第24節(jié)色度信號(hào)與色同步信號(hào)

第2.4節(jié)色度信號(hào)與色同步信號(hào)本節(jié)要點(diǎn)：1、掌握平衡正交調(diào)幅原理、特性以及色度信號(hào)的形成。2、理解同步信號(hào)的作用、同步檢波原理。3、繪出彩條波形及矢量圖。

內(nèi)容提要：一色度信號(hào)的形成二同步檢波原理三色同步信號(hào)四彩條對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形及矢量圖一、色度信號(hào)形成色度信號(hào)：將兩個(gè)色差信號(hào)分別對(duì)正交的兩個(gè)副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅而得到的信號(hào)。平衡調(diào)幅：平衡調(diào)幅又稱為抑制載波調(diào)幅。抑制載波調(diào)幅可以抑制色度信號(hào)對(duì)亮度信號(hào)的干擾并節(jié)省發(fā)射功率。設(shè)用色差信號(hào)uR-Y=(R-Y)cosΩt對(duì)載波

uSC=USC

cosωSCt進(jìn)行調(diào)幅，則調(diào)幅后信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中，m=(R-Y)／USC。上式表明調(diào)幅波包含了三個(gè)頻率：載波頻率ωSC和兩個(gè)邊頻頻率ωSC±Ω。因?yàn)檩d頻ωSC上不帶任何信息，所以把載頻抑制掉可以節(jié)省發(fā)射功率。載頻抑制后成為平衡調(diào)幅波，平衡調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為上式表明用一個(gè)乘法器將色差信號(hào)與載波相乘就可以得到平衡調(diào)幅波，如下頁圖所示。平衡調(diào)幅波有如下特點(diǎn)：

(1)平衡調(diào)幅波不含載波分量。（由于抑制了載波，可使傳送同樣信息能量所需功率大為減少，減少副載波對(duì)亮度過信號(hào)的干擾。）

(2)平衡調(diào)幅波的極性由調(diào)制信號(hào)和載波的極性共同決定，如兩者之一反相，平衡調(diào)幅波的極性反相；色差信號(hào)(調(diào)制信號(hào))通過0值點(diǎn)時(shí)，平衡調(diào)幅波極性反相180°。（在例子中：調(diào)幅信號(hào)為正值時(shí)，平橫調(diào)幅波與載波同相；調(diào)幅信號(hào)為負(fù)值時(shí)，平橫調(diào)幅波與載波反相。）

圖3-3平衡調(diào)幅波

(a)色差信號(hào)(調(diào)制信號(hào))；(b)副載波信號(hào)；(c)平衡調(diào)幅波

(3)平衡調(diào)幅波的幅度與調(diào)制信號(hào)幅度的絕對(duì)值成正比，與載波振幅無關(guān)。傳送圖像的色差信號(hào)為零時(shí)，平衡調(diào)幅波的值也為零，這樣可以節(jié)省發(fā)射功率，減少了色度信號(hào)對(duì)亮度信號(hào)的干擾。

(4)平衡調(diào)幅波的包絡(luò)不是調(diào)制信號(hào)波形，不能用普通的包絡(luò)檢波方法解調(diào)，只能采用同步檢波器在原載波的正峰點(diǎn)上對(duì)平衡調(diào)幅波取樣，才能得到原調(diào)制信號(hào)。為了在同一頻帶內(nèi)傳送兩個(gè)色差信號(hào)R-Y和B-Y，要將兩個(gè)色差信號(hào)進(jìn)行正交平衡調(diào)幅，這就是用兩個(gè)色差信號(hào)R-Y和B-Y分別對(duì)頻率相同、相位相差90°的兩個(gè)色副載波cosωSCt和sinωSCt進(jìn)行平衡調(diào)幅，然后相加成色度信號(hào)。下頁圖是正交平衡調(diào)幅器方框圖，由兩個(gè)平衡調(diào)幅器、一個(gè)副載波90°移相器和一個(gè)線性相加器組成。2.正交平衡調(diào)幅器－－色度信號(hào)的形成圖正交平衡調(diào)幅色度信號(hào)形成框圖

(a)正交平衡調(diào)幅器；(b)色度信號(hào)矢量圖設(shè)副載波的幅值為1，色差信號(hào)B-Y與副載波sinωSCt在平衡調(diào)幅器中相乘后得到平衡調(diào)幅信號(hào)（B-Y）sinωSCt。副載波sinωSCt經(jīng)90°移相器后，變成cosωSCt，與色差信號(hào)R-Y在平衡調(diào)幅器相乘后得到平衡調(diào)幅信號(hào)（R-Y）

cosωSCt，然后在線性相加器中相加，就得到色度信號(hào)：

式中（R-Y）（B-Y）Fm彩色矢量圖

圖中對(duì)角線的長(zhǎng)度代表色度信號(hào)的幅值，而φ是F的相角。將色度信號(hào)F和亮度信號(hào)Y以及同步、消隱等信號(hào)混合，就得到了彩色全電視信號(hào)。色度信號(hào)的振幅和相角之中包含了彩色圖像的全部色度信息,振幅Fm取決于色差信號(hào)的幅值，決定了所傳送彩色的飽和度；而相角φ取決于色差信號(hào)的相對(duì)比值，決定了彩色的色調(diào)。也就是說，色度信號(hào)是一個(gè)既調(diào)幅又調(diào)相的波形，其幅值傳送了圖像的色飽和度，其相位傳送了圖像的色調(diào)。

同步檢波是利用兩個(gè)色度分量FU和FV的相位差來解調(diào)出色差信號(hào)的，也稱為同步解調(diào)。要從彩色全電視信號(hào)中獲得兩個(gè)色差信號(hào)，首先必須把色度信號(hào)從全電視信號(hào)中分離出來，然后送同步檢波電路，利用兩個(gè)色度分量FV、FU的相位差來解調(diào)出色差信號(hào)的。其解調(diào)原理如圖示。二、色度信號(hào)的同步檢波原理同步檢波方框圖同步檢波器可看成兩個(gè)受副載波控制的開關(guān)，如下圖所示。開關(guān)工作特點(diǎn)是，當(dāng)副載波為正的最大值時(shí)，開關(guān)閉合，其余時(shí)間開關(guān)斷開。將色度信號(hào)F=UsinωSCt+VcosωSCt

送入這兩個(gè)同步檢波開關(guān)。在FU=UsinωSCt分量出現(xiàn)最大值時(shí)，U同步解調(diào)開關(guān)閉合，這時(shí)FV分量恰好為零，從而把U分量解調(diào)出來。同理亦可解調(diào)出V分量。由于控制同步檢波的副載波必須與被檢波的色度信號(hào)相位相同，所以稱同步檢波。其對(duì)應(yīng)波形如圖2-11所示。

同步檢波開關(guān)控制原理圖

式中U/2是解調(diào)輸出的色差信號(hào)，頻帶為0~1.3MHz；其余兩項(xiàng)為副載波的諧波成分，頻率為副載波的二倍，很容易用低通濾波器將其濾除，從而得到色差信號(hào)。同理，用cosωSCt與F相乘，經(jīng)低通濾波器提取出V/2色差信號(hào)分量。同步檢波的數(shù)學(xué)分析

三、色同步信號(hào)1、色同步信號(hào)的功用

是作為接收機(jī)恢復(fù)彩色副載波的相位基準(zhǔn)在同步解調(diào)過成中，需要一個(gè)與發(fā)送端同頻、同相的副載波。在彩色電視中,色差信號(hào)對(duì)彩色副載波均采用正交平衡調(diào)幅方式,即發(fā)送時(shí)抑制了彩色副載頻。接收端在同步解調(diào)時(shí),必須恢復(fù)彩色副載波并與發(fā)端所用的基準(zhǔn)副載波的頻率、相位保持一致,才能保證屏幕上的彩色穩(wěn)定,即所謂的彩色同步。所以在彩色電視接收機(jī)中需要設(shè)置一個(gè)副載波產(chǎn)生電路（副載波恢復(fù)電路）。為保證所恢復(fù)副載波與發(fā)端的副載波同頻、同相，需要發(fā)端在發(fā)送彩色全電視信號(hào)的同時(shí)發(fā)出一個(gè)能反映發(fā)端副載波頻率與相位信息的“色同步信號(hào)”，以使電視接收機(jī)中的副載波恢復(fù)電路所產(chǎn)生的恢復(fù)副載波與發(fā)端的副載波同步。因此,發(fā)送端所提供的色同步信號(hào)為接收機(jī)恢復(fù)副載波提供一個(gè)頻率與相位基準(zhǔn)。2、色同步信號(hào)波形色同步信號(hào)是在每行逆程期中,即行消隱后肩的消隱電平上傳送9~11個(gè)周期的基準(zhǔn)副載波,如圖所示。所以,色同步信號(hào)的寬度為2.25±0.23μs,波形對(duì)稱于黑色電平,與行同步前沿間隔為5.6±0.1μs,色同步脈沖的幅度與行、場(chǎng)同步脈沖的相同,占電視圖像信號(hào)幅度(包括同步頭)的25%,如果電視圖像信號(hào)的峰峰值是1V,則色同步脈沖的幅度將是0.3V±9mV。圖色同步信號(hào)波形色同步信號(hào)的幅度與行步脈沖幅度相等。若以h表示同步脈沖幅度，F(xiàn)b表示色同步信號(hào)，則

色同步信號(hào)與彩色電視信號(hào)一起傳送到接收端，彩色電視機(jī)將其從彩色電視信號(hào)中分離出來，去控制接收機(jī)的副載波發(fā)生器，使之產(chǎn)生與發(fā)送端副載波同頻、同相的恢復(fù)副載波。再將此恢復(fù)副載波加于同步檢波電路，從而解調(diào)出色差信號(hào)。1.5μs行消隱1.5μs黑電平四、彩條圖形的色度信號(hào)波形特點(diǎn)與矢量圖A、未壓縮彩條信號(hào)（100-0-100-0）：1、彩條圖形的色度信號(hào)波形及特點(diǎn)下面分別給出了全電視信號(hào)合成原理圖，100-0-100-0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的亮度信號(hào)、色度信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的數(shù)據(jù)以及未壓縮標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的基色信號(hào)和色差信號(hào)波形圖。編碼矩陣RGBB－YR－YF××付載波發(fā)生器90°移相＋＋Y×Fb彩色全電視信號(hào)全電視信號(hào)合成原理圖注：圖中的c即公式中的Fm

α即φY=0.30R+0.59G+0.11BR-Y=0.70R-0.59G-0.11BB-Y=-0.30R-0.59G+0.89BG-Y=-0.30R+0.41G-0.11B下表計(jì)算所用的計(jì)算公式：計(jì)算舉例例如,100/0/100/0彩條信號(hào)的黃色,見表5-1,其R-Y=0.11,B-Y=-0.89,則有：:資料1標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)數(shù)據(jù)根據(jù)上表作出的彩色電視信號(hào)的波形。100-0-100-0規(guī)格的三基色彩條R－Y色差信號(hào)的平衡調(diào)幅波形B－Y色差信號(hào)的平衡調(diào)幅波形色度信號(hào)的特點(diǎn)周期性奇諧對(duì)稱無直流復(fù)合色度信號(hào)形成彩色全電視信號(hào)的形成圖負(fù)極性100%幅度彩條波形圖

（c）Y+F+Fb+S信號(hào)

（a）Y+Fb+S信號(hào)（b）色度信號(hào)FB、色度信號(hào)幅度壓縮從表和圖中可看出，標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的電平范圍大大超過了黑白電視所規(guī)定的范圍。對(duì)正極性標(biāo)準(zhǔn)黑白電視信號(hào)黑電平為0、白電平為1。而在表、圖中，黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)都超過了黑白電平，其中黃色電平最高為1.79，超過了79%，而紅、藍(lán)條的最小數(shù)值又分別比黑電平低46%和79%。如果彩條信號(hào)未壓縮，則會(huì)造成藍(lán)、紅條彩條信號(hào)幅度高于同步脈沖幅度，破壞同步。黃條、青條信號(hào)低于白色電平，甚至小于0，可使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生過調(diào)制，造成圖像失真，伴音中斷。青條：

＋0.70＝1.33

黃條：

＋0.89＝1.33

可以算出：

a＝0.877，b＝0.493（也可以紅、藍(lán)條的負(fù)峰值不低于-1.33計(jì)算，結(jié)果相同，這里從略）壓縮的彩條信號(hào)及壓縮系數(shù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)彩條信號(hào)的最高電平不超出白電平的33％和最低電平不低于-33％時(shí)，可以適應(yīng)發(fā)射機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍而不致影響接收機(jī)同步。故以此確定壓縮系數(shù)。設(shè)R-Y的壓縮系數(shù)為a，B-Y的壓縮系數(shù)為b；以黃、青條正峰值不超過1.33，列方程計(jì)算出a和b值：，，

實(shí)際中采用V、U符號(hào)代表已壓縮的R-Y和B-Y色差信號(hào)，即：

V＝a(R-Y)＝0.877(R-Y)

U＝b(B-Y)＝0.493(B-Y)壓縮后的色度信號(hào)Fc為：

壓縮彩條信號(hào)（100-0-100-00）：下面分別給出了全電視信號(hào)合成原理圖，100-0-100-0標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的亮度信號(hào)、色度信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的數(shù)據(jù)以及壓縮標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)的基色信號(hào)和色差信號(hào)波形圖與矢量圖。（c）Y+F+Fb+S信號(hào)

（a）Y+Fb+S信號(hào)（b）色度信號(hào)F2、彩條色度信號(hào)的矢量圖 用示波器觀察彩條信號(hào)的波形雖可以檢查鑒定色通道的質(zhì)量,但還有很大的局限性,因?yàn)閺氖静ㄆ魃峡吹降牟蕳l信號(hào)不能直接告訴我們色度信號(hào)相位失真的情況以及由這種失真引起的色調(diào)畸變。為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量色度信號(hào)振幅和相位失真的大小,并確定這些失真對(duì)重現(xiàn)彩色圖像的影響,僅靠觀察信號(hào)的波形還不夠,需要用彩條色度信號(hào)的矢量圖。因?yàn)樯刃盘?hào)的振幅(飽和度)和相位(色調(diào))失真都可以根據(jù)它們矢量位置的變化準(zhǔn)確求得,所以用矢量圖研究和分析彩色信號(hào)是十分簡(jiǎn)便和有效的。 彩條色度信號(hào)的矢量圖,就是將代表各彩條的色度信號(hào)的振幅和相位,用矢量形式表示在矢量坐標(biāo)中所得到的矢量圖。由式(4-13)我們可得

例如,100/0/100/0彩條信號(hào)的黃色,見表5-1,其R-Y=0.11,B-Y=-0.89,則有: 同理,我們將表中各色度信號(hào)的幅值與初相數(shù)值列在表中。表未壓縮100/0/100/0彩條信號(hào)的合成矢量及相位角圖5-4未壓縮色度信號(hào)的矢量圖 根據(jù)上表數(shù)據(jù),可以畫出標(biāo)準(zhǔn)彩條色度信號(hào)的矢量圖如圖所示。 由圖可以得出以下結(jié)論: (1)不同色調(diào)的矢量處在平面不同位置上。正如時(shí)鐘用不同方位代表不同時(shí)刻一樣,在彩色電視中也仿此法,用不同方位來表示不同色調(diào)。因此,我們常稱色度信號(hào)矢量圖為“彩色鐘”。

(2)雖然被傳送的彩色都是100%飽和度,但色度信號(hào)的長(zhǎng)度不盡相同，只有互補(bǔ)的兩個(gè)彩色矢量長(zhǎng)度是相同的,因?yàn)榛パa(bǔ)的二色相加應(yīng)為白色,即此二色的色度信號(hào)矢量之和應(yīng)為零。

(3)色調(diào)相同而飽和度不同的彩色,其色度信號(hào)的初相角不變,僅僅矢量大小改變。例如,幅度仍為100%,而飽和度為50%的黃色,其三基色信號(hào)相對(duì)幅度應(yīng)為R=G=1,B=0.5(相當(dāng)含有50%的混合白光),可算得Y=0.945,而R-Y=0.055,B-Y=-0.445,則｜F黃｜0.45,φ黃=173°。此例說明,同樣是黃色,若色調(diào)不變,則R-Y、B-Y比例不變,φ角不變,飽和度不同,則R-Y與B-Y的大小變了,即色度信號(hào)的幅度變了。這進(jìn)一步證明了色度信號(hào)的模值｜F｜表示被傳送彩色的飽和度,而色度信號(hào)的相角φ表示色調(diào)。

(4)白色與黑色不算彩色,其飽和度為零,是矢量圖的原點(diǎn)?？梢?矢量圖上各矢量的大小就表示飽和度的變化,飽和度愈低,越趨向原點(diǎn)。

(5)在矢量圖中,任意兩個(gè)矢量相加可得第三個(gè)矢量,合矢量表示該兩種彩色混合后的色調(diào)。如紅加綠,可得黃色,這樣比用公式計(jì)算要方便得多。 色度信號(hào)還有另一種經(jīng)過幅度壓縮的。我們也可將100/0/100/0彩條信號(hào)的已壓縮色度信號(hào)幅度與初相角計(jì)算出來,該色度信號(hào)矢量圖畫于下頁圖中,它們表示“彩色鐘”,我們常稱它為U、V面彩色鐘。表壓縮后的100/0/100/0彩條信號(hào)的合成矢量及相位角圖5-5壓縮后的色度信號(hào)矢量圖 最后順便指出:顯示彩色色度信號(hào)矢量