數(shù)字視頻通信-dvt01a

門愛(ài)東教授

第1講電視歷史視覺(jué)特性三基色原理2主題概述

1-歷史、視覺(jué)特性和三基色原理

01)機(jī)械電視

02)攝像管

03)第一次電視廣播

04)現(xiàn)代兼容彩色電視

05)光的特性

06)光源

07)人眼生理

08)視覺(jué)現(xiàn)象

09)三基色

10)RGB計(jì)色制

11)XYZ計(jì)色制

12)顯像三基色2-模擬視頻基礎(chǔ)3-數(shù)字音視頻壓縮編碼4-

信道編碼調(diào)制5-

實(shí)際系統(tǒng)3數(shù)字媒體DigitalMedia最初的媒體系統(tǒng)是模擬的多數(shù)媒體正在轉(zhuǎn)向數(shù)字的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)ComputerStorage音樂(lè)(CD/MP3)通信munication多媒體Multimedia互聯(lián)網(wǎng)InternetNetworking(TCP/IP)無(wú)線廣播(DAB數(shù)字音頻廣播)電視Television(DTTB數(shù)字地面電視廣播)4什么是電視？WhatisTelevision亮度Luminance-灰度的黑白變化色度Chrominance-色調(diào)和飽和度Hue&Saturation聲音Sound-音頻信息數(shù)據(jù)Data-文本和其它數(shù)據(jù)同步Synchronisation-定時(shí)指示傳送系統(tǒng)TransportSystem-把上述內(nèi)容傳到你的電視系統(tǒng)，包括發(fā)射和接收系統(tǒng)5電視發(fā)展的里程碑?dāng)z像管和攝像機(jī)的發(fā)明電視的發(fā)明電視廣播的開(kāi)始6透視畫法以現(xiàn)實(shí)客觀的觀察方式，在兩維的平面上，利用線和面趨向會(huì)合的視錯(cuò)覺(jué)原理，刻畫三維物體的藝術(shù)表現(xiàn)手法。7光電效應(yīng)和圖象傳輸1873.愛(ài)爾蘭（Ireland）JosephMay發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。1875.Boston,USA.GeorgeCarey提出了一個(gè)基于同時(shí)獲得圖象每個(gè)象素的系統(tǒng)。1881,法國(guó)，ConstantinSenlecq發(fā)表了一個(gè)類似想法的改進(jìn)草案：在單元面和顯示燈之間放置兩個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，并且它們以相同的速度連通每個(gè)象素和相應(yīng)的顯示燈。在此系統(tǒng)中，圖象中所有的點(diǎn)可以通過(guò)一根電線傳到另一端。這是現(xiàn)代電視的基礎(chǔ)：一幅圖象畫面被轉(zhuǎn)換成一系列圖象象素。GeorgeCarey'sidea光電效應(yīng)8Nipkow早期的機(jī)械電視Nipkow機(jī)械盤用于掃描圖象和收端重建圖象。機(jī)械盤用于捕捉圖象。問(wèn)題是機(jī)械盤的同步和清晰度。PaulNipkow(1860-1940)9JohnLogieBaird-最初的電視1923年11月JohnLogieBaird成為世界上第一個(gè)演示真正電視的人，它具有可識(shí)別的圖象、瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)和正確的重現(xiàn)明暗等級(jí)。掃描采用了Nipkow

機(jī)械掃描盤。傳輸?shù)膱D象是一個(gè)30行掃描的馬耳他(Maltese)十字架。1927他還演示了視頻記錄1928橫越大西洋的電視1930隔行掃描系統(tǒng)出現(xiàn)1937高清晰度彩色圖象廣播1941彩色立體電視1944多槍彩色電視顯象管，今天多數(shù)家庭電視的先驅(qū)者。JohnLogieBairdandhistelevisionapparatusin19261030行機(jī)械電視11KarlFerdinandBraun

陰極射線管十九世紀(jì)末物理學(xué)上的革命性的發(fā)現(xiàn)之一——電子是其關(guān)鍵。細(xì)小的電子束和沒(méi)有慣性的特點(diǎn)吸引了眾多的研究人員去探索，形成了電子學(xué)這門科學(xué)。但是機(jī)械的方法仍然占有一席之地，競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)到1937年。1897，德國(guó)的KarlFerdinandBraun發(fā)明了陰極射線管CRT。他在管頸周圍放置兩個(gè)電磁圈，使得電子束水平和垂直移動(dòng)。1897開(kāi)發(fā)了陰極射線示波器，這是雷達(dá)屏幕和電視顯象管的先驅(qū)1907第一次用CRT產(chǎn)生了初步的電視圖象他和GuglielmoMarconi共享了1909年的NobelPrize物理獎(jiǎng)，以表彰他對(duì)無(wú)線電技術(shù)發(fā)展所做出的貢獻(xiàn)。俄國(guó)科學(xué)家BorisRosing建議把此技術(shù)用于接收顯示屏，并在1907年在SaintPetersburg他的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。1908，theScotsmanA.A.CampbellSwinton簡(jiǎn)述了在發(fā)送端和接收端都采用陰極射線管的系統(tǒng)。這是第一個(gè)全電子的電視方案。FerdinandBraunA.A.Campbell-Swinton(1863-1930)12電子電視-Farnsworth

在1922，14歲的PhiloFarnsworth有了一個(gè)如何制造電子電視的想法。1927年9月7日,Farnsworth在玻璃上畫了一個(gè)黑正方形，并且在中心刻劃一條直線。這個(gè)幻燈片在圖象分解器（Farnsworth

那年早些時(shí)候發(fā)明的攝像管）和高溫、明亮的碳弧燈之間落下。在接收端，他們看到了直線圖象，然后，幻燈片旋轉(zhuǎn)90度，他們也在在移動(dòng)。這是第一次全電子電視圖象傳輸。

13VladimirZworykin-映象管1923年RCA的VladimirZworykin申請(qǐng)了用于攝像設(shè)備的專利，1933年開(kāi)發(fā)了一種攝像管，他稱之為映象管。雖然在經(jīng)過(guò)許多年的法律斗爭(zhēng)之后，

Zworykin第一個(gè)遞交了他的專利申請(qǐng)，但Farnsworth

是公認(rèn)的電子電視的發(fā)明者。1923年底，他也制造了圖象顯象管“Kinescope”。VladimirZworykin(1889-1982)14外光電效應(yīng)材料攝像管光電像管（Iconoscope）超級(jí)光電象管（SuperIconoscope）

正析像管（Orthicon）

超正析像管15視像管－現(xiàn)代攝像管的鼻祖氧化鉛管（Plumbicon）—1962年P(guān)hilips發(fā)明硒靶管（Saticon）—1973年Hitachi發(fā)明內(nèi)光電效應(yīng)材料攝像管視象管Anearlytelevisioncamera(1937)Amoderntelevisioncamera(2000)16CCD攝像機(jī)CCD攝象機(jī)

CCD的工作由電荷存儲(chǔ)和電荷偶合（或稱轉(zhuǎn)移）兩個(gè)基本過(guò)程組成。CCD在廣播電視和民用領(lǐng)域內(nèi)全面取代了氧化鉛管和硒靶管。家用CCD攝像機(jī)廣播級(jí)HDTVCCD攝像機(jī)17CCD圖像傳感器ChargedCouplingDevice(CCD)sensorswereinventedbyDr.WillardBoyleandDr.GeorgeSmithatBellLabsin1969.TodayCCDsensorsareusedinamultitudeofdevicesfromscannerstotelescopes.CCDsensorsderivetheirnamefromhowthechargeisreadafteranimageiscaptured.Utilizingaspecialmanufacturingprocess,thesensorisabletotransportthebuiltupchargeacrossitselfwithoutcompromisingtheimagequality.Thefirstrowofthearrayisreadintoanoutputregister,whichinturnisfedintoanamplifierandananalogtodigitalconverter.Afterthefirstrowhasbeenread,itisdumpedfromthereadoutregisterandthenextrowofthearrayisreadintotheregister.Thechargesofeachroware‘coupled’soaseachrowmovesdownandout,thesuccessiverowsfollowinturn.Thedigitaldataisthenstoredasafilethatcanbeviewedandmanipulated.Untilrecently,CCDsensorshavebeenpredominantindigitalSLR’sbecauseoftheirhighquality/lownoiseimagesandtheirmaturity,havingbeenproducedforoverthirtyyears.ButnewmanufacturingmethodsofanoldtechnologyhaveledtoinroadsforittosurpassCCDsensors.18CMOS圖像傳感器CMOS(ComplimentaryMetalOxideSemiconductor)sensorsorActivePixelsensorswerefirstdiscussedinlengthinapaperfromDr.EricFossum,ascientistatNASA’sJetPropulsionLaboratory,in1992.1993throughto1995,JPLdevelopedmuchofthetechnologywhichwouldbeimplementedintotheCMOSsensor.FossumandothermembersoftheJPLco-foundedPhotobitCorporationin1995tocommercializethetechnologiestheyhaddeveloped.In2001,MicronTechnologyacquiredPhotobitanduseditsextensiveknowledgeofCMOSwafermanufacturingtoenhancethedevelopmentfurther.CMOSsensorsderivetheirnamefromthewaytheyaremanufactured.TheyarecutfromaCMOSwaferwhichischeapertoproducethenaCCDwafer,provideslesspowerconsumption,andalsoallowformoreinvolvedcircuitryalongsideofthephotositearray.EachphotositeintheCMOSsensorhasthreeormoretransistorswhichhasitsbenefitsanditsdrawbacks.Thetransistorsallowforprocessingtobedonerightatthephotosite,andeachpixel/photositecanbeaccessedindependently.Becausethetransistorsoccupyspaceonthearray,someoftheinglighthitsthetransistorsandnotthephotosites,whichleadstopicturenoise.CMOSsensorsalsofunctionataverylowgainwhichmaycontributetonoise.19CCDvsCMOSCCDCMOScostexpensivetoproducebecauseofspecialmanufacturingmethodsemployedinexpensivebecauseCMOSwafersareusedformanydifferenttypesofsemiconductorspowerconsumesupto100xmorepowerthanCMOSlowpowerconsumptionnoisehighquality,lownoiseimagessusceptibletonoisematurityproducedforlongerperiod;higherqualityimages,morepixelslessmaturebutequalinlowandmiddlerangeresolutionstoCCDextendedfunctionalitytechnicallyfeasible;otherchipsareusedothercircuitryeasilyincorporatedonsamechipfillfactorhighlow20錄像機(jī)磁記錄1956年4月Ampex展示二英寸四磁頭橫向掃描錄象機(jī)1957年，RCA研制了彩色電視錄象機(jī)六十年代研制出一英寸二磁頭螺旋掃描錄象機(jī)U一matic3/4英寸盒式磁帶錄象機(jī)的出現(xiàn)，為輕小型的現(xiàn)場(chǎng)錄象提供了條件VHS家用錄象機(jī)Beta家用錄象機(jī)光記錄70年代電視視盤（VideoDisc）LD激光視盤VCD視盤DVD視盤藍(lán)光聯(lián)盟中國(guó)的EVD、HVD等Thefirstvideotaperecorder(Ampex,1956)現(xiàn)在的數(shù)字磁帶錄象機(jī)21重要的電視發(fā)明上述發(fā)明奠定了現(xiàn)代電視廣播的基礎(chǔ)。22第一次廣播1935年3月Berlin

開(kāi)始了電視廣播（180lines/frame,25frames/second)。在膠片上產(chǎn)生圖象，然后用旋轉(zhuǎn)盤掃描圖象。在1936年為BerlinOlympicGames開(kāi)發(fā)了電子攝象機(jī)。從此，電視和奧運(yùn)會(huì)緊密結(jié)合，成為展示一個(gè)國(guó)家實(shí)力的手段。1935年11月巴黎開(kāi)始了電視廣播，也是采用了機(jī)械圖象掃描系統(tǒng)(180lines/frame,25frames/second)。在同年，英國(guó)EMI公司開(kāi)發(fā)出了全電子電視系統(tǒng)，它具有405行/幀，25幀/秒，隔行掃描，Marconi公司提供了發(fā)射機(jī)方面的必要的開(kāi)發(fā)支持。ThefirststudioinParisAn"iconoscope"camera,BerlinOlympics,193623第一次廣播1936年十一月BBC在倫敦開(kāi)始電視廣播。

英國(guó)政府采用Baird系統(tǒng)（機(jī)械掃描，240lines/frmae，25frames/second，逐行掃描）作為標(biāo)準(zhǔn)。這兩種系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)輪流使用。由于240行機(jī)械掃描系統(tǒng)靈敏度低，因此，1937年2月，England最終采用全電子405行系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)。同年，法國(guó)采用了455行全電子系統(tǒng)，德國(guó)和意大利采用了441行系統(tǒng)。美國(guó)（ZworykinandtheRCAcompany）的研究也日新月異。1939年第一個(gè)公共電視臺(tái)在NewYork開(kāi)播，它采用了340lines/frame，30frames/second。兩年后，美國(guó)采用了525行60幀/秒的標(biāo)準(zhǔn)。第二次世界大戰(zhàn)阻止了電視技術(shù)的發(fā)展。AdeleDixonopeningtheBBCservicewithaspeciallywrittensong"Television"

二戰(zhàn)后電視廣播在原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)下重新開(kāi)始發(fā)展：英國(guó)405行，德國(guó)和意大利441行，法國(guó)455行。241964年第18屆東京奧運(yùn)會(huì)首次采用了彩色電視轉(zhuǎn)播奧運(yùn)會(huì)，推動(dòng)了黑白電視向彩色電視的革命，使得彩色電視在全世界得到普及；并且美國(guó)發(fā)射了“辛科姆”衛(wèi)星，向美國(guó)和歐洲轉(zhuǎn)播這屆奧運(yùn)會(huì)，這在奧運(yùn)會(huì)史上也是第一次；北京2008奧運(yùn)？第一次廣播25NTSC彩色電視的誕生1929年Bell實(shí)驗(yàn)室的H.EIves研制了單個(gè)掃描盤的彩色電視系統(tǒng)。1938年，法國(guó)GeorgesValensi提出了雙兼容的原則：黑白電視接收機(jī)也可以接收彩色電視節(jié)目。彩色電視接收機(jī)也可以收看到黑白節(jié)目。1940年CBS的PeterGoldmark演示了一個(gè)順序電視系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)幾乎是不現(xiàn)實(shí)的，它的帶寬是黑白電視的三倍。1953年美國(guó)的NTSC制式。RCA和Hazeltine實(shí)驗(yàn)室的研究人員同時(shí)發(fā)表了第一個(gè)兼容系統(tǒng)。國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)（NationalTelevisionSystemsCommittee，NTSC）制式。

Goldmark'ssequentialthree-filtersystemTheNTSCsystem26NTSC彩色電視美國(guó)1954年開(kāi)始NTSC廣播。NTSC對(duì)傳輸中相位失真敏感。NationalTelevisionSystemsCommittee(NTSC)

世界上第一個(gè)得到廣泛采用的彩色電視系統(tǒng)(1966)

一般用于60Hz國(guó)家有影響的是525行電視系統(tǒng)亮度和同步采用殘留邊帶AM調(diào)制（VSB）(4.2MHz)U&V色度采用AM正交調(diào)制(IQ)

色度副載波3.579545MHz聲音采用FM或數(shù)字子載波調(diào)制27SECAM彩色電視1952年歐洲制定了單一黑白標(biāo)準(zhǔn)（625lines,50frames/second）1961年HenrideFrance開(kāi)發(fā)了SECAMSequentielCouleurAvecMemoire(SECAM)

在PAL之前，法國(guó)開(kāi)發(fā)的。

625行50Hz彩色系統(tǒng)亮度和同步采用AM調(diào)制輪行順序傳送U&V色度分量接收機(jī)需要1H色度延遲線色度使用FM，副載波頻率4.43361875MHz

聲音使用FM28PAL彩色電視在1963年，德國(guó)的Dr.WaiterBruch提出了一個(gè)NTSC變種系統(tǒng)，這就是PAL(PhaseAlternationbyLine)制式

PhaseAlternationLine-rate(PAL)ColourSystemNTSC和SECAM之后，歐洲開(kāi)發(fā)的。一般用于50Hz國(guó)家有影響的是625行系統(tǒng)亮度和同步采用AM調(diào)制(5MHz)UV色度分量采用AM正交調(diào)制，V(R-Y)分量逐行倒相。色度副載波4.43361875MHz

聲音FM或數(shù)字子載波調(diào)制29中國(guó)電視1958年我國(guó)開(kāi)始黑白電視廣播70年代初中國(guó)制定了PAL/D制，開(kāi)始了彩色電視試播。80年代正式播出30世界電視制式分布圖NTSCPALSECAMPAL/SECAM未知31電視帶寬分布圖6MHz7MHz8MHzNotinUse32發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字化節(jié)目制造、傳輸、接收安全、條件接收和版權(quán)更高清晰度：SDTVHDTVUHDTV更多視點(diǎn)3DTV多視點(diǎn)MultiViewpoint（MV）FreeViewpointTV（FTV）融合：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)NGI+通信網(wǎng)絡(luò)NGN+廣播網(wǎng)絡(luò)NGBIPTV(固網(wǎng)＋廣播＋I(xiàn)P）UMTS/GPRS

MBMS手機(jī)電視（移動(dòng)＋廣播＋I(xiàn)P）DVB-H電視手機(jī)（DT