第一章电视基础知识

电视原理与现代电视系统PrincipleofTVAndModernTVSystemhttp//jing.bjpu.edu.cn\mz\defaul•综述•电视基础知识•彩色电视制式与彩色电视信号•广播电视系统•电视接收系统•数字电视与高清晰度电视http//jing.bjpu.edu.cn\mz\defaul概述电视诞生的年代电视发展的过程电视的作用电视的未来第一章电视基础知识视广播系统与无线电广播系统区别：a.相同之处在于它们都是将信号调制到高频信号，即载波上；在接收端再将其恢复。b.不同的地方是电视系统除了要传送语音节目外，`还要传送图像信号和扫描同步信号。1．1电子扫描1.1.1像素概念•电视图像的构成：像素，40多万；•图像传送：顺序；•扫描方式：逐行、隔行扫描，50次/S；•扫描方向：自上而下，从左至右。传送活动图像要在发送端把亮度信息从空间、时间的多维函数变成时间的单变量函数电信号。•假定在水平偏转线圈里通过如图2-1(a)所示的锯齿形电流，t1～t2期间电流线性增长时，电子束在垂直偏转磁场的作用下从左向右作匀速扫描叫做行扫描正程，t2时刻正程结束时，电子束扫到屏幕的最右边。t2～t3期间偏转电流快速线性减小，电子束从右向左迅速扫描，叫做行扫描逆程，t3时刻逆程结束时，电子束又回扫到屏幕的最左边。电子束在水平方向往返一次所需的时间称为行扫描周期TH。行扫描周期TH等于行正程时间THF和行逆程时间THR之和。行扫描周期的倒数就是行扫描频率fH。•假定在垂直偏转线圈里通过如图2-1(b)所示的锯齿形电流，电子束在水平偏转磁场的作用下将产生自上而下，再自下而上的扫描，这样便形成帧扫描正程和逆程。帧扫描的周期TZ等于帧正程时间TZF和帧逆程时间TZR之和。帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率fZ。帧扫描频率fZ远低于行扫描频率fH。•如果把行偏转电流iH和帧偏转电流iZ同时分别加到水平和垂直偏转线圈里，那么，在水平偏转磁场和垂直偏转磁场共同作用下，电子束同时沿水平方向和垂直方向扫描，在屏幕上就显示出如图2-1（c）所示的光栅。由于行扫描时间比帧扫描时间短得多，整个屏幕高度有600多条扫描线，因此电视机的扫描线看起来是水平直线。这种扫描方式从图像上端开始，从左到右、从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地扫完全帧画面，称为逐行扫描。图2-1逐行扫描电流和光栅(a)行扫描电流；(b)帧扫描电流；(c)扫描光栅tiH(a)t1(b)THFTHt6iZt0t6TZFTZRTZ(c)t1t0t2t3t4THRt5t3t2t4t5t•逆程扫描线会降低图像质量，故在行、帧逆程期间用消隐脉冲截止扫描电子束，使逆程扫描线消失。为了提高效率，正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，电视标准规定了行逆程系数α和帧逆程系数β：18%8%HRZRHZTTTT在逐行扫描中，所有帧的光栅都应相互重合，这就要求帧扫描周期TZ是行扫描周期TH的整数倍，也就是说每帧的扫描行数Z为整数，TZ=ZTH，fH=ZfZ。•2.1.2隔行扫描•为了保证电视图像有足够的清晰度，扫描行数需在600左右；为了保证不产生闪烁感觉，帧扫描频率应在48Hz以上，这样图像信号的频带就会很宽，使设备复杂化。隔行扫描在不增加带宽的前提下，保证有足够的清晰度又避免了闪烁现象。••隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫：第一场扫描1、3、5、…奇数行，称为奇数场；第二场扫描2、4、6、…偶数行，称为偶数场。每帧图像经过两场扫描，所有像素全部扫完。偶数场扫描线正好嵌在奇数场扫描线的中间，如图2-2（c）所示。我国电视标准规定，每秒传送25帧，每帧图像为625行，每场扫描312.5行，每秒扫描50场。场频为50Hz，不会有闪烁现象，一帧由两场复合而成，每帧画面仍为625行，图像清晰度没有降低，而频带却压缩了一半。•图2-2（a）是行扫描电流波形，图2-2（b）是场扫描电流波形。为了简化，图中未画出行、场扫描的逆程时间。一帧光栅由9行组成，图2-2（c）中奇数场光栅用实线表示，偶数场光栅用虚线表示。奇数场结束时正好扫完第5行的前半行，偶数场一开始扫第5行的后半行，偶数场第一整行(第6行)起始时垂直方向正好扫过半行，插在第1行和第2行的中间，形成隔行扫描。由此可见，隔行扫描要将偶数场光栅嵌在奇数场光栅中间，每帧的扫描行数必须是奇数。图2-2隔行扫描电流和光栅(a)行扫描电流；(b)场扫描电流；(c)扫描光栅tiH(a)(b)t037(c)1132557911iV468101214161811131517131517910212414616818t•隔行扫描存在下列缺点：•(1)行间闪烁效应从电视图像整体来看，隔行扫描后图像场频保持在50Hz，高于临界闪烁频率，观看时不会感觉到闪烁。但当图像中有一行亮线时，每秒只出现25次，低于临界闪烁频率，就会感到闪烁，这叫行间闪烁。•(2)并行现象并行现象有真实并行和视在并行。在隔行扫描中，要求行、场扫描频率保持一定的关系，否则两场光栅不能均匀相嵌。不均匀的极端是奇、偶两场光栅重合，称为真实并行，这时图像清晰度会降低一半。当图像上有一物体垂直方向运动速度恰好是一场时间下移一行的距离时，该物体后一场图像与前一场相同，当观察者的视线随运动物体移动时，看起来是两行并成了一行，图像清晰度下降，这被称为视在并行。•(3)垂直边沿锯齿化现象当图像上有物体水平方向运动速度足够大时，因隔行分场传送，相邻两行在时间上相差，结果运动物体图像垂直边缘出现锯齿。锯齿深度就是物体在一场时间内水平方向移动的距离。•1.2.4视觉惰性•实验证明，人眼的主观亮度感觉与客观光的亮度是不同步的。当一定强度的光突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉，而是按近似指数规律上升；当亮度突然消失后，人眼的亮度感觉并不立即消失，而是按近似指数规律下降。人眼的亮度感觉总是滞后于实际亮度的，这一特性称为视觉惰性或视觉暂留。•图1-5(a)表示作用于人眼的光脉冲，图1-5(b)表示该光脉冲造成的主观亮度感觉，它滞后于实际的光脉冲。光脉冲消失后，亮度感觉还要一段时间才能消失。图1-5(b)中t1～t2就是视觉暂留时间。在中等亮度的光刺激下，视力正常的人视觉暂留时间约为0.1s。•人眼受到频率较低的周期性的光脉冲刺激时,会感到一亮一暗的闪烁现象，如果将重复频率提高到某个定值以上，由于视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。不引起闪烁感觉的最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率与很多因素有关，其中最重要的是光脉冲亮度，随着光脉冲亮度的提高，临界闪烁频率也会提高。临界闪烁频率还与亮度变化幅度有关亮度变化幅度越大，临界闪烁频率越高。人眼的临界闪烁频率约为46Hz。对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲，人眼不再感觉到闪烁，这时主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。图1-5(a)作用于人眼的光脉冲亮度；(b)主观亮度感觉t光脉冲亮度(a)t1视觉亮度(b)t2t像素顺序传送示意图1.1.2光电、电光转换显象管结构示意图gkdduKB1.1.3电子扫描逐行扫描隔行扫描隔行扫描的图像扫描电流与重现图像关系a)线性扫描，图像无失真b)行扫描非线性失真，产生左伸、右缩的非线性失真c)场扫描非线性失真，产生上拉、下压的非线性失真1.2黑白全电视信号1.2.1主体信号：图像信号1.图像信号基本参数2.图像信号与特征1.2.2辅助信号1.复合同步信号(行、场)2.复合消隐信号(行、场)3.槽脉冲与均横脉冲一、图象信号图象信号是携带着一行行、一场场景物信息的电信号，通常它是由摄象管产生的。怎样画出某些特殊图象的信号波形呢？依据有两点：①摄象管经电子束扫描将一幅图象的亮度分布进行象素分解，使之转变成按逐行逐场时间顺序排列的电信号。②摄象管某时刻输出的电流信号正比于该时刻电子束所扫描象素的亮度大小。例如电视台每天播发的一幅八条从白到黑宽度相等的垂直条图象，其特点是：1、图象信号的特征1、只有水平方向变化，而无垂直方向变化，所以它是按行周期变化的。2、因为图象亮度只有正值而无负值，所以图象信号也是单极性的。有直流。黑色的信号电平对应为零，灰色和白色的信号电平都是正值而无负值。图象信号的极性在电路传送与处理过程中是经常变化的，如电路某处为正极性，经过一次放大倒相后，就变成负极性的了。为了方便起见，有如下规定：若图象越亮，信号电平越高，则称为正极性图象信号。反之若信号电平随着图象亮度的增加而降低，则称为负极性图象信号。2、图象的基本参量1、电视图象的亮度这里是指图象的平均亮度。根据人眼视觉特性，并不要求电视图象恢复原来景物的亮度，这就给确定电视图象的亮度较大的自由度；但是不同的环境亮度要求电视图象具有不同的平均亮度，以保证重显必需的对比度和亮度层次（灰度），使人们长时间观看时不致于过分疲劳。根据实际要求，电视图象的平均亮度应不小于30尼特，最大亮度应大于60～150尼特。亮度的计量单位为nit或sb1nit＝1cd（烛光）/平方米，1sb＝10000nit2、电视图象的对比度与灰度图象中最亮处的亮度（Bmax）和最暗处亮度（Bmin）之比称为对比度（K），即：K＝Bmax/Bmin。当计及环境亮度Bφ时的对比度。因此，观看电视时外界的杂散光线照射到屏幕上，就会使屏幕暗处的亮度增加而造成对比度下降。电视图象是由许多亮度不同的象素组成的，图象从亮到暗之间的亮度层次称为灰度。如果能分辨的亮度层次越多，图象就显得越细腻、柔和。一般来说，对比度K越大，图象黑白层次应当越丰富。另外，能分辨的黑白层次还受ζ(对比度灵敏度阈)值的限制。研究可知，人眼所能分辨的亮度层次与图象对比度的对数成比例，与对比度灵敏度阈ζ成反比变化。根据人眼视觉特性，对主观感觉来说，重现图象应与实际景物具有相同的对比度和灰度，这样，就能给人以真实感觉。实际景物的对比度一般都不超过100。因为，在一定照度下，最白的募过于白石膏，其反向系数接近于1；最黑的募过于黑丝绒，其反射系数为0.01。因此为了不失真地传送图象，要求重现图象的对比度也为100。由于实际环境亮度的影响，所以重现图象的对比度往往达不到100，一般能达到30～40也就满意了。二、辅助信号1、复合消隐脉冲电视系统中，正程期间传送图像信号，逆程期间不传送图像信号。因此，若不采取措施，在使用电子束扫描的显像管中，电子束在逆程期间的扫描就会在屏幕上产生回扫线，从而对正程图像造成干扰，影响图像的清晰度。复合消隐脉冲的作用就是在行、场逆程期间使显像管中的扫描电子束截止，使其不干扰正程的图像信号。复合消隐脉冲包括行消隐脉冲和场消隐脉冲。行消隐脉冲：位于行逆程，宽度为12μs，作用是使摄象管的电子束在行逆程期间截止，抑制行逆程期间的回扫线电子束；场消隐脉冲：位于场逆程，宽度为25TH+12=1612μs（TH为行周期，64μs）,作用是在场逆程期间使电子束截止，抑制场逆程期间的场回扫电子束。从而避免它们对正常图象的干扰。按时间顺序将行消隐脉冲序列和场消隐脉冲序列组合在一起称为复合消隐脉冲，如图下图所示。上图给出了负极性的复合消隐信号波形图。由于一帧电视信号的标称行数为奇数（625行），所以采用隔行扫描之后每场扫描行数均含有半行，这样一来，相邻两场间的行消隐和场消隐的相对位置会相差半行。因此，虽然行消隐脉冲以行周期（64μs）重复，场消隐脉冲以场周期（20ms）重复，但复合消隐脉冲却以帧周期（40ms）重复。消隐脉冲所处的信号电平值称为消隐电平。消隐电平既然要能截止电子束，所以其电平值至少应与黑电平一样，因为图像信号中黑电平可使显像管电子束完全截止，使荧光屏不发光。当然，消隐电平也可以比黑电平更“黑”一些，即在正极性图像信号中它比黑电平稍低些，在负极性图像信号中，它比黑电平稍高些。消隐电平与黑电平之间的差值称为台阶电平提升或肩电平提升。复合消隐脉冲信号由专门设备产生，通过摄像机的视频处理电路与图像信号混合。2、复合同步为了正确重现图像，要求收、发两端扫描必须严格同步。为此，发送端在传送图像信号和复合消隐信号的同时，还要