世界上第一種彩色電視制式是在美國(guó)開(kāi)發(fā)的。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（Federal CommunicationsCommission，F(xiàn)CC）于1953年12月17日批準(zhǔn)了這一傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并批準(zhǔn)從1954年1月23日開(kāi)始廣播。在開(kāi)發(fā)彩色電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，美國(guó)國(guó)家電視制式委員會(huì)（National Television SystemCommittee，NTSC）所做的大部分工作就是使之與（當(dāng)時(shí)的）525行、60場(chǎng)/秒、2∶1隔行黑白電視標(biāo)準(zhǔn)兼容。
8.1.1 亮度信息
黑白亮度（Y）信號(hào)由gamma校正后的紅綠藍(lán)（R'G'B'）信號(hào)表示：
Y＝0.299R'＋0.587G'＋0.114B'
由于伴音副載波位于4.5MHz，所以要求彩色信號(hào)位于和黑白視頻信號(hào)相同的帶寬（0~4.2MHz）之內(nèi)。
基于經(jīng)濟(jì)上的考慮，NTSC還有另外一個(gè)要求，即黑白電視接收機(jī)必須能顯示彩色電視廣播的黑白部分，而彩色電視接收機(jī)也必須能顯示黑白電視廣播。
8.1.2 彩色信息
眼睛對(duì)亮度的空間和時(shí)間變化最為敏感；所以仍然允許亮度信息覆蓋全部的可用帶寬（0~4.2MHz） 。彩色信息由色調(diào)和飽和度信息表示，眼睛對(duì)彩色信息沒(méi)有亮度信息那么敏感，所以彩色信息需要較少的帶寬。
色調(diào)和飽和度信息使用3.58MHz副載波傳送、編碼，以便接收機(jī)能夠分離出色調(diào)、飽和度和亮度信息，并將它們轉(zhuǎn)換回RGB信號(hào)來(lái)顯示。盡管這樣允許在和黑白電視信號(hào)相同的帶寬內(nèi)傳送彩色信號(hào)，但是由于它們占用相同的頻譜空間，所以如何經(jīng)濟(jì)地分離彩色信息和亮度信息這一難題仍然存在。
為了傳送彩色信息，我們使用了“色差”信號(hào)U和V或者I和Q：
R'－Y＝0.701R'－0.587G'－0.114B'
B'－Y＝-0.299R'－0.587G'＋0.886B'
U＝0.492(B'－Y)
V＝0.877(R'－Y)
I＝0.596R'－0.275G'－0.321B'
＝Vcos33?－Usin33?
＝0.736(R'－Y)－0.268(B'－Y)
Q＝0.212R'－0.523G'＋0.311B'
＝Vsin33?＋Ucos33?
＝0.478(R'－Y)＋0.413(B'－Y)
為了避免傳輸過(guò)程中的過(guò)調(diào)制，在由（B'－Y）和（R'－Y）導(dǎo)出U和V的過(guò)程中使用了壓縮系數(shù)。如果使用滿量程的（B'－Y）和（R'－Y） ，那么調(diào)制后的色度信號(hào)電平將超出黑白電視發(fā)射機(jī)所支持的電平。實(shí)驗(yàn)證明，調(diào)制后的副載波幅度不超出Y信號(hào)幅度的20%（黑色電平以下，白色電平以上）是允許的。選擇使用一個(gè)壓縮系數(shù)，從而可以使75%彩條信號(hào)的最大電平位于白色電平位置上。
最初選擇使用的是I和Q，這是因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于U和V，與色敏銳度的變化更為緊密。隨著所觀察物體尺寸的減小，人眼對(duì)彩色的感知也逐漸減小。小物體（覆蓋的頻率范圍為1.3~2.0MHz） ，人們對(duì)它的彩色感知度很低。中等大小的物體（覆蓋的頻率范圍為0.6~1.3MHz） ，如果沿著橙－青色軸再生，那么還是可以接受的。更大的物體（覆蓋的頻率范圍為0~0.6MHz）就需要再生全部三種顏色。
據(jù)此選擇使用了I和Q帶寬，并且通過(guò)旋轉(zhuǎn)U和V色軸33?得到首選的彩色再生色軸。表示綠－紫色軸的Q分量，帶寬限制在大約0.6MHz以內(nèi)。代表橙－青色軸的I分量，帶寬限制在大約1.3MHz以內(nèi)。
將I和Q帶寬分別限制在1.3MHz和0.6MHz以內(nèi)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是當(dāng)對(duì)復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn)行4.2MHz低通濾波產(chǎn)生不對(duì)稱邊帶時(shí)，有利于減小這種不對(duì)稱邊帶所產(chǎn)生的串?dāng)_。Q是一個(gè)雙邊帶信號(hào)；而I則是不對(duì)稱邊帶信號(hào)，這將有可能在I和Q之間產(chǎn)生串?dāng)_。Q為對(duì)稱邊帶信號(hào)，所以不會(huì)對(duì)I產(chǎn)生串?dāng)_；因?yàn)镼信號(hào)帶寬限制在0.6MHz以內(nèi)，所以I串?dāng)_落在Q帶寬之外。
現(xiàn)在，通常使用帶寬為1.3MHz的U和V信號(hào)，而不太使用I和Q信號(hào)。在廣播過(guò)程中，0.6MHz以上的UV會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_，然而，由于消費(fèi)設(shè)備的NTSC解碼器使用的是有限UV帶寬，這種串?dāng)_通常是看不見(jiàn)的。
圖8-1示范了UV和IQ信號(hào)的矢量圖。
8.1.3 彩色調(diào)制
I和Q（或者U和V）使用兩個(gè)相位正交的平衡調(diào)制器來(lái)調(diào)制3.58MHz的彩色副載波：其中一個(gè)調(diào)制器由正弦相位的副載波驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)調(diào)制器由余弦相位的副載波驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)調(diào)制器的輸出
疊加在一起形成色度調(diào)制信號(hào)：
C＝Q sin (ωt＋33?)＋I(xiàn) cos (ωt＋33?)
ω＝2πFSC
FSC＝3.579545 MHz(±10Hz)
如果使用U和V取代I和Q，那么：
C＝U sin ωt +V cos ωt
與副載波相關(guān)的色度相位攜帶著色調(diào)信息。色度幅度攜帶的是飽和度信息。另外，如果物體沒(méi)有顏色（例如白色、灰色或者黑色物體） ，那么副載波將被抑制。
8.1.4 復(fù)合視頻的生成
調(diào)制色度信息加上亮度信息以及合適的水平和場(chǎng)同步信號(hào)、消隱信息以及色同步信號(hào)信息就生成復(fù)合彩色視頻波形，如圖8-2所示。
復(fù)合NTSC＝Y(jié)＋Qsin (ωt＋33?)＋I(xiàn)cos (ωt＋33?)＋時(shí)序
如果使用U和V取代I和Q，那么：
復(fù)合NTSC＝Y(jié)＋Usin ωt＋Vcos ωt＋時(shí)序
所生成的復(fù)合視頻信號(hào)的帶寬如圖8-3所示。
只要在編碼和解碼處理過(guò)程中保持合適的彩色副載波相位關(guān)系，I和Q（或者U和V）信息就可以無(wú)失真地進(jìn)行傳送。在大多數(shù)水平同步脈沖之后，通常跟隨一個(gè)色同步信號(hào)，色同步信號(hào)在一個(gè)特定的相位上包含副載波頻率的9個(gè)周期，色同步信號(hào)為解碼器提供參考信號(hào)，從而使解碼器能夠正確地恢復(fù)I和Q（或者U和V）信號(hào)。如圖8-1中所示，色同步相位在－U色軸上定義。
8.1.5 彩色副載波頻率
彩色副載波頻率的選擇受幾個(gè)因素的制約。 首先需要提供水平隔行掃描減小副載波的可視度，這就要求副載波頻率FSC是1/2行頻的奇數(shù)倍。第二個(gè)因素就是選擇一個(gè)足夠高的頻率，生成一個(gè)可視度低的頻譜交錯(cuò)模式。第三，允許0.6MHz帶寬以下的I和Q（或者U和V）的雙邊帶。
選定的副載波頻率為：
FH＝(4.5×106
/286) Hz＝15 734.27 Hz
FV＝FH/(525/2)＝59.94 Hz
FSC＝((13×7×5)/2)×FH＝(455/2)×FH
＝3.579545 MHz
所生成的FV（場(chǎng)）和FH（水平）掃描頻率和黑白電視標(biāo)準(zhǔn)稍微有一點(diǎn)不同，但是位于容忍的范圍之內(nèi)，所以還是可以接受的。圖8-4描繪了所得到的頻譜交錯(cuò)圖。
亮度信號(hào)（Y）分量根據(jù)水平消隱處理過(guò)程進(jìn)行調(diào)制，結(jié)果生成了間隔為FH的一束束的亮度信息。這些信號(hào)進(jìn)一步被場(chǎng)消隱處理調(diào)制，使得亮度信號(hào)分量頻率發(fā)生在NFH±MFV。N的最大值大約是277，將亮度信號(hào)限制在4.2MHz帶寬以內(nèi)。因此，亮度信息被限制在行頻（FH）整數(shù)倍諧波范圍區(qū)域內(nèi)，每組諧波范圍內(nèi)都有距NFH29.97Hz水平幀頻的附加頻譜線。
兩組亮度頻譜之間、頻率處在1/2行頻奇數(shù)倍處的頻譜能量最小，所以用來(lái)傳送色度信息。由于彩色副載波的諧頻是（1/2）FH的奇數(shù)倍，所以它們之間相距FH，它和亮度信號(hào)有1/2行頻的偏置，結(jié)果形成了一種上移的頻譜交錯(cuò)模式。重復(fù)一個(gè)特定的采樣點(diǎn)位置需要4個(gè)完整的場(chǎng)，如圖8-5所示。
8.1.6 NTSC標(biāo)準(zhǔn)
圖8-6示范了幾種常用的NTSC制式表示方法。字母M代表水平頻和場(chǎng)頻分別為525和59.94的黑白電視標(biāo)準(zhǔn)，它的視頻帶寬為4.2MHz，音頻載波頻率位于視頻載波頻率以上4.5MHz處，RF頻道帶寬為6MHz。NTSC指的是將彩色信息加入到黑白信號(hào)中的一種技術(shù)。表8-9中提供了詳細(xì)的時(shí)序參數(shù)。
多標(biāo)準(zhǔn)的模擬VCR通常使用NTSC 4.43。水平和場(chǎng)的時(shí)序和（M）NTSC一致；彩色編碼使用PAL調(diào)制格式，彩色副載波頻率為4.43361875MHz。
NTSC-J用于日本，除了在有效視頻區(qū)間內(nèi)沒(méi)有消隱基底電平以外，其他和（M）NTSC一致。因此，有效視頻的標(biāo)稱幅度值為714mV。
逐行NTSC是一種262行、幀頻為60幀/秒的NTSC，如圖8-7所示。除了每幀有262行以外，這種格式和標(biāo)準(zhǔn)的（M）NTSC完全一致。
8.1.7 RF調(diào)制
圖8-8、圖8-9和圖8-10描述了基帶（M）NTSC復(fù)合視頻轉(zhuǎn)化為RF（Radio Frequency，射頻）信號(hào)的基本處理過(guò)程。
圖8-8a示范了基帶復(fù)合視頻信號(hào)的頻譜，它和圖8-3類(lèi)似。然而，圖8-3出于簡(jiǎn)單考慮，只示范了上邊帶。0MHz位置處的“視頻載波”記號(hào)只是作為一個(gè)與圖8-8 b 進(jìn)行比較的參考點(diǎn)。
圖8-8b示范了位于一個(gè)6MHz通道（例如3頻道）內(nèi)的音頻/視頻信號(hào)。視頻信號(hào)通過(guò)低通濾波，濾去大部分下邊帶，再加入音頻信息。
圖8-8c詳細(xì)描述了針對(duì)立體聲（BTSC）運(yùn)算的音頻副載波攜帶的信息。
如圖8-9和圖8-10所示，模擬視頻信號(hào)的后肩鉗位（back porch clamping） （參見(jiàn)術(shù)語(yǔ)表）保證了后肩電平為常數(shù)，而與平均圖像電平的變化無(wú)關(guān)。視頻信號(hào)的白峰限幅（white clipping）防止調(diào)制信號(hào)低于10%；低于10%可能導(dǎo)致過(guò)調(diào)制，在電視接收機(jī)上產(chǎn)生蜂音。視頻信號(hào)然后通過(guò)4.2MHz的低通濾波器濾波，隨后驅(qū)動(dòng)AM（amplitude modulation，幅度調(diào)制）視頻調(diào)制器。同步電平對(duì)應(yīng)于100%調(diào)制，消隱電平對(duì)應(yīng)于75%調(diào)制，而白色電平對(duì)應(yīng)于10%調(diào)制。 （M）NTSC制式為視頻使用的IF（intermediate frequency，中頻）為45.75MHz。
在這點(diǎn)上，音頻信息疊加在副載波41.25MHz處。如圖8-9所示，單聲道音頻信號(hào)被處理后去驅(qū)動(dòng)FM（Frequency Modulation，頻率調(diào)制）調(diào)制器，然后將FM調(diào)制器的輸出疊加到IF視頻信號(hào)中。
作為殘留邊帶濾波器，SAW濾波器濾波IF信號(hào)?；祛l器（或者增頻變頻器）將IF信號(hào)和期望的廣播頻率混合起來(lái)。混頻過(guò)程中將產(chǎn)生和頻與差頻，因此使用一個(gè)帶通濾波器將差頻信號(hào)抽取出來(lái)。
立體聲音頻（模擬）
8.1.8 模擬頻道分配
表8-1到表8-4列舉了各種NTSC制式的VHF、UHF和有線電視的典型頻道分配情況。
值得一提的是，有線電視系統(tǒng)通常會(huì)重新分配頻道號(hào)來(lái)改變頻率以將干擾最小化，并且提供不同級(jí)別的節(jié)目?jī)?nèi)容（例如一般節(jié)目和預(yù)付費(fèi)電影頻道） 。
8.1.9 亮度方程推導(dǎo)
由RGB生成亮度的方程由接收機(jī)所使用的三基色的色度和真正的白光源決定。
RGB三基色的色度和基準(zhǔn)白光（CIE照明C）由1953 NTSC標(biāo)準(zhǔn)指定：
R：xr＝0.67 yr＝0.33 zr＝0.00
G：xg＝0.21 yg＝0.71 zg＝0.08
B：xb＝0.14 yb＝0.08 zb＝0.78
白色：xw＝0.3101 yw＝0.3162 zw＝0.3737
其中x和y由CIE 1931色度坐標(biāo)指定，而z由x＋y＋z＝1計(jì)算。
亮度由RGB的加權(quán)和計(jì)算，權(quán)重代表生成基準(zhǔn)白光的亮度時(shí)RGB三基色的實(shí)際貢獻(xiàn)。我們可以通過(guò)求解下面的方程式得出生成基準(zhǔn)白光的RGB的線性組合：
對(duì)上述方程式重新排列以求解Kr、Kg和Kb：
將已知數(shù)據(jù)代入上式，得出Kr、Kg和Kb：
Y定義為：
Y＝(Kryr)R'＋(Kgyg)G'＋(Kbyb)B'＝(0.906)(0.33)R'＋(0.827)(0.71)G'＋(1.430)(0.08)B'
或者：
Y＝0.299R'＋0.587G'＋0.114B'
現(xiàn)代的接收機(jī)使用一組不同的RGB磷光粉，從而使產(chǎn)生的RGB三基色的色度和基準(zhǔn)白光（CIE照明D65）稍微有所不同：
R：xr＝0.630 yr＝0.340 zr＝0.030
G：xg＝0.310 yg＝0.595 zg＝0.095
B：xb＝0.155 yb＝0.070 zb＝0.775
白色：xw＝0.3127 yw＝0.3290 zw＝0.3583
其中x和y由CIE 1931色度坐標(biāo)指定；而z由x＋y＋z＝1計(jì)算。將已知數(shù)據(jù)代入后，可以得到Kr、Kg和Kb：
因?yàn)閅定義為：
Y＝(Kryr)R'＋(Kgyg)G'＋(Kbyb)B'＝(0.6243)(0.340)R'＋(1.1770)(0.595)G'＋(1.2362)(0.070)B'
所以結(jié)果為：
Y＝0.212R'＋0.700G'＋0.086B'
但是，仍然可以使用標(biāo)準(zhǔn)的Y＝0.299R'＋0.587G'＋0.114B'方程式。為了減少色彩誤差，需要對(duì)接收機(jī)進(jìn)行調(diào)整。
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