彩色电视制式与色度解码电路

目前国际上流行的三大彩色电视制式：NTSC制、PAL制和SEAM制。

1 NTSC制

NTSC制又称正交平衡调幅制。

1．I、Q色差信号

为实现和黑白电视兼容，彩色电视都不直接传送三个基色信号，而是传送携带亮度信息的亮度信号和携带色调和饱和度信息的两个色差信号。

亮度信号: Y＝0.30R十0.59G十0.11B  

色度信号 :R-Y＝0.70R-0.59G-0.11B

B-Y＝-0.30R-0.59G＋0.89B

通常，将B-Y压缩后的信号称为U，R-Y压缩后的信号称为V。在NTSC制中，选用Y与色差信号U、V作为传输信号时，

Y、U、V信号的频带关系

在美国、日本等国家选用的NTSC制中，选用Y与色差信号I、Q作为传输信号，

Y、I、Q信号的频带关系

I、Q色差信号与U、V色差信号有一定的关系。点击看I、Q与U、V的关系。

2．NTSC制编码原理

（1）色同步信号

色同步信号的作用是恢复副载波，它位于行消隐的后肩上。

色同步信号波形

（2）色度信号的频谱

为为使亮度、色度信号共用一个频带，实现色度信号与亮度信号间的频谱交错，就必须合理地选择色度副载波信号的频率。NTSC制中副载波频率应为半行频的奇数倍，称为半行频间置。即

式中，n为正整数。

对于场频为50Hz，行频为15625Hz，视频信号带宽为6MHz的NTSC制，选n=284，对应的副载波频率为

对于要和黑白电视M制(525行，视频带宽为4.2MHz)兼容的NTSC制，需把原行频15750Hz改为15734.264Hz，原场频60Hz改为59.94Hz，选取n=228，对应的副载波频率为

点击此处查看NTSC制色度信号的频谱结构

（3）编码器的作用

编码是将三基色信号转换成彩色全电视信号的过程。在对三基色信号进行编码时，首先是将R、G、B基色信号通过编码矩阵变换成Y、R-Y、B-Y（或I、Q）信号。

矩阵变换过程

然后，Y信号延时等处理，对色差信号进行正交平衡调幅，最后再叠加上复合同步信号、复合消隐信号就构成彩色全电视信号。

NTSC制编码器组成框图

3．NTSC制解码器组成与原理

解码器的作用是从彩色全电视信号中还原出三基色信号。一般解码器的组成包括亮度通道、色度通道、色副载波恢复电路和解码矩阵电路。

NTSC制解码器组成框图

4．NTSC制特点

（1）NTSC制主要参数

NTC制标准主要分为两大类：

第一类：扫描行数为625行（行频为15625Hz），场频为50Hz ，视频带宽为6MHz，伴音载频与图像载频之差为6.5MHz，副载波的频率选为4.43MHz。采用这类标准的NTSC制，在编、解码过程中使用U、V信号（二者均占有1.3MHz的带宽）和Y信号作为传输信号，用双边带方式传输。

第二类：扫描行数为525行（行频为15750Hz），场频为60Hz，视频带宽为4.2MHz，伴音载频与图像载频之差为4.5MHz，副载波的频率选为3.58MHz。采用这类标准的NTSC制，在编码过程中使用I、Q色差信号（Q信号占有0.5MHz的带宽，I信号占有1.5MHz的带宽）和Y信号作为传输信号，以不对称边带方式传输，解调时需要加入不同的延时器以保证相位的准确性。

（2）NTSC制特点

与其他两种兼容制彩色电视制式相比，NTSC制具有兼容性好、电路简单、图像质量高等优点，但对相位失真较敏感。

2 SECAM制

SECAM制又称顺序传送彩色与存储复用制，它是将两个色差信号对两个频率不同的副载波进行调频，并逐行轮换后插入到亮度信号的高频端，形成彩色电视信号。

1．SECAM制编码器组成

SECAM制编码器组成包括编码矩阵、副载波陷波电路、延时电路、半行频开关、低通滤波器、视频预加重电路、限幅器、调制器、高频预加重电路、加法器、门电路、鉴相器等。

SECAM制编码器组成框图

2．SECAM制解码器组成

SECAM制解码器组成包括有亮度延时线、副载波陷波器、钟形特性带通滤波器、电子开关、限幅器、变频器、视频去加重、鉴频器、触发器及识别电路等。

SECAM解码器组成框图

3．SECAM制特点

（1）色差信号采用顺序传送和存储复用技术。

（2）对色差信号采用调频调制，选用两个副载波频率，解调时采用鉴频技术。其中，用于调制（R-Y）和（B-Y）的副载波频率分别为f_SR=282f_H=4406.25kHz和 f_SB=272f_H=4250.00kHz

其中，f_H=15625kHz。

（3）存在行顺序效应，设备也较为复杂。

3 PAL制

1．逐行倒相

PAL制又称为逐行倒相正交平衡调幅制，它是在NTSC制的基础上增加了一项逐行倒相措施，即把色度信号中的V分量逐行倒相，而U分量的相位则保持不变。点击V分量逐行倒相原理

PAL 制色度信号的表达式为

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

其中，

式中，F_m是色度信号的振幅，决定了彩色的色饱和度；j是色度信号的相位角，决定了彩色的色调。由此可见，色度信号是一个既调幅又调相的信号。

对比NTSC制与PAL制色度信号表达式，PAL制F_V分量相当于前面增加了一个取值为+1和-1的开关函数。

开关函数波形图

这样，对PAL制色度信号的形成，相当于在NTSC制基础上增加了一个倒相器和一个PAL开关，PAL开关受半行频脉冲控制。

PAL制色度信号形成过程

2．微分相位失真的补偿

采用逐行倒相技术后，可以克服NTSC制相位敏感的缺点。点击看V分量逐行倒相对相位失真的补偿原理。

3．色同步信号

PAL制色同步信号作用除恢复色副载波外，还要具有识别倒相行的功能，因此，其相位也不再NTSC制的180^o，而是±135^o逐行摆动。

PAL制色同步信号矢量图

4．PAL制色度信号的频谱

为使亮度、色度信号共用一个频带，在NTSC制中，副载波的选取采用了二分之一行频间置，U、V频谱正好能落在亮度信号频谱中间；但在PAL制中，因色度信号U、V频谱位置不同（U信号频谱与NTSC制相同，V信号频谱因逐行倒相位置发生变化），若再采取二分之一行频间置，必然会使V信号的频谱与亮度信号的频谱重合在一起，造成亮度与色度信号之间的严重干扰。为此PAL制中副载波的选取采用四分之一行频间置方式，即

式中，n为正整数。

PAL制副载波的选取采用1/4行频间置，虽然可以使已调副载波U、V信号的频谱都移动1/4行频，把Y、U、V三信号的谱线相互错开，但同时也会使得PAL制比NTSC制的半行频间置所造成的副载波干扰更加严重。为此PAL制又采用附加25Hz偏置方式（也称场间交错）使相邻两场的干扰方向相反，互相抵消。

由上述分析，PAL制色副载波的选取可根据下式决定：

取n=284，f_H=15625Hz，可计算出副载波频率为

点击看PAL制色度信号频谱图

5．PAL制编码器组成

PAL制编码器的作用与NTSC制编码器一样，也是将彩色摄像机摄取的三基色信号编码成彩色全电视信号。

PAL制编码器的组成与NTSC制编码器基本相同，只是增加了用于将加到V平衡调制器的色副载波逐行倒相的PAL开关。

PAL制编码器的组成框图

图中的K脉冲（色同步门脉冲）、P脉冲（半行频方波脉冲）、色副载波信号、复合同步和复合消隐信号等由彩色同步机提供。

6．PAL制解码器组成

PAL制解码器的作用与NTSC制解码器作用一样，都是实现从彩色全电视信号中恢复出三基色信号R 、G 、B。目前PAL制彩色电视机广泛采用延时线型解码器，其中包括：亮度通道、色度通道、基准副载波恢复电路和解码矩阵电路等四个组成部分。

PAL_D彩色电视机解码器组成方框图。

7．PAL制式特点

与其他两种制式相比，PAL制具有如下特点：

（1）色度信号的V分量逐行倒相，使得对色度信号因相位畸变引起的失真有明显的改善作用，微分相位失真的容限可扩大到40°。

（2）副载波采用场间交错（25Hz偏置）1/4行频间置，可进一步减小色、亮信号间的干扰。

（3）色同步信号逐行跳变（135°），以提供副载波的基准相位和逐行倒相识别信号。

（4）标准PAL制（PAL_D/K）解码的方法是采用延时解调器（梳状滤波器）分离两个色度分量F_V 、F_U，这样既可减少V、U信号

间的串扰，同时又可减少亮度信号和干扰杂波对彩色的干扰。

（5）传输系统或解码电路中有各种误差时，会有行顺序效应，出现“爬行现象”。

（6）电路、设备较NTSC制复杂，接收机价格较高。

8．色度通道

（1）色度通道作用与组成

作用是从彩色全电视信号中取出色度信号，并进行放大和处理，得到色差信号R-Y和B-Y。其组成包括：色度带通放大器、自动色饱和度控制（ACC）电路、自动消色（ACK）电路、梳状滤波器和同步检波器、色差放大器等。

（2）色度通道工作原理

色度带通放大器：从彩色全电视信号中滤除亮度信号，取出色度和色同步信号，受ACC（自动色饱和度控制电路）和ACK（自动消色电路）电路的控制。

ACK电路：当接收到黑白信号（或彩色信号太弱）时，为消除色度通道的杂波干扰，保证重现正常的黑白图像，ACK电路起控，自动关闭色度通道的工作；当接收到的彩色信号正常时，ACK电路使色度通道自动恢复到正常工作状态。

梳状滤波器：作用是将色度信号分离出两个色差分量F_U、F_V，组成包括一行延时线、加法器和减法器。

梳状滤波器的组成框图。

传统的色度延时电路采用64μs超声波玻璃延时线，其原理是利用输入、输出换能器实现电—超声波—电信号间的转换。

在梳状滤波器中，延时线的精确延时时间为63.943μs，延时后的信号与直通信号在加法器和减法器中运算，完成色度分量的分离任务。

同步检波器：作用是将梳状滤波器输出的色度分量F_U、F_V进行检波处理，得到色差信号U、V。

同步检波器是由乘法器和低通滤波器组成。

同步检波器的组成

是已调平衡调幅信号F_U，是相应的同频同相的载波信号（0^o的副载波），经乘法器运算后的输出信号为

公式中，第一项为幅度压缩后的蓝色差信号，经色差放大器后变为U_B-Y，第二项为副载波的二次谐波，经低通滤波器后被滤除掉。

对于V同步检波器，把相应的平衡调幅信号Usinw_sct换成±Vcosw_sct，载波信号sinw_sct换成±cosw_sct即可，输出相应的为V信号。经低通滤波器后得到红色差信号。

（3）副载波恢复电路

副载波恢复电路的作用是恢复色副载波，同时产生7.8kHz识别信号送PAL开关、ACC、ACK、ARC等电路。

（4）解码矩阵电路

解码矩阵电路作用是首先将R-Y、B-Y通过矩阵变换得到G-Y，然后在由Y与R-Y、B-Y、G-Y形成三基色信号R、G、B，送显像管的三个阴极。

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