彩色电视(续)

🏠 首页 《无线电》杂志 1959年 🔗 第11期 🔗 第18页 分类:“现代家庭电子制作”电视讲座辅导材料 🔗 许中明 🔗

前两期介绍了彩色电视的两个终端设备—把彩色图像变成电信号的摄像设备和把电信号变回为彩色图像的显像设备。本期把彩色电视第三个环节—信号传送—作一个简单介绍。

彩色电视信号传送的基本要求是与黑白电视兼容;也就是说,要使彩色电视能在现已发展而且电视机很多的黑白电视波段中广播,使黑白电视机能接收彩色广播节目(收出来是黑白的),而彩色电视机也能收黑白广播节目(收出来也是黑白的)。这样彩色与黑白两个系统互通并行,逐渐完成从黑白到彩色的过渡,一般称为“兼容制”。

要使二者“兼容”,就必须使彩色电视用与黑白同一的频带传送,在我国是8兆赫,图像载频与伴音载频的距离也应相同,在我国是6.5兆赫。为了黑白接收机能收彩色电视广播,彩色电视信号中必须有一个与黑白电视信号相当的,代表亮度的信号。彩色电视接收机的构造也必须能在收到黑白信号时得出黑白的图像。当然,彩色电视的扫描制度—行频和场频—也都应与黑白电视相同。因此要解决下面几个问题:(一)传送什么信号?(二)怎样在现有黑白频道中除了代表亮度的信号外还传送代表颜色的信号,而且后者不致干扰前者?(三)怎样接收这个信号?

传送什么信号?

彩色图像是由红、蓝、绿三个图像合成的,一般说似乎需要传送这三个信号。前面说过,为了黑白电视机接收,在传送表示颜色的信号以外,还必须有一个代表亮度的信号。实际上解决这个问题的办法是:不直接传送红、绿、蓝(R、G、B)三个信号,而把它们合成另三个信号:一个代表总亮度叫“Y信号”,另二信号不代表亮度,只代表三种颜色的相对比例。计算证明,把亮度信号Y与单色信号R、B相减的差信号(R-Y),(B-Y)就是不随亮度变化而只代表三个信号相对比值的。黑白接收机收到这三个信号,利用Y信号控制亮度,可以产生黑白像,彩色电视机收到这三个信号后,按一定比例加减混合,可以得回R、G、B三信号,用来产生三个图像。当(R-Y)、(B-Y)是零时,应该只有亮度没有颜色,屏幕上出现黑白图像。黑白电视信号相当于只有Y没有(R-Y)、(B-Y)的信号,所以在彩色屏幕上能得到黑白图像。

红、绿、蓝三个单色信号R、G、B中都分别代表三单色图像的亮度,因此总亮度信号Y是由R、G、B按一定比例合成的,它的构成是:Y=0.30R+0.59G+0.11B。彩色电视的图像信号实际上是Y信号,信号差R-Y和B-Y混合成的。

收到了上面三个信号,把Y与(R-Y)相加可以得到R,与(B-Y)相加可以得到B,把三者按一定比例混合可以得到G,这样三个颜色的信号都能得到了。

由于人眼对于亮度的差异敏感,对颜色的差异不敏感,也就是说,对亮度图像(黑白图像)的分解力强,所以Y信号用与黑白电视信号相同的频带传送,而(R-Y)、(B-Y)可以用较窄的频道传送。实验证明(R-Y)、(B-Y)的频道可以窄到0.5兆周还不至严重降低图像质量。通常用在2兆赫到0.5兆周间。

怎样传送彩色图像信号?

彩色电视的信号频带与黑白电视的一样宽,里面已经传了一个与黑白电视信号相当的信号Y,那末代表颜色的信号(R-Y)、(B-Y)在什么频道中传送呢?实验证明,Y信号的频谱并不是连续的,而是只在行频的谐波附近有信号,在两个谐波之间存在空隙,显然,(R-Y)、(B-Y)的频谱也是这样,即:像一把梳子,两齿之间的间隔是一个行频。如果挑选一个频率,让这个频率恰恰落在Y信号某两齿之间,也就是说这个频率是(n+\(\frac{1}{2}\))个行频,把代表颜色的信号调制在这个频率上,形成了这个频率上下的边带波,那末这上下边带就会落在Y信号频谱的空隙来,好像两把牙齿交错的梳子(如图8)。

图1
图1 🔍原图 (610×379)

这个(n+\(\frac{1}{2}\))行频的载频我们叫它“副载频”,而这种传输方法叫作“频谱编织式副载频”传输。

利用这种方法传输色度信号对黑白电视的干扰最小,因为电视每帧是625行,而副载频是(n+\(\frac{1}{2}\))个行频,也就是说每过一帧,副载频所引起的干扰要反一个180°,在某一点上第一帧时副载频是使亮度增加一点,到了第二帧,副载频的干扰就是使亮度减少一点,由于人眼的惰性和平均作用,干扰相抵消,看来就很轻微了。

平衡正交调制和同相检波

图2
图2 🔍原图 (1200×726)

下一个问题就是怎样把两个信号(R-Y)、(B-Y)调制在一个副载频上,和怎样把这两个信号自副载频上解调下来,目前通用的办法是用“平衡正交”调制和同相检波。平衡调制器(如图9)中由于信号和载频同时反向加在两个推挽的调制器上,所以输出中只有上下边带,载频部份互相抵消了。正交调制是把(R-Y)和(B-Y)两个信号用两套平衡调制器调分别调在两个相位相差90°的副载频振荡上,然后混在一起送出(见图10)。由于两信号相位互相垂直,所以互不干扰。在接收的方面收到这个混合信号后,把它送上两个同相检波器(如图11),分别检出(R-Y)、(B-Y)信号来。同相检波器的特点是它能检出信号中与所加副载频同相位的信号分量,而与副载频相位差90°的信号检不出来。图12是同相检波器工作原理的说明,a是当信号与副载频同相的情况而б是二者相差90°的情况。从图中可见,当信号与副载频同相时,可以把信号的包络线检下来,而当信号与副载频相位差90°时,没有输出。如把信号分别加在两个同相检波器上,第一个检波器加上一个与(R-Y)同相的副载频,另一个加上一个与(B-Y)信号同相的副载频,就可以把(R-Y)、(B-Y)信号分别检出来。

图3
图3 🔍原图 (776×544)
图4
图4 🔍原图 (1138×612)
图5
图5 🔍原图 (898×774)

显然,用这种检波法必须在接收机里产生两个与发射端(R-Y)、(B-Y)频率、相位都一致的副载频。用本地振荡器做不到这一点,因为它的频率,相位不可能与发射端的保持完全一致。唯一的办法是在发射的信号里加入一个副载频振荡,作为接收端恢复副载频时的相位基准。为了避免它的干扰,基准副载频只在行逆程中同步信号后面传送8至13周(见图13)。

图6
图6 🔍原图 (669×490)

图14、15表示彩色电视系统主要部份的方框图。

图7
图7 🔍原图 (1082×570)
图8
图8 🔍原图 (1098×524)

摄像机的输出R、G、B。在矩阵混合器里分别形成Y、(R-Y)、(B-Y)三个信号,后者分别调制在两个互差90°的副载频上,然后与Y信号混合由发射机发出。接收机检出视频信号后,用同相检波器检出(R-Y)、(B-Y)然后在矩阵混合器里按一定极性、比例相加,还原成R、G、B信号。

彩色电视是电视领域中方兴未艾的一门技术,许多问题的解决方法都还没有最后定案,上面所介绍的只是目前各国通用的一种系统,发展和改进彩色电视,还有待于广大的无线电技术工作者努力。(许中明)