第1章 电视基础知识精.ppt

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1、第第1章章 电视基础知电视基础知识识第1页，本讲稿共83页1.1 电子扫描电子扫描 传输语音信号的无线电广播,主要包括发射与接收两大部分。在发端主要完成将语音变为电信号(称音频信号),并经放大、调制,然后由天线以高频电磁波形式发射出去。收端则正好相反,将收到的高频电磁波经高放、解调、音频放大,最后送扬声器发出声音。图11给出了无线电语音广播原理图。第2页，本讲稿共83页图11 无线电语音广播原理图 第3页，本讲稿共83页 电视广播有开路与闭路之分。开路系统,即无线电视广播系统,其原理与语音广播类似,但无论是发端还是收端,都远比语音广播复杂。闭路电视系统所不同的只是传送电视信号由同轴电缆完成而已

2、。第4页，本讲稿共83页图12 无线电视广播系统原理方框图第5页，本讲稿共83页 1.1.1 像素的概念 像素的传送具有以下两个特点:第一是要求传送速度快。第二是传送要准确。第6页，本讲稿共83页 图13 顺序传送像素示意图 第7页，本讲稿共83页 1.1.2 光电与电光变换 电视图像的传送,在发端是基于光电转换器件,在收端是基于电光转换器件。实现这两种转换的器件分别称为摄像管和显像管。1.摄像管与光电转换 图14为光电导摄像管,属电真空器件。它主要由镜头、光电靶、聚焦线圈和偏转线圈组成。其工作原理如下所述。第8页，本讲稿共83页 图14 光电导摄像管 第9页，本讲稿共83页 图15 光电转换

3、原理示意图 第10页，本讲稿共83页 2.显像管与电光转换 如图16所示,在接收端重现图像的是显像管。显像管也是电真空器件,主要由电子枪、荧光屏、偏转线圈等组成。其工作原理如下。这里需要说明的是:对于摄像管来说,光电转换特性可近似认为是线性的;而显像管电光转换特性则是非线性的。显像管的显示亮度(以Bd表示),与其栅、阴极间电压(以ugk表示)的次方成正比例,即:(11)第11页，本讲稿共83页 如果图像信号由发送端传到接收端的传输过程中未产生非线性失真,考虑到显像管电光转换的非线性,为保持重现图像与原景像亮度成正比,则需在摄像端预先将图像信号电压开次方,即 式中,u0代表摄像电压,B0为摄像亮

4、度,K0为比例常数。经预失真校正(常称为校正),重现亮度Bd则为(12)(13)第12页，本讲稿共83页 1.1.3 电子扫描 1.逐行扫描 在电视系统中,摄像管和显像管的外面都装有偏转线圈,当线圈中分别流过如图17所示的行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。第13页，本讲稿共83页 图17逐行扫描电流波形(a)行扫描电流波形;(b)场扫描电流波形 第14页，本讲稿共83页 由于在图17所示的锯齿波电流作用下,电子束产生自左向右、自上而下,一行紧挨一行的运动,因而称其为逐行扫描。(1)电子束偏转的基本原理

5、。(2)扫描电流的非线性对显示图像的影响。第15页，本讲稿共83页 图18 光栅形状(a)只有行扫描;(b)只有场扫描;(c)行、场扫描同时存在 第16页，本讲稿共83页 图19 偏转线圈结构示意图(a)行偏转线圈;(b)场偏转线圈第17页，本讲稿共83页 图110 扫描电流与重现图像的关系(a)线性扫描,图像无失真;(b)行扫描非线性,产生左伸、右缩的非线性失真;(c)场扫描非线性,产生上拉、下压的非线性失真 第18页，本讲稿共83页图111扫描电流幅度不足时产生的失真 (a)行扫描幅度小;(b)场扫描幅度小第19页，本讲稿共83页 2.隔行扫描 所谓隔行扫描,就是在每帧扫描行数仍为625行

6、不变的情况下,将每帧图像分为两场来传送,这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1,3,5,奇数行;偶数场传送2,4,6,偶数行。第20页，本讲稿共83页 图112 隔行扫描光栅及电流波形(a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形 第21页，本讲稿共83页 第一场(奇场),从左上角开始按11,33,顺序扫描,直到最下面的中点a为止,共计 行,完成了第一场正程扫描。第二场(偶场),扫描从a点开始,先完成第一场扫描留下的半行a11行的扫描,接着完成22,44,等偶数行的扫描。第22页，本讲稿共83页1.2 黑白全电视信号黑白全电视信号 1.2.1 主体信号图像信号 1.图像信号及其特征

7、 图像信号是由摄像管将明暗不同的景像转变而得的电信号。由图113可见,图像信号具有如下特征:(1)含直流,即图像信号具有平均直流成分,其数值确定了图像信号的背景亮度。第23页，本讲稿共83页 (2)对于一般活动图像,相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性。2.图像信号的基本参量 亮度、对比度和灰度是电视图像转换中三个十分重要的参量。图像质量的好坏,可由它们给予完整的描述。所谓亮度,通常是指单位面积的光通量。亮度常以B表示,光通量的单位是烛光(cd),亮度的单位是尼特(nit)或熙提(sb),它们之间的关系是:第24页，本讲稿共83页 图113图像信号(a)正极性亮度递减信号;(b)负极性亮度

8、递减信号;(c)一般的负极性图像信号 第25页，本讲稿共83页 由于1m2=104cm2,所以 1sb=104nit 对比度是客观景物最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。当以K表示对比度时,有(14)第26页，本讲稿共83页 1.2.2 辅助信号 1.复合同步信号 电视系统中,收、发扫描必须严格同步,即收、发扫描对应的行、场起始和终止位置必须严格一致,否则就会出现画面失真或不稳定现象。图114(a)为发端图像,图(b)为相位不同步的情况。第27页，本讲稿共83页图114 相位不同步产生的失真(a)发端图像;(b)收端失真图像第28页，本讲稿共83页 图115 复合同步与复合消隐信号(a)复

9、合同步信号;(b)复合消隐信号;(c)复合同步与复合消隐信号第29页，本讲稿共83页 2.复合消隐信号 3.槽脉冲和均衡脉冲 图115(a)告诉我们,行同步脉冲与场同步脉冲具有相同的幅度,不同的宽度,因而分离行、场同步脉冲的方法一般是借助于宽度分离电路微分与积分电路的组合,如图116所示。第30页，本讲稿共83页 图116同步分离原理框图及波形(a)分离电路原理图;(b)各点波形第31页，本讲稿共83页图117 复合同步脉冲及积分结果(a)复合同步信号;(b)积分输出波形;(c)加有均衡脉冲的复合同步信号;(d)加有均衡脉冲后的积分器输出波形 第32页，本讲稿共83页 1.2.3 黑白全电视信

10、号 1.全电视信号波形 将以上介绍的图像信号、复合同步、复合消隐、槽脉冲和均衡脉冲等叠加,即构成黑白全电视信号,通常也称其为视频信号,其波形如图118所示。第33页，本讲稿共83页图118 黑白全电视信号第34页，本讲稿共83页 各脉冲的宽度为:行同步4.7s;场同步160s(2.5H(行);均衡脉冲2.35s;槽脉冲4.7s;场消隐脉冲1612s;行消隐脉冲12s。2.全电视信号的频谱 所谓频谱,就是电信号的能量按频率分布的曲线。全电视信号的频谱,应是它所包含的主体信号(图像信号)与辅助信号的频谱之和。第35页，本讲稿共83页 图119 图像信号的频谱 第36页，本讲稿共83页 归纳起来,图

11、像信号的频谱具有如下特征:(1)以行频及其谐波为中心,组成梳齿状的离散频谱。(2)随着行频谐波次数的增高,谱线幅度逐渐减小。(3)实践证明,无论是静止或活动图像,围绕行谱线分布的场频谐波次数不大于20(即图119中m20)。按m=20计算,各谱线群所占频谱宽度仅为2mfv=202050=2kHz,相邻两主谱线间距为15.625kHz,可见各群谱线间存在着很大的空隙。第37页，本讲稿共83页图120 各辅助脉冲信号的频谱 第38页，本讲稿共83页图121 全电视信号频谱示意图第39页，本讲稿共83页1.3 彩色的基本概念彩色的基本概念 1.3.1 彩色和光密不可分 1.可见光的特性 光学理论告诉

12、我们,光是一种以电磁波形式存在的物质,人眼可以看见的光叫可见光,它是波长范围为380nm到780nm之间的电磁波,如图122所示。第40页，本讲稿共83页图122 电磁波波谱及可见光光谱第41页，本讲稿共83页 从电视角度看,可见光有如下特性:(1)可见光的波长范围有限,它只占整个电磁波波谱中极小的一部分。(2)不同波长的光呈现出的颜色各不相同,随着波长由长到短,呈现的颜色依次为:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,见图122。(3)只含有单一波长的光称为单色光;包含有两种或两种以上波长的光称为复合光,复合光作用于人眼,呈现混合色。第42页，本讲稿共83页 (4)太阳发出的白光中包含了所有的可见光,若

13、把太阳辐射的一束光投射到棱镜上,太阳光会经过棱镜分解成一组按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的连续光谱,如图123所示。第43页，本讲稿共83页图123 太阳光的棱镜分解第44页，本讲稿共83页2.物体的颜色3.色温和标准光源(1)色温的概念色温是以绝对黑体的加热温度来定义的。(1)色温的概念色温是以绝对黑体的加热温度来定义的。各标准白光源的特点如下:A光源:相当于2800K钨丝灯所发的光。B光源:相当于中午直射的太阳光。C光源:相当于白天的自然光。第45页，本讲稿共83页 D光源:相当于白天平均照明光。E光源:是一种理想的等能量的白光源。第46页，本讲稿共83页图124 标准白光源的光谱第

14、47页，本讲稿共83页 1.3.2 视觉特性 1.相对视敏曲线 物质有选择地吸收、反射或透射不同波长的光,是物体固有的物理特性,它决定了该物体的颜色;而人们感觉到光的亮度和光的颜色却是人的眼睛的生理结构特点所造成的。2.人眼的亮度感觉 亮度感觉,即包括人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观亮度感觉。第48页，本讲稿共83页图125 相对视敏曲线第49页，本讲稿共83页 根据以上分析可以得出如下结论:(1)人眼可以感觉到的亮度范围虽然相当宽,但当眼睛适应于某一平均亮度后,能分辨的亮度范围就比以主观感觉“亮”与“暗”为界的范围缩小了。(2)在不同的环境亮度

15、下,同样的亮度,给人的主观亮度感觉却完全不同。(3)当人眼适应于不同的平均亮度后,可分辨的亮度范围也不相同。第50页，本讲稿共83页 3.人的彩色感觉 锥状细胞又分为三类,分别称为红敏、绿敏和蓝敏。如果某束光线只能引起某一种光敏细胞兴奋,而另外两种光敏细胞仅受到很微弱刺激,我们感觉到的便是某一种色光。第51页，本讲稿共83页 1.3.3 彩色三要素和三基色原理 1.彩色三要素 对于彩色光通常可由亮度、色调和色饱和度三个物理量来描述,这三个量常被称为彩色三要素。2.三基色 三基色原理告诉我们:(1)三基色必须是相互独立的,即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而产生。(2)自然界中的大多数颜色

16、,都可以用三基色按一定比例混合得到。第52页，本讲稿共83页 (3)三个基色的混合比例,决定了混合色的色调和饱和度。(4)混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。3.混色方法 如图126所示。由图可见:红光+绿光=黄光 红光+蓝光=紫光(品光)绿光+蓝光=青光 (15)红光+绿光+蓝光=白光 第53页，本讲稿共83页图126 相加混色圆图 第54页，本讲稿共83页 实现相加混色还有如下几种方法:(1)空间混色法。(2)时间混色法。(3)生理混色法。4.色度三角形 三基色混合所产生的各种颜色,可以由色度三角形予以说明,如图127所示。第55页，本讲稿共83页图127 色度三角形第56页

17、，本讲稿共83页1.3.4 计色制及色度图 1.配色实验 配色实验可通过比色来进行,其示意图如图128所示。从基色调节装置上分别读出各个基色的数量,由此可写出配色方程式 F=R(R)+G(G)+B(B)(16)第57页，本讲稿共83页图128 配色实验示意图 第58页，本讲稿共83页 对于等能白光,R=G=B=1,即 FE白=1(R)+1(G)+1(B)(17)其光通量为 FE白=11+14.5907+10.0601=5.6508lm (18)式(16)的配色方程式,适合于配制一切彩色,只不过对于不同彩色三色系数不同而已。第59页，本讲稿共83页 2.计色制及色度图 (1)RGB计色制及其色度

18、图 以(R)、(G)、(B)为单位量,用配色方程进行彩色量度和计算的系统称为RGB计色制。实际中,彩色的质的区别决定于色调和饱和度,即色度。色度与三基色系数的比例有关。为此,引入三基色相对系数r、g、b。令m=R+G+B,则r、g、b分别为(19)第60页，本讲稿共83页 因为R、G、B三个色系数的比例关系与r、g、b的比例关系相同,所以它们都可以表示同一彩色的色度,且 由于r、g、b三者之和为1,所以只要知道其中两个的值,就可由式(110)确定第三个的值。因此,只要选两个三基色相对系数,就可用二维坐标表示各种彩色光的色度。RGB色度图就是在rg直角坐标系数中表示各种彩色光色度的平面图,如图1

19、29所示。(110)第61页，本讲稿共83页第62页，本讲稿共83页 (2)XYZ计色制及其色度图 计算三基色具有如下特点:可根据F=X(X)+Y(Y)+Z(Z)方程式配出实际颜色,且三个色系数X、Y、Z均不为负。规定系数Y在数值上等于彩色光的全部亮度,合成光的色度仍由X、Y、Z三个系数的比值决定。当X=Y=Z时,仍代表E白。第63页，本讲稿共83页 据以上各点,可求出两种计色制三基色单位量及三基色系数之间的对应关系。(X)=0.4185(R)-0.0912(G)+0.0009(B)(Y)=-0.1578(R)+0.2524(G)+0.0025(B)(Z)=-0.0828(R)+0.0157(

20、G)+0.1786(B)X=2.7690R+1.7518G+1.1300B Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B Z=0.0000R+0.0565G+5.5943B(111)(112)第64页，本讲稿共83页 类似地,这里也引入三基色相对色系数x、y、z。设X+Y+Z=m,则x,y,z分别为:虽然x+y+z=1,同样x,y,z中只有两个量是独立的,故可在x-y平面直角坐标系中描绘出图130所示的XYZ色度图,亦称CIE色度图。(113)第65页，本讲稿共83页 图130 XYZ色度图 第66页，本讲稿共83页 该色度图具有如下特点:舌形曲线全部位于第一象限,所有的单色光都位于舌形

21、曲线上,舌形曲线称为谱色轨迹,它们的饱和度均为100%,曲线旁注有单色光波长值。舌形曲线上任一点与E白点的连线称为等色调线。不在同一等色调线上的任意两点,表示了两种不同的颜色,由这两种颜色组成的全部混合色都处在这两点的连线上。第67页，本讲稿共83页 饱和度相同的彩色所对应的各点的连线称为等饱和度线,见图中所注。在谱色曲线内任取三点对应的彩色作基色(例如,图中R1、G1、B1),则由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以这三点为顶点的三角形内。第68页，本讲稿共83页 3.亮度方程 在XYZ计色制中,只有Y代表亮度,故可方便地给出彩色亮度与三基色的关系式,由式(112)可知,Y=1.0000R+

22、4.5907G+0.0601B (114)以C白光为标准白光源的NTSC制彩色电视制式,其亮度方程为 YN=0.229RN+0.587GN+0.114BN (115)以D65光为标准白光源的PAL制彩色电视制式,其亮度方程式为 YP=0.222RP+0.707GP+0.071BP (116)第69页，本讲稿共83页 为了书写方便,一般应用中,略去显像三基色系数下标,并被近似地写为 Y=0.3R+0.59G+0.11B (117)第70页，本讲稿共83页 1.3.5 彩色图像的摄取与重现 1.彩色图像的摄取 由三基色原理知,要实现彩色电视发送,较实用的方法就是首先要将一幅彩色图像分解为红、绿、蓝

23、三幅基色图像,以获得三基色信号电压R、G、B(系ER、EG、EB的简化写法)。三种基色光,分别由三个黑白摄像管进行光电变换,摄像管本身并无辨色能力,它只能辨别亮度,色度则由三者的比例关系决定。第71页，本讲稿共83页图131 彩色画面的分解第72页，本讲稿共83页 图132 基色图像及基色信号(a)被摄彩条图像;(b)红基色图像;(b)红基色电信号;(c)绿基色图像;(c)绿基色电信号;(d)蓝基色图像;(d)蓝基色电信号第73页，本讲稿共83页 2.彩色图像的重现 彩色显像管与黑白显像管不同,黑白显像管所作用的图像信号只有亮度信号,亮度信号控制电子束的强弱,在荧光屏上激发出不同的亮光,因而形

24、成黑白图像。彩色显像管与黑白显像管的最大区别在于它有三个电子束,分别对应红、绿、蓝,且彩色荧光粉不是平涂在荧光屏上,而是按红、绿、蓝各一点组成的三色荧光点为一组,以品字形排列布满全屏,荧光屏的后面设置有荫罩板。图133(a)、(b)分别给出彩色显像管及荫罩板作用简图。第74页，本讲稿共83页 图133 彩色显像管及荫罩板简图(a)彩色显像管简图;(b)荫罩板作用简图 第75页，本讲稿共83页 1.3.6 系统分解力与图像清晰度 电视系统传输图像的质量与系统分解力有关,所谓分解力是指电视系统传送图像细节的能力。而图像清晰度是观察者主观感觉到图像细节清晰的程度。分解力与清晰度二者是紧密相关的,是从

25、主、客观两个方面对同一个问题的阐述和评价。第76页，本讲稿共83页图134 彩条信号重现示意图 第77页，本讲稿共83页 1.垂直分解力 图像垂直分解力取决于系统沿垂直方向所能分解黑白相间的条纹数,它受扫描正程行数Z的限制。图135 垂直分解力与扫描的关系(a)原图像;(b)经摄制传输最终显示图像第78页，本讲稿共83页 实际上,这种黑白相间的、整齐排列的图像是罕见的,一般图像内容都具有随机性,从平均的角度看,垂直分解力介于正程的扫描行数Z和一半有效行数之间,如果垂直分解力以M表示时,则 M=KZ (118)式中,K是一个小于1的系数,我国电视系统常取K=0.76。将我国的电视参数Z=575代

26、入式(118),可求得 M=0.76575=437第79页，本讲稿共83页 2.水平分解力 图136是一幅由许多黑白相间的条纹所组成的图像,与之对应的电视图像信号将是图(b)所示的许多矩形脉冲波。图(b)的波形是在电子束截面积很小,相对于图像细节变化可以忽略不计时,才会得这样的波形。第80页，本讲稿共83页 图136 垂直条纹及相应信号波形(a)垂直条纹图像;(b)电子束截面积相对可忽略的情况;(c)电子束截面积与条纹宽度可比拟的情况第81页，本讲稿共83页图137 电子束孔径对图像细节影响(a)边界效应;(b)图像细节及电压波形第82页，本讲稿共83页 实践证明,水平分解力与垂直分解力相当时,系统传输的图像质量最佳。考虑到显像管的幅型比(4/3或16/9),则水平分解力N为 N=KM (119)式中,K表示幅型比。N即表示一行内所必须分解的黑白条纹数。当然,要求视频带宽必须适应N的要求。第83页，本讲稿共83页