第五章PAL制彩色全电视信号和彩色电视机的基本原理Word格式.docx

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图5-1三基色信号波形及其对应的彩条图形

二、彩色信号的规格及其主要参数介绍

彩条信号是彩色电视机中经常使用的一种测试信号，它有各种形状和规格，以适应彩色电视机系统调整或测试的需要。

在我国，常用的彩色信号有两种规格：

1． 

双数码命名法的彩条信号

如图5-1所示，与白条对应的各基色电平为1，是基色的最大值，黑条对应的基色电平为0，是基色的最小值，因此，三基色信号的电平非1即0，由它们配出来的彩条，没有掺白，且幅度最大，所以称为100%饱和度和100%幅度的标准彩条，用双数码表示为100/100彩条。

如果三基色信号的最大值仍为1，而最小值为0.05，黑条对应的各基色电平仍为0，可见，其余彩条中，均含有5%的白光，如图5-2（a）所示。

我们可以说此种彩条信号幅度仍为100%，而饱和度却降为95%，即95/100。

这种表示方法一般指未经γ校正的基色信号。

2． 

四数码命名法的彩条信号

四数码命名法的彩条信号，常用在电视信号的发射、传送和磁带录像中。

第一个数码表示白条中三基色信号的最大值，第二个数码表示黑条中基色信号的最小值，第三个数码表示各彩条中三基色信号的最大值，第四个数码表示各彩条中三基色信号的最小值。

例如：

100/0/75/0，此彩条三基色信号波形如图5-2（b）所示。

对应的白条有最大值1，对应的黑条有最小值0，而6种彩条的三基色信号最大值均为0.75，最小值均为0。

这种四位数码命名的彩条信号是指已经过γ校正的。

应当注意：

（1）同样的彩条，γ校正前后三基色电平波形不同。

（2）图5-1所示的彩条信号也可用100/0/100/0四位数码来表示，如果该彩条是经过γ校正的话。

由于这种彩条波形简单，便于使用，一般在彩色电视机设备生产和科研中用。

我们在后面研究色差、色度信号时就使用这种规格的彩条信号作为标准。

（3）彩条信号的主要参数。

彩条信号的主要参数有相对幅度、饱和度和频带宽度。

其相对幅度、饱和度的计算公式如下：

按上述两式可算出，100/0/75/0彩条信号的相对幅度为75%，饱和度为100%。

。

100/0/100/0彩条信号的相对幅度为100%，饱和度为100%。

而频带宽度，可从图5-1分析得知，绿基色信号频率最低，每扫一行，绿黑变化一次（或说0~t时间等于变化周期）。

如果t正好等于行扫描正程时间52，则绿基色信号的重复频率为1/52，即19.23kHz。

彩条三基色信号中蓝基色方波信号重复频率最高，按同样的算法得其频率为76.92kHz。

由此可见，标准彩条信号是一种频率较低的信息，占有较窄的频带。

5.1.2 

标准彩条的亮度与色度信号波形

一、彩条信号的数据计算

由于电视机送出的彩条信息是两个色差信号和一个亮度信0号，所以可以根据以上标准彩条的规定，利用亮度方程算出各种规范彩条的Y、（R-Y）和（B-Y）。

也可由式（4-2）、（4-3）、（4-4）直接算出彩条各色调的色差信号。

在100/0/100/0彩条中，紫条对应的数据为，R=B=1，G=0，由式（4-1）算得

Y=0.30×

1+0.59×

0+0.11×

1=0.41

是紫条的亮度信号电平。

而

R-Y=1-0.41=0.59

B-Y=1-0.41=O.59

G-Y=0-0.41=-0.41

是紫条对应的三个色度信号的电平。

同理，可算出彩条其余各色调的亮度、色差信号。

我们将计算的数据列入表5-1中。

表5-1 

100/0/100/0彩条信号的数据表

按上述方法，同样可以算出100/0/75/0标准彩条信号的有关数据列入表5－2中。

表5－2 

100/0/75/0彩条信号的数据表

二、标准彩条的亮度与色差信号的波形

根据表5—1的数据可画出其相应的亮度与色差信号波形，如图5—3所示，有图可见，彩条信号的亮度级别是递减的，但非等亮度级差，它是一个含有直流分量的正极性亮度信号，而色差信号却是交流信号。

同理，可按表5-2所列的数据画出100/0/75/0标准彩条的亮度与色差信号波形，见图5-3（b）。

它与100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形相似，只是幅值不同而已。

5.1.3 

彩条图形的色度信号波形特点与矢量图

一、彩条色度信号的矢量图

用示波器观察彩条信号的波形虽可以检查鉴定色通道的质量，但还是很大的局限性，因为从示波器上看到的彩条信号不能直接告诉我们色度信号相位失真的情况以及由这种失真引起的色调畸变。

为了比较准确地测量色度信号振幅和相位失真的大小，并确定这些失真对重现彩色图像的影响，仅靠观察信号的波形还不够，需要用彩条色度信号的矢量图。

因为色度信号的振幅（饱和度）和相位（色调）失真都可以根据它们矢量位置的变化准确求得，所以用矢量图研究和分析彩色信号是十分简便和有效的。

彩条色度信号的矢量图，就是将代表各彩条的色度信号的振幅和相位，用矢量形式表示在矢量坐标中所得到的矢量图。

由式（4—13）我们可得

例如，100/0/100/0彩条信号的黄色，见表5—1，其R—Y=0。

11，B—Y=－0.89，则有

（a）100/0/100/0彩条亮度与色差信号波形；

（b）100/0/75/0彩条亮度与色差信号波形同理，我们将5—1中各色度信号的幅值与初相数值列在表5—3中。

表5—3 

未压缩100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角

根据上表数据，可以画出标准彩条色度信号的矢量图如图5—4所示。

由图可以得出以下结论：

（1）不同色调的矢量处在平面不同位置上。

正如时钟用不同方位代表不同时刻一样，在彩色电视中也仿此法，用不同方位来表示不同色调。

因此，我们常称色度信号矢量图为“彩色钟”。

（2）虽然被传送的彩色都是100%饱和度，但色度信号的长度不尽相同，只有互补的两个彩色矢量长度是相同的，因为互补的二色相加应为白色，即此二色的色度信号矢量之和应为零。

（3）色调相同而饱和度不同的彩色，其色度信号的初相角不变，仅仅矢量大小改变。

例如，幅度仍为100%，而饱和度为50%的黄色，其三基色信号相对幅度应为R=G=1，B=0.5（相当含有50%的混合白光），可算得Y=0.945，而R—Y=0.055，B—Y=—0.445，则|F黄|=0.45，φ黄=173º

此例说明，同样是黄色，若色调不变，则R—Y、B—Y比例不变，φ角不变，饱和度不同，则R—Y与B—Y的大小变了，即色度信号的幅度变了。

这进一步证明了色度信号的模值|F|表示被传送彩色的饱和度，而色度信号的相角φ表示色调。

（4）白色与黑色不算彩色，其饱和度为零，是矢量图的原点。

可见，矢量图上各矢量的大小就表示饱和度的变化，饱和度愈低，越趋向原点。

（5）在矢量图中，任意两个矢量相加可得第三个矢量，合矢量表示该两种彩色混合后的色调。

如红加绿，可得黄色，这样比用公式计算要方便得多。

色度信号还有另一种经过幅度压缩的，见式（4-23）。

我们也可将100/0/100/0彩条信号的已压缩色度信号幅度与初相角计算出来，并列入表5—4中，该色度信号矢量图画于图5—5中，它们表示“彩色钟”，我们常称它为U、V面彩色钟。

最后顺便指出：

显示彩色色度信号矢量图的专门仪器叫做矢量示波器，将彩条色度信号送至矢量示波器中，在荧光屏上就能显示如图5—4或图5—5所示的矢量图，彩色的饱和度失真表现为矢量长度的变化，彩色的色调失真表现为矢量相位的变化。

当矢量偏离原来的位置愈远，表示色调失真愈严重，为了便于鉴别，通常在矢量示波器荧光屏上放置一个透明刻度板，其上标明各种彩条色度信号矢量的正确位置和误差刻度，所以，从刻度板就可直接读出矢量幅度和相位失真的数值。

由于用矢量示波器来检查色度信号失真是非常简便明确，因此，矢量示波器是研究色度信号、调整和维修彩色电视设备十分有用的仪器，在彩色电视台和电视设备制造厂中得到广泛的应用。

表5-4 

压缩后的100/0/100/0彩条信号的合成矢量及相位角

二、色度信号波形与特点

根据表5-3、表5-4便可画出色度信号及红、蓝色度分量的波形图如图5-6所示。

为比较方便，图中用同一符号表示压缩前后相应的信号波形。

由图我们可以看出色度信号波形有以下几个特点：

（1）压缩前后的V、U色差信号，对互相正交的副载波实现平衡调幅，所得的已调色度信号的两分量，FV与FU仍然是互相正交的。

即使FV分量要逐行倒相，仍与FU保持正交关系。

（2）色差信号是对彩色副载波进行平衡调幅，因此，具有平衡调幅波的特点。

调制信号V或U经过零点时，已调波的相位将产生180°

相位移，其振幅由V与U的大小决定。

对应调制信号为零的部分，已调波也为零。

它不含有载波分量。

（3）色度信号波形包络正比于两个色度分量合成矢量的模值。

色度信号的相位取决于两个色度分量之比的反正切。

5.1.4 

彩条图形的复合图像信号波形

彩色图像信号包括亮度信号与色度信号。

从频域来看，亮度信号与色度信号频谱交错；

从时域来看，色度信号叠加在亮度信号电平上，它们叠加后的信号波形如图5—7所示。

它们与扫描所需的同步信号，色同步信号以及消隐信号合成了彩色全电视信号（即FBAS），再去调制图像载波。

我国彩色电视标准中规定，采用负极性调制。

负极性亮度信号仍以扫描同步电平最高为100%，黑电平为76%，白电平最低为20%，以便于增大色度信号不失真的动态范围。

由于原先规定正极性亮度信号最高电平为“1”，最低电平为“0”，为了便于比较，在图5—7的波形右边加了一条向下的倒坐标轴，其刻度仍以“0”表示黑色电平，“1”表示白色电平。

由图可知，色度压缩后，蓝，红色度信号不超过同步电平，而黄，青色度信号也不低于0电平。

从而避免了黄，青色度信号使调制器产生过调制，即调制信号包络将会在色度信号超过1.35值时产生削波失真；

同时避免了由于红，蓝色度信号高于扫描的同步电平而干扰和破坏接收机的扫描同步。

压缩后的彩色图像信号动态范围未超过黑白电视所允许的最大动态范围，即色度信号与亮度信号叠加后，不超出黑白电视信号的最大动态范围，从而保证了彩色电视与黑白电视相兼容。

5.2 

彩色同步信号分析

5.2.1 

色同步信号的功用、矢量图与波形

一、色同步信号的功用

不同的彩色电视制式，色同步信号的作用也不同，由于PAL制是在NTSC制基础上改进而成的，所以PAL制色步信号也是在NTSC制色同步信号基础上改进而成的。

因此，我们就NTSC制与PAL制的色同步信号的作用讨论如下：

1.作为接收机恢复彩色副载波的相位基准

在NTSC制与PAL制中，色差信号对彩色副载波均采用正交平衡调幅方式，即发送时抑制了彩色副载频。

接收端在同步解调时，必须恢复彩色副载波并与发端所用的基准副载波的频率，相位保持一致，才能保证屏幕上的彩色稳定，即所谓的彩色同步。

因此，发送端所提供的色同步信号为接收机恢复副载波提供一个频率与相位基准。

对于NTSC制，色同步信号的作用仅是保证彩色同步，对于PAL制，还有下面一个作用。

2.给接收机提供一个识别信号

由于PAL制中对V色度分量即FV进行了逐行倒相，所以在接收端还要使逐行倒相复原。

也就是说，接收端必须分清哪一行是被倒过相的PAL行，哪一行是未经倒过相的NTSC行，如果把未倒相的NTSC行倒了相，而已倒相的PAL行却未将它倒回原状，则会使重现的彩色产生严重的失真。

因此，要有色同步信号提供一个识别信号，用它来保证收、发两端的逐步行倒相开关（PAL开关）步调一致，即同步。

二、色同步信号的矢量图与波形

色同步信号是在每行逆程期中，即行消隐后肩的消隐电平上传送9~11个周期的基准副载波，如图5-8所示。

所以，色同步信号的宽度为2.250.23μs，波形对称于黑色电平，与行同步前沿间隔为5.60.1μs，色同步脉冲的幅度与行、场同步脉冲的相同，占电视图像信号幅度（包括同步头）的25%，如果电视图像信号的峰值1V，则色同步脉冲的幅度将是0.3V9mv。

为了传送识别信息，色同步信号相邻两行的相位也和色度信号Fv分量逐行倒相一样，即NTSC行的相位是+135°

，而PAL行的相位是-135°

（或+225°

），见图5-9（a）。

这样，接收端便很容易辨别哪行是倒相行，哪行是非倒相行，这种逐行倒相的色同步信号用矢量图表示更清楚，见图5-9（b）。

它是一个逐行相位跳变的摆动矢量，其相位平均值为180°

，就用这个平均色同步信号的相位作为接收机恢复副载波的相位基准。

而摆动的色同步信号相位完成识别任务。

色同步信号矢量可用符号Fb来表示。

如果只看色同步信号本身，它相当于一种占空比较大的高频脉冲串，即64μs时间内只有2.25μs期间存在色同步信号，从频谱上看，它占有较宽的频带，不过能量主要集中在副载频附近即fsc444kHz的频域内，今后，我们就说它占约1MHZ频带宽度。

色同步信号所在频域正是图像色度信号的频域，将会干扰图像，不过它与色度信号不是同时出现，解调是，可利用时域分离法将它们分开，使其互不干扰。

另外，我们也不必担心色同步信号对亮度信号的干扰，因为它只在行消隐期间出现，在此期间，显像管电子束是截止的。

这里应该指出，为了不影响场同步脉冲的分离，应在场同步脉冲（包括均衡脉冲）的9行内，消隐掉色同步信号。

同时，为了保证接收端色同步的稳定性，应使每场中第一个和最后一个色同步信号的相位相同，这样，色同步消隐门每场应前移半行周期，每四场重复，称为色同步迂回消隐门，或简称迂回门，如图5-10所示。

图中↑表示色同步信号的相位为135°

（NTSC行），↓表示相位为-135°

（PAL行）。

在彩色电视技术中，之所以规定色同步迂回消隐门为9行，是因为每场前移半行，相继四场则移动1.5行，再加上场同步脉冲和前后均衡脉冲占7.5行，恰好为9行。

5.2.2　色同步信号的形成原理

产生上述的色同步信号，实际上可以用一个频率为行频率的色同步门脉冲（通常称为K脉冲）控制一个门电路，放过9~11个副载波的正弦波就可以了，为了正好放过101个副载波，要求K脉冲的宽度为2.250.23μs，其前沿应滞后于行同步前沿5.6μs。

为实现色同步信号有135°

的摆动，应将正K脉冲混入V信号，将负K脉冲混进U信号，如图5-11（a）所示。

这样，逆程期的K脉冲和正程期脉冲的色差信号将一起对副载波进行平衡调幅。

由于送入U平衡调幅器的副载波是零相位副载波，因而U信号中的K脉冲和零相位副载波平衡调幅后，在已调U信号中K脉冲对应的位置上就留下相位为180°

的副载波，这就是Fv分量中的色同步信号。

而送入V平衡调制器的副载波是逐行倒相的+90°

或-90°

相位的副载波，V信号中的K脉冲对90°

相位的副载波平衡调幅后，在已调V信号中K脉冲对应的位置上就留下了逐步倒相的+90°

的副载波，就是Fv分量中的色同步信号。

Fu、Fv分量混合后，两色同步信号也随之而混合，则在两个调制器输出端除输出各自的色度分量外，还分别输出±

Kcosωsct和Ksinωsct，其合成的色同步信号第n行有-Ksinωsct与+Kcosωsct与Kcosωsct矢量相加而成，它与水平轴成135°

第n+1行有-Ksinωsct与-Kcosωsct矢量相加而成，它与水平轴成225°

，从而产生了我们所需要的逐行倒相的色同步信号。

图5-11（b）是合成同步信号矢量图，有图可见，NTSC行色同步信号的关键在于形成符合要求的K脉冲，这部分电路在彩电电视中心设备中，称为K脉冲形成器，其工作原理在此省略。

5.3 

彩色全电视信号的波形与特点

前面我们以100/0/100/0彩条信号为例，介绍了负极性彩色全电视信号的形成过程，波形示于图5-7。

为了加深理解，图5-12给出了电视台发送的另一种100/0/75/0负极性彩条信号。

此信号是将表5-12所给色差信号进行幅度压缩形成U、V色差信号后，有已调的红、蓝两个色度分量进行叠加形成色度信号，再与亮度、同步、消隐等其它信号混合而成。

可见，无论是哪种规格的彩条信号所形成的彩色全电视信号，除与黑白全电视信号相同含有亮度、复合同步、复合消隐、均衡等脉冲信号外，还含有彩色信息的色度信号与保证彩色稳步的色同步信号。

这些信号混合后构成彩色全电视信号，缩写为FBAS，是色度、亮度、消隐、同步这四个外文词汇的第一个字母的组合。

这种有多种信号混合而成的信号有如下的特点：

（1）参于混合的各种信号均保持着独立性，也就是说，可用各种方法将它们一一分离。

例如色度与亮度信号在时域重叠而在频域交错，色度与色同步在频域重叠而在时域交错，扫描用的同步与消隐信号在频域、时域均重叠，但在所处电平高低上有区别，它们与图像信号在时域交错，互不干扰。

（2）它是视频单极性信号，既有直流成分，又含交流成分，且是上下不对称的信号，占有0~6MHZ的频带宽度。

（3）对静止的图像而言，其电视信号以帧为周期，其场间、行间相关性也较大；

对活动图像而言，则可说是帧间、行间相关性较大的非周期信号，但其同步与消隐信号仍是周期性的。

（4）它是黑白、彩色电视接收机都能使用的兼容性电视信号。

5.4 

PAL制彩色电视机组成及其原理

随着电视技术的蓬勃发展以及人们对物质文化生活要求的提高，黑白电视机必将被彩色电视机所取代。

由于集成电路电视机比分立元件电视机的性能指标高，稳定性好，并有更多更完善的功能，同时，由于整机零部件大为减少，焊点也相应减少，提了可靠性，再加上不调整化程度提高，便于自动化生产，所以集成电路电视必然要取代分立元件电视机。

目前我国以D7607AP，D7176AP，D7609P，D7193P四片机和CD7680，CD7698二片机为国产化主要机型。

下面我们介绍PALD制集成电路彩色电视机的工作原理，分析各部分作用，掌握彩色全电视信号的传送流程。

5.4.1 

彩电系统框图

彩色电视机的任务，是把天线接收下来的高频彩色电视信号，通过一系列的放大、变换和解码过程还原为三个基色图像信号，最后在彩色显像管的荧光屏上重现出原来彩色图像，在扬声器中还原出伴音。

从信号处理的角度出发，实际上，彩色电视的接收是对上节我们总结的彩色电视信号按其特点逐一分离的过程。

信号分离过程如图5-13所示。

伴音信号的分离方法及处理与黑白电视机相同。

图像信号各种成分的分离，首先是利用频率分离的方法，将视频低端的亮度信号、复合同步信号与高端的色度信号、色同步信号分开；

然后用幅度分离的方法，将复合同步信号和亮度信号分开，用时间分离的方法，将色度信号和色同步信号分开；

最后，再用频率和相位双重分离的方法，将色度信号中的两个正交分量U、V信号分开，信号处理的过程要比黑白电视机复杂，因此，系统组成的方框图也有所不同。

下面按图5-14的方框图，较详细地叙述黑白、彩色兼容的超外差式彩色电视机的原理。

彩色电视机天线接收的射频电视信号，首先通过VHF/UFH调谐器的射频放大；

然后混频，将它变换成中频电视信号，其中图像中频为38MHz，通过声表面波滤波器带通、中频放大器进一步筛选频放大后，进入限幅、同步检波器，从频谱结构上看，它相当于把输入信号载频往低搬迁了38MHz，并将图像与伴音频谱复原。

检波器输出的信号包括：

0~6MHz的亮度信号，载频为4.43MHz的色度信号以及载频为6.5MHz的第二伴音中频信号。

伴音信号采用调频方式，与图像信号在频域上是分开的，经6.5MHz的带通滤波器取出伴音信号，再通过伴音中放，鉴频及功放至扬声器，还原成声音。

同时，为防止伴音干扰图像，采用6.5MHz的陷波器，将伴音信号去除得到彩色全电视信号，该信号又分为三路输出。

第一路输出至亮度通道。

经4.43MHz的吸收回路，消除色度副载波光点干扰而取出亮度信号，但该亮度信号的高频分量也有所损失，会影响清晰度，为此，加入亮度放大勾边电路，使亮度信号的高频成分得以提升。

为使亮度信号与色差信号同时到达解码矩阵电路，还必须对亮度信号进行延长0.6μs，送至矩阵电路作为Y信号输入。

第二路输出送至色度通道。

首先通过4.43MHz的带通放大器，去除亮度信号，取出色度信号及色同步信号；

然后经过色同步分离器将它们分开。

色同步分离器的门控开关是延时约4.4μs后的行同步脉冲，此门脉冲的中心位置正好与同步信号中心位置重合，门脉冲到来时，让色同步取出而抑制色度信号。

分离出的色同步信号，一方面去控制鉴相器，使本机副载波与它同步，而另一方面去控制识别，消色检波电路等。

分离出的色度信号经色度放大器放大后，送至延时解调器，把色度信号分解为FU、FV分量，同时，在这里经过“电平均”，消除相位误差引起的色调畸变。

然后分别送至（R-Y）、（B-Y）同步检波器，分别检出红色差信号和蓝色差信号，再将它们送至解码矩阵，混合出红、绿、蓝三基色信号，经视放输出级分别送到彩色显像管的三个阴极，调制三个电子束的电流大小，重现出彩色图像。

其中，同步检波器所需逐行倒相的正交副载波是由副载波晶振经PAL开关形成的。

第三路输出到扫描同步分离电路，取出行，场复合同步信号，由微分电路取出行同步脉冲送到鉴相器，迫使行振荡器与它同步。

鉴相器的比较信号是行输出级反馈过来的。

经积分器取出场同步信号去控制帧振荡，使场频与它一致，这与黑白电视机完全相同。

应当指出，由于彩色显像管的屏幕尺寸和偏转角一般都较大，电子束线性扫描产生枕形失真的光栅，比黑白显像管的屏幕严重得多，而且由于会聚问题的牵制，不能采用黑白电视机中使用的方法来消除，而是加有枕形校正器，即让、场输出电流相互调制后，再送入偏转线圈来进行枕形失真的校正。

在方框图中会聚电路框图没有画，这是因为自1972年美国RCA公司研制成功自会聚彩色显像管后，从根本上革除了三枪三束荫罩式彩色显像管所必需的动态会聚电路，使彩色显像管的使用几乎和黑白显像管一样方便，这不仅使彩色电视机生产和调试大为方便，而且成本降低。

因此，目前工厂生产的彩色电视机大都是采用自会聚彩色显像管。

而不需要专门设置会聚电路。

一般是从行输出级和场输出级引出行场电流加在会聚线圈上达到会聚校正的目的。

另外，彩色电视机中需要提供许多种直流电压源，如彩色显像管的阳极高压，中、低压电源等。

在实际电路中一般是直流稳压电源仅供给扫描电路，而其它支流电源均由