数字电视技术附录A复习课程

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1、附录A 模拟电视基础,A.1 彩色与视觉特性 A.2 电视图像的传送原理 A.3 彩色电视信号的传输 A.4 模拟电视广播,A.1 彩色与视觉特性,A.1.1 光的性质 1. 可见光谱 光是一种电磁辐射。电磁辐射的波长范围很宽，按波长从长至短的顺序排列起来有无线电波、红外线、可见光、紫外线、 X射线和宇宙射线等。 附图A-1是电磁波按波长的顺序排列的情况，称作电磁波谱。波长在380780 nm范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为可见光。可见光在整个电磁波谱中只占极小一段。可见光谱的波长由780 nm向380 nm变化时，人眼产生的颜色感觉依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色。一定波长的光

2、谱呈现的颜色称为光谱色。 太阳光包含全部可见光谱， 给人以白色的感觉。,对于光谱完全不同的光，人眼有时会有相同的色感。用波长540 nm的绿光和700 nm的红光按一定比例混合可以使人眼得到580 nm黄光的色感。 这种由不同光谱混合出相同色光的现象叫同色异谱。,附图A-1 电磁辐射波谱,3. 标准光源 物体的颜色也受光源的影响。 在彩色电视系统中， 用标准白光作为照明光源。 绝对黑体所辐射的光谱与它的温度密切相关。绝对黑体的温度越高，辐射的光谱中蓝色成分越多，红色成分越少。 标准光源的可见光谱与某温度的绝对黑体辐射的可见光谱相同或相近时，绝对黑体的温度称为该光源的色温， 单位以绝对温度开氏度

3、(K)表示。 色温与光源的实际温度无关，彩色电视机荧光屏的实际温度为常温， 而其白场色温是6500 K。,常用的标准白光有A、B、C、D和E共5种光源。 A光源是色温为2854 K的白光，光谱偏红，相当于充气钨丝白炽灯所产生的光；B光源是色温为4874 K的白光，近似于中午直射的太阳光；C光源是色温为6774 K的白光，相当于白天的自然光， 是NTSC制彩色电视的白光标准光源； D光源是色温为6504 K的白光，相当于白天的平均光照，是PAL制彩色电视的白光标准光源；E光源是色温为5500 K的等能量白光(E白)， 它是为简化色度学计算而采用的一种假想光源，实际并不存在。 电视演播室内的卤钨灯

4、光源的色温为3200 K，有体积小、 亮度高、寿命长、 色温稳定等优点。,A.1.2 人眼的视觉特性 1. 视觉灵敏度 人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。经过对各种类型人的视觉灵敏度实验进行统计，国际照明委员会推荐标准视敏度曲线， 也称相对视敏函数曲线，如附图A-2中的V（）。该曲线表明了具有相等辐射能量、不同波长的光作用于人眼时，引起的亮度感觉是不一样的。人眼最敏感的光波长为555 nm，颜色是草绿色，这一区域的颜色，人眼看起来省力，不易疲劳。在555 nm两侧，随着波长的增加或减少，亮度感觉逐渐降低。在可见光谱范围之外，辐射能量再大，人眼也是没有亮度感觉的。,附图A-2 标准视敏度曲线,2

5、. 彩色视觉 人眼视网膜上有大量的光敏细胞，按形状分为杆状细胞和锥状细胞。 杆状细胞灵敏度很高，但对彩色不敏感，人的夜间视觉主要靠它起作用，因此，在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别颜色，白天视觉主要由它来完成。关于彩色视觉，科学家曾做过大量实验并提出了视觉三色原理的假设， 认为锥状细胞又可分成三类， 分别称为红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞，它们各自的相对视敏函数曲线分别为VR（）、VG（）和VB（），如附图A-2所示，其峰值分别在580 nm、540 nm、440 nm处。,VB（）曲线幅度很低，已将其放大20倍。三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线VV（）。

6、三条曲线是部分交叉重叠的， 很多单色光同时处于两条曲线之下，例如，600 nm的单色黄光就处在VR（）和VG（）曲线之下，所以600 nm的单色黄光既激励了红敏细胞，又激励了绿敏细胞，引起混合的感觉。 当混合红绿光同时作用于视网膜时，分别使红敏细胞和绿敏细胞同时受激励，只要混合光的比例适当，所引起的彩色感觉可以与单色黄光引起的彩色感觉完全相同。,不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉也各异，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。在电视技术中利用了这一原理，在图像重现时，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用三种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性曲线的三种光源进行配色， 使其在色感上得到相同的

7、效果。,3. 分辨力 分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨能力。对人眼进行分辨力测试的方法如附图A-3所示，在眼睛的正前方放一块白色的屏幕， 屏幕上面有两个相距很近的小黑点，逐渐增加画面与眼睛之间的距离，当距离增加到一定长度时，人眼就分辨不出有两个黑点存在，感觉只有一个黑点， 这说明眼睛分辨景物细节的能力有一个极限值，我们将这种分辨细节的能力称为人眼的分辨力或视觉锐度。分辨力的定义是： 眼睛对被观察物上相邻两点之间能分辨的最小距离所对应的视角的倒数，即,（A-1）,附图A-3 人眼的分辩力,如附图A-3所示，用L表示眼睛与图像之间的距离，d表示能分辨的两点间的最小距离， 则有,（A-2）,人

8、眼的最小视角取决于相邻的视敏细胞之间的距离。对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，为11.5。 分辨力在很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度，当亮度很低时，锥状细胞不起作用，视力很差；当亮度过大时，由于眩目现象，视力反而有所下降。细节对比度越小，分辨力越低。在观看运动物体时， 分辨力更低。 ,人眼对彩色细节的分辨力比对黑白细节的分辨力低。例如， 黑白相间的等宽条子，相隔一定距离观看时，刚能分辨出黑白差别， 如果用红绿相间的同等宽度条子替换它们而其它条件不变，人眼会分辨不出红绿之间的差别，感觉是一片黄色。实验还证明，人眼对不同彩色的分辨力也各不相同。如果眼睛对黑白细节的分辨力定义为

9、100%， 则实验测得人眼对黑绿、黑红、 黑蓝、红绿、红蓝、绿蓝细节的相对分辨力为94%、90%、 26%、40%、23%、 19%。 因为人眼对彩色细节分辨能力较差，所以在彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节， 这样可减少色信号的带宽， 这就是大面积着色原理的依据。,4. 视觉惰性 人眼的亮度感觉总是滞后于实际亮度的， 这一特性称为视觉惰性或视觉暂留。 附图A-4(a)表示作用于人眼的光脉冲亮度。附图A-4(b)表示这个光脉冲造成的主观亮度感觉，它滞后于实际的光脉冲。光脉冲消失后，亮度感觉还要过一段时间才能消失。附图A-4(b)中的t1t2就是视觉暂留时间。在中

10、等亮度的光刺激下，视力正常的人的视觉暂留时间约为0.1 s。 ,附图A-4 人眼的视觉惰性 作用于人眼的光脉冲亮度 (b) 主观,人眼受到频率较低的周期性的光脉冲刺激时, 会感到一亮一暗的闪烁现象。如果将重复频率提高到某个一定值以上， 由于视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。不引起闪烁感觉的最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率与很多因素有关， 其中最重要的是光脉冲亮度，随着光脉冲亮度的提高， 临界闪烁频率也将提高。临界闪烁频率还与亮度的变化幅度有关。亮度变化幅度越大，临界闪烁频率越高。人眼的临界闪烁频率约为46 Hz。对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲， 人眼不再感觉到闪烁，这时主观感

11、觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。,A.1.3 色度学 1. 彩色三要素 描述一种色彩时需要用到亮度、色调和饱和度三个基本参量，这三个参量称为彩色三要素。 亮度反映光的明亮程度。同色光辐射的功率越大，亮度越高。不发光物体的亮度取决于它所反射的光功率的大小。若照射物体的光强度不变，物体的反射性能越好，物体就越明亮。对于一定的物体，照射光越强，物体就越明亮。 色调反映彩色的类别，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色。 发光物体的色调由光的波长决定，不发光物体的色调由照明光源和该物体的反射或透射特性共同决定。,色饱和度反映彩色光的深浅程度。深红、粉红是两种不同饱和度的红色， 深红色饱和度高，粉红色

12、饱和度低。饱和度与彩色光中的白光比例有关，白光比例越大，饱和度越低。高饱和度的彩色光可加白光来冲淡成低饱和度的彩色光。 饱和度最高的称为纯色或饱和色。谱色光就是纯色光， 其饱和度为100%。 饱和度低于100%的彩色称为非饱和色。 日常生活中所见到的大多数彩色是非饱和色。 白光的饱和度为0。 色饱和度和色调合称为色度， 它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。,2. 三基色原理 根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分，而只需获得与原景物相同的彩色感觉即可。因此，仿效人眼的三种锥状细胞可以任选三种基色，三种基色必须是相互独立的，即任一种基色都不能由其它两种

13、基色混合得到，将它们按不同比例进行组合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。总结出的三基色原理是：自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定比例混合，可得到自然界中绝大多数的彩色。混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定，混合色的亮度等于三种基色亮度之和。,因为人眼的三种锥状细胞对红光、绿光和蓝光最敏感，所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比例混色可得到较多的彩色。 在彩色电视中， 选用了红、绿、蓝作为三基色，分别用R、G、B来表示。国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长为700 nm，绿基色的波长为546.1 nm，

14、 蓝基色的波长为435.8 nm。,三基色原理是彩色电视技术的基础。摄像机把图像分解成三基色信号，电视机又用三基色信号配出原图像的色彩，图像信息的传送变得容易实现。三基色光相混合得到的彩色光的亮度等于三种基色亮度之和，这种混色称为相加混色。将三束等强度(相同单位量)的红、绿、蓝圆形单色光同时投射到白色屏幕上时， 呈现出的三基色圆图混合规律如附图A-5所示，也可描述如下： 红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 蓝色+红色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色,附图A-5 相加混色,适当改变三束光的强度， 可以得到所有自然界中常见的彩色光。 通过实验还可得到： 红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色

15、=白色 当两种颜色混合得到白色时， 这两种颜色称为互补色。 红与青互为补色，绿与紫互为补色， 蓝与黄互为补色。,在彩色电视技术中， 常用以下两种简接相加混色法： (1) 空间混色法：同时将三种基色光分别投射到同一表面上彼此相距很近的三点上，由于人眼的分辨力有限，能产生三种基色光混合的色彩感觉。 空间混色法是同时制彩色电视的基础。 (2) 时间混色法：将三种基色光轮流投射到同一表面上， 只要轮换速度足够快，由于视觉惰性，就能得到相加混色的效果。 时间混色法是顺序制彩色电视的基础。,3. 颜色的度量 1) 配色实验 给定一种彩色光，可通过配色实验来确定其所含三基色的比例，配色实验装置如附图A-6所

16、示。实验装置是由两块互成直角的理想白板将观察者的视场一分为二，在一块白板上投射待配色，在另一块白板上投射三基色。 调节三基色光的强度， 直至两块白板上的彩色光引起的视觉效果完全相同。记下三基色调节器上的光通量读数， 便可写出配色方程： FR(R)+G(G)+B(B),附图A-6 配色实验,式中：F为任意一个彩色光；(R)、(G)、(B)为三基色单位量；R、 G、B为三色分布系数。要配出彩色量F，必须将R单位的红基色、 G单位的绿基色和B单位的蓝基色加以混合，R、G、B的比例关系确定了所配彩色光的色度(包含色调和饱和度)，R、G、B的数值确定了所配彩色光的光通量（亮度）。R(R)、G(G)、B(B)分别代表彩色量F中所含三基色的光通量成分，又称彩色分量。 配成标准白光E白所需红、 绿、 蓝三基色的光通量比为14.59070.0601。 为了简化计算，规定红基色光单位量的光通量为1 lm，则绿基色光和蓝基色光单位量的光通量分别为4.5907 lm和0.0601 lm。 lm是光通量的单