§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)電視廣播的基本過程如圖1-1所示。在發(fā)送端,根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理將圖像（光信號(hào)）經(jīng)過攝像機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（視頻信號(hào)）,再經(jīng)過放大,耦合到圖像調(diào)制器。伴音則經(jīng)過話筒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（音頻信號(hào)）,也經(jīng)過放大,耦合到伴音調(diào)制器。圖像信號(hào)及伴音信號(hào)在調(diào)制器中分別調(diào)制到各自的載波上,從而形成高頻圖像信號(hào)和高頻伴音信號(hào),再經(jīng)雙工器后,用同一發(fā)射天線發(fā)送出去。在接收端,由電視接收天線將高頻圖像信號(hào)和高頻伴音信號(hào)一起接收下來,在電視接收機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理（放大及檢波）:取出反映圖像內(nèi)容的視頻信號(hào),并經(jīng)視頻放大后送顯像管重現(xiàn)出圖像;同時(shí)取出反映伴音內(nèi)容的音頻信號(hào),在揚(yáng)聲器中還原出聲音。圖1-1電視廣播過程

§1.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程

1.1.1像素及其傳送

一幅圖像所包含的40多萬個(gè)像素是不可能同時(shí)被傳送的,只能是按一定的順序分別將各像素的亮度變換成相應(yīng)的電信號(hào),并依次傳送出去;在接收端,則按同樣的順序把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)一個(gè)相應(yīng)的亮點(diǎn)重現(xiàn)出來。只要順序傳送速率足夠快,利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光材料的余輝特性,人眼就會(huì)感覺到是一幅連續(xù)的圖像。這種按順序傳送圖像像素信息的方法,是構(gòu)成現(xiàn)代電視系統(tǒng)的基礎(chǔ),并被稱為順序傳送系統(tǒng),圖1-2所示是該系統(tǒng)的示意圖。圖1-2圖像順序傳送系統(tǒng)示意圖圖像順序傳送系統(tǒng)工作時(shí),首先將要傳送的某一光學(xué)圖像作用于由許多獨(dú)立的光電元件所組成的光電板上,這時(shí),光學(xué)圖像就被轉(zhuǎn)換成由大量像素組成的電信號(hào),然后經(jīng)過傳輸通道送到接收端。接收端有一塊可在電信號(hào)作用下發(fā)光的電光板,它可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光學(xué)圖像信號(hào)。在電視系統(tǒng)中,將組成一幀圖像的像素按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程,稱為掃描過程。圖1-2中的S1、S2是同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的,當(dāng)它們接通某個(gè)像素時(shí),那個(gè)像素就被發(fā)送和接收,并使發(fā)送和接收的像素位置一一對(duì)應(yīng)。在實(shí)際電視技術(shù)中,采用電子掃描裝置來代替開關(guān)S1、S2的工作。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。

1.圖像的攝取

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，下面以光電導(dǎo)攝像管為例來說明圖像信號(hào)產(chǎn)生的過程。光電導(dǎo)攝像管的結(jié)構(gòu)如圖1-3(a)所示，它主要由光電靶和電子槍兩部分組成。圖1-3攝像管的結(jié)構(gòu)及圖像信號(hào)產(chǎn)生的過程(a)攝像管的結(jié)構(gòu);(b)圖像信號(hào)產(chǎn)生的過程光電靶:在攝像管前方的玻璃內(nèi)壁上鍍上一層透明金屬膜，作為光的通路和電信號(hào)輸出電極，稱之為信號(hào)電極板，在信號(hào)電極板(即金屬膜)后面再敷上一層很薄的光電導(dǎo)層，稱之為光電靶。光電靶可由三硫化二銻(Sb2S3)或氧化鉛(PbO)等材料組成，它們具有靈敏度極高的光敏反應(yīng)，照射到它表面的光亮度即使發(fā)生微小變化，其電阻也會(huì)隨之而變。這種材料還有一個(gè)特點(diǎn):當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，其電阻的變化只體現(xiàn)在深度方向上，并不沿橫向擴(kuò)散。因此，用這種材料制成的光電靶就相當(dāng)于把許許多多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器組合在一起，當(dāng)光圖像成像于光電靶上時(shí)，每個(gè)像素都有與之對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器，這樣便可把各個(gè)像素的亮暗轉(zhuǎn)換成相應(yīng)幅度的電信號(hào)。當(dāng)要傳送的實(shí)際圖像通過攝像機(jī)鏡頭成像于光電靶上時(shí)，由于實(shí)際圖像上各像素的亮暗不同，因此在光電靶上相應(yīng)各點(diǎn)的電阻大小就不同，亮像素對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)電阻小，暗像素對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)電阻大。于是，實(shí)際圖像上各像素亮度隨時(shí)間的變化關(guān)系便轉(zhuǎn)換成了光電靶上各點(diǎn)電阻隨時(shí)間的變化關(guān)系，也即是將實(shí)際的“光圖像”轉(zhuǎn)換成了靶面上的“電圖像”，實(shí)現(xiàn)了光到電的轉(zhuǎn)換。

電子槍:電子槍由燈絲、陰極、控制極、加速極、聚焦極等組成。當(dāng)給各電極施加正常工作電壓時(shí)，通過燈絲加熱陰極，陰極便發(fā)射出電子，這些電子在加速極、聚焦電場和偏轉(zhuǎn)磁場的共同作用下，形成很細(xì)的一束電子流，射向光電靶。從圖1-3(b)可以看出，當(dāng)電子束射到光電靶上某點(diǎn)時(shí)，便把該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等效電阻R(即圖中的R1、R2、R3……)接入由信號(hào)電極板、負(fù)載電阻RL、電源E和電子槍的陰極構(gòu)成的回路中，于是回路中便有電流i產(chǎn)生。電流i的大小與等效電阻R有關(guān)，即當(dāng)圖像上某像素的亮度發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的等效電阻R也發(fā)生變化，從而引起電流i發(fā)生變化，并直接導(dǎo)致圖中C點(diǎn)的對(duì)地輸出電壓UCO隨之發(fā)生變化。這個(gè)反映圖像上像素亮度隨時(shí)間變化的電壓UCO，被稱為圖像信號(hào)電壓，簡稱圖像信號(hào)。在偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生磁場的作用下，電子槍的電子束按照從左到右、從上到下的規(guī)律掃描光電靶面上各點(diǎn)，從而把圖像上按平面分布的各個(gè)像素的亮度依次轉(zhuǎn)換成按時(shí)間順序傳送的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了圖像的分解與光電轉(zhuǎn)換。

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。

顯像管是利用熒光效應(yīng)原理制成的。所謂熒光效應(yīng)，是指某些化合物在受到高速電子轟擊時(shí)表面能夠發(fā)光，并且轟擊的電子數(shù)量越多、速度越高，發(fā)光就越強(qiáng)的現(xiàn)象。

顯像管主要由電子槍及熒光屏等幾部分組成。當(dāng)把具有熒光效應(yīng)的熒光粉涂附在顯像管正面的內(nèi)壁時(shí)，就構(gòu)成了電視屏幕。當(dāng)顯像管內(nèi)電子槍發(fā)出的高速電子轟擊到電視屏幕上后，熒光粉就會(huì)發(fā)光。如果讓電子槍發(fā)射電子束的能力受發(fā)送端圖像信號(hào)強(qiáng)弱的控制，那么熒光粉發(fā)光的亮度也就與圖像信號(hào)強(qiáng)弱相對(duì)應(yīng)，從而呈現(xiàn)和發(fā)送端相同的圖像，達(dá)到圖像重現(xiàn)的目的。

§1.2電視掃描原理

1.2.1行掃描和場掃描

在顯像管的管頸上，裝有兩種偏轉(zhuǎn)線圈，一種叫行偏轉(zhuǎn)線圈，另一種叫場偏轉(zhuǎn)線圈。前者產(chǎn)生垂直方向的磁場，后者產(chǎn)生水平方向的磁場。當(dāng)給偏轉(zhuǎn)線圈通以線性變化的電流時(shí)，產(chǎn)生的磁場也是線性變化的。顯像管電子槍的陰極電子束在通過偏轉(zhuǎn)線圈時(shí)，在行偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的垂直磁場的作用下，按左手定則規(guī)律，沿著水平方向作有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，叫做行掃描;陰極電子束在場偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的水平磁場的作用下，沿著垂直方向作有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，叫做場掃描。設(shè)在行偏轉(zhuǎn)線圈里通過的鋸齒波電流如圖1-4(a)所示，此電流的幅度隨所選用的顯像管和偏轉(zhuǎn)線圈而異。從圖1-4(a)、(b)可以看出，當(dāng)通過行偏轉(zhuǎn)線圈的電流線性增長時(shí)(t1~t2)，電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下，開始從左向右作勻速運(yùn)動(dòng)，這段運(yùn)動(dòng)過程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間叫做行掃描的正程，用TSH表示(需要的時(shí)間約為52μs)。正程結(jié)束時(shí)(t2時(shí)刻)，電子束已掃描到屏幕的最右邊。接著偏轉(zhuǎn)電流又很快地線性減小(t2~t3)，電子束就相應(yīng)地從右向左運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過大約12μs的時(shí)間后，又回到屏幕的最左邊。電子束從屏幕最右邊回到最左邊的這段運(yùn)動(dòng)過程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間叫做行掃描的逆程，用TRH表示。按照我國電視標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，行掃描的正程與逆程之和，即行掃描周期TH為64μs。因此，行掃描鋸齒波電流的重復(fù)頻率fH=1/TH=15625Hz。假定只在行偏轉(zhuǎn)線圈里通過鋸齒波電流，而不在場偏轉(zhuǎn)線圈里通過鋸齒波電流，即電子束只有行掃描而沒有場掃描，那么熒光屏上將只呈現(xiàn)一條水平亮線，如圖1-4(b)所示。圖1-4行掃描和場掃描示意圖(a)行掃描鋸齒波電流;(b)僅有行掃描時(shí)，熒光屏上呈現(xiàn)一條水平亮線；(c)場掃描鋸齒波電流;(d)僅有場掃描時(shí)，熒光屏上呈現(xiàn)一條垂直亮線設(shè)在顯像管的場偏轉(zhuǎn)線圈里通過的鋸齒波電流如圖1-4(c)所示，那么電子束在水平偏轉(zhuǎn)磁場的作用下將產(chǎn)生自上而下(t1~t2)，再自下而上(t2~t3)的運(yùn)動(dòng)。電子束自上而下的運(yùn)動(dòng)過程叫做場掃描的正程，用TSV表示。電子束自下而上的運(yùn)動(dòng)過程叫做場掃描的逆程，用TRV表示。場掃描的周期TV等于正程(TSV)和逆程(TRV)之和。假定只在場偏轉(zhuǎn)線圈里通過鋸齒波電流，而不在行偏轉(zhuǎn)線圈里通過鋸齒波電流，那么熒光屏上將只呈現(xiàn)出一條垂直的亮線，如圖1-4(d)所示。1.2.2逐行掃描

所謂逐行掃描，就是電子束自上而下逐行依次進(jìn)行掃描的方式。這種掃描的規(guī)律為:電子束從第一行左上角開始掃描，從左到右掃完第一行，然后從右邊回到左邊，再掃描第二行、第三行……直至最后一行，掃完一幅(幀)完整的圖像為止。接著電子束從最下面一行又向上移動(dòng)到第一行開始的位置，從左上角開始掃描第二幅(幀)圖像，一直重復(fù)下去。

在電視技術(shù)中，電子束的行掃描和場掃描實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行的，電子束在水平掃描的同時(shí)也要進(jìn)行垂直掃描，即電子束在水平偏轉(zhuǎn)磁場和垂直偏轉(zhuǎn)磁場的合成磁場作用下，一方面作水平的運(yùn)動(dòng)，另一方面還作垂直的運(yùn)動(dòng)。由于行掃描速度遠(yuǎn)大于場掃描速度，因此在電視屏幕上看到的是一條條稍向下傾斜的水平亮線所形成的均勻光柵，如圖1-5(a)所示。圖1-5逐行掃描示意圖(a)場正程光柵;(b)場逆程光柵;(c)行掃描鋸齒波電流;(d)場掃描鋸齒波電流圖1-5所示是一種逐行掃描方式光柵形成的示意圖(用11行掃描線簡化示意)。從圖1-5(a)、(b)中可以看出，電子束在場掃描的正程有9行掃描，在場掃描的逆程有2行掃描。電子束從第1行最左邊的a點(diǎn)開始順序向下掃描，一直掃描到第9行最右邊的d點(diǎn)，這就形成了場掃描的正程。1.2.3隔行掃描

隔行掃描就是把一幀圖像分成兩場來掃描。第一場掃描1、3、5……奇數(shù)行，形成奇數(shù)場圖像，然后進(jìn)行第二場掃描時(shí)，才插進(jìn)2、4、6……偶數(shù)行，形成偶數(shù)場圖像。奇數(shù)場和偶數(shù)場快速地均勻鑲嵌在一起，利用人眼的視覺暫留特性，人們看到的仍是一幅完整的圖像。

隔行掃描的行結(jié)構(gòu)要比逐行掃描的行結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些。下面以每幀9行掃描線(Z=9)為例來說明隔行掃描光柵的形成過程。為簡化起見，行、場逆程掃描時(shí)間均忽略不計(jì)，如圖1-6所示。圖1-6隔行掃描示意圖(a)第一場;(b)第二場;(c)兩場相嵌;(d)行、場掃描電流波形從圖1-6中可以看出，一幀圖像的掃描行數(shù)為9行(Z=9)，若分兩場來完成一幀圖像的掃描，則每場必須掃描4.5行。第一場(奇數(shù)場)先掃描第1、3、5、7行及第9行的前半行，即電子束從屏幕左上方a點(diǎn)開始掃描，當(dāng)掃描到第9行的一半(b點(diǎn))時(shí)，第一行正程結(jié)束，行掃描正好掃完4.5行。此時(shí)，電子束已移動(dòng)到光柵底部的中點(diǎn)(b點(diǎn))，從而完成了第一場圖像的掃描，形成了奇數(shù)場的掃描光柵，如圖1-6(a)所示。由于場逆程時(shí)間為零，因此電子束將立即從b點(diǎn)跳到b′點(diǎn)，從而開始第二場(偶數(shù)場)掃描。第二場首先掃描第9行的后半行，接著掃描第2、4、6、8行。電子束從屏幕最上方b′點(diǎn)開始行掃描，當(dāng)掃描到第8行最右邊的d點(diǎn)時(shí)，第二場掃描正程就結(jié)束了，行掃描也正好掃完4.5行。此時(shí)，電子束已到達(dá)屏幕的右下角(即d點(diǎn))，從而完成了第二場圖像的掃描，形成了偶數(shù)場的掃描光柵，如圖1-6(b)所示。

奇、偶兩場掃描完畢，恰好是一幀圖像的掃描行數(shù)，兩場光柵均勻鑲嵌，就形成了一幅隔行掃描的復(fù)合光柵，如圖1-6(c)所示。以上分析了隔行掃描方式中一幀圖像的光柵形成過程。由于行、場掃描電流是連續(xù)的，因此，當(dāng)掃描完第一幀的兩場光柵后，接著就會(huì)進(jìn)行第二幀(三、四場)、第三幀(五、六場)……的掃描。行、場掃描電流的波形如圖1-6(d)所示。

不引起人眼閃爍感覺的最低重復(fù)頻率，稱為臨界閃爍頻率。臨界閃爍頻率f與很多因素有關(guān)，其中最主要的是光脈沖亮度B。對(duì)于電視屏幕來講，它們之間的關(guān)系可用以下經(jīng)驗(yàn)公式近似表示:

f=9.6lgB＋26.6

式中，亮度B的單位為尼特，臨界閃爍頻率f的單位為Hz。當(dāng)B=100尼特時(shí)，f=45.8Hz。顯然，隨著亮度B的提高，臨界閃爍頻率f的值也將提高。此外，觀看者到屏幕的距離以及環(huán)境條件等，也都對(duì)臨界閃爍頻率值有影響。

目前，大屏幕電視機(jī)的屏幕亮度可以做得很高，屏幕的最高亮度可以超過100尼特，此情況下臨界閃爍頻率值就已超過了

50Hz場頻，這樣，在屏幕過亮?xí)r，人眼還是會(huì)出現(xiàn)閃爍的感覺。所以，近年來國內(nèi)就有生產(chǎn)廠商推出了場頻為100Hz(遠(yuǎn)高于臨界閃爍頻率值)的所謂“不閃爍的電視”。

我國現(xiàn)行的廣播電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:幀頻為25Hz，一幀圖像分625行傳送，所以行掃描頻率為fH=25×625=15625Hz。隔行掃描方式的幀頻較低，電子束掃描圖像時(shí)所占的頻帶寬度較窄(約6MHz)，對(duì)電視設(shè)備要求不高，因此，它是目前電視技術(shù)中廣泛采用的方法。隔行掃描的關(guān)鍵是要保證偶數(shù)場正好嵌套在奇數(shù)場中間，否則會(huì)降低圖像清晰度。

要保證隔行掃描的準(zhǔn)確，每場掃描行數(shù)一般選擇為奇數(shù)。我國電視規(guī)定為每幀625行，國外每幀分別有405行、525行、819行等，都為奇數(shù)(如美國就采用525行)。這樣就要求第一場掃描結(jié)束于最后一行的一半處，此場結(jié)束后必須回到圖

1-6(b)所示屏幕上方中央的b′點(diǎn)，再開始第二場掃描。這樣才能保證相鄰的第二場掃描剛好嵌套在第一場各掃描線的中間。隔行掃描方式要求每場掃描的總行數(shù)為奇數(shù)。能否為偶數(shù)呢？從理論上講是可以為偶數(shù)的，但要實(shí)現(xiàn)，則奇、偶兩場掃描鋸齒波電流就必須有所不同，如圖1-7所示。由于每場掃描的時(shí)間相同，掃描行數(shù)相同，又都是掃描整數(shù)行，因此為了使奇數(shù)場與偶數(shù)場的光柵均勻鑲嵌，就必須使相鄰兩場光柵的起點(diǎn)不同，這就要求相鄰兩場的掃描電流振幅不同。當(dāng)振幅差異適當(dāng)時(shí)，可以達(dá)到兩場光柵均勻鑲嵌。從圖1-7中可以看到，偶數(shù)場與奇數(shù)場掃描電流振幅相差Δiv，當(dāng)奇數(shù)場掃描結(jié)束時(shí)，電流并不下降到零，而是保持一定數(shù)值，即Δiv。圖1-7總行數(shù)為偶數(shù)的隔行掃描方式1.2.4我國廣播電視掃描參數(shù)

我國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;

場周期TV=20ms;場頻fV=50Hz;

場正程TSV=18.4ms;場逆程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;每場行數(shù)312.5行(其中:正程287.5行，逆程25行)。

§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

1.亮度

亮度就是人眼對(duì)光的明暗程度的感覺。度量亮度的單位為尼特(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)式為其中，B表示亮度;I表示發(fā)光強(qiáng)度;S表示單位面積。亮度是用來表示發(fā)光面的明亮程度的。如果發(fā)光面的發(fā)光強(qiáng)度越大，發(fā)光面的面積越小，則看到的明亮程度越高，即亮度越大。電視機(jī)熒光屏的亮度一般可以達(dá)到100nit左右。

光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量稱為發(fā)光強(qiáng)度，簡稱光強(qiáng)。光強(qiáng)代表了光源在不同方向上的輻射能力。光強(qiáng)的單位為坎德拉(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)，簡寫為lm。實(shí)驗(yàn)表明:波長為555nm的單色光(綠光)，輻射功率為1W時(shí)所產(chǎn)生的光通量恰好為680lm。又如，一個(gè)40W的普通白熾燈泡產(chǎn)生的總光通量約為468lm，而一個(gè)40W的普通日光燈可以輸出2100lm的光通量。某光源所產(chǎn)生的光通量(lm)與其輻射功率(W)之比，稱為該光源的發(fā)光效率。上例中，一個(gè)40W的日光燈產(chǎn)生

2100lm的光通量，其發(fā)光效率為而一個(gè)40W普通白熾燈泡的發(fā)光效率僅為

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。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(1-1)顯然，周圍環(huán)境越亮，電視圖像的對(duì)比度就越低。人眼對(duì)周圍環(huán)境和感覺有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在不同的背景亮度時(shí)，人眼對(duì)亮度的主觀感覺和視覺范圍是不一樣的。例如，晚上，某人由一間15W普通白熾燈照明的房間突然進(jìn)入另一間100W普通白熾燈照明的同等房間時(shí)，人的第一感覺是好亮啊;但如果從一間500W燈泡照明的同等房間立刻進(jìn)入上述100W燈泡照明的房間時(shí)，人的第一感覺是好暗啊。這個(gè)例子說明在適應(yīng)了一定的環(huán)境亮度后，人對(duì)明暗有一定的視覺范圍，環(huán)境亮度不同，視覺范圍也不同，人眼的主觀感覺也會(huì)隨之改變。人眼所能感覺的亮度的范圍是非常寬的，約從百分之幾尼特至幾萬尼特。其之所以如此，是因?yàn)槿搜鄣母泄庾饔糜须S外界光的強(qiáng)弱而自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。這種調(diào)節(jié)能力也稱為眼睛的適應(yīng)性。它主要包括視覺細(xì)胞本身的調(diào)整作用和瞳孔的調(diào)節(jié)作用。例如，當(dāng)從亮環(huán)境進(jìn)入暗環(huán)境時(shí)，瞳孔直徑可由2mm擴(kuò)大到8mm，可使進(jìn)入眼球的光通量增加16倍。當(dāng)然，人眼并不能同時(shí)感受這樣大的亮度范圍，當(dāng)人眼在適應(yīng)了某一環(huán)境的平均亮度后，視覺范圍就有了一定限度。通常，在適當(dāng)環(huán)境的平均亮度下，人眼能感覺到的最大亮度與最小亮度之比為1000∶1。當(dāng)平均亮度很低時(shí)，這一比值只有10∶1。另外，在不同環(huán)境亮度下，對(duì)同一亮度的主觀感覺也不相同。例如，晴朗的白天，環(huán)境亮度大約為10000尼特，人眼可感覺的亮度范圍為200~20000尼特，低于200尼特的亮度都會(huì)引起黑色的感覺。但當(dāng)環(huán)境亮度降至30尼特時(shí)，可分辨范圍為1~200尼特，這時(shí)，100尼特的亮度就已引起相當(dāng)亮的感覺，只有低于1尼特的亮度才形成黑色感覺?？傊搜鄣拿髁粮杏X是相對(duì)的。

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)。為了鑒別電視機(jī)所能恢復(fù)原圖像明暗層次的程度，電視臺(tái)發(fā)送一個(gè)十級(jí)灰度信號(hào)。電視機(jī)經(jīng)調(diào)整后在圖像中能區(qū)分的從黑到白的層次數(shù)稱為該電視接收機(jī)具有相應(yīng)的灰度等級(jí)。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:甲級(jí)電視接收機(jī)應(yīng)能達(dá)到八級(jí)灰度，乙級(jí)電視接收機(jī)應(yīng)能達(dá)到七級(jí)灰度。實(shí)際上，電視機(jī)只要能達(dá)到六級(jí)灰度，就能收看到明暗層次較佳的圖像了。1.3.2圖像的尺寸與幾何形狀

1.圖像的尺寸

根據(jù)人眼的特性，視覺最清楚的范圍約為垂直夾角15°、水平夾角20°的矩形面積。因此，目前世界各國電視屏幕都采用矩形，畫面的寬高比為4∶3或5∶4。隨著電視技術(shù)的進(jìn)步，幀型向大屏幕方向發(fā)展，目前世界上已出現(xiàn)寬高比為5∶3、5∶3.3、16∶9等的尺寸。

顯像管屏幕的大小常用矩形對(duì)角線尺寸來衡量，一般家用電視機(jī)屏幕對(duì)角線長度為23~86cm不等。人們習(xí)慣用英寸表示，如9、14、18、21、25、29和34英寸等，它們的對(duì)角線分別為23、35、47、53、64、74和86cm等。

2.圖像的幾何相似性

電視重現(xiàn)圖像要與實(shí)際景象形狀相似，比例要一致。這種幾何上的相似性很重要，盡管看電視時(shí)并沒有實(shí)際景象與圖像相對(duì)照，重現(xiàn)圖像有一定的失真也不易感覺出來，但是對(duì)于觀眾熟悉的人物或器具，若失真稍大就容易覺察出來，故圖像失真應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)。圖像失真通常分為非線性失真和幾何失真兩種。

1)非線性失真

這是由行、場鋸齒波電流非線性失真引起的。

設(shè)系統(tǒng)傳送的是標(biāo)準(zhǔn)方格信號(hào)，則掃描鋸齒波電流及對(duì)應(yīng)的幾何圖像如圖1-8所示。圖1-8(a)所示是當(dāng)行、場掃描電流均為線性時(shí)的理想情況，此時(shí)重現(xiàn)圖像與原圖像相似，沒有非線性失真。當(dāng)行、場掃描電流非線性時(shí)，其重現(xiàn)的方格寬度、高度就會(huì)不均勻，從而呈現(xiàn)非線性失真，如圖1-8(b)、(c)所示。圖1-8電視圖像的非線性失真(a)不失真;(b)iYH失真;(c)iYV失真

2)幾何失真

由于偏轉(zhuǎn)線圈繞制和安裝不當(dāng)，導(dǎo)致磁場方向不規(guī)則、不均勻及行、場磁場彼此不垂直等，則掃描光柵將分別產(chǎn)生枕形、桶形及平行四邊形等幾何失真。圖１-９所示為枕形、桶形和平行四邊形等幾何失真的情況。

圖1-9(a)所示為偏轉(zhuǎn)線圈中心磁場弱、邊緣磁場強(qiáng)，重現(xiàn)圖像產(chǎn)生四個(gè)邊緣向內(nèi)凹陷的枕形失真。圖1-9(b)所示為偏轉(zhuǎn)線圈中心磁場強(qiáng)、邊緣磁場弱，重現(xiàn)圖像四個(gè)邊緣向外凸出的桶形失真。圖1-9(c)所示為行、場兩偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場不垂直而造成的平行四邊形失真。圖1-9電視圖像的幾何失真

(a)枕形失真;(b)桶形失真;(c)平行四邊形失真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

垂直分解力是指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨出像素的數(shù)目。顯然，它受每幀屏幕顯示行數(shù)Ｚ′(或者總行數(shù)Ｚ)的限制。在最佳的情況下，垂直分解力Ｍ就等于顯示行數(shù)

Ｚ′。在一般情況下，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。

考慮到圖像內(nèi)容的隨機(jī)性，有效垂直分解力Ｍ可由下式估算出:

M=KZ′

(1-2)

其中，K稱為克爾(Kell)系數(shù)，K取值為0.76。按我國電視標(biāo)準(zhǔn)，Z′=575，則其有效垂直分解力M=0.76×575=437線。

2.水平分解力

水平分解力是指電視系統(tǒng)沿圖像水平方向能分解的像素的數(shù)目，用N表示。水平分解力取決于電子束橫截面的大小。亦就是說，水平分解力與電子束直徑相對(duì)于圖像細(xì)節(jié)寬度的大小有關(guān)。

電子束在水平方向掃描與垂直方向掃描完全不同。垂直方向一定要一行一行地掃描，相鄰行之間的掃描線不重疊，而水平方向則是連續(xù)地掃描過去的。以攝像管為例，盡管電子束可以聚焦得很細(xì)，但總有一定的截面積(接近于像素)，因此它在水平方向掃描時(shí)將使黑白像素界線模糊，轉(zhuǎn)換成的圖像信號(hào)電壓不能突變，存在一個(gè)過渡期。從減小孔闌效應(yīng)、提高水平分解力考慮，需要減小電子束直徑。但電子束直徑太細(xì)，則在保持每幀掃描行數(shù)不變的前提下，將在行與行之間產(chǎn)生明顯空隙，畫面被掃描到的部分將減少，從而降低了傳輸效率。因此應(yīng)合理選擇電子束直徑，以等于掃描行間距為適宜。

實(shí)驗(yàn)證明，在同等長度條件下，當(dāng)水平分解力等于垂直分解力時(shí)圖像質(zhì)量最佳。由于一般電視機(jī)屏幕的寬高比為4∶3，因而有效水平分解力可根據(jù)式(1-2)求出:(1-3)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)，下面以我國的廣播電視系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。我國的電視掃描行數(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。其中，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，每兩個(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)定一秒種傳送25幀畫面，則該系統(tǒng)圖像信號(hào)的最高頻率為世界上各個(gè)國家和地區(qū)電視廣播系統(tǒng)圖像信號(hào)的最高頻率fmax可用下面的公式進(jìn)行計(jì)算:(1-4)其中，A為幅型比(即寬高比);K稱為克爾系數(shù);a為行掃描逆程系數(shù);b為幀掃描逆程系數(shù);fz為幀頻，Z為每幀掃描總行數(shù)。以我國電視廣播系統(tǒng)為例，其幅型比A=4/3，克爾系數(shù)K=0.76，行掃描逆程系數(shù)幀掃描逆程系數(shù)幀頻fz為25Hz，每幀掃描總行數(shù)Z=625行，則可計(jì)算出圖像信號(hào)的最高頻率約為5.5MHz。考慮留有余量，可以認(rèn)為圖像信號(hào)的最高頻率為6MHz，因此我國電視廣播系統(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

由于掃描行數(shù)決定了電視系統(tǒng)的分解力，從而決定了圖像的清晰度，因此在電視標(biāo)準(zhǔn)中，確定掃描行數(shù)是一個(gè)極為重要的問題。我國規(guī)定每幀圖像的掃描行數(shù)為625行。

在幀頻一定時(shí)，每場掃描行數(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。事實(shí)上，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)。圖1-10繪出了人眼分辨圖像細(xì)節(jié)能力的示意圖。圖中，θ為分辨角，是在一定距離L時(shí)，人眼恰能分辨的兩個(gè)黑點(diǎn)之間的夾角。顯然，θ越小，表示人眼的分辨力越強(qiáng);反之則越弱。因此可以定義人眼的分辨力為分辨角的倒數(shù)。設(shè)d為兩個(gè)黑點(diǎn)之間距離，即行距;h為屏幕高度;j為視覺清楚區(qū)域張角;L為最佳觀看距離，則由圖1-10可以推導(dǎo)出分辨角θ與行距d、距離L的關(guān)系:(1-5)當(dāng)θ很小時(shí)，tanθ/2≈θ/2，于是有θ/2≈d/2L，即θ≈d/L。圖１-１０人眼的分辨力示意圖式(1-5)中，θ的單位為rad(弧度)，若將分辨角θ的單位用角度表示，則可得到下式:(1-6)其中，θ以角度分為單位。設(shè)屏幕高度為h，屏幕有效顯示行數(shù)為Z′，則(1-7)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≈4h(由人的視覺清楚的區(qū)域Φ≈15°得出)。將此兩值代入式(1-8)，即可算出相應(yīng)的屏幕顯示行數(shù)Z′=573。我國電視標(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)

1.4.1圖像信號(hào)

圖像信號(hào)由發(fā)送端的攝像管產(chǎn)生，通過攝像管內(nèi)的靶電極，把明暗不同的景象轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)通道傳送處理，從而形成圖像信號(hào)。圖1-11為兩行圖像信號(hào)的波形。

圖像信號(hào)的幅度范圍在全電視信號(hào)輻射電平相對(duì)幅度的12.5％~75％之間，其中幅度為12.5%的電平稱為白電平，幅度為75%的電平稱為黑電平，幅度在12.5％~75％之間的電平則稱為灰色電平。圖像信號(hào)是以64μs為周期的周期性信號(hào)，其中每行顯示52μs，消隱期12μs。圖1-11圖像信號(hào)1.4.2復(fù)合消隱信號(hào)

復(fù)合消隱信號(hào)包括行消隱和場消隱兩種信號(hào)，如圖1-12所示。圖1-12復(fù)合消隱信號(hào)行消隱信號(hào)用來確保在行掃描逆程期間顯像管陰極的掃描電子束截止，不傳送圖像信息;場消隱信號(hào)是使在場掃描逆程期間掃描電子束截止，停止傳送圖像信息。因此在行、場回掃期間，電視屏幕上不出現(xiàn)干擾亮線(即回掃線)。

行、場消隱脈沖的相對(duì)電平為75%，相當(dāng)于圖像信號(hào)黑電平。行消隱脈寬為12μs，周期為64μs，場消隱脈寬為1612μs，周期為20ms。1.4.3復(fù)合同步信號(hào)

復(fù)合同步信號(hào)是由行同步信號(hào)、場同步信號(hào)、槽脈沖和前后均衡脈沖組成的。

1.同步的重要性

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。圖1-13列出了圖像收送不同步的幾種情況。圖1-13收送圖像不同步造成接收?qǐng)D像異常由圖1-13(b)可知，當(dāng)接收端的掃描初相位與發(fā)送端的不同步時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)圖像分裂現(xiàn)象。其中，行掃描發(fā)收相位不同步時(shí)，圖像左右分離;場掃描發(fā)收相位不同步時(shí)，圖像上下分離。由圖1-13(c)、(d)可知，當(dāng)接收端掃描頻率不同步時(shí)，圖像出現(xiàn)異常。

當(dāng)行頻不同步時(shí)，如圖1-14所示。圖1-14行掃描不同步(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)行頻低圖1-14(a)為發(fā)射臺(tái)發(fā)送的三行復(fù)合視頻圖像信號(hào)波形;圖1-14(b)為接收機(jī)行掃描與發(fā)送端同步時(shí)的波形。當(dāng)接收機(jī)行頻fH高于發(fā)送端的行頻時(shí)，由圖1-14(c)可知，逆程消隱黑點(diǎn)出現(xiàn)在行掃描正程的開始部分，且從下往上移。由于行掃描是自左向右以每幀625行進(jìn)行的，因此每行的消隱黑點(diǎn)依次右移，在電視屏幕上出現(xiàn)向右傾斜的消隱黑線，嚴(yán)重時(shí)可把圖像撕裂;反之，當(dāng)接收端行頻fH低于發(fā)送端的行頻時(shí)，由圖

1-14(d)分析可知，電視屏幕上將出現(xiàn)向左傾斜的消隱黑線。當(dāng)場頻不同步時(shí)，如圖1-15所示。圖1-15(a)為發(fā)射臺(tái)發(fā)送的某一場復(fù)合視頻圖像信號(hào)波形;圖1-15(b)為接收機(jī)場掃描與發(fā)送端同步時(shí)的波形。當(dāng)接收端的場頻fv高于發(fā)送端的場頻時(shí)，由圖1-15(c)可知，逆程消隱黑帶就出現(xiàn)在場掃描正程開始部分，且從下往上移。因?yàn)閳鰭呙枋亲陨贤逻M(jìn)行的，所以在電視屏幕上部會(huì)出現(xiàn)消隱黑帶。由于場掃描以每秒50場進(jìn)行，每場黑帶都移動(dòng)，從而整個(gè)圖像向下滾動(dòng)。反之，當(dāng)接收端場頻fv低于發(fā)送端的場頻時(shí)，由圖1-15(d)可知，圖像將向上滾動(dòng)。圖1-15場掃描不同步(a)一場復(fù)合視頻圖像信號(hào);(b)收發(fā)兩端場掃描同步;(c)接收機(jī)場頻高;(d)接收機(jī)場頻低

2.行、場同步信號(hào)

電視信號(hào)發(fā)送端為了使接收端的行掃描規(guī)律與其同步，特在行掃描正程結(jié)束后，向接收機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，表示這一行已經(jīng)結(jié)束。接收機(jī)收到這一脈沖信號(hào)后應(yīng)該立即響應(yīng)并與之同步。這個(gè)脈沖信號(hào)被稱為行同步信號(hào)。

由于行同步信號(hào)是為了正確重現(xiàn)圖像的輔助信號(hào)，它不應(yīng)在屏幕上顯示，因此將它安排在行消隱期間發(fā)送，并且為了便于行同步信號(hào)的分離，特使它的電平高于消隱電平25%，即位于75%~100%之間，其寬度為4.7μs，行同步脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿約為1.3μs，行同步信號(hào)的周期為64μs，如圖1-16所示。圖1-16行、場同步信號(hào)場同步信號(hào)的作用是保證電視接收機(jī)每場掃描均與發(fā)送端保持同步，電視發(fā)送端特在每場掃描正程結(jié)束后的場消隱期間發(fā)送一個(gè)場同步信號(hào)，其電平與行同步電平一致，脈寬為2.5個(gè)行周期，場同步脈沖前沿滯后場消隱脈沖前沿2.5個(gè)行周期，即160μs，場同步信號(hào)周期為20ms，如圖1-16所示。

3.槽脈沖與前后均衡脈沖

由于場同步脈沖持續(xù)2.5個(gè)行周期，如果不采取措施就會(huì)丟失2或3個(gè)行同步脈沖，使行掃描失去同步，直到場同步脈沖過后，再經(jīng)過幾個(gè)行周期，行掃描才會(huì)逐漸同步，從而造成圖像上邊起始部分出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。為了避免上述情況發(fā)生，電視發(fā)送端特在場同步脈沖期間開幾個(gè)小槽來延續(xù)行同步脈沖的傳遞，這就是槽脈沖。通常奇場、偶場的開始位置是以場同步脈沖的前沿(上升沿)為基準(zhǔn)的。隔行掃描方式?jīng)Q定了奇場開始于完整行，結(jié)束于半行;而偶場開始于半行，結(jié)束于完整行。在場同步脈沖期間實(shí)際開槽時(shí)，考慮到相鄰奇、偶兩場同步脈沖開槽位置不同(相對(duì)于場同步脈沖的上升沿而言)，為同時(shí)兼顧奇、偶場，就把開槽脈沖數(shù)目都設(shè)成5個(gè)，即每隔半行開一個(gè)槽，以延續(xù)行同步脈沖的傳遞。因此，在實(shí)際工作時(shí)，奇場只有2個(gè)槽(第2、4個(gè)槽)在起作用;而偶場也只有3個(gè)槽(第1、3、5個(gè)槽)在起作用。這樣，在技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn)。

槽脈沖寬度與行同步脈沖相同，槽脈沖的后沿與行同步脈沖前沿(上升沿)相位一致。這樣，在場同步脈沖期間，槽脈沖起行同步脈沖的作用，從而消除了圖像上部的不同步現(xiàn)象。由于電視信號(hào)的傳送采用隔行掃描，即一幀圖像分兩場傳送，一幀圖像的掃描行數(shù)為奇數(shù)，因此當(dāng)奇數(shù)場的場同步脈沖出現(xiàn)時(shí)，就開始奇數(shù)場的掃描。當(dāng)奇數(shù)場掃描到屏幕最后一行的一半(TH/2)時(shí)，偶數(shù)場的場同步脈沖就到來了，這時(shí)就開始進(jìn)入偶數(shù)場的掃描。偶數(shù)場先開始逆程回掃，回掃結(jié)束后，就進(jìn)入正程掃描，此時(shí)電子束正位于屏幕最上一行的中間。再掃描半行后，就出現(xiàn)了行同步脈沖，這時(shí)就開始了偶數(shù)場下一行的掃描，直至掃完最后一個(gè)完整行。隨后，奇數(shù)場的場同步信號(hào)到來，于是又開始了奇數(shù)場的掃描，重復(fù)上述過程，如圖1-17所示。為了便于比較，圖中將兩場同步脈沖對(duì)齊。由圖1-17可知，奇數(shù)場和偶數(shù)場的復(fù)合同步脈沖的形狀是不同的，奇數(shù)場和偶數(shù)場的最后一個(gè)行同步脈沖與下一場場同步脈沖的間隔相差半行(TH/2)。圖1-17復(fù)合同步信號(hào)及其分離全電視信號(hào)中的復(fù)合同步信號(hào)在接收電路中，要經(jīng)積分電路將場同步信號(hào)分離出來，以保證行、場同步脈沖分別控制行、場掃描電路與發(fā)送端同步工作。由于兩場復(fù)合同步信號(hào)形狀不同，因此經(jīng)積分電路后場同步脈沖輸出的波形就不重合，如圖1-17所示。由于積分后的場同步脈沖達(dá)到一定電平時(shí)要進(jìn)行去同步控制場掃描電路的工作，因此上述積分輸出會(huì)造成兩場同步控制電平出現(xiàn)的時(shí)間有一偏差Δt。Δt的存在將影響場掃描的準(zhǔn)確性。隔行掃描要求兩場的場掃描時(shí)間必須相等，只有這樣才能保證偶數(shù)場的各掃描行準(zhǔn)確地嵌套在奇數(shù)場各掃描行之間。如果兩場掃描時(shí)間不相等，就不能保證準(zhǔn)確的隔行掃描，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。

要解決上述問題，就必須要求積分后兩場的場同步積分起始電平相同。為此，電視臺(tái)在發(fā)送場同步信號(hào)時(shí)，在場同步信號(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。場同步脈沖之前的5個(gè)脈沖稱為前均衡脈沖，場同步脈沖之后的5個(gè)脈沖稱為后均衡脈沖，如圖1-18所示。圖1-18均衡后的場同步脈沖信號(hào)1.4.4黑白全電視信號(hào)

黑白全電視信號(hào)的波形如圖1-19所示。它由圖像信號(hào)及六種輔助信號(hào)——行同步、場同步、行消隱、場消隱、槽脈沖與均衡脈沖組成。圖1-19黑白全電視信號(hào)由圖1-19可知，黑白全電視信號(hào)的圖像信號(hào)在兩個(gè)消隱信號(hào)中間傳送。在消隱期間，只傳送同步信號(hào)，不傳送圖像信號(hào)，即圖像信號(hào)在掃描正程傳送，消隱和同步信號(hào)在掃描逆程傳送。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:全電視信號(hào)采用負(fù)極性信號(hào)，信號(hào)幅度越高，顯像管顯示亮度越暗，即圖像信號(hào)電平高低與圖像的亮暗成反比。采用負(fù)極性信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是:消隱信號(hào)處于全電視信號(hào)輻射電平相對(duì)幅度的75%附近，屬于黑電平區(qū)域，在此期間，電視屏幕不發(fā)光;同步信號(hào)處于全電視信號(hào)輻射電平相對(duì)幅度的75%~100%之間，屬于超黑色，在此期間，電視屏幕也會(huì)不發(fā)光。由于同步信號(hào)幅度最大，因而便于接收機(jī)電路取出同步信號(hào)。圖像信號(hào)處于白電平和黑電平之間的低幅區(qū)，便于降低發(fā)射功率;超過同步信號(hào)的大幅度外界干擾脈沖信號(hào)，在電視屏幕上表現(xiàn)為暗點(diǎn)，不易覺察。

全電視信號(hào)有三個(gè)特點(diǎn):脈沖性、周期性和單極性。

1)脈沖性

全電視信號(hào)由圖像信號(hào)、同步信號(hào)、消隱信號(hào)等多種信號(hào)組合而成。雖然圖像信號(hào)是隨機(jī)的，既可以是連續(xù)漸變的，也可以是脈沖跳變的，但輔助信號(hào)均為脈沖性質(zhì)，這使全電視信號(hào)成為非正弦的脈沖信號(hào)。

2)周期性

由于采用了周期性掃描方法，使全電視信號(hào)成為以行頻或場頻周期性重復(fù)的脈沖信號(hào)，因此，無論對(duì)靜止的還是活動(dòng)的圖像，其全電視信號(hào)的主頻譜仍為線狀離散譜性質(zhì)，各主頻譜處在行頻及其各次諧波頻率上。對(duì)靜止圖像而言，其主頻譜兩側(cè)將出現(xiàn)以幀頻為間隔的副頻譜線，構(gòu)成譜線簇;對(duì)活動(dòng)圖像而言，主譜線兩邊將出現(xiàn)連續(xù)頻譜帶，它們的主要能量均集中在nfH附近，并非均勻分布，使每個(gè)譜線簇之間存在一些空隙。

3)單極性

全電視信號(hào)包含有圖像信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)及復(fù)合消隱信號(hào)，它們的數(shù)值總是在零值以上或以下的一定電平范圍內(nèi)變化，而不會(huì)同時(shí)跨越零值上、下兩個(gè)區(qū)域，這稱之為單極性。全電視信號(hào)有正極性與負(fù)極性之分，圖1-19所示為負(fù)極性黑白全電視信號(hào)波形圖。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；

場消隱脈寬:1612μs;場同步脈寬:160μs；

槽脈沖脈寬:4.7μs;均衡脈沖寬:2.35μs。

我國電視廣播標(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。

§１.５電視信號(hào)的發(fā)送

1.5.1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)，主要原因有二:一個(gè)是高頻適于天線輻射，從而在空中產(chǎn)生無線電波;另一個(gè)是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)。1.5.2圖像信號(hào)的調(diào)幅

高頻調(diào)制技術(shù)通常有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等幾種方式。比較而言，調(diào)頻方式頻帶寬，抗干擾能力強(qiáng)些，應(yīng)用范圍最廣，但是電視信號(hào)中的圖像信號(hào)不宜采用調(diào)頻方式。因?yàn)橐曨l圖像信號(hào)的頻帶寬度為6MHz，經(jīng)調(diào)頻后，其有效頻帶寬度BW將達(dá)幾十兆赫茲，顯然無法實(shí)施。因此，圖像信號(hào)只能采用調(diào)幅方式。

所謂調(diào)幅，是指高頻載波的幅度隨著所要傳送圖像信號(hào)幅度的變化而變化，此圖像信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。圖1-20所示為單一頻率調(diào)制的調(diào)幅波及其頻譜。圖

1-20(c)為已調(diào)幅波，它的振幅受圖1-20(a)所示調(diào)制信號(hào)的控制，其變化周期與調(diào)制信號(hào)的周期相同，振幅變化的程度也與調(diào)制信號(hào)成正比。

根據(jù)調(diào)幅理論:具有單一頻率(f1)的正弦信號(hào)對(duì)載頻(fc)進(jìn)行調(diào)幅時(shí)所得的已調(diào)幅波含有三個(gè)頻率成分，它們是載頻fc、上邊頻(fc+f1)和下邊頻(fc－f1)，如圖1-20(d)所示。圖1-20單一頻率調(diào)制的調(diào)幅波波形和頻譜若調(diào)制信號(hào)為圖像信號(hào)，圖像信號(hào)頻率為0~6MHz，則調(diào)幅波的頻譜如圖1-21所示。由圖可知，圖像信號(hào)調(diào)制的調(diào)幅波有兩個(gè)邊帶，即上邊帶和下邊帶，每邊帶寬度為

6MHz，其中靠近fc的頻率反映圖像的低頻成分，遠(yuǎn)離fc的頻率反映圖像信號(hào)的高頻成分。圖1-21圖像信號(hào)的調(diào)幅波的頻譜在電視技術(shù)中，調(diào)幅方式有正極性和負(fù)極性之分。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圖像信號(hào)采用負(fù)極性調(diào)制。經(jīng)過圖像信號(hào)的負(fù)極性調(diào)制后的高頻信號(hào)的振幅變化如圖1-22所示。畫面越亮?xí)r電波的振幅越小(但不小于最大值10%)，而當(dāng)畫面越暗時(shí)電波的振幅越大。至于同步信號(hào)，則等于電波的最大振幅。圖1-22負(fù)極性調(diào)制1.5.3伴音信號(hào)的調(diào)頻

所謂調(diào)頻，就是將欲傳送的伴音信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)去調(diào)制載波的頻率，使載波的瞬時(shí)頻率隨伴音信號(hào)幅度的變化而變化。

伴音信號(hào)之所以采用調(diào)頻方式發(fā)送，是由于調(diào)頻方式音質(zhì)好，抗干擾能力強(qiáng)。因?yàn)檎{(diào)頻波是等幅波，外來干擾使接收到的信號(hào)的振幅變化時(shí)，在接收機(jī)的伴音通道中可以用限幅器將信號(hào)幅度限定為等幅，所以可消除或減少干擾的影響。圖1-23畫出了調(diào)制信號(hào)為單一頻率正弦波的調(diào)頻波形及其頻譜。從圖1-23(a)可以看出，調(diào)制信號(hào)為正半周時(shí)，已調(diào)頻波的頻偏Δf為正;調(diào)制信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，已調(diào)頻波的頻偏Δf為負(fù)。信號(hào)幅度越大則頻偏Δf數(shù)值也越大。顯然，為了提高廣播質(zhì)量，并獲得顯著的抗干擾效果，希望頻偏Δf越大越好。在實(shí)際調(diào)頻系統(tǒng)中，當(dāng)頻偏Δf=±25kHz時(shí)，其伴音信號(hào)信噪比已大大優(yōu)于調(diào)幅方式。

同調(diào)幅波一樣，調(diào)頻波的內(nèi)容也可以用頻譜表示。但調(diào)頻波中所包含的頻譜要比調(diào)幅波復(fù)雜得多，有fs、fs±fa、fs±2fa、fs±3fa……理論上有無窮多對(duì)邊頻，如圖1-23(b)所示。所以傳送相同信號(hào)的調(diào)頻波的頻帶比調(diào)幅波的要寬得多。圖1-23調(diào)頻波的波形和頻譜(a)調(diào)幅波波形;(b)頻譜分布為了不失真地傳送伴音調(diào)頻波，所需要的頻帶寬度在理論上應(yīng)是無限寬，但實(shí)際上的伴音調(diào)頻波會(huì)隨著邊頻次數(shù)的增高，幅度很快減少，所以整個(gè)伴音調(diào)頻波的能量大部分集中在載波附近的幾對(duì)邊頻中，其它更高次邊頻幅度幾乎可忽略不計(jì)。在一般情況下，當(dāng)某高次邊頻譜線的幅度小于未經(jīng)調(diào)制時(shí)載波幅度的百分之一時(shí)，就可以認(rèn)為已經(jīng)到達(dá)頻帶的邊界了，所以伴音信號(hào)調(diào)頻波的有效帶寬BW可近似表示為

BW=2(Δf+fam)

其中，fam為伴音信號(hào)的最高頻率;Δf為調(diào)頻波的最大頻偏。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最大頻偏Δf=50kHz，伴音信號(hào)的最高頻率fam=15kHz，因而已調(diào)頻波的帶寬BW=2×

(50kHz+15kHz)=130kHz。

另外，我國調(diào)頻廣播電臺(tái)規(guī)定:最大頻偏Δf=75kHz，伴音信號(hào)的最高頻率fam=15kHz，因而已調(diào)頻波的帶寬BW=2×(75kHz+15kHz)=180kHz。各廣播電臺(tái)的頻率間隔為200kHz。在實(shí)際電視系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步改善伴音信號(hào)高頻分量的抗干擾性能，伴音信號(hào)在發(fā)送前，還人為地預(yù)先將其高頻成分幅度加大，稱之為“預(yù)加重”。

根據(jù)高頻調(diào)制中有關(guān)噪聲的理論:在輸入調(diào)制信號(hào)和帶限高斯噪聲，且是高輸入信噪比的條件下，從調(diào)幅制的檢波器輸出的噪聲功率譜密度是矩形的，而從調(diào)頻制的鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度則是拋物線形的。調(diào)頻信號(hào)解調(diào)時(shí)，從鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度已不再像輸入噪聲那樣是均勻分布的，而是變?yōu)閽佄锞€分布了，鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度將隨調(diào)制頻率的增加而呈平方律地增大，這使得鑒頻器調(diào)制信號(hào)高頻端的輸出信噪比嚴(yán)重惡化。為了改善鑒頻器在調(diào)制信號(hào)高頻端的輸出信噪比，有必要在調(diào)頻傳送端提升調(diào)制信號(hào)中的高頻分量，這就是在調(diào)頻發(fā)射前要進(jìn)行“預(yù)加重”的原因。預(yù)加重是在發(fā)送端將輸入調(diào)制信號(hào)經(jīng)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)后再進(jìn)行調(diào)頻的。預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)人為地提升了調(diào)制信號(hào)頻譜中高頻端調(diào)制頻率分量的振幅，這就在高調(diào)制頻率上提高了鑒頻器輸入端的信噪比，也就明顯地改善了鑒頻器在高調(diào)制頻率上的輸出信噪比，使調(diào)頻制在整個(gè)頻帶內(nèi)都可以獲得較高的輸出信噪比。但是這樣做的結(jié)果，改變了原調(diào)制信號(hào)中各調(diào)制頻率振幅之間的比例關(guān)系，這將會(huì)造成解調(diào)信號(hào)的失真。

只要在調(diào)頻接收機(jī)鑒頻器的輸出端加接一個(gè)去加重網(wǎng)絡(luò)，使去加重網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)特性恰好與預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的相反，就可以把上面所講的高頻端人為提升的信號(hào)振幅降下來，使調(diào)制信號(hào)中高、低頻端的各頻率分量的振幅保持原來的比例關(guān)系，從而避免了因發(fā)送端采用預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)而造成的解調(diào)信號(hào)失真。采用預(yù)加重和去加重技術(shù)后，既保證了鑒頻器在調(diào)制頻率的高、低頻端都具有較高的輸出信噪比，又避免了采用預(yù)加重后造成的解調(diào)信號(hào)失真，而且采用的預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)又簡便易行，所以，在電視伴音廣播、調(diào)頻廣播和調(diào)頻通信系統(tǒng)中都廣泛地采用這兩種技術(shù)。

通常由RC電路構(gòu)成預(yù)加重、去加重網(wǎng)絡(luò)，如圖1-24所示。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)均為

T=RC=50μs

圖1-24預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)(a)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò);(b)去加重網(wǎng)絡(luò)1.5.4全射頻電視信號(hào)的頻譜

從圖1-21可知，圖像信號(hào)的調(diào)幅波頻譜為雙邊帶，頻帶寬度為12MHz，若直接傳送，會(huì)給發(fā)送設(shè)備和技術(shù)造成很大困難，且占用頻段過寬，在有限頻率范圍內(nèi)，必會(huì)減少頻道數(shù)，因此不采用這種方式傳送。調(diào)幅波上、下邊帶含有的圖像內(nèi)容相同，理論上只傳送上邊帶即可。但這種傳送方式需用濾波器將下邊帶中調(diào)幅圖像信號(hào)完全濾除，并且這樣做的結(jié)果會(huì)給技術(shù)處理帶來困難，使接收設(shè)備復(fù)雜化。同時(shí)，這種單邊帶傳送所產(chǎn)生的正交失真和群時(shí)延失真最大，這將導(dǎo)致接收機(jī)重現(xiàn)的圖像失真很大，因此也不采用這種方式傳送。目前通常采用殘留邊帶方式傳送圖像信號(hào)，即采用濾波器將下邊帶中含圖像信號(hào)的0.75~6MHz部分濾去，只發(fā)送上邊帶以及下邊帶殘留的含圖像信號(hào)的0~0.75MHz部分，這種方法稱為殘留邊帶發(fā)送。全射頻電視信號(hào)由已調(diào)幅高頻圖像信號(hào)和已調(diào)頻高頻伴音信號(hào)組成，其頻譜分布如圖1-25所示。圖1-25殘留邊帶制高頻電視信號(hào)的頻譜我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，伴音載頻fs比圖像載頻fc高

6.5MHz，高頻圖像信號(hào)采用殘留邊帶方式傳送，高頻伴音信號(hào)采用雙邊帶方式傳送。由圖可知，由于濾波特性不可能太陡，因此高頻圖像信號(hào)下邊帶在1.25MHz處衰減20dB