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1、第二章 电视传象基本原理 第二章第二章 电视传象基本原理电视传象基本原理信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 第二章电视传象基本原理第二章电视传象基本原理第二章电视传象基本原理第二章电视传象基本原理电影：电影： 电影和电视的相同点都是用来显示活动图象，它是根据人眼的视觉惰性，在一秒中内连续放映24幅图象从而产生图象活动的感觉。 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理如上图眼睛感觉亮度的曲线近于指数规律，t1t2为视觉暂留时间约0.1秒，当f10帧/秒时，感觉出活动感，但有跳动感，要实现连续感则f24帧/秒；这时图象仍有闪烁感，为消除闪烁感，则需要f46帧/秒。结论：显示活
2、动图象应有结论：显示活动图象应有f24f24帧帧/ /秒。秒。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理传真：传真：传真与电视的共同点是传送（静止）图象和文字的。其传送过程是：将图象分解成像素变成电信号通过机械扫描将像素恢复合成图象。结论：传送图象通过传送像素来实现。结论：传送图象通过传送像素来实现。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理无线电广播：无线电广播：无线电广播与电视的共同点都是远距离传送电信号，其工作过程是将声音转换成电信号放大后调制载波发送出去接收机收到电信号后通过信号处理还原成原来的声音信号，即：声电声。结论：远距离传送电信号通过载波调制方式来结论：远距离传送电
3、信号通过载波调制方式来实现。实现。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 由此图像传输过程为：图像分解成像素（约40万个）光电转换（图象信号）调制发射信号接收处理像素合成；而且为保证图象活动的连续性，f24帧/秒，这样在一秒钟内将有2440万像素，只能采用电子扫描的方式来进行。 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.12.1电视传象原理电视传象原理2.1.12.1.1顺序传送原理顺序传送原理. .图象的表示图象的表示亮度L、色调和饱和度S 是空间坐标x、y、z和时间t的函数，即L、H、S都是四维函数，因此任何图象都可用下列方程组表示L=L=fL(x,y,z,tfL(x,
4、y,z,t) )H=H=fH(x,y,z,tfH(x,y,z,t) )S=S=fS(x,y,z,tfS(x,y,z,t) )若传送的是二维图象，则变为：若传送的是二维图象，则变为： L=fL(x,y,t)H=fH(x,y,t) S=fS(x,y,t) 讨论最简单的黑白图象黑白图象，则只有亮度方程：L=fL(x,y,t) 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理. .图象分解与顺序传送图象分解与顺序传送 实现顺序传送顺序传送需解决三个问题： A、图象像素电信号 B、电信号图象 C、同步信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.1.22.1.2图象摄取与重现图象摄取与重现 1.
5、1. 光电效应光电效应 光敏材料的电阻率随光照的强弱而不同，这种现象叫光电效 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2. 2. 光电转换光电转换 利用光电效应，将光信号转换为电信号的过程称为光电转换。 图象信号图象信号：与图象像素亮度成比例的电信号称为图象信号。 若信号电平与图象亮度成正比U（L）L或U（L）=kL，则称为正极性图象信号；反之，如果信号电平大小与图象的亮度成反比U（L）1/L则称为负极性图象信号。我国电视标准规定发射时采用负极性图象信号。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.22.2电视扫描原理电视扫描原理2.2.1 2.2.1 逐行扫描逐行扫描 定义：
6、一行挨一行的扫描方式称为逐行定义：一行挨一行的扫描方式称为逐行扫描。扫描。 行扫描正正程，用THrTHr表示。行扫描逆逆程，用THrTHr表示。 一般THrTHr, 且有TH=THr + THr。 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 场扫描正正程(电子束从上到下的扫描) ，用TV tTV t表示。 场扫描逆逆程(电子束从下快速返回顶端 )，用TV rTV r表示。 一般有TV TV r rTVtrTVtr，TV=TV=TVTV r + TV r r + TV r。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.2.2 2.2.2
7、 隔行扫描隔行扫描 定义：定义：将整个光栅分奇偶行进行两次扫描，先从上到下扫1、3、5、数行，形成奇数场，然后再从上到下扫2、4、6、偶数行，形成偶数场，两场光栅互相嵌套、均匀镶嵌，共同构成一幅完整的光栅，这种扫描方式叫做隔行扫描。因为两场合在一起的总行数不变，故清晰度未减，且送50场，也无闪烁感。 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理综上所述综上所述，隔行扫描应满足的要求可归纳为两条： （1）.对于每一帧，扫描的起点应相同，以保证各帧光栅的重叠，这就要求每帧的扫描光栅行数为整数。 (2）.相临两场扫描光栅必须均匀镶嵌，以获得最高清晰度，只有每场都包含半行才能做到这一点，因此每帧必
8、须是奇数行。 故： Z= 2n +1Z= 2n +1 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理隔行扫描存在的缺点： A行间闪烁效应。 B并行现象信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.3 2.3 电视图象基本参量电视图象基本参量 一、图象的几何特征一、图象的几何特征 所谓几何特征即图象各部分的比例关系是否合适,以及容许的失真程度. .根据人眼的视觉特性,视觉最清楚的范围是垂直夹角度 15,水平夹角20的一个矩形面积,因此目前各国电视接收机的屏幕皆采用矩形,且宽高比K=4:3.(宽高比称为电视屏幕的幅型比,一般用K表示). .
9、收发两端的K应相同. .扫描电流的非线性程度影响图象的几何相似性.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理二、亮二、亮度和对比度度和对比度. . 根据实测,电视图象的平均亮度应大于30nit(1nit=1烛光/米 2),最大亮度Bmax100nit. 对比度:图像最亮处的亮度Bmax与最暗处的亮度Bmin之比叫做对比度.即对比度C=Bmax/Bmin。对比度除了与电视本身有关外,还与观看条件有关,若有杂散光线照射,则对比度就会下降.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理三三、清晰度与分解力清晰度与分解力. .图象清晰度是指人眼
10、主观感觉到的图象细节呈现的清晰程度.它与电视系统传送图象细节的能力有关,这种能力称为分解力或分辨力。 定义定义: :电视系统传送图象细节的能力,称为电视系统的分解力. 象素数=行数行元数(一行内的象素数) 故可以将分解力分为垂直分解力与水平分解力分别讨论. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理. .垂直分解力垂直分解力 沿图象垂直方向所能分解的象素数(或黑白相间相间的条纹数)，用 M表示垂直分解力，则有：M=k1 (1-) Z式中0 k11(可取k1=0.7).信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理. .水平分解力水平分解力定义定义: :沿图象水平方向所能分解的象素数(或
11、黑白相间的条纹数).通常用N表示水平分解力.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理实验证明实验证明,水平分解力等于垂直分解力是最佳情况,又由于 K=4:3,故水平分解力是:信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理. .图象信号的频带宽度图象信号的频带宽度. .图象信号的频带图象信号的频带, ,因任何图象信号都有一平均分量,因此fmin=0,故fmax就决定了频宽. 按我国标准, fV =50Hz,Z=62=18%,=8%, k1 (1-)=0.7, 代入上式: f=fmax5.6MHz留取一定的余量,视频带宽取6MHz.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.4
12、2.4 复合视频图象信号复合视频图象信号( (全电视信号全电视信号) )一、全电视信号的组成一、全电视信号的组成. .综上所述,复合视频图象信号由以下几部分组成:.图象信号 .水平消隐脉冲和水平同步脉冲. 场消隐脉冲和场同步脉冲.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理. .图象信号图象信号. .作用:控制显象管中射到荧光屏电子束的强弱.通常加到CRT的阴极.电平标准:若电平最大值是1,则白色电平幅度为12.5%;黑色电平幅度为75%;灰色电平幅度为12.5%75%; 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理. .复合消隐信号复合消隐信号. .信息工程学院信息工程学院第二章 电
13、视传象基本原理消隐作用消隐作用: :控制电子枪在行逆程期不发射电子,从而消除回扫线.行消隐信号在行逆程期间传送,时间为12s,每行一个,其幅度与黑电平相同.场消隐脉冲在场逆程期间传送 ,脉宽为1612s,一场一个,其幅度与黑电平相同.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 3.3.复合同步信号复合同步信号. .同步信号的作用同步信号的作用: :所谓同步,即保持收发两端的扫描步调一致,它包含两层意思: A、接收端的行、场扫描频率与发送端相同,此即同频. B、接收端行、场扫描的起始时刻与发送端一致,此即同相. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 .行同步信号行同步信号: :
14、 A 、行同步在行消隐期间传送,脉宽4.7s,幅度比消隐高25%(100%),是电视信号中最高的幅度. B、行同步脉冲前沿距行消隐前沿1.3s(前肩). C、行同步的上升沿控制回扫的起点. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理.场同步信号. A、场同步在每一场的场消隐期间传送,脉宽2.5H或160s,幅度 比消隐高25%(100%),与行同步信号幅度相同. B、场同步脉冲前沿距场消隐前沿2.5H(前肩). C、场同步的上升沿代表场回扫的起点.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理二、场同步开槽脉冲与均衡脉冲二、场同步开槽脉
15、冲与均衡脉冲. 1.1.场同步开槽脉冲场同步开槽脉冲 .同步信号的分离方法及开槽原因. 同步信号的分离如下: 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理可见在场同步期间,由于行同步被淹没,致使丢失了两个行同步信号,由此造成行扫描电路失控而失同步,在荧屏上将 造成若干行不同步,甚至上部扭曲。解决的办法就是对场同步开槽.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理.开槽的方式开槽的方式. . 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.2.均衡脉冲均衡脉冲 A A、保证场同步起始时刻的积分起点一样.不一致的原因是距前面第一行同步的距
16、离不同,为此在场同步的前2.5H每半行加一个脉冲,这5个脉冲称为前均衡脉冲.为保证积分输出波形在较宽范围一致,在其后2.5H 内也半行加一个脉冲, 称为后均衡脉冲,脉冲宽度为2.35s. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理B B、保证场同步内开槽脉冲的位置、个数一致,为此每半行加开一个槽,共五个,使两种情况下积分输出波形在场同步期内的电容冲放电时刻相同 经上述改进后经上述改进后, , 奇偶或偶奇过渡的场积分波形变为相同,从而保证了隔行扫描的有效进行. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理3.视频信号总结.一帧图象以奇数场
17、同步脉冲上升沿为起点. . 奇数场从整行开始,如上图,第1、第2、第3行的一半为场同步(五个槽脉冲)(第1、3、5槽脉冲起均衡作用,第2、4上升沿起同步作用);第3行后半行及4 、5行为后(第2、4个起同步作用); 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理第3行后半行及4 、5行为后 (第2、4个起同步作用);从第6 23.5行17.5H+12s,从第23.5 310行为场正程. . 偶数场开始于半行处,即第313.5行处, 311H335H为 消隐期,336H623.5H为场正程.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理全电视信号三大特性全电视信号三大特性: : 单极性单极性
18、: :只能是正信号或负信号,因此包含有直流分量. 周期性周期性: :图象信号是随机的,它可以是连续的渐变信号也可以是脉冲跳变信号,而相邻行的信号是类似的,故可以认为具有周期性. 脉冲性脉冲性: :各种脉冲信号都有严格的周期性.结论结论: : 组成:图象信号、复合消隐信号、复合同步信号、前后均衡脉冲 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理电平分配电平分配: :同步电平100%,黑电平75%,白电平12.5%. 时间分配时间分配: :1H:TH=64s, THS=52s, THr=64s,行同步脉宽4.7s,前肩1.3s 1V: TV=20ms, TVs=18.4ms, TVr=1.6m
19、s场均衡脉冲: 2.35s,周期半行,共10个.5个槽(齿)脉冲,宽4.7s, 27.3s 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 2.52.5彩色图象的传输与重现彩色图象的传输与重现. . 2.5.1 2.5.1 兼容性兼容性. . 1.1.兼容兼容 兼容即是指黑白电视机可以接收彩色电视信号而显示黑白图象;同时彩色电视机也可以接收黑白电视信号而正常工作,这就叫兼容. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理兼容性兼容性要求彩色电视信号必须满足以下条件条件: : .必须包含一个亮度信号,它仅反映图象的明暗程度,相当于黑白图象信号. .必须包含彩色信号,它仅代表色度,可以与亮度
20、信号一起发送,在接收端又可以被分开,同时二者互不干扰. .与黑白电视信号有相同的带宽,即8 MHz;同时图象载频、伴音载频以及频道的划分都应与黑白电视相同.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.5.2 传输信号的选取. 1.亮度信号 EY=0.3ER+0.59EG+0.11EB 2.色差信号 定义:基色信号与亮度信号之差称为色差信号. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=O.7R-R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=O.7R-0.59G-0.11B0.59G-0.11B B-Y=B-(0.3R+0.59G
21、+0.11B)=-0.7R- B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.7R-0.59G+0.89B0.59G+0.89B G-Y=-0.7R+0.41G-0.89B G-Y=-0.7R+0.41G-0.89B信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.5.3 2.5.3 大面积着色原理与频谱交错原理大面积着色原理与频谱交错原理一、大面积着色原理一、大面积着色原理. .1.1.亮度信号带宽仍保持亮度信号带宽仍保持6MHz.6MHz. 由于亮度信号中的高频成分代表图象细节,若将其频带压缩,势必使图象中失去细节而降低了清晰度,故为保证足够的清晰度,亮度信号的频带仍取6MHz.
22、 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2. 2. 大面积着色原理大面积着色原理. . 人眼分辨彩色差别的能力要比分辨亮度差别的能力低的多,彩色电视系统在传送彩色信号时,可以只传送一个粗线条(大面积)的彩色图象,并配以亮度细节。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理图像信号频谱特点图像信号频谱特点: : .亮度信号频谱是离散频谱,它的能量绝大部分集中行频及其谐波附近,成束分布. .相邻行频谐波之间有很大一段为能量极少的空白区. .信号能量随行频谐波次数的提高而减少.2.2.频谱交错频谱交错. . 宏观重叠,微观交错.见下图.
23、 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理二、频谱交错. 1.亮度信号的频谱结构.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理3.3.正交平衡调幅波正交平衡调幅波 为达到在6M带宽内传送彩色电视信号,采用了频谱交原理,它应满足:.色度信号对亮度信号的干扰最小.色度信号的以调波中无用信号成份小,彩色信杂比高.两个色差信号互相串扰小,且易于分离,为此采用正交平衡调幅的调制方式.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理(1).(1).平衡调幅波平衡调幅波. . 设有调制信号为u=Umcosmt 载波为us=Uscosst 则调幅波可写成:uAMuAM=US(1+ =US(1+ M
24、cosmt)Mcosmt)cosstcosst式中式中M=Um/Us M=Um/Us 为调幅系数为调幅系数,M1.,M1.将上式展开将上式展开: : uAM= US cosst +(USM/2)cos(s+m)t+(USM/2)cos(s-m)t在调制波中去掉副载波信号,叫抑载调幅波,这就是平衡调幅波: 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理uBMuBM=(USM/2)cos(s+m)t+(USM/2)cos(s-=(USM/2)cos(s+m)t+(USM/2)cos(s-m)t= m)t= UmcosmtcosstUmcosmtcosst. . 由此可知,平衡调幅波是调制信号与载
25、频信号的乘积,因此平衡调幅器实质是一个乘法器。特点特点: : .uBM不再含有载频分量. .uBM的极性由调制信号和载频信号的乘积决定.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理.uBM的幅度与调制信号的幅度成正比,其包络不再代表调制信号,只有与原载频信号的正峰点相对应的样点,才代表原调制信号的波形,因此不能用一般的检波器检出原来的调制信号,只能用同步检波器. . 调制信号过零时,平衡调幅波包络里载波倒相180. . 调制信号为零时,平衡调幅波也为零. 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理(2).(2).正交平衡调幅正交平衡调幅.正交调幅:把两个色差信号分别调制在频率相同、相
26、位相差90的副载波上。 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理由上图分析可得：信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.62.6彩条信号及其波形图彩条信号及其波形图. . 2.6.1 2.6.1 标准彩条信号标准彩条信号一、彩条亮度及色差信号的波形一、彩条亮度及色差信号的波形. . 标准彩条信号：白黄青绿紫红兰黑。信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理二 、彩色全电视信号. 1.全电视信号波形及动态范围.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理可见彩条全电视信号的电平变化范围大大超过黑白电视中所规定的电平范围
27、,动态范围这样大的视频信号,通过电视系统时,易引起彩色失真、失步以致发射机产生过载和过调制现象,所以在传送过程中,必须将视频信号的幅度进行压缩.信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理2.2.色度信号的压缩色度信号的压缩. . 幅度压缩的原则是幅度压缩的原则是: : .保持亮度信号幅度不变. .只对色度信号进行压缩,并且让彩色电视信号中的最高与最低电平不超过白色与黑色电平的33%.即: Y+F0.33 or 1.33按上述原则压缩后的两个色差信号分别称为V信号和U信号, 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理 经计算可得:V=0.877(R-Y) U=0.493(B-Y) 压缩后的色度信号为: 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理3.3.彩条矢量图彩条矢量图( (色度信号矢量表示色度信号矢量表示) ) 信息工程学院信息工程学院第二章 电视传象基本原理总结总结: :.三基色及其补色,共六点.矢量长度表示饱和度,相角表示色调.已知一个彩色,利用F= Fmsin(st+)确定其F与,在矢量图中找到其位置,从而可确定色调. .已知一彩色在矢量图中的位置,就可立即确定其色调.白、灰、黑,因饱和度为零,对应坐标原点.矢量图中任意两个矢量相加,可得到第二个矢量(彩色).可以通过矢量示波器测试传输系统的传输特性.信息工程学院信息工程学院
