彩色电视基础知识

彩色电视基础知识彩色电视的理论基础是建立在色度学与视觉生理学基础上的。

因此要了解彩色电视应该首先了解色度学方面的有关基础知识。

一、彩色的三要素人眼对任何一种颜色的光引起的视觉反应，都可用亮度、色调和色饱和度三个参量来描述，通常把颜色的亮度、色调和色饱和度称为彩色的三要素。

1.亮度：是指彩色光对人眼作用后，人眼所能感觉到的明暗程度。

2.色调：表示颜色的种类，如红、绿、黄等的区别，取决于该种颜色的主要波长。

3.色饱和度：表示颜色的深浅程度，是按该种颜色混入白光的比例来表示。

没有掺入白色光的单色光的色饱和度是100％。

在彩色电视技术中，色调和色饱和度常常被用来组成色度的概念。

也就是说，在彩色电视中所说的色度就是色调和色饱和度的合称，它即表明了彩色光的颜色种类，又表明了颜色的深浅程度。

二、三基色原理与混色方法1.三基色原理在自然界中，绝大多数的彩色光都可以分解为红（Red）、绿（Green）、篮（Blue）三种基色光；相反，利用红、绿、篮三种基色光按不同比例混合，又可以模拟出自然界的绝大多数的彩色。

这个规律称为三基色原理。

特点：三基色的选择不是唯一的。

在彩色电视中选择红、绿、篮作为三基色是因为人眼对这三种基色的光最敏感。

三基色必须是相互独立的，即其中任一种基色不能由另两种基色混合产生。

合成后的彩色的色调和饱和度由三基色的比例决定；它的亮度等于三基色亮度的总和。

2.混色法在彩色电视中采用相加混色法。

相加混色法有直接混色法和间接混色法两种。

直接混色法——是把三种等量的基色光同时投射到一个白屏幕上，会得到不同的颜色。

让我们做一个试验吧，请从三基色中选择步步不同的颜色组合，注意摄像机屏幕有什么变化。

利用这种方法，我们调节三种基色的不同比例，可以混合出自然界绝大多数色彩。

间接混色法——是利用人眼视觉的特性进行混色的。

通常可分为时间混色法和空间混色法。

1）时间混色法：将三种基色的光轮交替的投射到白屏幕上，只要色轮的转速够快，利用人眼视觉暂留特性，可得到与直接混色法相同的效果。

2）空间混色法：将三种基色光点同时投射到白屏幕上的三个相邻点上，当三个点足够近时，利用人眼的分辨力有一定限度的特性，就能产生与直接混色法相同的效果。

空间混色法是目前各种同时兼容制彩色电视的基础。

彩色显像管就是根据这个原理实现的。

以上我们对三基色的原理和混色法进行了介绍。

为了更直观、方便的表示三基色（红、绿、蓝）与它们混色后所得道的各种色彩之间的关系，通常采用图6所示的色度三角形（也称麦克斯三角形）给出三基色混合所得到色彩的大致范围。

那么这个色度三角形的意义是什么？三、实现彩色电视的基本过程我们知道，在黑白电视中只是重视景物的亮度，它只传送一个反映景物亮度的电信号。

而彩色电视要传送的却是亮度不同，色度千差万别的彩色，如果每一种彩色都使用一个与它对应的电信号，就需要同时传送许许多多的电信号，这显然是不可能的。

根据三基色原理，使我们有可能利用有限的三基色（红、绿、蓝）来传送和复现自然界的各种景物的彩色。

具体说，彩色电视并不是把客观世界千差万别的景物颜色一种一种如实的传送，而是把足以能反映各种自然景色的三种基色的组合方式（强弱比例）告诉接收端；在接收端，利用能产生三基色的装置（显像管），使其严格按照接收到的电信息（三基色组合情况）来重新进行三色混合，就可以等效的模拟出发送端的彩色。

尽管这是一种等效模拟，但是这个等效彩色对人眼引起的色感来说与实际彩色引起的色感是相同的。

图8就是根据这个设想来实现彩色电视的基本装置示意图。

在发送端必须把要传送的景物的彩色用分光系统（滤色片）分解为红、绿、蓝三种基色画面，再经过三个摄像管的光电转换，把它们转换为三种基色信号（ER、EG、EB）。

然后把三种基色信号无失真的传送至接收端。

在接收端，把三种基色信号放大后分别控制三个基色显像管阴极，经过电光的转换，把三种基色信号变为三种基色的画面，然后通过光学透镜系统投射到屏幕上，并重叠在一起就能混合成原来的景物，这就是实现彩色电视传送的基本过程。

需要指出的是，实际彩色电视机是用彩色显像管代替三个基色显像管，使结构简单化。

兼容性彩色电视的传送制式我们已经了解到，产生三基色信号并不困难，用分光系统和三只摄像管组成的摄像系统就能办到。

但是，怎样才能把三基色信号传送到接收端呢？这是这里要讨论的问题。

一、彩色电视信号传送的基本制式1.顺序制——是把将要传送的彩色图像分解为红、绿、蓝三个基色光像然后进行光电转换后按照一定的时间顺序，在一个信道分别传送；在接收端以相同的顺序轮流把三个基色信号加于彩色显像管的三个阴极，轮流显示出三个基色图像。

利用人眼的视觉暂留特性进行混色，最后得到一副完美的彩色图像。

图9 顺序制传送示意图需要指出的是，实际彩色电视机是用彩色显像管代替三个基色显像管，使结构简单话。

2.简单同时制——是把三个基色信号用三个信道同时传送。

在接收端同时将三个基色信号作用于彩色显像管的三个阴极，利用空间混色法在荧光屏上显示一副完美的彩色图像。

图10简单同时制传送示意图所谓兼容性，就是使黑白电视机能接收彩色电视节目，而彩色电视机也能收看黑白电视节目。

当然，在这两种情况下收看到的电视图像都是黑白图像。

图11 兼容同时制彩色电视机基本原理图如图11所示：发送端先用分光系统把要传送的彩条画面分为三幅基色画面。

根据混色原理得到三基色画面。

当三基色画面同时投射到三个摄像管的靶面上，经过光电转换成ER、EG、EB 信号。

它们在编码器中以一定方式编成一个带宽为6MHZ的彩色电视信号，经过发射机调制成高频彩色电视信号发射出去。

接收端接收信号后经过接收机放大、解调为彩色全电视信号，再经解码器还原ER、EG、EB 三基色信号去调制彩色显像管三个阴极，在荧光屏上呈现三幅基色画面，利用空间混色法重现彩条画面。

彩色电视信号的组成1 实现兼容性彩色电视的必要条件为了实现兼容性，彩色电视机信号必须满足下列条件：彩色电视信号既要使彩色电视机呈现彩色图像，又要使黑白电视机呈现黑白图像。

所以必须要求彩色电视信号是由亮度信号和色度信号两部分组成。

彩色电视信号应具有黑白电视信号相同的频带宽度。

彩色电视必须采用与黑白电视相同的图像载波、伴音载波及图像和伴音的调制方式，以及采用同样的行、场扫描方式、扫描频率和复合同步、复合消隐信号。

2 亮度信号和色度信号（1）亮度信号：从色度学讲，人眼对等强度的三基色光的亮度反应是不同的，对绿光最敏感，对红光次之，对蓝光最不敏感。

因此，三基色光的亮度为1时，其组成的白光对人眼作用的亮度也为1，若亮度用Y表示，它与R,G,B三基色光之间的关系为：公式为亮度方程式。

由于亮度方程式中三个系数之和等于1，如果R、G、B光的亮度都是1，则Y=1，即由它们给出的亮度总和为白色；如果R、G、B光的亮度相等，但相对值小于1而大于零，则0<Y当R、G、B光的亮度均为零时则Y=0为黑色。

在彩色电视传送过程中，三基色电信号ER、EG、EB合成的亮度信号EY的方程式为：（2）色差信号：兼容性彩色电视信号中，除了亮度信号外，还需要一个仅包含色调和饱和度的色度信号。

由于三基色信号中既包含了亮度信号也包含了色度信号。

为了得到仅包含色度信息的信号，可从三个基色信号中减去亮度信号就得三个仅含色度的信号，我们通常称之为色差信号。

根据亮度方程式可以导出色差信号与三基色信号之间的关系：实际在三个色差信号中，只需选取其中两个色差信号就能达到传送色度信息的目的。

因此为了减小传送信号的频带和提高其信噪比，通常都选用幅度较大的ER-Y、EB-Y色差信号传送色度信息。

(3）彩条的亮度信号与色差信号彩条信号是彩色电视机经常使用的一种测试信号，它在彩色电视机的荧光屏上显示出八条等宽色调为白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑的竖条，它的亮度递减顺序自左至右排列，如图12(a)所示；它在黑白电视机荧光屏上显示出八条灰度等级不同的竖条。

图12 彩条的亮度信号和色差信号波形图由于彩条有正确的色调和饱和度，所以常作为检查和测试彩色电视机的一种信号。

图12（b）是三基色的信号波形，其中包含了亮度信号。

图12（c）是彩条信号的亮度波形图，它是一个高度不等的阶梯电压，幅度从零到一共八个阶梯，所以它是一个含有直流分量的正极性信号。

图12（d）是彩条的色差信号波形，是一个交流信号，由于EG-Y信号的幅度较小，在传输中易受干扰。

所以，为了提高传送信号的信噪比，现行的兼容性彩色电视制式都采用两个幅度较大的ER-Y和EB-Y传送色度信息。

最后应该指出，上面讨论的亮度信号和色度信号，对所有的兼容性三大彩色电视制式均适用。

请大家记住这些波形图，今后在维修中会有很大的帮助。

3. 压缩彩色电视信号频带宽度的方法为了使彩色电视信号的频带与黑白电视信号的频带相同，所以三大彩电制式均对色差信号的频带进行压缩，即采用大面积着色原理，限制色度信号的频带。

亮度信号采用宽带传送，色度信号采用窄带传送（约为亮度信号频带的10％～20％），所得到的彩色图像已经令人满意。

我们国家电视制度规定，亮度信号的频带为6MHz（为保证黑白图像的清晰度）；而色差信号的频带为1.3MHz。

此外，色度信号的频带虽然已经压缩在很窄的频带内，但由于亮度信号本身已经占用了与黑白电视信号相同的频带，所以为了使彩色电视信号的频带与黑白电视信号的频带相同，必须进一步设法节省频带。

NTSC制和PAL制色度信号都采用了“正交平衡调幅制”并采用频谱交错技术，把色度信号的频谱安插到亮度信号的频谱间隙中，使色度信号不占用额外的频带。

而SECAM制色度信号采用“行轮换调频制”，来进一步压缩频带，两个色差信号不是在每一行传送，而是顺序轮换交替传送。

也就是亮度信号在每一行都传送，色差信号是一行传送ER-Y信号，另一行传送EB-Y 信号，逐行顺序轮换传送。

所以SECAM制又称为“顺序同时制”。

兼容性彩色电视制式的原理目前，世界上现存三大彩色电视编码制式，它们是NTSC制、PAL制、SECAM制。

三种制式的彩色电视机的解码电路有明显的不同。

这一节我们把三种制式的编码和解码原理用框图的形式给大家介绍一下。

1. NTSC制的编码器和其编码过程为满足兼容性彩色电视的基本条件和色差信号实现正交平衡调幅的要求，NTSC制编码器的基本组成如图13所示。

其编码过程如下：图13 NTSC制编码器框图首先把彩色摄像机送来的ER、EG、EB三基色信号，经编码器矩阵编成亮度信号EY和色差信号ER-Y、EB-Y。

色差信号经低通滤波器将其压缩到1.3MHz范围内后，分别送入平衡调幅器对色负载波（由彩色同步机提供）进行平衡调幅，输出为已调色差信号，它们在加法器叠加成色度信号F。

亮度信号EY经放大后通过加法器与彩色同步机送来的复合消隐、复合同步信号叠加，再经均衡延时线，使亮度和色度信号同时到达加法器叠加成彩色全电视信号。