广播电视工程基础

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1、11什么是 R，G，B？ 在几乎所有视频技术标准中，有一个重要的问题就是彩色信息的表述方法，也就是如何让显示设备还原出自然界的真实色彩。研究发现自然界景物的绝大部分的彩色光都能够分解成独立的红、绿、蓝三基色，即所谓的 R、G、B 三基色原理 。(R/RED/红色，G/GREEN/绿色，B/BLUE/蓝色) 随着电子与数字技术的发展，使我们可以用一个固定的数字或变量来表示世界上的任何一种颜色，而 RGB 只是众多颜色数字编码中的一种，采用这种编码方法，每种颜色都可以用三个变量来表示 ，即红色、绿色、蓝色的信号强度。要想记录及显示彩色图像，RGB 编码是最常见的一种方案，我们身边能接触到的彩色显示

2、设备几乎都是采用的这种方案，电视机，电脑显示器，液晶显示方式等等。这些设备不管之前输入的是什么信号，最终都转换成了 RGB 信号去激励CRT(显象管)或 LCD(液晶板)来完成色彩的显示还原。 2彩色电视传送方式 谈这个问题，是要大家对后面的问题先有个基本的认识。并将一些专用名词带出来 1)什么是电视制式 简单的说就是如何将 R，G，B 信号分解，传送和组合，接收再解调出 R,G,B信号等流程中所使用的方式。 2)什么是兼容性彩色电视制式 自彩色电视问世以来，各国选用的彩色电视制式都不同，但都在研究如何实现与本国黑白电视的兼容问题(那年头是黑白电视的天下)，结果表明，兼容性彩色电视制式必须具备

3、以下几个条件(和黑白电视)： 1使用与黑白电视相同的带宽 2相同的伴音与图象载频 3相同的扫描频率与复合同步信号(H/V SYNC) 4有一基本的亮度信息(Y),传送同一景物图像时，和黑白电视图像要相同 5色度信息(C)用一个辅助信号传送，以便于在电视机中容易与亮度信息(Y)分开。 6传送的色度信息(C)不能影响黑白电视的接收 “Y”代表明亮度(Luminance 或 Luma)，也就是灰度值(明暗的变化)； 色度(C)(Chrominance 或 Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。 说白了，当时可是黑白电视的天下，不兼容黑白电视要想推广是很难的，如同2现在手机的

4、 CDMA 不兼容 GSM 的下场。当时黑白电视的主要标准是采用 625行(H),50 场(V)扫描制时，亮度信号带宽约 6MHz,因此必须在 6MHz 带宽内同时传送亮度信息(Y)和色度信息(C)，否则无法实现兼容。 于是各种兼容性彩色电视制式的大战开始了，最后三国诞生统领天下(跑题了)，那就是 PAL,NTSC,SECAM，它们各有优缺点，谁都不能轻易将对手打败，但SECAM 只有法国，前苏联等极少数国家使用，我们几乎接触不到，这里就只谈我们伟大祖国和欧洲大部分国家使用的 PAL 制 和美国，日本及台湾使用的 NTSC 制. 3)什么是 NTSC 制 NTSC 制是美国在 1953 年时研

5、究出来的一种兼容性彩色电视制式，该制式从人眼的彩色视觉出发，对 R,G,B 信号进行重新组合，并采用了频谱间置以及正交平衡调幅，同步检波等技术。由于出道最早，它的缺点是传送过程中容易出现色调失真(偏色)。 4)什么是 PAL 制 1962 年前联邦德国为了克服 NTSC 制容易出现色调失真的缺点，在 NTSC 制的基础上，研究出来 PAL 制这一种兼容性彩色电视制式，PAL 制采用了逐行倒相等技术(注。是逐行倒相，不是逐行扫描技术)，避免将整个色度信号的倒相处理，解决了偏色问题，但解调方法也变的复杂起来。 3什么是复合同步信号(H/V SYNC) 要想电视等设备显示出一幅完整的图像(都是由一个

6、个的像数点组成)，只有 R,G,B信号是不够的，你还得告诉电视这个像数点该在屏幕的什么位置显示。显示何种颜色是由 R,G,B 信号决定，该在屏幕的那里显示就是由行场同步信号(H/V SYNC)决定的。为了大家比较好理解，这里就不谈具体原理，简单的说一个像数点的在水平方向的位置是有行同步信号(H)决定的，垂直方向的位置由场同步信号(V)决定，同时行场同步信号还决定画面的垂直分解率和一秒内所显示的帧数。将行同步信号和场同步信号复合在一起成为一个信号就称复合同步信号，不同的电视制式(PAL,NTSC)的行场同步信号(H/V SYNC)是不同的，但相对是固定的。如常见的中国 PAL-D(H:15625

7、Hz/V:50Hz) 日本 NTSC 3.58(H:15750Hz/V:60Hz) 4什么是分解率 3电视的清晰度既分解率一般用垂直方向和水平方向的分解率来表示。垂直分解率与行扫描数(H)密切相关。扫描行数越多越清晰(行同步信号频率越高)、分解率就越高。我国电视(PAL 制)图像的垂直分解率为 575 行或称 575 线(行同步信号频率 15625Hz)。但这只是一个理论值，实际分解率与扫描的有效区间和扫描方式有关，我国的电视接收机实际垂直分解率低于 400 线。 水平方向的分解率或像素数是由电视信号的上限频率决定的。最复杂的电视图像莫过于黑白方块交错排列的棋盘格图案，根据这种图案，加上我国目

8、前规定的电视图像信号(PAL 制)的标称频带宽度为 6MHz，可以推出理论上我国电视信号的水平分解率约 630 线。 NTSC 制的水平分解率理论上约 525 线(频带宽度为 4.5MHz)，垂直分解率理论上约为 580 行(行同步信号频率 15750Hz) 5什么是全电视信号 全电视信号定义为包括亮度(Y)和色度(C)与复合同步信号(H/V)以及伴音信号的单路模拟信号。由于有色度信号(关系到是用那种电视制式编码的)的存在，所以全电视信号是分电视制式(PAL,NTSC)的。 6什么是复合视频信号(AV) 复合视频(Composite Video)信号也就是从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，

9、这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。由于受后面亮度(Y)和色度(C)分离电路性能的影响，其信号带宽较窄，一般只有水平分解率240 线350 线左右的分解率。由于视频信号中已不包含伴音，故一般还有音频端口以便同步传输伴音。有时复合式视频接口也称为 AV(Audio Video)口。 7.什么是 SVideo 信号 SVideo 是一种两分量的视频信号，它把复合视频信号中的亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，用两路导线分别传输的视频信号。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可以减少其

10、互相干扰，水平分解率可达 420 线。与复合视频信号相比，SVideo 可以更好地重现色彩。 8什么是色差信号或分量信号(Y,Cr,Cb/Y,Pr,Pb) “Y 亮度”是通过 RGB 输入信号来创建的，方法是将 RGB 信号的特定部分叠加4到一起。“C 色度”则定义了颜色的两个方面色调与饱和度，也就是说 C 色度通过相应电视制式的解码方式解调出 Cr 和 Cb 两路信号。其中，Cr 反映了RGB 输入信号红色部分与 RGB 信号亮度值之间的差异，而 Cb 反映的是 RGB输入信号蓝色部分与 RGB 信号亮度值之间的差异，此即所谓的色差信号，也就是我们常说的分量信号(Y、R-Y、B-Y)。 9.

11、如何得到 R,G,B 信号 如果您认真的阅读了上面 5，6，7，8 的说明，就可以发现(5)-(6)-(7)-(8)是一个信号的流程，之前曾提到 R,G,B 信号才是我们最终需要的信号，有了分量信号(Y、R-Y、B-Y),如何变成 RGB 信号呢？ 原来当初为了兼容黑白电视，Y 亮度信号是将 R,G,B 信号按一定的比例的相加所得到的。这里就简单化，我们就认为 Y=R+G+B事实上 R:G:B=0.3:0.59:0.11，这样只要把 Y、R-Y、B-Y 三路信号送到一个运算矩阵中进行简单的运算就能得到 R,G,B 信号了。它们的关系是： Y+(R-Y)=R Y+(B-Y)=B Y-(B-Y)-

12、(R-Y)=-B-R+Y=-B-R+R+G+B=G (Y=R+G+B) 10.各种外部输入端子与电视信号流程的关系 来张图说明一下，(这里采用的日本 NTSC 3.58 电视制式的解码流程的原因一个是 PAL 制的解码太复杂，容易让大家发蒙，二来是我们手头上的游戏机大部分都是 NTSC 制.为了方便大家理解，省去了行场同步部分) 问题篇 11接着谈谈最近大家比较敏感的隔行扫描与逐行扫描的问题 老样子，先从一些基础知识谈起 大家可能都知道，为了获得活动的图像，电影和电视是都是把若干幅静止的画面快速地连续播放，我们就会觉得这些画面上的物体是在连续地运动着。 我们将每一幅“静止”的画面称为一“帧(f

13、rame)”，电影是 24 帧秒、PAL 制电视是 25 帧秒，NTSC 制是 30 帧秒。 前面曾提到电视的每帧画面又是由若干条水平方向的扫描线组成的、PAL 制为625 行帧，NTSC 制为 525 行帧。 如果这一帧画面中所有的行是从上到下一行接一行地连续完成的，或者说扫描顷序是 1、2、3525，我们就称这种扫描方式为逐行扫描。 但是实际上，以 PAL 为例(NTSC 制也类似)，要想在行频 15625Hz/场频 50Hz5的情况下每秒钟扫描出 50 幅 625 行的画面是不可能的， ( 换算公式略)，于是电视的一帧完整画面是需要由两遍扫描来完成，第一遍只扫描奇数行， 即第l、3、55

14、25 行。第二遍扫描则只扫描偶数行， 即第 2、4、6524 行。这种扫描方式就是隔行扫描。要想逐行扫描行频就的翻倍成 31.5Khz，但电视受需兼容黑白电视的制式影响行频是不能改变的。 一幅只含奇数行或偶数行的画面称为一“场(field)”。因此，PAL 制电视的实际扫描频率是 50 场秒。NTSC 制为 60 场秒。隔行扫描的两个场虽然是一先一后地出现在屏幕上(都是不完整的画面)。但由于变换速度很快，我们会觉得是看到了一幅完整的画面。 12.隔行扫描的主要缺点是： 1)光栅结构显得粗疏；有的图象能看到扫描线。 2)垂直分辨率严重受损，大约只有水平分辨率的一半左右(350 线)； 3)画面有

15、闪烁感； 4)最重要的是会在画面上造成梳齿现象(又称羽状干扰或拉链效应)和行抖动。 13为什么要采用逐行扫描 很简单，逐行扫描克服以上隔行扫描的缺点 14现在那些设备是输出隔行扫描和逐行扫描 在我们常见的设备设备中，普通广播电视接收机、录像机、大部分视频摄像机、VCD、LD 等全都是隔行扫描的，新一代数字电视机则将是逐行扫描的，当前的电脑显示器(包括 LCD)几乎全部都是逐行扫描的。 这里应该特别指出的是：事实上 DVD 本质是隔行扫描的，在制定 DVD 规范的时候是按照隔行扫描的要求而设计的。DVD 影碟上的视频图像是以隔行扫描的格式存贮的，这一点必须牢牢记住，有关逐行扫描 DVD 的是为了

16、克服隔行扫描的缺点而研制的，它的任务是把影碟上的隔行扫描画面修复成逐行扫描 好了有了上面这些难懂的原理的支持，我来解答一些常见的问题。 1 为什么把各种视频端子的清晰度排行列成 RGBYPrPbS-video复合video。 要说明这个问题，让我们在看看上面 NTSC 的电视信号流程图，信号经过的每一个蓝框就是一种转换或分离电路，高中的物理课告诉我们世上没有绝对 100%的能量转换，都是要损耗的要丢失信息的。根据图中信号的走向可以发现，复6合 video 到 RGB 经过了最多蓝框，S-video 其次，YPrPb 最少，RGB 没有。所以理论上各种视频端子的清晰度排行是 RGBYPrPbS-video复合 video。事实上，现在的电子技术高速发展，转换或分离电路的效率越来越好，信号损耗也越来越小，丢失的信息也越来越少。逐渐拉近各种输出端子的清晰度差距，前提是在低分辨率下(480 线以下)，原因后面会说明。 从另一个角度，也能发现这个结果，把 RGBYPrPbS-video