数字电视第1章广播电视的基本知识(g)

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1、第1章 电视的基本知识,1.1 图像光电转换的基本过程 1.2 电视扫描原理 1.3 重现电视图像的基本参量 1.4 全电视信号 1.5 电视信号的发送 习题一,1.1 图像光电转换的基本过程,电视广播的基本过程如图1-1所示。,图1-1电视广播过程,1.1.1 像素及其传送 一幅图像所包含的40多万个像素是不可能同时被传送的，它只能是按一定的顺序分别将各像素的亮度变换成相应的电信号，并依次传送出去；在接收端则按同样的顺序把电信号转换成一个一个相应的亮点重现出来。只要顺序传送速率足够快，利用人眼的视觉暂留效应(即视觉惰性)和发光材料的余辉特性，人眼就会感觉到是一幅连续的图像。这种按顺序传送图像

2、像素信息的方法，是构成现代电视系统的基础，并被称为顺序传送系统，图1-2是该系统的示意图。,图1-2 图像顺序传送系统示意图,图像顺序传送系统的工作过程如下：首先，将要传送的某一光学图像作用于由许多独立的光电元件所组成的光电板上，这时，光学图像就被转换成由大量像素组成的电信号，然后经过传输通道送到接收端。接收端有一块可在电信号作用下发光的电光板，它可将电信号转换成相应的光学图像信号。在电视系统中，将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程，称为扫描过程。图1-2中的S1、S2是同时运转的，当它们接通某个像素时，那个像素就被发送和接收，并使发送和接收的像素位置一一对应。在实际电视技术中是采用

3、电子扫描装置来代替开关S1、S2工作的。,1.1.2 光电转换原理 1.图像的摄取 光电导摄像管的结构主要由光电靶和电子枪两部分组成。,图1-3摄像管的结构图像信号产生的过程 (a)摄像管的结构；(b)图像信号产生的过程,图 1-3-4 氧化铅光电导摄像管结构,光电靶：在摄像管前方玻璃内壁上镀上一层透明金属膜作为光的通路和电信号输出电极，称之为信号电极板，在信号电极板（即金属膜）后面再敷上一层很薄的光电导层，称之为光电靶。 电子枪：电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极等组成。 从图1-3（b）可以看出，当电子束射到光电靶上某点时，便把该点对应的等效电阻R（即图中的R1，R2， R3 ，

4、）接入由信号电极板、负载电阻RL、电源E和电子枪阴极构成的回路中，于是回路中便有电流i产生。电流i的大小与等效电阻R有关，即,摄像管光电转换过程大致如下： （1）被摄景象通过摄像机的光学系统在光电靶上成像。 （2）光电靶是由光敏半导体材料制成的。这种材料的电阻值会随光线强弱而变化，光线越强，材料呈现的电阻值越小。 （3）由于被传送光图像各像素的亮度不同，因而光电靶面上各对应单元受光照强度也不同，导致靶面各单元电阻值就不一样。,（4）从摄像管的阴极发射出来的电子，在摄像管各电极间形成的电场和偏转线圈形成的磁场的共同作用下，按一定规律高速扫过靶面各单元，当电子束接触到靶面某单元时，就使阴极、信号电

5、极、负载、电源构成一个回路，在负载RL中就有电流流过，而电流的大小取决于光电靶面上对应单元阻值的大小。 可得如下结论：当组成被摄景象的某像素很亮时，在光电靶上对应成像的单元所呈现的电阻值就很小，电子束扫到该单元时出现的对应电流i就很大，这样，摄像机输出的图像信号电压就很小；反之，如果组成被摄景象的某像素很暗时，在光电靶上对应成像的单元所呈现的电阻值就很大，电子束扫到该单元时出现的对应电流i就很小，这样，摄像机输出的图像信号电压就很大。 ,2.图像的重现 图像的重现是依靠电视接收机的显像管来完成的。显像管的任务是将图像电信号转换为图像光信号，完成电到光的转换。 显像管是利用荧光效应原理制成的。所

6、谓荧光效应，是指某些化合物在受到高速电子轰击时表面能够发光，并且轰击的电子数量越多、速度越高，则发光越强。 显像管主要由电子枪及荧光屏等几部分组成。,图 1-5-1 显像管 (a) 黑白显像管内部结构; (b) 四极电子枪构造剖面示意图,1.2 电视扫描原理,1.2.1 行扫描和场扫描 显像管中的电子扫描是这样实现的：在显像管的管颈上，装有两种偏转线圈，一种叫行偏转线圈,另一种叫场偏转线圈。 设在行偏转线圈里通过的锯齿波电流如图1-4（a）所示，此电流的幅度随所选用的显像管和偏转线圈而异。从图1-4（a）、（b）可以看出：当通过行偏转线圈的电流线性增长时（t1t2），电子束在偏转磁场的作用下，

7、开始从左向右作匀速运动，这段运动过程所对应的时间叫做行扫描的正程，用TSH表示（需要的时间约为52s）。,图1-4行扫描和场扫描示意图 (a)行扫描锯齿波电流；(b)仅有行扫描时，荧光屏上呈现一条水平亮线；,图1-4行扫描和场扫描示意图 (c)场扫描锯齿波电流；(d)仅有场扫描时，荧光屏上呈现一条垂直亮线,1.2.2 逐行扫描 所谓逐行扫描，就是电子束自上而下逐行依次进行扫描的方式。,图1-5逐行扫描示意图 (a)场正程光栅；(b)场逆程光栅； (c)行扫描锯齿波电流；(d)场扫描锯齿波电流,以上所述是利用逐行扫描方式来传送一帧图像的情况。只要每帧图像的扫描行数在500行以上，就能保证足够的清

8、晰度。如果只传送一帧静止图像，就像幻灯片一样，那么情况就比较简单。而实际上图像是活动的，如何来传送活动的图像呢？我们知道，电影胶带上内容相关的每幅画面是不动的，但若以24幅每秒的速度播放，由于人眼的视觉惰性，就会感到银幕上的图像是连续活动的。受电影技术的启发，在电视技术中也采用类似的方式，每秒钟传送25帧图像就可以达到传送活动图像的目的，即帧频fZ=25Hz。,但是逐行扫描方式存在一个问题：如果每秒传送25帧图像，人眼看上去还很不舒服，存在着闪烁的感觉（因为临界闪烁频率约为45.8Hz）；如果每秒传送50帧，虽然可以克服闪烁感，却又会使电视信号所占用的频带太宽（具体原因参见1.3.2节），其结

9、果导致电视设备复杂，并使有限的电视波段范围内可容纳的电视台数量减少。因此，目前广播电视系统一般不采用这种逐行扫描方式。,1.2.3隔行扫描 隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫描。第一场扫描1，3，5，等奇数行，形成奇数场图像，然后进行第二场扫描时，才插进2，4，6，等偶数行，形成偶数场图像。奇数场和偶数场快速地均匀相嵌在一起，利用人眼的视觉暂留特性，人们看到的仍是一幅完整的图像。 隔行扫描的行结构要比逐行扫描的复杂一些。下面以每帧9行扫描线（Z=9）为例来说明隔行扫描光栅的形成过程。为简化起见，行、场逆程扫描时间均忽略不计，如图1-6所示。,图1-6隔行扫描示意图 (a)第一场；(b)第二场；

10、(c)两场相嵌；(d)行、场扫描电流波形,不引起人眼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f与很多因素有关，其中最主要的是光脉冲亮度B。对于电视屏幕来讲，它们之间的关系可用以下经验公式近似表示： f=9.6lgB26.6 式中，亮度B的单位为尼特(nit)，临界闪烁频率f的单位为Hz。当B=100nit时，f=45.8Hz。显然，随着亮度B的提高，临界闪烁频率f的值也将提高。此外，观看者到屏幕的距离以及环境条件等，也都对临界闪烁频率值有影响。,目前，大屏幕电视机的屏幕亮度可以做得很高，屏幕的最高亮度可以超过100nit，此情况下临界闪烁频率值就已超过了50Hz场频，这样在屏幕过

11、亮时，人眼还是会出现闪烁的感觉。所以，近年来国内就有生产厂商推出了场频为100Hz（远高于临界闪烁频率值）的所谓“不闪烁的电视”。 我国现行的广播电视标准规定：帧频为25Hz，一帧图像分625行传送，所以行扫描频率为fH=25625=15625Hz。隔行扫描方式的帧频较低，电子束扫描图像时所占的频带宽度较窄（约6MHz），对电视设备要求不高，因此，它是目前电视技术中广泛采用的方法。,隔行扫描的关键是要保证每帧图像的偶数场正好嵌套在奇数场中间，否则会降低图像清晰度。 要保证隔行扫描准确，每场扫描行数一般选择为奇数。从理论上讲是可以为偶数的。但要实现每场扫描的总行数为偶数的隔行扫描方式，奇、偶两场

12、扫描锯齿波电流就必须有所不同，如图1-7所示。从图1-7中可以看到，偶数场与奇数场扫描电流振幅相差iV，当奇数场扫描结束时，电流并不下降到零而是保持一定数值iV 。,图1-7 总行数为偶数的隔行扫描方式,1.2.4我国广播电视扫描参数 我国广播电视采用隔行扫描方式，其主要参数如下： 行周期：TH=64s；行频：fH=15625Hz； 行正程：TSH=52s；行逆程：TRH=12s； 场周期：TV=20ms；场频：fV=50Hz； 场正程：TSV=18.4ms；场逆程：TRV=1.6ms； 帧周期：TZ=40ms； 每帧行数：Z=625行（其中：正程575行，逆程50行）； 帧频：fZ=25Hz

13、； 每场行数：312.5行（其中：正程287.5行，逆程25行）。,1.3 重现电视图像的基本参量,1.3.1 亮度、对比度和灰度 1.亮度 亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉。度量亮度的单位为尼特（nit）。尼特定义为在一平方米面积内具有一烛光（cd）的发光强度，即1nit=1cd/m2。电视屏幕的亮度就是指在电视屏幕表面的单位面积上，垂直于屏面方向所给出的发光强度。,亮度是用来表示发光面的明亮程度的。发光面的发光强度越大，发光面的面积越小，则看到的明亮程度越高，即亮度越大。电视机荧光屏的亮度一般可以达到100nit左右。,2.对比度 客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度，通常以K表示。

14、对于重现的电视图像，其对比度不仅与显像管的最大亮度Bmax和最小亮度Bmin有关，还与周围的环境亮度BD有关，其对比度K为 （1-1） 显然周围环境越亮，电视图像的对比度就越低。 人眼对周围环境和感觉有很强的适应性，在不同的背景亮度时，人眼对亮度的主观感觉和视觉范围是不一样的。,3.灰度 图像从黑色到白色之间的过渡色统称灰色。灰度就是将这一灰色划分成能加以区别的层次数。,1.3.2 视频信号的频带宽度 1.一帧图像的像素 视频信号的频带宽度与一帧图像的像素个数和每秒扫描的帧数有关。我国的电视扫描行数为625行，其中正程575行，逆程50行。因此，一帧图像的有效扫描行数为575行，即垂直方向由5

15、75行像素组成。一般电视机屏幕的宽高比为43，因此一帧图像的总像素个数约为 ,（1-2),2. 图像信号的频带宽度 图像信号包括直流成分和交流成分。如果播送一幅左右相邻像素均为黑白交替的脉冲信号画面，显然这是一幅变化最快的图像，每两个像素为一个脉冲信号变化周期，而我国电视规定一秒种传送25帧画面，因此该图像的最高频率为,（1-3),1.3.3 图像的尺寸与几何形状 1.图像的尺寸 2.图像的几何相似性 1）非线性失真 设系统传送的是标准方格信号，则扫描锯齿波电流及对应的几何图像如图1-8所示。 ,图1-8电视图像的非线性失真 (a)不失真；(b)iYH失真；(c)iYV失真,2）几何失真 图-

16、给出了枕形、桶形和平行四边形等几何失真的情况。 ,图1-9电视图像的几何失真 (a)枕形失真；(b)桶形失真；(c)平行四边形失真,1.3.4 电视图像清晰度与电视系统分解力 电视图像清晰度是指人眼主观感觉到的图像细节的清晰程度。电视系统传送图像细节的能力，称为系统的分解力。电视系统的分解力又分为垂直分解力和水平分解力。 1.垂直分解力 考虑到图像内容的随机性，则有效垂直分解力可由下式估算出： M=KZ （1-4） K值通常取0.51之间，若取K=0.76，则有效垂直分解力M=0.76575=437线。,图1-10 人眼的分辨力示意图,2.水平分解力 从减小孔阑效应提高水平分解力考虑，需要减小电子束直径。由于一般电视机屏幕的宽高比为43，故有效水平分解力可根据式（1-4）求出： ,图中，为分辨角，是在一定距离L时，人眼恰能分辨的两个黑点之