【正文】 第四章 兼容制彩色電視制式、編碼與解碼 黑白、彩色電視兼容的可能性 兼容制彩色電視制式 PAL制彩色電視編碼與解碼原理 梳狀濾波器解碼原理 復(fù)習思考題 黑白、彩色電視兼容的可能性 ? 亮度與三基色信號的關(guān)系 。 ? 由前面的討論可知 , 亮度信號 EY可以采用單個攝像管對景物的亮度攝取 , 如 ?黑白電視攝像機一樣 。 但目前彩色攝像機通常由三只攝像管組成 , 對彩色景物攝取并分別得到三基色電信號 ER、 EG、EB, 它們反映了景物各像素的亮度 、 色調(diào)及色飽和度的變化信息 。 如果將三基色信號分別控制顯像管的三個電子束流 , 那么 , 將在彩色顯像管相應(yīng)位置上 , 重現(xiàn)該景物的亮度 、 色調(diào)及色飽和度 。 其重現(xiàn)的亮度是符合亮度方程的 。 ? 換句話說 , 三基色信號以不同比例代數(shù)相加 , 便可以合成亮度信號 , 此亮度信號正是黑白電視系統(tǒng)中所需要的圖像信號 , 它代表景物的亮度變化信息 , 即 : ? EY=++ (41) ? 式中三個系數(shù)之和等于 1, 如果 ER、 EG、 EB都相等且為 1 V, 則 EY也是 1V , 即由它們給出的亮度總和為白色 。 如果 ER 、 EG 、 EB相等但相對值小于 1而大于 0, 則 EY是灰色 。 當ER 、 EG 、 EB均為 0, 則 EY是黑色 。 所以 , 不論明亮程度如何 , 對于黑白圖像 , 三基色信號值相等且與亮度信號相同 。 如果三基色分量不相等 , 三基色信號的比例反映色調(diào) , 它們按 (4 1)式規(guī)定比例相加 , 和值代表此時彩色景物相應(yīng)點呈現(xiàn)的亮度 。 例如 , ER =, EG =, EB = V, 此彩色的總亮度信號為 ? EY= + + = V ? 該彩色的色調(diào)為橙色 , 因為等量的三基色光各取 , 剩下 V紅基色與 V綠基色 , 因其紅比例大于綠而呈現(xiàn)橙色 , 顯然該彩色飽和度低于 100%。 ? 由上可知 , ER、 EG、 EB、 EY四種信號只有三種是獨立的 , 已知任意三種 , 就可以通過加減法矩陣電路來合成第四種 。 由于各項的系數(shù)均小于 1, 所以 , 可以由一些簡單的電阻分壓電路構(gòu)成的電阻矩陣電路來產(chǎn)生 。 。 ? 顯然 , 這給兼容電視提供了方便與可能 , 為了書寫方便 , 今后把以上四種信號 EY 、 ER、 EG 、 EB分別用 Y、 R、 G、 B來表示。 ? 色度信號的編碼傳輸 ? 一 、 色度信號的編碼 ? 要實現(xiàn)彩色與黑白電視的兼容 , 彩色電視信號中應(yīng)當含有僅代表亮度信息而不含有色度信息的亮度信號 , 然后再選擇兩種基色信號。 這樣 , 黑白電視機可直接收看彩色電視信號 。 對于彩色電視機而言 , 可將亮度信號與被選的兩種基色信號組合獲得三基色信號送至彩色顯像管。 例如二基色信號可選用 R、 B, 或 R、 G、 或 G、 B, 第三個基色的大小可由亮度方程和已知二基色的值解得。 但這樣選擇的色度信號有個很大的缺點 , 即亮度信號Y已經(jīng)代表了被傳送彩色光的全部崐亮度 , 而 R、 B或其它兩個基色本身也包含有亮度 , 顯然是多余的 , 且在傳輸過程中易干擾 Y信號。 ? 為了克服這一缺點 , 一般不選基色本身作為色度信號 , 而是對基色信號進行編碼 , 即從基色信號中減去亮度信號 , 編碼后的信號稱為色差信號 。 例如 , RY, BY, GY, 這三種色差信號同樣可以用三基色信號按一定比例合成 。 只要將 (4 1)式從各基色信號中減去 , 便有色差信號與三基色信號之間的關(guān)系如下 : ? RY=[JY](4 2) ? BY=[JY](4 3) ? GY=+[JY](4 4) ? 由于 GY信號數(shù)值較小 , 對改善信雜比不利 , 同時可由簡單的電阻矩陣實現(xiàn) RY, BY和 GY的變換 , 所以 , 通常傳送 Y, RY和 BY, 其中 Y代表亮度信息 , RY, BY代表色度信息。 ? 二 、 傳送色差信號的優(yōu)點 。 ? 。 ? 當選用 Y、 RY、 BY三種信號時 , Y僅表示被傳送景物的亮度 , 而不含色度 , 例如傳輸一灰色時 , 其三基色信號為 R=G=B= V , 它們合成的亮度信號 Y= V。 色差信號必然為零 , 而色差信號只表示色度不表示亮度 , 只要將 (41)式的左邊移到右邊 , 加以整理便可得 ? 0=(RY)+(GY)+(BY) (45) ? 這就是說 , 在 (45)式中 , 三色差信號對亮度的貢獻為零 , 所以色差信號的失真不會影響亮度。 因此 , 黑白電視機只接收彩色電視臺中的 Y信號 , 其效果與收看黑白電視臺一樣 , 不受色差信號的干擾 , 能正常重現(xiàn)原圖像的亮度 , 所以 , 其兼容效果好。 ? 。 ? 所謂恒定亮度原理是指 : 被攝景物的亮度 , 在傳輸系統(tǒng)是線性的前提條件下均應(yīng)保持恒定 , 與色差信號失真與否無關(guān) , 只與亮度信號本身的大小有關(guān) 。 下面舉一例來說明 : 假設(shè)某時刻為一種偏紫的紅色 , 其三基色信號為 R= V, G=, B=, 由 (41) 式可知 , 合成的Y= , 根據(jù)色差信號的定義 , 我們可用矩陣電路合成得到紅色差信號和藍色差信號為 ? RY== ? BY==0V ? ? 如果我們選用 Y、 RY、 BY三種獨立信號代表彩色信息 , 并將它們傳送至接收端 , 再利用矩陣電路同樣可以將以上三信號相加獲得 R、 B基色信號為 V、 , 同時 , 也可按下式合成綠色差信號 : ? GY=(RY) (46) ? 然后再與亮度信號 Y相加獲得綠基色信號G為 , 所恢復(fù)的三基色信號重現(xiàn)的亮度與 Y= V相同 。 ? 在傳輸過程中 , 假若 Y信號無失真仍為, 而紅色差信號受干擾變?yōu)?, 藍色差信號受干擾變?yōu)?, 則它們合成的綠色差信號將變?yōu)?, 在接收端已失真的色差信號與未失真的亮度信號合成形成的三基色信號為 ? ? R′=+= ? G′=+= ? B′=+= V ? 顯然 , 色調(diào)有失真 , 紅色更加偏紫了 , 但它們按 (41)式合成的亮度信號 Y′仍然為 , 即此時所顯示的亮度仍然與失真前的相同 。 這個道理很容易由(45)式得到證明 , 即色差信號的失真不會影響亮度 , 正是由于此 , 使得兼容性得到改善 。 ? 應(yīng)當指出 , 電視傳輸系統(tǒng)并不是線性的 , 因顯像管存在 γ失真 , 在發(fā)送端必須進行 γ校正 , 這會給恒定亮度原理帶來一定的影響 。 我們知道 , 被攝彩色景物的亮度信號 Y與三基色信號間的關(guān)系是 ? Y=++ ? 經(jīng)正確的 γ校正后形成的正確的亮度信號應(yīng)該是 ? Y =(++) ( 4 7 ) ? 但在實際的彩色電視中 , 亮度信號是從經(jīng)過γ校正后的三基色信號而得到的 , 崐因此 , 實際的亮度信號可表示為 ? (48) ? ? 在傳送黑白圖像時 , R=G=B, 由 (47)式和 (4 8)式計算的結(jié)果相等 , 即 Y′=Y , 說明 Y′具有正確的幅度 , 在黑白和彩色電視機中都能顯示出正確的亮度。在傳送彩色圖像時 , R、 G、 B不相等 , 則按 (48)式所確定的實際亮度信號 Y′的幅度總是小于按 (47)式所確定的正確亮度信號 的應(yīng)有值。 ?1 ?1 ??? 111 BGRBGRY???????????1Y ? 但在實際的彩色電視中 , 亮度信號是從經(jīng)過 γ校正后的三基色信號而得到的 , 因此 , 實際的亮度信號可表示為 ? Y′=′+′+′ ? = + + (48) ? 在傳送黑白圖像時 , R=G=B, 由 (4 7)式和 (4 8)式計算的結(jié)果相等 , 即 Y′=Y 說明 Y′具有正確的幅度 , 在黑白和彩色電視機中都能顯示出正確的亮度 。 在傳送彩色圖像時 , R、 G、 B不相等 , 則按 (48)式所確定的實際亮度信號 Y′的幅度總是小于按 (47)式所確定的正確亮度信號 的應(yīng)有值 。 ?1?1?1?1Y ? 經(jīng)理論計算表明 : 就各種高飽和度的彩色而言 , 重現(xiàn)亮度都比原來的真正亮度要低 , 其中 , 尤以藍色和紅色的誤差最大。 用黑白電視機接收彩色信號時 , 彩色圖像的亮度低于應(yīng)有亮度 , 說明了“恒定亮度原理” 失效 , 不過 , 在實際圖像中 , 高飽和度彩色是不多見的 , 大量的是低飽和度彩色和中性色(白、 灰、 黑 ), 因而其亮度誤差一般是不大的 , 還不致于明顯地降低圖像的質(zhì)量 , 通常不考慮這種失真。 ? 。 ? 高頻混合原理又叫做大面積著色原理 , 是根據(jù)人眼分辨彩色差別的能力要比分辨亮度差別的能力低得多的這一特點 , 傳送亮度信號時占有全部視頻帶寬 6 MHz, 而傳送色度信號則利用較窄的頻帶 MHz, 這樣 , 接收機所恢復(fù)的三個基色信號只包含較低的頻率成分 , 反映在畫面上 , 是表示大面積的色調(diào) , 而圖像的細節(jié) , 即高頻成分 , 則由亮度信號來補充。 ? 選用色差信號是有利于高頻混合的。 為了在接收端能夠得到帶寬 6 MHz的三個基色信號 , 用亮度信號中的高頻分量代替基色信號中未被傳送的高頻分量 , 用公式表示如下 : ? 可見 , 在進行高頻混合時 , 亮度信號中 MHz以下的低頻成分不再重復(fù)出現(xiàn) , 以免造成色度失真 , 如果直接用 R、 B等基色信號傳送 , 則在高頻混合時 , 低頻分量的亮度會重復(fù)出現(xiàn)而造成彩色失真 。 ? 頻帶壓縮與頻譜間置 。 ? 一 、 頻帶壓縮 。 ? 由上可知 , 我們選用亮度信號 Y和兩色差信號 (RY)、 (BY)作為彩色電視信號 , 如果不加任何限制和處理的話 , 則彩色電視信號的總頻帶過寬 , 技術(shù)上實踐有困難 , 更無法實現(xiàn)兼容 , 所以 , 必須壓縮彩色電視信號的頻帶寬度。 ? 由于彩色電視的清晰度是由亮度信號的帶寬來保證的 , 所以 , 彩色電視信號中的亮度信號不能壓縮 , 保持 6MHz的帶寬 , 而彩色并不表示圖像的細節(jié) , 可將彩色信號的頻帶加以壓縮 , 不必傳送色度信號的高頻分量。 實踐證明 : 將色度信號頻帶壓縮到 1～ MHz, 重現(xiàn)彩色圖像效果已能滿足要求 , 我國彩電制式中 , 規(guī)定色度信號帶寬為 MHz。 ? 二 、 頻譜間置 。 ? 色差信號的頻帶雖經(jīng)壓縮 , 但仍與頻帶寬度為 6MHz的亮度信號重疊 , 這樣不僅互相干擾 , 而且接收端也無法將它們區(qū)分