CN1008593B

CN1008593B - 一种高清晰度兼容彩色电视制式-低频亮度信号逐行变化制

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Publication number: CN1008593B
Application number: CN 86101432
Authority: CN
Inventors: 李执强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1990-06-27
Also published as: CN86101432A

Abstract

一种高清晰度兼容彩色电视传输制式——低频亮度信号逐行变化制，简称BAL制。该制式只传送一个逐行变化的低频亮度信号Y₁和一个高频亮度信号Y₂，将色信号育于Y₁信号的变化之中。在接收端，将相邻三行的Y₁信号延时复用，组成一个三元一次方程组，用解码矩阵解出中间一行的低频三基色信号，中间一行的高频亮度信号Y₂直接利用，就恢复了彩色显象管所需要的彩色激励信号。

Description

已有的兼容彩色电视传输制式，均是传送一个全频带亮度信号和两个低频色差信号，色差信号调制在色副载波上进行传送。这种传输制式的不足之处在于：一是色信号处理过程复杂，对录制、传输设备、接收机要求高;二是易产生微分相位失真和微分增益失真，亮色分离困难，易产生亮色串扰，影响了传输质量;三是在低频段相当于同时传送了三组频谱结构相同、幅度编码系数不同的R、G、B信号（如PAL制传送了Y、R-Y、B-Y三组信号），而对于彩色接收机而言，低频亮度信号Y只在解码电路中用来低消色差信号中的-Y信号，显象时并没有被利用，信号传输效率、利用率低。

本发明的目的在于，用较简单的亮色信号处理手段，以要求较低的录制、传输设备和彩色接收机，实现高质量的高清晰度兼容彩色电视传输，或普通清晰度兼容彩色电视传输。

本发明对亮、色信号的处理方法与已有技术完全不同。本发明根据彩色显象时只需要低频三基色和高频亮度信号这一特点，从提高信号的传输效率和利用率出发，充分利用电视信号的行相关性，采用了只传送一个逐行变化的低频亮度信号Y₁和一个高频亮度信号Y₂的传输方案。色信号育于Y₁信号的变化之中，Y₁信号和Y₂信号组成了彩色全电视信号，即Y＝Y₁+Y₂。该制式称为低频亮度信号逐行变化制，简称BAL制（BAL是英文Brightness Alternation Line的缩写）。

该制式即可用于高密度扫描高清晰度兼容彩色电视传输，亦可用于普通扫描普通清晰度兼容彩色电视传输。下面重点论述BAL制高清晰度兼容彩色电视的传输原理。

BAL制高清晰度兼容彩色电视传输方案的扫描制暂定为：74场/秒;隔行扫描;1125行/帧;行频为41625赫/秒;行周期约为24微秒;图象宽高比为5∶3。将这些数据代入公式

f_max＝ 1/4 kk₁(1-β)/(1-α) f_vZ²

可得f_max≈33兆赫。取Y信号带宽为0～32兆赫，Y₁信号带宽为0～8兆赫，Y₂信号带宽为8～32兆赫。Y信号、Y₁信号、Y₂信号的幅频曲线如附图1所示。

Y₂的编码方程为标准亮度信号方程，即

Y₂＝（0.30R+0.59G+0.11B）_8～32MHZ（1）

Y₁的编码方程在标准亮度方程的基础上逐行变化。编码方案有多种，选取原则是，在保证黑白兼容质量的前提下尽量增大其变化幅度，以提高色信杂比。若采用扣除一个基色的方案，其编码方程可选用下面三组方程中的一组：

Y_1（n-1）＝ 3/2 （0.30R+0.11B）+0.59G ①

Y_1（n）＝ 3/2 （0+0.11B）+0.59G ② （2）

Y_1（n+1）＝ 3/2 （0.30R+0）+0.59G ③

Y_1（n-1）＝ 3/2 （0.59G+0.11B）+0.30R ①

Y_1（n）＝ 3/2 （0+0.11B）+0.30R ② （3）

Y_1（n+1）＝ 3/2 （0.59G+0）+0.30R ③

Y_1（n-1）＝ 3/2 （0.30R+0.59G）+0.11B ①

Y_1（n）＝ 3/2 （0+0.59G）+0.11B ② （4）

Y_1（n+1）＝ 3/2 （0.30R+0）+0.11B ③

式中的 3/2 为预加重系数，以保证黑白兼容图象在大面积彩色处每场中相邻三行的平均低频亮度不变，以满足兼容要求。

在接收端，利用行相关性，将相邻三行的Y₁信号延时复用，可得到式（2）、式（3）或式（4）的低频三基色三元一次方程组，用解码矩阵即可解出第n行的三基色信号。

如对于方程（2）所示的三元一次方程，可用下面的解码方程：

①-②＝0.45R

①-③＝0.165B （5）

②+③-①＝0.59G

第n行的高频亮度信号Y_2（n）可直接利用，从而得到了彩色显象管所需要的第n行的彩色激励信号。

以采用方程（2）编码方案的BAL制为例，结合附图进一步阐明BAL制的具体实施方案及工作原理。

BAL制编码器方框图如图2所示，它主要由矩阵电路、均衡电路、低通滤波器、减法电路、同步消隐混合电路等组成。由摄象机输出的三基色信号一路经矩阵1产生标准亮度信号Y，其表达式为：

Y＝（0.30R+0.59G+0.11B）_8～32MHZ（6）

Y信号经延时均衡电路均衡后加到减法电路。另一路经矩阵2产生三路信号输出（用C表示），其表达式为：

-0.15R-0.055B

0.30R-0.055B （7）

-0.15R+0.11B 三路信号经行开关电路逐行送到0～8兆赫低通滤波器，滤除高频成分后送到减法电路与标准亮度信号相减，就产生了BAL制视频彩色电视信号。其相邻三行的信号表达式为：

Y信号经复合同步消隐电路混入复合同步消隐信号和行识别信号后，就产生了BAL制视频全电视信号。

采用减法电路的优点是，既保证了低频基色信号与高频亮度信号在频带过渡处的无畸变过渡，又保证了高频亮度信号与低频基色信号相位的一致性，且避免了设置高通滤波器，简化了电路。

BAL制解码器（亮、色通道）方框图如图3所示，它主要由24微秒延时线、低通滤波器、行开关、解码矩阵等电路组成。由视频检波器输出的视频全电视信号，一路经低通滤波器1滤除高频亮度信号后，产生第一路低频亮度信号;另一路则经DL1延时24微秒后，送给低通滤波器2产生第二路低频亮度信号，该信号再经DL2延时24微秒后产生第三路低频亮度信号。该三路信号（即相邻三行的低频亮度信号）经行开关按解码要求分配到解码矩阵电路，解码矩阵按解码方程5完成解码过程，解调出低频R、G、B三基色信号，经放大后加到彩色显象管阴极。DL1输出的另一路视频信号经均衡电路均衡后，和低通2输出的低频亮度信号相减，产生高频亮度信号，经放大后加到显象管栅极。行开关是在行逆程脉冲和由识别迭通电路选出的行识别信号的控制下与发端行开关同步动作的。

由图3可知，若此时解码器输入端输入的是第n+1行的视频信号，则显象管栅极加的是第n行的亮度信号，阴极加的是第n-1行的R、第n行的G、第n+1行的B，图象显示情况如图4（a）所示。这样，虽然利用了相邻三行的基色信号，但在恢复每一行（如第n行）的三基色信号的过程中，是利用了上下相邻两行（第n-1行和n+1行）的基色信号，其相关性大于将B_（n-1）、R_n延时到第n+1行的传输方案，提高了彩色保真度。图4（b）是彩色垂直交界处的彩色干扰行的形成情况，由图可知，在形成2、3两彩色干扰行的三基色信号中有两行是正确的，而且不存在色和亮度的行延时，边界彩色质量较好。

行识别脉冲的作用是控制发端和收端行开关的相位，使其在行同步信号（发端）或行逆程脉冲（收端）的作用下同步动作，保证收端解码器按方程（5）的规律解码。识别脉冲的波形如图5（b）所示，它是加在奇数场均衡脉冲后第三个行同步信号处的负脉冲。在收端，识别选通电路先将复合同步信号削波，然后用场逆程脉冲选出识别脉冲。图5（a）是各场的低频基色信号传送情况，由图可知，三帧为一个传输周期，因此识别脉冲的频率应为24 2/3 赫。

在解码器中，高频亮度信号与低频亮度信号的分离是通过滤波器来实现的。对收端低通滤波器的要求是，必须将高频亮度信号滤除干净，否则，解码器按方程（5）解码时，解出的G信号中将有残余高频亮度信号的干扰（R、B解码方程式中相邻两行的残余高频亮度信号相消）。为此，发端和收端的滤波器幅频曲线应如图6所示。曲线①为发端低通滤波器幅频曲线，在8兆赫处衰减3分贝;曲线②为收端低通滤波器的幅频曲线，在8兆赫处衰减50分贝或更多。这样，低频亮度信号中将无高频亮度信号的干扰。虽然一部分低频亮度信号（图中阴影部分）被切入高频亮度信号中，但低频亮度信号和高频亮度信号的编码方程式本来就差别不大，对亮度的影响极小。

充分利用电视信号的行相关性，进行内插式高密度扫描可实现超高清晰度电视接收以实现超大屏幕映象。对于BAL制来说，由于其独特的传送方式，使得彩色电视机的解码电路可以巧妙地和内插电路的延时器、运算器、色延时处理系统有机地结合在一起，大大简化了内插式高密度扫描彩色电视机电路。

图7是BAL制内插式2250行扫描超高清晰度彩色电视机亮、色通道方框图。其中DL1、DL2是慢存（24微秒）快取（12微秒）CCD模拟信号延时线;DL3、DL4、DL5是普通超声延时线，DL3、DL4延时12微秒，DL5延时24微秒。K₁、K₂、K₃在时钟脉冲控制下动作，其工作波形及a、b、c、d、e各点的输出信号行顺序如图8所示。图中，“1”、“0”表示各开关的位置;-2、-1 0、1、2……表示输出信号的行顺序号。工作原理如下：视频信号Y经K₁逐行加到DL1、DL2，经慢存快取后，K₂输出间隔12微秒的压缩视频信号（图8中阴影部分）。该信号经DL3、加法器运算后，在C点产生了内插式2250行扫描的视频信号。该信号经低通、减法电路处理后，产生高频亮度信号输出，经放大后激励显象管栅极。DL3、DL4、DL5、低通1、低通2、低通3、行开关、解码矩阵及放大电路组成色解码电路，DL3、DL4相当于图3中的DL1，工作原理与图3相同。

BAL制用于普通清晰度兼容彩色电视传输，扫描制式可将目前的场频提高到72～74场/秒。行频仍为625行/秒。视频信号Y的带宽也相应地变为8.6兆赫左右，Y₁信号带宽为2兆赫，Y₂信号带宽为2～8.6兆赫。其编、解码方框图、内插式高密度扫描彩色电视机等，其电路组成及工作原理均于BAL制高清晰度彩色电视传输方案相同，不再赘述。

BAL制兼容彩色电视制式有以下优点：

（1）、色信号处理过程简单，不需要色副载波，对同步机、录象机等设备要求低。

（2）、不存在微分相位失真、微分增益失真和亮色串扰，亮色分离容易，彩色质量好。

（3）、传输信号中只有图象载波和伴音载波，无色副载波，减小了互调失真。

（4）、由于不再单独传送色差信号，将色信号育于低频亮度信号的变化之中，充分利用了电视信号的行相关性，大大提高了传输信号的利用率和传输效率。

（5）、彩色电视机电路简单，成本低、调整容易。

（6）、在大面积彩色处，黑白兼容图象的闪烁频率为74× 2/3 ＝49.33赫，与目前50场/秒的扫描制式相当，能满足人眼的要求，而且不存在色副载波的干扰，黑白兼容质量好。

（7）、易实现内插式高密度扫描超高清晰度彩色电视接收。

BAL制的色解码电路是利用相邻三行的信号进行解码的，和其他顺序制一样，在垂直彩色交界处有行顺序效应。

Claims

1、一种高清晰度兼容彩色电视传输制式-低频亮度信号逐行变化制，它包括一个低频亮度信号Y₁(0～8兆赫)和一个高频亮度信号Y₂(8～32兆赫)。其特征是：Y₁信号逐行变化，变化规律是在相邻三行的两行中分别扣除一个不同的基色信号，三行均传输的一个基色信号的系数为标准亮度信号方程系数，其余两个基色信号在传输行均在标准亮度信号方程系数的基础上予加重 3/2 ，Y₂的编码方程为标准亮度信号方程；在发送端，通过矩阵电路、均衡电路、行开关电路、低通滤波器、减法电路、同步消隐混合电路及同步机形成该制式的全电视信号；在接收端，将相邻三行的Y₁信号延时复用，通过由24微秒延时线、行识别脉冲选通电路、低通滤波器、减法电路、行开关、解码矩阵及放大电路组成的解码电路解出低频三基色信号，通过和Y₂信号的结合得到显象管所需要的励信号。

2、根据权利要求1的彩色电视传输制式，其特征是：在接收端，加到显象管上的第n行的色激励信号是由第n-1行、第n行、第n+1行的Y₁信号求得的。

3、根据权利要求1的彩色电视传输制式，其特征是：发送端低通滤波器在8兆赫处衰减3分贝，接收端低通滤波器在8兆赫处衰减50分贝。

4、根据权利要求1的彩色电视传输制式，其特征是：通过三个由时钟脉冲控制电路控制的电子开关、两个慢存（24微秒）快取（12微秒）模拟信号延时线、三个超声延时线、行识别脉冲选通电路、加法电路、三个低通滤波器、减法电路、放大电路、行开关、解码矩阵及放大电路组成的亮、色通道电路，实现内插式双密度扫描超高清晰度彩色电视接收。

5、根据权利要求1的彩色电视传输制式，其特征是：将普通清晰度电视制式的场频提高到每秒72场以上，行频不变，Y₁信号带宽取为2兆赫左右，Y₂信号带宽取为2～8.6兆赫左右，用其与该制式高清晰度电视传输相同形式的编、解码电路，可实现普通清晰度彩色电视传输以及内插式双密度扫描高清晰度彩色电视接收。

6、根据权利要求1的彩色电视传输制式，其特征是：行识别脉冲是加在奇数场均衡脉冲后第三个行同步信号处的页脉冲，在接收端，行识别脉冲选通电路将复合同步信号削波，并用场逆程脉冲选出行识别脉冲。