第二章第二節(jié)電視原理

第二章第二節(jié)電視原理思考：電視技術(shù)如何實現(xiàn)光信息（時空函數(shù)）轉(zhuǎn)換為電信息（時間函數(shù)）掃描按電子束的運動規(guī)則分：直線掃描、圓掃描、螺旋掃描等方式電視系統(tǒng)使用勻速單向直線掃描方式2.2.1逐行掃描一行緊跟一行的掃描方式稱為逐行掃描電子束在在靶面上或者屏幕上的掃描軌跡稱為掃描光柵逐行掃描電流行偏轉(zhuǎn)線圈、場偏轉(zhuǎn)線圈共同控制電子束的方向演示演示2.2.2隔行掃描

一.隔行掃描的提出（為什么要隔行掃描？）逐行掃描的電視信號的頻帶太寬，不利于電視信號的傳送以我國PAL制電視為例，若采用逐行掃描，則：場頻fv為50Hz，掃描行數(shù)Z為625行，帶寬fmax約為12MHz降低帶寬fmax的方法（掃描方式仍采用逐行掃描）降低場頻fv－－會引起閃爍降低掃描行數(shù)Z－－會降低清晰度二.隔行掃描光柵的形成奇數(shù)場：由奇數(shù)行組成的場偶數(shù)場：由偶數(shù)行組成的場幀：由奇數(shù)場和偶數(shù)場組成一幀隔行掃描光柵及掃描電流波形圖隔行掃描重現(xiàn)圖像示意圖演示偶數(shù)行隔行掃描隔行掃描所應(yīng)滿足的條件：1.下一幀掃描起始點應(yīng)上一幀起始點相同，以便保證各幀掃描光柵重疊。一幀的總行數(shù)Z必須為整數(shù)2.相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得最高清晰度一幀的總行數(shù)必須為奇數(shù)，或任何一場必須包含一個半行三.隔行掃描的特點優(yōu)點隔行掃描電視信號的頻帶是逐行掃描電視信號頻帶的一半，即把幀頻降低了一半缺點行間閃爍效應(yīng)并行顯像真實并行視在并行“鋸齒化”現(xiàn)象隔行掃描的垂直分解力低于逐行掃描的垂直分解力演示演示2.2.3掃描同步一.掃描的同步掃描同步是指收端與發(fā)端的掃描點應(yīng)有一一對應(yīng)的幾何位置，收、發(fā)端對應(yīng)像素應(yīng)在同一時刻被掃描掃描同步的條件1.掃描的頻率相同2.掃描的起始相位相同3.收發(fā)兩端掃描正程都具有良好的直線性與相同的幅型比此時收、發(fā)端掃描點的幾何位置具有嚴(yán)格一一對應(yīng)的關(guān)系，或者說達到了無失真的同步掃描圖2.10收發(fā)端場頻不等引起圖像畸變(a)正常發(fā)送圖像；(b)場頻fV收>fV發(fā)；(c)場頻fV收<fV發(fā)演示收發(fā)端掃描電流起始相位不同引起圖像分裂(a)發(fā)端圖像；(b)收發(fā)行掃描相差半行時間引起圖像左右分裂；(c)收發(fā)場掃描相差半場時間引起圖像上下分裂同步的實現(xiàn)電視系統(tǒng)中為了保證同步，在發(fā)送端圖象信號中加入行、場同步脈沖與圖象信號一起發(fā)送出去。每掃完一行圖象，加入一個行同步脈沖；每掃完一場圖象時加入一個場同步脈沖。在接收端，使行掃描鋸齒波電流只有在行同步脈沖到達后才開始行逆程，而場掃描鋸齒波電流也只有在場同步脈沖到達時才開始逆程掃描。這樣就能保證收、發(fā)端掃描電流同頻、同相，滿足同步要求。二、消隱脈沖與復(fù)合同步脈沖消隱是指掃描逆程光柵不顯示。所加入的行場消隱脈沖使掃描逆程期間電子束被截止。這時的圖象信號電平稱消隱電平。原理上消隱脈沖寬度應(yīng)等于掃描逆程時間，但為了確保在接收端消除逆程光柵的痕跡，實際上讓消隱脈沖寬度加大一些。由攝象機輸出的圖象信號，與同步機輸出的行場同步脈沖和行場消隱一起形成視頻信號。然后經(jīng)加工、處理傳送出去。同步脈沖是在圖象信號逆程期間傳送的，其寬度比逆程窄。為了便于用簡單的幅度分離法分離出同步脈沖。一般是將它們疊加在消隱脈沖之上。

三、開槽同步脈沖與均衡脈沖P60圖2-15示出同步脈沖經(jīng)微分后分別形成正負尖脈沖。由于對行掃描電路的同步只需與脈沖前沿相對應(yīng)的正尖脈沖，所以用限幅電路削去負尖脈沖。由于場同步期間沒有行同步信號，將影響整個掃描過程的嚴(yán)格同步。于是提出了在場同步脈沖內(nèi)形成一些缺口（窄槽）用來代替行同步信號的辦法。這樣，能保證嚴(yán)格的行同步。采用奇數(shù)行隔行掃描，每場包含一個半行，每場的時間均為TV，因此如果把奇數(shù)場和偶數(shù)場的同步脈沖分兩排畫，且使其場同步脈沖對齊，則兩場的行同步脈沖相互錯開。由于相鄰兩場的兩個場同步脈沖內(nèi)的開槽及場同步脈沖前后的行同步脈沖都相差半行，從而使兩場的同步脈沖積分起始電平不同，積分后波形不能完全重合，兩條積分曲線上的小臺階相差半行。經(jīng)同一電平限幅后，兩場同步脈沖的起始點之間就產(chǎn)生了時間差異。它將嚴(yán)重影響隔行掃描的準(zhǔn)確性導(dǎo)致并行現(xiàn)象和垂直分解力的降低，甚至完全并行，清晰度降低了一半。為了消除誤差，可以在場同步脈沖期間及其前后若干行內(nèi)，將行同步脈沖的頻率提高一倍，這樣使這段時間內(nèi)偶數(shù)場和奇數(shù)場的同步脈沖波形完全相同，故兩場場同步脈沖的積分起始電平相同，經(jīng)積分后兩場輸出信號的波形一致，保證了兩場的時間間隔相同。在場同步脈沖前后的窄脈沖分別稱為前均衡脈沖和后均衡脈沖。按我國電視標(biāo)準(zhǔn)，前后均衡脈沖均為5個，各占兩行半時間。行同步脈沖的寬度為4.7μs，均衡脈沖的寬度為2.35μs。場同步脈沖也占兩行半時間,因開了五個槽而形成五個齒脈沖,場同步中齒脈沖寬度為27.3μs，開槽脈沖寬度為4.7μs。因此，黑白全電視信號包括：圖象信號、復(fù)合消隱脈沖、和復(fù)合同步脈沖（由行同步脈沖、開槽的場同步脈沖、和前后均衡脈沖）2.3電視圖象的基本參量

電視圖象的基本特征有：圖象尺寸與幾何形狀；圖象對比度與亮度層次；圖象的色度；圖象清晰度；圖象的連續(xù)性。2.3.1、圖象的幾何特征

根據(jù)人眼視覺特性，視覺最清楚的范圍：垂直夾角15°，水平夾角20°。從而決定電視機屏幕為矩形，其幅形比為4：3。矩形屏幕大小常用對角線尺寸衡量（英寸）。如21英寸（54cm）25英寸（65cm）29英寸（74cm）等。掃描的線性特性對圖像幾何特性的影響常用棋盤格信號測試行、場掃描電流的線性性。（P63圖2-18）一般用掃描非線性系數(shù)β來度量非線性畸變程度。幾何畸變—由于偏轉(zhuǎn)磁場的不均勻性、電子束掃描的偏轉(zhuǎn)半徑與熒光屏曲率半徑的不一致、以及光學(xué)系統(tǒng)成像誤差等因素所引起的一些圖形畸變。用幾何畸變系數(shù)Dg表示表示光柵幾何畸變的程度。Dg<3%時，畸變尚不顯著。如：枕形失真，桶形失真，菱形失真等、圖象的連續(xù)性與場頻的確定場頻的選擇，需要考慮的因素：畫面不閃爍：場頻大于等于臨界閃爍頻率畫面要連續(xù)：場頻(幀頻)大于等于融合頻率不易受干擾：場頻等于市電頻率的整數(shù)倍（滾道）頻帶不應(yīng)過寬：在滿足上述條件的情況下，盡量降低場頻其它因素：NTSC——60HzPAL——50Hz2.3.3、掃描行數(shù)及有關(guān)參數(shù)的確定

掃描行數(shù)是一個重要的電視指標(biāo)，電視系統(tǒng)的行頻、帶寬、清晰度都與它有關(guān)。1、清晰度與分解力圖象清晰度——主觀感覺到的圖象細節(jié)呈現(xiàn)的清晰程度。電視系統(tǒng)的分解力——電視系統(tǒng)傳送圖象細節(jié)的能力。一般用掃描行數(shù)來表征電視系統(tǒng)的分解力，稱標(biāo)稱分解力⑴垂直分解力

垂直分解力取決于系統(tǒng)沿圖象垂直方向所能分解的像素數(shù)（或黑白相間的條紋數(shù)）。它受掃描行數(shù)Z的限制，與有效掃描行數(shù)Z（1-β）、掃描電子束截面直徑有關(guān)。即垂直分解力M可表示如下：M=Ke（1-β）ZKe稱凱爾系數(shù)，我國取0.76考慮隔行因子Ki的影響，表示為M=KeKi（1-β）ZKi取值為0.6~0.7演示垂直分解力的計算Ke:不同電視標(biāo)準(zhǔn)中Ke的取值不同，例如：美國525行掃描制中，Ke取0.69，歐洲625行掃描制中Ke取0.67，原蘇聯(lián)與東歐國家Ke取0.82，我國Ke=0.76Ki:隔行掃描時取0.6~0.7，逐行掃描時取1β:8%Z：我國Z＝625行我國電視掃描的垂直分解力M為：隔行：M=KeKi(1-β)Z=0.76×0.7×(1-8%)×625=305.9≈306行逐行：M=Ke(1-β)Z=0.76×(1-8%)×625=437行⑵水平分解力電視系統(tǒng)的水平分解力——沿圖象水平方向電視系統(tǒng)所能分解的像素數(shù)（或黑白相間的條紋數(shù)）。水平分解力受通道的通頻帶寬度的限制?？钻@效應(yīng)——分解力受到電子束孔徑（直徑）大小限制所造成的。它使圖象的邊緣模糊，細節(jié)不清晰。其實質(zhì)是圖象信號中高頻分量幅度下降，但高頻分量的相位并不改變。這有利于設(shè)計校正電路。實驗證明：水平分解力與垂直分解力相當(dāng)時圖象質(zhì)量最佳?？紤]幅型比為K時，水平方向的分解力N應(yīng)表示為：N=KM=Kke（1-β）Z2、圖象信號的最高頻率—電視通道的頻帶寬度任一景物（圖象）都有一定的背景亮度，反映在信號上就是信號的直流分量，故圖象信號的下限頻率為0。只要求出圖象信號的最高頻率就可得到電視通道的頻帶寬度。圖象信號最高頻率出現(xiàn)在傳送一幅全是細節(jié)（像素）的圖象的情況下。由前面所學(xué)可知，沿水平方向掃過一個像素所需時間為td（推導(dǎo)）按我國現(xiàn)行電視標(biāo)準(zhǔn)，K=4/3，fV=50Hz，Z=625，取α=18%，β=8%，Ke（1-β）=0.7,得信號帶寬為△f0≈fmax≈5.6MHz。規(guī)定為6MHz。3、掃描行數(shù)Z的確定根據(jù)人眼最小分辨角θ=3438h/DM，（h為圖象高度，D為觀看距離，M為垂直分解力。注：h/M=d）其中θ=1.5′，D/h=4時，可得，Mmax=3438h/Dθ=573代入M=Ke（1-β）Z，得Zmax=819由于圖象的清晰度和圖象信號的帶寬與掃描行數(shù)相關(guān)且互相矛盾。兼顧經(jīng)濟指標(biāo)和清晰度，我國采用Z=625，行頻因而為fH=fFZ=15625Hz。其對應(yīng)的觀看距離D和屏幕高度h之比為：D/h=6HDTV的掃描行數(shù)：Z=1221行。、圖象亮度與色度的非線性失真1、亮度的非線性失真電視圖象經(jīng)光-電，電-光轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)傳輸后，顯象管屏幕顯示的亮度Ld與被攝取景物亮度L0之間的關(guān)系為Ld=kL0，然而，實際的電視圖象在傳輸過程中往往是非線性的，即Ld=kL0γS，γS≠1；故系統(tǒng)的輸出光與輸入光之間存在著非線性關(guān)系，從而使重現(xiàn)光像產(chǎn)生畸變。這種畸變稱為γ畸變或非線性失真。它會產(chǎn)生亮度與色度失真,需γ校正γ>1時,產(chǎn)生白擴張；γ<1時，產(chǎn)生亮度均勻壓縮第四節(jié)視頻圖象信號視頻圖象信號是指經(jīng)掃描、光-電轉(zhuǎn)換過程由光像轉(zhuǎn)變成的電信號，或再經(jīng)γ校正和線性組合等處理過程而形成的視頻信號。本節(jié)討論黑白圖象信號的特性及彩色圖象信號組成原理和特點。一、黑白圖象信號1、黑白圖象信號的波形電視圖象信號—在攝象時通過電子束掃描，圖象上不同明暗程度的像素分布就變成了按時間順序排列的強弱不同的電信號（電壓或電流）。它具有脈沖特性和單方向性。正極性圖象信號—圖象愈亮，信號電平愈高。負極性圖象信號—信號電平隨圖象亮度的增加而減低。P74，圖2-23。黑黑灰灰白灰白（a）（b）（c）（d）（a）被傳送的圖象（b）行掃描電流波形（c）攝像管輸出信號（d）視頻信號iHuHuHttt掃描行的負極性信號波形2、黑白圖象信號頻譜由于采用周期性掃描方法，使電視圖象信號具有周期性。若被掃描的圖象是亮度不同的豎條圖案，圖象內(nèi)容在垂直方向上沒有變化，則形成的圖象信號將是以行頻重復(fù)的周期性信號。該信號可以用復(fù)數(shù)形式的傅立葉級數(shù)表示：e（t）=∑?nejnWHt顯然，振幅頻譜是以行頻為間隔的離散的線狀頻譜。若內(nèi)容在水平和垂直方向上都有變化,則圖象信號具有二維傅立葉級數(shù)形式.即：e（t）=∑?nmej（nWH+m

wV）t此時振幅頻譜將包含以行頻為間隔的頻譜線（主譜線）和分布于它們兩側(cè)的以場頻為間隔的頻譜線（副頻譜線），即各頻譜成分的頻率為整數(shù)倍行頻加、減整數(shù)倍場頻。如圖示：（P72圖2-25）

總之,從電視圖象信號的頻譜分析得,其能量主要分布在行頻及其各次諧波頻率為中心的較窄范圍內(nèi),余下較大的空隙可利用來傳送彩色信息.nfHn+1fHn+2fHn+3fHn+4fHfnfH+25+50-25-50黑白電視圖象信號頻譜圖二、亮度信號、色差信號及其組成原理彩色圖象信號就是三個視頻基色信號。但叢占用頻帶來看，這種傳送方式不經(jīng)濟，不合理。故彩色廣播電視并不直接傳送三個基色信號，而是由三基色信號（R、G、B）組合成的亮度信號和色差信號。本節(jié)主要討論恒定亮度原理、高頻混合原理及亮度信號和色差信號。1、恒定亮度原理與高頻混合原理

從兼容性與逆兼容性考慮，彩色電視系統(tǒng)傳送一個反映圖象亮度的亮度信號，再選用兩個信號代表色度信息。恒定亮度原理—根據(jù)人眼對亮度細節(jié)分辨力高、對色度細節(jié)分辨力低的視覺特性，即對亮度噪波敏感而對色度噪波不敏感的特點，當(dāng)用一個亮度信號傳送亮度信息時，使它不受傳送色度信息的其他信號的影響，即后者的變化或混進的噪波將不影響亮度信號，也不反映到圖象的亮度上。這樣，重現(xiàn)圖象的亮度就只由傳送亮度信息的亮度信號決定。大面積著色原理—從人眼對亮度細節(jié)和色度細節(jié)的分辨力不同出發(fā)，彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色景物時，只傳送一個粗線條（大面積）的彩色圖象，并配以亮度細節(jié)?；旌细哳l原理—傳送代表亮度信息的信號占有全部視頻帶寬，而傳送代表色度信息的信號用較窄的頻帶。這樣，在接收端恢復(fù)的三個基色信號也就只包含較低的頻率分量，其高頻部分都用同一亮度信號的高頻部分來補充。這既可節(jié)省頻帶又可減輕干擾。2、亮度信號和色差信號為了滿足如下要求：⑴為獲得兼容性，必須傳送一個與黑白電視相同的亮度信號，并且頻帶相同。⑵需傳送兩個代表色度的信號，根據(jù)恒定亮度原理，它們不應(yīng)含有亮度信息，根據(jù)高頻混合原理，色度信號可采用窄帶傳輸。⑶在傳輸黑白圖象時，R=G=B，根據(jù)上一條件，這時代表色度的信號應(yīng)等于0。⑷代表色度的兩個信號是互相獨立的⑸三個基色信號與三個傳輸信號之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系要簡單。根據(jù)上述條件，故現(xiàn)行彩色電視系統(tǒng)選用的一組傳輸信號是：一個亮度信號，兩個色差信號。色差信號是由基色信號與亮度信號之差組成。它們之間關(guān)系為：Y=0.30R+0.59G+0.11B(B-Y)=-0.30R-0.59G+0.89B三個色差信號中只有兩個獨立,由于（G-Y）信號數(shù)值較小，不傳輸。通常選Y、（R-Y）、（B-Y）作為傳輸信號。信號變換通過矩陣電路來實現(xiàn)。根據(jù)實驗確定，色差信號帶寬的下限值為1MHz。下面用信號表示說明恒定亮度和高頻混合原理的實現(xiàn)三、標(biāo)準(zhǔn)彩條信號標(biāo)準(zhǔn)彩條信號是由彩色信號發(fā)生器產(chǎn)生的一種測試信號，常用來對彩色電視系統(tǒng)的傳輸特性進行測試和調(diào)整。標(biāo)準(zhǔn)彩條信號是用電的方法形成的一種電信號，可在接收機監(jiān)視器屏幕上顯示八條等寬的條紋。彩色自左至右為：白、黃、青、綠、品、紅、藍、黑。標(biāo)準(zhǔn)彩條信號可以有不同的規(guī)范。分別示出一種規(guī)范的正極性彩條三基色信號波形圖。如果把它們與白條對應(yīng)的電平定為1.0;與黑條對應(yīng)的電平定為0,則這種規(guī)范的三基色信號電平非1即0,由其顯示的彩色均為飽和色即稱為100%飽和度、100%幅度（最大幅度）彩條信號。標(biāo)準(zhǔn)彩條信號的四個數(shù)碼命名法：如100-0-75-0，第一二數(shù)字分別表示組成無色條（黑白）的RGB的最大值與最小值；第三四數(shù)字分別表示組成各彩條的R、G、B最大值和最小值。第五節(jié)視頻圖像信號的數(shù)字化與分量編碼

數(shù)字電視之所以是電視技術(shù)發(fā)展的主要方向，也就是因為它和傳統(tǒng)的模擬電視比較有許多突出的優(yōu)點。

1.數(shù)字電視的抗干擾能力強。

數(shù)字電視信號是二進制（或多進制）的編碼信號，在傳輸過程中的干擾和失真不容易影響碼的正確判決和恢復(fù)。即使經(jīng)過長距離傳輸或反復(fù)記錄，仍可以幾乎無失真地再生復(fù)原。