彩色电视信号的产生

自然界里各种景物的颜色千差万别，但几乎所有的颜色都可以由红、绿、蓝三色相加而成。彩色电视信号的产生。首先就是把彩色图象在彩色摄象机中用分光的办法分解为红、绿、蓝三幅图象，并把它变成R（红）、G（绿）、B（蓝）三路电信号，如果把这三路信号同时传送出去，通过电视机接收再还原成红、绿、蓝三幅相加的图象，就能重现原来的彩色画面。实际上同时传送三路信号等于传送三套黑白电视，不但占用的电视频带非常宽，而且发送和接收设备将十分复杂，还不能和现有的黑白电视实现兼容。为了简化发送与接收设备，压缩电视频带并实现与黑白电视兼容，采用编码技术产生一个彩色电视信号，其频带与黑白电视相伺，它既包含有彩色电视专用的色度信号，又包含有黑白与彩色电视共用的亮度信号。编码的方式不同就形成了不同的形色电视制式，我国彩色电视采用的是PAL制。

图1用图解方法表示PAL制彩色电视信号编码的简单过程。日中用粗箭头所示的方向表示彩色电视信号的编码流程，其中R、G、B信号的流程用直条纹粗箭头表示；R—Y和B—Y信号的流程分别用方向相反的比较稀的斜条纹粗箭头表示。副载波用比较密集的小斜方格组箭头表示其流程，经PAL开关逐行倒相的副载波仍用小斜方格箭头表示，不过在中间加上粗条隔线以示区别。R—Y和B—Y经调制后分别用方向相反的比较密的斜条纹粗箭头表示。箭头中的缺口或凸出口表示加入色同步信号。空白的粗箭头表示亮度信号。图中并将彩条信号在编码过程中各处的波形画出作参考。下边就PAL制彩色电视信号的编码过程作简要的介绍。

1．亮度信号和色度信号的产生：彩色电视中称亮度信号为Y信号，它可以从R、G、B三个电信号中，按一定比例各取一部分然后相加而成。通过理论分析和实验得知：当Y=0.30R＋0.59G＋0.11B时，就是黑白电视所传送的亮度信号。R、G、B三个电信号中各减去Y信号以后就得到色差信号如下式表示：

因为亮度信号是从R、G、B三个信号中取出的，所以在传送Y信号的同时只需要传送二个色差信号就可以重新得到第三个色差信号。目前彩色电视中选择传送的是R—Y和B—Y二个色差信号。

从图1可以看出R、G、B三个电信号经矩阵电路后产生Y、R—Y和B—Y三个信号。图2示出矩阵电路的原理方框图，从图2可以看出R、G、B三个电信号经过电阻分压后，分别取得0.30R、0.59G和0.11B，然后通过相加电路就获得亮度信号Y。Y信号再通过倒相电路得到负的Y信号，最后通过相加电路分别和R信号以及B信号相加就得到色差信号R—Y和B—Y。

2．彩色电视信号频带宽度的选择：人眼对颜色细节的分辨力大大低于亮度信号，当图象彩色细节达到一定程度以后，人眼只有亮暗感觉而分辨不出颜色，所以在彩色电视信号传输中，亮度信号和色度信号分别用不同的带宽。其中亮度信号用6MHz带宽，这是因为采用与黑白电视信号相同的带宽以保证传送图象的细节。色度信号采用1.5MHz带宽，虽然色度信号比亮度信号带宽窄，但是仍能够恢复出满意的彩色图象。这好象在清晰的黑白照片上再粗略涂上一些颜色就成了清晰的彩色照片一样。

3．频谱交错原理的应用：为了实现黑白电视与彩色电视的兼容，必须在黑白电视信号的频带内含有色度信号。如果是简单地把亮度信号和色度信号混合在一起传送，则电视接收机就无法分离和恢复出原来的信号。

对黑白电视视频信号（即亮度信号）的频谱分析表明，在0～6MHz频带内，亮度信号没有占满6MHz的视频带宽，即信号频谱分布不是连续的。而是一些分立的一组一组的谱线族，如图3中实线所示，谱线间隔为电视行频f\(_{H}\)，谱线族的幅度随频率升高而逐渐减少，从图中可以看出在二个亮度信号谱线之间有一段空隙（约十几KHz），色度信号也具有类似的频谱分布，因此就可以把色度信号的频谱插在亮度信号频谱间隙中去，如图3中虚线所示。用这样的方法就可以在黑白电视信号的频带内同时传送色度信号，很象种庄稼时两种作物套种一样。

为了保证色度信号频谱一定插在亮度信号频谱间隙之中，必须有一个工作在亮度信号频谱中两个相邻谱线中间的副载波fs\(_{c}\)，如图3中虚线所示。副载波通常选择在亮度信号的高频端，因为这里的频谱空隙大，亮度信号的频谱幅度小，这样色度信号和亮度信号间的干扰也相应减小。我国目前选择的副载波是283与284倍行频中间，频率是4.43361875MHz，简称4.43MHz。副载波一般由晶体振荡器产生。以保证副载波能准确而稳定地工作在亮度信号的频谱间隙之中。

4．调制过程：由图1看出首先让色度信号通过1.5MHz低通滤波器，滤去1.5MHz以上的高频成分，然后送到平衡调幅器对副载波进行调制。由于彩色电视信号中的色度信号是由两个色差信号R—Y和B—Y组成，而只有一个副载波，这样调制就不能用普通的调幅方法，否则只能传送一个色差信号。

为了实现一个副载波上传送两个色差信号，采取将两个色差信号分别调制在频率相同而相位正交（相位差90°）的二个副载波上，然后再把两个已调制的副载波（调制后R—Y称V信号，B—Y称U信号）通过相加电路后合成一个，就达到一个副载波上调制二个信号的目的，如图4所示。

由于调制以后的信息是在副载波的边带上，而副载波的本身不包含信息，因此可以把它抑制掉，这就是平衡正交调幅。美国、日本等采用的NTSC制彩色电视就是这样编码的。平衡正交调幅用了很简便的方法实现了彩色电视信号的编码。但是这种方式的信号在传送过程中，由于发送和接收设备的原因，亮度信号变化时容易引起色度信号失真而造成颜色的色调变化。为了改善NTSC制在色度信号传送过程中可能出现的色调失真，PAL制彩色电视将调制色差信号R—Y的副载波送到PAL开关电路（图1示出）进行逐行倒相180°，使这个副载波连续产生相位180°的一个倒相行和一个不倒相行。这样。可以使相邻两行色度信号产生的色度失真正好相反，利用人眼的视觉的平均作用，以及在接收机中采用特殊的解调电路加以平均而将失真互相抵消。

既然色差信号采用了抑制副裁波平衡调幅的方法编码，所以在接收机解码时必须再生一个和原来完全相同的副载波，才能够把原来调制的色差信号检取出来。为了保证接收机产生的副载波的相位和发送的副载波相位完全相同，在编码中还要加入一个色同步脉冲，用来控制和识别再生副载波频率和相位，色同步脉冲是同步信号发生器（图1示出）产生的±K脉冲，±K脉冲是互为倒相的行脉冲，其位置是在行同步脉冲的消隐后肩上，并加在副载波调制前的R—Y和B—Y的信号上，再调制到各自的副载波上，色同步脉冲同时能作为PAL制中识别R—Y的倒相行与不倒相行。

最后把包括有色同步信号在内的色度信号和包括复合同步脉冲在内的亮度信号通过混合电路（图1示出）加在一起就得到彩色全电视信号。彩色金电视信号再同伴音调频信号一起送到发送设备，经过调制后从发射无线中发射出去。用户的彩色电视机收到这个信号后，首先把由天线接收来的高频电视信号变成视频的彩色全电视信号和伴音的音频信号再将接收机视频检波器进来的彩色全电视信号重新恢复成红、绿、蓝三个基色信号。经过接收机内部电路的处理，重现出原来景物的图象。上边所讲的就是电视台产生彩色全电视信号的简单过程。(朱元芳 刘佳智)