第二章 模拟电视信号的形成和传输1

第一篇电视技术基础知识第二章模拟电视信号的形成和传输第一节图像分解与光电转换第二节电子扫描与图像清晰度本章小节第三节视频信号第四节高频电视信号的形成及传输第五节彩色电视信号第六节色差信号频带的压缩与频谱交错第七节正交平衡调幅制（NTSC制）第八节PAL制及NTSC/PAL编码器电视系统的基本工作流程图：电视节目制作与播出发送与传输接收播放信号处理与传输通道电视图像光电电光转换系统简图镜头摄像管景物图像电信号显像管图像电信号重现图像摄像端光→电转换显像端电→光转换RL1．电视信号的形成景物(或图像)各部分的明暗变化和彩色变化转换成相应的电视信号(同时也把声音的强弱变化转换成音频伴音信号)其主要物理过程是光---电转换，关键器件是摄像管。电视信号的形成和传播导入2．电视信号的传播低频视频信号，调制到射频载波上变成射频电视信号，经有线电视网络、广播电视发射系统或卫星电视系统等不同方式传输到用户家中。其主要物理过程是调制和发射(类似于装载和运输)，关键设备是调制器。电视信号的形成和传播导入3．电视信号的终端显示电视信号的形成和传播射频信号经解调(检波)还原为视频电视信号和音频伴音信号，视频电视信号经显像管或其它显示器还原成原景物(或图像)的光像，伴音信号经喇叭还原出声音。其主要物理过程是解调和电——光转换，关键器件是检波器和显示器。导入进行光电转换的摄像机有三种：摄像管体积大、像素低CCD高灵敏度抗强光畸变小体积小寿命长CMOS功耗低成本低集成度高成像质量较CCD差电视信号的传输电视信号的形成和传播导入黑白图像传输的基本原理图电视信号的形成和传播导入第一节图像分解与光电转换一、图像的分解与像素二、光电转换和顺序扫描三、模拟信号四、数字信号像素分解组成图像的元素称为像素，像素是图像的最基本单元。123456789图像顺序制传送原理：123456789发送端接收端同步控制传输通道一、图像的分解与像素像素：电视系统分解和综合图像的最小单元，顺序传输电视图像的过程如图。第一节图像分解与光电转换（a）需要分解后的图像（b）投映至摄像管上的图像（c）第1、2行的电压波形（d）第3行的电压波形（e）第4、5行的波形（f）第6行的波形（g）第7、8、9行的波形1．光电转换：用摄像管把图像的光信号转变成相应的电信号。电视方式传送图像采用的是将一幅图像分解成若干个像素按一定顺序逐点转换成电信号传送的。二、光电转换和顺序扫描2．扫描：电视系统中通过电子束有规律的运动，实现电视图像的分解与还原，称电子束有规律的运动为扫描。3．图像信号：利用电子束的扫描进行光电转换，得到反映像素明暗变化的电压信号。第一节图像分解与光电转换三、模拟信号高电平表示图像的暗部分，低电平表示图像的亮部分。图像的明暗变化不仅仅是明、暗两种，由白逐渐过渡到灰、深灰、黑等各种层次，电压的变化也就会由低逐渐升高，再逐渐降低而出现各种幅度变化，而且是连续的。我们把这种用电压波形模拟图像亮度信息变化的信号称为“模拟信号”。第一节图像分解与光电转换四、数字信号用“0”和“1”以及由它们所组成的数字串来传送信息，则称为“数字信号”。数字信号这种方式同样可以用来传输图像中各点像素的亮度信息和空间位置。第一节图像分解与光电转换第二节电子扫描与图像清晰度一、电子扫描的扫描方式二、电视图像幅型比与扫描格式三、图像分辨力与电视图像清晰度1．逐行扫描电子束水平方向的运动称为行扫描，电子束垂直方向的运动称为场扫描。电子束有规律的沿画面自左至右、自上而下一行行移动称为逐行扫描。电子束逐行扫描如图。一、电子扫描的扫描方式每帧行数625；每场行数为625/2=312.5。行频fH=15625Hz，行周期TH=1/15625s=64s第二节电子扫描与图像清晰度2．隔行扫描一、电子扫描的扫描方式理论分析和实践表明，满足人眼的连续感、不闪烁感和清晰度要求，采用逐行扫描方式时，信号带宽太宽。实际中均采用隔行扫描方式。隔行扫描是把一帧图像分成两场进行扫描，一场扫1、3、5、……奇数行，称奇数场；下一场扫2、4、6、……偶数行，称偶数场。如此反复。隔行扫描重现图像必须保证两场光栅正确镶嵌如图所示。第二节电子扫描与图像清晰度1．电视图像幅型比是指由电子扫描所形成的光栅或电视图像的宽、高比例。传统模拟电视的幅型比为4:3，近期开播的高清晰度电视的幅型比为16:9。二、电视图像幅型比与扫描方式2．扫描格式通常用图像水平方向和垂直方向有效像素的乘积来表示。在模拟电视的时代图像格式相对单一，在模拟电视向数字电视过渡的时代，尤其是在开播数字高清晰度节目后，电视图像的格式逐渐复杂起来。第二节电子扫描与图像清晰度1．电视图像的清晰度是主观感觉到的电视画面细节呈现的清晰程度，用人眼所能分辨的最大电视线数表示。三、图像分辨力与电视图像清晰度2．电视图像分辨力是指电视系统本身分解像素的能力，用水平方向和垂直方向的像素点阵表示，不受主观感觉的影响。第二节电子扫描与图像清晰度第三节视频信号一、图像信号二、消隐信号三、同步信号全电视信号视频信号又称全电视信号，黑白全电视信号包括图像信号、复合消隐信号、复合同步信号。全电视信号波形如图所示。第三节视频信号1．图像信号的位置一、图像信号图像信号出现在行正程期间。含有行同步、行消隐信号的视频信号波形及相互关系如图所示。图中为行正程时间。第三节视频信号一、图像信号图像信号是电平高低反应图像亮暗的电信号。特点：具有单极性和脉冲性。均匀阶梯波电视图像及对应波形。2．图像信号的幅度与波形第三节视频信号一、图像信号图像信号及对应的负极性波形如图，分析可知：图像信号的频率范围为0~6MHz。3．图像信号的频率第三节视频信号二、消隐信号1．行消隐脉冲：宽度12s，每行一个。作用：提供电子束消隐宽度、视频信号基准电平的信息。包括行消隐脉冲和场消隐脉冲。复合消隐脉冲的波形如图所示。2．场消隐脉冲：宽度25H(H指一行即(6425+12)s=1612s)每场一个。第三节视频信号三、同步信号1．行同步脉冲：提供行扫描频率和相位信息，前沿表征行逆程开始的时刻。宽度4.7s，每行一个。作用：提供扫描频率和相位信息的信号。包括行同步脉冲和场同步脉冲。2．场同步脉冲：提供场扫描频率和相位信息，前沿表征场逆程开始的时刻。宽度2.5H=160s，每场一个。行同步、场同步脉冲的电平范围都是位于比黑还黑的电平范围内，即以消隐电平为基准位于与图像信号相反的电平范围，幅度为0.3V。第三节视频信号三、同步信号3．槽脉冲：在场同步期间提供行同步信息，使得即使在场同步期间也不丢失行同步信息。在2.5H场同步期内开5个槽，为每半行开一个槽，槽宽4.7s。4．前均衡脉冲：保证隔行扫描光栅的精确镶嵌。场同步之前设置5个前均衡脉冲，每半行一个，宽度为2.35s。5．后均衡脉冲：为波形对称。在场同步脉冲后也设置5个后均衡脉冲。每半行一个，宽度为2.35s。第三节视频信号第四节高频电视信号的形成及传输一、视频信号的调制与残留边带发送二、伴音信号的调制三、电视频道的划分及多种传输方式1．视频信号的调幅一、视频信号的调制与残留边带发送特点：振幅变换反应调制信号，可用包络检波器解调。已调信号高频振荡相位连续，无突变点。视频信号高频调幅波的形成及波形如图所示。第四节高频电视信号的形成及传输2.视频调幅波的频谱一般调幅波的频谱和占有带宽如图所示。一、视频信号的调制与残留边带发送第四节高频电视信号的形成及传输3．视频调幅波的残留边带发送为减小传输射频信号的带宽，电视信号均采用残留边带方式发送，我国每频道电视信号频谱如图所示。一、视频信号的调制与残留边带发送第四节高频电视信号的形成及传输电视伴音信号的音频范围为20Hz~15kHz。采用调频方式传输。即高频载波的频率随正弦波F的振幅而变。调频波波形如图所示。二、伴音信号的调制我国电视制式规定，伴音载频比图像载频高6.5MHz，带宽为0.25MHz。第四节高频电视信号的形成及传输1．无线电视广播我国正规电视频道（DS1~DS68）频谱分配如图所示。三、电视频道的划分及多种传输方式第四节高频电视信号的形成及传输2．有线电视广播有线电视方式即通过电缆或光缆线路采用闭路方式传输电视信号。国家广电总局对有线电视广播系统的波段、功能做了新的规定，新的频谱分配如图所示。三、电视频道的划分及多种传输方式第四节高频电视信号的形成及传输三、电视频道的划分及多种传输方式3．卫星电视广播用于远距离传输高频电视信号。图为卫星广播电视系统工作示意图。第四节高频电视信号的形成及传输•彩色电视基础—第三章第五节彩色电视信号一、彩色图像的分解和三基色点信号的产生二、兼容性和逆兼容性三、亮度信号和色差信号根据三基色原理，彩色图像的分解和三基色信号的产生过程如图。一、彩色图像的分解和三基色电信号的产生第五节彩色电视信号兼容：指黑白电视机能收看彩色电视节目，呈现出的是黑白图像。逆兼容：彩色电视机能收看黑白电视节目，呈现出的也是黑白图像。二、兼容性和逆兼容性第五节彩色电视信号彩色电视系统的传输信号不能直接采用R、G、B信号，为兼容选为亮度信号和色差信号。1．亮度信号将摄像机输出的三基色信号电压，按亮度方程：三、亮度信号和色差信号VY=0.30VR+0.59VG+0.11VB11.0:59.0:3.0/1:/1:/1321RRR用矩阵电路可得到亮度信号电压。亮度信号电阻矩阵电路如图所示。第五节彩色电视信号2．色差信号色差信号与三基色信号的关系为：如用电压形式表示为：R-Y=0.7R-0.59G–0.11BG-Y=-0.37R+0.41G–0.11BB-Y=-0.3R-0.59G+0.89BVR-Y=0.70VR-0.59VG-0.11VBVB-Y=-0.30VR-0.41VG-0.11VB采用矩阵电路可得到VR-Y、VB-Y信号电压。色差信号VG-Y不传送，按关系：VB-Y=-0.30VR–0.59VG+0.89VB用矩阵电路得到。第五节彩色电视信号三、亮度信号和色差信号第六节色差信号频带的压缩与频谱交错一、大面积着色原理与色差信号的频带压缩二、亮度信号的频谱三、频谱间置与色副载波频率的选择为兼容，要求在0~6MHz带宽范围内把亮度和色度信号都传送出去。考虑重现图像的清晰度，亮度信号带宽必须采用0~6MHz。根据人眼对彩色细节分辩力低的特点，可将色差信号频带压缩至0~1.3MHz。一、大面积着色原理与色差信号的频带压缩彩色电视图像中低频部分(表现为大面积)，既有亮度信号也有色度信号；高频部分(图像细节)，只有亮度信号没有色度信号，即没有彩色，称这种处理为大面积着色原理。它节约了带宽又不影响重现图像的质量。第六节色差信号频带的压缩与频谱交错我国电视标准，亮度信号的带宽为0~6MHz。矩形脉冲波的频谱如图所示。二、亮度信号的频谱第六节色差信号频带的压缩与频谱交错典型图像信号及其频谱如图所示。二、亮度信号的频谱第六节色差信号频带的压缩与频谱交错1．频谱间置色差信号的频谱分布规律与亮度信号相同，只是带宽窄，为0~1.3MHz。为了使它和亮度信号的主谱线错开，选择一个副载波fSC，其频率足够高且数值合适，将色差信号对它调幅，使调制后色度信号的频谱搬到0~6MHz的高频端，并插到亮度信号谱线群间，实现频谱交错或频谱间置，故此称为频谱交错原理。三、频谱间置与色副载波频率的选择第六节色差信号频带的压缩与频谱交错2．副载频选择我国的彩电制式，其色副载波频率可选为：三、频谱间置与色副载波频率的选择这时，色度与亮度信号频谱间置情况如图所示。fSC=[(284–1/2)]15625Hz=4429687.5Hz4.43MHz第六节色差信号频带的压缩与频谱交错由图可见，它们的主谱线间相差半行频，称为半行频间置。彩色电视发射的电视信号频谱图所示。三、频谱间置与色副载波频率的选择第六节色差信号频带的压缩与频谱交错第七节正交平衡调幅制（NTSC制）一、平衡调幅二、正交平衡调幅三、色度信号的压缩V、U信号四、NTSC制的主要性能平衡调幅是抑制载波的调幅方式。表示式分别为：一、平衡调幅调制信号tF