认识彩色电视信号

一、光与色

1.光的本质

光的本质是电磁波，真空中的传播速度是3×108m/s。人眼能接收的是波长λ从780nm（纳米）至380nm，频率f为4×1014Hz至7×1014Hz的电磁波，这部分能被人眼能看见的电磁波叫可见光，如图2-1是电磁波波长、频率和颜色间的关系。主要有：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等，色是人眼对不同波长的光的视觉反映。太阳光是主要的白光源，可以分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色可见光，光波长不一样，颜色不同。白光源是获得色光的主要来源。

图2-1　电磁波的波长、频率、颜色种类之间的关系

图2-2　三基色原理示意图

2.彩色的三要素

描述彩色光的三个基本参量分别是：亮度、色调、色饱和度。亮度是指彩色的明亮程度。色调是指颜色的种类，如红、绿、蓝等就是色调，由光的波长决定，色调是彩色的本质参量。色饱和度是指颜色的深浅程度，往色光中加入白光越多，色饱和度越低，白光色饱和度为零，单色光色饱和度100%。色调和色饱和度统称色度。（可以在计算机上实验）

景物的颜色决定于光源的光谱成分和景物表面反射光或者透射光的颜色。光源的光谱成分不同，看到物体的颜色不同；不透明物体的颜色决定于物体表面反射光的颜色，如红色表面反射红光，吸收其他颜色的光，白色物体表面反射所有色光，黑色物体表面吸收所有色光；透光物体的颜色决定于通过光的颜色，如绿色玻璃就只透过绿光，吸收其他所有色光，所看到是绿色。

3.三基色原理

三基色原理是彩色电视技术发展的基础，使得自然界中各种彩色能呈现在电视上和摄像机能记录富多彩的彩色成为可能。主要内容有：彩电技术选择红（R）、绿（G）、蓝（B）三种彼此独立色光作为基色；任何彩色都可由不同比例的三基色光混合而成，这是彩色显像的原理；几乎所有彩色都可分解成不同比例的三基色，这是彩色摄像的原理；三基色光的比例决定色调和色饱和度，亮度由三基色亮度总和决定。相加混色的示意图如图2-2所示。基本的相加混色方程：红+绿=黄；红+蓝=紫；绿+蓝=青；红+绿+蓝=白。

三基色比例不同，就混合出其他彩色。红绿蓝叫三基色，青紫黄叫三补色。

二、彩色电视信号的形成

彩色的电视信号的形成过程就是彩色电视信号的编码过程。

1.彩色电视信号的摄取

根据三基色原理，利用分光系统，将彩色图像分解成红、绿、蓝三幅基色图像，再利用摄像管的电子束扫描和光电转换，将三幅图像的亮度变化转化成电信号VR、VG、VB三基色信号，如图2-3所示。

图2-3　彩色电视信号的摄取

2.亮度和色差信号

三基色信号既包含亮度信号又有色度信号，因此可以用三基色信号得到亮度信号，根据亮度电压方程得到。

亮度信号：VY=0.30VR+0.59VG+0.11 VB。

色度信号就用色差信号表示，用基色信号减去亮度信号，彩电信号的色差信号有：红色差信号VR-Y=VR-VY、绿色差信号VG-Y=VG-VY、和蓝色差信号VB-Y=VB-VY，色差信号由于减去了亮度信息，只表示色度信息。

彩色电视系统只传输红色差和蓝色差信号，不传输幅度比较小的绿色差信号，而且绿色差可由VR-Y和VB-Y合成，VG-Y=-0.51 VR-Y-0.19VB-Y。

3.彩色全电视信号

为了让黑白电视能收看彩色电视节目，彩色电视信号包含色度信号和亮度信号，用8MHz的一个频道带宽传送亮度信号、红色差信号和蓝色差信号三个信号，就需要对信号进行压缩，由于人眼睛对彩色的细节分辨力比对亮度的细节分辨力低，所以对色度信号进行了频带压缩，色差信号经低通滤波后留下0—1.3MHz。为了兼容，在发射时避免幅度过大造成色度失真，还需要将色差信号进行幅度压缩，其中V=0.877VR-Y和U=0.493VB-Y。

在6MHz内，既要传输亮度信号，又要传输色度信号，需要把色差信号的频谱插在亮度信号的频谱间隙中间。由于亮度信号的频谱间存在间隙，就需要将色度信号的频谱进行适当搬移。使用平衡调幅方式进行频谱搬移，选择的载波叫色度副载波fsc，将色差信号与副载波信号相乘，平衡调幅信号解调时必须恢复原副载波。采用正交平衡调幅的方法将色差信号平衡调幅调制在频率相同、相位相差90°的色副载波上。对色度信号的处理方法不同，彩色电视制式分为三种：NTSC制、PAL制、SECAM制。

NTSC制即正交平衡调幅制，就是将色差信号平衡调幅调制在频率相同、相位相差90°的色副载波上，然后再将两个信号矢量叠加即F=FU+FV=Usinωsct+Vcosωsct。主要有美国、日本等使用这种制式，色度副载波fsc选的227.5倍行频约3.58MHz，这种制式叫半行频间置。

为了减小NTSC制色度相位失真敏感问题，引入了PAL制即逐行倒相正交平衡调幅制，就是将色差信号平衡调幅调制在频率相同、相位相差90°的色副载波上，而且对FV信号逐行倒相即F=FU±F V=Usinωsct±Vcosωsc t，其中sinωsc t是0°副载波，cosωsc t是90°副载波。主要有中国、德国等使用这种制式，色度副载波fsc选的283.75倍行频，约4.43MHz，这种制式叫四分之一行频间置。经过正交平衡调幅调制后，色度信号的频率范围是4.43MHz±1.3MHz。

另一种减小色度失真敏感的制式是SECAM制即逐行轮换存储调频制，将两色差信号分别调频调制在两个色度副载波上，主要有法国、苏联等国家使用。(www.xing528.com)

NTSC、PAL制为了电视机能解调还原出原来的信号，需要恢复原来的副载波，因此需要在电视信号行消隐信号后肩上特定位置中加入色同步信号，9～11个周期的色副载波。作为恢复副载波的频率和相位基准，PAL制色同步信号还是NTSC行（不倒相行Fu+Fv，色同步相位+135°）和PAL行（倒相行Fu—Fv，色同步的相位是-135°）的识别信号。

把色度信号F、亮度信号B、复合消隐信号（行消隐和场消隐信号）A、复合同步信号（行同步和场同步信号）及色同步信号S合在一起叫彩色全电视信号FBAS。FBAS的频率范围在0～6MHz，因此也叫视频彩色全电视信号，如图2-4所示是彩条信号（从左到右依次是白、黄、青、绿、红、蓝、黑）的彩色全电视信号波形图。

图2-4　彩色全电视信号

彩色全电视信号的形成就是彩色电视信号的编码过程，图2-5就是彩色全电视信号的编码过程图。

彩色全电视信号调幅调制在高频图像载波fp上，伴音信号调频调制在高频伴音载波fs上，其中fs=fp+6.5MHz；然后将高频图像信号和高频伴音信号混合，图像信号采用残留边带，使高频电视信号在8MHz的带宽内，放大后在天线上发射或在闭路电视系统（CATV系统）传输，也有卫星电视系统传输。如图2-6所示就是高频电视信号的频谱图，其中图像信号带宽7.25MHz，伴音信号带宽0.5MHz，频道间隔0.25MHz，色度信号频率范围3.13MHZ—5.73MHz，色度带宽2.6MHz。

图2-5　彩色电视信号的编码

图2-6　高频电视信号的频谱

任务操作

电视机的使用与调整

一、操作目的

（1）熟悉彩色电视信号的形成。

（2）熟悉彩色全电视信号的组成。

（3）熟悉电视机与闭路电视信号电缆的连接、与DVD的连接。

二、器材及设备

彩色电视机、遥控板、DVD机。

三、操作步骤

（1）连接闭路电视电缆与电视机RF端子连接，播放电视节目。熟悉电视上看见的信号。

（2）用DVD播放彩条信号，将电视调至AV，把DVD的AV线与电视机相连，调节亮度、将色饱和度调至最小，观察彩条的亮度变化。

（3）调节色饱和度，感受颜色的深浅变化。

四、重点提示和注意事项

1.爱护实训器材，文明操作不能损坏。

2.注意用电安全，防止触电事故发生。

五、任务评价

电视机的使用项目任务考评表如表2-1所示。

表2-1　电视机的使用项目任务考评表