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1、电视传像原理与CRT显示技术,仇怀利,电视传像原理,图像的特点与组成,像素 单值光特性和几何位置 亮度、色度都是（x,y,t）的函数 利用人眼视觉特性，采用扫描方法，按时间顺序逐一传送空间分布的每一像素的亮度和色度，这样就把空间坐标(x,y)也转换成时间t的函数了。,图像的顺序传送,同一顺序 利用人眼的视觉暂留和发光材料的余辉特性,图像的顺序传送,图像的顺序传送就是在发送端把被传送图像上各像素的亮度、色度按一定顺序，逐一地转变为相应的电信号，并依次经过一个通道，在接收瑞再按相同的顺序，将各像素的电信号在电视机屏幕相应位置上转变为不同亮度、色度的光点。只要这种顺序传送的速度足够快，那么由于人眼的
2、视觉暂留和发光材料的余辉特性，就会感到整幅图像在同时发光。这种按顺序传送图像像素的电视系统，就称为顺序传送制。,电视扫描,逐行扫描 隔行扫描,电视扫描,逐行扫描 行扫描： 行正程THt行逆程THr行周期TH， 行扫描频率fH=1/TH 行逆程系数=THr/TH ，按电视标准规定为18%,帧扫描 帧周期TF = 帧正程TFt +帧逆程 TFr ； 帧扫描频率fF/TF； 帧逆程系数= TFr/ TF，按电视标准规定(=8%),隔行扫描 每秒只传送25帧(或30帧)图像，但每帧图像分奇、偶两场来传送,帧vs场 隔行扫描成功的关键是帧行数Z是奇数。 Z=2n1 优点：解决通频带与清晰度之间的矛盾；
3、缺点： 易产生“并行”； 行间闪烁：每一行的亮度是以帧频重复的，所以当仔细观看比较亮的细线时就会感到有些闪光，即行间闪烁现象。,同步,同步是指使收、发两端扫描同频、同相和波形相似，满足这样条件的扫描称为同步扫描。 当收、发端场频不同步时， 图像会上下滚动，并出现场消隐黑带在屏幕上移动，频差越大，滚动越快。 当收、发端行频不同步时， 屏幕上出现粗细不一、方向不一、疏密不一的歪斜，图像如被撕裂，则根本看不清原来图像是什么样子,若频率相同，相位不一致 差半行；差半场,收、发端扫描电流波形不同,同步脉冲是控制逆程的起点，所以同步脉冲的前沿表示上一行(场)正程的结束,按我国电视标准，行同步脉冲的频率等于
4、行频为15.625kHz，行周期为64 s。在电视技术中常以64s作为时间单位，并以H表示，即1 H = 64s。 场同步脉冲频率等于场频为50Hz，场周期为20ms，即312. 5H。 行同步脉冲宽度为4.7s左右，场同步脉冲宽度为2.53H。,复合同步脉冲的分离微分、积分,场同步期间，行同步消失； 可采用场同步开槽的办法； 开槽的上升沿是行正程的结束。,在隔行扫描中 解决办法 如果将场同步脉冲中的开槽脉冲频率提高1倍，并在场同步脉冲前、后各加5一6个两倍行频的前、后均衡脉冲(宽度为2.35 s)，使奇、偶场的场同步脉冲及其前后一段时间的波形完全相同，则时间差的影响可降到不计程度。,消隐,逆
5、程期间电子束截止 按我国电视标准，行消隐脉冲的重复频率也是15.625kHz，脉冲宽度为12 s，为了确保行逆程被完全消隐掉，所以行消隐脉冲的前沿比行同步脉冲前沿提前1.31.5 s。 场消隐脉冲的重复频率为50Hz，脉冲宽度为25H。但场同步脉冲之前有前均衡脉冲，它虽位于正程中，但这段时间不能用来传送图像，必须消隐掉，所以消隐脉冲的前沿应比第一个前均衡脉冲提前1.31.5 s。,全电视信号,负极性黑白全电视信号：图像信号、复合同步脉冲、复合消隐脉冲的电信号以及（色同步信号） 同步脉冲电平为100 %，消隐脉冲与黑电平为75 %，白色电平为(12.5 2.5) % 便于幅度分离电路分离同步信号
6、,负极性黑白全电视信号,电视图像信号,1、图像内容与电信号的关系 图像亮度只有正值； 系列脉冲，宽度与图像有关 随着横向黑白条数的增加，电信号频率以场频的倍数增加;随着竖向黑白条数的增加，电信号频率以行频的倍数增加,电视图像与信号波形,图像电信号所能达到的最高频率 625行，消隐50行 取水平分辨率与垂直分辨率相等 一个画面的像素数 每秒切换25个画面 相邻每对黑白像素为一个周期 算得最高视频为5.5MHz。,2、电视图像信号的特点 脉冲性： 单值 幅度对应像素亮度大小 宽度对应明暗尺度大小 前后沿的陡度对应明暗变化的程度，同时受像素本身尺度的限制。 周期性： 图像在在垂直和水平方向都有变化，
7、则通过扫描形成的电信号是受场频调制的行频脉冲序列，,垂直或水平方向亮度突变图像信号及频谱,水平、垂直方向均有变化的图像信号及其频谱,通过分析电视图像的频谱可知，它具有以下特点 频谱是以行频及其谐波为中心的一束束离散型谱线群组成; 随着行频谐波次数的增高，主谱线幅度逐渐变小，而且主谱线两侧的副波线也很快衰减; 各束谱线之间存在空隙。正是这个空隙的存在，为彩色信号在黑白电视频道内传输提供了可能性。,按人眼视觉特点确定电视标准,1.扫描行数的选择 人眼视角在10以内是视力敏感区，属黄斑视觉范围，对图像颜色及细节的分辨率最强。 水平方向20以内，垂直方向15以内是视觉清晰区，能正确识别图形，清晰地看到
8、图像，而不需要移动眼球(即注视点)。因此电视画面一般设计成宽高比为4:3，且观察电视时宜将画面水平视角限制在20以内。,2、场频的选择 根据人眼临界闪烁频率FFC，场频应高于46Hz，考虑到图像信号占有频带不致过宽，场频不应任意提高。 另外考虑到减少电网干扰，场频最好与电力网频率同步。 所以目前各国电视广播场频都选与市电电源相同的频率，即50Hz或60Hz。,我国黑白电视体制主要参数,每帧行数625;行频15.625kHz;扫描方向从左向右;行周期64.us，其中正程52us，逆程12us;行同步脉冲宽度5.lus(彩色电视中为4. 7us);行消隐脉冲宽度12us，并比行同步脉冲领先1.31
9、.5us。 帧频25Hz;场频50Hz，采用2:1隔行扫描;扫描方向为由上向下;场周期20ms，其中正程18.4ms，逆程1.6ms;场同步脉冲宽度为2.5一3H (1H=64us);场消隐脉冲为25H，并领先第一个前均衡脉冲1.3-1. 5us 全电视信号带宽为6MHz，图像信号采用调幅方式，声音信号采用调频方式;在广播时各相邻频段载波频率相差8MHz，如电视第一频道为49. 75MHz，第二频道(即中央一台)为57.75MHz。,彩色电视信号的传输,兼容性限制： 彩色电视广播必须也能被黑白电视机所“理解”，这意味着彩色电视应保留黑白电视的制式标准。例如扫描方式和扫描频率，行、场同步信号，频
10、带宽度、载频和射频特性等; 彩色电视信号中必须包含一个能正确重现灰度的亮度信号，而这个亮度信号应该尽可能少地受到附加色度信息的干扰;， 在发送端应该尽可能使用黑白电视广播设备进行彩色电视广播; 彩色电视信号中的色度信号应该能和亮度信号在0一6MHz同一通道内同时传送，而且这种信号容易分开，又不互相串扰。 彩色信号中的色度信号经过编码后，信号中的冗余信息最少。,显示三基色 在用彩色显像管作为显示器时，彩色重现采用红、绿、蓝三色荧光粉。每种荧光粉有一个光谱分布，可以计算出每种荧光粉在色度坐标上的位置(x，Y)。这三种荧光粉坐标在色度图上构成一个三角形。三种荧光粉的不同组合所能形成的色彩均限在这个三
11、角形中。 不同的彩色电视体制所选用的显像三基色是不同的。,彩色电视色度重现范围 两种制式显像三基色三角形，如图。由图可知，这两个三角形所组成的色域都比彩色印刷、染料或胶卷的色域大，所以显像管彩色电视能重现自然界绝大多数颜色。 从理论上讲，三基色越靠近光谱轨迹，越能重现出更多饱和度高的色彩。 但荧光粉的发光效率随着材料色饱和度的提高而降低，即亮度会降低。 故只能在色饱和度和亮度之间作折衷选择。,NTSC制式 规定1Re+1Ge+1Be=1光瓦的白光 （1光瓦683lm） Y = 0. 30 R+0. 59 G+0.11 B Y代表彩色的亮度。 PAL制式 规定采用1Re2+1Ge2+1Be2=1
12、光瓦的D65白光,以D65为标准白光 Y=0. 22R+0. 71 G+0. 07 B,兼容制彩色电视系统传送的信号 三个参数： Y=0. 30 R+0. 59 G+0. 11 B R-Y=0. 70R一0. 59 G一0. 11B B-Y=-0. 30R一0. 59 G+0. 89B G-Y=-0. 30R + 0. 41G-0.11 B 选用R-Y,B-Y两个色差信号进行传送其主要理由 在Y方程中，G信号的系数最大，使G-Y信号比R-Y, B-Y信号都小得多，信号抗干扰性差;,亮度信号 色差信号,选用R-Y,B-Y两个色差信号进行传送其主要理由 在接收端用R一Y，B一Y可方便地恢复出G一Y
13、，即: G-Y=-0. 51( R-Y)-0.19( B-Y) 方程右边的系数都小于1，利用电阻分压器简单地就能达到。 如采用G-Y作为被传送的两个色差信号之一，则在接收端恢复第三个色差信号时，它们的式子是: R-Y=2.0(G-Y)-0.19( B-Y) B-Y=-2.7(R-Y)-5.4( G-Y) 可见上面两个式子中右边皆出现大于1的系数，需采用放大器，增大了技术难度。,采用色差传送的优点 传送黑白图像时，两个色差信号都为零，所以色差信号不会干扰亮度信号。 因为传送黑白图像时，必有R=G=B= 01 代入前式可知B-Y=R-Y=0 有利于节省色度信号的发射能量。因为一般情况下彩色图像大部
14、分面积上的像素接近于白色或灰色，即这些地方的色差信号为零，只有小部分面积上的彩色像素色差信号不为零。因此用色差信号传输色度信号较之用ER, EG, EB传送所需的发射能量小得多。,在接收机中利用解码矩阵很容易将色差信号还原成三个基色信号: R=(R-Y)+Y B=(B-Y)+Y G=(G-Y)+Y= Y-0.51(R-Y)-0.19( B-Y),大面积着色原理 由于人眼对彩色的分辨力比对黑白细节的分辨力低很多，这样可以只传送景物中大面积的彩色部分，而彩色细节则用黑白图像代替，这一处理彩色的方式称为大面积着色原理。 我国电视标准规定， 亮度信号带宽为6MHz，色度信号带宽为1.3MHz。,大面积
15、着色原理,如上图，以上是视频采集卡得到的图像，第一幅是Y分量描述黑白图像，第二幅是U(V)分量描述，第三幅是V(U)分量描述，第四幅是YUV三幅合成后得到的正常图像。黑白图像与如此模糊的UV分量图合成后竟然如此真实的得到彩色图像，这就是事实。由此得出：Y分量是黑白轮廓图像，UV分量很模糊，只是大约描述了整块的色彩，这就是“大面积着色原理”。,恢复三基色信号时的混和高频原理 R=(R-Y)0-1.3+Y0-6=R0-1.3+Y1.3-6 B=(B-Y) 0-1.3+Y0-6=B0-1.3+Y1.3-6 G=(G-Y) 0-1.3+Y0-6=G0-1.3+Y1.3-6,频谱交错原理 将色度信号的频
16、谱插在亮度信号频谱的空隙中间进行传送，以实现在同一个通道内同时传送亮度信号和色度信号的目的。这种处理亮度信号和色度信号的方法被称为频谱交错原理或频谱间置原理。,由于色差信号的频谱也是以行频fH为间隔的谱线群结构，如果选择色差信号的载波(称为副载波)频率fsc为(n-1/2)fH; 其中n =1,2,3n，即选副载波的频率为半行频的奇数倍，将可以实现正确的频谱搬移,彩色电视图像信号的频谱,副载频的选择应遵循以下原则 为实现频谱交错，副载频必须是半行频的奇数倍，即fSC=(2n-1)fH/2 使色度信号与亮度信号间的串扰为最小。 亮度信号能量主要集中在视频通带的低端；故色度信号应集中在通带的高端，但色度信号的上边频不应超过通频带上限。 若色度信号带宽为1.5MHz，则fsc6-1.5=4.5MHz 副载频与半行频间有简单的倍数关系，以便电路上容易实现。 取n284，fsc=567fH/2=79
