彩色电视的彩色重现过程

黑白电视只能传送景物的亮度，最后呈现亮度分布不同的黑白画面；彩色电视不仅要传送景物的亮度，还要传送它的色彩，最后呈现亮度及彩色分布不同的彩色画面。因而彩色电视图象的传输过程与黑白电视有其相同之处，又有其明显不同之处。研究彩色电视的彩色重现过程就是解决彩色信息的传送和接收问题。

客观景物都具有一定颜色，通过实践总结出：自然界绝大多数彩色的光都能分解为红、绿、蓝三种颜色的光，反之，通过适当调配其相互比例，用红、绿、蓝三种颜色也能合成自然界的绝大多数色彩。这种规律称为三基色原理（规定红、绿、蓝三个单色为三基色）。

三基色原理可以用图1进一步说明。把红、绿、蓝三束单色光（截面呈圆形）部分重迭地照射到白色屏幕上，在屏幕上可显示出一幅“品”字形彩色图画。由图可以看到各色光照不到的地方呈黑色；而各单色光照到的地方都满足单色光的相加混色关系：

三基色原理广泛应用于彩色绘画、彩色摄影、彩色印刷、彩色印染等方面，彩色电视也应用了三基色原理。它是把任意的彩色景物分解成红、绿、蓝三个单基色的图象，再把光信息转换成相应的电信息加以传送。最后可以再恢复，重现出红、绿、蓝三个基色光，三基色相加混色后可合成为色彩艳丽的彩色图象。三基色原理是彩色电视的基本原理之一。

利用三基色原理可以用图2所示的思路传送彩色图象信息。

在发送端，利用彩色摄象机的一系列光学系统可将彩色图象分解成红、绿、蓝三个单基色图象，三个基色光的图象信息可分别用R（红）、G（绿）、B（蓝）三个符号表示。再利用摄象机内专门装置将光信号转换成相应的电信号，三个基色电信号分别用E\(_{R}\)（红）、EG（绿）、E\(_{B}\)（蓝）表示。然后，经过信号传输系统的加工、放大等处理过程，在接收端可将三基色电信号加到能够显示红、绿、蓝三种光的显象管，在屏上重现三个单色图象，并将三者准确地迭加在一起，利用三基色的相加混色原理，就可以合成为原来色彩的图象了。

接收端的彩色显象管应当由显示三个单基色的三个显象管组成。每个显象管的荧光屏是由不同性质的荧光材料构成，在三基色电信号的激励下，可以各自呈现出红、绿、蓝三种光。而现代实用的彩色显象管已经将三管巧妙地结合在一起，成为“三合一”的显象管了。目前，彩色投影电视仍然采用前述三管显示法。

彩色电视图象应当包括亮度和色彩两个信息内容，传输和处理彩色电视图象就是传输亮度和色彩两种信息。前面所说的三基色信号既反映了彩色图象的色彩信息，又反映了彩色图象的亮度信息。实际上，图象亮度就是各个单基色图象亮度的迭加效果，而图象的彩色是各基色图象的相加混色效果。按理说传输三基色信号就可以传输彩色图象的全部内容，可以完整无缺地重现彩色图象的全部信息。

但是，当彩色电视机出现的时候，黑白电视机已经大量使用了。这样就要求黑白电视机能够收看彩色电视节目（当然收到的仍是黑白图象），彩色电视机能够收看黑白电视节目（收到仍是黑白图象）。为了达到彩色电视与黑白电视能够互相收看的目的，前面所说的传输三基色信号的方法不能实现上述互相收看的要求。具体说，实用彩色电视不允许直接传输三基色信号，而必须同时传输亮度信号。同样彩色机也不允许只设置三基色信号的处理电路，还必须设置亮度信号处理电路。这样才能使黑白电视机直接接收到彩色电视的亮度信号，使彩色电视机也能够直接接收黑白电视的图象信号。

为了适应两种电视互相收看的要求，即具有兼容性，须将发送端输出的三基色信号加以改造，能够传输亮度信号和色度信号这两种信号。实际的彩色电视广播是按图3过程进行的。发送端将三基色信号进行一定组合后，可以得到反映图象明暗分布的亮度信号E\(_{y}\)和反映图象色彩分布的色度信号F，然后传送亮度Ey及色度F两个信号。为了实现这种信号的转换过程，设置了一种编码矩阵电路，它可以由三基色电信号转变为亮度E\(_{y}\)和色度F。在接收端，反映图象亮度和色度的两个信号同时进入彩色电视机，在接收机内利用亮度信号处理电路（称亮度通道）和色度信号处理电路（称色度通道）分别对亮度信号Ey和色度信号F进行加工处理。但是，彩色显象管不能直接接收亮度信号E\(_{y}\)及色变度信呈F，仍须按三基包原理以三个基色信号激励彩色显象管来重现图象。为此，在彩色电视机内须设置一个完成逆变换作用的解码矩阵电路，它可以由亮度信号Ey及色度信号F恢复出三基色信号E\(_{R}\)、EG、E\(_{B}\)，然后以三基色信号送往彩色显象管重现图象。

进一步分析色度信息可以发现它包括两个方面，一个是色彩的色调，它指颜色的种类，例如红、黄、蓝、白、黑等，另一个是色彩的色饱和度，它指颜色的浓度，例如红色有深浅之别，可分为深红、中红、浅红、微红等等。为了能够正确地、全面地反映色度信息的全部内容，在PAL制中彩色电视传输的色度信号是由两个色度分量结合而成，分别称为红色差信号F\(_{v}\)和蓝色差信号FU。实际上，发送端经过编码矩阵电路输出的信号是亮度信号E\(_{y}\)和两个色度分量Fv、F\(_{U}\)；而接收端的色度通道是对色度分量进行加工处理，即通过解码矩阵电路将亮度信号Ey两个色差信号F\(_{v}\)、FU变换为三基色信号。经过如此处理后的彩色电视信号。在重现彩色图象时才能正确地反映出图象的亮度、色调和色饱和度三方面信息内容。

大家知道，无线电广播中由声音信号调制一个载频后以调幅波形式传输；调频广播中声音信号调制载频后以调频波的形式传输。在电视中图象信号和伴音信号调制载频后，分别以调幅波、调频波的形式传输。目前，彩色电视发射频率很高，一般几十MHz到几百MHz，随着电视技术水平提高，发射频率还要提高，达到十几GHz到几十GHz，图象信号的传输方式也可采用调频制（如卫星直播电视）。经过调制的射频图象信号采用如图4所示的四种方式传播。

①普通的电视广播：将射频彩色电视信号送到电视发射天线，通过空间直接传送到用户电视机接收天线。载频取几十MHz到几百MHz，这是目前最为普遍的一种传输方式。

②电缆传输：用同轴电缆将各种彩色电视信号直接送到用户电视机输入端。电缆电视不仅可以传输一般的电视节目，还可以传输文字及静止图象，进行多重广播，构成双向电缆电视。特别是光导纤维应用于通信后，以光缆代替电缆，有线电视将会蓬勃发展起来。

③微波接力传输：通过4～6GHz微波接力线路传送电视节目。我国具有全国性的微波接力网，可将中央电视台第一套节目以接力形式送到全国各地，各地电视台可将收到的微波信号转变为本地电视频道后再向本地播放。

④卫星传输：将电视信号传送给广播卫星，通过卫星以几GHz到十几GHz的载频转发电视节目，而接收方式有两种，一种是卫星转发功率较小，地面站大型抛物面天线接收到信号后，再由电视台向本地播放，目前多数国家采用这种方式。就我国而言，只需数量不多的卫星转发器就能够覆盖全境，有利于提高电视广播质量。另一种是卫星转发功率较大（100瓦以上），用户仅用直径0.6～1米的抛物面天线就可以直接收看电视节目。卫星传输方式为发展数码电视和高清晰度电视提供了可能性。由此可见，卫星电视广播是普及电视和电视教育，提高教育水平（尤其是边远偏僻地区）的有效手段。目前，卫星电视广播已由实验阶段发展到实用阶段。迄今为止，世界上许多国家先后发射了试验性电视广播卫星，都取得了满意的试验效果。未来的广播卫星功能要进一步提高，诸如增加发射功率、扩大容量、延长寿命以及提高卫星的定点精度和姿态保持精度等。

随着电子科学的飞速发展，经过电视科技工作者的多年研制，电视技术取得巨大的进步。今后随着新型显示器件以及新的集成电路出现，彩色电视新产品将不断地问世。这将给人们文化教育和艺术欣赏带来更美好的前景。(董政武)