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1、第5章 电视信号的形成、处理与记录,5.1数字演播室系统,5.1.1 串行数字视频接口信号 在数字演播室，设备之间用串行数字接口SDI，4：2：2串行数字分量是由4：2：2并行数字分量转换来的。10位量化时数据传输速率为270MHZ。 两种PCM编码方式： 分量编码和全信号编码,分量编码：对3个分量信号进行数字化和编码。 全信号编码：对彩色全电视信号进行数字化和编码。,5.1.2 数字演播室的视频系统,由数字演播室系统图可以了解其整体结构 数字演播室中的视频源有摄像机、各种录像机、经微波或卫星传输来的台外现场直播的信号等。这些视频信号统由数字视频矩阵进行分配和调度,经过特技机和切换台进行特技处
2、理和切换。由切换台输出的信号经嵌人音频信号后送往播控部门。 数字视频矩阵是电视中心实现节目共享的设备。,它有M个输人端口和N个输出端口,因而形成一个MN的矩阵,输出端口的信号可从M个输入端口的信号中选择。数字视频矩阵的功能设置通过操作板实现,操作板与矩阵主机的接口是RS232、 RS4222、 RS485等标准接口。为便于操作,操作板一般安放在系统内的机架上,一些大型的视频矩阵系统还可以实施远距离的遥控操作。,视频切换台是电视中心在多个节目源中进行切换输出的设备,它可以从多个节目源中选择一路或多路的组合输出。切换方式可采用快切和特技切换。快切是指各路节目源间的瞬间切换,它在电视屏幕上的表现是由
3、一个节目的画面迅速转换到另个节目的画面。为防止切换时画面的分裂和跳变,通常切换是在场消隐期间进行的。特技切换是从多路输入的节目源中选择一路或多路实施组合输出以达到一定的艺术效果,如慢切换和划像等。其它较为复杂的特技则通过视频切换台与数字特技机的接口由数字特技机来完成。,数字特技机运用数字技术将视频信号在图像的二维或三维空间进行较为复杂的处理,使画面具有压缩、放大、旋转、翻页、水波纹、油画等一系列精彩的艺术效果。这些特技是视频切换台所不能完成的,视频切换台的特技切换只能完成几路信号以不同幅度比例进行的组合,也可以生成各种形状的分界线动态的分割屏幕,但不能对图像信号进行深度的处理,这也是数字特技机
4、与视频切换台在特技处理上的区别。,5.2 彩色电视摄像机,5.2.1彩色电视摄像机的分类和组成,按信号方式可分为： 1模拟彩色摄像机 2数字（码）彩色摄像机,按用途分类： 1. 广播用摄像机：技术指标高，图像质量好，价格昂贵。 2. 专业摄像机：体积小，重量轻，价格便宜。 3. 家用摄像机：小巧、灵活，价格低廉，摄录一体。 4. 特殊用途摄像机：航天探测、商业监视、 图像通讯等领域,按摄像器件分类： 1真空管摄像机：采用电子扫描方式，主要有氧化铅和硒砷碲两种。 2固体摄像机：采用固体扫描读取电荷，成熟的 是CCD摄像机 按摄像器件的数目： 三管（片）摄像机：结构复杂，体积较大， 价格较高，但图
5、像质量好，主要用于广播和专业领域。 二管（片）摄像机：产量愈来愈小 单管（片）摄像机：结构简单，体积小， 价格低，主要用于家庭或非专业领域。,按使用场合： 台式摄像机：供演播室（ESP）和转播车用 便携式摄像机：供外拍用，主要包括EFP、 ENG和家用摄像机 监视用摄像机。 按摄像方式： 同时摄像方式；（三管式，三片板式） 时间分离方式： 顺序式；（单管式，单板/片式） 线顺序式； 面顺序式。,按摄像机的记录载体： 1磁带；如VHS（V12）、V8、D8、MINI DV 2MD（mini disk)；（采用MPEG-2压缩技术） 38cm的DVD光盘；（如日立DZMV200A） 4硬盘；（采用
6、MPEG-4压缩技术，如三星 ITCAM-7） 5SD-MMC存储卡（Secure Digital-multi media card） 6记忆棒（memory stick）；（Sony DCR-IPI） 7CF卡（Compact Flash）,彩色摄像机的组成,或,1,5.2.3 电视摄像管,1、CCD的工作原理 电荷耦合器件简称，是一种金属氧化物半导体(MOS)集成电路器件，,1、电荷耦合器件（CCD）的工作原理,（一）MOS电容器的结构,（二）光电转换和电荷存储 半导体在光照的作用下产生本征激发形成电子-空穴对, 在耗尽区电场的作用下,空穴流入P型衬底,电子收集到势阱中形成电荷包.电荷数目
7、与该处的光照强度成正比.,（三）电荷的转移,1.在时刻t1,第一相时钟V1处于高电压，V2、V3处于低压。这时第一组电极A、D、下面形成深势阱，在这些势阱中可以贮存信号电荷形成“电荷包”，如图所示。,2.在t2时刻V1电压线性减少，V2为高电压，在第一组电极下的势阱变浅，而第二组（B、E、）电极下形成深势阱，信息电荷从第一组电极下面向第二组转移，直到t3时刻，V2为高压，V1、V3为低压，信息电荷全部转移到第二组电极下面。,3.重复上述类似过程，信息电荷可从V2转移到V3，然 后从V3转移V1电极下的势阱中，当三相时钟电压循环 一个时钟周期时，电荷包向右转移一级（一个像元）， 依次类推，信号电
8、荷一直由电极A、B、C向右移， 直到输出。,三相脉冲驱动方式为最基本的方式。为使传输速度快，可采用二相脉冲驱动方式。为使传输更可靠，可采用四相脉冲驱动方式。,（四） CCD的电荷输出,OG：输出栅，在其上加不同的控制电压，可控制电荷在适当的时刻从V3电极下转移到场 效应管的控制栅极。同时，它 对V3电极的脉冲和输出场效应 管起到隔离作用。,DG：直流偏置栅极，其作用等效电路中 虚线所表示的开关在其上加入控制脉冲 VpG，控制开关通/断。,V：信号电压。由于VpG脉冲可通过场效应管的极间 分布电容的耦合，将在输出信号中出现，而引入了杂波。,2 、面阵CCD摄像器件,按信号电荷的传输方式可分为 帧
9、转移型（FT）摄像器件、隔列转移 型（I T）摄像器件（又称行间转移） 及帧-行间转移型（FIT）摄像器件。,（一）帧转移型（Frame Transfer） 该器件由相同像素数量的成像部分、 存储部分和读出寄存器三个基本部分 组成。,1、场正程期间（18.4ms）图像的二 维信号电荷被积累在成像区；,2、场逆程期间（1.6ms）通过加在成像区和存储区电极上的时钟脉冲使成像区的整场信号电荷快速转移到存储区；,3、下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成下 一场电像，存储区所存的上一场图像信号电荷在时钟脉冲作用下，在行逆程期间（12微秒）将一行光生电荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光生电荷向读
10、出寄存器方向进一次；,4、在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，使 一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输出。,帧转移（FT） 结构,（二）行间转移型（Interline Transfer）,在一个CCD芯片上完成感光、存储和读出的功能。,1、场正程期间（18.4ms）感光部分 被入射光照射产生光生电荷；,2、场逆程期间（1.6ms）受转移栅控制，各列成像 单元内的信号电荷同时被快速（约1微秒）水平转移 到各自所对应的垂直移位寄存器；,3、下一个场正程期间，成像区再次积累光生电荷，垂直移位寄存器中存储的电荷在每个行消隐（逆程）期间各列电荷包垂直 上移一行，将一行电荷送入水平移位寄存器；,
11、4、在行正程期间，将水平移位寄存器中的电荷读出，这样形成了视频信号。,（三）帧-行间转移型（FIT）,在行间转移型结构的传感器与水平移位 寄存器之间附加了场存储区。,1、场正程期间（18.4ms）成像区的 光敏器接收入射光形成电荷包；,2、场逆程期间（1.6ms）受转移栅控制，各列成像单元 内的信号电荷同时被快速（约1微秒）水平转移到各自所 对应的垂直移位寄存器，紧接着又以极快的速度转移到 下面场存储区。,3、下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成 下一场电像，存储区所存的上一场图像信号电荷在 时钟脉冲作用下，在行逆程期间（12微秒）将一行 光生电荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光 生电
12、荷向读出寄存器方向进一次；,4、在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，使一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输出。,CCD都具有高光抑制功能，即有消除“开花”和“彗尾” 的功能。 因为在CCD器件中设置有“溢流沟道（OverFlow Dyke）。在过曝光时，溢出的过量电子将通过溢流沟 道垂直向下流入衬底，保证了即使产生一个超常的强光 ,电子电荷的最大量也总是相等的，消除了“开花”现象。,（4）动态分辨力与电子快门,动态分辨力是摄像机对运动图像所呈现的分辨力， 即呈现运动画面细节的能力，它决定了正在制作的运动 图像的细节，同时它决定了后期制作中静帧画面的清晰度。,制约动态分辨力的因素：（A
13、）摄像器件的惰性； （B）曝光时间。,曝光时间：相继两次电荷读出的时间周期。 摄像管摄像机：由于电子束不可能聚焦特细， 因而在扫描一行时也会扫到相邻行，使曝光时间趋向于1/60s（NTSC）或1/50s（PAL）。,CCD摄像机：依靠时钟瞬间取出电荷， 不存在惰性。提高动态 分辨力唯一的办法是减小曝光时间。,机械快门存在噪音且只能用于帧转移方式中， 故先广泛采用电子快门。,5.3 图像信号的处理 5.3.1图像信号中直流分量的恢复,图像信号的最低频率分量反映景物背景亮度的缓慢变化通常称为直流分量。 但在视频通道巾多采用交流放大器，使直流分量丢失，在复现的图像中将看不到背景亮度的缓慢变化，造成图
14、像亮度的畸变。,由于电视图像信号具有单极性的特点，即信号只存在以固定黑色电平为基准的一个方向上。所以，只要利用钳位电路，把经交流放大器后出现的随图像内容而变化的黑色电平，重新钳定在同一个电下上，就可以恢复原图像信号的性质。 所以，在视频通道个设有直流分量恢复电路钳位电路。,一、钳位电路的作用,钳位电路可以消除叠加型干扰,钳位电路不能消除调制型干扰,钳位电路的工作原理 消除叠加型干扰（如前图所示）,单向钳位 作用 失去了钳位 作用,大的干扰信号破坏了钳位 产生了错误 的钳位动作,强迫钳位电路,5.3.2 黑斑校正 通过前面的学习我们可以知道，由于分色棱镜的色渐变效应、镜头各区域亮度的不 均匀性、
15、投射在靶面上的背景光不均匀、摄像管靶面不均匀和扫描电子束在靶面边缘处不能垂直上靶等原因，都能导致重现图像上出现阴影或色斑。这类现象统称为黑斑效应。,为了提高画面的均匀性，一方面要努力消除产生黑斑效应的原因，另一方面还要在电路中采取补偿措施，将黑斑削弱。而且，补偿方法应随黑斑性质的不同而不同。 至于那些随机性的黑斑，是无法通过电路来校正的，只有根除其产生原因才能克服。,图像上的黑斑一段有两种类型。其中之一是图像信号本身没有畸变只是更加了一个不均匀的附加倍号，如靶面受不均匀的背景光照射而引起的黑斑效应就属于这一类。 对此，只要在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号便可实现黑斑校正，如图所示。
16、,加法补偿,再调制，乘法补偿,调制型黑斑校正电路方框图,5.3.3 校正 具有折线特性的校正放大器 输入信号小时， 3个二极管导通； 负反馈较小。 信号增加，3个 二极管依次断开， 负反馈增大，放大器 的增益下降。可以 获得=0.45折线 非线性增益特性,具有渐变特性的校正放大器 输入信号小时，输出增益大，输入信号大时，输出增益小。可以获=0.45传输特性,5.3.4 彩色校正 在彩色电视系统中，为了正确重现被摄景物的彩色，摄像机的光谱响应特性应与接收端显像三基色的混色曲线相一致。混色曲线有负值存在，然而从摄像机镜头到摄像管，各部分的光谱响应曲线却都只有正值。为了克服由此带来的彩色失真，必须加入彩色校正。,一、修正法 此法是略去光谱响应特性的负区而只保留其正区，并将正区适当压缩以使更现彩色的失真程度限制在容许范围之内。 早期的彩色摄像机和目前使用的较简单的摄像机都采用这种方法。为使重现彩色不产生过分的失
