模拟电视制式与系统
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模拟电视与数字电视
TV模拟电视与数字电视第一部分：TV概念1.模拟电视ATV:概念：图象信号的产生、传输、处理到接收机的复原，整个过程几乎都是在模拟体制下完成的;传统的模拟电视存在易受干扰、色度畸变、亮色串扰、行串扰、行蠕动、大面积闪烁、清晰度低和临场感弱等缺点。
模拟电视图像标准制式：PAL、NTSC、SECAM三种制式，PAL制式代表的国家为中国、新加坡、英国、澳大利亚、西班牙、巴西、阿根廷等；NTSC制式代表的国家为美国、加拿大、墨西哥、韩国、日本等；SECAM制式代表的国家为伊朗、蒙古、乌克兰、伊拉克、智利、哥伦比亚等模拟电视发展前景：全球101个国家2015年计划关闭模拟电视，据透露了全球广电将向数字化进展。
许多工业化国家从上世纪九十年代中期便开始大力推进数字化，目前广播电视台内制播系统和卫星、有线、地面传输系统大部分都实现了数字化。
据悉，荷兰很早停播了地面模拟电视，成为世界上首个实现数字化的国家；美国、日本、韩国、澳大利亚等国家和地区也先后关闭模拟电视；欧洲、非洲和亚洲有101个国家计划在2015年关闭模拟电视。
2.数字电视:从信源开始，将图象画面的每一个像素、伴音的每一个音节都用二进制数编码成多位数码，再经过高效的信源压缩编码和前向纠错、交织与调制等信道编码后，以非常高的比特率进行数码流发射、传输和接收的系统工程;数字设备只输出1和0两个电平，恢复时不究大小，因而信号稳定，抗干扰强，非常适合远距离的数字传输。
世界三大地面数字电视ISDB:ISDB是日本的DIBEG(Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组)制订的数字广播系统标准,它利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号,同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去.ISDB具有柔软性,扩展性,共通性等特点,可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务.ISDB是日本基于自己的国情，在欧洲COFDM基础上的一种改进，特别是针对多媒体广播和移动接收的需求。
模拟电视技术 (1)
模拟电视技术原理讲解——以PAL制的声画信号的转换原理为例电视显示的主要原理就是如何把模拟的数字信号转化为图像。
以前我们看的是黑白电视，随着科技的发展，现在彩色电视已经走进了千家万户。
说道彩色电视的成像原理，我们就不得不提到彩色制式。
彩色电视制式就是实现彩色电视所采用的具体方法，也就是对色彩电视信号进行加工、处理和传输的特定方式。
一、彩色制式的基本内容为了把三基色电信号由发送端传输到接收端以实现彩色电视和之前的黑白电视之间的兼容，彩色电视制式必须具有如下特点：1.兼容制彩色电视信号中必须有亮度信号和色度信号两部分，而且两者是相互独立的。
2.彩色电视信号的频率特性应与黑白电视通道频率特性基本一致，应该有相同的频带的宽度，图像载频和伴音载频。
3.彩色电视和黑白电视应该有相同的扫描方式及扫描频率。
相同的辅助信号及参数。
4.应尽可能的减小亮度信号和色度信号之间的相互干扰。
而为了满足这些条件，实际操作中通常还会采取以下措施：1.通过矩阵电路图产生独立的电路信号和色差信号。
2.依据大面积的着色原理压缩色度信号频带宽度3.依据频谱交错原理实现亮度信号与色度信号共享6MHz带宽。
在模拟电视技术中，通常是采取这样的方式措施对亮度信号和色度信号进行处理的，但在具体处理的环节上又有不同的技术措施。
从而产生了不同的彩色制式。
常见的彩色制式有NTSC制、PAL制和SECAM制三种。
由于国内大多采取PAL制，今天就主要讲解PAL制的声画信号转换。
PAL制是1962年联邦德国研制出来的。
相对于其他两个制式，它具有如下特点：1.对相位失真不敏感2.多径接收对PAL制信号的影响小3.梳状滤波器可以减少亮度和噪波对色彩的干扰4.PAL制由于采用了1/4行频偏置和25Hz偏置来确定副载波，有效的实现了亮度信号和色度信号的频谱交错，保证了画质和兼容性。
二、PAL制编码过程PAL的编码是指将三基色信号彩色全电视信号的过程，PAL编码过程如图所示：首先把Vr，Vg，Vb（为简洁起见，将三信号标记为R,G,B）信号通过矩阵电路进行行线组合，形成亮度信号和经幅度压缩的两个色差信号Ur-y，Ub-y （记为R-Y,B-Y）。
模拟电视制式和数字电视标准
目前各国在信源编码-视频音频编码方案上已统一于MPEG-2标准。无论针对哪种传输媒介，从节目复用器和传送复用器中生成的都是标准的MPEG-2的TS码流。当进行数字广播时，根据传输媒介，选用相应的传输系统，通过纠错编码和调制，将TS码流变换成射频信号。
MPEG-2标准从1990年开始研究，1994发布DIS。它是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准。 MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充，因为它们的基本编码算法都相同。但MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能，例如运动向量的精确度提高到半个像素；由于关键帧里存在特殊向量，扩展了错误冗余；离散余弦变换中可选择精度；超前预测模式；质量伸缩性（在同一视频流中可容忍不同质量的图象）；支持VBR，提供了位速率的可变性能(scalability)功能；增加了隔行扫描电视的编码。
在数字通信系统中，定性而论，传输效率越高，传输可靠性越差；效率越低，可靠性越高，即提高有效性与提高可靠性是一对矛盾，实际通信系统设计的任务就是在这两者之间作综合考虑。例如在卫星通信中，由于信号衰减很严重，传输信号常淹没在噪声中，可靠性问题变得十分尖锐，因此采用了QPSK调制技术。QPSK具有很强的抵抗幅度干扰的能力，但传输效率比较低，仅为2bit/s/Hz。而在数字微波通信中，由于干扰较小，信道环境较好，因此采用了256QAM这种高效调制技术，传输效率高达8bit/s/Hz，但256QAM抗干扰的
③ MPEG-2声音，写成MPEG-2 Audio，规定声音数据的编码和解码，是MPEG-1 Audio的扩充，支持多个声道，标准名是ISO/IEC 13818-3：1998 Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information - Part 3：Audio。
电视基础知识(1)
数字电视频段划分：
频段分为：VL、VH和U段，在不同国家和地区频段是有差别的。美国6M,中国8M， 澳大利亚7M,欧洲大部分国家7/8M并存。 频率为VHF: 177.5~ 226.5 MHz, UHF: 474 ~ 858 MHz（英国474～850MHZ)
数字电视测试调节参数：
TS（Transport stearm)：信息流 PS（ProgramStream）：节目流 载波数：2K & 8K 卷积编码码率(内纠错码）：Code Rate：1/2，2/3，3/4，5/6，7/8（1/2具有最强 的纠错码能力，但是浪费带宽，7/8的保护码只占有用的八分之一，带宽利用率 高，但是纠错能力弱 ） 符号率Guard Int：1/2，1/8，1/16，1/32 通道带宽Channel bandwidth：7MHz/8MHz 附注： 一个电视信号，最终一般仅仅选择其中一个调制方式，其中，QPSK的信号 移动性能好，但是数据量小，64QAM的数据量大，但是几乎不支持移动，德国 的多数电视台在采用。16QAM居中
模拟电视基础---丽音（NICAM)
数字丽音(NICAM)由英国广播公司研发的数字伴音技术,其数据传输率为 728Kbps，故也称其为：Nicam-728 Nicam可以传送立体声节目，也可以传送双语节目，还可以传送数字信息。 具有传送的声音动态范围大、音质好、信噪比高、串音小等优点 地面电视广播一般应用：PAL-I (香港、澳门) 大陆：PAL-DK 香港、澳门、深圳、东莞、珠海、佛山：PAL-I 注：NTSC的双语伴音技术为NTSC M-MTS(多通道 伴音) NICAM(丽音）信号种类） 1. 单语言丽音：立体声、Nicam Mono 立体声、 立体声 2. 双语言丽音：声音 、声音 (两种声音类型对应两种语言 声音1、声音2 两种声音类型对应两种语言 两种声音类型对应两种语言) 声音 3. 普通单语单音：FM Mono 香港=== 丽音 PAL-I 大陆=== 单音 PAL-DK 香港 大陆
电视原理模拟彩色电视制式课件
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)
电视原理模拟彩色电视制式课件
100%幅度彩条波形图 (a)Y+Fb+s信号; (b)色度信号F; (c)Y+F+Fb+s信号
电视原理模拟彩色电视制式课件
平衡调幅抑制了载波分量,使得调幅波中没有Uscosωst 一项,因而其表达式变为
u2Ucostcosst 1 2Ucos(s)t1 2Ucos(s)t
电视原理模拟彩色电视制式课件
• 平衡调幅波的特点是:
• (1)平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成 正比。
• (2)调幅信号为正值时,平衡调幅波与载波同相;调 制信号电压为负值时,平衡调幅波与载波反相。
• 2：兼容性和非兼容性（使用的目的）； • 兼容性具备以下特点： • （1）兼容性（黑白电视收看彩色电视信
号）和逆兼容性（彩色电视能收看黑白 电视信号） • （2）相应的黑白电视制式 （扫描频率、 频宽、伴音载频和图象载频的频率及二 者之间的间距、行同步与场同步等）
电视原理模拟彩色电视制式课件
第三章彩色电视制式
由式联立求解,可得: x1=0.493 x2=0.877
电视原理模拟彩色电视制式课件
Y=0.30R+0.59G+0.11B R-Y=0.70R-0.59G-0.11B B-Y=-0.30R-0.59G+0.89B V=0.877(R-Y) U=0.493(B-Y) 黄色 R=1，G=1，B=0 Y=0.89 R-Y=0.11 B-Y=-0.89 U=0.493（-0.89）=-0.44 V=0.877（0.11）=0.1
第3章 模拟彩色电视制式
亮度方程：
EY = 0.30ER + 0.59EG + 0.11EB
黑白图像
ER=EG=EB＝1V时，混合色为白色。 ER=EG=EB＝0V时，混合色为黑色。
0V ＜ER=EG=EB＜1V ，混合色为灰色。
彩色图像
ER、EG、EB不相等
ER ：EG ：EB反应色调 按亮度方程计算得到亮度
亮度方程：
一般调幅波与平衡调幅波频谱波形图（设u(t)=UmCOSΩt）
红色度分量 C：色度信号
正交平衡调幅框图
蓝色度分量
（R-Y）cosωsc t C
令： CV＝（R-Y）cosωsc t CU＝（B-Y）sinωsc t
（B-Y）Sinωsc t
彩色矢量图
C CV CU
(R Y )2 (B Y )2 sin sct
压缩方法
压缩色差信号有两种方法： ①（R-Y）、（B-Y）同比例压缩 ②不同比例压缩（仅压缩超出的部分）
同步头对应的视频信号幅度为 - 0.43V。则要求Y+C的信号 最大最小电平分别不超过白电平和黑电平的33%， 如图 即在在-0.33～1.33V范围内。 即： 黄色：Y+C不超过1.33
蓝色：Y-C不低过-0.33 按压缩系数k1、k2来压缩色差信号(B-Y)、(R-Y)，压缩后的 色差信号分别用U、V表示：
正兼容
彩色电视信号
逆兼容
黑白电视信号
黑白电视接收机 彩色电视接收机
兼容要解决的问题 亮度信号和色度信号 图像载频和伴音载频 频带宽度和频道划分 扫描制式 相同的辅助信号及参数
第3章 彩色电视制式
亮度信号与色差信号、NTSC制、PAL制
1.亮度方程
模拟彩色电视制式
图1.32 NTSC4.43制编码原理框图
NTSC-M 制是标准的彩色电视制式，它的视频带宽为 4.2 MHz，它的编码原 理框图如图1.33 所示。
在 NTSC-M 制中不是传送 U、V 色差信号，而是传送 I、Q 色差信号，这样 做是为了进一步压缩视频信号的带宽（实际 NTSC-M 制的带宽为 4.2 MHz） 。
FB
1 2
s
in
sc
t
135
图1.38 PAL制色同步信号形成框图
5. PAL 制编码器 PAL 制编码器是将三基色信号 E R 、 E G 、 E B 编制成彩色全电视信号，其 编码原理框图如图 1.39 所示。编码过程如下： ① 将三基色电信号 ER、EG、EB 通过矩阵电路变成一个亮度信号 EY 和两个 色差信号ER-Y、EB-Y。 ② 亮度信号 EY 通过 4.43 MHz 陷波器、放大、0.6 µs 延时后再与行场同步 信号、行场消隐信号 Es 相混合后，送往矩阵电路。 ③ 色差信号 ER-Y、EB-Y 经频带和幅度压缩后，得到 V、U 信号。
图1.34 逐行倒相原理
2. PAL 制相位失真的补偿原理 在接收端为了能按照色度信号的 本来相位正确地重现原来的色调，必 须把 PAL 行的色度信号分量 FV 再重 新倒回来，也就是将如图 1.36 所示的 Fn＋1 行色度信号在接收机中必须再 倒回到与之相应的 Fn 位置上，否则将 失去原来的色调。
第一行： Fn=Usinωsct+Vcos ωsct （ NTSC 行） 第二行： Fn+1=Usinωsct－Vcos ωsct （PAL 行） 第三行： Fn+2=Usinωsct+Vcos ωsct 如此类推，PAL 制色度信号的数学式表达为
TV 制式及视频接口介绍
PAL 制: .(Phase Alternation Line) 为了克服NTSC 制的相位敏感性, 1962 年在当时的西德, 研究出PAL 制.(Phase Alternation Line) – 相位逐行交变.PAL制克服了NTSC 制的相位敏 感性, 因而不采用不等带宽的Q, I 色差信号,而采用等带宽的U, V 色差信号.
中频信号频率标准:
主流如美国之影像中频45.75MHz及声音中频 41.25MHz (相差4.5MHz). 主流如欧洲之影像中频38.9MHz及声音中频33.4MHz (相差5.5MHz). 主流如中国之影像中频38MHZ及声音中频 31.5MHZ(相差6.5MHZ) 其它国家如日本澳洲苏俄等均有特定之中频频率: 影像中频澳洲36.875MHz,声音中频31.375MHZ 影像中频爱尔兰39.5MHz,声音中频33. 5MHZ 影像中频法国40.2MHz,声音中频33.7MHZ 影像中频日本58.75MHz,声音中频54.25MHZ 此时声音频率较影像低,与电视频道频率高低相反,系由 于选台器外差线路造成.
Teletext (文字广播) :
Teletext 能将电视画面变成40x24 的文字模式，并显示文字讯息( 类似网络 上 BBS 的画面)，在欧洲被广泛的应用，目前Teletext 有A、B、C、D 四个 系统，这四个系统主要差别在于信号传输速率，目前 System B 最多国家使 用，约占全世界teletext service的8成。 Teletext 数据格式以 Packet 为单位，Packet可组成 Page，Page Group 称为Magazine，其架构如下： Page : 由 N 个packet组成，但只能有1个Page Header Packet Magazine : 由Page 组成，每个 magazine 最多有255 Page，Magazine 最 多 8 个。 Page Number : 通常 decoder会在画面中显示Page Number 其格式为 Mpp : M = Magazine Number ，pp = page number (16 进制) ex : 100 = Magazine 1 ,Page 00 decoder 处理Teletext数据时通常将接收的数据，先储存于 memory中再做处 理，所以decoder具备的memory大小决定了TV 能同时处理多少teletext 数据。 System B Teletext 有4种表现等级，分别为Level 1、Level 1.5 、Level 2.5、 Level 3.5比较如下： Level 1: 一般拉丁文字集、固定颜色调色盘、40x24字画面 Level 1.5 : 新增一组扩充字集 Level 2.5 : 新增调色盘，并可自订颜色、新增其它文字属性、自订字集、 Side Panel、Object Level 3.5 : 可自订的字集再扩充
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TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
NTSC
• National Television System Committee(美国国家电视委 员会),是美国于1953年研制成功的一种兼容彩色电视制 式
• 按色度信号的构成特点,又称为正交平衡调幅制 • NTSC制采用平衡调幅方式和频谱交错原理
color burst位于水平同步信号的结尾和blanking脉冲结尾之间。TV 接收端有一个本地振荡器用来同步color burst。根据这个Color burst， 色彩译码器就能够知道如何去译码色彩信息，译码器也能够决定什么 是蓝色，洋红等等，以及分辨出哪些是正确的颜色。
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
色彩以3.58MHz副载波调制后 不同色彩会有不同的相位关系
TV SYSTEM
75% color bar vector diagram
模拟电视制式与系统
NTSC: Composite Video
• CVBS = Composite Video Blanking Sync 复合视频同步消隐
TV SYSTEM
NTSC解码
NTSC: Luminance & Chrominance
• Luminance
• Chrominance
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
NTSC: Color Bar
TV SYSTEM
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NTSC: Color Modulation
• Modulated by 3.58 MHz
模拟电视制式与系统
75% color bar waveform
color burst
NTSC的色度用两个正交（3.579545 MHz）信号进行编码，这两 个正交信号就是I（in-phase）and Q(quadrature),这两个信号都是幅 度调制，最后将其加在一起。TV从IQ phase中恢复色调，一定要有个 零相位参考，恢复饱和度也需要一个参考，所以NTSC信号中包含了 这种参考信号的取样。这个取样就是color burst.
Analog TV System
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
OVERVIEW
1.模拟电视制式概述 2.NTSC 3.PAL 4.SECAM 5.模拟电视的缺陷
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
电视制式概述
1、电视制式
（1）黑白电视制式 每帧扫描行数、每秒扫描场数、信道频带宽度、隔行扫描方式 等构成了黑白电视制式基本技术参数。 （2）彩色电视制式 除了黑白电视制式的基本技术参数以外，主要区分标志是3个 信号（3个基色信号或由其组成的亮度、色差信号）的处理方式。
NTSC: Color Information
• Amplitude ~ color saturation
• Phase ~ color tone (hue)
75% color bar waveform
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模拟电视制式与系统
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
2、彩色电视制式的分类：
顺序制
场顺序制 行顺序制
点顺序制
传送信号的
同时制：NTSC制、PAL制
彩
时间关系分
色
电
顺序－同时制：SECAM制
视
制 式
使用目的 不同分
兼容制： NTSC制、PAL制、SECAM制 （用于工业电视,工业研究）
非兼容制：用于广播电视
兼容性：彩色电视信号能够为黑白电视机所接收,显示为黑白图像 逆兼容性：彩色电视信号能够接收黑白电视信号,显示为黑白图像
TV SYSTEM
模拟电视制式与系统
➢现行三大彩色电视制式： 都是兼容制（一个亮度信号,两个色差信号）,采用了与黑白电视兼容的亮度
信号。区别在于色差信号对副载波的调制方式上 NTSC ——同时制,正交平衡调幅制 PAL ——同时制,逐行倒相正交平衡调幅制 SECAM——顺序-同时制,顺序传送彩色与存储制
每秒29.97帧（简化为30帧）,电视扫描线为525线,偶场在前,奇场 在后,标准的数字化NTSC电视标准分辨率为720*480像素,24比特的 色彩位深,画面的宽高比为4：3。NTSC电视标准用于美、日等国家 和地区。 参数：
帧频为每秒30帧，场频为每秒60场，扫描线为525行，隔行扫描。 亮度带宽为4.2MHZ，彩色副载波为3.58MHZ，色度带宽I分量为 1.3MHZ,Q分量为0.6MHZ，声音载波为4.5MHZ。
• 正交平衡调幅？
Ans：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，色度与亮度之间干扰较小。
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NTSC制编码,解码
NTSC编码
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TV SYSTEM
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1）顺序制 ①3个基色信号按一定的顺序轮换传送 ②显像方法：既要利用空间混色原理,又要利用时间混色原理 优点：设备简单、彩色图像质量好 缺点：兼容性差、占用频带较宽 2）同时制 ①携带彩色图像的亮度和色度信息的3个信号同时传送 ②显像方法：空间混色法 优点：兼容性较好，占用频带较窄（与黑白电视相同）,彩色图像质量较好 缺点：设备较复杂，存在亮串色和色串亮的干扰 3）顺序－同时制 ①顺序制、同时制两种方法的结合 ②显像方法：不一定采用顺序、同时混合方式，可以采用同时方式 优缺点基本上与同时制相仿
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NTSC特殊规格的原因
• 为什么采用525lines？
Ans：主要是受基于真空管技术限制（the limitations of the vacuum-tubebased technologies）
• 加了彩色的NTSC的刷新频率从60HZ降到了59.94HZ？
Ans：主要为了去除彩色信号以及伴音信号所产生的图像干扰：对于一 个broadcast传输NTSC信号,用幅度调制,而传输audio的时候用频率调制. 如果广播中非线性扭曲发生了,彩色载波可能就会串扰到声音载波导致 屏幕上出现dot pattern,因此设计者调整了场频从60HZ降到了59.94HZ.