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1、第二章.电视传像基本原理,2.1电视系统的组成原理 2.2电视扫描原理 2.3电视图象的基本参量 2.4视频图象信号 2.5视频图象信号的数字化与分量编码,第二章 电视传像基本原理,电视系统的组成：由摄像、传输、显像三部分组成。 其中涉及信号形式变换、信号选择与编码、各种参量的确定、失真的校正等一系列传输、处 理信号的方法与原理。 一、电视系统组成原理 1、图像的表示法 亮度 L=f L(x,y,z,t） 色调 H=fH (x,y,z,t) 色饱和度 S=fS (x,y,z,t) 亮度方程: L=fL (x,y,t),图像的顺 序传输,什么是像素A和B? 构成一幅图像的基本单元 传送的种类 同
2、时制：信道太多 顺序制：保持同步 什么是扫描 将图像转变成顺序传送的电信号的过程。 顺序传送电视系统,像素的概念 像素的传送具有以下两个特点: 第一是要求传送速度快。 第二是传送要准确,顺序传输电视系统,传输语音信号的无线电广播,主要包括发射与接收两大部分。在发端主要完成将语音变为电信号(称音频信号),并经放大、调制,然后由天线以高频电磁波形式发射出去。收端则正好相反,将收到的高频电磁波经高放、解调、音频放大,最后送扬声器发出声音。图1给出了无线电语音广播原理图。(音频技术）,摄像机,显示器件,CCD是一种金属氧化物 半导体（MOS）集成电 路器件,帧转移结构方式 该器件所需时钟 系统比较简单
3、， 包括光敏成像区 和有相同像素的、 遮光的存储区。并 由此读出信号。,当光敏区受光照时， 积累起电荷图象后， 就迅速地转移到存 储区，然后光敏区 又开始新的电荷 积累过程。,电子扫描 1. 逐行扫描 在电视系统中,摄像管和显像管的外面都装有偏转线圈,当线圈中分别流过如图所示的行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。,图 逐行扫描电流波形 (a)行扫描电流波形; (b)场扫描电流波形,据左手定则，电子束通过垂直磁场 应产生水平偏转，从而实现电子束 的水平扫描。,图 光栅形状 (a)只有行扫描; (b)只有场
4、扫描; (c)行、场扫描同时存在,图 偏转线圈结构示意图 (a)行偏转线圈; (b)场偏转线圈,2. 隔行扫描 所谓隔行扫描,就是在每帧扫描行数仍为625行不变的情况下,将每帧图像分为两场来传送,这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1,3,5,奇数行;偶数场传送2,4,6,偶数行。,图 隔行扫描光栅及电流波形 (a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形,第一场(奇场),从左上角开始按11,33,顺序扫描,直到最下面的中点a为止,共计 行,完成了第一场正程扫描。 第二场(偶场),扫描从a点开始,先完成第一场扫描留下的半行a11行的扫描,接着完成22,44,等偶数行的扫描。,扫描,
5、将图象转变成顺序传送的电信号的过程，在电视技术中称为扫描。 1：行扫描：自左到右的扫描. 2：场扫描：自上而下的扫描. L=fL(x,y,t) x=x1(t) y=y1(t) L=fLx1(t),y1(t),t uL=f(t) 电视扫描已经把图象信息在空间（行）和时间（场）上离散化了，但在一定距离外观看仍能形成连续的感觉。,光和电的转换原理,一、摄像 电子枪的组成：灯丝、阴极、 控制栅极、加速极和聚焦极。 光电靶的等效电路,同时制彩电传送,1/,1/,1/,彩色显像管,彩色图像的重现（同时投影混色法）,电视扫描原理,一、逐行扫描 一行紧跟一行的扫描方式。,隔行扫描,一、隔行扫描的提出 1：定义
6、、是将一帧电视图像分成两场进行扫描（从上到下为一场）。 帧频=25Hz 场频=50Hz 帧周期=40 ms 场周期=20ms 2：隔行扫描的缺点 （1）行间闪烁效应, （2）并行现象, （3）“锯齿现象”.,隔行扫描光栅,9,11,11,图 隔行扫描光栅及电流波形 (a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形,第一场(奇场),从左上角开始按11,33,顺序扫描,直到最下面的中点a为止,共计 行,完成了第一场正程扫描。 第二场(偶场),扫描从a点开始,先完成第一场扫描留下的半行a11行的扫描,接着完成22,44,等偶数行的扫描。,(a)正极性亮度递减信号; (b)负极性亮度递减信号
7、; (c)一般的负极性图像信号,(a)复合同步信号;(b)复合消隐信号; (c)复合同步与复合消隐信号,(a)分离电路原理图; (b)各点波形,(a)复合同步信号; (b)积分输出波形; (c)加有均衡脉冲的 复合同步信号; (d)加有均衡脉冲后 的积分器输出波形,扫描的同步,一、扫描的同步 什么是同步：是指接收端与发射端的扫描点有一一对应的几何位置。 二、消隐脉冲与复合同步脉冲 为了使扫描逆程光栅不显示（消隐），需要加入行、场消隐脉冲，使扫描逆程期间电子被截止。这时的图像信号电平称为消隐电平。,同步,视频系统,摄像系统,复合同步和前后开槽脉冲开槽场同步脉冲与均衡脉冲,第三节电视图像的基本参数
8、,一、电视图像的基本特征：图像尺寸与几何形状；图像对比度与亮度的层次；图像的色度；图像的清晰度；图像的连续性。 二、电视系统的一系列指标和标准 扫描参量的选择（帧频、场频、行频、扫描行数）；系统通频带的选取； 系统 校正系数的确定； 系统各种非线性失真系数的确定； 彩色电视制式的确定； 荧光粉色度坐标与基准白的确定。,帧频=25HZ 行频=15625HZ 扫描行数=625行,图像的几何特征,常见的几种失真方式 行线性失真 场线性失真 枕形失真 桶形失真 S形扭曲失真 图形和波形在P60,Dmin,Hmax,Hmin,Dmax,图像的连续性与场频的确定,选择场扫描频率时要考虑不出现光栅闪烁、不易
9、受干扰、传送活动图像时有连续感觉、图像信号占用频带不应太宽。fc=algLm+b(Lm是光脉冲宽度） 人眼的临界闪烁频率与许多因素有关： 屏幕亮度、图像内容的变化、观看条件以及荧 光粉的余辉时间。 场频fv和电源工作频率f=50HZ有关。,扫描电流与重现图像的关系 (a)线性扫描,图像无失真; (b)行扫描非线性,产生左伸、右缩的非线性失真; (c)场扫描非线性,产生上拉、下压的非线性失真,一：清晰度与分解力,垂直分解力是指沿着图象垂直方向上能够分辨的象素数目。其一，它与分解图象有效行数（1）Z成正比； 其二，它与扫描电子束和被扫描象素的相对位置有关，如图下所示。当电子束与被扫描象素位置最佳时
10、，如图（a）的左列所示，分解力M（1）Z为最高；当两者相互位置如图（a）的中列所示时，分解力最低。只有将垂直象素点减半，方可分解，故M（1）Z/2。根据大量图象的统计平均得到： 式中，k1=0.7是克尔（Kell）系数。按我国电视标准，Z625，0.08，故M400线。这相当于视力只有0.5（即视敏角为2）的人所能分辨的线数，故目前的电视图象是不够清晰的，要实现高清晰度电视，增加行数势在必行。,扫描行数及有关参数的确定1,图象清晰度是主观感觉到的图象细节的清晰程度。 电视系统的分解力是电视系统传送图象细节的能力。 标称分解力- 用扫描行数来表示电视系统的分解力。 二：垂直分解力 它取决于系统沿
11、图象垂直方向所能分解的像素数，它与扫描行数有关，但小于扫描行数. 有效行数为Z（1-） 垂直分解力M=KeKi（1-）Z Ki为隔行因子Ki=0.60.7 Ke=0.76,扫描行数及有关参数的确定2,一、图象清晰度 它是指人主观感觉到的图象重现景物细节的可懂与逼真的程度。分别用人眼在水平方向或垂直方向所能分辨的象素数来定量描述，相对应的称为水平清晰度和垂直清晰度；并用“级数”或“行数”作单位。清晰度既与电视系统本身的分解力有关，也与观察者的视力状况有关。在评价图象清晰度时，应由一批视力正常的观众或专家来进行。,二、电视系统的分解力 它是指电视系统本身分解象素的能力，它不受人眼视力的影响。电视系
12、统分解力的高低，可以通过专用仪器来测定。一般来说扫描行数越多，电子束聚焦适中，信道通频带越宽，电视系统的分解力越高。,1. 垂直分解力（M） 垂直分解力是指沿着图象垂直方向上能够分辨的象素数目。 其一，它与分解图象有效行数（1）Z成正比； 其二，它与扫描电子束和被扫描象素的相对位置有关，如图1.5-3所示。当电子束与被扫描象素位置最佳时，如图（a）的左列所示，分解力M（1）Z为最高；当两者相互位置如图（a）的中列所示时，分解力最低。只有将垂直象素点减半，方可分解，故M（1）Z/2。根据大量图象的统计平均得到： 式中Ke=0.7是克尔（Kell）系数。按我国电视标准，Z625，0.08，故M40
13、0线。这相当于视力只有0.5（即视敏角为2）的人所能分辨的线数，故目前的电视图象是不够清晰的，要实现高清晰度电视，增加行数势在必行。,2.水平分解力（N） 电视系统沿着图象水平方向能分解的象素数目叫做水平分解力。水平方向的分解力由电视通道设备的通频带宽度和电子束横截面的大小决定。,视频信号带宽、场频与扫描行数的确定 一、视频信号的频带宽度 图象信号又称视频信号。欲求其频带宽度，必须知其最高和最低频率。图象信号的最低频率几乎接近于零。图1.5-7（a）、（b）、（c）所示的图象对应的频率分别为：15625Hz、31250Hz和50Hz。任一景物（或图象）都有一定的背景亮度，反映在图象信号上是信号
14、的直流分量，其频率接近于零。 图象细节越细，信号的频率越高。假设传送一幅全是细节的图象，其细节大小相当于一个象素，即等于一个扫描点的大小。,在行正程时间THt内水平方向能分解N=kk1（1）Z个象素，所以沿水平方向扫过一个象素所需的时间为：,扫描电子束直径与象素大小相当时，其图象信号近似为正弦波，故图象信号的最高频率为：,在逐行扫描情况下，fvfp，所以,在隔行扫描情况下, 因此,按我国电视标准：k=4/3，fv50Hz，Z625，18，8，k10.7。 若采用逐行扫描，则ffmaxfmin=fmax10.2MHz； 若采用隔行扫描，则f5.1MHz。上述结果正符合通信系统中传送信息的时间和带
15、宽成反比例的基本规律。对于每帧图象信息，逐行扫描所需要时间为：1/fF=1/fV=1/50=20ms，而隔行扫描所需要时间为：1/fF=1/0.5fV=1/2540ms。由于隔行扫描的传送时间增加一倍，所以传送信号带宽减少一倍。又因为隔行扫描的场频仍然是50Hz，故可以保证图象无闪烁感觉，因此世界各国的电视都毫无例外地采用隔行扫描。根据上述计算结果，我国视频传输通道的通频带规定为6MHz。,二、场频的确定 选择场扫描频率时，主要考虑光栅无闪烁、不受电源干扰，传送活动图象有连续感、图象信号占用带宽尽可能窄等因素。 从式（1.5-9）知，若要图象信号频带窄，场频应降低。若要求电视图象中人物的动作有连续感，即没有跳动的感觉，根据电影的经验，利用人眼的视觉惰性，如果每秒钟换帧在20次以上，就能很好地反映一般运动速度的活动景象，使人产生连续感。场频定为2025Hz，可以满足活动景物的连续感。但是，此时存在着大面积的光栅闪烁，长时间观看，容易造成疲劳。为了避免光栅的闪烁，场频一定要大于临界闪烁频率，即fv48Hz。,为了避免电源的干扰，场频应与电源频率相同并且锁定。若场频与电源频率不相同，接收机电源滤波器不完善，以及杂散电源磁场的影响，电视图象会产生扭曲摆动和“滚道”现象（即图象上出现一条宽的横亮暗带上下滚动）。如果场频与电源频率同步锁定后，上述干扰就会固定不动，眼睛就会逐步习惯这种干扰
