目前國(guó)際上流行的三大彩色電視制式：NTSC制、PAL制和SEAM制。

 

3.1  NTSC制

NTSC制又稱正交平衡調(diào)幅制。

1．I、Q色差信號(hào)

為實(shí)現(xiàn)和黑白電視兼容，彩色電視都不直接傳送三個(gè)基色信號(hào)，而是傳送攜帶亮度信息的亮度信號(hào)和攜帶色 調(diào)和飽和度信息的兩個(gè)色差信號(hào)。

亮度信號(hào): Y＝0.30R十0.59G十0.11B 　 　　

色度信號(hào) :R-Y＝0.70R-0.59G-0.11B 

          B-Y＝-0.30R-0.59G＋0.89B 

通常，將B-Y壓縮后的信號(hào)稱為U，R-Y壓縮后的信號(hào)稱為V。在NTSC制中，選用Y與色差信號(hào)U、V作為傳輸信號(hào)時(shí)，

Y、U、V信號(hào)的頻帶關(guān)系

在美國(guó)、日本等國(guó)家選用的NTSC制中，選用Y與色差信號(hào)I、Q作為傳輸信號(hào)，

Y、I、Q信號(hào)的頻帶關(guān)系

I、Q色差信號(hào)與U、V色差信號(hào)有一定的關(guān)系。點(diǎn)擊看I、Q與U、V的 關(guān)系。

2．NTSC制編碼原理

（1）色同步信號(hào)

色同步信號(hào)的作用是恢復(fù)副載波，它位于行消隱的后肩上。

色同步信號(hào)波 形

（2）色度信號(hào)的頻譜

為為使亮度、色度信號(hào)共用一個(gè)頻帶，實(shí)現(xiàn)色度信號(hào)與亮度信號(hào)間的頻譜交錯(cuò)，就必須合理地選擇色度副載 波信號(hào)的頻率。NTSC制中副載波頻率應(yīng)為半行頻的奇數(shù)倍，稱為半行頻間置。即

                                                                                       

式中，n為正整數(shù)。

對(duì)于場(chǎng)頻為50Hz，行頻為15625Hz，視頻信號(hào)帶寬為6MHz的NTSC制，選n=284，對(duì)應(yīng)的副載波頻率為

對(duì)于要和黑白電視M制(525行，視頻帶寬為4.2MHz)兼容的NTSC制，需把原行頻15750Hz改為15734.264Hz，原場(chǎng)頻60Hz改為59.94Hz，選取n=228，對(duì)應(yīng)的副載波頻率為

點(diǎn)擊此處查看NTSC制色度信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)

（3）編碼器的作用

編碼是將三基色信號(hào)轉(zhuǎn)換成彩色全電視信號(hào)的過程。在對(duì)三基色信號(hào)進(jìn)行編碼時(shí)，首先是將R、G、B基色信號(hào)通過編碼矩陣變換成Y、R-Y、B-Y（或I、Q）信號(hào)。

矩陣變換過程

然后，Y信號(hào)延時(shí)等處理，對(duì)色差信號(hào)進(jìn)行正交平衡調(diào)幅，最后再疊加上復(fù)合同步信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)就構(gòu)成彩色全電視信號(hào)。

NTSC制編碼器組成框 圖

3．NTSC制解碼器組成與原理

解碼器的作用是從彩色全電視信號(hào)中還原出三基色信號(hào)。一般解碼器的組成包括亮度通道、色度通道、色副 載波恢復(fù)電路和解碼矩陣電路。

NTSC制解碼器組成框 圖

4．NTSC制特點(diǎn)

（1）NTSC制主要參數(shù)

NTC制標(biāo)準(zhǔn)主要分為兩大類：

    第一類：掃描行數(shù)為625行（行頻為15625Hz），場(chǎng)頻為50Hz ，視頻帶寬為6MHz，伴音載頻與圖像載頻之 差為6.5MHz，副載波的頻率選為4.43MHz。 采用這類標(biāo)準(zhǔn)的NTSC制，在編、解碼過程中使用U、V信號(hào)（二者均占有1.3MHz的帶寬）和Y信號(hào)作為傳輸信號(hào)，用雙邊帶方式傳輸。

第二類：掃描行數(shù)為525行（行頻為15750Hz），場(chǎng)頻為60Hz，視頻帶寬為4.2MHz，伴音載頻與圖像載頻之差為4.5MHz， 副載波的頻率選為3.58MHz。采用這類標(biāo)準(zhǔn)的NTSC制， 在編碼過程中使用I、Q色 差信號(hào)（Q信號(hào)占有0.5MHz的 帶寬，I信號(hào)占有1.5MHz的 帶寬）和Y信號(hào)作為傳輸信號(hào)，以不對(duì)稱邊帶方式傳輸，解調(diào)時(shí)需要加入不同的延時(shí)器以 保證相位的準(zhǔn)確性。

（2）NTSC制特點(diǎn)

與其他兩種兼容制彩色電視制式相比，NTSC制 具有兼容性好、電路簡(jiǎn)單、圖像質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)相位失真較敏感。

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 

3.2  SECAM制

SECAM制又稱順序傳送彩色與存儲(chǔ)復(fù)用制，它是將兩個(gè)色差信號(hào)對(duì)兩個(gè)頻率不同的副載波進(jìn)行調(diào)頻，并逐行輪換后 插入到亮度信號(hào)的高頻端，形成彩色電視信號(hào)。

1．SECAM制編碼器組成

SECAM制編碼器組成包括編碼矩陣、副載波陷波電路、延時(shí)電路、半行頻開關(guān)、低通濾波器、視頻預(yù)加重電路、限 幅器、調(diào)制器、高頻預(yù)加重電路、加法器、門電路、鑒相器等。

SECAM制編碼 器組成框圖

2．SECAM制解碼器組成

SECAM制解碼器組成包括有亮度延時(shí)線、副載波陷波器、鐘形特性帶通濾波器、電 子開關(guān)、限幅器、變頻器、視頻去加重、鑒頻器、觸發(fā)器及識(shí)別電路等。

SECAM解碼器 組成框圖

3．SECAM制特點(diǎn)

（1）色差信號(hào)采用順序傳送和存儲(chǔ)復(fù)用技術(shù)。

（2）對(duì)色差信號(hào)采用調(diào)頻調(diào)制，選用兩個(gè)副載 波頻率，解調(diào)時(shí)采用鑒頻技術(shù)。其中，用于調(diào)制（R-Y）和（B-Y）的副載波頻率分別為f_SR=282f_H=4406.25kHz和 f_SB=272f_H=4250.00kHz

其中，f_H=15625kHz。

（3）存在行順序效應(yīng)，設(shè)備也較為復(fù)雜。

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 

3.3  PAL制

1．逐行倒相

PAL制又稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制，它是在NTSC制的基礎(chǔ)上增加了一項(xiàng)逐行倒 相措施，即把色度信號(hào)中的V分量逐行倒相，而U分量的相位則保持不變。點(diǎn)擊V分量逐行倒相原理

PAL 制色度信號(hào)的表達(dá)式為

                     F=F_U ±F_V=Usinw_sct±Vcosw_sct= F_msin(w_sct±j)           （3-6）

其中，

 

式中，F_m是色度信號(hào)的振幅， 決定了彩色的色飽和度；j是色度信號(hào)的相位角，決定了彩色的色調(diào)。由此可見，色度信號(hào)是一個(gè)既調(diào)幅又調(diào)相的信號(hào)。

對(duì)比NTSC制與PAL制色度信號(hào)表達(dá)式，PAL制F_V分量相當(dāng)于前面增加了一個(gè)取值 為+1和-1的開關(guān)函數(shù)。

開關(guān)函數(shù)波形 圖

這樣，對(duì)PAL制 色度信號(hào)的形成，相當(dāng)于在NTSC制基礎(chǔ)上增加了一個(gè)倒相器和一個(gè)PAL開關(guān)，PAL開關(guān)受半行頻脈沖控制。

PAL制色度信號(hào) 形成過程

2．微分相位失真的補(bǔ)償

采用逐行倒相技術(shù)后，可以克服NTSC制相位敏感的缺點(diǎn)。點(diǎn)擊看V分量逐行倒相對(duì)相位失真的補(bǔ)償 原理。

3．色同步信號(hào)

PAL制色同步信號(hào)作用除恢復(fù)色副載波外，還 要具有識(shí)別倒相行的功能，因此，其相位也不再NTSC制的180^o，而是±135^o逐行擺動(dòng)。

PAL制色同步信號(hào)矢量圖

4．PAL制色度信號(hào)的頻譜

為使亮度、色度信號(hào)共用一個(gè)頻帶，在NTSC制中，副載波的選取采用了二分之一 行頻間置，U、V頻 譜正好能落在亮度信號(hào)頻譜中間；但在PAL制中，因色度信號(hào)U、V頻譜位置不同（U信號(hào)頻譜與NTSC制相同，V信號(hào)頻譜因逐行倒相位置發(fā)生變化），若再采取二分之一行頻間置，必然會(huì)使V信號(hào)的頻譜與亮度信號(hào)的頻譜重合在一起，造成亮度與色度信號(hào)之間的嚴(yán)重干擾。為此PAL制中副載波的選取采用四分之一行頻間置方式，即

                                                         

式中，n為正整數(shù)。

PAL制副載波的選取采用1/4行頻間置，雖然可以 使已調(diào)副載波U、V信 號(hào)的頻譜都移動(dòng)1/4行頻，把Y、U、V三信號(hào)的譜線相互錯(cuò)開， 但同時(shí)也會(huì)使得PAL制比NTSC制的半行 頻間置所造成的副載波干擾更加嚴(yán)重。為此PAL制又采用附加25Hz偏 置方式（也稱場(chǎng)間交錯(cuò)）使相鄰兩場(chǎng)的干擾方向相反，互相抵消。

由上述分析，PAL制色副載波的選取可根據(jù)下 式?jīng)Q定：

                                                  

取n=284，f_H=15625Hz，可計(jì)算出副載波頻率為

  

點(diǎn)擊看PAL制色度信號(hào)頻譜圖

5．PAL制編碼器組成

PAL制編碼器的作用與NTSC制編碼器一樣，也是 將彩色攝像機(jī)攝取的三基色信號(hào)編碼成彩色全電視信號(hào)。

PAL制編碼器的組成與NTSC制編碼器基本相同， 只是增加了用于將加到V平衡調(diào)制器的色副載波逐行倒相的PAL開關(guān)。

PAL制編碼器的 組成框圖

圖中的K脈沖（色同步門脈沖）、P脈沖（半 行頻方波脈沖）、色副載波信號(hào)、復(fù)合同步和復(fù)合消隱信號(hào)等由彩色同步機(jī)提供。

6．PAL制解碼器組成

PAL制解碼器的作用與NTSC制解碼器作用一樣， 都是實(shí)現(xiàn)從彩色全電視信號(hào)中恢復(fù)出三基色信號(hào)R 、G 、B。目前PAL制彩色電視機(jī)廣泛采用延時(shí)線型解碼器，其中包括：亮度通道、色度通道、基準(zhǔn)副載波恢復(fù)電路和解碼矩陣電路 等四個(gè)組成部分。

PAL_D彩色電視機(jī)解碼器組成方框圖。

7．PAL制式特點(diǎn)

與其他兩種制式相比，PAL制具有如下特點(diǎn)：

（1）色度信號(hào)的V分量逐行倒相，使得對(duì)色度信號(hào)因相位畸變引起的失真有明顯的改善作用，微分相位失真的容限可擴(kuò)大到40°。

（2） 副載波采用場(chǎng)間交錯(cuò)（25Hz偏置）1/4行頻間置，可進(jìn)一步減小色、亮信號(hào) 間的干擾。

（3） 色同步信號(hào)逐行跳變（135°），以提供副載波的基準(zhǔn)相位和逐行倒相識(shí)別 信號(hào)。

    （4） 標(biāo)準(zhǔn)PAL制（PAL_D/K） 解碼的方法是采用延時(shí)解調(diào)器（梳狀濾波器）分離兩個(gè)色度分量F_V 、F_U，這樣既可減少V、U信號(hào)

間的串?dāng)_，同時(shí)又可減少亮 度信號(hào)和干擾雜波對(duì)彩色的干擾。

    （5） 傳輸系統(tǒng)或解碼電路中有各種誤差時(shí)，會(huì)有行順序效應(yīng)，出現(xiàn)“爬行現(xiàn)象”。

（6） 電路、設(shè)備較NTSC制復(fù)雜，接收機(jī)價(jià)格較高。

8．色度通道

（1）色度通道作用與組成

作用是從彩色全電視信號(hào)中取出色度信號(hào)，并進(jìn)行放大和處理，得到色差信號(hào)R-Y和B-Y。其組成包括：色度帶通放 大器、自動(dòng)色飽和度控制（ACC）電路、自動(dòng)消色（ACK） 電路、梳狀濾波器和同步檢波器、色差放大器等。

（2）色度通道工作原理

色度帶通放大器：從彩色全電視信號(hào)中濾除亮度信號(hào)，取出色度和色同步信號(hào)，受ACC（自動(dòng)色飽和度控制電路）和ACK（自動(dòng)消色電路）電路的控制。

ACK電路：當(dāng)接收到黑白信號(hào)（或彩色信號(hào)太弱）時(shí)，為消除色度通道的雜波干擾，保證重現(xiàn)正常的黑白圖像，ACK電路起控，自動(dòng)關(guān)閉色度通道的工作； 當(dāng)接收到的彩色信號(hào)正常時(shí)，ACK電路使色度通道自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

梳狀濾波器：作用是將色度信號(hào)分離出兩個(gè)色差分量F_U、F_V，組成包括一行 延時(shí)線、加法器和減法器。

梳狀濾波器的 組成框圖。

傳統(tǒng)的色度延時(shí)電路采用64μs超聲波玻璃延 時(shí)線，其原理是利用輸入、輸出換能器實(shí)現(xiàn)電—超聲波—電信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。

在梳狀濾波器中，延時(shí)線的精確延時(shí)時(shí)間為63.943μs，延時(shí)后的信號(hào)與直通信號(hào)在加法器和減法器中運(yùn)算，完成色度分量的分離任務(wù)。

同步檢波器：作用是將梳狀濾波器輸出的色度分量F_U、F_V進(jìn)行檢波處理，得到色差信號(hào)U、V。

同步檢波器是由乘法器和低通濾波器組成。

同步檢波器的 組成

是已調(diào)平衡調(diào)幅信號(hào)F_U，是相應(yīng)的同頻同相的載波信號(hào)（0^o的副載波），經(jīng)乘法器運(yùn)算后的輸出信號(hào)為

             

公式中，第一項(xiàng)為幅度壓縮后的藍(lán)色差信號(hào)，經(jīng)色差放大器后變?yōu)?em>U_B-Y，第二項(xiàng)為副載 波的二次諧波，經(jīng)低通濾波器后被濾除掉。

對(duì)于V同步檢波器，把相應(yīng)的平 衡調(diào)幅信號(hào)Usinw_sct換成±Vcosw_sct，載波信號(hào)sinw_sct換成±cosw_sct即可，輸出相應(yīng)的為V信號(hào)。經(jīng) 低通濾波器后得到紅色差信號(hào)。

（3）副載波恢復(fù)電路

副載波恢復(fù)電路的作用是恢復(fù)色副載波，同時(shí)產(chǎn)生7.8kHz識(shí)別信號(hào)送PAL開關(guān)、ACC、ACK、ARC等電路。

（4）解碼矩陣電路

解碼矩陣電路作用是首先將R-Y、B-Y通過矩陣變換得到G-Y，然后在由Y與R-Y、B-Y、G-Y形成三基色信號(hào)R、G、B，送顯像管的三個(gè)陰極。