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1、数字电视广播原理与应用数字电视广播原理与应用第1页，共58页，编辑于2022年，星期六1.1 1.1 景物像的分解与像素的顺序传输景物像的分解与像素的顺序传输1.1.1 景物像的分解景物像的分解1.1.2 像素的顺序传输像素的顺序传输第2页，共58页，编辑于2022年，星期六 所谓电视或即电视广播，是通过电信系统所谓电视或即电视广播，是通过电信系统将实时的或记录的活动景物（附带声音或不带将实时的或记录的活动景物（附带声音或不带声音）在一定距离之外即刻重现其图像和声音声音）在一定距离之外即刻重现其图像和声音的技术。的技术。第3页，共58页，编辑于2022年，星期六 基本要求方面，重现图像应符合人
2、眼的视敏特基本要求方面，重现图像应符合人眼的视敏特性、亮度层次感觉、视觉惰性、闪烁感觉、细节分性、亮度层次感觉、视觉惰性、闪烁感觉、细节分辨力和色彩感知能力等特性，以保证显示屏上的图辨力和色彩感知能力等特性，以保证显示屏上的图像相对于原景物像有极佳的逼真感，无可见瑕疵。像相对于原景物像有极佳的逼真感，无可见瑕疵。实施方式方面，包括景物像怎样转换成电信号，对实施方式方面，包括景物像怎样转换成电信号，对电信号作怎样的处理、编码和传输，以及在接收端电信号作怎样的处理、编码和传输，以及在接收端怎样使电信号还原出光图像。怎样使电信号还原出光图像。第4页，共58页，编辑于2022年，星期六 实施方式中包括
3、发送端的摄像、光实施方式中包括发送端的摄像、光电电转换、电信号处理和编码传输，以及接收端的转换、电信号处理和编码传输，以及接收端的电信号接收、解码处理和电电信号接收、解码处理和电光转换图像显光转换图像显示。示。第5页，共58页，编辑于2022年，星期六 景物像分解，是将被拍摄景物通过摄像镜头景物像分解，是将被拍摄景物通过摄像镜头成像于成像于CCDCCD上的光图像分解成很多微粒像上的光图像分解成很多微粒像像素，像素，也就是将整个景物像解析为是由很多的像素组成也就是将整个景物像解析为是由很多的像素组成的，每个像素携载有亮度和色度信息。所谓像素的，每个像素携载有亮度和色度信息。所谓像素顺序传输，是使
4、每个像素的亮度和色度信息经光顺序传输，是使每个像素的亮度和色度信息经光电转换形成电信号后将各像素的电信号按照电转换形成电信号后将各像素的电信号按照预定的时间先后，顺序地向外传输，也即涉及像预定的时间先后，顺序地向外传输，也即涉及像素扫描方式。素扫描方式。第6页，共58页，编辑于2022年，星期六 关于具体的景物像分解方式和像素数量选择，关于具体的景物像分解方式和像素数量选择，在摄像机中它们的实现实际上是由在摄像机中它们的实现实际上是由CCDCCD摄像器体面摄像器体面上的光敏单元数量及其阵列自动完成的，每一个光上的光敏单元数量及其阵列自动完成的，每一个光敏单元对应于一个像素。敏单元对应于一个像素
5、。1.1.1 景物像的分解景物像的分解第7页，共58页，编辑于2022年，星期六 像素顺序传输是全部像素的电信号逐一地排像素顺序传输是全部像素的电信号逐一地排队输出（顺序传输），而不是一齐输出（同时传队输出（顺序传输），而不是一齐输出（同时传输）。顺序传输方式中只需一路电信号传输通道，输）。顺序传输方式中只需一路电信号传输通道，按照时（间）分（割）方式传输各个像素的电信按照时（间）分（割）方式传输各个像素的电信号。同时传输方式中，需要几十万甚至上百万路号。同时传输方式中，需要几十万甚至上百万路以上的电信号传输通道，按照空（间）分（割）以上的电信号传输通道，按照空（间）分（割）方式传输各个像素的
6、电信号。方式传输各个像素的电信号。1.1.2 像素的顺序传输像素的顺序传输第8页，共58页，编辑于2022年，星期六1.2.1 水平扫描和垂直扫描的参数水平扫描和垂直扫描的参数1.2.2 逐行扫描逐行扫描1.2.3 隔行扫描隔行扫描1.2 1.2 逐行扫描及隔行扫描逐行扫描及隔行扫描第9页，共58页，编辑于2022年，星期六 确定扫描特性的重要参数是扫描频率及其确定扫描特性的重要参数是扫描频率及其倒数即扫描周期，还有扫描周期中正程时间与倒数即扫描周期，还有扫描周期中正程时间与逆程时间两者的长度。逆程时间两者的长度。1.2.1 水平扫描和垂直扫描的参数水平扫描和垂直扫描的参数第10页，共58页，
7、编辑于2022年，星期六 水平扫描（行扫描）参数包括行扫描频率水平扫描（行扫描）参数包括行扫描频率f fH H、行扫描周期行扫描周期T TH H、行正程时间、行正程时间T THtHt、行逆程时间、行逆程时间T THrHr 和行逆程系数和行逆程系数。1 1.水平扫描参数水平扫描参数第11页，共58页，编辑于2022年，星期六 该频率该频率f fH H通常简称为行频，它本身不是一个独通常简称为行频，它本身不是一个独立变量而是一个因变量，行频立变量而是一个因变量，行频f fH H实际导出自帧频实际导出自帧频f fF F（或场频（或场频f fv v，f fv v=f=fF F22）和每帧画面的总行数）
8、和每帧画面的总行数n n（包括正程行数（包括正程行数ntnt和逆程行数和逆程行数n nr r,n=n,n=nt t+n+nr r）。）。若每秒传输若干帧画面的帧频为若每秒传输若干帧画面的帧频为f fF F，每帧画面，每帧画面总行数为总行数为n n，则行频，则行频f fH H为为 f fH H=nf=nfF F=nf=nfv v/2 /2 （1 1）水平扫描（行扫描）频率水平扫描（行扫描）频率f fH H第12页，共58页，编辑于2022年，星期六常规电视中有常规电视中有 T TH H=1/f=1/fH H=1/15625=64s=1/15625=64s国际上统一规定，国际上统一规定，T THt
9、Ht和和T THrHr值分别为值分别为 T THtHt=52s=52s，T THrHr=12s=12s行逆程系数行逆程系数定义为定义为T THrHr与与T TH H之比，之比，=T =THrHr/T/TH H=12/64=0.1875=18.75%=12/64=0.1875=18.75%（2 2）行周期行周期T TH H、行正程时间、行正程时间T THtHt、行、行逆程时间逆程时间T THrHr和行逆程系数和行逆程系数第13页，共58页，编辑于2022年，星期六 垂直扫描参数包括场扫描频率垂直扫描参数包括场扫描频率f fv v、场扫描、场扫描周期周期T Tv v、场正程时间、场正程时间T Tv
10、tvt、场逆程时间、场逆程时间T Tvrvr和场逆和场逆程系数程系数。2.2.垂直扫描垂直扫描第14页，共58页，编辑于2022年，星期六 该频率该频率f fv v通常简称为场频，其选择取决于所重通常简称为场频，其选择取决于所重现活动图像的运动连续感、特别是观看的画面上没现活动图像的运动连续感、特别是观看的画面上没有闪烁现象。根据人眼视觉特性，场频有闪烁现象。根据人眼视觉特性，场频fvfv应高于应高于45.8Hz45.8Hz，最好达到，最好达到60Hz60Hz或更高。我国市电频率为或更高。我国市电频率为50Hz50Hz，所以频率和帧频选择为，所以频率和帧频选择为 f fv v=50Hz=50H
11、z，f fF F=50/2=25Hz=50/2=25Hz（1 1）场扫描频率场扫描频率f fv v第15页，共58页，编辑于2022年，星期六 场周期是场频的倒数，有场周期是场频的倒数，有 T Tv v=1/f=1/fv v=1/50=20ms,TF=2T=1/50=20ms,TF=2Tv v=40ms=40ms 国际上规定，一帧国际上规定，一帧625625行的每场行的每场312.5312.5行内，行内，场正程占场正程占287.5287.5行，场逆程占行，场逆程占2525行。场正程时行。场正程时间间T Tvtvt和场逆程时间和场逆程时间TvrTvr分别为分别为 T Tvtvt=T=Tv v28
12、7.5/312.5=18.4ms287.5/312.5=18.4ms T Tvrvr=T=Tv v25/312.5=1.6ms 25/312.5=1.6ms（2 2）场周期场周期T Tv v、场正程时间、场正程时间T Tvtvt、场、场逆程时间逆程时间T Tvrvr和场逆程系数和场逆程系数第16页，共58页，编辑于2022年，星期六 场逆程系数场逆程系数定义为定义为T Tvtvt与与T Tv v之比之比,常规电视常规电视和高清晰度电视的和高清晰度电视的值分别为值分别为 SDSD=25/312.5=0.008=25/312.5=0.008 HDHD=45/1125=0.04=45/1125=0.
13、04第17页，共58页，编辑于2022年，星期六 逐行扫描中，摄像端的光敏器件逐行扫描中，摄像端的光敏器件CCDCCD上一行行上一行行地依次使各光敏单元内形成的电荷包转变为电流输地依次使各光敏单元内形成的电荷包转变为电流输出至电阻负载上，产生图像电信号（或称视频信号）出至电阻负载上，产生图像电信号（或称视频信号）。逐行扫描视频信号的带宽逐行扫描视频信号的带宽ff是指信号最是指信号最高频率高频率f fmaxmax与最低频率与最低频率f fminmin之差，即之差，即 f=f f=fmaxmax-f-fminmin。1.2.2逐行扫描逐行扫描第18页，共58页，编辑于2022年，星期六 如果画面是
14、一帧均匀亮度的灰白图像，视频信如果画面是一帧均匀亮度的灰白图像，视频信号的号的f fminmin可认为是可认为是0Hz0Hz。至于视频信号的最高频率至于视频信号的最高频率f fmaxmax，它产生于一行，它产生于一行内相邻像素为黑白相间的画面下。假设垂直方向内相邻像素为黑白相间的画面下。假设垂直方向有效行数为有效行数为z z行，有效画面垂直高度为行，有效画面垂直高度为h h，则有效，则有效画面水平宽度为画面水平宽度为l l时（时（l:hl:h为帧型比或宽高比），为帧型比或宽高比），每行正程有每行正程有zl/hzl/h个像素，个像素，第19页，共58页，编辑于2022年，星期六 经过光经过光电转
15、换后的视频信号，每帧画面电转换后的视频信号，每帧画面形成形成1/2z1/2z2 2l/hl/h周正弦波号（只考虑方波的周正弦波号（只考虑方波的基波）。由于扫描帧频为基波）。由于扫描帧频为f fF F，所以视频信号的，所以视频信号的f fmaxmax为为 f fmaxmax=1/2l/hz=1/2l/hz2 2ffF F 对式（对式（1-101-10）须乘上一个修正因子（）须乘上一个修正因子（1-1-）/（1-1-）f fmaxmax=1/2l/hz=1/2l/hz2 2ffF F(1-)/(1-)(1-)/(1-)第20页，共58页，编辑于2022年，星期六 隔行扫描技术能在基本不影响图像质量
16、水准隔行扫描技术能在基本不影响图像质量水准的前提下降低一半视频信号带宽，其优点明显。的前提下降低一半视频信号带宽，其优点明显。实用的是实用的是2121隔行扫描，将一帧画面分成两场进隔行扫描，将一帧画面分成两场进行扫描，先扫描画面平面上的奇数行图像扫遍由行扫描，先扫描画面平面上的奇数行图像扫遍由奇数行构成的奇场然后，进入偶数行图像的扫描，奇数行构成的奇场然后，进入偶数行图像的扫描，并包括偶场的场消隐期各行在内，最后扫描完整并包括偶场的场消隐期各行在内，最后扫描完整帧，再进入下一帧的奇、偶场扫描。帧，再进入下一帧的奇、偶场扫描。1.2.3隔行扫描隔行扫描第21页，共58页，编辑于2022年，星期六
17、 模拟电视中，为了使接收端的显像管模拟电视中，为了使接收端的显像管（CRTCRT）重现图像在空间位置上具有准确地交）重现图像在空间位置上具有准确地交错间隔的奇、偶场画面，要求驱动显像管电子错间隔的奇、偶场画面，要求驱动显像管电子束扫描的场频和行频两个锯齿电流的周期之间，束扫描的场频和行频两个锯齿电流的周期之间，有精确的比例关系，表达式为有精确的比例关系，表达式为 T Tv v=T=TH H(2k+1)/2=k(2k+1)/2=kTHTH+0.5T+0.5TH H=(k+0.5)T=(k+0.5)TH H 具体地，具体地，k=312,k=312,所以所以T Tv v=312.5T=312.5TH
18、 H第22页，共58页，编辑于2022年，星期六 在数字电视方面，标准清晰度电视系统中虽然在数字电视方面，标准清晰度电视系统中虽然也是也是625625行行/50/50场场/21/21隔行的扫描规范，但不需确隔行的扫描规范，但不需确保保T Tv v=（k+0.5k+0.5）T TH H的关系。的关系。第23页，共58页，编辑于2022年，星期六1.31.3亮度视频信号亮度视频信号1.3.1概述概述1.3.2图像信号图像信号1.3.3复合消隐信号复合消隐信号1.3.4复合同步信号复合同步信号1.3.5全电视信号全电视信号第24页，共58页，编辑于2022年，星期六 通过行、场扫描由通过行、场扫描由
19、CCDCCD输出的有效画面上的一输出的有效画面上的一行行、一场场景物像基带电信号可称为图像信号，行行、一场场景物像基带电信号可称为图像信号，为了使接收端接收到时能在显示屏上重现出画面稳为了使接收端接收到时能在显示屏上重现出画面稳定、水平不撕裂、垂直不滚动的正常图像，还需在定、水平不撕裂、垂直不滚动的正常图像，还需在传输信号中加入行、场（扫描）同步信号。实际需传输信号中加入行、场（扫描）同步信号。实际需要传输的视频信号应由图像信号、复合消隐和复合要传输的视频信号应由图像信号、复合消隐和复合同步三大部分组成，在先前的黑白电视广播中它们同步三大部分组成，在先前的黑白电视广播中它们总称为黑白（基带）视
20、频信号，而在彩色电视广播总称为黑白（基带）视频信号，而在彩色电视广播中则总称为彩色（基带）视频信号。中则总称为彩色（基带）视频信号。1.3.1概述概述第25页，共58页，编辑于2022年，星期六 黑白电视广播中，图像信号是一路反映景黑白电视广播中，图像信号是一路反映景物画面上各像素明暗信息的亮度信号，在接收物画面上各像素明暗信息的亮度信号，在接收端可给出灰度层次对应于景物像明暗的黑白画端可给出灰度层次对应于景物像明暗的黑白画面。彩色电视广播中，每个景物像像素包含的面。彩色电视广播中，每个景物像像素包含的彩色信息有亮度、色调和饱和度（后两者可合彩色信息有亮度、色调和饱和度（后两者可合称为色度），
21、用电信号表示时需要三路视频信称为色度），用电信号表示时需要三路视频信号。号。第26页，共58页，编辑于2022年，星期六 实际中不是传输亮度、色调和饱和度三个实际中不是传输亮度、色调和饱和度三个信息而是传输从色度学理论中得到的等效信息信息而是传输从色度学理论中得到的等效信息红（红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝（）、蓝（B B）基色图像信号，）基色图像信号，这三者实质上相当于三路黑白电视机那样的单这三者实质上相当于三路黑白电视机那样的单色信号，它们综合相加便呈现彩色图像。无论色信号，它们综合相加便呈现彩色图像。无论黑白电视或彩色电视，模拟视频信号都是由图黑白电视或彩色电视，模拟视频信号都是
22、由图像信号、复合消隐和复合同步组成的。像信号、复合消隐和复合同步组成的。第27页，共58页，编辑于2022年，星期六 黑白电视中，图像信号是携带景物明暗信息的黑白电视中，图像信号是携带景物明暗信息的电信号，彩色电视中，电信号，彩色电视中，R R，G G，B B三路基色信号是携三路基色信号是携带景物中红、绿、蓝基色图像成分信息的电信号。带景物中红、绿、蓝基色图像成分信息的电信号。1.3.2图像信号图像信号第28页，共58页，编辑于2022年，星期六 图像信号不同于声音信号，它是单极性的图像信号不同于声音信号，它是单极性的而不是双极性的。电视演播室中的模拟视频设而不是双极性的。电视演播室中的模拟视
23、频设备，输入、输出的图像信号规定为正极性信号，备，输入、输出的图像信号规定为正极性信号，额定峰额定峰峰值（消隐电平峰值（消隐电平-白电平）为白电平）为0.7V0.7Vpppp；一般地，消隐电平为一般地，消隐电平为0V0V，白电平为，白电平为0.7V0.7V。所谓。所谓消隐电平，也是图像信号的基准电平，它所属消隐电平，也是图像信号的基准电平，它所属的时期为行（或场）消隐期，可简写为的时期为行（或场）消隐期，可简写为HBIHBI（或（或VBIVBI）。图中的）。图中的T THrHr即对应于即对应于HBIHBI（12s12s）。）。第29页，共58页，编辑于2022年，星期六 图像信号在显像器件中呈
24、现的实际最高（或白）图像信号在显像器件中呈现的实际最高（或白）电平的亮度电平的亮度B Bmaxmax与最低（或黑）电平的亮度与最低（或黑）电平的亮度B Bminmin之之比称为图像对比度（反差），比称为图像对比度（反差），C=BC=Bmaxmax/B/Bminmin。越宽的。越宽的视频信号频带，能给出越清晰的图像。视频信号频带，能给出越清晰的图像。第30页，共58页，编辑于2022年，星期六 复合消隐信号由行、场扫描逆程期间的行、复合消隐信号由行、场扫描逆程期间的行、场消隐脉冲组成，也称复合消隐脉冲，在视频信场消隐脉冲组成，也称复合消隐脉冲，在视频信号中，复合消隐脉冲是与图像信号结合在一起而号
25、中，复合消隐脉冲是与图像信号结合在一起而不是独立地可见的，但从视频信号的组成来说复不是独立地可见的，但从视频信号的组成来说复合消隐脉冲为一个独立的信号成分。合消隐脉冲为一个独立的信号成分。1.3.3复合消隐信号复合消隐信号第31页，共58页，编辑于2022年，星期六 视频信号中的行消隐期（视频信号中的行消隐期（HBIHBI）和场消隐期）和场消隐期（VBIVBI）并非只起抑制扫描逆程光迹和提供行、场）并非只起抑制扫描逆程光迹和提供行、场同步信息的作用，其时段内可以附加入许多其他用同步信息的作用，其时段内可以附加入许多其他用途的信息，特别是数字音频信号，即通常所说的在途的信息，特别是数字音频信号，
26、即通常所说的在视频数据流内嵌入数字音频数据。视频数据流内嵌入数字音频数据。第32页，共58页，编辑于2022年，星期六 复合同步信号由分别叠加在行、场消隐脉冲复合同步信号由分别叠加在行、场消隐脉冲上的行、场同步脉冲组成，也称复合同步脉冲，上的行、场同步脉冲组成，也称复合同步脉冲，其作用是在行、场消隐期间分别控制行、场扫描其作用是在行、场消隐期间分别控制行、场扫描逆程的具体开始时刻，以确保重现图像有稳定的逆程的具体开始时刻，以确保重现图像有稳定的画面构成，不左右撕裂，不上下滚动。画面构成，不左右撕裂，不上下滚动。1.3.4复合同步信号复合同步信号第33页，共58页，编辑于2022年，星期六 有几
27、个重要参数：有几个重要参数：相对于图像信号相对于图像信号0.7V0.7Vpppp峰峰峰值，行、场同步脉冲为峰值，行、场同步脉冲为0.3V0.3Vpppp；行同行同步脉冲宽步脉冲宽4.7s4.7s，其前沿滞后行消隐前沿，其前沿滞后行消隐前沿1.5s1.5s，也即存在，也即存在1.5s1.5s宽的行消隐前肩；宽的行消隐前肩；场同步脉场同步脉冲宽冲宽2.5T2.5TH H，即宽，即宽1.6ms1.6ms，其前沿滞后场消隐前，其前沿滞后场消隐前沿沿2.5T2.5TH H（1.6ms1.6ms），也即存在），也即存在1.6ms1.6ms宽的场消隐宽的场消隐前肩。前肩。第34页，共58页，编辑于2022年
28、，星期六 由图像信号、复合消隐信号和复合同步信号组由图像信号、复合消隐信号和复合同步信号组成的完整视频信号一般称为全电视信号或复合视频成的完整视频信号一般称为全电视信号或复合视频信号。复合消隐信号中的行消隐后肩上附加有色同信号。复合消隐信号中的行消隐后肩上附加有色同步信号，这时的全电视信号专称为彩色全电视信号步信号，这时的全电视信号专称为彩色全电视信号或彩色复合视频信号。黑白电视广播中的全电视信或彩色复合视频信号。黑白电视广播中的全电视信号，主要示明包含奇、偶场内场消隐期及其前后时号，主要示明包含奇、偶场内场消隐期及其前后时段的视频信号。段的视频信号。1.3.5全电视信号全电视信号第35页，共
29、58页，编辑于2022年，星期六 有几个重要参数：有几个重要参数：相对于图像信号相对于图像信号0.7V0.7Vpppp峰峰峰值，行、场同步脉冲为峰值，行、场同步脉冲为0.3V0.3Vpppp；行同步脉行同步脉冲宽冲宽4.7s4.7s，其前沿滞后行消隐前沿，其前沿滞后行消隐前沿1.5s1.5s，也，也即存在即存在1.5s1.5s宽的行消隐前肩；宽的行消隐前肩；场同步脉冲宽场同步脉冲宽2.5T2.5TH H，即宽，即宽1.6ms1.6ms，其前沿滞后场消隐前沿，其前沿滞后场消隐前沿2.5T2.5TH H（1.6ms1.6ms），也即存在），也即存在1.6ms1.6ms宽的场消隐前肩。宽的场消隐前肩
30、。第36页，共58页，编辑于2022年，星期六 彩色电视广播包括复合消隐、复合同步、彩色电视广播包括复合消隐、复合同步、行序号和脉冲幅度等参数。行序号和脉冲幅度等参数。2.5T2.5TH H宽的场同步脉宽的场同步脉冲开了冲开了5 5个槽，在其前、后又各有个槽，在其前、后又各有5 5个窄的均衡脉个窄的均衡脉冲（宽冲（宽2.35s2.35s）此种设计目的在于保证行、场）此种设计目的在于保证行、场扫描的稳定和奇、偶场图像空间位置上的精确交扫描的稳定和奇、偶场图像空间位置上的精确交错镶嵌。错镶嵌。第37页，共58页，编辑于2022年，星期六1.41.4彩色视频信号的组成彩色视频信号的组成1.4.1三基
31、色原理三基色原理1.4.2亮度和色差信号编码亮度和色差信号编码第38页，共58页，编辑于2022年，星期六 色度信息包含色调和饱和度，故总共需传输色度信息包含色调和饱和度，故总共需传输三个电信号参量，其中，亮度信息可以由三个电信号参量，其中，亮度信息可以由CCDCCD输出输出的电信号（电压或电流物理量）大小直接反映，的电信号（电压或电流物理量）大小直接反映，然而，色调和饱和度信息难以由电信号物理直接然而，色调和饱和度信息难以由电信号物理直接反映。因此，通过三基色原理来解决。反映。因此，通过三基色原理来解决。1.4.1三基色原理三基色原理第39页，共58页，编辑于2022年，星期六 三基色原理，
32、是指人眼观看显示器件上间三基色原理，是指人眼观看显示器件上间接呈现的景物彩色图像时，不要求恢复出原景接呈现的景物彩色图像时，不要求恢复出原景物进入摄像机的照明光源反射光的光谱成分，物进入摄像机的照明光源反射光的光谱成分，重要的是能使人眼获得与直接观看原景物时相重要的是能使人眼获得与直接观看原景物时相同的灰度层次和色彩感觉。同的灰度层次和色彩感觉。第40页，共58页，编辑于2022年，星期六 R R，G G，B B三路基色视频信号各具有与前述黑白三路基色视频信号各具有与前述黑白视频信号相同的特性，都是视频信号相同的特性，都是625/50/21625/50/21扫描格式，扫描格式，有相同的扫描频率
33、和扫描相位，基带信号的最高频有相同的扫描频率和扫描相位，基带信号的最高频率都为率都为6MHz6MHz，需要有三路通频带宽度为，需要有三路通频带宽度为6MHz6MHz的通道的通道进行传输，或者说总的带宽达到进行传输，或者说总的带宽达到36MHz=18MHz36MHz=18MHz。为此，根据人眼视觉特性和色度学理论将为此，根据人眼视觉特性和色度学理论将R R，G G，B B基色信号转换成一个亮度信号和两个色差信号以压基色信号转换成一个亮度信号和两个色差信号以压缩总的传输带宽。缩总的传输带宽。1.4.2亮度和色差信号编码亮度和色差信号编码第41页，共58页，编辑于2022年，星期六 首先，从首先，从
34、R R，G G，B B基色信号中导出一个正确基色信号中导出一个正确地对应于景物明暗比例程度的亮度信号地对应于景物明暗比例程度的亮度信号Y Y，它完，它完全等效于前述的黑白视频信号，可单独给出具有全等效于前述的黑白视频信号，可单独给出具有相应灰度层次和确切细节的黑白图像。根据彩色相应灰度层次和确切细节的黑白图像。根据彩色显像管中涂敷的三基色荧光粉的色度坐标显像管中涂敷的三基色荧光粉的色度坐标（x,yx,y）和电视系统采用的基准白，从色度学计）和电视系统采用的基准白，从色度学计算中可据此计算出亮度信号算中可据此计算出亮度信号Y Y的编码公式，的编码公式，Y=0.299R+0.587G+0.114B
35、 Y=0.299R+0.587G+0.114B第42页，共58页，编辑于2022年，星期六 Y Y表示由此得出的相应的亮度电压。对于黑表示由此得出的相应的亮度电压。对于黑白景物（包括各级灰度层次），白景物（包括各级灰度层次），R R，G G，B B电压有电压有着一致的大小，即总是着一致的大小，即总是R=G=BR=G=B，黑白景物上总有，黑白景物上总有Y=R=G=BY=R=G=B，这称为摄像端的白平衡。，这称为摄像端的白平衡。现在的各种彩色电视系统中，这另两个独立信号现在的各种彩色电视系统中，这另两个独立信号均选为红色差信号均选为红色差信号R-YR-Y和蓝色差信号和蓝色差信号B-YB-Y，它们也
36、，它们也是从是从R R，G G，B B信号中分别导出的，根据式信号中分别导出的，根据式 Y=0.701R-0.587G-0.114B Y=0.701R-0.587G-0.114B B-Y=-0.299R-0.587G+0.886B B-Y=-0.299R-0.587G+0.886B第43页，共58页，编辑于2022年，星期六 关于图像分解力（或称图像清晰度），它与关于图像分解力（或称图像清晰度），它与视频信号带宽间的关系有如下的简单推导式。由视频信号带宽间的关系有如下的简单推导式。由于行正程于行正程THt=52sTHt=52s，若画面上水平方向有，若画面上水平方向有5252周周黑白变化，则从水
37、平扫描中得到的视频信号恰为黑白变化，则从水平扫描中得到的视频信号恰为1MHz1MHz；或者说，；或者说，1MHz1MHz视频信号可给出水平方向视频信号可给出水平方向252=104252=104条（明暗）电视线（条（明暗）电视线（TVLTVL）。所以，）。所以，6MHz Y6MHz Y信号可给出信号可给出624TVL624TVL亮度分解力，亮度分解力，1.5MHz1.5MHz色色差信号可给出差信号可给出156TVL156TVL色度分解力。观看到的彩色色度分解力。观看到的彩色电视图像实际上相当于精细的黑白图像上叠加了电视图像实际上相当于精细的黑白图像上叠加了稍欠精细的色度成分。稍欠精细的色度成分。
38、第44页，共58页，编辑于2022年，星期六 接收端接收到接收端接收到Y Y0 06MHz6MHz，（，（R-YR-Y）0 01.5MHz1.5MHz和（和（B-B-Y Y）0 01.5MHz1.5MHz三个信号，通过与编码矩阵相逆的解三个信号，通过与编码矩阵相逆的解码矩阵恢复出码矩阵恢复出R R，G G，B B信号后，馈至显示器件的信号后，馈至显示器件的三个基色信号激励端借以产生彩色图像；解码矩三个基色信号激励端借以产生彩色图像；解码矩阵公式为：阵公式为：R=Y R=Y0 06 6+（R-YR-Y）0 01.51.5=R=R0 01.51.5+Y+Y1.51.56 6 G=Y G=Y0 06
39、 6+（G G-Y Y）0 01.51.5=G=G0 01.51.5+Y+Y1.51.56 6 B=Y B=Y0 06 6+（B-YB-Y）0 01.51.5=B=B0 01.51.5+Y+Y1.51.56 6第45页，共58页，编辑于2022年，星期六 （G-YG-Y）0 01.51.5，发送端并未传输，但接收端，发送端并未传输，但接收端可根据下式从接收到的可根据下式从接收到的R-YR-Y和和B-YB-Y中得到：中得到：第46页，共58页，编辑于2022年，星期六1.51.5彩色电视中视频信号的调制传输彩色电视中视频信号的调制传输1.5.1视频信号对高频载波的调制视频信号对高频载波的调制1.
40、5.2色差信号频谱搬移和色度信色差信号频谱搬移和色度信号形成号形成1.5.3彩色全电视信号和彩色全电视信号和U，V信号信号第47页，共58页，编辑于2022年，星期六 彩色视频信号通过对高频载波的调制才能向彩色视频信号通过对高频载波的调制才能向外传输。黑白电视广播中，是将全电视信号对高外传输。黑白电视广播中，是将全电视信号对高频载波进行调制，具体采用以负极性全电视信号频载波进行调制，具体采用以负极性全电视信号对高频载波进行调幅的方式，并对调幅产生的双对高频载波进行调幅的方式，并对调幅产生的双边带信号保持全部上边带而抑制掉大部分下边带，边带信号保持全部上边带而抑制掉大部分下边带，只残留一小部分，
41、即只残留一小部分，即1.25MHz1.25MHz下边带，形成所谓下边带，形成所谓的残留（下）边带调幅传输方式。的残留（下）边带调幅传输方式。1.5.1视频信号对高频载波的调制视频信号对高频载波的调制第48页，共58页，编辑于2022年，星期六 彩色电视模拟制式的传输中，由彩色电视模拟制式的传输中，由Y Y，R-YR-Y，B-B-Y Y组成的彩色图像信号其动态范围在已调波中高组成的彩色图像信号其动态范围在已调波中高电平不应超出同步电平的已调波幅度，低电平不电平不应超出同步电平的已调波幅度，低电平不应低于白电平的已调波幅度。应低于白电平的已调波幅度。第49页，共58页，编辑于2022年，星期六 一
42、套电视节目占用的高频带宽总计一套电视节目占用的高频带宽总计8MHz8MHz，也即，也即是一个电视广播频道的带宽。除是一个电视广播频道的带宽。除8MHz8MHz外，也有规定外，也有规定为为7MHz7MHz和和6MHz6MHz的标准。这种的标准。这种8MHz8MHz带宽的电视频道分带宽的电视频道分配在黑白电视广播中最先确定，彩色电视广播随之配在黑白电视广播中最先确定，彩色电视广播随之照样遵循。照样遵循。第50页，共58页，编辑于2022年，星期六 彩色电视信号通过高频调制发射传输时必须彩色电视信号通过高频调制发射传输时必须将基带视频信号的频带限制于将基带视频信号的频带限制于6MHz6MHz之下，因
43、而之下，因而Y Y，R-YR-Y和和B-YB-Y三个信号也须综合在三个信号也须综合在6MHz6MHz之内。总的频之内。总的频谱成分表达式可以用下列式子表示谱成分表达式可以用下列式子表示 f fnmnm=nf=nfH Hmfmfv v f fnmnm表示各个谱线成分，表示各个谱线成分，n n为行频为行频f fH H的谐波次的谐波次数，数，n=0n=0384384，m m为场频为场频f fv v的谐波次数，的谐波次数，m=0m=0140140。1.5.2 色差信号频谱搬移和色度信号形成色差信号频谱搬移和色度信号形成第51页，共58页，编辑于2022年，星期六 确定一个频率为确定一个频率为f fsc
44、sc的色度副载波，由的色度副载波，由R-YR-Y，B-YB-Y对它作正交平衡调幅，两个调幅波相加便形成对它作正交平衡调幅，两个调幅波相加便形成所谓的色度信号。正交平衡调幅中的所谓的色度信号。正交平衡调幅中的“正交正交”，是指是指R RY Y对对coscosscsct t进行调幅，进行调幅，B-YB-Y对对sinsinscsct t进进行调幅；而行调幅；而“平衡平衡”是指采用抑制载波本身的调是指采用抑制载波本身的调幅，其数字表达式为幅，其数字表达式为 e eR-YR-Y=(R-Y)cos=(R-Y)cosscsct t e eB-YB-Y=(B-Y)sin=(B-Y)sinscsct t 第52
45、页，共58页，编辑于2022年，星期六 两个色差信号的调幅波相加后合成为色度信两个色差信号的调幅波相加后合成为色度信号号e ec c，数学表示式为，数学表示式为第53页，共58页，编辑于2022年，星期六 经过对典型的彩条信号电平的计算得知，经过对典型的彩条信号电平的计算得知，75%75%幅度、幅度、100%100%饱和度的饱和度的Y+eY+ec c信号的高电平将超出白信号的高电平将超出白电平，低电平颇小于消隐电平。为了降低电平，低电平颇小于消隐电平。为了降低Y+eY+ec c的动态范围，确定了对的动态范围，确定了对R-YR-Y和和B-YB-Y预先加以压缩预先加以压缩的规范，在设定的条件下计算
46、出下面的的规范，在设定的条件下计算出下面的R-Y,B-R-Y,B-Y Y的压缩系数的压缩系数k kR R、k kB B：1.5.3彩色全电视信号和彩色全电视信号和U，V信号信号第54页，共58页，编辑于2022年，星期六 对对R-YR-Y和和B-YB-Y有另外的电平要求，其分别的压有另外的电平要求，其分别的压缩系数分别为缩系数分别为k kR R=0.713=0.713，k kB B=0.564=0.564，也即，也即 在数字电视中普遍用在数字电视中普遍用Y Y，C Cr r，C Cb b表示数字化的表示数字化的亮度信号和红色差、蓝色差信号。亮度信号和红色差、蓝色差信号。第55页，共58页，编辑
47、于2022年，星期六1.61.6电视频道的划分和使用电视频道的划分和使用 有线电视中信号在光缆、电缆内闭路传输，可有线电视中信号在光缆、电缆内闭路传输，可以使用地面开路广播中不归属电视频带的三个频段，以使用地面开路广播中不归属电视频带的三个频段，即即111.0MHz111.0MHz167.0MHz167.0MHz，223.0MHz223.0MHz463.0MHz463.0MHz和和560MHz560MHz606MHz606MHz三个频段。三个频段。第56页，共58页，编辑于2022年，星期六 有线电视广播中，除了可应用上述开路广播所有线电视广播中，除了可应用上述开路广播所规定的共规定的共676
48、7个电视频道外，还在个电视频道外，还在111MHz111MHz167MHz167MHz内内有有7 7个增补频道个增补频道21212626（A1A1段），在段），在223MHz223MHz463MHz463MHz内有内有3030个增补频道个增补频道Z8Z8Z16Z16和和Z17Z17Z37Z37（A2A2段和段和B B段），在段），在566MHz566MHz606MHz606MHz内有内有5 5个附加频道个附加频道Add1Add1Add5Add5（AddAdd段），共多出段），共多出4242个电视频道，因个电视频道，因而总计有而总计有8MHz8MHz射频带宽的频道达射频带宽的频道达109109个
49、。个。数字电视广播中，频道划分遵循上面已定的数字电视广播中，频道划分遵循上面已定的规范。规范。第57页，共58页，编辑于2022年，星期六 有线数字电视广播中，由于需要设置的反向有线数字电视广播中，由于需要设置的反向上行传输通道，一种规定是将上行传输通道，一种规定是将5MHz5MHz65MHz65MHz应用应用于反向上行传输，称为于反向上行传输，称为R R波段，波段，65MHz65MHz87MHz87MHz作作为过渡带，称为为过渡带，称为X X波段，正向下行传输中波段，正向下行传输中87MHz87MHz108MHz108MHz属于调频广播业务，称为属于调频广播业务，称为FMFM波段，波段，110MHz110MHz1000MHz1000MHz供模拟电视、数字电视和数据业务使供模拟电视、数字电视和数据业务使用，称为用，称为A A波段，具体为波段，具体为110MHz110MHz550MHz550MHz供模拟供模拟电视传输使用，电视传输使用，550MHz550MHz750MHz750MHz供数字电视、数供数字电视、数据和话音传输使用，据和话音传输使用，750MHz750MHz1000MHz1000MHz留供未来留供未来的业务发展使用。的业务发展使用。第58页，共58页，编辑于2022年，星期六