任务一彩色电视信号的形成与传输

任务一了解彩色电视信号的产生二、彩色电视信号的形成和传输（1）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。1、电视广播的基本过程（2）电视信号的发射过程a、图像信号的发射过程摄像机被摄图像视频电信号放大调制发射天线b、伴音信号的发射过程伴音信号话筒音频信号放大调制发射天线（3）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。（4）电视信号的终端显示射频信号经解调(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他显示器还原成原景物(或图像)的光像，伴音信号经扬声器还原出声音。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。（5）电视信号的接收过程a、图像还原过程高频电视信号高频调谐器检波图像中频信号视频电信号显像管还原成原图像b、伴音还原过程高频电视信号高频调谐器中频电视信号检波音频电视信号音频放大扬声器2、两个重要概念（1）调制给每套电视节目选择一个运载工具，即：载波，将信号加到运载工具上的过程，就叫调制。（2）载波信号的运载工具。特点a、传输距离远b、不同节目信号选择不同的频率载波（3）解调利用检波、滤波或其它技术从已调波中恢复出原来信号的过程3、电子扫描（1）像素：组成图像明暗不同的光点。（2）图像的像素与图像的清晰度：同一幅画面上，图像的像素越多，图像就越清晰。从前述可知，电视图像是由摄像机将景物图像变成电信号进行传输的，一幅图像是由水平和垂直排列的像素单元构成的，传输时，先将图像在垂直方向切割成一条一条的信号，相当于一条扫描线，然后按从左至右的顺序传输出去，在接收端再将送来的一排一排的信号照原样排列起来，就形成了原来的图像。当电子束在荧光屏上扫描而未传送图像时，屏幕一片白光，称之为光栅。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）逐行扫描1、定义：2、相关概念：帧：把一幅静止的图像叫一帧。帧频：每秒钟传输的帧图像数。fv来表示，fv=25HZ帧周期：扫描一帧图像所需要的时间。TV来表示，TV=1／fv=1／25=40ms行频：每秒水平扫描的线数。fH来表示，我国规定每一幅图像扫描625行，则fH=625*25=15625HZ行周期：水平扫描一行的时间。用TH或H来表示，TH或H=1／fH=1／15625=64*10-6s=64us行扫描正程：从左到右，52us逆程：从右到左，12us帧扫描正程：从上到下，575行逆程：从下到上，50个行周期注意：电子束在正程扫描期间传送图像内容，而逆程扫描不传送图像内容，只是为下次正程扫描做准备。3、像素计算：帧扫描正程为575行，就意味着在图像的垂直方向有575个像素：若CRT屏幕的宽高比：4:3图像水平方向像素：575*（4／3）≈766个像素一帧图像的像素：575*766≈44万个像素每秒扫描25帧图像，则每秒在屏幕显现的像素有：25*44万=1100万个每相邻两个像素电压不同，也就是说每秒图像信号电压变化为：1100／2万=550万次5.5MHZ为留有余量，我国规定，图像信号最高频率为6MHZ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。1、定义：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。（一）隔行扫描2、相关概念：场频：每秒扫描的场次数，fZ来表示，fZ=fv*2=50HZ场周期：扫描一场所用的时间，TZ来表示，TZ=1／fZ=1／50=20ms每场扫描行数：625／2=312.5行正程：312.5-25=287.5行逆程：25个行周期例：日本电视制式规定：每幅画面扫描525行，隔行扫描，场频为60HZ，求日本电视制式的帧频、帧周期、行频、行周期。（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。3、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。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。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。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．图像信号的频率二、消隐信号1．行消隐脉冲：宽度12s，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(6425+12)s=1612s)每场一个。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4.7s，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=160s，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。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4.7s。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2.35s。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2.35s。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所示。一、彩色图像的分解和三基色电信号的产生兼容：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、兼容性和逆兼容性兼容条件：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。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-0.11VBVB-Y=-0.30VR–0.59VG+0.89VB用矩阵电路得到。三、亮度信号和色差信号为兼容，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。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平衡调幅波的波形图如图所示。一、平衡调幅特点：（1）不含载频分量。（2）幅值正比与调制信号振幅的绝对值。（3）调制信号为正，平衡调幅波与载波同相；调制信号为负，平衡调幅波与载波反相。为使一个载频携带两个色度信号信息，采用了将(B-Y)信号对0副载波平衡调幅，得到（B–Y）sinSC色度分量；（R–Y）信号对90副载波平衡调幅，得到（R–Y）cosSC色度分量，两色度分量相加后为正交平衡调幅信号。两色度分量相位正交，带宽都为fSC-F~FSC+F。可用同步检波方式解调、分开。两色度分量信号相加后，得到色度信号F为：二、正交平衡调幅tVtVFscYBscYRsincos二、正交平衡调幅2YB2YR)()(VVFYBYRarctanVV由图可见，黄条的最高电平超出白电平为0.79，会造成发射机过调制；蓝条的黑电平低于同步电平为-0.79，会破坏同步。因此需对色度信号进行压缩处理。计算出压缩系数为三、色度信号的压缩——V、U信号a=0.877,b=0.493压缩后的色度信号可写成：YR877.0VVYB493.0VU优点：色度信号处理过程简单；亮、色信号频谱最大间距错开，兼容性好。四、NTSC制的主要性能缺点：由于相位失真造成色调失真，因此对传输条件要求苛刻，要求传输过程中引起的相位失真小于3°。为了克服NTSC制的缺点，研制出了PAL制和SECAM制。