电视原理二
§3.3 NTSC制
NTSC制是1953年美国研制成功的一种兼容性彩色电视制式，NTSC是National Television System Committee（国家电视制式委员会）的缩写词。该制式对色差信号采用了正交平衡调幅技术，因此又称为正交平衡调幅制。
3.3.1 正交平衡调幅与同步检波
3.2.1节已经指出，为了实现兼容，必须将两个色差信号调制在精确选定的副载频上，使色度信号和亮度信号实现频谱交错。现在来研究两个色差信号的调制方式。为了兼容，这种调制方式必须满足：色度已调波对亮度信号在干扰 小；已调波中无用信号成分少、有用成分多，因此彩色信杂比高；两个色差信号互不干扰，在接收机中容易分开。为此，必须选用正交平衡调幅调制方式。一、平衡调幅
平衡调幅就是抑制载波的调幅，简称抑载调幅。普通调幅的数学表达式为：
载波 上边带 下边带
抑载调幅为：
可见平衡调幅信号正好是调制信号
和被调制信号
的乘积。它与普通调幅的区别在于没有载频分量。如果两个色差信号采用平衡调幅，则色度信号的表达式为
和
其优点在于：（1）传送黑白图象时，由于
则色度信号为零，显然对亮度信号无干扰。（2）传送彩****象时，因为没有载频分量，从而减少了色度信号的能量和减轻了色度信号对亮度信号的干扰。二、正交调幅
如果将两个1.3MHz的色差信号R－Y和B－Y，分别调制在两个载频上，其色度信号带宽为2.6×2＝5.2MHz，它与亮度信号重迭过宽，亮度与色度信号间的干扰将相当严重。如果采用正交调幅就可以克服这一缺点。
正交调幅是将两个色差信号R－Y和B－Y分别调制在频率相同、相位差90°的两个副载波上，再将两个输出加在一起。在接收机中，则根据相位的不同，从合成的副载波已调信号中可分别取出两个色差信号。
色差信号正交平衡调幅的方框图如图3.3-1所示。其中，共有两个平衡调幅器，一个是R－Y调制器，副载波为cosωt；另一个是B－Y调制器，副载波为sinωt。若将两者的输出线性相加，则得到色度信号
图3.3-1（b）示出合成信号与两个平衡调幅输出之间的矢量关系。图中对角线的长度C代表色度信号的振幅，θ是的相角，其中
式（3.3-1）可改写成
上式说明，色度信号是一个调幅调相波，其振幅变化反映了色饱和度的变化，而相角θ与两个色差信号的比值有关，对不同的色调来说这个比值是不同的，故θ反映了色调的变化。三、同步检波
在接收端欲从式（3.3-1）所示色度信号中分离出两个色差信号，不能采用普通检波，而应采用同步检波技术，其方法是将色度信号与和副载波同频同相的本振载波信号相乘。例如，分别用和去乘，经低通后，则分别可得到R－Y和B－Y。同步检波电路和平衡调制电路相类似。现用数学方法证明上述解调过程，例如用去乘时，有
经低通滤波器滤去二倍频载波信号，可得到R－Y信号。同理，用去乘经低通滤波后，可得到（B－Y）信号。
为了加深对平衡调幅和同步检波的理解，图3.3－2画出了单一频率信号和色差信号的平衡调幅波形，由图可见：（1）平衡调幅波不含载波分量。（2）其极性由调制信号和载波共同决定，如果两者之一反相，平衡调幅波的极性则相反。（3）调制信号为零，则平衡调幅波为零。就是说，当色差信号为零或很小时，就没有或只有很小的色度信号加到亮度信号上，这对兼容是很有利的。（4）平衡调幅的包络不再是原来的调制信号，因此不能用普通检波检出原调制信号。（5）只有在原载波的正峰点对平衡调幅波取样，才能得到原来的调制信号。同步检波正是在副载波正峰点时刻对平衡调幅波进行取样。四、色同步信号
同步检波的关键在于在接收端产生一个与发端副载波同频同相的本地副载波。为此，发端必须发送一个色同步信号，以便用它去锁定接收机的本地副载，使其与发端副载波同频同相。
色同步信号是一串频率等于副载频的高频振荡，它只有8～10个周期，放置在行消隐的后肩上，在均衡脉冲和场同步期间不发色同步信号，其波形如图3.3-3所示。它们的频率和相位均保持恒定，NTSC制的色同步相位ψ＝180°，其表达式为：
为什么要把色同步的初始相位选在180°？当接收机中的行消隐脉冲的幅度不够
时，色同步信号将在屏幕的左端产生明显的垂直干扰。理论分析和初中表明：当ψ＝180°时，干扰幅度 小，且干扰颜色为不太明显的绿色（见参考文献3，P.286.）。
3.3.2 色度信号幅度的压缩一、色度信号压缩的原因
将色度信号、色同步信号、亮度信号Y、复合同步S和复合消隐信号BL相混合就得到彩色全电视信号为：
其中，
称为彩****象信号。现以100－0－100－0彩条为例，计算出各种彩条信号的动态范围（Y±C），如表3－7所示。表3－7 100－0－100－0已调彩条信号的范围
色 别
Y
R－Y
B－Y
C
Y+C
Y－C
白
黄
青
绿
品
红
蓝
黑
1
0.89
0.70
0.59
0.41
0.30
0.11
0
0
-0.11
-0.7
-0.59
0.59
0.70
-0.11
0
0
-0.89
-0.3
-0.59
0.59
0.30
0.89
0
0
0.9
0.76
0.83
0.83
0.76
0.90
0
1
1.79
1.46
1.42
1.24
1.06
1.01
0
1
-0.01
-0.06
-0.24
-0.42
-0.46
-0.79
0
根据表3－7画出彩条全电视信号，如图3.3－4所示。从图中可以看出，黄条和青条信号已分别超过白色电平的79％和46％，而蓝条和红条信号也分别比黑电平低79％和46％。换言之，彩条视频信号中会出现“比白还白”和“比黑还黑”的电平。可见，彩条信号的峰峰值已远远超过黑白电视信号的标准；如果用这种信号去对图象载波调幅，在负极性调制中“比白还白”的电平就要引起严重的过调制现象，从而引起彩色畸变和伴音中断。“比黑还黑”的电平可能产生限幅，从而引起图象亮度失真；另外，“比黑还黑”的电平还要破坏接收机的同步。因此，必须对这种彩条视频信号进行压缩。如果同时对亮度信号和色度信号进行压缩，虽然保证了彩色信号的不失真传送，但亮度信号的幅度也变小，造成兼容黑白图象变坏，发射机也没有充分利用。因此，通常保持亮度信号幅度不变，只对色度信号进行压缩。二、色度信号压缩的要求
如果对色度信号压缩过多，将会过多地降低彩色信杂比，它的抗干扰能力变差。实验表明：当彩条信号的 大和 小电平不超过白色和黑色的±33％时，才是比较合适的。因为，在一般的彩色节目中，具有高亮度高饱和度的彩色出现的时间很少，（比如为1％）。因此，在100％到133％的白电平区间内，对发射机过调制并不严重；少量到达0％至－33％范围的电平，虽已落入同步电平范围内，但对接收机的正常工作未发现有什么大影响，因为现代接收机均采用锁相式的行同步电路。
