第3章彩色電視的基本原理§3.1色度學的基本知識§3.2彩色圖像的分解與重現§3.3兼容制彩色電視制式§3.4PAL制彩色全電視信號§3.5彩色電視接收機概述§3.6彩色顯像管習題三§3.1色度學的基本知識一、光和彩色名稱頻率/Hz波長/m無線電波紅外線紫外線X射線宇宙射線10510101015102010253x1033x10-23x10-73x10-123x10-17紅橙黃綠青藍紫nm780630600580510450430380

1、可見光：光是一種以電磁波存在的物質。能引起人眼視覺反應的光稱為可見光。

2、可見光性質

（1）在整個電磁波波譜上只占極小的一段，位于紅外線與紫外線之間。太陽光的分解（2）波長在380nm~780nm之間。（3）波長由長到短分別引起人眼紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種色感。即可見光包括七種顏色的光。（4）白色光（如：太陽光）是一種復合光，可以分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種光。

（1）發光物體的顏色：其顏色由該發光體所產生的光譜分布來決定。（2）非發光物體的顏色：由照射光源決定由物體的性質決定由人眼的視覺特性決定3、物體的顏色（3）標準白光源

物體的顏色隨照射光源變化而變化，要確定物體的顏色，必須確定照射光源。A光源、B光源、C光源、D光源。（實際存在的）

E光源（假想的等能量白光源）。二、人眼彩色視覺特性視網膜上光敏細胞桿狀細胞：對亮度敏感，但無色覺。

錐狀細胞：對亮度和色度均敏感。有紅敏、綠敏和藍敏三種細胞。1、人眼的視覺特性2、視力范圍與電視機屏幕人眼視覺最

清楚的范圍水平方向的夾角20°垂直方向的夾角15°屏幕寬高比為4:3或5:4（高清大屏幕一般用16:9）3、亮度特性對同一波長的光，當光的輻射功率不同時，則給人的亮度感覺也不同；輻射功率相同而波長不同，則給人的亮度感覺也是不同的。100806040200相

對

視

敏

度

（%）400500600700

555nm視覺靈敏度：同等能量的光源,人眼對

λ=555nm的黃綠色光的亮度感覺最強。亮度：亮暗如何色調：顏色種類色飽和度：顏色的純度（即深淺）三、彩色的三要素色調和飽和度合稱為色度（F）色度既說明彩色光顏色的類別，又說明了顏色的深淺程度。在彩色電視系統中，實質上是傳輸圖像像素的亮度和色度信息。演示：色調與色飽和度.swf四、三基色原理和混色法

1、混色效應：單色光可以用幾種顏色的混合光來等效，幾種顏色的混合光可以用其他幾種顏色的混合光束等效，這種現象稱為混色效應。2、三基色原理

根據人眼彩色視覺的特性及混色效應，可以從可見光中選取三單色按比例混合，來得到其它單色光。（1）三基色的選取：R、G、B。1）人眼對紅、綠、藍比較敏感；2）紅、綠、藍三基色彼此互為獨立；3）紅、綠、藍三基色混合而成的彩色較為豐富，幾乎能重現自然界中的各種彩色。（2）三基色原理的內容：3）混合色的色調和飽和度由三基色的混合比例決定。4）混合色亮度等于三基色亮度之和。3、混色法：利用三基色按不同比例來獲得彩色的方法。種類：相加混色法和相減混色法。彩色光的混色：相加混色（如：電視）

彩色顏料的混色：相減混色1）三基色按一定比例混合，可以得到自然界中絕大多數顏色；反之，自然界中絕大多數顏色，都可以分解為三基色。2）三基色必須是相互獨立。紅綠藍黃青紫白紅色＋綠色

=

黃色

綠色＋藍色=

青色

藍色＋紅色=

紫色

紅色＋綠色＋藍色=白色

相加混色法：以三圓法來說明紅色＋

青色=白色

綠色

＋

紫色=白色

藍色＋

黃色=白色

兩兩互為補色紅綠藍黃青紫白演示：相加混色.swf

1)空間相加混色法：將三基色光分別投射到同一表面的三個相鄰且足夠近的光點上，當人眼離它們有一定的距離時,人眼就會產生三種基色光混合后彩色感覺。2)時間相加混色法：這種方法利用人眼的視覺惰性，順序地讓三種基色先后出現在同一表面的同一點處，當三種基色光交替出現的速度很快時，人眼感覺到的這三種基色光的混合后的彩色。演示:空間混色和時間混色特性.swf五、亮度方程：

Y=0.30R＋0.59G＋0.11B

電壓方程形式：亮度方程式在彩色電視技術中有著很重要的地位，對彩色圖像進行三基色分解及對三基色進行編碼傳輸，解碼都必須遵循的一個基本公式。EY=0.30ER＋0.59EG＋0.11EB

用三基色光配成100%的白光所需三基色的百分比。§3.2彩色圖像的分解與重現通過彩色攝像機中的分色光學系統來完成圖象三基色分解演示:圖像的攝取并轉換為電信號的過程.swf§3.2彩色圖像的分解與重現被攝物體為一彩條，經過攝像后，在三個攝像管上所形成的三幅基色圖像與信號如下：§3.2彩色圖像的分解與重現在接收端，利用彩色顯像管使三基色光像混合成原彩色圖像§3.3兼容制彩色電視制式所謂兼容，是指黑白電視機與彩色電視機可以互相收看彩色電視臺與黑白電視臺發射的電視節目。正兼容：指黑白電視機能收看彩色電視節目，呈現出的是黑白圖像。

逆兼容：彩色電視機能收看黑白電視節目，呈現出的也是黑白圖像。§3.3兼容制彩色電視制式為實現彩色、黑白相互兼容，必須先對三個基色信號進行一定的編碼。1)亮度信號與色度信號

3.3.1色度信號的編碼傳輸1.色度信號的編碼

編碼信號(最好包含以下兩種)：

1.代表圖像明暗程度的亮度信號

2.代表圖像彩色的色度信號彩色電視系統的傳輸信號不能直接采用R、G、B

信號，為兼容選為亮度信號和色差信號。亮度信號將攝像機輸出的三基色信號電壓，按亮度方程：VY=0.30VR+0.59VG+0.11VB產生方法:由電阻矩陣電路實現。2)色差信號用基色信號減去亮度信號就得到色差信號。R－Y=R－(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R－0.59G－0.11B

B－Y=B－(0.3R+0.59G+0.11B)=－0.3R－0.59G+0.89B

G－Y=G－(0.3R+0.59G+0.11B)=－0.3R+0.41G－0.11B

由于G－Y信號幅值較小,對改善信噪比不利,并且G－Y又可由R－Y和B－Y通過簡單的電阻矩陣合成產生,因此電視系統通常只傳送Y、R－Y和B－Y這三種信號,而不傳送G－Y信號。電壓表達式：

VR-Y=0.70VR

-0.59VG

-0.11VBVB-Y=-0.30VR-0.41VG

-0.11VBVY=0.30VR+0.59VG+0.11VB色差信號的獲得方法色差信號VG-Y

不傳送，按以下關系用矩陣電路得到:0=0.3(R－Y)+0.59(G－Y)+0.11(B－Y)接收端還原三基色信號方法3.3.2頻譜間置原理

1.頻譜間置1)周期方波信號的頻譜分析頻譜:是指信號中各種頻率成分正弦波的幅度與其頻率之間的關系。事實上，所有周期信號的頻譜都是分離譜或離散譜，而所有非周期信號的頻譜都是連續譜。它是一個由分離的譜線組成的頻譜。2)亮度信號的頻譜分析簡單圖像信號的波形和頻譜可以看做是以場頻信號對行頻信號實行了幅度調制的波形，屬于一脈沖調幅波以行頻fH及其奇次諧波為主譜線、其兩側出現以場頻fV為間隔的fH±nfV

、3fH±nfV、5fH±nfV……mfH±nfV的雙重離散譜(其中，m、n均為奇數)。可以看出:隨著諧波頻率的升高，其幅值越來越小，即能量越來越小。實際的活動圖像信號仍是行頻各次諧波頻率的主譜線兩側對稱地分布著場頻各次諧波頻率的譜線群。(注：考慮到實際圖像較復雜，并且也不對稱，所以還應包括偶次諧波)由于圖像信號頻譜實際上是呈梳齒狀的離散譜，在相鄰兩組譜線間存在相當大的空隙，所以我們可以將色度信號安插在這些空隙之間。空隙達主譜線間距的

=87.2%每組譜線所占頻寬約為2Δf=2×20×50=

2kHzmfH±nfV主譜線兩側邊頻數一般不超過203)色差信號的頻譜及頻譜間置色差信號具有和亮度信號相同的頻譜結構：mfH±nfV根據大面積著色原理，將色差信號的頻帶寬度壓縮至1.3MHz以下。頻譜間置原理通過移頻，即通過調制的方法將色差信號的頻譜移到亮度信號的頻譜中間，實現色差信號的頻譜與亮度信號的頻譜交錯。副載波頻率的選擇：fsc=(2n－1)fH/2，即半行頻的奇數倍。2.全射頻彩色電視信號的頻域示意圖

3.3.3NTSC制編碼的基本原理現行三大彩色電視制式：都是兼容制（一個亮度信號，兩個色差信號），區別在于色差信號對副載波的調制方式上。

NTSC——正交平衡調幅制。

PAL——逐行倒相正交平衡調幅制。

SECAM——順序傳送彩色與存儲制。3.3.3NTSC制編碼的基本原理

為使一個載頻攜帶兩個色度信號信息,采用將兩個調制信號分別對頻率相等、相位相差90°的兩個正交載波進行調幅，然后再將這兩個調幅信號進行相加（頻帶寬度沒有增加），這一調制方式稱正交調幅。如果兩個調制信號分別對正交的兩個載波進行平衡調幅，其合成信號即為正交平衡調幅信號。

彩色電視系統中，為實現色度與亮度信號頻譜交錯，應用了正交平衡調幅的方式，只用一個副載波便實現對兩個色差信號的傳輸，而且在解調端采用同步解調又很容易分離出紅色差與藍色差分量。NTSC——正交平衡調幅制組成：由兩個平衡調幅器、副載波90°移相器和線性相加器等部分組成。NTSC制色差信號的正交平衡調幅器原理振幅|F|：取決于色度信號的幅值，決定了所傳送彩色的飽和度相角:取決于色差信號的相對比值，因而它決定了彩色的色調。平衡調幅原理單頻正弦波sinΩt

的平衡調幅矩形波的平衡調幅不含載頻ω0,只有ω0±Ω的兩條邊線譜由于矩形波可分解為頻率為Ω、3Ω、5Ω……各次諧波，因此，可用矩形波的各諧波分別去調制載波，得到頻譜為ω0±Ω，ω0±3Ω，ω0±5Ω……等上、下邊頻帶。（1）去掉載頻，只發送邊頻（減少對亮度信號的干擾）（2）幅值正比與調制信號振幅的絕對值。（3）調制信號為正，平衡調幅波與載波同相；調制信號為負，平衡調幅波與載波反相。平衡調幅波的特點：平衡調幅波的解調采用同步檢波器，在原載波的正峰點對平衡調幅波取樣，得到原來的調制信號。NTSC4.43編碼器原理方框圖3.3.4PAL制編碼的基本原理

PAL制基本上采用了NTSC制的各項技術措施，并增加了一些技術措施來克服NTSC制中對相位失真較敏感的缺點。PAL制——逐行倒相正交平衡調幅制用色差信號(R－Y)和(B－Y)來組成色度信號的。這兩個色差信號均只占用0～1.3MHz,且幅度按百分比進行了一定的壓縮，從而形成U信號和V信號，即

U=0.493(B－Y)

V=0.877(R－Y)

用壓縮后的U、V信號去調制副載波，這樣色度信號為

F=U

sinωsct＋V

cosωsct=FU＋FV

在PAL制中，發送端將已調紅色差信號FV=V

cosωsct實行逐行倒相。3.3.4PAL制編碼的基本原理

即： 發端——周期性改變彩色的相序 收端——采用平均措施，以減輕傳輸相位誤差帶來的影響，抵消相位誤差1.逐行倒相即編碼時

U

信號不變，V

信號逐行倒相。假如第

n

行傳輸的色度信號為第n+1行傳輸的色度信號為第n+2行又為如此反復。PAL色度信號可寫成：F=U

sinωsct±V

cosωsct=U

sinωsct＋Φk(t)V

cosωsct=|F|sin[ωsct＋j(t)]Φk(t)稱為開關函數，為半行頻方波，幅值為±1，反映了逐行倒相。式中：

V信號不倒相行稱為

NTSC

行(或

N

行)，V

信號倒相行稱為

PAL

行(或

P

行)。對紫色其

N

行和

P

行矢量關系及標準彩條信號的

PAL

色度矢量圖如圖所示。

解調時，必須把倒相行

V

信號的相位倒回去，即把

-90相位行的

V

信號通過電路變換成90相位，稱為倒相復原。

2.PAL制編碼調制原理

PAL制編碼器采用逐行倒相正交平衡調幅，與NTSC制編碼器相比，只是多了一個PAL開關，其開關電壓由Φk(t)來控制，其主要工作過程可概括如下:

(1)將R、G、B三個基色信號通過矩陣電路，合成亮度信號Y和色差信號U、V。

(2)將U和V信號通過低通濾波器，只保留1.3MHz以下的低頻信號。

(3)把帶寬限制后的U、V信號分別在平衡調制器對零相位的副載波和±90°相位的副載波進行平衡調幅，并分別輸出FU和±FV色度分量。

(4)由于色差信號通過低通濾波器后，會引起一定的附加延時，因此，為了使亮度信號和色度信號在時間上一致，預先將亮度信號加以延時，其延時量約為0.6μs。

(5)將FU、±FV兩個色度分量與亮度信號Y在加法器疊加，最后輸出彩色全電視信號。

PAL制編碼調制原理方框圖

3.PAL制頻譜間置原理由于逐行倒相,需將半行頻脈沖對副載波調制,使U分量與V分量的主譜線剛好錯開1/2行頻。①1/2行頻間置

②1/4行頻間置：

3.PAL制頻譜間置原理半行頻間置使Y信號與V信號頻譜重疊而相互干擾PAL制采用1/4行頻間置，其副載波頻率為=283.75fH=4.43359375MHz實際上，為了減小副載波對亮度信號的干擾，改善兼容性，PAL制副載頻還附加了25Hz，稱為半場頻間置，即選擇

fsc′=283.75fH＋25Hz=4.43361875MHz②1/4行頻間置：

3.PAL制頻譜間置原理4.PAL制梳狀濾波器解碼原理

電視接收機在收到彩色電視信號并將色度信號F取出后，還應通過PAL制梳狀濾波器來進行解碼，將紅、藍兩色度分量FU、FV從色度信號F中分離出來。在PAL解碼器中，常采用超聲波延時線作梳狀濾波器來完成這一功能。4.PAL制梳狀濾波器解碼原理

設：第n－1行色度信號為

Fn－1=U

sinωsct－V

cosωsct由于V信號逐行倒相，因此

第n行色度信號為

Fn=U

sinωsct＋V

cosωsct工作原理：第n+1行色度信號為:

Fn＋1=U

sinωsct－V

cosωsct

這樣，當Fn－1信號經過延時器延時一行(約延時64μs)并反相后，就正好和Fn同時到加法器和減法器中，經相加或相減后可得:

Fn＋(－Fn－1)=2V

cosωsct=2FV

Fn－(－Fn－1)=2U

sinωsct=2FU4.PAL制梳狀濾波器解碼原理

工作原理：同理，Fn信號經過延時器延時一行再反相后，也正好和Fn＋1同時到加法器和減法器中，經相加或相減后可得:

Fn＋1＋(－Fn)=－2V

cosωsct=－2FV

Fn＋1－(－Fn)=2U

sinωsct=2FU

設：第n－1行色度信號為

Fn－1=U

sinωsct－V

cosωsct由于V信號逐行倒相，因此

第n行色度信號為

Fn=U

sinωsct＋V

cosωsct

第n+1行色度信號為:

Fn＋1=U

sinωsct－V

cosωsct

相減端輸出相加端輸出PAL頻譜相減端幅頻特性相加端幅頻特性4.PAL制梳狀濾波器解碼原理

5.超聲玻璃延時線

作用：將色度信號進行一行(64μs)的延時并反相，正好和下一行的色度信號同時到達加法器或減法器。演示：超聲波延時線原理§3.4PAL制彩色全電視信號3.4.1彩色圖像信號分析

1.三基色信號波形分析

100/0/100/0彩條信號2.標準彩條信號的亮度、色差與色度信號波形

2.標準彩條信號的亮度、色差與色度信號波形

平衡調幅3.彩條圖形的復合圖像信號波形

復合圖像信號包括亮度信號Y和色度信號F。從頻域來看，亮度信號與色度信號頻譜交錯;

從時域來看，色度信號疊加在亮度信號電平上。

由圖可見，彩條圖形的復合圖像信號中的黃條和藍條的最大值分別超過白黑電平±79%。顯然，這樣的彩條信號不僅會使發射機產生過調制失真，而且還將影響接收機的同步。因此，必須對色度信號的幅度進行壓縮。4.色度信號的壓縮

通常規定:在100/0/100/0標準彩條信號情況下，取峰值白色電平與黑色電平差為1，即白色電平為1，黑色電平為0，彩條圖形的復合圖像信號的最大擺動范圍不得超過峰值白色電平和黑色電平以外的33%，也就是說，復合圖像信號電平的最大擺動范圍必須限制在－0.33和+1.33的界限之內。只要將幅度最大的兩個非為互補色的色條(例如黃條和青條)的電平都限定在上限1.33處，則其它各色條的電平就都不會超過33%。傳送黃條時:傳送青條時:將上面兩式聯立求解，得a=0.877，b=0.493根據這一特點，來求解色差信號(B－Y)和(R－Y)的壓縮系數a和b的數值。通常，壓縮后的藍、紅色差信號分別用U、V表示為

U=0.493(B－Y)

V=0.877(R－Y)5.彩條圖形的色度信號波形及其矢量圖

1)彩條色度信號的矢量圖彩條色度信號的矢量圖就是將代表各彩條的色度信號的振幅和相位,用矢量形式表示在矢量坐標中所得到的矢量圖。由式可得考慮B-Y、R-Y色度信號的壓縮，對于紫色，有：V=0.877(R－Y)=0.519U=0.493(B－Y)=0.291壓縮后的色度信號矢量圖壓縮后的色度信號波形圖已壓縮彩條復合圖像信號的波形壓縮后的色度信號波形圖3.4.2色同步信號分析傳送逐行倒相的識別信息，用來保證收、發兩端的逐行倒相步調、次序一致。（1）提供接收機的頻率和相位基準；（2）提供逐行倒相的識別信號。放在每行逆程期、行消隱后肩的消隱電平上，傳送9～11個周期的基準副載波。PAL色同步信號的產生：色同步信號矢量圖PAL制色同步信號3.4.3彩色全電視信號波形的總結

色度信號電平疊加在亮度信號電平上，它們疊加后的復合信號波形與掃描所需的行、場同步信號，色同步信號以及消隱信號共同構成了彩色全電視信號(即FBAS)。

復合信號又稱為彩色全電視信號，可以用

FBAS

表示，其中的

F

代表色度信號，B

代表亮度信號，A

代表復合消隱信號，S

代表復合同步信號和色同步信號。

分量信號：三基色信號

R、G、B；亮度信號

Y、色差信號

R-Y、B-Y；以及

Y、U、V

信號。

復合信號：亮度信號、色度信號和同步信號。

編碼：形成復合信號的處理過程。

編碼器：完成編碼的電路。

PAL制編碼/解碼器的組成及原理

A.基本概念B.PAL

編碼原理

PAL制編碼/解碼器的組成及原理

C.PAL

解碼原理

PAL制編碼/解碼器的組成及原理

§3.5彩色電視接收機概述1、彩色電視信號的分離§3.5彩色電視接收機概述2、彩色電視機的組成原理§3.6彩色顯像管(顯示屏）單槍三束柵網管三槍三束蔭罩管自會聚管3.6.1彩色顯像管的分類及特點§3.6彩色顯像管(顯示屏）3.6.1彩色顯像管的分類及特點3.6.2彩色顯像管的色純與會聚1.色純度的概念導致色純度不良的原因：顯像管在制造過程中的工藝誤差生產彩電廠家色純調整工作的精度不夠生產過程中受到雜散磁場的影響彩色顯像管會受地球磁場的影響所謂色純度，是指單色光柵純凈的程度。3.6.2彩色顯像管的色純與會聚2.會聚的概念靜會聚是指屏幕中心區(A區)的會聚,(A區)是以屏幕高度的80%為直徑的園內面積;（由顯像管制造工藝誤差造成）將三條電子束會合在一起，使它們分別同時擊中熒光屏上任何同一組三基色熒光粉的方法稱為會聚，會聚可分為靜會聚和動會聚兩種。動會聚指屏幕中心區(A區)以外區域(B區)的會聚，即顯像管屏幕四周的會聚。（由熒光屏的曲率中心與電子束的偏轉中心不重合造成）彩色顯像管饋電電路3.6.3彩色顯像管的饋電和附屬電路彩色顯像管各電極所需電壓的大小和種類基本相似，一般可分為燈絲電壓、陰柵電壓、加速極電壓、聚焦極電壓及陽極高壓等，以上電壓均由行輸出變壓器經整流提供。3.6.3彩色顯像管的饋電和附屬電路自動消磁電路TFT-LCD液晶顯示屏的工作原理1、什么是液晶？液晶彩電也稱液晶電視（ＬＣＤ）。液晶彩電的顯示屏采用液態晶體材料制成，具有超薄、健康、無輻射和逐點顯示等優點。液晶是一種在一定溫度范圍內呈現既不同于固態、液態，又不同于氣態的特殊物質態,它既具有各向異性的晶體所特有的雙折射性，又具有液體的流動性。TFT-LCD液晶顯示屏的工作原理偏光板的光透過圖

2、偏光板工作原理TFT-LCD液晶顯示器的工作原理

2、偏光板工作原理3、LCD的結構及原理TFT-LCD液晶顯示器的工作原理A、TN型LCD顯示屏TFT-LCD液晶顯示器的工作原理A、TN型LCD顯示屏3、LCD的結構及原理TN型Normallywhite及normallyblackB、TFTLCD顯示屏ＴＦＴ液晶顯示屏是一種薄形的顯示器件，它由前后兩塊相互平行的透明玻璃（襯底）構成，玻璃襯底間充滿了ＴＮ型液晶體，四周密封組成了一個扁平狀的盒形密封體。在ＴＦＴ液晶顯示屏的后玻璃上蝕刻有許多ＴＦＴ器件，每個ＴＦＴ的漏極Ｄ連接到后玻璃上一定面積的導電區，作為像素電極。將同一行像素上的ＴＦＴ器件的柵極Ｇ連接起來，形成行電極（掃描電極）；將同一列像素上的場效應管源極Ｓ連接起來，形成列驅動電極（數據電極）。在ＴＦＴ液晶顯示屏的前玻璃上，分布著像素的另一個電極。所有這些電極全部連接在一起，形成一路電極，稱為公共（Ｃｏｍｍｏｎ）電極。

液晶電容和存儲電容液晶電容ＣＬｃ：約為０．１ｐＦ，實際應用中并無法將電壓保持到下一次再更新畫面數據的時候儲存電容Ｃ：（一般由像素電極與公共電極走線形成），約為０．５ｐＦ，以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候。薄膜晶體管（ＴＦＴ）基于場效應管的原理制作而成的。在ＴＦＴ液晶顯示屏中，一般將接數據驅動器端接ＴＦＴ器件的源極Ｓ，像素端接ＴＦＴ器件的漏極Ｄ。ＴＦＴ液晶顯示屏主要元器件介紹像素電極和公共電極像素電極分布在后玻璃上，公共電極分布在前玻璃上，它們共同構成像素單元。像素電極、