廣播電視的基本知識

1、第一章 廣播電視的基本知識,1.1 圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程 1.2 電視掃描原理 1.3 重現(xiàn)電視圖像的基本參量1.4 全電視信號1.5 電視信號的發(fā)送 復(fù)習(xí)思考題,§ 1.1 圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程,1.1.1 光電轉(zhuǎn)換的過程 如果用放大鏡仔細(xì)觀察報紙上刊登的傳真照片, 就可以發(fā)現(xiàn)它們是由許多大小?不等、疏密不同的黑點子組成, 而且點子越小、 越密, 畫面就越細(xì)膩、清晰同樣, 呈現(xiàn)在電視機屏幕上的圖像也是由

2、許多相互聯(lián)系、彼此配合、亮度相同或不同的小單元組成, 這些構(gòu)成電視圖像的基本單元稱為像素。,實際上, 由于人眼視覺分辨力有一定的極限, 在正常觀看距離下, 一幅電視圖像大約有40萬個像素時就可以使圖像具有令人滿意的清晰程度。由于圖像是由像素構(gòu)成的, 因此就可以通過傳送組成它的像素來實現(xiàn)傳送圖像的目的。 為了解決像素的傳送問題, 人們采用一種順序傳送的方法, 就是在發(fā)送端把圖像中各個像素的亮度按一定的順序變成相應(yīng)的電信號, 并一個一

3、個地傳送出去, 而在接收端則按同樣的順序把電信號轉(zhuǎn)變成一個一個相應(yīng)的亮點重現(xiàn)出來。 實踐證明, 由于人眼的視覺惰性, 只要順序傳送的速度足夠快, 就會在主觀感覺上覺得所有像素同時發(fā)亮一樣。 這種順序傳送法實質(zhì)上就是按時間順序傳送空間分布的像素的亮度。,將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)轫樞騻魉偷碾娦盘?圖像的分解)或?qū)㈨樞騻魉偷碾娦盘栔匦禄謴?fù)成光圖像(圖像的復(fù)合)的過程稱為掃描。 在掃描過程中, 像素的傳送和恢復(fù)順序是從左到右、從上到下一行一行地進行的。

4、由于電視要傳送活動圖像, 即圖像上各像素的亮度是隨時間不斷變化的, 所以必須在一秒鐘內(nèi)傳送很多幅畫面, 才會在電視熒屏上重現(xiàn)連續(xù)活動的圖像。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一秒鐘傳送25幅畫面, 這就是說電視系統(tǒng)必須具備每秒約1 000萬個像素的掃描速度。 這樣高的掃描速度, 只有采用電子掃描的方法才能實現(xiàn)。實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的器件是發(fā)送端的攝像管。下面以光電導(dǎo)攝像管為例, 簡要說明從光到電的轉(zhuǎn)換過程。,光電導(dǎo)攝像管的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由光敏靶和

5、電子槍兩部分組成。光敏靶是由光敏半導(dǎo)體材料制成的。景物通過光學(xué)系統(tǒng)在攝像管光敏靶上成像。 由于光像各部分的亮度不同, 靶上各相應(yīng)部分的電導(dǎo)率發(fā)生了相應(yīng)變化, 與亮像素對應(yīng)的靶單元的電導(dǎo)較大, 與暗像素對應(yīng)的靶單元電導(dǎo)較小, 于是將景物各像素亮度不同變成了靶面上各單元的電導(dǎo)不同, 光像變成了“電像”。,圖 1-1光電導(dǎo)攝像管結(jié)構(gòu)圖,電子槍的任務(wù)是發(fā)射電子束, 它由燈絲J、 陰極K、 柵極G及加速聚焦陽極A1、A2等組成。電子束在聚焦線圈

6、和偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場的聯(lián)合作用下, 以聚焦?fàn)顟B(tài)按一定規(guī)律(即從左到右、 從上到下一行一行)掃描靶上各點。當(dāng)電子束接觸到靶面某點時, 使電子槍陰極與信號板、負(fù)載RL和電源E構(gòu)成一個回路, 在負(fù)載RL中就有電流流過,電流大小取決于光敏靶該點電導(dǎo)率的大小。 因此, 當(dāng)電子束按一定規(guī)律在靶面上掃描時, 便在負(fù)載上依次得到與景物各點亮度相對應(yīng)的電信號,完成了將圖像分解為像素以及把各像素按順序轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換過程。,上述攝取的圖像信號(電

7、信號)符合像素越亮, 對應(yīng)的輸出電平越低; 像素越暗, 輸出信號電平越高的光電轉(zhuǎn)換規(guī)律, 稱之謂負(fù)極性圖像信號。反之, 如果輸出電平值與像素亮度成正比, 則稱之謂正極性的圖像信號。 1 .1 .2 圖像重現(xiàn)的過程 ;圖像的重現(xiàn)是依靠電視接收機的顯像管來完成的。 顯像管的任務(wù)是將圖像信號轉(zhuǎn)換為光圖像, 完成電到光的轉(zhuǎn)換。顯像管主要有電子槍及熒光屏兩部分組成(結(jié)構(gòu)原理將在第二章介紹)。 電子槍用于發(fā)射電子束, 電子束的強度

8、取決于加在控制柵極的正極性圖像信號或加在陰極上的負(fù)極性圖像信號電平大小。 電子束轟擊熒光屏?xí)r所產(chǎn)生光像的亮度取決于電子束的強弱。 因此, 電視機熒光屏重現(xiàn)的亮度是由受圖像信號控制的一個個亮點所組成。,為使圖像信號重現(xiàn)成一幅完整的光圖像, 需要電子束在偏轉(zhuǎn)磁場作用下完成從左到右、 從上到下全屏幕的掃描, 而且電子束在熒光屏上轟擊的幾何位置也必須與發(fā)送端圖像像素的位置一一對應(yīng), 即收發(fā)兩端要保持同步的工作狀態(tài)。圖像的分解與復(fù)合過程如圖1

9、-2所示。 圖(a)為投映到攝像管靶面上的需要傳送的“口”字圖像。 為便于說明, 假設(shè)圖像沿垂直方向分為9格, 沿水平方向分為12格, 每一小格即為一傳送單元(像素)。,電子束以1a→1b→1c…1l→2a→2b…2l的順序一直掃到最后一行的9l, 然后再回到第一行重復(fù)掃描。 電子束掃描到“口”字上時, 攝像管輸出高電平, 在“口”字以外攝像管輸出低電平, 掃描各行輸出波形如圖1-2(b)。 圖(c)為顯像管熒光屏根據(jù)負(fù)極性圖像信號

10、波形(圖(b))重現(xiàn)的“口”字圖像。 電壓高時, 電子束弱, 屏幕上被轟擊到的部分為暗像, 電壓低時電子束強, 屏幕上被轟擊到的部分呈亮像。 只要掃描速度足夠快, 則利用熒光屏的余輝特性和人眼視覺惰性, 即可重現(xiàn)連續(xù)的圖像。 當(dāng)然, 顯像管中電子束掃描必須與攝像管掃描規(guī)律完全一致, 即同步掃描。,圖 1-2 圖像的分解與復(fù)合,1.2 電視掃描原理,1.2.1 電子掃描如前所述, 電視圖像的攝取與重現(xiàn)是基于光和電的相互轉(zhuǎn)換, 然而把

11、空間的光圖像變換成隨時間變化的電信號, 以及把隨時間變化的電信號再轉(zhuǎn)換成一幅空間的光圖像, 則是通過電子掃描來完成的。電視接收機是采用磁偏轉(zhuǎn)的方式來控制顯像管中電子束的掃描運動的, 即在器件外裝置的偏轉(zhuǎn)線圈中通以鋸齒電流, 使電子束受到電磁力的作用而偏轉(zhuǎn)。,為了使電子束順序地掃過整個屏幕, 顯像管的管頸上需要安裝兩對偏轉(zhuǎn)線圈。一對是水平偏轉(zhuǎn)線圈, 產(chǎn)生垂直磁場; 一對是垂直偏轉(zhuǎn)線圈, 產(chǎn)生水平磁場。當(dāng)它們分別通以不同頻率的鋸齒波電流

12、時, 則電子束在垂直磁場作用下沿水平方向偏轉(zhuǎn), 即水平掃描; 電子束在水平磁場作用下沿垂直方向偏轉(zhuǎn), 即垂直掃描。電子束在兩對偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場共同作用下, 完成從左到右、從上到下的全屏幕掃描, 形成了矩形光柵。根據(jù)電影技術(shù)實踐證明, 傳送活動圖像每秒至少應(yīng)放映24幅瞬時拍攝的固定畫面, 才會使人對放映后的圖像獲得平穩(wěn)的連續(xù)圖像的感覺。 過低的幅頻(每秒更迭的畫面數(shù))將使圖像產(chǎn)生抖動感。在電視中將一幅畫面稱為一幀, 并規(guī)定每秒傳送2

13、5幀(即幀頻為25 Hz)。每幀圖像分成625行傳送, 這樣每秒就傳送了15 625行, 即行頻為fH=15 625 Hz。,電子掃描有逐行掃描和隔行掃描兩種方式。 逐行掃描時, 因為掃描一幀需時間為1/25 s, 時間較長, 當(dāng)電子束掃到一幀圖像的某一像素時, 該像素當(dāng)時發(fā)光較亮, 當(dāng)電子束掃描過去后, 該像素開始變暗, 直到經(jīng)過1/25 s后電子束又掃到該像素時, 于是又由最暗變到最亮。 這種狀況在畫面各處均存在, 于是使人產(chǎn)生

14、畫面的閃爍效應(yīng)。實踐證明, 減少換幀時間, 把幀頻提高到50Hz, 閃爍效應(yīng)就可以消失。 但幀頻如果由25Hz提高到50 Hz, 圖像信號的最高頻率亦即信號頻帶寬度將由約5.5 MHz提高到11MHz, 這是不允許的。目前在廣播電視中, 普遍采用隔行掃描的方法來克服閃爍效應(yīng), 并保持信號頻帶寬度約為5.5MHz不變。 因此, 我們只介紹隔行掃描原理。,一、 掃描工作原理1.水平掃描工作原理在圖1-3(a)中一對上下對稱放置的偏轉(zhuǎn)

15、線圈(稱為水平偏轉(zhuǎn)線圈或行偏轉(zhuǎn)線圈)中通入如圖(b)所示的行掃描鋸齒波電流。 產(chǎn)生磁場的方向可用右手螺旋定則確定, 其磁場方向根據(jù)掃描電流正或負(fù)為向上或向下交變, 磁場強弱也隨鋸齒波電流大小相應(yīng)改變。 電子槍發(fā)射的電子束在通過這個磁場時, 根據(jù)左手定則(電流方向與電子流方向相反)判定, 電子束將向右或向左偏移, 偏移量大小與流入偏轉(zhuǎn)線圈中的電流大小或磁場強弱有關(guān)。 當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中電流為零時, 電子束不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn), 打在熒光屏中心。因此, 只

16、要改變偏轉(zhuǎn)電流的大小和方向, 就可以實現(xiàn)水平掃描。,圖 1-3 水平掃描工作原理,圖b)中, iH為行掃描鋸齒波電流; TH為行掃描周期; TSH為行掃描正程期, 在此期間, 電子束由屏幕左側(cè)掃至右側(cè)并顯示亮線; TrH為行掃描逆程, 在此期間電子束迅速回掃至左側(cè)(TrH TSH), 并且采取消隱措施不在屏幕上顯示亮線。當(dāng)偏轉(zhuǎn)電流在a點時為最大負(fù)值, 此時電子束應(yīng)射到熒光屏左邊a1點處, 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電流逐漸變化到b點時, 電子束偏移隨

17、著減小, 光點由a1點回到熒光屏中央b1點。 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電流由b點向c點正向增加到最大正值時, 電子束向屏幕右側(cè)偏移, 光點由b1點到達右邊c1點, 電子束自左至右完成掃描正程。正程結(jié)束后, 掃描電流由最大正值c點很快地經(jīng)d變到最大負(fù)值e點, 因此電子束很快地由熒光屏右側(cè)c1點經(jīng)中央d1點折回到左邊e1點。 則電子束完成自右至左的掃描逆程。,假若電子束只有水平掃描而沒有垂直掃描, 在熒光屏上將呈現(xiàn)一條水平亮線。 2.垂直掃描原理垂直

18、掃描工作原理如圖1-4所示。圖(a)中, 一對左右對稱放置的垂直偏轉(zhuǎn)線圈(場偏轉(zhuǎn)線圈), 則由于垂直偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場是水平方向的, 電子束將沿著熒光屏垂直方向掃描。 圖(b)為輸入到偏轉(zhuǎn)線圈中的鋸齒波電流iV。 TV為場掃描周期; TSV為場掃描正程期, 此期間電子束完成由上至下掃描并顯示亮線; TrV為場掃逆程時間, 電子束很快地由屏幕下端回掃到上端, 并采用消隱措施不在屏幕上顯示亮線。,圖 1-4 垂直掃描工作原理,當(dāng)場掃鋸齒

19、波電流iV由a點經(jīng)b點逐漸變化到c點時, 電子束從熒光屏最上方a1經(jīng)b1掃描至最下方c1, 電子束自上而下完成掃描正程。 正程結(jié)束后, iV由最大負(fù)值c點很快變到最大正值e點, 電子束也很快地由熒光屏最下面的c1點經(jīng)d1點迅速折回到最上面e1點, 完成場掃描逆程。 假定電子束只有垂直掃描而沒有水平掃描, 熒光屏上將呈現(xiàn)一條垂直的亮線。 當(dāng)既有水平掃描又有垂直掃描時, 熒光屏應(yīng)呈現(xiàn)滿屏幕近似平行的水平亮線, 即掃描光柵。,二、 隔行掃描原

20、理及光柵的形成隔行掃描是在保持幀頻25Hz、行頻15 625 Hz不變的情況下, 把一幀畫面分成兩場來掃描。電子束在掃描一幀圖像時, 首先掃描所有的奇數(shù)行(按空間排列順序)即第1、3、…直至第625行的前半行, 該場即所謂奇數(shù)場; 然后電子束再返回頂部掃描所有的偶數(shù)行, 即自625行后半行開始, 接著掃第2、4、…直至624行, 該場稱為偶數(shù)場。只要兩場的周期相等(包括各自的正程、 逆程時間亦相等)且為幀周期的一半, 則奇、偶場光

21、柵在屏幕上可以實現(xiàn)均勻嵌套, 構(gòu)成一幅完整的圖像。,圖 1-5繪出了隔行掃描示意圖。 假設(shè)每幀周期包含11行(其中含場逆程2行), 并假定當(dāng)t=0時, iV為最大正值, iH 為最大負(fù)值, 電子束恰掃描在畫面的左上端, 即奇數(shù)場的A2點處。 在行掃描電流iH從A開始上升至B(行掃正程), 然后 由B降到C(行逆程)的同時, 場掃描電流iV從A1降到B1和C1, 完成第1行掃描。 這時熒光屏呈現(xiàn)出電子束的掃描軌跡是從A2到B2、C2(從

22、B2到C2為行逆程不呈現(xiàn)亮線), C2為熒光屏第3行的起始點。 接著從iH的C點(即iV的C1點)起, 開始熒光屏上的第3行、 第5行、 ……的奇數(shù)場掃描, 直到iV到達最大負(fù)值D1點止, 此時該場必終止于第9行的前半行D2點。 在第9行的后半行時, 恰好進行場回掃, 當(dāng)iV到達最大正值G1時, 電子束從下向上由D2經(jīng)E2、F2回到熒光屏最上方的中點G2, 結(jié)束了第1場即奇數(shù)場的掃描。,圖 1-5 隔行掃描示意圖,偶數(shù)場的掃描正程是從G

23、2點開始的, 它的圖形同樣可以根據(jù)iV和iH的波形畫出。 如圖(c)所示。將圖(b)的奇場光柵與圖(c)的偶場光柵疊加在一起, 即構(gòu)成全電視屏幕均勻相嵌的光柵圖。由于iV值表示電子束在熒光屏垂直方向上的位置、 iH值表示電子束在水平方向上的位置, 圖(a)中A1與G1的電平相同, 則說明奇、偶兩場的場正程起始點在熒光屏上的垂直位置是相同的。 但由于選擇場周期是行周期的整數(shù)倍再加半個行周期, 所以奇、偶兩場的場正程起始點所對應(yīng)的iH值

24、是不同的。,如圖(a)所示, 奇場所對應(yīng)的是iH的最大負(fù)值, 而偶場對應(yīng)的iH是零。 就是說, 兩場正程的起始點在水平位置上差半行, 因此兩場的光柵不會重疊, 而是實現(xiàn)均勻的嵌套。另外, 第3場正程的起始點和第1場正程的起始點在時間上差一個幀周期, 是行周期的整數(shù)倍, 因此它們在熒光屏上的位置不僅垂直方向上相同, 而且水平方向上也相同, 即第3場的光柵與第1場的光柵完全重疊。 同樣第4場的光柵與第2場的光柵也完全重疊。通過以上分析可

25、以得出這樣兩個結(jié)論: 為了實現(xiàn)隔行掃描時奇、偶兩場掃描光柵均勻相嵌, 每幀圖像的掃描行數(shù)(包括場逆程在內(nèi))必須為奇數(shù); 為了保證各幀光柵的重疊, 要求每幀的掃描行數(shù)必須是整數(shù)。,1.2.2 我國廣播電視掃描參數(shù)我國廣播電視采用隔行掃描, 主要掃描參數(shù)如下: 行頻: 15 625Hz  場頻: 50Hz 行周期: 64 μs 場周期: 20 ms 行正程時間:

26、≥52 μs 場正程時間: ≥18.4 ms 行逆程時間: ≤12 μs 場逆程時間: ≤1.6 ms 幀頻: 25 Hz 每幀行數(shù): 625(顯示575) 幀周期: 40 ms 每場行數(shù): 312.5(顯示287.5),1.3 重現(xiàn)電視圖像的基本參量,1.3.1 亮度、對比度和灰度人眼最重要的視覺功能是對客觀景物的亮度感覺

27、。 亮度就是人眼對光的明暗程度的感覺。 亮度用B表示, 度量亮度的單位為cd/m2。cd為燭光發(fā)光強度坎德拉。 根據(jù)實際要求, 電視圖像平均亮度應(yīng)不小于30 cd/m2, 最大亮度應(yīng)大于100cd/m 2 (或60cd/m 2)。,目前,顯像管的發(fā)光亮度能做到上百cd/m2的量級, 而所攝取客觀景物的最大亮度可高至上萬cd/m2, 兩者差別很大,重現(xiàn)圖像是無法達到客觀景物的實際亮度。 但由于人眼對背景亮度有很強的適應(yīng)性, 所以只要保持重

28、現(xiàn)圖像的對比度與客觀景物相等, 就可以獲得與客觀景物一樣的明暗感覺了, 而完全沒有必要重現(xiàn)客觀景物的實際亮度?？陀^景物的最大亮度與最小亮度之比稱為對榷取對于重現(xiàn)的電視圖像, 對比度不僅與顯像管的最大亮度Bmax和最小亮度Bmin有關(guān), 還與周圍的環(huán)境亮度BD有關(guān), 其對比度K為,顯然環(huán)境越亮, 電視圖像的對比度就越低。一般對比度能達到30～40就可以獲得滿意的收看效果。重現(xiàn)圖像的對比度越大, 圖像的黑白層次就越豐富, 人眼的感覺就越

29、細(xì)膩、柔和。 圖像從黑色到白色之間的過渡色統(tǒng)稱灰色。 灰度就是將這一灰色劃分成能加以區(qū)別的層次數(shù)。 為了鑒別電視機所能恢復(fù)原圖像明暗層次的程度, 電視臺發(fā)送一個十級灰度信號。 電視機經(jīng)調(diào)整后在圖像中能區(qū)分的從黑到白的層次數(shù)稱為該機具有相應(yīng)級的灰度。 實際上, 電視機只要能達到六級灰度, 就能收看明暗層次較佳的圖像。 我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲級和乙級電視機分別達到八級和七級灰度。,1.3.2 每幀掃描行數(shù)的確定前面已經(jīng)討論過, 為了獲得

30、圖像的連續(xù)感、克服閃爍效應(yīng)并不使圖像信號的頻帶過寬, 我國規(guī)定幀頻為25Hz, 采用隔行掃描, 場頻定為50Hz。這樣的場頻恰好等于電網(wǎng)頻率, 還可以克服當(dāng)電源濾波不良時圖像的蠕動現(xiàn)象。由于掃描行數(shù)決定了電視系統(tǒng)的分解力, 從而決定了圖像的清晰度, 因此在電視崐標(biāo)準(zhǔn)中確定掃描行數(shù)是一個極為重要的問題。 我國規(guī)定每幀含625行。在幀頻一定時, 每幀行數(shù)越多, 系統(tǒng)反映圖像細(xì)節(jié)的能力越強, 但信號占用的頻帶也加寬。事實上, 由于人眼

31、在一定距離內(nèi)分辨圖像細(xì)節(jié)能力有一定限度, 因此沒有必要過份提高每幀行數(shù)。于是, 可依據(jù)人的這一視覺特性確定行數(shù)。,圖1-6繪出了人眼分辨圖像細(xì)節(jié)能力的示意圖。 圖中, θ為分辨角, 是在一定距離L時, 人眼恰能分辨的兩個黑點之間的夾角。 顯然θ越小, 表示人眼的分辨力越強, 反之則越弱。 因此可以定義人眼的分辨力為分辨角的倒數(shù)。d為兩個黑點之間距離, 即行距; h為屏幕高度; φ為視覺清楚區(qū)域張角; L為最佳觀看距離。由圖得到分辨角為,

32、（1-2）,（1-3）,屏幕顯示行數(shù)Z′為,則有,圖1-6 人眼的分辯力示意圖,一、 垂直分解力垂直分解力是指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨像素的數(shù)目。顯然它受每幀屏幕顯示行數(shù)Z′亦即總行數(shù)Z的限制。 在最佳的情況下, 重直分解力M就等于顯示行數(shù)Z′。在一般情況下, 并非每一屏幕顯示行都代表垂直分解力, 而取決于圖像的狀況以及圖像與掃描線相對位置的各種情況, 這可用圖1-7加以說明。圖1-7(a)是攝取的圖像, 圖1-7(b)是重

33、現(xiàn)的圖像。圖中, 電子束截面覆蓋的是一行掃描線, 并且忽略了掃描線之間實際存在的間隙。 圖(a)中, a1和a4的圖像細(xì)節(jié)(黑條與白條)恰好占據(jù)了掃描線滿格, 此時攝像管輸出的圖像信號的電平高低分明, 因而圖(b)中重現(xiàn)的圖像b1和b4仍是黑白分明的原像, 此屬最佳情況, 垂直分解力M=Z′。,圖 1-7 垂直分解力示意圖,如果攝取圖像為a2, 圖像細(xì)節(jié)與電子束中心錯開, 即電子束恰好覆蓋黑條和白條各一半, 則各行的圖像信號均為黑

34、、白信號電平的平均值, 因而重現(xiàn)圖像b2是一條均勻的灰色帶, 系統(tǒng)喪失了垂直分解力, 即M=0。當(dāng)攝取圖像為a3、a5時, 其重現(xiàn)圖像是b3、b5, b3圖像對比度下降、b5黑白邊界不明顯, 但能重現(xiàn)原圖像規(guī)律, 只是垂直分解力下降為原線數(shù)的一半, 即M=Z′/2。因此, 考慮到圖像內(nèi)容的隨機性, 則有M=kZ′ (1-4)k值通常為0.5～1, 若取k=0.76, 則有效垂直分解力M=0.76×57

35、5=437線。,垂直分解力M亦可用總行數(shù)Z來表示。因為有Z′/Z=TSV/TV, 故有二、 水平分解力水平分解力是指沿圖像水平方向系統(tǒng)能分解的像素數(shù)目(垂直線數(shù)), 以N表示。 水平分解力取決于電子束橫截面大小, 亦就是說, 水平分解力與電子束直徑相對于圖像細(xì)節(jié)寬度的大小有關(guān)。,,(1-5),電子束在水平方向掃描與垂直方向掃描完全不同。 垂直方向一定要一行一行地掃描, 相鄰行之間的掃描線不重疊, 而水平方向則是連續(xù)地

36、掃描過去的。 以攝像管為例, 盡管電子束可以聚焦得很細(xì), 但總有一定的截面積(接近于像素), 因此它在水平掃描時將使黑白像素界線模糊, 轉(zhuǎn)換成的圖像信號電壓不能突變, 存在一過渡期。 如果圖像細(xì)節(jié)比電子束更小, 這時則根本反映不出這種細(xì)節(jié)的崐變化了。 把這種現(xiàn)象稱做孔闌效應(yīng)。孔闌效應(yīng)示意圖如圖1-8所示。,圖 1-8 孔闌效應(yīng)示意圖,圖1-8(a)是攝取圖像的取樣, 圖(b)是它轉(zhuǎn)換成的圖像信號電壓波形。 圖中若白條與黑條的寬度

37、遠(yuǎn)大于電子束直徑d, 當(dāng)電子束從左向右掃過畫面時, 只有當(dāng)電子束的中心分別處于x1位置以左和x2位置以右時, 電子束截面才完全覆蓋白條和黑條, 這時輸出圖像信號在對應(yīng)的t1和t2時間達到最高電平u1和最低電平u2(正極性圖像信號)。而當(dāng)電子束中心處于x1和x2之間時, 隨著電子束覆蓋白條、黑條的面積不同, 將使信號u存在一過渡期τ。其重現(xiàn)的圖像如圖(c)所示(忽略顯像管的孔闌效應(yīng)時), 在白條和黑條交界處有灰色過渡區(qū), 它的寬度為d,

38、 這使圖像模糊從而降低水平分解力。,圖1-8(d)、 (e)給出了當(dāng)攝取圖像細(xì)節(jié)寬度改變時其對應(yīng)的信號波形。 當(dāng)細(xì)節(jié)寬度越來越窄直至等于電子束直徑d時, 由于τ不變, 圖像信號u將由梯形波趨于正弦波, 這時對比度保持不變, 轉(zhuǎn)換成的圖像仍為黑和白, 但黑白邊緣呈現(xiàn)模糊的灰色, 圖像的清晰度下降。 當(dāng)圖像細(xì)節(jié)寬度小于d時, 還會使對比度顯著下降。實際上, 在顯像管電光轉(zhuǎn)換中也存在上述的孔闌效應(yīng), 但因攝像管光電靶的面積遠(yuǎn)比顯像管屏幕小

39、得多, 因而攝像管的孔闌效應(yīng)是主要的。為了克服孔闌效應(yīng), 在電視發(fā)送端采用專用電路進行校正。,從以上討論可知, 要提高水平分解力, 需要減小電子束直徑。 但電子束直徑太細(xì), 則在保持每幀行數(shù)不變的前提下, 將在行與行之間有明顯空隙, 畫面被掃描到的部分將減少, 從而降低傳輸效率。因此電子束大小要適當(dāng), 一般以等于一幀的高度除以掃描行數(shù)為宜。 這樣, 當(dāng)掃描行數(shù)確定之后, 電子束直徑的大小和水平方向的分解力也就大致決定了。實驗證明,

40、在同等長度條件下, 當(dāng)水平分解力等于垂直分解力時圖像質(zhì)量最佳。 因為屏幕的寬高比為4∶3(人眼視覺清楚區(qū)為垂直張角15°, 水平張角為20°), 故水平分解力可據(jù)(1-4)式求出,（1-6）,同樣也可用Z表示N, 將(1-5)式代入(1-6)式得,（1-7）,1.3.4 視頻信號的頻帶寬度視頻信號(即圖像信號)的頻帶寬度不僅是確定射頻電磁波頻帶寬度的主要依據(jù), 而且還直接關(guān)系到電視機高頻放大器和中頻放大器的設(shè)計

41、要求。 由于圖像信號的最低頻率可視為直流, 因此圖像信號的最高頻率fmax就是信號的頻帶寬度。當(dāng)各水平方向都出現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)時將確定信號最高頻率。 即由(1-6)式確定的N值就代表在行掃描正程期TSH內(nèi)掃過的像素數(shù), 于是掃過每個像素需時為,,圖像信號最高頻率對應(yīng)的周期為2td, 則有,故視頻信號的頻帶寬度為5.6MHz, 通常將其略稱為6 MHz。fmax也可用Z表示。將(1-8)式變換為,（1-8）,將關(guān)系式fH=(fV/2)Z及

42、(1-7)式代入(1-9)式即得到,,由(1-10)式可見, 當(dāng)fV、 TSV、TV、 TH、 TSH為定值時, fmax與z的平方成正比。,（1-9）,（1-10）,1.3.5 圖像的幾何特征人眼視覺最清楚的范圍是在垂直視角約15°、水平視角約20°的矩形面積之內(nèi)崐。根據(jù)這一特點, 目前各國電視機屏幕都采用矩形,寬高比大多為4∶3, 也有采用5∶4和5∶3等。重現(xiàn)圖像的另一個幾何特征是幾何失真, 也即是

43、重現(xiàn)圖像的形狀、大小、相對位置等與原來景物的不一致程度。 通常, 圖像的幾何失真有兩種。,1.掃描鋸齒波電流非線性引起的幾何失真設(shè)系統(tǒng)傳送的是標(biāo)準(zhǔn)方格信號, 則掃描鋸齒電流及對應(yīng)的幾何圖像如圖1-9所示。 圖 1-9 掃描非線性引起圖像失真圖1-9(a)是當(dāng)行、場掃描電流均為線性時的理想情況, 此時重現(xiàn)圖像與原圖像相似, 沒有幾何失真。當(dāng)行、 場掃描電流非線性時, 其重現(xiàn)的方格寬度、高度就會不均勻而呈現(xiàn)幾何失真, 如圖(

44、b)、圖(c)所示。衡量失真的程度用幾何失真系數(shù)表示。,水平幾何失真系數(shù)NH為,垂直幾何失真系數(shù)NV為,通常電視機要求NH＜17%, NV＜12%。,圖 1-10 圖像幾何失真示意圖,2.偏轉(zhuǎn)磁場不規(guī)則引起的幾何失真由于偏轉(zhuǎn)線圈繞制和安裝不當(dāng), 使磁場方向不規(guī)則、 不均勻及行、 場磁場彼此不垂直等, 則掃描光柵將產(chǎn)生枕形、 桶形及平行四邊形等幾何失真。 圖1-10為枕形和桶形失真情況。幾何失真系數(shù)Ng表示如下:水平方

45、向重直方向 通常電視機要求NgH、NgV均小于3%。,1.4 全電視信號,1.4.1 圖像信號圖像信號是反映圖像內(nèi)容的電視信號, 它的電壓高低表示圖像像素的明暗程度。 由于圖像是隨機性的, 因此圖像信號電平也在一定范圍內(nèi)隨機起伏。 圖像信號是在電子掃描作用下, 由攝像管將明暗不同的景像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號, 然后經(jīng)信號通道傳送給顯像管, 用于控制顯像管中投射到熒光屏上電子束的強弱。圖1-11為兩

46、行的圖像信號波形。,圖 1-11 圖像信號,一、 圖像信號的特點圖像信號有兩個主要特點。1.相關(guān)性對于一般的活動圖像, 由于在垂直方向變化緩慢, 而且每幀圖像顯示575行、 行掃周期很短, 故相鄰兩行的圖像信號的差別很小。 因此, 在幀間與行間具有較強的相關(guān)性, 對靜止圖像而言, 則具有行重復(fù)性或幀重復(fù)性, 即周期性。,2.單極性圖像信號電平的數(shù)值總是在零值以上或零值以下的一定電平范圍內(nèi)變化的, 它不會同時跨越零值上下兩

47、個區(qū)域, 也即具有單極性特點。 因此圖像信號具有平崐均值, 該平均值決定了圖像的背景亮度。 在傳輸中可以隔斷直流只傳輸交流信號, 但在圖像重現(xiàn)前必須恢復(fù)直流以呈現(xiàn)背景亮度。圖像信號有正極性和負(fù)極性之分, 如1.1.1節(jié)所述。 我國采用負(fù)極性信號制, 已調(diào)信號的黑電平為75%相對電平, 白電平為10%相對電平, 如圖1-11所示。,二、 圖像信號的頻譜已知圖像信號的頻譜寬是6MHz, 其頻譜特性如圖1-12所示。它表示圖像信號的

48、頻率在6MHz范圍內(nèi)出現(xiàn)的機會相同, 而且圖像分別都能達到最黑和最白, 因而信號幅度亦是相等的。 事實上, 當(dāng)攝取的圖像一定時, 由于圖像信號具有周期性, 它的頻譜將是離散的線狀譜, 故應(yīng)注意這兩種表示方法的含義及其區(qū)別和聯(lián)系。下面分析幾種固定圖像的信號波形及離散譜特性, 從而找出一般圖像信號離散譜特性的規(guī)律。,圖 1-12 圖像信號總頻譜,圖1-13(a)所示圖像, 其對應(yīng)的圖像信號u是以場為周期的方波(圖中是負(fù)極性圖像信號, 并

49、忽略行、場逆程期), 其頻譜|A(f)|是以場頻fV為間隔的離散譜, 考慮到圖像一般不對稱的特點, 故不忽略各偶次諧波(以下均同)。 隨著諧波次數(shù)增高, 振幅將減小。圖(b)所示圖像, 其對應(yīng)的圖像信號u′是以行重復(fù)期為周期的方波信號,其頻譜|A′(f)|是以行頻fH為間隔的離散譜。同樣, 隨著諧波次數(shù)增加, 振幅也將愈來愈小。,圖 1-13 圖像信號及其頻譜,圖(c)所示圖像, 其對應(yīng)波形為u″, 它可看作是以場頻信號對行頻信號實

50、行幅度調(diào)制。于是其頻譜|A″(f)|是以fH及其各次諧波為主譜線; 在每條主譜線的兩側(cè), 則是以場頻fV及其各次諧波為間隔的副譜線, 因此圖(c)所示圖像具有雙重離散譜。 推廣到更一般的固定圖像, 其信號頻譜結(jié)構(gòu)仍如圖(c)所示, 只是因一般圖像在垂直方向變化不規(guī)則并考慮到隔行掃描特點, 圖中主譜線兩側(cè)的線狀譜也可以看作是以幀頻為間隔的。對于活動圖像來說, 由于信號仍可看作是以行為周期的, 因此, 以行頻為主譜線的頻譜結(jié)構(gòu)保持不變

51、, 只是因圖像是隨時間變化的, 信號不再看作是以場(幀)為周期, 因此在主譜線兩側(cè)的線狀譜將趨于連續(xù)譜(即圖|A″(f)|中的三角形內(nèi)的線狀譜將趨于連續(xù)譜)。,1.4.2 復(fù)合消隱信號復(fù)合消隱信號包括行消隱和場消隱兩種信號, 如圖1-14所示。行消隱信號用來確保在行掃描逆程期間顯像管的掃描電子束截止, 不傳送圖像信息; 場消隱信號是使在場掃描逆程期間掃描電子束截止, 停止傳送圖像信息。 因此在行、場回掃期間熒光屏上不出現(xiàn)干擾亮線

52、。行、場消隱脈沖的相對電平為75%, 相當(dāng)于圖像信號黑電平。行消隱脈寬為12μs、周期為64 μs, 場消隱脈寬為1 612μs、 周期為20ms。,從以上討論中可以看出, 圖像信號頻譜實際上是呈梳齒狀的離散譜, 在相鄰兩組主副譜線簇之間存在相當(dāng)大的間隙。 根據(jù)分析與實驗, 因圖像在垂直方向變化緩慢, 因此主譜線兩側(cè)的邊頻對數(shù)m不超過10, 如以m=20、 fV=50Hz 計算, 則每組譜線所占頻帶約2Δf=2×20&#

53、215;50=2kHz, 而主譜線間隔為15.625 kHz, 所以其空隙很大, 因此我們可以采用頻譜間置方法將色度信號間置在亮度信號之間。,圖 1-14 復(fù)合消隱信號,1.4.3 復(fù)合同步信號復(fù)合同步信號是由行同步脈沖、 場同步脈沖、 開槽脈沖、 前后均勻脈沖組成。一、 同步的重要性同步是電視接收技術(shù)中一個特殊問題, 也是一個至關(guān)重要的問題。 這是因為在發(fā)送端已將圖像進行空間分割, 分解成40萬個像素, 再一個一個地

54、按一定順序崐傳送出去。 而電視接收機也只能是一個一個地接收像素, 因此, 電視接收機要想呈現(xiàn)出一幅和發(fā)送端完全相同的圖像, 不但要求收到的像素數(shù)目與發(fā)出的相等, 而且這40萬個像素組合排列的規(guī)律也必須和發(fā)送端一致。 這樣才能把已被分割成為40萬個小“碎片”的一幅圖像重新組合還原。,在電視接收技術(shù)中, 把收到的像素按發(fā)送端的規(guī)律組合成原圖像, 叫做收、 發(fā)兩端同步。 由于將圖像分解成像素和順序傳送像素的任務(wù)是由攝像管通過電子束掃描來完成的

55、, 像素的重新組合則是由顯像管通過電子束掃描來完成的, 所以, 同步的實質(zhì)就是保證收發(fā)兩端的電子束掃描步調(diào)完全一致。 這就是: 第一, 收發(fā)兩端每秒掃描的行數(shù)和場數(shù)應(yīng)該相同, 即每個行掃描周期和場掃描周期內(nèi)包含的像素數(shù)相同; 第二, 收發(fā)兩端電子束掃描的位置要一一對應(yīng), 即發(fā)端在哪一點拾取的信號, 收端也要顯示在哪一點。 這就是說, 同步就是使收發(fā)兩端電子束掃描規(guī)律一致, 即同頻同相。,當(dāng)收發(fā)兩端行掃描不同步時, 顯示的圖像如圖1-15

56、所示。 圖(a)表示收發(fā)兩端同步時圖像。 圖(b)表示當(dāng)收端行周期略大于發(fā)端時, 發(fā)端的各行像素將逐次提前在收端的對應(yīng)行出現(xiàn), 使圖像呈現(xiàn)向左傾斜的形狀, 圖像右側(cè)出現(xiàn)的是對應(yīng)于行消隱電平的黑條。 圖(c)為當(dāng)收端行周期略小于發(fā)端時的右傾斜圖像。 圖(d)是當(dāng)收發(fā)兩端同頻但不同相時的畸變圖像, 圖像雖然穩(wěn)定, 但被分裂成左右兩半。,保持收發(fā)兩端場掃描同步也十分必要。 若收端場掃描周期略大于發(fā)端, 則掃描速度變慢, 各場逐次提前, 圖像將

57、不斷向上滾動。 反之, 當(dāng)收端場掃周期略小于發(fā)端, 圖像將不斷向下滾動。 當(dāng)收發(fā)兩端場掃周期(頻率)相等, 但初始相位不同(例如差半場)時, 雖圖像穩(wěn)定, 但被分裂成上下兩半, 如圖1-16所示。,圖 1-15 行掃描不同步時顯示圖像,圖1-16 場相位偏差時圖像,二、 簡單復(fù)合同步信號為了討論方便, 把尚未加置前后均衡脈沖和未加開槽脈沖的復(fù)合同步信號稱為簡單復(fù)合同步信號。 簡單復(fù)合同步信號只包含有行同步和場同步兩個信號。圖1-17

58、為復(fù)合消隱與行、場同步信號的示意圖。由于采用隔行掃描, 一幀分為兩場, 故兩個場同步信號之間相隔312.5行。 通常都把場同步脈沖的前沿作為一場的開始, 奇數(shù)場結(jié)束于半行數(shù)處, 偶場開始于半行數(shù)處。,圖 1-17 行場同步與復(fù)合消隱信號示意圖,行同步信號是在發(fā)端每一行掃描正程結(jié)束之后發(fā)送出的脈沖信號, 表示行正程的結(jié)束。 電視機在收到這個信號之后就立即開始行回掃, 以保證電視機的行掃描與發(fā)送端同步。 行同步信號只作同步用, 不應(yīng)在屏幕

59、上顯示出來, 所以行同步信號是在行消隱期間送出的。 行(場)同步信號電平約占全電視信號總幅度的25%, 疊加在消隱信號上。 行同步脈沖寬度為4.7 μs, 行同步脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿約為1.3μs。場同步信號是在每一場正程結(jié)束后送出的脈沖信號, 以表示場正程的結(jié)束。 電視機收到這個信號就開始場回掃, 以確保電視機與發(fā)端保持場掃描同步。 同樣, 場同步信號也應(yīng)該在場消隱信號出現(xiàn)后就送出, 而且比場消隱信號電平高25%。場同步

60、信號脈沖寬度規(guī)定為2.5行周期, 為160 μs。場同步信號前沿滯后場消隱信號前沿約為160 μs。,三、 均衡、 開槽脈沖及復(fù)合同步信號1.均衡脈沖由于同步信號電平高于消隱信號和圖像信號, 因此可以采用幅度分離法將行、 場同步信號從全電視信號中分離出來。 分離后的行、 場同步信號如圖1-18(a)所示。 然后再利用行、 場同步脈沖寬度不同, 采用積分電路取出場同步脈沖。由于隔行掃描的奇、 偶場的場同步信號的起點, 相對于

61、行同步信號的位置不同, 奇數(shù)場的場同步信號A前沿與行同步前沿相同, A的后沿與行同步前沿差半行; 而偶數(shù)場的場同步信號B是從半行處開始, 終止于整行處。 因此, 如果將圖1-18中奇場場同步信號A和偶場場同步信號B輸入到積分電路, 得到的積分波形是不崐同的, 如圖1-18(b)所示。,圖1-18 行場同步脈沖和積分輸出波形,這樣, 由于兩場的場同步信號前沿與上一場最后一個行同步相隔時間不同, 致使場同步前沿到達時積分電容上存在的起始電

62、壓不相等。 假如, 當(dāng)奇數(shù)場同步A到達的t1時刻, 前面的行同步放電已使積分電容上電壓為零伏,偶數(shù)場同步B到達的t′1時刻, 積分電容上存在放電剩余電壓EC2值, 則造成對A、B兩場同步積分起始電壓不同。 這樣, 奇場同步積分電壓將延遲Δt1時間達到場掃描振蕩器的觸發(fā)電平EC1值, 即奇數(shù)場在t2時刻觸發(fā)、開始回掃; 偶場同步積分電壓將延遲Δt′1時間達到EC1值, 即偶數(shù)場在t′2時刻觸發(fā)、 開始回掃。 由于Δt′1＜Δt1, 所以圖

63、1-18(b)中的實際奇數(shù)場場周期T′V小于TV。 同理, 實際的偶數(shù)場場周期將大于TV。,隔行掃描要求兩場的場掃描時間必須相等, 才能保證偶數(shù)場的掃描行準(zhǔn)確地嵌在奇數(shù)場各掃描行之間。如果兩場掃描時間不等, 就不能保證準(zhǔn)確地隔行掃描, 嚴(yán)重時將會產(chǎn)生并行現(xiàn)象, 使垂直清晰度下降。解決辦法, 在奇、偶場的場同步信號前的2.5行期間內(nèi), 共設(shè)置5個周期為TH/2的均衡脈沖, 以使兩個場同步脈沖前的2.5行期間內(nèi)的波形相同, 使奇、偶場同步

64、前沿到達時, 積分電容上充得的電壓基本相等。另外, 為使場同步前2.5行內(nèi)的平均電平保持不變, 將5個均衡脈沖寬度減小一半, 為2.35μs。,同時, 考慮到兩場場同步信號之后的積分波形不同也可能對某些掃描電路有影響, 所以在場同步信號后面也加了5個均衡脈沖, 使場同步脈沖結(jié)束之后的2.5行期間內(nèi), 奇偶兩場的積分波形也完全一樣。設(shè)置前后均衡脈沖波形參見后面圖1-20。,2.場同步槽脈沖由圖1-18可知, 在場同步信號期間將丟

65、失2～3個行同步的信息, 以致收、發(fā)兩端在此期間不能保持嚴(yán)格同步, 這會使屏幕圖像最上面的幾行出現(xiàn)不穩(wěn)定。為了使場同步信號期間不丟失行同步信息, 要對場同步脈沖進行開槽。開槽的方式: 在奇數(shù)場的場同步脈沖上開兩個、在偶數(shù)場的場同步脈沖上開三個寬度均為4.7 μs的槽, 槽的后沿應(yīng)在原行同步脈沖上升沿的位置。這樣, 采用微分電路, 在場同步開槽的后沿(上升沿)位置處就獲得了相應(yīng)的行同步尖脈沖。,奇偶場同步開槽波形如圖1-19所示。 由

66、圖可見, 由于奇偶兩場的場同步脈沖開槽位置不同, 也會使積分輸出波形產(chǎn)生差異。 于是在場同步期內(nèi)增加開槽, 即每半行開一個槽(槽寬不變), 在奇、 偶兩個場同步信號上都開五個槽脈沖, 這樣, 奇、 偶兩場槽脈沖的分布位置就完全一樣了, 積分之后的輸出波形下凹數(shù)目及位置也就完全相同了。,圖 1-19 場同步脈沖開槽后的波形,隔行掃描加均衡脈沖及增加槽脈沖后的同步信號波形如圖1-20(a)、 (b)所示。 顯然, 這時奇、 偶兩場場同步信

67、號的積分輸出波形就一致了, 如圖1-20(c)。 從而保證了奇場周期等于偶場周期, 保證了隔行掃描的準(zhǔn)確實現(xiàn)。,圖 1-20 實際復(fù)合同步脈沖及積分輸出波形圖,1.4.4 全 電 視 信 號全電視信號的波形如圖1-21所示。它由圖像信號及六種輔助信號(場同步、 行同步、場消隱、行消隱、前后均衡脈沖及槽脈沖)組成。 前面分析的圖像信號頻帶寬度, 就是全電視信號的頻帶寬度, 因為各種周期的輔助信號的最高頻率不超過圖像信號的最高頻率。

68、,圖1-21 黑白全電視信號,全電視信號有如下三個特點:1.脈沖性全電視信號由圖像信號、 同步信號、 消隱信號等多種信號組合而成。 雖然圖像信號是隨機的, 既可以是連續(xù)漸變的, 也可以是脈沖跳變的, 但輔助信號均為脈沖性質(zhì), 這使全電視信號成為非正弦的脈沖信號。2.周期性由于采用了周期性掃描方法, 使全電視信號成為以行頻或場頻周期性重復(fù)的脈崐沖信號。,3.單極性與圖像信號的單極性相同, 全電視信號也有正極性與負(fù)極性