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彩色电视机编码器和解码器的设计
摘 要
集成电路彩色电视机按制式可分为：NTSC制、PAL制和SECAM制等。我国采用PAL制式，标准的PAL制式彩色电视机也称为PAL-D彩色电视机。典型的PAL－D彩色电视机电路主要由公共通道、伴音通道、解码电路、图像重显电路、控制电路和电源电路等部分组成。
PAL制使彩色相序逐行改变，使串色极性逐行取反，加之梳状滤波器在频域的分离作用，使串色大为减小。又由于人眼的视觉平均作用，就使得传输失真不再对重现彩色图像的色调产生明显的影响。可使微分相位的容限达±40°以上。
PAL制采用1/4行间置再加25Hz彩色副载波，有效地实现了亮度信号与色度信号的频谱交错，因而有较好的兼容性。梳状滤波器在分离色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了3dB，从而使彩色信杂比提高了3dB。由于PAL制为1/4行间置，所以亮、色分离要比NTSC制困难(NTSC制可以用1个整行延迟线的梳状滤波器实现亮、色分离，而PAL需要2行延迟)，且分离质量也较差。在要求高质量分离的场合(如制式转换和数字编码等)，可采用数字滤波这类较复杂的技术。与NTSC制相比，PAL制电路复杂，对同步精度要求高等缺点。
关键字：PAL制，数字滤波,编码器，解码器
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目 录
1彩色电视机三大制式简介 ................................................................................................................... 1
1.1 NTSC制的特点 ............................................................................................................................ 1
1.2 SECAM制特点 .............................................................................................................................. 2
1.3 PAL制及其特点 ......................................................................................................................... 3
2 PAL制原理 ............................................................................................................................................... 3
3 PAL制PAL制编码原理 ....................................................................................................................... 4
3.1逐行倒相 ....................................................................................................................................... 5
3.2 PAL调制原理 .............................................................................................................................. 6
3.3 PAL制频谱间置原理 .................................................................................................................. 7
4 PAL解码原理 ........................................................................................................................................... 8
4.1亮度信号和色度信号的分离 ................................................................................................... 9
4.2色同步信号和色度信号的分离 .............................................................................................. 9
4.3色度信号的两个分量FU、FV的分离 ................................................................................. 10
4.4同步检波将FU、FV分量解调为U、V信号 ...................................................................... 11
4.5解码矩阵将Y、U、V信号还原为三基色信号 ................................................................. 12
5梳状滤波器解码原理 .......................................................................................................................... 12
6 PAL彩色电视机原理框图 .................................................................................................................. 15
总结 ............................................................................................................................................................. 17
致 谢 .................................................................................................................................................... 18
参考文献 .................................................................................................................................................... 19 课程设计说明书 第 1 页
1彩色电视机三大制式简介
NTSC、PAL、SECAM并列为当今世界上三大彩色电视广播制式，分别得到了世界各国的采用。这三种制式都与黑白电视兼容，但是它们三者之间不兼容，在不同制式的节目之间进行交换时需要进行制式转换。
简单地讲,当今世界三大彩色电视广播制式的共性是:它们都与原来的黑白电视相兼容,且都是用摄像机摄取三基色信号,并把这三基色信号编码成一个亮度信号Y和色差信号(R-Y)、(B-Y)来传送,其主要差别体现在两个色差信号对副载波的调制方式上。
1.1 NTSC制的特点
NTSC制于1953年在美国开始广播,是较早应用于彩色、黑白兼容的彩色电视制式。为了压缩频带,又能获得良好的图像质量,NTSC制有如下的特点:
(1)NTSC制采用的频带宽度为4MHz,扫描行数为525行,扫描场数为60场,可以与原黑白电视相兼容。
(2)根据人眼的视觉对亮度细节较敏感,对彩色细节不敏感的特性,将亮度信号以宽频带传送(0～4MHz),以窄带传送(0～1.5MHz)色度信号。
(3)采用频谱间置技术,副载频选为
fSC=3.579545MHz （1）
(4)选用Y、I、Q作为传输信号,其中Y仍为亮度信号,I、Q为色差信号,它是色差信号(R-Y)和(B-Y)的一种线性组合。它们之间的关系由下式确定:
I=0.877(R-Y)cos33°-0.493(B-Y)sin33° （2）
Q=0.877(R-Y)sin33°+0.493(B-Y)cos33° （3）
上式表明:I色差信号的矢量超前(R-Y)矢量33°,并处在红黄色区域,Q色差信号的矢量超前(B-Y)矢量33°,并处在蓝紫色区域。如图4-5所示,I、Q仍为互相正交。
图1 Q与(R-Y)、(B-Y)色差矢量的关系 课程设计说明书 第 2 页
(5)采用正交平衡调幅,把两个色差信号调制在副载波上,色度信号Q分量用双边带方式传送,而I分量用残留边带传送。这样做,既可以使色度信号的带宽得到压缩,又能保证正常的彩色传送,同时,色度与亮度信号之间干扰较小。
(6)在三大兼容制中,NTSC制色度信号的处理过程最为简单,因而相应的解码电路也简单,这给接收机生产带来方便,有利于降低成本。
(7)NTSC制的主要缺点是对相位敏感,容易出现彩色变色。换句话说,传输过程中所产生的相位失真将导致色调变化。
1.2 SECAM制特点
SECAM制是为了克服NTSC制相位失真的缺点而由法国人研制出来的。主要特点如下：
(1)在SECAM制中,传输信号仍采用亮度信号Y,色差信号(R-Y)和(B-Y),但两色差信号不是和亮度信号同时传送的,而是将两个色差信号(R-Y)和(B-Y)逐行轮换对两个副载波(f1=4.025MHz,f2=4.40625MHz)进行调频后,并叠加在逐行传送的亮度信号上一起传送的。也就是说,在第n行时传送(R-Y)调频信号,第n+1行时传送(B-Y)调频信号,而亮度信号则是每一行都传送,在任一行时间内,SECAM制信号中,只存在一个亮度信号和某一个色差信号。所以不会发生互相串色的现象。
(2)在SECAM制中,由于色差信号对彩色副载波采用了调频方式,并且调频信号在进行频率检波之前,可以进行限幅,所以,色度信号对相位失真不敏感。
(3)在SECAM制中,色度信号采用了调频制,由于调频为连续频谱,故不能采用副载频偏置以实现色度信号和亮度信号的频谱交错,因而其兼容性比NTSC制和PAL制稍差一些。
(4)SECAM制的解码和其它制式的解码器一样,亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、(B-Y)在一行时间内必须同时存在,以恢复和重现彩色图像所必须的R、G、B三基色信号。由于SECAM制在一行时间内只有一个色差信号被传送这一特点,所以,在解码器中,根据图像信号行间的相关性,采用64μs延时线,将收到的信号存储一行时间,以使每一行所传送的色差信号可以使用两次,在被传送行使用一次,在未被传送行用延时线的存储特性再使用一次,这正好取得在一行时间内所缺少的那一个色差信号,从而实现了在一行时间内Y、(R-Y)、(B-Y)的同时存在。由于每传送一行色差信号要利用两次,所以这种制式的彩色垂直清晰度降低一半。