電視技術(shù)楊建良

老師湖南第一師范學(xué)院信息科學(xué)與工程系

Email：yjl650803@163.comTELQ:1163857868 §1.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程

§1.2電視掃描原理

§1.3重現(xiàn)電視圖像的基本參量

§1.4全電視信號(hào)

§1.5電視信號(hào)的發(fā)送

習(xí)題一第1章廣播電視的基本知識(shí)“電視”是通過電信通道將靜止圖像或活動(dòng)的景像在異地即時(shí)重現(xiàn)的技術(shù)。電視系統(tǒng)包括發(fā)端、傳輸通道和接收端三大部分。發(fā)端指由攝像機(jī)將實(shí)際景像經(jīng)光→電變換，由電視掃描變成圖像信號(hào)，再經(jīng)電視中心設(shè)備變換成全電視信號(hào)，最后由發(fā)射機(jī)調(diào)制，經(jīng)天線變換成電磁波發(fā)射；傳輸通道指空間電磁波或電纜等；接收端由接收設(shè)備接收、變換，通過顯像管電→光轉(zhuǎn)換及同步掃描最后在熒光屏上還原出原光圖像。導(dǎo)入

1．電視信號(hào)的形成

景物(或圖像)各部分的明暗變化和彩色變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電視信號(hào)(同時(shí)也把聲音的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換成音頻伴音信號(hào))其主要物理過程是光電轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵器件是攝像管。電視信號(hào)的形成和傳播導(dǎo)入

2．電視信號(hào)的傳播低頻視頻信號(hào)，調(diào)制到射頻載波上變成射頻電視信號(hào)，經(jīng)有線電視網(wǎng)絡(luò)、廣播電視發(fā)射系統(tǒng)或衛(wèi)星電視系統(tǒng)等不同方式傳輸?shù)接脩艏抑?。其主要物理過程是調(diào)制和發(fā)射(類似于裝載和運(yùn)輸)，關(guān)鍵設(shè)備是調(diào)制器。電視信號(hào)的形成和傳播導(dǎo)入

3．電視信號(hào)的終端顯示電視信號(hào)的形成和傳播射頻信號(hào)經(jīng)解調(diào)(檢波)還原為視頻電視信號(hào)和音頻伴音信號(hào)，視頻電視信號(hào)經(jīng)顯像管或其他顯示器還原成原景物(或圖像)的光像，伴音信號(hào)經(jīng)揚(yáng)聲器還原出聲音。其主要物理過程是解調(diào)和電光轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵器件是檢波器和顯示器。導(dǎo)入電視廣播過程的基本原理§1.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程

1.1.1像素及其傳送像素：電視系統(tǒng)分解和綜合圖像的最小單元。圖像順序傳送示意圖電視圖像的構(gòu)成：像素，40多萬(wàn)；圖像傳送：順序；掃描：將一幀圖像的像素按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程；同步：使發(fā)送和接收的像素位置一一對(duì)應(yīng)。1.1.2光電轉(zhuǎn)換原理

光與電的相互轉(zhuǎn)換是電視圖像攝取與重現(xiàn)的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代電視系統(tǒng)中，光電轉(zhuǎn)換是由發(fā)送端的攝像管和接收端的顯像管來完成的。信號(hào)處理與傳輸通道攝像端光→電轉(zhuǎn)換顯像端電→光轉(zhuǎn)換圖像電信號(hào)圖像電信號(hào)RL重現(xiàn)圖像景物顯像管鏡頭攝像管電視圖像的攝取主要靠攝像管，其工作基于光電效應(yīng)原理。常用的攝像管有超正析攝像管、光電導(dǎo)攝像管等多種。光電導(dǎo)攝像管的基本結(jié)構(gòu)①、鏡頭：使景物成像在靶表面上。②、光電轉(zhuǎn)換部分：透明導(dǎo)電極、金屬靶環(huán)、光電導(dǎo)靶③、電子槍：燈絲、陰極、柵極、加速極、聚焦極、網(wǎng)電極⑷、校正線圈：無偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)，使電子束落在靶中心。⑸偏轉(zhuǎn)線圈：使電子束按一定規(guī)律對(duì)靶面掃描。⑹、磁聚焦線圈：配合靜電聚焦線圈，使電子束聚焦良好。鏡頭景物面板玻璃靶環(huán)輸出圖像信號(hào)VT

靶壓

15至40VRL聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈校正線圈電子束透明導(dǎo)電極光電導(dǎo)靶陰極接地控制柵極0至－50V聚焦極0至300伏燈絲管腳加速極300V網(wǎng)電極450V光電導(dǎo)攝像管的工作原理2.圖像的重現(xiàn)圖像的重現(xiàn)是依靠電視接收機(jī)的顯像管來完成的。顯像管的任務(wù)是將圖像電信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像光信號(hào)，完成電到光的轉(zhuǎn)換?！?.2電視掃描原理

1.2.1行掃描和場(chǎng)掃描1、行（水平）掃描ｔ1ｔ2ｔ3ｔ4ｔ552μｓｔｉH64μｓ12μｓ行頻鋸齒波電流偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制電子束的掃描運(yùn)動(dòng)行掃描正程ａｂ電流方向磁場(chǎng)方向顯像管陰極顯像管屏幕O行偏轉(zhuǎn)線圈水平亮線2、場(chǎng)(垂直)掃描ｔ20ｍｓ18.4ｍｓ1.6ｍｓｏｃｄｃｏｏ場(chǎng)掃描電流Iｖ偏轉(zhuǎn)線圈電子槍熒光屏垂直偏轉(zhuǎn)電流ｉｖ電子束ＯＣｄ磁場(chǎng)方向垂直亮線

1．逐行掃描電子束水平方向的運(yùn)動(dòng)稱為行掃描，電子束垂直方向的運(yùn)動(dòng)稱為場(chǎng)掃描。電子束有規(guī)律的沿畫面自左至右、自上而下一行行移動(dòng)稱為逐行掃描。電子束逐行掃描如圖。圖1-5逐行掃描示意圖(a)場(chǎng)正程光柵;(b)場(chǎng)逆程光柵;(c)行掃描鋸齒波電流;(d)場(chǎng)掃描鋸齒波電流電子掃描的掃描方式

2．隔行掃描電子掃描的掃描方式

理論分析和實(shí)踐表明，滿足人眼的連續(xù)感、不閃爍感和清晰度要求，采用逐行掃描方式時(shí)，信號(hào)帶寬太寬。實(shí)際中均采用隔行掃描方式。

隔行掃描是把一幀圖像分成兩場(chǎng)進(jìn)行掃描，一場(chǎng)掃

1、3、5、……奇數(shù)行，稱奇數(shù)場(chǎng)；下一場(chǎng)掃

2、4、6、……偶數(shù)行，稱偶數(shù)場(chǎng)。如此反復(fù)。圖1-6隔行掃描示意圖(a)第一場(chǎng);(b)第二場(chǎng);(c)兩場(chǎng)相嵌;(d)行、場(chǎng)掃描電流波形

2．隔行掃描電子掃描的掃描方式隔行掃描重現(xiàn)圖像必須保證兩場(chǎng)光柵正確鑲嵌。每幀行數(shù)625；每場(chǎng)行數(shù)為625/2=312.5。行頻fH=15626Hz，行周期TH=1/15625s=64s1.2.4我國(guó)廣播電視掃描參數(shù)

我國(guó)廣播電視采用隔行掃描方式，其主要掃描參數(shù)如下:

行周期TH=64μs;行頻fH=15625Hz;

行正程TSH=52μs;行逆程TRH=12μs;

場(chǎng)周期TV=20ms;場(chǎng)頻fV=50Hz;

場(chǎng)正程TSV=18.4ms;場(chǎng)逆程TRV=1.6ms;

幀周期Tz=40ms;每幀行數(shù)Z=625行(其中:正程575行，逆程50行);

幀頻fz=25Hz;每場(chǎng)行數(shù)312.5行(其中:正程287.5行，逆程25行)?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參量1.3.1亮度、對(duì)比度和灰度1.亮度

亮度就是人眼對(duì)光的明暗程度的感覺。

其中，B表示亮度;I表示發(fā)光強(qiáng)度;S表示單位面積。單位：尼特(nit)。尼特定義為在一平方米面積內(nèi)具有一燭光(cd)的發(fā)光強(qiáng)度，即1nit=1cd/m2。電視屏幕的亮度就是指在電視屏幕表面的單位面積上,垂直于屏面方向所給出的發(fā)光強(qiáng)度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為§1.3重現(xiàn)電視圖像的基本參量1.3.1亮度、對(duì)比度和灰度電視圖像的亮度取決于電視圖像信號(hào)的平均直流成分，改變電視圖像信號(hào)的直流成分，可以改變其亮度。光強(qiáng):光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為發(fā)光強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱光強(qiáng)。

光強(qiáng)代表了光源在不同方向上的輻射能力。單位為坎德拉(candela)，又稱燭光，符號(hào)為cd。光通量是度量光的功率的物理量,是按人眼的光感覺來度量的輻射功率，其通用單位為流明(lumen)，簡(jiǎn)寫為lm。2.對(duì)比度

客觀景物的最大亮度與最小亮度之比稱為對(duì)比度，通常以C表示。顯然，周圍環(huán)境越亮，電視圖像的對(duì)比度就越低。對(duì)于重現(xiàn)的電視圖像，其對(duì)比度不僅與顯像管的最大亮度Bmax和最小亮度Bmin有關(guān)，還與周圍的環(huán)境亮度BD有關(guān)，其對(duì)比度C為3.灰度

圖像從黑色到白色之間的過渡色統(tǒng)稱灰色。

灰度就是將這一灰色劃分成能加以區(qū)別的層次數(shù)。它反映電視系統(tǒng)所能重現(xiàn)的原圖像明、暗層次的程度。

通常電視臺(tái)發(fā)送一個(gè)具有10級(jí)灰度的階梯信號(hào)(或稱級(jí)差信號(hào))，接收系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整后在重現(xiàn)圖像中能加以區(qū)分的從黑到白的層次，稱其為該系統(tǒng)具有的灰度級(jí)。

我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:

甲級(jí)機(jī)：八級(jí)

乙級(jí)機(jī)：七級(jí)1.3.2圖像的尺寸與幾何形狀

2、圖像幅型比

3．掃描格式通常用圖像水平方向和垂直方向有效像素的乘積來表示。1、圖像的尺寸

指由電子掃描所形成的光柵或電視圖像的寬、高比。

傳統(tǒng)模擬電視

4:3；高清晰度電視

16:9。2.圖像的幾何相似性

(1)非線性失真

由行、場(chǎng)鋸齒波電流非線性失真引起。(2)幾何失真

由于偏轉(zhuǎn)線圈繞制和安裝不當(dāng)，導(dǎo)致磁場(chǎng)方向不規(guī)則、不均勻及行、場(chǎng)磁場(chǎng)彼此不垂直等引起。1.3.3電視圖像清晰度與電視系統(tǒng)分解力

電視圖像清晰度是指人眼主觀感覺到圖像細(xì)節(jié)的清晰程度。

電視系統(tǒng)傳送圖像細(xì)節(jié)的能力，稱為系統(tǒng)的分解力。主觀圖像清晰度與客觀系統(tǒng)分解力有關(guān)。電視系統(tǒng)的每場(chǎng)掃描行數(shù)愈多，景物被分解的像素?cái)?shù)就愈多，重現(xiàn)圖像的細(xì)節(jié)也就愈清晰，因而人眼主觀感覺圖像的清晰度也就愈高。由于像素?cái)?shù)的多少很大程度上取決于掃描行數(shù)，因此通常用能分辨的黑白相間的掃描線數(shù)來表征電視系統(tǒng)的分解力，并稱之為標(biāo)稱分解力。1.垂直分解力

指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨出像素的數(shù)目。用M表示。它受每幀屏幕顯示行數(shù)Ｚ′(或總行數(shù)Ｚ)的限制。

一般情況下，并非每一屏幕顯示行都代表垂直分解力，而取決于圖像的狀況以及圖像與掃描線相對(duì)位置的各種情況?？紤]圖像內(nèi)容的隨機(jī)性,有效垂直分解力Ｍ可由下式估算出:

M=K*Z’

（K稱為克爾系數(shù),取值0.76；Z’為幀正程行數(shù)）

我國(guó)規(guī)定：Z’=575M=0.76*575=437線1.3.3電視圖像清晰度與電視系統(tǒng)分解力

2.水平分解力

指電視系統(tǒng)沿圖像水平方向能分解的像素的數(shù)目，用N表示。它取決于電子束橫截面的大小。即與電子束直徑相對(duì)于圖像細(xì)節(jié)寬度的大小有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)水平分解力等于垂直分解力時(shí)圖像質(zhì)量最佳。

對(duì)4:3電視機(jī),有效水平分解力可根據(jù)下式求出:

N=4/3*M≈583線1.3.3電視圖像清晰度與電視系統(tǒng)分解力

1.3.4視頻信號(hào)的頻帶寬度

1.一幀圖像的像素

視頻信號(hào)的頻帶寬度與一幀圖像的像素個(gè)數(shù)和每秒掃描的幀數(shù)有關(guān)。在我國(guó)，電視掃描行數(shù)為625行，其中正程575行，逆程50行。因此，一幀圖像的有效掃描行數(shù)為575行，即垂直方向由575行像素組成。一般電視機(jī)屏幕的寬高比為4∶3，因此一幀圖像的總像素個(gè)數(shù)約為2.圖像信號(hào)的頻帶寬度

圖像信號(hào)包括直流成分和交流成分。直流成分反映圖像的背景亮度，它的頻率為零，反映了圖像的最低頻率;

交流成分反映圖像的內(nèi)容，圖像越復(fù)雜，細(xì)節(jié)變化越細(xì)，黑白電平變化越快，其傳送信號(hào)頻率就越高。顯然，圖像信號(hào)頻帶寬度等于其最高頻率。如果播送一幅左右相鄰像素為黑白交替的脈沖信號(hào)的畫面，顯然這是一幅變化最快的圖像，每?jī)蓚€(gè)像素為一個(gè)脈沖信號(hào)變化周期。若某電視系統(tǒng)規(guī)定一秒鐘傳送25幀畫面，則該系統(tǒng)圖像信號(hào)的最高頻率為考慮留有余量，一般認(rèn)為圖像信號(hào)的最高頻率為6MHz,因此我國(guó)電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖像信號(hào)的頻帶寬度為0~6MHz。1.3.5每幀圖像掃描行數(shù)的確定

幀頻一定時(shí)，每場(chǎng)掃描行數(shù)愈多，電視系統(tǒng)反映圖像細(xì)節(jié)的能力就愈強(qiáng)，但同時(shí)圖像信號(hào)占用的頻帶也相應(yīng)加寬。由于人眼在一定距離內(nèi)分辨圖像細(xì)節(jié)能力有一定限度，因此沒有必要過分提高每場(chǎng)掃描行數(shù)。于是，可依據(jù)人眼的這一視覺特性來確定每幀圖像的掃描行數(shù)。分辨角的確定:當(dāng)θ很小時(shí)，tanθ/2≈θ/2，于是有θ/2≈d/2L，即θ≈d/L。設(shè)屏幕高度為h，屏幕有效顯示行數(shù)為Z′，則分辨角θ的概念：在一定距離L時(shí)，人眼恰能分辨的兩個(gè)黑點(diǎn)之間的夾角。正常人的分辨角在1′~1.5′之間，通常取θ=1.5′;觀看電視的最佳距離為L(zhǎng)≈4h(由人的視覺清楚的區(qū)域Φ≈15°得出)。將此兩值代入上式，即可算出相應(yīng)的屏幕顯示行數(shù)Z′=573。我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定屏幕顯示行數(shù)為575行，再考慮每幀逆程的50行，即確定了每幀總行數(shù)為Z=625行。§1.4全電視信號(hào)全電視信號(hào)

視頻信號(hào)又稱全電視信號(hào)，黑白全電視信號(hào)包括圖像信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)。全電視信號(hào)波形如圖所示。

1．圖像信號(hào)的位置

一、圖像信號(hào)

圖像信號(hào)出現(xiàn)在行正程期間。含有行同步、行消隱信號(hào)的視頻信號(hào)波形及相互關(guān)系如圖所示。圖中為行正程時(shí)間。一、圖像信號(hào)

圖像信號(hào)是電平高低反應(yīng)圖像亮暗的電信號(hào)。特點(diǎn)：具有單極性和脈沖性。均勻階梯波電視圖像及對(duì)應(yīng)波形。

2．圖像信號(hào)的幅度與波形一、圖像信號(hào)圖像信號(hào)及對(duì)應(yīng)的負(fù)極性波形如圖，分析可知：圖像信號(hào)的頻率范圍為0~6MHz。

3．圖像信號(hào)的頻率二、復(fù)合消隱信號(hào)

1．行消隱脈沖：寬度12s

，每行一個(gè)。

作用：提供電子束消隱寬度、視頻信號(hào)基準(zhǔn)電平的信息。包括行消隱脈沖和場(chǎng)消隱脈沖。復(fù)合消隱脈沖的波形如圖所示。

2．場(chǎng)消隱脈沖：寬度25H(H指一行即

(6425+12)

s=1612s)

每場(chǎng)一個(gè)。三、復(fù)合同步信號(hào)作用：提供掃描頻率和相位信息的信號(hào)。包括行同步脈沖、場(chǎng)同步脈沖、槽脈沖和前后均衡脈沖。

1.同步的重要性

收送圖像不同步造成接收?qǐng)D像異常電視圖像的發(fā)送與接收是靠電子掃描對(duì)圖像的分解與合成實(shí)現(xiàn)的。要想使接收機(jī)重現(xiàn)發(fā)送端的景象，必須嚴(yán)格保證發(fā)送端與接收端的電子掃描步調(diào)完全一致，也稱為同步，否則重現(xiàn)的圖像就不正常。(a)三行復(fù)合視頻圖像信號(hào);(b)收發(fā)兩端行掃描同步;(c)接收機(jī)行頻高;(d)接收機(jī)行頻低行掃描不同步的視頻信號(hào)波形分析場(chǎng)掃描不同步的視頻信號(hào)波形分析(a)一場(chǎng)復(fù)合視頻圖像信號(hào);(b)收發(fā)兩端場(chǎng)掃描同步;(c)接收機(jī)場(chǎng)頻高;(d)接收機(jī)場(chǎng)頻低三、復(fù)合同步信號(hào)

1．行同步脈沖：提供行掃描頻率和相位信息，前沿表征行逆程開始的時(shí)刻。寬度4.7s，每行一個(gè)。

2．場(chǎng)同步脈沖：提供場(chǎng)掃描頻率和相位信息，前沿表征場(chǎng)逆程開始的時(shí)刻。寬度2.5H=160s

，每場(chǎng)一個(gè)。三、復(fù)合同步信號(hào)

3．槽脈沖與前后均衡脈沖在電視機(jī)接收端利用行場(chǎng)同步信號(hào)的寬度不同，用微分（或鑒相）與積分電路把行場(chǎng)同步信號(hào)分離。由于場(chǎng)同步脈沖較寬，因而在場(chǎng)同步期間會(huì)使行同步信息丟失。這樣，在場(chǎng)逆程期間行就可能失步，可能會(huì)造成每場(chǎng)開始時(shí)的前幾行不能立刻同步，而使屏幕顯示圖像的最上面幾行出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。三、復(fù)合同步信號(hào)

3．槽脈沖與前后均衡脈沖槽脈沖：在場(chǎng)同步期間提供行同步信息，使得即使在場(chǎng)同步期間也不丟失行同步信息。在2.5H場(chǎng)同步期內(nèi)開

5個(gè)槽，為每半行開一個(gè)槽，槽寬

4.7s。

積分輸出的兩場(chǎng)同步控制電平出現(xiàn)的時(shí)間有一偏差Δt。將嚴(yán)重影響隔行掃描體系中場(chǎng)掃描的準(zhǔn)確性。時(shí)間偏差嚴(yán)重時(shí)將會(huì)產(chǎn)生并行現(xiàn)象，使垂直清晰度下降。

隔行掃描中復(fù)合同步信號(hào)及其分離三、復(fù)合同步信號(hào)

為保證隔行掃描光柵的精確鑲嵌，必須使積分后兩場(chǎng)的場(chǎng)同步積分起始電平相同。為此，電視臺(tái)在發(fā)送場(chǎng)同步信號(hào)時(shí)，在場(chǎng)同步信號(hào)的左右各加5個(gè)脈沖，其重復(fù)周期為TH/2，脈沖寬度為2.35μs。場(chǎng)同步脈沖之前的5個(gè)脈沖稱為前均衡脈沖，場(chǎng)同步脈沖之后的5個(gè)脈沖稱為后均衡脈沖1.4.4黑白全電視信號(hào)

黑白全電視信號(hào)由圖像信號(hào)及六種輔助信號(hào)——行同步、場(chǎng)同步、行消隱、場(chǎng)消隱、槽脈沖與均衡脈沖組成。1.4.4黑白全電視信號(hào)

特點(diǎn):脈沖性、周期性和單極性。全電視信號(hào)中各輔助脈沖參數(shù)如下:

行消隱脈寬:12μs;行同步脈寬:4.7μs；

場(chǎng)消隱脈寬:1612μs;場(chǎng)同步脈寬:160μs；

槽脈沖脈寬:4.7μs;均衡脈沖寬:2.35μs。

我國(guó)電視廣播標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)全電視信號(hào)的輻射電平:

(1)同步電平:100%載波峰值。

(2)消隱電平:(72.5%~77.5%)載波峰值。

(3)黑電平比消隱電平差:(0~5%)載波峰值。

(4)白電平:(10%~12.5%)載波峰值?！?.5電視信號(hào)的發(fā)送一、電視信號(hào)的高頻調(diào)制電視信號(hào)的發(fā)送傳播一般都要采用高頻信號(hào)，主要原因有二:1.高頻適于天線輻射，從而在空中產(chǎn)生無線電波;2.高頻具有寬闊的頻段，能容納許多互不干擾的頻道，也能傳播某些寬頻帶的消息信號(hào)。§1.5電視信號(hào)的發(fā)送

1．視頻信號(hào)的調(diào)幅二、視頻信號(hào)的調(diào)幅

特點(diǎn)：振幅變換反應(yīng)調(diào)制信號(hào)，可用包絡(luò)檢波器解調(diào)。已調(diào)信號(hào)高頻振蕩相位連續(xù)，無突變點(diǎn)。視頻信號(hào)高頻調(diào)幅波的形成及波形如圖所示。

2.視頻信號(hào)調(diào)幅波的頻譜§1.5電視信號(hào)的發(fā)送二、圖像信號(hào)的調(diào)幅

3．視頻調(diào)幅波的殘留邊帶發(fā)送為減小傳輸射頻信號(hào)的帶寬，電視信號(hào)均采用殘留邊帶方式發(fā)送，我國(guó)每頻道電視信號(hào)頻譜如圖所示。§1.5電視信號(hào)的發(fā)送

電視伴音信號(hào)的音頻范圍為

20Hz~15kHz。采用調(diào)頻方式傳輸。即高頻載