彩色电视编码与解码原理

色度学知识
五、亮度方程 ：
用三基色光配成100%的白光所需三基色的百分比。
Y=0.30R＋0.59G＋0.11B
电压方程形式 ： EY=0.30ER＋0.59EG＋0.11EB 亮度方程式在彩色电视技术中有着很重要的地位，它 是对彩色图像进行三基色分解及对三基色进行编码传 输，解码都必须遵循的一个基本公式。
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四、三基色原理和混色法
1、混色效应 ：单色光可以用几种颜色的混合光来等效， 几种颜色的混合光可以用其他几种颜色的混合光束等效，这种 现象称为混色效应。
2、三基色原理 根据人眼彩色视觉的特性及混色效应，可以从可见光中选 取三单色按比例混合，来得到其它单色光。 （1）三基色的选取：R、G、B。 1）人眼对红、绿、蓝比较敏感； 2）红、绿、蓝三基色彼此互为独立； 3）红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富，几乎能 重现自然界中的各种彩色。
三、频带压缩
1、频带压缩
经过对许多正常视力的人统计，使用 l MHz带宽传送色 度信号，所获得的彩色图像88％的人会感到满意，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。我国电视制式规定: 色度信号的频带 宽度为1.3MHz。
2、幅度的压缩
如果直接将色度信号与亮度信号进行叠加，将使信号的 动态范围超过亮度信号的动态范围而不能满足与黑白电 视系统兼容，因而需对色度信号的幅度进行压缩，但又 不能压缩过甚造成不必要的衰减，经实验知： U=0.493(B-Y) V=0.877(R-Y)
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（2）三基色原理的内容： 1）三基色按一定比例混合，可以得到自然界中绝大多数 颜色；反之，自然界中绝大多数颜色，都可以分解为三基色。 2）三基色必须是相互独立。 3）混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定。 4）混合色亮度等于三基色亮度之和。 3、混色法：利用三基色按不同比例来获得彩色的方法。 （1）种类：相加混色法和相减单混色法。 （2）相加混色法：以三圆法来说明。
3.3.1 色差信号
色差信号：由矩阵电路将三基色分别与亮度信号相减
得到UB-Y、 UR-Y 、 UG-Y 。 黑白电视信号实际上是图像的亮度信号，其带宽为 6MHz，而彩色电视系统中的三基色信号带宽也是6MHz， 为了与黑白电视兼容，R、G、B三路信号必须经过转换， 必须有一个反映图像亮度的信号。在彩色电视系统中， 为了传送彩色图像选用了一个亮度信号和两个色差信号。
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本课小结： 1、可见及其特性 2、彩色三要素 3、人眼的视觉特性 4、三基色原理与混色 5、亮度方式
作 业： 1、彩色三要素包括哪些？分别由什么决定？ 2、什么是三基色？三基色原理包括哪些内容？ 3、课本
3.2 彩色图像的传输
与黑白电视系统类似，彩色图像的传送也是通过对电视图像的逐点逐行 逐帧的扫描进行的。不同的是，在摄像端通过扫描把扫描点所在之处的 图像上的彩色转换成与该彩色的显像三基色的三色系数成比例的三路基 色信号，而在显像端则将该三路基色信号转换成基色光的亮度。
2、能够实现恒定亮度原理 显示端的信号为：Rd=(R-Y)t +Yt Bd=(B-Y)t+Yt Gd=[-0.5(R-Y)t -0.19(B-Y)t ]+Yt 所以显示的亮度为Yd为： Yd=0.3Rd+0.59Gd+0.11Bd=Yt 对于黑白电视机而言，接收彩色信号时会产生亮度误差， 只有接收黑白图像时，亮度误差才为零。
R-Y=R-(0.30R + 0.59G + 0.11B)=0.70R-0.59G-0.11B 红色差信号 G-Y=G-(0.30R + 0.59G + 0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11B 绿色差信号
B-Y=R-(0.30R + 0.59G + 0.11B )=-0.30R-0.59G+0.89B 蓝色差信号
3x103

3x10-17
红 780 630
橙 黄 600 580
绿 青 510 450 430
蓝 紫 380
nm
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（2）波长在380nm~780nm之间。 （3）波长由长到短分别引起人眼红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色 感。即可见光包括七种颜色的光。 （4） 白色光（如：太阳光）是一种复合光，可以分解为红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫七种光。
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红 黄 绿
白
红色＋绿色 = 黄色
紫 蓝
绿色＋蓝色 = 青色 蓝色＋红色 = 紫色 红色＋绿色＋蓝色 = 白色
青
红色 ＋ 青色=白色
绿色 ＋ 紫色=白色
蓝色 ＋ 黄色=白色
两两互为补色
演 示
彩色电视机只需要将要传送的颜色分解为三基色 (红、绿、蓝)， 然后再分别以对应的一种电信号进行传送就可以了。为了与黑白 电视系统兼容，实际传送的是亮度和色差（表示色度）信号。
二、 正交调制解调基本原理
将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90° 的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅 信号进行矢量相加（频带宽度没有增加），这一 调制方式称正交调幅。如果两个调制信号分别对 正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为 正交平衡调幅信号。
彩色矢量图
正交平衡调幅色度信号形成方框图
一、亮度与三基色信号的关系
为了传送彩色图像，从兼容的角度出发，彩色电视系统中 应传送一个只反映图像亮度的亮度信号，以 Y 表示，其 特性应与黑白电视信号相同。同时还需传送色度信息，常 以 F 表示。根据三基色原理，必须传送反映R、G、B三 个基色的信息。亮度方程： Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B 从式中可以看到在Y、R、G、B这4个变量中，只有3个是 独立的。所以只要在传送Y 的同时，再传送三个基色中的 任意两个即可。 编码矩阵方程：
3、物体的颜色
（1）发光物体的颜色：其颜色由该发光体所产生的光谱分布来决定。
由照射光源决定； （2）非发光物体的颜色： 由物体的性质决定； 由人眼的视觉特性决定。
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（3）标准白光源
物体的颜色会照射光源变化而变化，要确定物体的颜色，必须确定照射光源。 A光源、B光源、C光源、D光源。（实际存在的）
彩色图像的传输
3.3 彩色电视信号的编码与解码
当今世界还是彩色电视与黑白电视兼容的时代， 不能直接传送R、G、B三路信号，需要将其合并 为一路，因而出现了多种彩色电视制式。
NTSC制——正交平衡调幅制
（美国、日本、加拿大）
PAL制——逐行倒相正交平衡调幅制 （英国、澳大利亚、中国） SECAM制——顺序传送彩色与存储制 （法国、苏联）
3.3.2 NTSC制色度编码与解码

由于每个基色信息中都含有亮度信息，如 果直接传送基色信号，已传送的亮度信号 Y(为各基色亮度总和)与所选出的两个基色 所包含的亮度参量就重复了，因而使得基 色与亮度之间的相互干扰也会十分严重 （带宽不同）。所以通常选择不反映亮度 信息的信号传送色度信息。
一、平衡调幅
解码矩阵为:
R=(R-Y)+Y B=(B-Y)+Y G-Y可根据R-Y、 B-Y运算得到： 由0.30R + 0.59G + 0.11B-Y=0变形得到 0.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0 则，G-Y=-0.30(R-Y)/0.59-0.11(B-Y)/0.59
R G B
编 码 矩 阵
Y R-Y B-Y
Y R-Y
R
传输通道 G-Y矩阵
B-Y
彩色电视系统信号变换
解 码 矩 阵
G
B
二、传送色差信号的优点
1、兼容效果好
0 = 0.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)
所以三色差信号对亮度的贡献为零，色度信号的失真不会影响亮度， 因此黑白电视机不受色度干扰。 在不计γ 失真及传输系统非线性的条件下，色差信号受到干扰时， 将不会影响亮度信号。传送后的电视信号：Yt、(R-Y)t、(B-Y)t。
项目十一：彩色电视编码与解码原 理
授课老师：
彩色电视编码与解码原理



一、教学目的 ①了解三基色原理及混色原理。 ②知道黑白、彩色电视兼容性原理。 ③理解NTSC制彩色电视信号的编码与解码原理。 ④理解PAL制彩色电视信号的编码与解码原理。 二、预备知识提示 知识点内容光学光的特性、光的颜色调制与解调调幅、平衡调幅、调制信 号、载波三角函数运算移相、倒相，乘法器、加法器 三、教学节奏与方式 节拍项目教学内容与教学方式参考学时1色度学重点讲授（1）光与色（2） 彩色的三要素（3）三基色原理（4）亮度方程1 边学边议三基色与混色、 单色与复色0．52彩色图像的传送重点讲授（1）彩色图像的分解（2）彩 色图像的重现1．5 边学边议像素0．53彩色信号编码与解码重点讲授（1） 黑白、彩色电视兼容（2）色度信号编码原理（3）色度信号解码原理1．5 边学边议NTSC制与PAL制的调制与解调0．5
彩色图像的色度信息全部包含在色度信号的振幅与相角之中， 振幅取决于色度信号的幅值，即决定了彩色的饱和度；而相 角取决于色差信号的相对比值，即决定了彩色的色调。
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4、亮度特性
对同一波长的光，当光的辐射功率不同时，则给人的亮 度感觉也不同；辐射功率相同而波长不同，则给人的亮度感 觉也是不同的。
100
20 （%） 0 400
相 对 视 敏 度
80 60 40
500
600
700
555nm 视觉灵敏度：同等能量的光源 ,人眼对 λ=555nm的黄绿色光的亮度感觉最强。
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彩色图像的传输
彩色电视信号的编码与解码 人眼的视觉特性 三基色原理 亮度方程