数字电视原理-第1章彩色电视基础知识

数字电视原理第1章彩色电视基础知识1.1光的特性与光源1.3色度学概要1.4人眼的视觉特性1.5电视图像的传送及基本参量1.6标准彩条信号1.1光的特性与光源光是一种电磁波。人眼能看见的可见光谱只集中在频段内。波长/nm7806305805554954854603803×103波长/m频率/Hz红橙黄绿青蓝紫无线电波105红外线1010可见光谱紫外线1015X射线1020宇宙射线10253×10-23×10-73×10-123×10-1714(3.85~7.89)10Hz1.1光的特性与光源光是一种电磁波。人眼能看见的可见光谱只集中在频段内。波长/nm7806305805554954854603803×103波长/m频率/Hz红橙黄绿青蓝紫无线电波105红外线1010可见光谱紫外线1015X射线1020宇宙射线10253×10-23×10-73×10-123×10-1714(3.85~7.89)10Hz1.3色度学概要1.3.1光的颜色与彩色三要素1.3.2三基色原理及应用1.3.3配色方程与亮度公式1.3.1光的颜色与彩色三要素光的颜色客观因素是它的功率波谱分布主观因素是人眼的视觉特性1.3.1光的颜色与彩色三要素彩色三要素亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。(光功率)色调是指颜色的类别，是决定色彩本质的基本参量。(光波长)色饱和度是指彩色所呈现色彩的深浅程度（或浓度）。色调与色饱和度合称为色度。1.3.2三基色原理及应用三基色原理三基色原理是指自然界中常见的大部分彩色都可由三种相互独立的基色按不同的比例混合得到。波长为700nm的红光为红基色——R(红)波长为546.1nm的绿光为绿基色——G(绿)波长为435.8nm的蓝光为蓝基色——B(蓝)1.3.2三基色原理及应用相加混色相加混色是各分色的光谱成分相加，混色所得彩色光的亮度等于三种基色的亮度之和。彩色电视系统就是利用红、绿、蓝三种基色以适当比例混合产生各种不同的彩色。1.3.2三基色原理及应用红＋绿＝黄黄＋蓝＝白(补色)绿＋蓝＝青红＋青＝白(补色)红＋蓝＝品红绿＋品红＝白(补色)红＋绿＋蓝＝白1.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：时间混色法时间混色法是将三种基色光按一定的时间顺序轮流投射到同一平面上，只要轮换速度足够快，由于人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看到混合彩色的效果。1.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：空间混色法空间混色法是将三种基色光分别投射到同一表面的相邻三点上，只要三点相隔足够近，由于人眼的分辨力有限，故看到的不是三种基色，而是它们的混合光。1.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：生理混色法当两只眼睛同时观看不同的颜色，人们所感觉到的彩色不是两种单色，而是它们的混合色，称为生理混色法。全反射法全反射法是将三种基色光以不同比例同时投射到一块全反射平面上，由此构成了投影彩电。1.3.2三基色原理及应用相减混色在彩色印刷、彩色胶片和绘画中的混色采用相减混色。相减混色是利用颜料、染色的吸色性质来实现。混合颜料时，每增加一种颜料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合的过程称为相减混色。1.3.2三基色原理及应用青＝白－红黄＋品红＝白－蓝－绿＝红品红＝白－绿黄＋青＝白－蓝－红＝绿黄＝白－蓝品红＋青＝白－绿－红＝蓝黄＋青＋品红＝白－红－绿－蓝＝黑1.3.3配色方程与亮度公式配色方程假定三个基色采用NTSC制显像三基色，则配出光通量为1lm(流明)的C白光时，需要红基色光0.299lm，绿基色光0.587lm，蓝基色光0.114lm。当规定红、绿、蓝三个基色单位为[R]、[G]、[B]，它们分别代表0.299lm红基色光、0.587lm绿基色光、0.114lm蓝基色光，则1lm的C白光可表示为：F1C=1[R]+1[G]+1[B]对于任意给定的彩色光F，可表示为：F=R[R]+G[G]+B[B]1.3.3配色方程与亮度公式亮度公式在色度学中，通常把由配色方程式配出的彩色光F的亮度用光通量来表示，即：Y=0.299R+0.587G+0.114B1.4人眼的视觉特性人眼的分辨力人眼的分辨力是指人在观看景物时人眼对景物细节的分辨能力。人眼对被观察物体上刚能分辨的最紧邻两黑点或两白点的视角θ的倒数称为人眼的分辨力或视觉锐度。1.4人眼的视觉特性或θdL236060dL57.3603438ddLL1.4人眼的视觉特性人眼的分辨力实验表明，人眼对彩色细节的分辨力要低于对黑白细节的分辨力。由于人眼对彩色细节的分辨力低，所以在彩色电视系统传送彩色图像时，对于图像的细节，可只传黑白的亮度信号，而不传彩色信息。这就是所谓的彩色电视大面积着色原理。利用这个原理可以节省传输的频带。1.4人眼的视觉特性视觉惰性视觉惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主观亮度与光作用时间的关系。人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化，以及光线消失后的视觉残留现象（称为视觉暂留或视觉残留），总称为视觉惰性。1.4人眼的视觉特性临界闪烁频率当人眼受周期性的光脉冲照射时，如果光脉冲频率不高，则会产生一明一暗的闪烁感觉。如果将光脉冲频率提高到某一定值以上，由于视觉惰性，眼睛便感觉不到闪烁，感到是一种均匀的连续的光刺激。刚好不引起闪烁感觉的最低频率，称为临界闪烁频率，它主要与光脉冲的亮度有关。1.5电视图像的传送及基本参量1.5.1图像分解与顺序传送1.5.2电视扫描方式1.5.3电视图像的基本参量1.5.4图像显示格式及扫描方式表示方法1.5.1图像分解与顺序传送组成图像的基本单元称为像素。图像的顺序传送就是在发送端把被传送图像上各像素的亮度、色度按一定顺序逐一地转变为相应的电信号，并依次经过一个通道传送，在接收端再按相同的顺序，将各像素的电信号在电视机屏幕相应位置上转变为不同亮度、色度的光点，1.5.1图像分解与顺序传送1.5.2电视扫描方式在电视系统的接收端，显像管外部都装有水平和垂直两组偏转线圈。当水平和垂直偏转线圈中同时加入锯齿波电流时，电子束既作水平扫描又作垂直扫描，而形成直线扫描光栅，这称为直线扫描。1.5.2电视扫描方式隔行扫描隔行扫描是将一帧电视图像分成两场进行交错扫描。1.5.2电视扫描方式隔行扫描的缺点：行间闪烁现象并行现象引起垂直清晰度下降易出现垂直边沿锯齿化现象隔行扫描产生的视频信号对于压缩处理和后期视频制作带来困难1.5.2电视扫描方式逐行扫描电子束从屏幕左上端开始，按照从左到右、从上到下的顺序以均匀速度一行接一行的扫描，一次连续扫描完成一帧电视画面的方式称为逐行扫描。1.5.3电视图像基本参量宽高比根据人眼视觉特性，视觉最清楚的范围是在垂直视角约15°、水平视角约20°的矩形面积之内。因此，电视机屏幕一般都设计成矩形。我国原来的模拟电视图像宽高比为4∶3。生理和心理测试表明，图像宽高比达16∶9以上的宽幅图像利于建立视觉临场感。为此，我国高清晰度电视的图像宽高比已确定为16∶9。1.5.3电视图像基本参量亮度亮度是表征发光物体的明亮程度，是人眼对发光器件的主观感受。在电视机或显示器中，亮度是表征图像亮暗的程度，是指在正常显示图像质量的条件下，重显大面积明亮图像的能力。1.5.3电视图像基本参量对比度对比度是表征在一定的环境光照射下，物体最亮部分的亮度与最暗部分的亮度之比。电视机或显示器的对比度(C)是指在同一幅图像中，显示图像最亮部分的亮度(Bmax)和最暗部分的亮度(Bmin)之比，即：C＝Bmax/Bmin。当计及环境亮度Bφ时的对比度为:maxminBBCBB1.5.3电视图像基本参量图像分辨力数字电视图像分辨力是数字电视系统或图像信号源或信号处理过程或显示器件（屏）等客观上转换、处理、传输或重显图像细节的能力，是数字电视系统、设备或器件的物理性能指标。我国的SDTV和HDTV的图像分辨力分别为720×576像素和1920×1080像素。1.5.3电视图像基本参量图像清晰度电视图像清晰度是人眼能察觉到的电视图像细节的清晰程度。按图像和视觉的特点，图像清晰度一般从水平和垂直两个方向描述，有时还增加斜向清晰度指标。图像清晰度用“电视线”作单位。1电视线与垂直方向上1个有效扫描行的高度相对应。1.5.3电视图像基本参量图像清晰度图像清晰度既与电视系统本身的图像分辨力有关，也与观察者的视力状况有关。如果人眼最小分辨角（即视敏角）为θ，在分辨力最高的垂直视线角15°内所能分辨的线数应为：Z＝15°/θ1.5.3电视图像基本参量图像清晰度视力正常的人一般能分辨的视角约为1′~1.5′，对应的线数为900~600线。按我国数字电视标准，SDTV画面的有效扫描行数为576，HDTV画面的有效扫描行数为1080，观看SDTV和HDTV电视图像时，距电视屏的距离分别约为屏幕高度的5倍和3倍时，1个有效扫描行的视角即约为1′~1.5′。1.5.4图像显示格式及扫描方式表示方法数字电视画面的图像显示格式一般指图像水平方向和垂直方向的有效像素数。图像显示格式描述了组成一幅图像的像素点阵数。我国SDTV图像显示格式为720×576，一帧图像在水平和垂直方向上的有效像素数分别为720和576，扫描方式为隔行扫描，这种电视系统或显示方式通常用720×576i表示，其中i表示隔行（interlaced）扫描；HDTV图像用1920×1080i表示。1.5.4图像显示格式及扫描方式表示方法在图像显示格式及扫描方式的表示方法上，目前国际上并没有统一。1080/50i720/60p1080/50/2:1720/60/1:11080@50i720@60p1.6标准彩条信号标准彩条信号是一种常用的测试信号，用来对电视系统的传输特性进行测试和调整。1.6标准彩条信号1.6标准彩条信号彩色电视为了与黑白电视兼容，必须传送一个亮度信号，以便黑白电视机接收。在彩色电视中，常用两个色差信号(B-Y)和(R-Y)来代表色度信息，它们与彩色摄像机输出的R、G、B三基色信号存在下列关系：0.2990.5870.1140.7010.5870.1140.2990.5870.886YRGBRYRGBBYRGB1.6标准彩条信号1.6标准彩条信号彩条中所对应的彩色全为饱和色，称为100％饱和度，100％幅度(最大幅度)的彩条信号。标准彩条还以4个数码表示方法来命名。例如，100-0-100-0彩条、100-0-100-25彩条、100-0-75-0彩条。1.6标准彩条信号RGB100-0-75-0彩条100-0-100-0彩条1.6标准彩条信号0.493UBY0.877VRY色度信号:CscscsincosetUtVt幅度:22CUV相位:arctanVU彩色全电视信号:YCetetet1.6标准彩条信号0350mV700mV46536830821715760白黄青绿紫红蓝黑色同步行同步4.7µs52µs64µs-300mV幅度：1.6标准彩条信号UV60.5º347º103.5º180º167º240.5º283.5º紫红蓝青绿黄相位：作业P232．说明彩色三要素的物理含义。6．什么是图像分辨力？什么是图像清晰度？图像清晰度与图像分辨力有什么联系和区别？8．图像显示格式是指什么？什么是720@60p、1920×1080i和1080p格式？