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利用梳状滤波器进行亮度信号与色度信号的分离
【摘要】：正流状滤波器,因其幅频特性呈现梳齿状而得名,在一般彩色电视接收机中被用作色度信号两个分量U、V的分离.而亮度信号与色度信号的分离,一般是采用频率分离方式.为了提高图象清晰度,减少亮度和色度信号互相串扰,可利用流状滤波器进行亮度信号与色度信号的分离.下面,就其原理和特点进行分析和讨论.1 传统亮色分离方式的缺陷在一般彩色电视机中亮色分离的原理就是在亮度通道中加入一个陷波器以吸收色度信号,取出亮度信号;在色度通道中加入一个带通滤波器取出色度信号,抑制亮度信号.在这种分离方式下,亮度通道在陷掉色度信号的同时,也将该频率范围内的亮度信号的高频分量吸收掉,从而使亮度信号的高频分量损失,影响图象的清晰度,
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【关键词】：
【分类号】：TN713【正文快照】：
梳状滤波器,因其幅频特性呈现梳齿状而得名,在一般彩色电视接收机中被用作色度信号两个分量U、V的分高。而亮度信号与色度信号的分离,一般是采用频率分离方式。为了提高图象清晰度,减少亮度和色度信号互相串扰,可利用梳状滤波器进行亮度信号与色度信号的分离。下面,就其原理
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色度信号色度信号的形成在彩色电视系统中
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&&&&电&&&&&&&&视&&&&&&&&原&&&&&&&&理&&&&&&&&论文题目：运用MATLAB仿真彩色全电视信号的编码与解码过程及其频谱分析院系：专业：学号：姓名：指导教师：撰写学年：巩瑞春日信息科学与技术学院电子信息科学与技术&&&&&&&&目&&&&&&&&录&&&&&&&&摘要2?引言3?PAL制编码及其频谱分析?6一、编码过程1、1．亮度信号（Y）的产生71、2．色差信号?81、3．色度信号?91、4．色同步信号111、5．全电视信号FBAS的产生12?二、编码频谱分析2、1.亮度信号Y的频谱分析142、2.色差信号R-Y和B-Y的频谱分析152、3.色度信号F、Fu和Fv的频谱分析?162、4.全电视信号FBAS的频谱分析?17PAL制解码及其频谱分析?19一、解码过程1、1.分离FBASY、S191、用幅度分离的方法,将复合同步信号A+S和亮度信号Y2．&&&&分开?201、3.用时间分离的方法,将色度信号F和色同步信号Fb开?20&&&&2&&&&&&&&1、4.用梳状滤波器将色度信号中的Fu、Fv信号分开?211、用频率和相位双重分离将色度信号中的两个正交分量U、5.&&&&V信号分开221、6.U、V信号经放大和矩阵电路输出三个色差信号R-Y、B-Y、G-Y23?1、7.将亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、(B-Y)送入矩阵电路,还原成三个基色信号R、G、B24?二、解码频谱分析2、1．FBAS全电视信号的频谱分析26?2、2.亮度信号Y的频谱分析272、3．色度信号F、Fu和Fv的频谱分析27?2、4．（色度信号）F+Fb（色同步信号）的频谱分析?292、5．（色度信号）F+Fb（色同步信号）+Y（亮度信号）的频谱分析?29?2、6．Fu和Fv信号频谱分析302、7．U和V信号频谱分析?31?2、8．色差信号R-Y、B-Y的频谱分析32参考文献34&&&&&&&&3&&&&&&&&摘要&&&&MATLAB是一个功能强大的软件，应用MATLAB对彩色全电视信号的产生过程进行仿真，丰富了课堂教学内容和学生的学习兴趣，有效的提高了教学效果。彩色全电视信号的组成应包括：亮度信号、色度信号、色同步信号、复合同步信号和复合消隐信号。所谓编码,就是把三基色电信号R、B编制成彩色全电视信号FBAS的过程,G、编码器就是用来编码的电路。编码过程可以通过MATLAB仿真实现。&&&&&&&&关键字：MATLAB，PAL制，彩色全电视信号，大面积着色原理，色度信号，&&&&亮度信号，复合同步信号，复合消隐信号。&&&&&&&&4&&&&&&&&AbstractMATLABisapowerfulsoftware,applicationofcolorMATLABfullTVsignalgenerationprocesssimulation,enrichthecontentandclassroomteachingstudentsinterestinlearning,toimprovetheefficiencyoftheteachingeffect.ColorfullTVsignalshouldinclude:thecompositionofthesignal,chromasignal,brightnesscolorsynchronizingsignal,compositesyncsignalandcompositevanishsignal.Theso-calledcoding,isthreecolorselectricalsignals,B,GRcompiledintocolorfullTVsignalFBASprocess,encoderisusedtocodingcircuit.EncodingprocesscanberealizedthroughthesimulationofMATLAB.Keyword:MATLAB,PAL,colorallthetelevisionsignals,largeareashadingprinciple,chromaticitysignal,thebrightnessofcompositesyncsignal,signal,compositevanishsignal.&&&&&&&&5&&&&&&&&引言随着通信、电子及计算机技术的发展，与之密切相关的图文电视、可视电话、广播电视、会议电视、工业电视等电视系统作为信息终端也得到了长足的发展。尤其是数字电视的出现为电视系统提高性能、扩展功能及应用范围开辟了一条具有革命性的重要途径。目前数字信号处理课程已成为国内外电子信息、通信工程、自动控制及计算机等电类专业甚至非电类专业如:生物、纺织、医学等专业的专业基础课程。因而，在学习电视原理的同时，学习各种电视系统的组成、特点、及原理是形势发展的需要。对于教育电视系统而言，学生对抽象的推导常会感到茫然,对繁琐的计算望而生畏,对从实际问题中建立的方程或公式也很难用手工计算得出满意的结果,从而失去了进一步学习的兴趣和动力。如何培养学生学习数学的兴趣,帮助他们建立学习数学的自信心,是人们一直关注的问题。利用Matlab软件来进行计算机辅助教学,可为这一问题提供一个实践的平台。Matlab是美国Mathworks公司推出的一个高性能的科技计算软件,它集数值计算、符号运算、图形图像处理、编程等多种功能于一体,应用非常广泛。使用Matlab来求解学习中所涉及的数学问题,可以培养学生学习数学的兴趣,也可以达到提高应用计算机来解决数学问题的能力,这是当前数学教学改革的重要方面。本文的目的就是粗浅地探讨一下Matlab软件在模拟电视系统中编码等方面的应用,为大学数学的计算机辅助教学提供一些借鉴。MATLAB/Simulink是众多仿真软件中功能非常强大、很容易使用的一种,在Simulink中对系统进行建模非常简单,通过修改其参数即可以得到修改后的仿真结果，从而使学生可以更容易的获得对事物全貌的认识，能极大地调动学生的实验能动性和探究的欲望。&&&&&&&&6&&&&&&&&PAL制编码及其频谱分析&&&&一、编码过程&&&&彩色全电视信号的组成应包括：亮度信号、色度信号、色同步信号、复合同步信号和复合消隐信号。所谓编码,就是把三基色电信号R、G、B编制成彩色全电视信号FBAS的过程,编码器就是用来编码的电路。编码过程可以通过MATLAB仿真实现。1、亮度信号亮度信号是由基色信号按一定比例组合而成的．恒定亮度原理恒亮度原理是指被摄取景物的亮度在传输系统为线性的前提下保持不变．这也就是说，彩色的亮度只与亮度信号本身的大小有关，而与色差信号的大小无关。在实际应用中．传输系统往往不是线性的，如显像管的γ失真等．这就需要采取相应的γ校止等措施，以保证传输图像的质量。2、色差信号色差信号是基色信号与亮度信号之差的信号，亮度信号与三基色信号间的关系为Y=0.3R+0.59G+0.11B此方程称为亮度方程,由此不难得到．三个色差信号与基色的关系为R-Y=R-（0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-0.30R+0.59G+0.11B）（=-0.30R-0.59G+0.89B在三个色差信号中．只有两个是独立的，任何一个色差信号都可以由另外两个色差信号得到。目前的电视系统中．选用Y和（R-Y）（B-Y）色差信号作为传送的信号．主要是由于G、在亮度信号Y中的系数最大．(G-Y）信号最弱，抗干扰能力较差。3、色度信号色度信号的形成在彩色电视系统中，为实现亮度与色度信号频谱交错，保证兼容胜．必须把两个色差信号调制在一个合适的副载波上．以形成色度信号，为此对两色差信号的调制采用正交平衡调幅方式。普通调幅，是用低频调制信号控制高频载波信号的幅度．使之随调制信号幅度变化而变化。经普通调幅后得到的已调制信号．其频谱结构中除含有载波分量外．还含有两个边带分量．用包络检波器就可以从已调信号中解调出原调制信号。平衡调幅．是一种抑制掉载波的调幅方式在平衡调幅波中．不再含有载波分量，只要两个边带分量．其上下包络也不再反映原来调制信号的波形．因此不能用普通调幅信号的检波方法解调出原调制信号，而只能用同步检波器，平衡调幅后输出的已调制信号的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比．而平衡调幅波的相位在调幅信号为正值时与载波同相，在调幅信号为负值时与载波反相。平衡调幅器实际上是一个乘法器，即平衡调幅器输出的信号等于载波信号与调制信号的乘积。正交平衡调幅，是把压缩后的两个色差信号分别调制在两个频率相同、相位差为90度（正交）的副载波上，对调制后的色差分量相加就构成了色度信号F。利用正交平&&&&7&&&&&&&&衡调幅，不但可以节省发射器的功率，还可以较好地解决在同一个通道中同时传送亮度信号和色度信号的问题，但在接收端需要副载波发生器和两个同步检波器。4、色同步信号在电视系统中，由于对色度信号的处理采用用正交平衡调幅，因此在接收端对色度信号解调时必须首先恢复副载波，这个副载波由电视机本身产生。为使本机副载波与发送端同频同相，需要给接收机提供一个反映色副载波频率和相位的基准信号，该信号称为色同步信号。色同步信号通常由10个左右的副载波群组成，在扫描的逆程期间传送，并位于行消隐的后肩上。用MATLAB仿真的编码电路如图1-1所示：&&&&&&&&图1-1FBAS产生的过程：&&&&&&&&1、1.亮度信号（Y）的产生&&&&亮度信号是由基色信号按一定比例组合而成的．恒定亮度原理：恒亮度原理是指被摄取景物的亮度在传输系统为线性的前提下保持不变．这也就是说，彩色的亮度只与亮度信号本身的大小有关，而与色差信号的大小无关。在实际应用中．传输系统往往不是线性的，如显像管的γ失真等．这就需要采取相应的γ校正等措施，以保证传输图像的质量。要实现彩色与黑白电视兼容,彩色电视应满足以下基本条件:(1)为获得兼容性，须传送一个与黑白电视相同的亮度信号。彩色全电视信号应保持与黑白电视信号相同的频带宽度。(2)需要传送两个代表色度的信号，根据恒定亮度原理，它们不应含有亮度信息；同时跟据混合高频原理，色度信号可以采用窄带传输。(3)在传输黑白图像时，三个基色信号相等，R＝G＝B，根据上一条件，这时两个代表色度的信号应当等于零。(代表色度的两个信号是互相独立的)(4)三个基色信号与三个传输信号之间的转换关系要简单。&&&&8&&&&&&&&亮度方程Y=0.3R+0.59G+0.11B为实现彩色电视的兼容，必须传送一个亮度信号。而亮度方程是由三基色的不同比例即根据人眼的相对视敏度特性产生的。亮度信号产生的电路图及波形图如下所示：&&&&&&&&图1-2&&&&&&&&图1-3&&&&&&&&1、2.色差信号&&&&大面积着色原理：人眼对黑白对比的细节有较高的分辨力，而对彩色对比的细节分辨力较低。电视图像的水平清晰度是和信号的频带宽度成正比的。水平清晰度每增加80线,相当于视频带宽增加1MHz。因而可用6MHz带宽传送亮度信号。若用1MHz带宽传送色度信号，所获得的彩色图像88%的人感到满意；若用2MHz带宽传送色度信号，几乎所有的人都会对所获得的彩色效果满意。我国电视制度规定，色度信号的频带宽度为1.3MHz。色差信号是基色信号与亮度信号之差的信号，亮度信号与三基色信号间的关系为Y=0.3R+0.59G+0.11B此方程称为亮度方程,由此不难得到．三个色差信号与基色的关系为R-Y=R-（0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R-0.59G+0.89B在三个色差信号中．只有两个是独立的，任何一个色差信号都可以由另外两个色差信号得到。目前的电视系统中选用Y和（R-Y）（B-Y）色差信号作为传送、的信号．主要是由于G在亮度信号Y中的系数最大．(G-Y）信号最弱，抗干扰能力较差。色差信号产生电路图及波形图如下所示：&&&&&&&&9&&&&&&&&图1-4&&&&&&&&图1-5&&&&&&&&1、3.色度信号&&&&色度信号的形成在彩色电视系统中，为实现亮度与色度信号频谱交错，保证兼容胜．必须把两个色差信号调制在一个合适的副载波上．以形成色度信号，为此对两色差信号的调制采用正交平衡调幅方式。包含普通调幅、平衡调幅、正交平衡调幅。色度信号Fu和FV的产生：在将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行平衡调幅之前，先对其进行适当的幅度压缩，这是不失真传输所需要的。压缩后的色差信号分别用U和V表示，它们与压缩前的色差信号（R-Y）和（B-Y）的关系是：U=0.493（B-Y）;V=0.877（R-Y）式中0.493和0.877称为色差信号的压缩系数。色差信号(R-Y)和(B-Y)经幅度加权和频带压缩后,得到已压缩信号V和U，V和U再进行滤波。(1)压缩前后的V、色差信号,对互相正交的副载波实现平衡调幅,所得的U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。频谱交错原理：与亮度信号类似，色度信号也是由逐行和逐场扫描而得的，因而其频谱也是离散的，也是由一群群的谱线构成梳齿状结构，能量主要集中在行频及其谐波附近，群谱线的间距为行频fH,色度信号不能简单的加在亮度信号中传送，因为这&&&&10&&&&&&&&样的话，亮度信号的频谱与色度信号的频谱完全重合，产生严重的相互干扰。可供采用的方法是：选择一个合适的载波，通常称其为副载波，以fsc表示。将色度信号调制在这个副载波上，即进行色度信号的频谱搬移，从而使调制后的色度信号正好安插在亮度信号谱线的间隙内，达到压缩频带的目的，保证了彩色电视与黑白电视具有相同的频带宽度。此时，亮度信号与色度信号二者的谱线是互相交错的，常称这一方法为频谱交错原理。如下图所示：&&&&&&&&图1-6运用频谱交错原理，对压缩后的U、V信号分别对两个正交副载波sinωsct和cosωsct进行平衡调幅，从而得到两个平衡调幅信号Fu=U?sinωsct；Fv=V?cosωsct。这两个平衡调幅信号频率相等，相差90°，保持着正交关系，将二者相加便得到正交平衡调幅的色度信号，这就是逐行倒相正交平衡调制：F=Usinωsct+VcosωsctF常被称为已调色差信号或色度信号。压缩后的色差信号V与+K脉冲混合后与+cosωsct副载波同时加入平衡调幅器，经平衡调幅电路输出已调色差信号+Fv和色同步信号的Fbu分量；色差信号U与-K脉冲混合后，对sinωsct平衡调幅,得到已调色差信号Fu和色同步信号Fbu分量。以上二色度信号分量与色同步信号分量混合后，得到色度信号F和色同步信号Fb。为得到逐行倒相的正交副载波+cosωsct，需设置90°移相、180°倒相和PAL开关电路、逐行倒相的半行频（7.8kHz）开关控制信号。U、Fu和V、FV的产生的电路及波形图如下所示：&&&&&&&&11&&&&&&&&图1-7&&&&&&&&图1-8&&&&&&&&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。&&&&&&&&1、4.色同步信号&&&&在电视系统中，由于对色度信号的处理采用用正交平衡调幅，因此在接收端对色度信号解调时必须首先恢复副载波，这个副载波由电视机本身产生。为使本机副载波与发送端同频同相，需要给接收机提供一个反映色副载波频率和相位的基准信号，该信号称为色同步信号。色同步信号通常由10个左右的副载波群组成，在扫描的逆程期间传送，并位于行消隐的后肩上。色同步信号的产生由于色度信号解调需要同步(同频同相)的色副载波在行同步后肩加-K脉冲（旗脉冲），脉宽为9±1个副载波周期，则色同步信号为：eb(t)=K(t)Sin(ωsct+180°)色同步信号与彩色电视信号一起传送到接收端,彩色电视机将其从彩色全电视信号中分离出来,由此去控制接收机的副载波发生器,使之产生与发送端副载波同频、同相的恢复副载波。色同步信号的电路图如下：&&&&&&&&12&&&&&&&&图1-9&&&&&&&&1、5.全电视信号FBAS的产生&&&&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,要由色同步信号提供一个识别信号,用它来保证收、发两端的逐行倒相开关(PAL开关)步调一致,即同步。由同步检波原理可知，要实现同步解调，关键是要有一个与色差信号调制时的副载波同频、同相的恢复副载波。由于色度信号中负载比已被平衡调制器所抑制，所以在彩色电视接收机中要设置一个副载波产生电路。为保证所产生的副载波与发端的副载波同频同相，需要发端在发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发端副载波频率与相位信息的信号――色同步信号，以供电视接收机作为参考。PAL制彩色电视接收机在解调色度信号时,需要对PAL行送-cosωSCt副载波,对NTSC行送+cosωSCt副载波。要做到这一点,需要有一个识别PAL行与NTSC行的识别信号,即需要在发送端提供一个附加信号。色同步信号是由8――12个副载波周期组成的一小串副载波群，其出现周期与行周期相同，且位于行消隐的后肩上，如图：&&&&&&&&图1-10&&&&&&&&13&&&&&&&&将色度信号F、色同步信号Fb、亮度信号Y与消隐信号A、同步信号S混合后输出彩色全电视信号FBAS。MATLAB仿真FBAS电路和FBAS波形和各分信号波形如图所示：&&&&&&&&图1-11&&&&&&&&14&&&&&&&&二、编码频谱分析&&&&编码频谱分析就是对MATLAB仿真电路中的R信号、G信号、B信号、亮度信号Y和消隐信号A、色度信号、色同步信号F、同步信号S和FBAS信号的各个频谱进行分析的过程。MATLAB编码频谱分析仿真电路如图所示：&&&&&&&&图2-1&&&&&&&&2、1亮度信号Y的频谱分析&&&&亮度信号Y的频谱分析图如下图所示：&&&&&&&&图2-2由图可看出亮度信号是含有直流成分，亮度信号的主要参数有相对幅度、饱&&&&15&&&&&&&&和度和频带宽度，亮度信号与色差信号频谱波形相似,只是幅值不同而已。放大后可以看到它的主谱线和副谱线。&&&&&&&&2、2色差信号R-Y和B-Y的频谱分析&&&&（1）色差信号R-Y的频谱分析图如图所示：&&&&&&&&图2-3由图可看出色差信号是交流信号（2）色差信号B-Y的频谱分析图如图所示：&&&&&&&&图2-4&&&&&&&&16&&&&&&&&由图可看出色差信号是不含有直流成分，是交流信号，奇对称。在不计较显像管失真及传输系统非线性失真的情况下还可以证明色差信号受到干扰时，将不影响亮度信号，也不反映到图像的亮度上。&&&&&&&&2、3色度信号F、Fu和Fv的频谱分析&&&&（1）色度信号F的频谱分析图如图所示：&&&&&&&&图2-5（2）色度信号Fv的频谱分析图如图所示：&&&&&&&&17&&&&&&&&图2-6由图可看出色度信号是不含有直流成分的，色度信号的主要参数有相对幅度、饱和度和频带宽度，色度信号的频谱图,代表各彩条的色度信号的振幅和相位,不同色调的矢量处在平面不同位置上，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。色调相同而饱和度不同的彩色,其色度信号的初相角不变。&&&&&&&&2、4全电视信号FBAS的频谱分析&&&&全电视信号FBAS的频谱分析图如图所示：&&&&&&&&18&&&&&&&&图2-7从图中可以看出基波频率为15625行频，它是视频单极性信号,既有直流成分,又含有交流成分,且是上下不对称的信号,占有0~6MHz的频带宽度。对静止的图像而言,其电视信号以帧为周期重复,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。&&&&&&&&19&&&&&&&&PAL制解码及其频谱分析&&&&一、解码过程&&&&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。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。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,下面较详细地叙述。它们都可以用MATLAB进行仿真观察波形。用MATLAB仿真的解码电路如图所示：&&&&&&&&图1-1&&&&&&&&1、1.用频率分离的方法将FBAS分离为亮度信号、复合同步信号（Y）与高端的色度信号、色同步信号（S）&&&&从预视放输出的彩色全电视信号FBAS，经4.43MHz陷波器和色度带通滤波器进行频率分离，将FBAS分离成亮度信号和色度信号两部分。用MATLAB连接仿真分离原理电路和波形分别如图所示：&&&&&&&&20&&&&&&&&图1-2&&&&&&&&FBAS、Y、S图1-3&&&&&&&&1、2.用幅度分离的方法,将复合同步信号A+S和亮度信号Y分开&&&&在亮度信号通道中，4.43MHz的陷波器，将彩色全电视信号中的色度信号经滤除，保留亮度信号。滤除了色度信号之后的亮度信号Y，经0.6微秒的延迟电路延迟后再送入Y信号放大器进行亮度放大后送基色矩阵电路。用一个示波器,其示波频率为色副载频,从彩色全电视信号中滤去色度信号,得到亮度信号。用MATLAB连接仿真分离原理电路和亮度信号波形分别如图所示：&&&&&&&&图1-4&&&&&&&&Y、S、图1-5&&&&&&&&1、3.用时间分离的方法,将色度信号F和色同步信号Fb分开&&&&在色度通道前，设置有一中心频率为4.43MHz，带宽约为2.6MHz的带通滤波器，它从全电视信号中分离出色度信号。用一个带通滤波器,其通频带的中心频率也为色副载波,并具有色度信号占有的带宽,从彩色全电视信号中选出色度信号。频域相同但时域错开的色度与色同步信号，经色同步选通电路，将色同步信号与色度信号分开。由于色度信号在行扫描正程出现，色同步信号在行逆程出现，故只要用两个门电路，就可将二者按时间分离法进行分离。这两个门电路在控制脉冲控制下交替导通即可实现两种信号的分离。用MATLAB仿真原理电路、色度信号波形和方框图分别如图所示：&&&&&&&&21&&&&&&&&图1-6&&&&&&&&F、Fb图1-7&&&&&&&&图1-81、4.用梳状滤波器将色度信号中的&&&&&&&&Fu、Fv信号分开&&&&&&&&PAL制的特殊电路是梳状滤波器，由它完成将色度信号中的两个分量Fu与+Fv分离。这样可有效地消除简单解码电路中未能解决的亮、色串扰。用MATLAB仿真原理电路、Fu和Fv信号波形和原理方框图分别如图所示：&&&&&&&&图1-9&&&&&&&&Fu、Fv图1-10&&&&&&&&22&&&&&&&&图1-11&&&&&&&&1、5.用频率和相位双重分离将色度信号中的两个正交分量U、V信号分开&&&&为了使梳状滤波器能有效地分离两个色度分量，延时线的延迟时间要有准确的数值，即延时后色度信号的副载波相位要与延时前相同或相反（相位差为0°或180°），以实现相邻两行色度信号相减或相加时能分别输出两色度分量之一。色度信号经延时解调器,也称梳状滤波器分离出两个色度分量Fu和±Fv由于利用超声玻璃延时线,来实现红、蓝两色度分量的分离,因此,称作延时解调器。又由于延时解调器的幅频特性是梳状的,故又称作梳状滤波器,其解调分离原理图和方框图分别如下1-12和如上1-13:&&&&&&&&图1-12设第n行的色度信号为&&&&&&&&Fn=UsinωSCt+VcosωSCtFn-1=UsinωSCt-VcosωSCt&&&&-Fn-1=-UsinωSCt+VcosωSCt经相减或相加可得&&&&&&&&&&&&&&&&上一行的色度信号应为这样,Fn-1信号经过延时线延时63.943μs(约邮4μs)再反相后,则&&&&&&&&Fn-(-Fn-1)=2UsinωSCt=2FUFn+(-Fn-1)=2VcosωSCt=2FV&&&&同理:&&&&&&&&Fn+1-(-Fn)=2UsinωSCt=2FU&&&&23&&&&&&&&Fn-1+(-Fn)=-2VcosωSCt=-2FV&&&&&&&&&&&&&&&&可见,从减法器和加法器分别输出色度分量FU和逐行倒相的色度分量±FV,且幅度都增加一倍。梳妆滤波器输出的±FV信号经V同步解调器，输出V信号；梳妆滤波器输出的FU信号经U同步解调器输出U信号。用MATLAB仿真原理电路说明和U和V信号分离前后的波形分别如图所示：&&&&&&&&V、U图1-13图1-14&&&&&&&&1、6.U、V信号经放大和矩阵电路输出三个色差信号R-Y、B-Y和G-Y&&&&为了从色度分量FU和±FV中解调出两个色差信号,要各用一个同步解调器,同步解调原理前已叙述,不过,这里要注意的是红色差信号同步解调器输入信号是逐行倒相的,无论是PAL行还是NTSC行,解调器输出均为正极性红色差信号(R-Y),因此,该同步解调器的插入副载波的倒相次序应与输入的±FV分量一一对应,否则,将会产生很大的色调失真。U=0.493(B-Y)；V=0,877(R-Y)；G-Y=-0.51(R-Y)-0.91(B-Y)用MATLAB仿真原理电路说明和R-Y、B-Y和G-Y信号分离前后的波形分别如图所示：&&&&&&&&24&&&&&&&&图1-15&&&&&&&&B-Y、R-Y、G-Y图1-16&&&&&&&&1、7.将亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、(B-Y)送入矩阵电路,还原成三个基色信号R、G、B&&&&色同步信号与副载波压控振荡器输出的信号同时送鉴相电路,二者进行相位比较后,输出一个与之相差成正比的直流控制电压,由它再去控制压控振荡器,使其输出副载波频率和相位与发射端相同。所恢复的副载波，一路直接送U平衡解调器，另一路先经PAL开关逐行导向后，再经90°移向送V平衡解调器。半行频的7.8kHz开关信号亦由鉴相电路取得，经PAL识别电路后去控制PAL开关。色同步信号同时还要送ACC（自动色饱和度控制）、ACK（自动消色）、ARC（自动清晰度控制）等。其原理方框图如下所示：&&&&&&&&图1-17用MATLAB仿真原理电路说明和Y、R、B和G波形如图所示：&&&&&&&&25&&&&&&&&图1-18&&&&&&&&图1-19&&&&&&&&二、解码频谱分析&&&&解码频谱分析就是对MATLAB解码仿真电路中的FBAS信号、亮度信号Y、色度信号F、Fu和Fv、色度信号F和色同步信号Fb、（色度信号）F+Fb（色同步信号）+Y（亮度信号）、色度信号和色同步信号（S）、Fu和Fv信号、U和V信号和RGB三基色信号的频谱进行分析的过程。MATLAB编码频谱分析仿真电路如图2-1所示：&&&&&&&&解码频谱分析图&&&&&&&&26&&&&&&&&2、1．FBAS全电视信号的频谱分析&&&&FBAS全电视信号的频谱分析如图2-1所示：&&&&&&&&图2-1&&&&&&&&FBAS信号的频谱分析图&&&&&&&&由图2-1可看出FBAS是交流信号，放大后可以看到它的主谱线和副谱线。色度信号的载频就是副载频fSC,每当色度信号变化一周,相当于屏幕上显示出一亮点与一暗点,这样,每扫描一行将出现200多个亮点,又因一行中所包含的副载波周期并不是整数,相邻行光栅上出现的干扰亮点并不是排列整齐的。&&&&&&&&27&&&&&&&&2、2．亮度信号Y的频谱分析&&&&&&&&图2-2亮度信号的频谱分析图由图2-2可看出亮度信号Y含有直流成分。亮度信号与色度信号错开fH,两色度信号间错开。&&&&&&&&2、3．色度信号F、Fu和Fv的频谱分析&&&&（1）色度信号F的频谱分析图如图2-3所示&&&&&&&&28&&&&&&&&图2-3色度信号F的频谱分析图（2）色度信号Fv的频谱分析图如图2-4所示&&&&&&&&图2-4色度信号Fv的频谱分析图由图2-3和2-4可以看出色度信号是交流信号，每隔一个行频有一个最大传输点；每两个最大传输点是中心是吸收点，两个吸收点的间距也是一个行频。这样的两个输出对应的最大传输点与吸收点互相交错，并分别对准Fu和±Fv的主谱线。在最大传输点对准Fu主谱线的特性时，其吸收点也正好对准±Fv的主谱线；又由于±Fv系逐行倒相的，才使两个色度分量的主谱线正好错开半行。&&&&&&&&29&&&&&&&&2、4．（色度信号）F+Fb（色同步信号）的频谱分析&&&&（色度信号）F+Fb（色同步信号）的频谱分析如图2-5所示：&&&&&&&&图2-5F+Fb的频谱分析图从图2-5可以看出色度信号是交流信号，延时后色度信号的副载波相位要与延时前相同或者相反（相位差为0°或者180°）.&&&&&&&&2、5．（色度信号）F+Fb（色同步信号）+Y（亮度信号）的频谱分析&&&&&&&&30&&&&&&&&图2-6F+Fb+Y的频谱分析图&&&&&&&&2、6．Fu和Fv信号频谱分析&&&&Fu和Fv信号频谱分析如图2-7所示：&&&&&&&&31&&&&&&&&图2-7由图2-7可以看出Fu和Fv信号不含直流成分。U信号对副载波进行平衡调幅,所产生的FU色度分量的频谱如图2-7,是由对称分布在副载频两边的旁频带组成。&&&&&&&&2、7．U和V信号频谱分析&&&&U和V信号频谱分析如图2-8所示：&&&&&&&&32&&&&&&&&图2-8从图2-8中可以看出U、V信号不含直流成分。U、V和Y信号都是时间的函数,因电视扫描是周期性的,这使得它们的频谱是由以行频fH为间距的一束束谱线所组成,V、U和Y的频谱图如图。由于主谱线两边的帧频谐波边带相对于行频实际上是很窄的,且其幅度相对于主谱线幅度也很小,衰减也很快,所以图中只画出了它们的主谱线。&&&&&&&&2、8．色差信号R-Y、B-Y的频谱分析&&&&色差信号R-Y、B-Y的频谱分析如图2-9所示：&&&&&&&&图2-9从图2-9可以看出色差信号不含直流成分。&&&&&&&&2、9．R、G和B三基色信号频谱分析&&&&RGB频谱分析如图2-10所示：&&&&&&&&33&&&&&&&&图2-10从图2-10可以看出RGB含有直流成分。微分相位失真只与亮度电平有关,相邻两行上相邻像素的亮度总是差不多的。至此解码及其频谱分析结束。&&&&&&&&34&&&&&&&&参考文献&&&&【1】包头师范学院学报《阴山学刊》（社科版）。【2】巩瑞春，王润文.运用MATLAB形成彩电全电视信号。【3】俞斯乐，电视原理，北京：国防大学出版社，2010&&&&&&&&35&&&&&&&&分享给好友:
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