第二章 電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2課件

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2彩色電視原理第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號

本章主要介紹電視圖像轉(zhuǎn)換原理以及電視信號的組成。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2.1電視傳像原理2.2電子掃描2.3電視圖像基本參量2.4電視信號的基本組成第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.1電視傳像原理

本節(jié)將主要介紹電視傳像的原理及圖像的攝取和重現(xiàn)第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.1.1、順序傳像原理◆電視傳像原理?像素(pixel)：由Picture和Element組合而成，像素是傳送圖像的基本單元，它的集合代表圖像的總信息。

根據(jù)人眼對細節(jié)分辨力有限的視覺特性，可以將平面圖像看成由許多的小單元組成，即像素；像素越小，單位面積上的像素數(shù)目越多，圖像越清晰。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.1.1、順序傳像原理

?像素的數(shù)學表達式(以黑白平面圖像為例)

fp(x,y,t)

組成黑白圖像的每個像素，不但有自己確定的幾何位置，而且有各自的亮度值。如果是彩色圖像每個像素還有自己的色度值。(時空域函數(shù))第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.1.1、順序傳像原理?幀：構成一幅圖像的各像素傳送一遍稱為進行一個幀處理，幀是構成活動圖像的最小單元。演示第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2順序傳送原理(收發(fā)端靠同步保持一致)

將圖像分解成像素，并按照順序一個一個傳送；接收端按照同樣規(guī)律重現(xiàn)像素，只要時間足夠快(約50～200ms)根據(jù)人眼視覺惰性，人的主觀感覺就是完整的圖像。

2.1.1、順序傳像原理第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.2.2、圖像的攝取和重現(xiàn)

◆圖像的攝取和重現(xiàn)

圖像的攝取和重現(xiàn)：由光電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，實現(xiàn)器件分別為電視攝像管和電視顯像管?！镫娨晹z像管：應用光電效應，將被攝景物分割成若干個小單元，順序?qū)⒏飨袼氐牧炼绒D(zhuǎn)變?yōu)榕c之成比例的隨時間變化的電脈沖信號?！豆怆姵上裨怼粪u異松北京理工大學出版社第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.2.2、圖像的攝取和重現(xiàn)★電視顯像管：利用電光效應，由于熒光屏發(fā)光強弱取決于沖擊電子數(shù)量和速度，則根據(jù)代表圖像的電信號來控制電子束的強弱，采用和電視攝像管相同的掃描規(guī)律來掃描熒光屏，完成光電轉(zhuǎn)換，重現(xiàn)電視圖像。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2信號處理與傳輸通道電視圖像光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)簡圖鏡頭攝像管景物圖像電信號顯像管圖像電信號重現(xiàn)圖像

攝像端光→電轉(zhuǎn)換顯像端電→光轉(zhuǎn)換RL2.2.2、圖像的攝取和重現(xiàn)第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2陰極：發(fā)射電子，用K表示；柵極：調(diào)制極，控制電子的發(fā)射量，用G1表示加速極：加速電子、定向，用G2表示

高壓陽極：進一步加速電子束，使其高速轟擊熒光屏，用G3、G5表示聚集極：改變電子束大小，用G4表示，0~400V第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.2.2、圖像的攝取和重現(xiàn)★彩色圖像的攝取通過分光系統(tǒng)將彩色光分解成三基色的光，分別用三個攝像管攝取，得到三個基色的電信號；第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.2.2、圖像的攝取和重現(xiàn)★彩色圖像的重現(xiàn)利用空間混色法，將受到三基色信號激勵的電子槍產(chǎn)生三個電子束，分別轟擊紅綠藍熒光點，從而重現(xiàn)彩色圖像。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2三槍三束管單槍三束管自會聚顯像管第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.2

電子掃描

主要介紹逐行掃描和隔行掃描工作原理第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.2

電子掃描◆掃描：將組成一幀圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號以及將順序傳送的電信號轉(zhuǎn)換成光學圖像的過程?！魭呙璧膶嵸|(zhì)：將原來隨空間和時間變化的函數(shù)轉(zhuǎn)變成只隨時間變化的函數(shù)fp(x,y,t)→fp(t)，則傳輸通道的輸出u(t)=fp(t)；fp(t)

→fp(x,y,t)。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2◆掃描的同步：進行掃描時，要求收發(fā)兩端的掃描規(guī)律必須嚴格一致，包括同頻和同相兩個方面。同頻：兩端的掃描速度相同；同相：兩端畫面的每行、場掃描的起始時刻相同.第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2電子束的偏轉(zhuǎn)：靜電偏轉(zhuǎn)：偏轉(zhuǎn)角小，靠靜電場作用，使電子束偏轉(zhuǎn)，示波器電磁偏轉(zhuǎn)：在偏轉(zhuǎn)磁場作用下受力偏轉(zhuǎn)，顯像管電磁偏轉(zhuǎn)方式：由兩組通電線圈作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)；改變線圈電流方向→改變磁場方向→電子束作水平或垂直方向偏轉(zhuǎn)第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2行、場偏轉(zhuǎn)線圈◆行偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生垂直方向的磁場，電子束穿過磁場作水平方向偏轉(zhuǎn)◆場偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生水平方向的磁場，電子束穿過磁場作垂直方向偏轉(zhuǎn)第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2光柵：電子束在行、場鋸齒波的共同作用下，有規(guī)律掃描，在屏幕上出現(xiàn)一條條亮線，即光柵。其中場掃描鋸齒電流時間比行掃描電流周期長。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2◆逐行掃描：電子束從圖像的上端開始，從左到右、從上而下以均勻的速度按照順序一行接著一行的掃描。其中從左到右的掃描過程稱為行正程，如下圖1→1’；從右到左的掃描稱為行逆程，如1’→2

。電子束從上而下的整個掃描為幀正程掃描，從下返回上的掃描過程稱為幀逆程掃描。1、逐行掃描第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2實現(xiàn)逐行掃描的條件：TF=TV=ZTH行逆程系數(shù)：α＝18％；場逆程系數(shù)：β＝8％消隱信號：消除逆程掃描線

1、逐行掃描第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2THt：行掃描正程時間(從左到右的掃描)

THr：行掃描逆程時間(從右到左的掃描)

TVt：場掃描正程時間(從上而下的掃描)

TVr：場掃描逆程時間(從下而上的掃描)逐行掃描第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2逐行掃描的缺點：由于人眼視覺特性，場頻（幀頻）應大于48Hz，才不感到閃爍；掃描行數(shù)大于500行，圖像才能足夠的清晰占用頻帶寬，設備復雜?！绻档蛨鲱l會造成閃爍現(xiàn)象→如果減少掃描行數(shù)會造成圖像模糊

1、逐行掃描

提出了隔行掃描理論

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22、隔行掃描◆隔行掃描：將一幀電視圖像分解成兩場進行掃描。其中幀掃描時間是場掃描時間的2倍TF

=2TV，則fF

=1/2fV◆實現(xiàn)隔行掃描的條件：采用隔多行掃描的缺點：1.存在行間閃爍效應2.會出現(xiàn)并行3.會出現(xiàn)垂直邊緣鋸齒化現(xiàn)象第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22、隔行掃描◆每個電視幀都是通過掃描屏幕兩次而產(chǎn)生的，第二次掃描的線條剛好填滿第一次掃描所留下的縫隙。每次掃描即稱為一個場第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22、隔行掃描第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22、隔行掃描在隔行掃描中，整個畫面的變化是按場頻重復的，它高于臨界閃爍頻率因而減少了閃爍感。奇數(shù)行隔行掃描滿足的條件

(1)下一幀掃描起始點應與上一幀起始點相同，以便保證各幀掃描光柵重疊；(2)相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得高清晰度。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22、隔行掃描隔行掃描的缺點(隔行越多缺點越突出)

(1)存在行間閃爍(若場頻為50Hz，幀頻為25Hz，每行亮度按幀頻重復，低于臨界閃爍頻率，有明顯的行間閃爍，隔行越多越明顯)

；(2)并行現(xiàn)象(真實并行：行頻、場頻不對應，則兩場掃描光柵不能均勻鑲嵌，分辨率下降一半；視在并行：物體垂直方向運動量較大，每經(jīng)過一場時間運動物體向下移動一行，相鄰兩場細節(jié)相同，觀察移動物體，會造成并行)；(3)垂直邊緣鋸齒化：（圖像中運動物體水平方向運動量較大，其垂直邊緣會分兩場傳送，相鄰光柵會左右錯開）

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3電視圖像的基本參量

主要介紹垂直和水平分解力以及掃描行數(shù)的確定第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3電視圖像的基本參量◆圖像的幾何尺寸：寬高比/幅型比K=4/3；HDTV為16:9?！艟匦纹聊坏拇笮〕Ｓ脤蔷€長度表示，HDTV的顯示器件屏幕對角線尺寸要在1m以上。◆場掃描頻率的確定：考慮人眼的視覺特性和交流電流對電視的影響兩因素；我國電視標準場頻為50Hz；第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3.1電視圖像寬高比K現(xiàn)行電視畫面寬高比為4:3HDTV寬高比為16:9第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3.1電視圖像寬高比K第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3.2電視屏幕尺寸矩形屏幕大小用對角線長度表示，單位常用英寸；HDTV顯示器屏幕對角線尺寸應在1m以上。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.2電視屏幕尺寸第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.3場掃描頻率的選擇1、考慮人眼視覺特性，場頻應高于臨界閃爍頻率46Hz；2、考慮帶寬的限制3、考慮交流電源對電視圖像的影響，與電網(wǎng)頻率相同50Hz

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.4電視圖像清晰度清晰度既與電視系統(tǒng)本身的分解力有關，也與觀察者的視力狀況有關。在評價圖像清晰度時，應由一批視力正常的觀眾或?qū)＜襾磉M行，通過主觀質(zhì)量評價。

圖像清晰度：人主觀感覺到的圖像重現(xiàn)景物細節(jié)的可懂與逼真的程度第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3.5電視圖像分解力水平方向，用掃描像素數(shù)描繪,即水平分解力；垂直方向，掃描行綜合而成，即垂直分解力。

分解力：電視系統(tǒng)傳送圖像細節(jié)的能力，常用掃描行數(shù)表征電視系統(tǒng)的分解力，即標稱分解力。

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3.5電視圖像分解力1、垂直分解力:沿圖像垂直方向所能分解的像素數(shù)

影響垂直分解力的因素：A、圖像的掃描行(有效掃描行數(shù)(1－β)Z)B、電子束與圖像的相對位置第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.5電視圖像分解力電子束對垂直分解力的影響第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3.5電視圖像分解力由于掃描線具有一定的寬度（電子束具有一定的截面積），所以再現(xiàn)圖像可以完全恢復第一列和第三列的原圖形，而第二列則完全不能恢復了，第四列可以部分恢復。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.5電視圖像分解力垂直分解力：M=k1(1－β)Z其中，克爾系數(shù)k1=0.65~0.75我國電視標準Z=625，β＝8％，k1=0.75

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.5電視圖像分解力2、水平分解力：沿圖像水平方向所能分解的像素數(shù)影響水平分解力的因素：掃描電子束有一定的橫截面積,造成孔闌效應;傳輸帶寬的影響第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.3電視圖像分解力由于掃描電子束具有一定的截面，當電子束尺寸大于或等于實物或圖像細節(jié)時，會造成景物細節(jié)的模糊，即存在孔闌效應。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.5電視圖像分解力孔闌效應

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.5電視圖像分解力水平分解力N：

N=KM=Kk1(1－β)Z第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2

2.3.6掃描行數(shù)的確定掃描行數(shù)要充分考慮圖像分解力(清晰度)和圖像信號傳輸帶寬的限制，從經(jīng)濟和技術指標綜合考慮，掃描行數(shù)在500～650為宜。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2我國電視制式行數(shù)選用625行，已知場頻為50Hz，則幀頻為25Hz；幀掃描時間

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成

本節(jié)主要介紹黑白全電視信號的基本組成部分及其標準第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成黑白電視信號：圖像信號、同步信號、消隱信號等第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2◆消隱信號：關閉電子束，消除掃描回歸線；根據(jù)所在位置不同分為行、場消隱信號，寬度分別為0.18H、23～25H；幅度相當于黑電平（比黑電平更黑的電平）圖像信號ｔｖ052μS12μS52μS10～12.5%白電平黑電平75%行正程行逆程行正程第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成行消隱信號：αH=18%H=12μs場消隱信號：第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成行、場消隱脈沖頻率與行、場掃描頻率一致第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2場掃描電路行掃描電路行偏轉(zhuǎn)線圈場偏轉(zhuǎn)線圈行同步信號場同步信號同步信號★同步：指收、發(fā)兩端掃描同頻、同相、波形相似。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成★行同步信號：發(fā)端每掃描完一行，送一個行同步脈沖控制收端的行掃描頻率和相位，使其與發(fā)端同步，脈沖寬度4.7μs；★場同步信號：發(fā)端每掃描完一場，送一個場同步脈沖控制收端的行掃描頻率和相位，使其與發(fā)端同步，脈沖寬度160μs★復合同步信號：行、場同步信號混合在一起。

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2行同步場同步行消隱場消隱100%160μｓ160μｓ1612

μｓ

4.7μS12μS1.3μS75%25%消隱脈沖與同步脈沖的關系第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成復合同步信號的分離：微分電路→行同步信號微分電路來提取行同步脈沖的前沿積分電路→場同步信號積分電路可以選出寬度較大的場同步脈沖第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2經(jīng)微分電路后的波形第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2開槽脈沖開槽脈沖的作用：利用微分電路提取行同步信息，在場同步期間會使行同步信息丟失，將影響整個掃描過程中的嚴格同步；因此，在場同步脈沖上開槽，可保證行同步連續(xù)性。槽脈沖的寬度與行同步脈沖相同4.7μs。

第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2⊿t第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2①隔行掃描每場都含半行，則相鄰兩場掃描的起點和終點位置不相同②收到復合同步信號，用積分電路分離場同步信號，兩場同步時間有差異；③兩場同步存在時間誤差⊿t第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2均衡脈沖的作用（消除⊿t）A.要使奇偶場的掃描光柵均勻鑲嵌，必須保證相鄰兩場的場同步脈沖前沿到達積分電路時，有相同的起始電壓；B.在場同步脈沖持續(xù)期及其前后若干行，將行同步脈沖頻率提高1倍，則這段時間內(nèi)奇偶場同步脈沖波形完全相同；C.為了使增加脈沖后的平均電平不增加，把這部分脈沖寬度減小為原來的一半(即2.35μs)。場同步期間要開5個槽。每個場同步脈沖前、后各有5個2.35μs寬的脈沖，常稱其為前、后均衡脈沖。這樣，無論奇場還是偶場，送到場積分電路去的波形都是完全相同的。第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號2黑白全電視信號波形（以全白圖像為例）奇場開始偶場結束偶場開始奇場結束場消隱1.6mS=25行偶場場同步2.5行前均衡后均衡2.5行2.5行625312546246236216222223763132425311312314309310315316317318319320335336337338奇場場同步2.5行2.5行2.5行前均衡后均衡32μS64μS4.7μS12μS

4.7μS

64μS64μS第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號22.4電視信號的基本組成三、黑白全電