彩色全电视信号频谱分析

本 科 学 年 论 文

论文题目：彩色电视信号的编码及解码的频谱分析院 系：信息学院专 业：电子信息科学与技术学 号：姓 名：指导教师：

二零一二 年 七 月

一、彩色全电视信号的编码及解码的频谱分析

彩色全电视信号（CVBS,Composit Video-Blanking-and-Sync）主要是其中的视频信号用来控制显像管的电子束。只要是收，发两端的扫描规律一致，并且扫描与电子束控制配合得当，就可以从显图像。在电视机中，同步分离时要产生一些延时，消隐信号又多用自己产生的，若与视频信号配合不当，将影响图像质量。因此，了解电视标准是很有意义的。在多媒体技术和电视行业，全电视信号是由亮度信号和色差信号组成的视频信号、音频信号以及同步信号在内的一帧电视信号。彩色全电视信号由多个信号组成，通过应用MATLAB进行仿真可以帮我们清楚地了解并记忆，把抽象的文字信息用具体的图像信号表现出来，能够直观地分析其频谱，发现并解决问题。MATLAB具有很多优势，在以后的学习中我们还会遇到很多类似的问题，能够熟练掌握MATLAB，即将给我们带来很多便利。

（一）彩色全电视信号的编码过程及频谱分析

1、 PAL制彩色全电视信号的编码过程

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。具体是由摄像机中红、绿、蓝摄像管(或CCD片)分别输出的R、G、B三个基色信号被矩阵电路处理后，得到Y、R—Y、B—Y三路输出。矩阵电路就是将若干信号按所需比例组合起来的电路。色差信号的带宽由0～1．3MHz的低通滤波器进行限制，而亮度信号的频带宽度为6MHz，不需再由滤波器加以限制。信号通过宽带滤波器后会产生延时，所以色差信号通过滤波器后将会比亮度信号有少量延时(约0．6s)。为了使亮度信号和色度信号同时到达加法器，在亮度通道中就必须加入相应的延时补偿电路。

B—Y信号与相位为0°的副载波一起送到U平衡调制器，得到的调幅信号Fu输往加法器；R—Y信号和由电子倒相开关送来的相位为90°的逐行倒相的副载波一同送往V平衡调制器，得到的调幅信号Fv也送往加法器。Fu与Fv在加法器中相加，便得到正交调幅的色度信号F(或C)。

表达式：F=FU±FV=UsinωSCt±VcosωSCt =Fmsin(ωSCt+φ) 由加法器得到的逐行倒相正交平衡调幅的色度信号，通过谐波滤波器滤除副载

波的高次谐波后再送至加法器电路，与亮度信号、复合同步信号、消隐信号混合成彩色全电视信号，最后送至发射机调制图像载波。

电视机的解码是编码的逆过程。编码器对R、G、B三基色信号进行处理，然后将其变换成视频信号输出；而解码器则是从视频信号中再变换出R、G、B三基色信号。

1.1彩色电视机编码框图及过程：

1.2具体编码过程如下:

(1)将经过γ校正的R、G、B三基色电信号通过矩阵电路,变换成亮度信号Y和色差信号(R-Y)和(B-Y)。

(2)为了减小亮度信号对色度信号的干扰,让Y信号通过一个中心频率为副载波频率

FSC的陷波器并经过放大后与行、场同步及消隐信号相混合。

(3)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U和V。

(4)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经混合电路后输出彩色全电视信号FBAS。

2、 编码过程中重要信号的频谱分析

2.1、通过用MATLAB 仿真编码电路，连接整个电路如图：

2.2通过仿真电路，获得的频谱波形：

（1）亮度信号Y的频谱分析图：

由图可看出亮度信号有直流分量。

（2）色差信号R-Y的频谱分析图：

由图可看出色差信号是交流信号。 （3）色差信号B-Y的频谱分析图：

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。

（4）色度信号F的频谱分析图：

（5）色度信号Fv的频谱分析图：

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。

（6）全电视信号FBAS的频谱分析图如图所示：

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。

（二）彩色全电视信号的解码过程及频谱分析

1、PAL制彩色全电视信号的解码过程

解码矩阵电路作用是首先将R-Y、B-Y通过矩阵变换得到G-Y，然后在由Y与R-Y、B-Y、G-Y形成三基色信号R、G、B，送显像管的三个阴极。

彩色全电视信号送入解码器后，一路送至亮度通道，将色度信号滤除掉，让亮度信号通过延时放大后送入解码矩阵电路。另一路送入色度通道，利用色带通选出色度信号分成两路，一路进入色同步选通放大器，选出三同步信号送入鉴相器及识别检波电路；另一路输出送至延时分离电路，把两个色度分量分离处理，分别送入U、V同步检波器。

在鉴相器中，色同步信号与色负载波压控振荡器送来的色负载波信号进行比较，鉴相器输出一个与两信号相位差成正比的控制电压，经过低通滤波器后变成直流控制电压去控制色负载波压控振荡器的频率和相位，使它与发送端同步。一路0度的色负载波进入U同步检波器，对Fu分量进行解调；另一路先经过90度的移相，再经过PAL识别与倒相开关电路逐行倒相后，得到正负90度的色负载波送入V同步检波器对Fv分量进行解调。

U、V同步检波器输出的色差信号经放大器放大和去压缩后恢复了色差信号，送入解码矩阵电路。与亮度信号一起在解码矩阵电路变换为三基色信号完成解码。

1.1彩色电视机解码框图及过程：

1.2具体解码过程如下:

(1)用频率分离法将FBAS分离为亮度信号Y、消隐信号A、同步信号S、色度信号F和色同步信号Fb，将彩色全电视信号FBAS经4.43MHZ陷波器和带通滤波器进行频率分离。

(2)用频率分离的方法，将色度信号F和色同步信号Fb分开

由于色度信号在行扫描正程出现，色同步信号在行扫描逆程出现，所以可以用色同步选通电路，将色度信号与色同步信号按时间分离法进行分离。

(3)用梳妆滤波器将色度信号中的Fu、Fv信号分离

色度信号F经延时一个行扫描周期后、分别与直通信号相加与相减从而把色度信号中的FV和FU分离出来。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，再用低通滤器分离出U、V信号

(4) 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-Y

(5)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R、G、B

2、 解码过程中重要信号的频谱分析

2.1、通过用MATLAB 仿真解码电路，连接整个电路如图：

2.2通过仿真电路，获得的频谱波形：

（1）FBAS全电视信号的频谱分析图：

由图可看出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f SC, 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。

（2）亮度信号Y的频谱分析图：

由图可看出亮度信号Y含有直流成分。亮度信号与色度信号错开fH, 度信号间错开 。

（3）色度信号F的频谱分析图：

（4）色度信号Fv的频谱分析图：

两色

由图可以看在最大传输点对准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。（5）（色度信号）F+Fb（色同步信号）的频谱分析图：

从图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°）。

（6）（色度信号）F+Fb（色同步信号）+Y（亮度信号）的频谱分析

（7）Fu和Fv信号频谱分析图：

由图可以看出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色度分量的频谱图是由对称分布在副载频两边的旁频带组成。 (8)U和V信号频谱分析图：

（9）色差信号R-Y、B-Y的频谱分析图：

（10）R、G、 B三基色信号频谱分析图：

从图可以看出三基色R、G、B含有直流成分。

结论：

经过MATLAB软件仿真的学习，让我又掌握了一种对信号频谱的分析工具。在学习过成中，要时刻保持清醒的头脑，出现错误，一定要认真的冷静的去检查分析错误！在最后终于看到自己所做的图形出来的结果，真的很高兴，总算觉得自己的努力还没有白费！

参考文献

[1] 《电视原理》（国防工业出版社）

[2] 《电视原理》中国传媒大学精品课程教学网站

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7fbw.html