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1、2. 电视传像的基本原理像的基本原理电视系系统：摄像、像、传输、显像像组成成本章本章讨论：电视系系统组成原理、成原理、扫描原理、描原理、图像基本参量、像基本参量、传送彩色送彩色图像像时信号的信号的选择及有关原理。及有关原理。2.1 电视系系统组成原理成原理2.1.1 图像像顺序序传送原理送原理1. 图像的表示法：亮度像的表示法：亮度L、色、色调H、饱和度和度S 对于黑白于黑白图像在二像在二维空空间平面平面图像：像： 2. 图像的像的顺序序传送送一幅一幅图像由像由许多像素构成，要同多像素构成，要同时把他把他们的的变化有甲地化有甲地传到乙地几乎是不可能的。到乙地几乎是不可能的。合理的解决方法是：把
2、各个像素的合理的解决方法是：把各个像素的变化按照化按照一定一定顺序序转变为电信号，按照信号，按照顺序序传送。在送。在接受端，再按照同接受端，再按照同样顺序将各个序将各个电信号在相信号在相应的位置上的位置上转变为光。只要速度快，人眼的光。只要速度快，人眼的视觉惰性和惰性和发光材料的余光材料的余辉特性会使有同特性会使有同时发光的感光的感觉。 手动扫描手动扫描 收收发端的同步：端的同步：顺序序传送要求迅速、准确，送要求迅速、准确，每个像素的几何位置要一一每个像素的几何位置要一一对应，不能，不能错位，位，否否则收端将分辨不出原画面。收端将分辨不出原画面。3. 扫描描行行扫描：自左至右的描：自左至右的扫
3、描描场扫描：自上而下的描：自上而下的扫描描将空将空间、时间函数函数L=fL(x,y,t)变成成 时间函数的函数的电信号信号UL=f(t) ,这就就实现了平面了平面图像亮度的像亮度的顺序序传送。送。 逐行逐行扫描描对图像像进行垂直空行垂直空间抽抽样，逐逐场扫描描对图像像进行行时间轴抽抽样，再按行、再按行、场顺序依次序依次发送就成送就成为视频信号。信号。2.1.2 光和光和电的的转换原理原理1. 摄像像（第四章（第四章讲CCD） 2.1.3 彩色彩色图像的像的摄取与重取与重现1.彩色彩色图像的像的摄取取 彩色彩色图像的重像的重现图图25蔭罩式彩色显像管简图蔭罩式彩色显像管简图 图图26蔭罩板的作用
4、示意图蔭罩板的作用示意图2.2 电视扫描原理描原理2.2.1 逐行逐行扫描描行偏行偏转线圈中有行偏圈中有行偏转电流，流，产生水平方生水平方向的偏向的偏转磁磁场。场偏偏转线圈中有圈中有场偏偏转电流，流，产生垂直方向的偏生垂直方向的偏转磁磁场。电子束在行、子束在行、场偏偏转磁磁场的共同作用下，的共同作用下，一行接一行的一行接一行的扫描方式叫逐行描方式叫逐行扫描。描。 行行扫描：描：电子束在水平方向上的子束在水平方向上的扫描描行正程行正程扫描：描：电子束在水平方向上自左端至子束在水平方向上自左端至右端的右端的扫描。描。行逆程行逆程扫描：描：电子束在水平方向上自右端至子束在水平方向上自右端至左端的快速
5、返回左端的快速返回扫描。描。 只有行扫描时只有行扫描时 只有场扫描时只有场扫描时 行扫描电流的电子束在水平方向上的运动速行扫描电流的电子束在水平方向上的运动速度远大于场扫描电流电子束在垂直方向上的度远大于场扫描电流电子束在垂直方向上的运动速度，所以在屏幕上出现了稍微倾斜的运动速度，所以在屏幕上出现了稍微倾斜的直线光栅。直线光栅。一场一场有有6行行 消除了逆程回扫线消除了逆程回扫线 625行行时，光，光栅近似近似为水平直水平直线逆程期逆程期间不不传送送图像，像，让电子束截止子束截止 ，称，称为消消隐正程正程扫描描时间要大于大于逆程要大于大于逆程扫描描时间行行扫描逆程系数（描逆程系数（18%）：=
6、 =THr/TH 其中：其中： THr 行行扫描逆程描逆程时间 TH 行行扫描描总时间场扫描逆程系数（描逆程系数（8%） ：= =TVr/TV 其中：其中： TVr场扫描逆程描逆程时间 TV场扫描描总时间2.2.2 隔行隔行扫描描v1. 隔行扫描的提出隔行扫描的提出v根据人眼的视觉惰性和分辨能力根据人眼的视觉惰性和分辨能力v保证人眼的舒适度和观看的清晰度保证人眼的舒适度和观看的清晰度v隔行扫描的原理：一帧图像两场扫描隔行扫描的原理：一帧图像两场扫描v帧频概念：隔行扫描时，帧扫描频率是场频的帧频概念：隔行扫描时，帧扫描频率是场频的1/2v2. 隔行扫描光栅的形成隔行扫描光栅的形成v奇数行隔行扫描
7、需满足要求：奇数行隔行扫描需满足要求：v（1）下一帧扫描起始点应与上一帧起始点）下一帧扫描起始点应与上一帧起始点相同，以便保证各帧扫描光栅重叠相同，以便保证各帧扫描光栅重叠v（2）相邻两场扫描光栅必须均匀镶嵌，以）相邻两场扫描光栅必须均匀镶嵌，以获得最高清晰度获得最高清晰度v因此行频因此行频 与场频与场频 存在下列关系：存在下列关系：v式中，式中，n为正整数，为正整数， 为扫描行数，为扫描行数，且为奇数且为奇数v偶数行偶数行 隔行扫描未被采用原因是技术实现隔行扫描未被采用原因是技术实现比较困难。比较困难。v3. 隔行扫描的缺点隔行扫描的缺点v（1）行间闪烁效应）行间闪烁效应v（2）并行现象）并
8、行现象v（3）特定条件下的）特定条件下的“锯齿化锯齿化”现象现象2.2.3 扫描的同步扫描的同步v1.扫描的同步扫描的同步v解决方法：加入同步脉冲解决方法：加入同步脉冲v2.消隐脉冲与复合同步脉冲消隐脉冲与复合同步脉冲v复合同步脉冲只要经过简单的微分电路和积复合同步脉冲只要经过简单的微分电路和积分电路，就可以分别得到行同步脉冲和场同分电路，就可以分别得到行同步脉冲和场同步脉冲步脉冲v3.开槽场同步脉冲与均衡脉冲开槽场同步脉冲与均衡脉冲v开槽场同步脉冲提出原因：场同步期间没有开槽场同步脉冲提出原因：场同步期间没有行同步信号，影响在整个扫描过程中的严格行同步信号，影响在整个扫描过程中的严格同步同步
9、v两场的同步脉冲的起始点的时间差异两场的同步脉冲的起始点的时间差异 的消的消除除v在场同步脉冲前、后的窄脉冲分别称为前均在场同步脉冲前、后的窄脉冲分别称为前均衡脉冲与后均衡脉冲衡脉冲与后均衡脉冲v黑白全电视信号黑白全电视信号 2.3 电视图像的基本参量像的基本参量v2.3.1 图像的几何特征图像的几何特征 v一般用扫描非线性系数一般用扫描非线性系数 来度量非线性畸变来度量非线性畸变的程度的程度v行、场扫描非线性系数分别用行、场扫描非线性系数分别用 和和 表示，表示，计算如下：计算如下：v我们用几何畸变系数表示光栅几何畸变的程我们用几何畸变系数表示光栅几何畸变的程度。实验表明当它小于度。实验表明
10、当它小于3%时，畸变不显著时，畸变不显著v2.3.2 图像的连续性与场频的确定图像的连续性与场频的确定v选择场扫描频率时应考虑到不出现光栅闪烁、选择场扫描频率时应考虑到不出现光栅闪烁、不易受干扰、传送活动图像时有连续感觉、不易受干扰、传送活动图像时有连续感觉、图像信号占用频带不应过宽等方面图像信号占用频带不应过宽等方面 电源频率和场频为差频时：滚道电源频率和场频为差频时：滚道v2.3.3 扫描行数及有关参数的确定扫描行数及有关参数的确定v1. 清晰度与分解力清晰度与分解力v（1）垂直分解力）垂直分解力v分解力：电视系统传送图像细节的能力分解力：电视系统传送图像细节的能力v标称分解力：扫描行数标
11、称分解力：扫描行数v垂直分解力垂直分解力扫描行数扫描行数v分解图像的有效行数为分解图像的有效行数为v垂直分解力垂直分解力M表示：表示：v 凯尔系数凯尔系数 隔行因子隔行因子 最佳情况：左最佳情况：左侧，（，（a）（）（b）对应。最坏情况：一条灰色最坏情况：一条灰色竖条。条。中中间情况：右情况：右侧，不准确重，不准确重现黑白条黑白条纹，垂，垂直分解力是有效行数的一半。直分解力是有效行数的一半。考考虑到到图像内容的随机性，垂直分解力介于像内容的随机性，垂直分解力介于是有效行数和一半有效行数之是有效行数和一半有效行数之间。凯尔等人研究：垂直方向上，能分解到等人研究：垂直方向上，能分解到0.64Z的水
12、平条的水平条纹数。数。6250.64=400线，我国取，我国取0.76625=475v（2）水平分解力）水平分解力v通道的通频带宽度将限制图像的水平分解力通道的通频带宽度将限制图像的水平分解力v分解力受到电子束孔径（直径）大小限制分解力受到电子束孔径（直径）大小限制（主要因素）的现象，称为孔阑效应。（主要因素）的现象，称为孔阑效应。v实验证明：水平分解力实验证明：水平分解力 与垂直分解力相当与垂直分解力相当时图像质量为最佳时图像质量为最佳v适应这一要求的水平分解力为：适应这一要求的水平分解力为：v其中其中K为光栅的宽高幅型比为光栅的宽高幅型比v2.图像信号的最高频率图像信号的最高频率电视通道的
13、频带电视通道的频带宽度宽度v沿水平方向扫过一个像素所需的时间为：沿水平方向扫过一个像素所需的时间为：扫描扫描 正程时间正程时间水平分解力水平分解力行扫描周期行扫描周期行扫描逆程系数行扫描逆程系数帧扫描频率帧扫描频率每场扫描行数每场扫描行数v图像信号的最高频率为下式：图像信号的最高频率为下式：v逐行扫描，逐行扫描， ：v隔行扫描，隔行扫描， ： 我国我国电视标准下，准下，K=4/3，50Hz，625行。行。等，信号等，信号带宽为5.6MHz，所以，所以规定通定通频带为6MHz。v3. 扫描行数扫描行数Z的确定的确定v为兼顾经济指标和清晰度，我国采用的标准为兼顾经济指标和清晰度，我国采用的标准是是
14、Z=625行行v当行数当行数Z确定后，行频也就确定了，即：确定后，行频也就确定了，即：v对高清晰度电视来说，屏幕尺寸和幅型比加对高清晰度电视来说，屏幕尺寸和幅型比加大的同时，相对观看距离减小了，必须增加大的同时，相对观看距离减小了，必须增加扫描行数扫描行数v2.3.4 图像亮度与色度的非线性失真图像亮度与色度的非线性失真v1. 亮度的非线性失真亮度的非线性失真v摄像管输出电压摄像管输出电压 与被摄取景物亮度与被摄取景物亮度 关系：关系：比例常数非线性系数v且对一般摄像管且对一般摄像管v在显象管端也存在上述类似的非线性关系在显象管端也存在上述类似的非线性关系v显象管屏幕上显示的亮度显象管屏幕上显
15、示的亮度 与所加电压与所加电压 之之间的关系：间的关系：v式中式中 为比例常数；为比例常数； 是显象管电是显象管电光转光转换特性的非线性系数，一般在换特性的非线性系数，一般在23之间之间v于是我们得到显象管屏幕显示的亮度于是我们得到显象管屏幕显示的亮度 与被与被摄取景物亮度摄取景物亮度 之间的关系：之间的关系：v令令v则则，不等于1，是非线性失真。v为了校正这种由光电转换所产生的非线性失为了校正这种由光电转换所产生的非线性失真，一般在发端采取了预失真措施，使传输真，一般在发端采取了预失真措施，使传输通道的通道的 等于等于 ，从而使整个电视系，从而使整个电视系统的统的 值等于值等于1，这时系统的
16、总传输特性是，这时系统的总传输特性是线性的。这种预失真方法称为线性的。这种预失真方法称为 校正校正v2. 图像的亮度层次图像的亮度层次v图像中最亮部分到最暗部分之间能分辨的亮图像中最亮部分到最暗部分之间能分辨的亮度层次越多，图像就越清晰、逼真度层次越多，图像就越清晰、逼真v3. 彩色的非线性失真彩色的非线性失真v用彩色三角形说明色度非线性失真用彩色三角形说明色度非线性失真 1）被）被摄彩色彩色为基色光，色度不基色光，色度不变；例如：例如：2）被）被摄彩色彩色为C白白，色度不，色度不变；例如：例如：3）被）被摄彩色彩色为三角形内任意三角形内任意颜色，色度坐色，色度坐标移移动，有彩色失真；，有彩色
17、失真；例如：例如：色度失真要限制在人眼色差辨色度失真要限制在人眼色差辨别阈的容限内。的容限内。2.4 视频图像信号像信号v视频图像信号是指经扫描、光视频图像信号是指经扫描、光电转换过电转换过程由光转变成的电信号，或再经程由光转变成的电信号，或再经 校正和线校正和线性组合等处理过程而形成的视频信号性组合等处理过程而形成的视频信号v2.4.1 黑白图像信号黑白图像信号v1. 黑白图像信号波形黑白图像信号波形v负极性图像信号负极性图像信号v同步和消隐比黑电平高同步和消隐比黑电平高v比黑还黑比黑还黑 2. 黑白图像信号频谱黑白图像信号频谱1） 黑白条时的傅氏级数黑白条时的傅氏级数2）倾斜条纹时的傅氏级
18、数）倾斜条纹时的傅氏级数主谱线：以行频为间隔的频谱线主谱线：以行频为间隔的频谱线副谱线：以场频为间隔的频谱线副谱线：以场频为间隔的频谱线 以以 行频为间隔的频谱结构行频为间隔的频谱结构 以以nfH为中心频率的谱线群结构为中心频率的谱线群结构（上图的细节）（上图的细节） 总之，从之，从电视图像信号的像信号的频谱分析来看，分析来看，其能量主要分布在以行其能量主要分布在以行频及其各次及其各次谐波波频率率为中心的中心的较窄范窄范围内，余下的内，余下的较大空隙大空隙可利用来可利用来传送彩色信息。送彩色信息。这就就为在不在不扩展展传输频带的情况下的情况下实现彩色彩色电视提供了理提供了理论依据依据v2.4.
19、2 亮度信号、色差信号及其组成原理亮度信号、色差信号及其组成原理v1. 恒定亮度原理与高频混合原理恒定亮度原理与高频混合原理v恒定亮度原理：重现图像的亮度只由传送亮恒定亮度原理：重现图像的亮度只由传送亮度信息的亮度信号决定度信息的亮度信号决定v高频混合原理在高频混合原理在:从信号频带来看，为传送从信号频带来看，为传送代表亮度信息的信号应占有全部视频带宽，代表亮度信息的信号应占有全部视频带宽，而传送代表色度信息的信号可用较窄的频带，而传送代表色度信息的信号可用较窄的频带，这样在接收端所恢复的三个基色信号就只包这样在接收端所恢复的三个基色信号就只包含较低的频率分量，它们的高频部分都用同含较低的频率
20、分量，它们的高频部分都用同一亮度信号的高频部分来补充一亮度信号的高频部分来补充v2. 亮度信号和色差信号亮度信号和色差信号v经过转换并代表彩色三个基本参量的新的传经过转换并代表彩色三个基本参量的新的传输信号需满足：输信号需满足：v（1）为获得兼容性，必须传送一个与黑白）为获得兼容性，必须传送一个与黑白电视相同的亮度信号。彩色全电视信号应保电视相同的亮度信号。彩色全电视信号应保持与黑白电视信号相同的频带宽度持与黑白电视信号相同的频带宽度v（2）需要传送两个代表色度的信号。根据）需要传送两个代表色度的信号。根据恒定亮度原理，它们不应包含有亮度信息；恒定亮度原理，它们不应包含有亮度信息；同时根据高频
21、混合原理，色度信号可以采用同时根据高频混合原理，色度信号可以采用窄带传输窄带传输v（3）在传输黑白图像时，三个基色信号相）在传输黑白图像时，三个基色信号相等，即：等，即：R=G=B，根据上一条件，这时两个，根据上一条件，这时两个代表色度的信号应当等于零代表色度的信号应当等于零v（4）代表色度的两个信号是互相独立的）代表色度的两个信号是互相独立的v（5）三个基色信号与三个传输信号之间的）三个基色信号与三个传输信号之间的转换关系要简单转换关系要简单v于是现行彩色电视系统选用一个亮度信号和于是现行彩色电视系统选用一个亮度信号和两个色差信号。所谓色差信号是指由基色信两个色差信号。所谓色差信号是指由基色
22、信号和亮度信号之差组成的信号号和亮度信号之差组成的信号v它们与三个基色信号之间的关系为：它们与三个基色信号之间的关系为：v在三个色差信号中只有两个是独立的，它们在三个色差信号中只有两个是独立的，它们之间的关系为：之间的关系为：v通常选通常选Y、（、（R-Y）、（）、（B-Y）作为传输信号）作为传输信号v在接收端，为了恢复重现图像所需的三基色在接收端，为了恢复重现图像所需的三基色信号，可先按上式由（信号，可先按上式由（R-Y）和（）和（B-Y）信号）信号组成（组成（G-Y），然后由下式得到三个基色信），然后由下式得到三个基色信号：号：v用信号表示式实现恒定亮度和高频混合原理用信号表示式实现恒定亮
23、度和高频混合原理v因显象管的因显象管的 系数等于系数等于1，所显示的亮度将，所显示的亮度将正比于以下信号：正比于以下信号：v可见，不论可见，不论 和和 怎样变化或混怎样变化或混有干扰信号，都不会影响亮度，亮度只由亮有干扰信号，都不会影响亮度，亮度只由亮度信号度信号 决定。于是实现了恒定亮度决定。于是实现了恒定亮度v若取色差信号的频带为若取色差信号的频带为01MHz，而亮度信，而亮度信号的频带为号的频带为16MHz，则恢复的三个基色信，则恢复的三个基色信号将分别为：号将分别为：v可见，重现的彩色图像的三基色信号只包含可见，重现的彩色图像的三基色信号只包含01MHz的频率分量，而的频率分量，而16
24、MHz的范围内为的范围内为来年高度信号分量，实现了高频混合原理来年高度信号分量，实现了高频混合原理v3. 不同彩色时亮度信号与色差信号值举例不同彩色时亮度信号与色差信号值举例（不讲）（不讲）v4. 转换特性的非线性对实现恒定亮度原理的转换特性的非线性对实现恒定亮度原理的影响（了解结论）影响（了解结论）v结论：色差信号在传输中引起的变化以及混结论：色差信号在传输中引起的变化以及混入的杂波对重现亮度的影响并不严重。对于入的杂波对重现亮度的影响并不严重。对于黑白接收机接收彩色电视广播来说，色度信黑白接收机接收彩色电视广播来说，色度信号经非线性转换特性后形成的附加亮度分量号经非线性转换特性后形成的附加
25、亮度分量对恒定亮度误差造成的亮度下降也起到补偿对恒定亮度误差造成的亮度下降也起到补偿作用作用v2.4.3 标准彩条信号标准彩条信号v标准彩条信号是由彩色信号发生器产生的一标准彩条信号是由彩色信号发生器产生的一种测试信号，常用来对彩色电视系统的传输种测试信号，常用来对彩色电视系统的传输特性进行测试和调整。特性进行测试和调整。v标准彩条信号的分类标准彩条信号的分类v1. 按饱和度与幅度百分比的划分按饱和度与幅度百分比的划分v这种命名法中三基色信号均指未经这种命名法中三基色信号均指未经 校正的校正的信号信号v2. 按四数码表示法的划分按四数码表示法的划分v这种命名法中各信号均指这种命名法中各信号均指
26、 校正后的信号校正后的信号v彩条信号用四数码命名时，其百分数饱和度彩条信号用四数码命名时，其百分数饱和度和幅度可如下计算：和幅度可如下计算： 在在电视节目的制作播出及目的制作播出及设备维护中，最常中，最常用的莫用的莫过于彩条信号了。于彩条信号了。这是由于彩条信号是由于彩条信号能正确反映出各种彩色的亮度、色能正确反映出各种彩色的亮度、色调和色和色饱和度，是和度，是检验视频通道通道传输质量最方便的手量最方便的手段。常用于几个方面：段。常用于几个方面：1、电视台开播前的台开播前的电子子图像。像。2、录像像带带头录制制1min彩条：可供彩条：可供调整整录像机像机视频通道的增益、通道的增益、时延、副延、副载波相位波相位等参数，以便信号等参数，以便信号进入切入切换台台时与其他信号与其他信号保持一致。保持一致。3、摄像机内置彩条像机内置彩条发生器：可生器：可录制在磁制在磁带开始开始处，也可，也可输出供信道出供信道调试用。用。 相同相同
