第二节电视原理

第二节电视扫描原理一、电视传像的基本概念1．待传景物光学信息的表达电视传像的基本表示过程是：在播出端，用摄像机经摄像期间的光电变换作用将景物内容的亮度B和色度C（包括色调和饱和度S）的信息按一定规律变换成相应的电信号，作适当的处理后通过无线电波或有线通路传送出去；在接收端，用电视接收机将接收到的电信号经过显像管的电光变换作用按对应的空间分布规律重现成图像，逼真的显示出原景物。传像时，首先将待传景物分解成一个个象素，每个象素有它的亮度、色度、饱和度，并且依景物的运动而随时间改变其空间位置。因此，要传送彩色立体图象时，应输出诸象素的B、、S的空间、时间函数，而对于黑白平面活动图象，则只需传输各象素的亮度信息。要输出函数式，有同时传输制和顺序传输制两种方式。2．象素信息同时传输制同时传输制每个象素占用一条传输通道，把所有象素的亮度信息同时转换成相应的电信号，并同时传输出去。一阵画面分解成几十万个象素就需要几十万条通道。虽然每条通道传输宽度仅需20Hz左右，但是在电路上同时提供几十万条通道是不现实的，因此，同时传输制未被采用。如图1-5所示。3．象素信息顺序传输制1）顺序传输顺序传输制是将景物分解成极多象素后，把所有象素的亮度信息按时间顺序一一传输出相应的电信号，其所用的传输通路只需一条。如图1-6所示。图中只有一条传输通路，它轮流的接通每一对相应的光电单元和发光单元。只要轮流的速度足够快，由于人眼的视觉暂留特性，看起来好像是所有的象素同时发光，显示出完整的画面。2）扫描通过电子束有规律的运动，顺序的分解象素和综合象素的过程，称为扫描。电视系统扫描的规律为从左到右、从上到下进行，扫完第一幅后扫第二幅，如此循环。当扫描速度足够快，使换幅频率既高于活动景物运动连续感所需的融和频率，又高于临界闪烁频率，则接收到的是既有连续感又无闪烁感的活动景象。扫描的实质是将原来随空间和时间变化的函数变成只随时间变化的函数，即，所以传输通道的输出，即单一时间函数的亮度信息变量。3）扫描的同步进行扫描时，要求收发两端的扫描规律必须严格一致，称为同步。包含两个方面：一是两端的扫描速度相同，称作同频；二是两画面之每行、每幅的扫描起始时刻相同，叫做同相。即同频又同相才能实现同步扫描，保证重现图象既无水平方向扭曲现象，也无垂直方向翻滚现象。二、逐行扫描1．扫描方式在电视系统中，为了充分覆盖矩形图像面，都采用匀速的单向直线扫描方式。扫描速度是匀速的，扫描方向为直线方向，扫描只在单个方向扫描时才传送图像信息，朝相反方向扫描称为回扫，并不传送图象信息。电视传像中用水平扫描和垂直扫描来分解象素，水平扫描为从左到右，垂直扫描为从上到下，反复一幅幅地扫描图象。使电视摄像器件和显像器件中的电子束依规定从左到右，从上到下移动，可应用磁偏转方式。在显象管管颈外面套上一对水平偏转线圈和一对垂直偏转线圈，分别通入相应频率的锯齿波电流，向屏幕射出的电子束通过该偏转线圈，受到洛仑兹力的作用发生偏转，便可实现水平扫描和垂直扫描。如图1－7所示。2．扫描电流和扫描光栅1）扫描电流扫描电流如图1－8所示。2）扫描光栅由一条条扫描线形成的结构称为扫描光栅，它包括水平的正程逆程和垂直的正程逆程。只在正程中有效地传送图象信息，逆程留给电子束回扫。在荧光屏上，回扫线被消隐掉，看不见。如图1－8所示。3）扫描光栅帧型比扫描光栅呈矩形，其宽度与高度之比称为帧型比或者宽高比。此比值是电视图象几何形状的重要参数，它应符合人眼清晰视觉的视场范围。现行电视中选定的帧型比为4：3。在画面高度的4～6倍距离上观看图像时，对应的水平视角×垂直视角约为。3．扫描参数水平扫描参数包括行正程的时间和行逆程的时间、行周期、行逆程系数和行扫描频率；类似的垂直扫描参数有：。在逐行扫描中，为了使各帧图像的扫描光栅能精确重合，设一帧的行数为z，有：。记及扫描逆程，一帧内的有效行数。4．扫描频率的选择1）帧频的选择帧频的选择也即图像换幅频率的选择，应从图象有连续感、无闪烁、不易受交流电源干扰及图象信号频带不致过宽等几方面考虑。满足连续感所需的帧频(即融合频率)对于运动物体来说是32赫兹，满足无闪烁需48赫兹，而帧频与交流电源同步需要50赫兹，故选择帧频为50赫兹。2）行频的选择因为，当确定之后，行频的选择也就是在z的选择，根据人眼的分辨角约和视觉敏锐的垂直视角约为，记及行逆程，综合考虑，标称扫描行数z＝625行或者525行。我国电视制式选择625行/帧。三、隔行扫描1．图象信号带宽图象信号带宽是指信号频谱中最高频率和最低频率之差，即。对于图象信号其最低频率接近于0，故。如图1－10，设图像平面宽度为l，高为h，一帧内扫描行数为z行，不考虑逆程，一帧图像在水平方向上有个象素。整帧图像象素数n为垂直数×水平数，即。当水平方向上象素一明一暗变化时，顺序扫描得到的电信号一低一高的在逐个象素上跳变，形成一系列高频正弦波。因此扫描一帧画面形成周正弦波信号。图象信号最高频率。取z=600行，f=50Hz，则＝12MHz，带宽很宽，考虑行逆程系数常数值时达13.65MHz。因此应在保证图象质量下设法减小图象信号的带宽。2．隔行扫描1）隔行扫描的原理减小带宽的方法是采用隔行扫描，一帧画面分两场扫描，第一场扫描奇数行，构成奇数行光栅，称为奇数场；接着是第二场，扫描偶数行，称为偶数场。两场光栅在重现图象上精确镶嵌，构成一帧画面。如图1-9所示。在逐行扫描与2：1隔行扫描之间存在下列关系：。按我国的标准，每秒传输25帧图像，故，这样图像带宽可以减小一半。由于整体画面的重现频率为50赫兹，所以在一定距离上观看整体画面没有闪烁感。2）实现隔行扫描的方法实现隔行扫描，一帧的标称行数Z可以是奇数或偶数，但是要以一般的行频锯齿电流和场频锯齿电流来做到奇偶场光栅精确镶嵌，则标称行数取奇数。这时，每场扫描整数行加半行。当考虑行场逆程时，奇偶场光栅仍然能够精确镶嵌。如图1-8所示。为实现隔行扫描有两种方法，偶数行法和奇数行法，其电流波形图如图1-11所示，从图中可看出偶数行隔行扫描的电流形成比较复杂，所以在实际中，采用的是奇数行隔行扫描。我国电视标准规定：，故，故。2．行频和场频的锁定为保证隔行扫描工作良好，必须严格保持。要做到这一点，在播送端的电路中，有一个同步信号发生器，通过行频和场频的锁定来实现的。我国电视标准：＝15625赫兹。当行场频不同步时，如图1-12所示，不同相时，如图1-13所示。3．隔行扫描的优缺点1）隔行扫描的优点可以保证在图像分解力无甚下降和画面无大面积闪烁的前提下，将图象信号带宽减小一半，或者说，在画面无闪烁的前提下，对于给定的通道频带，隔行扫描能以更多的行数分解图象。2）隔行扫描的缺点21）行间闪烁效应靠近荧光屏观看，能看到荧光屏上光栅线条，发现各扫描线是闪烁的。因为每条扫描线的重复频率是25赫兹，低于临界频率。隔行比越大，行间闪烁效应越明显。22）并行现象表明奇偶两场光栅的镶嵌情况不理想。如图1-14所示。它会使有效行数减少，影响图象的分解力。23）垂直边沿锯齿化当物体沿水平方向运动速度足够大时，图像的垂直边沿会产生锯齿现象，如图2－16所示，图(a)中一条垂直黑线直线在白背景上自左向右运动，在逐行扫描中如图（b）所示，在隔行扫描中如图（c）所示。但是在正常观看距离及电路工作良好、景物运动速度一般时，人们感觉不到这些缺点。优点是主要的。所以现行的广播电视系统都采用隔行扫描方式。