此處的亮度信號Y、基色信號、基色信號R、G、B指的是已經(jīng)指的是已經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的電信號。）過光電轉(zhuǎn)換后的電信號。） 由于每個基色信息中都含有亮度信息，如果直接傳送由于每個基色信息中都含有亮度信息，如果直接傳送基色信號，已傳送的亮度信號基色信號，已傳送的亮度信號Y(為各基色亮度總和為各基色亮度總和)與所與所選出的兩個基色所包含的亮度

3、參量就重復(fù)了，因而使得基選出的兩個基色所包含的亮度參量就重復(fù)了，因而使得基色與亮度之間的相互干擾也會十分嚴(yán)重。所以通常選擇不色與亮度之間的相互干擾也會十分嚴(yán)重。所以通常選擇不反映亮度信息的信號傳送色度信息，例如基色信號與亮度反映亮度信息的信號傳送色度信息，例如基色信號與亮度信號相減所得到的色差信號信號相減所得到的色差信號(R-Y)、(G-Y)和和(B-Y)，可，可從中選取兩個代表色度信息。因此，在彩色電視系統(tǒng)中，從中選取兩個代表色度信息。因此，在彩色電視系統(tǒng)中，為傳送彩色圖像，選用了一個亮度信號和兩個色差信號。為傳送彩色圖像，選用了一個亮度信號和兩個色差信號。一、彩色電視信號的形成 其中，亮度

4、信號和已調(diào)色差信號構(gòu)成彩色圖像信號，代表被攝圖像的亮度和色度信息，用以在接收端重現(xiàn)彩色圖像。 復(fù)合消隱和復(fù)合同步信號的作用與特點(diǎn)與黑白電視完全相同，此處不再介紹。 色同步信號是彩色全電視信號所特有的一種信號。 攝象管把紅、藍(lán)、綠光變成三基色信號 R、G、B。為了便于傳送，要把三基色信號 變成一路的全電視信號，這叫彩色編碼。 -要使黑白與彩色電視兼容，要傳送一路亮度信號 Y = 0.30R+0.59G+0.11B。 色度信息用色差信號（R-Y）和（B-Y）來表示。（R-Y）、（B-Y）信號經(jīng)過色度處理，變成一路的色度信號F。色度信號與亮度信號混合，色同步信號，再加上復(fù)合同步和復(fù)合消隱信號，形成一

5、路的彩色全電視信號。 彩色全電視信號是由色度信號F、亮度信號Y（或用B表示）、復(fù)合消隱信號A（包括行消隱和場消隱信號）、復(fù)合同步信號S（包括行同步和場同步信號）等迭加在一起組成的，通?？捎梅朏BAS來表示。在我國消隱電平規(guī)定為零電平，因此，在彩色全電視信號中實(shí)際上并沒有迭加特定的消隱信號。另外，為了接收機(jī)解調(diào)色度信號的需要，在彩色全電視信號中還應(yīng)包括色同步信號，這是由位于行同步后肩，具有十個周期左右的副載波組成。彩色電視信號形成原理FBASSA1、亮度信號及其頻帶和頻譜、亮度信號及其頻帶和頻譜 根據(jù)兼容的需要，傳輸?shù)牟噬娨曅盘栔斜仨毺峁┮粋€攜帶全部亮度信息的信號，黑白電視接收到它可顯示正常

6、的黑白圖像。通過色度學(xué)的分析，已導(dǎo)出當(dāng)選用顯像三基色時亮度公式： Y0.30R十0.59G十0.11B 該亮度信號的帶寬為06MHz，其頻譜能量基本出現(xiàn)在下列頻率上：頻譜圖大致如亮度信號頻譜所示。即能量集中在行頻及其諧波 的周圍，呈梳齒狀。 n和m值越大， 能量越?。幌噜徸V線群間有較大的空隙，一般的空隙寬度可達(dá) /22 /3, 在(2n+1)/2處基本無信號能量分布。 二、亮度、色差與二、亮度、色差與R、G、B的關(guān)系的關(guān)系 色差信號：R-Y=R-（0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G

7、-0.11BB-Y=B-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R-0.59G+0.89B由此可見，Y，RY，BY可以由R、G、B編碼得到。 三個色差信號中只有二個是獨(dú)立的，常選用三個色差信號中只有二個是獨(dú)立的，常選用(R - Y)和和(B - Y)兩個色差代表色度信號。這是因?yàn)閷Υ蠖鄶?shù)彩色來說，兩個色差代表色度信號。這是因?yàn)閷Υ蠖鄶?shù)彩色來說，(G-Y)比比(R - Y)和和(B - Y)數(shù)值要小，如選擇數(shù)值要小，如選擇(G-Y)對改善信噪比不對改善信噪比不利。利。2、色差信號的形成及特點(diǎn)、色差信號的形成及特點(diǎn)色差信號的形成產(chǎn)生原理圖圖 Y、RY、BY信號編碼器信號編碼器Y =0.3

8、0R + 0.59G + 0.11BR-Y=0.70R - 0.59G - 0.11BB-Y= - 0.30R - 0.59G + 0.89BY、RY、BY信號示怎樣產(chǎn)生的？信號示怎樣產(chǎn)生的？ 圖中，R1、R2、R3為矩陣電阻，R0為矩陣輸出電阻。對電阻矩陣電路的要求是信號源的內(nèi)阻和矩陣輸出電阻均遠(yuǎn)小于矩陣電阻。當(dāng)E1、E2、E3分別為基色信號R、G、B，如選擇0.30：0.59：0.11 輸出信號E0即為亮度信號Y；0.70：0.59：0.11，輸出信號E0即為色差信號R-Y；0.30：0.59：0.89，輸出信號E0即為色差信號B-Y。無源電阻矩陣編碼電路簡介比例系數(shù)為負(fù)值時，只需在矩陣系

9、數(shù)為負(fù)的電路中加一級倒相器。 色差信號是由R、G、B信號線性變換得到的，其帶寬和頻譜分布規(guī)律與亮度信號相同，能量在 附近， 頻帶為06MHz，如圖所示。由于人眼對彩色細(xì)節(jié)的分辨力是對黑白細(xì)節(jié)分辨力的1/41/5，故只需以01.3MHz或01.5MHz帶寬傳遞，因此對R-Y、B-Y 信號需用01.3MHz低通濾波器處理，以減少帶寬降低干擾且重現(xiàn)彩色不失真，如圖所示 色差信號的頻譜分布及頻帶色差信號的頻譜分布及頻帶在已知(R-Y)和(B-Y)的情況下，可以容易地求得(G-Y)。令：Y=0.30Y+0.59Y+0.11Y，并與亮度方程相減得：0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）

10、=0即：傳送Y、R-Y、B-Y信號。在接收端，根據(jù)上式先用矩陣電路解出(G-Y)，再計(jì)算(R-Y)+Y=R，(G-Y)+Y=G，(B-Y)+Y=B，即可恢復(fù)出三基色信號。 3、彩色圖像信號的恢復(fù)原理、彩色圖像信號的恢復(fù)原理在接收端收到R-Y、B-Y信號后，通過矩陣電路按式可得出GY信號，再根據(jù)：的關(guān)系，通過矩陣電路即可恢復(fù)出原三基色信號R、G、B，加到彩色顯像管的陰極得出彩色圖像。自會聚彩管采用陰極激勵，加到陰極的基色信號是-R、-G、-B。其激勵電路框圖如圖 對于黑白電視信號， 收到的RGBEx，則利用亮度方程可求得： Y =0.30 Ex+0.59 Ex +0.11 Ex = Ex，R-Y

11、= Ex - Ex =0，B-Y= Ex - Ex =0. GY0，反映色度的信號為零，表明具有很好的兼容性。 彩色不干擾圖像。 在傳送黑白電視圖像時，R、G、B應(yīng)相等，因而色度信號為零。 可簡單證明，該兩信號不攜帶亮度信息。如當(dāng)傳送黑白圖像時，必然RGB。代入式可得：R-Y0、B-Y0。只有傳送色信號時R-Y、B-Y才不可能同時為0。選定Y、R-Y、B-Y后，G-Y 信號不必傳送，根據(jù)Y=0.3R+0.59G+0.11B的關(guān)系，作如下推導(dǎo)： 0.3R +0.59G+0.11B-Y 00.3R+0.59G+0.11B-0.3Y-0.59Y-0.11Y00.3(R-Y)+0.59(B-Y)+0.

12、11(G-Y)=0可得出：G-Y-0.51(R-Y)-0.19(B-Y) 說明色差信號G-Y可不傳送，接收端只需通過電路由R-Y、B-Y信號按式恢復(fù) 在傳送彩色圖像時，三基色電壓R、G、B不相同，若三個值都不為零，則說明該被傳送的彩色是非飽和色，因?yàn)槠渲斜厝话杏上嗟鹊娜@所組成的白色成分。若三個值中有一個或兩個為零，則所傳送的彩色為飽和色。 比如傳送飽和黃色，RG1、B0，其亮度信號和色差信號分別為：Y = 0.30 + 0.59 = 0.89， R - Y =1 - 0.89 = 0.11， B - Y = 0 - 0.89 = -0.89， 此時，(R - Y)和(B - Y)均不

13、為零。 亮度不干擾彩色。 此外，在不計(jì)顯像管失真及傳輸系統(tǒng)非線性的情況下，還可以證明代表色度信息的色差信號受到干擾時，將不影響亮度信號，也不會反映到圖像的亮度上。因而重現(xiàn)圖像的亮重現(xiàn)圖像的亮度就只由所傳送的亮度信號所決定，常稱其為恒定亮度原理度就只由所傳送的亮度信號所決定，常稱其為恒定亮度原理。它正是選擇傳送色差信號的優(yōu)點(diǎn)之一。證明： 以Y =0.30R0 + 0.59G0 + 0.11B0=Y0表示攝像端獲取的原景物亮度，用Yt、(R - Y) t和(B - Y) t分別表示傳輸后的亮度信號和色差信號，相對于發(fā)端信號而言，可能因混入了某種干擾而使幅度有所變化。用于重現(xiàn)彩色圖像的三基色信號分別

14、為： Rd =（R-Y）t+Y t ； Bd =（B-Y）t +Y t Gd =-0.51（R-Y）t -0.1-（B-Y）t +Y t 。 因?yàn)椴挥?jì)入顯像管失真，所以顯示的亮度Yd將為： Yd = 0.30Rd +0.59 Gd +0.11Bd=Y t 。 可見重現(xiàn)的亮度Yd只與所傳送的到接收端的亮度信號Y t有關(guān)，即實(shí)觀了恒定亮度傳輸。 然而，當(dāng)考慮顯像管的非線性電 光轉(zhuǎn)換特性時(即1)，盡管在攝像端對每一基色信號還進(jìn)行校正(開次方)，恒定亮度原理將不再滿足，但影響不大。三、標(biāo)準(zhǔn)彩條亮度與色差信號的波形與特點(diǎn)三、標(biāo)準(zhǔn)彩條亮度與色差信號的波形與特點(diǎn) 1、 什么是標(biāo)準(zhǔn)彩條信號 ？ 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號

15、是用電子方法產(chǎn)生的一種測試信號。 常用以對彩色電視系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行測試和調(diào)整。 該信號圖像為在熒光屏水平方向包含有黑、白、三個基色和三個補(bǔ)色等寬度排列的8個豎條。按亮度順序自左向右排列，依次是白、黃、青、綠、品、紅、藍(lán)、黑。在黑白顯像管上顯示為八條不同灰度的豎條。其中三種基色和三種補(bǔ)色都是顯像管所能顯示的最純的六種顏色，黑、白電平都是標(biāo)準(zhǔn)電平，表明信號的基準(zhǔn)電平幅度。 三基色信號和標(biāo)準(zhǔn)彩條圖像見下頁圖 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號三基色光信號與電信號三基色光信號與電信號 而頻帶寬度, 可從圖分析得知, 綠基色信號頻率最低, 每掃一行, 綠黑變化一次(或說0t1時間等于變化周期)。 如果t1正好等于行掃描正程

16、時間52s, 則綠基色信號的重復(fù)頻率為1/52s, 即19.23 kHz。 彩條三基色信號中藍(lán)基色方波信號重復(fù)頻率最高, 按同樣的算法得其頻率為76.92 kHz。 由此可見, 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號是一種頻率較低的信息, 占有較窄的頻帶。 2、 彩條信號的規(guī)格及主要參數(shù)介紹彩條信號的規(guī)格及主要參數(shù)介紹 彩條信號是彩色電視中經(jīng)常使用的一種測試信號, 它有各種形狀和規(guī)格, 以適應(yīng)彩色電視系統(tǒng)調(diào)整或測試的需要。 在我國, 常用的彩條信號有兩種規(guī)則: 雙數(shù)碼命名法的彩條信號規(guī)則 四數(shù)碼命名法的彩條信號 雙數(shù)碼命名法的彩條信號規(guī)則如圖所示, 與白條對應(yīng)的各基色電平為1, 是基色的最大值, 黑條對應(yīng)的基色電平為0

17、, 是基色的最小值, 因此, 三基色信號的電平非1即0, 由它們配出來的彩條, 沒有摻白, 且幅度最大, 所以稱為100%飽和度和100%幅度的標(biāo)準(zhǔn)彩條, 用雙數(shù)碼表示為100/100彩條。如果三基色信號的最大值仍為1, 而最小值為0.05, 黑條對應(yīng)的各基色電平仍為0, 可見, 其余彩條中, 均含有5%的白光, 如圖5-2(a)所示。 我們可以說此種彩條信號幅度仍為100%, 而飽和度卻降為95%, 即95/100。 這種表示方法一般指未經(jīng)校正的基色信號。 雙數(shù)碼命名法基色信號表示100/10095/100. 四數(shù)碼命名法的彩條信號四數(shù)碼命名法的彩條信號, 常用在電視信號的發(fā)射、 傳送和磁帶

18、錄像中。 第一個數(shù)碼表示白條中三基色信號的最大值, 第二個數(shù)碼表示黑條中三基色信號的最小值, 第三個數(shù)碼表示各彩條中三基色信號的最大值, 第四個數(shù)碼表示各彩條中三基色信號的最小值。例如: 100/0/75/0, 此彩條三基色信號波形如圖所示。對應(yīng)的白條有最大值1, 對應(yīng)的黑條有最小值0, 而6種彩條的三基色信號最大值均為0.75, 最小值均為0。 這種四位數(shù)碼命名的彩條信號是指已經(jīng)過校正的。 圖圖 四數(shù)碼命名法的基色信號表示四數(shù)碼命名法的基色信號表示100/0/75/0彩條彩條100/0/100/0彩條彩條圖 四數(shù)碼命名法的基色信號表示100/0/100/0100/0/75/0應(yīng)當(dāng)注意: (1

19、) 同樣的彩條, 校正前后三基色電平波形不同。 (2) 的彩條信號可用100/0/100/0四位數(shù)碼來表示, 如果該彩條是經(jīng)過校正的話。 由于這種彩條波形簡單, 便于使用, 一般在彩色電視設(shè)備生產(chǎn)和科研中用。 我們在后面研究色差、色度信號時就用這種規(guī)格的彩條信號作為標(biāo)準(zhǔn)。 (3) 彩條信號的主要參數(shù)。 彩條信號的主要參數(shù)有相對幅度、 飽和度和頻帶寬度。 按上述兩式可算出, 100/0/75/0彩條信號的相對幅度為75%, 飽和度為100%。 100/0/100/0彩條信號的相對幅度為100%, 飽和度為100%。 %1001 %100）第一個數(shù)碼第三個數(shù)碼（飽和度第一個數(shù)碼第三個數(shù)碼相對輻度其相對幅度、 飽和度的計(jì)算公式如下: 三、標(biāo)準(zhǔn)彩條的亮度與色度信號波形1、 100/0/100/0彩色電視信號的數(shù)據(jù)計(jì)算 計(jì)算公式：計(jì)算公式：Y =0.30R + 0.59G + 0.11BR-Y=0.70R - 0.59G - 0.11BB-Y= - 0.30R - 0.59G + 0.89BG-Y