电视机原理彩色图像的发送Word文档下载推荐.docx

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任何自然景物都可以用下列方程组表示

L=fL（x,y,z,t）

H=fH（x,y,z,t）

S=fS（x,y,z,t）

图像顺序传送:

把被传送的图像上各个像素的亮度按照一定顺序转变成电信号，并且依次传送出去，在接收端的屏幕上，再按照同样的顺序将各个电信号在相应的位置上转变为光信号。

只要这种顺序传送进行得足够快，那么由于人眼的视觉惰性和发光材料的余辉特性，就会使观察者感觉到整幅图像同时进行，这种按照顺序传送图像像素的方法构成的电视系统，称为顺序传送系统。

图像的摄取和重现

图像的摄取和重现：

就是由光电转换实现，实现器件分别为电视摄像管和电视显像管。

电视摄像管：

应用光电效应，将被摄景物分割成若干个小单元，顺序将各像素的亮度转变成与之成比例的随时间变化的电脉冲信号。

电视显像管：

利用电光效应，由于荧光屏发光强弱取决于冲击电子数量和速度，则根据代表图像的电信号来控制电子束的强弱，采用和电视摄像管相同的扫描规律来扫描荧光屏，完成光电转换，重现电视图像。

电视图像光电转换系统简图

彩色图像的摄取通过分光系统将彩色光分解成三基色的光，分别用三个摄像管摄取，得到三个基色的电信号；

彩色图像的重现利用空间混色法，将受到三基色信号激励的电子枪产生三个电子束，分别轰击红绿蓝荧光点，从而重现彩色图像。

逐行扫描

在电视发送端用摄像器件实现光电转换，在接收端用显像管实现电光转换。

涂在玻璃屏上的荧光粉在电子束的轰击下会发光。

荧光屏的发光强弱取决于轰击电子的数量与速度，只要用代表图像的电信号去控制电子束的强弱，再按规定的顺序扫描荧光屏，便能完成由电到光的转换，重现电视图像。

显像管中的电子束扫描是通过水平偏转线圈和垂直偏转线圈来实现的。

在水平偏转线圈所产生的垂直磁场作用下，电子束沿着水平方向扫描，叫做行扫描。

同时在垂直偏转线圈所产生的水平磁场作用下，电子束沿垂直方向扫描，叫做场扫描。

假定在水平偏转线圈里通过如图2-1（a）所示的锯齿形电流，t1～t2期间电流线性增长时，电子束在垂直偏转磁场的作用下从左向右作匀速扫描叫做行扫描正程，t2时刻正程结束时，电子束扫到屏幕的最右边。

t2～t3期间偏转电流快速线性减小，电子束从右向左迅速扫描，叫做行扫描逆程，t3时刻逆程结束时，电子束又回扫到屏幕的最左边。

电子束在水平方向往返一次所需的时间称为行扫描周期TH。

行扫描周期TH等于行正程时间THF和行逆程时间THR之和。

行扫描周期的倒数就是行扫描频率fH。

假定在垂直偏转线圈里通过如图2-1（b）所示的锯齿形电流，电子束在水平偏转磁场的作用下将产生自上而下，再自下而上的扫描，这样便形成帧扫描正程和逆程。

帧扫描的周期TZ等于帧正程时间TZF和帧逆程时间TZR之和。

帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率fZ。

帧扫描频率fZ远低于行扫描频率fH。

如果把行偏转电流iH和帧偏转电流iZ同时分别加到水平和垂直偏转线圈里，那么，在水平偏转磁场和垂直偏转磁场共同作用下，电子束同时沿水平方向和垂直方向扫描，在屏幕上就显示出如图2-1（c）所示的光栅。

由于行扫描时间比帧扫描时间短得多，整个屏幕高度有600多条扫描线，因此电视机的扫描线看起来是水平直线。

这种扫描方式从图像上端开始，从左到右、从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地扫完全帧画面，称为逐行扫描。

图2-1逐行扫描电流和光栅

（a）行扫描电流；

（b）帧扫描电流；

（c）扫描光栅

逆程扫描线会降低图像质量，故在行、帧逆程期间用消隐脉冲截止扫描电子束，使逆程扫描线消失。

为了提高效率，正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，电视标准规定了行逆程系数α和帧逆程系数β

在逐行扫描中，所有帧的光栅都应相互重合，这就要求帧扫描周期TZ是行扫描周期TH的整数倍，也就是说每帧的扫描行数Z为整数，TZ=ZTH，fH=ZfZ。

隔行扫描

为了保证电视图像有足够的清晰度，扫描行数需在600左右；

为了保证不产生闪烁感觉，帧扫描频率应在48Hz以上，这样图像信号的频带就会很宽，使设备复杂化。

隔行扫描在不增加带宽的前提下，保证有足够的清晰度又避免了闪烁现象。

隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫：

第一场扫描1、3、5、…奇数行，称为奇数场；

第二场扫描2、4、6、…偶数行，称为偶数场。

每帧图像经过两场扫描，所有像素全部扫完。

偶数场扫描线正好嵌在奇数场扫描线的中间，如图2-2（c）所示。

我国电视标准规定，每秒传送25帧，每帧图像为625行，每场扫描312.5行，每秒扫描50场。

场频为50Hz，不会有闪烁现象，一帧由两场复合而成，每帧画面仍为625行，图像清晰度没有降低，而频带却压缩了一半。

图2-2（a）是行扫描电流波形，图2-2（b）是场扫描电流波形。

为了简化，图中未画出行、场扫描的逆程时间。

一帧光栅由9行组成，图2-2（c）中奇数场光栅用实线表示，偶数场光栅用虚线表示。

奇数场结束时正好扫完第5行的前半行，偶数场一开始扫第5行的后半行，偶数场第一整行（第6行）起始时垂直方向正好扫过半行，插在第1行和第2行的中间，形成隔行扫描。

由此可见，隔行扫描要将偶数场光栅嵌在奇数场光栅中间，每帧的扫描行数必须是奇数。

图2-2隔行扫描电流和光栅

（b）场扫描电流；

（c）扫描光栅

隔行扫描方式特点

（1）在隔行扫描方式中，引用了帧频的概念。

一帧包括两场。

电子束从屏幕最上边一行的始端扫到最下边一行的终端，又返回最上边一行的始端，就完成了一个场扫描周期TV，场频fV＝1／TV。

帧扫描周期（Tf）：

将一帧图像全部扫描完所需时间。

逐行扫描方式中，场扫描周期与帧扫描周期相同，而在隔行扫描方式中，Tf＝2TV，帧扫描频率ff＝1/Tf＝1/2fV

（2）隔行扫描可使帧频下降为场频的一半。

同样，行扫描频率也减低到逐行扫描时的一半，结果使信号带宽也减小一半。

而每帧画面扫描的总行数是两场扫描行数之和，仍与逐行扫描时相同。

隔行扫描既保持了逐行扫描的清晰度，又达到了降低图像信号频带的目的。

隔行扫描存在下列缺点：

（1）行间闪烁效应从电视图像整体来看，隔行扫描后图像场频保持在50Hz，高于临界闪烁频率，观看时不会感觉到闪烁。

但当图像中有一行亮线时，每秒只出现25次，低于临界闪烁频率，就会感到闪烁，这叫行间闪烁。

（2）并行现象并行现象有真实并行和视在并行。

在隔行扫描中，要求行、场扫描频率保持一定的关系，否则两场光栅不能均匀相嵌。

不均匀的极端是奇、偶两场光栅重合，称为真实并行，这时图像清晰度会降低一半。

当图像上有一物体垂直方向运动速度恰好是一场时间下移一行的距离时，该物体后一场图像与前一场相同，当观察者的视线随运动物体移动时，看起来是两行并成了一行，图像清晰度下降，这被称为视在并行。

选择场扫描频率主要应考虑不能出现光栅闪烁。

人眼的临界闪烁频率与屏幕亮度、图像内容、观看条件以及荧光粉的余辉时间等因素有关，为了不引起人眼的闪烁感觉，场频应高于48Hz。

随着屏幕亮度的提高，屏幕尺寸的加大，观看距离的变近，场频应相应提高。

场频的选择还要考虑交流电源对电视图像的影响。

电视接收机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响，交流电源干扰混入视频信号中，都会使图像产生一种垂直方向的明暗变化，或呈现为一二条水平暗条。

当电源频率与场频相同并与电源同步时，这些干扰在图像上是固定不动的，只要不太大，眼睛是感觉不出来的；

当电源频率与场频不同时，干扰图形将是移动的，以两个频率的差频向上或向下滚动，俗称“滚道”。

交流电源干扰若加在行锯齿波上，会造成光栅扭曲。

当场频与电源频率不同时，光栅不但扭曲而且摆动。

因此在制定电视标准时都规定场频与本国的电网频率相同。

在我国电视标准中，场频选为50Hz。

随着新型荧光粉的出现，电视屏幕亮度不断提高，一些高亮度的画面常会引起闪烁感觉，而现代接收机生产工艺水平已能消除电源干扰，所以将来会采用比50Hz更高的场频。

分辨力公式：

式中，L表示眼睛与图像之间的距离，d表示能分辨的两点间最小距离，对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，θ为1～1.5′。

设Z为每帧扫描行数，h为屏幕高度，则有，代入式（1-2）得。

取标准视距L为屏幕高度h的4～6倍，并取θ为1′时，则可算得应该取的扫描行数在860～570行之间。

目前世界上采用的标准扫描行数有625行和525行，我国采用625行。

在20世纪50年代，电视机以12英寸和14英寸为主,所以行数选择了625行。

随着大屏幕电视的发展，625行的标准明显偏低，在高清晰度电视中，为了获得临场感和真实感，扫描行数已增加到1200行以上。

场频已经确定为fV=50Hz，由于采用隔行扫描，则帧频fZ=25Hz，也就是说，一帧扫描时间TZ=40ms。

当扫描行数选定为Z=625后，行扫描时间TH=TZ/Z=40ms/625=64μs，行频fH=fZ×

Z=25Hz×

625=15625Hz。

图像信号

CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。

为了取出图像信号并消除干扰，就要采用取样保持电路。

每个像素信号被取样后，用一电容把信号保持下来，直到取样下一个像素信号。

图2-9是相关双取样电路（CDS，CorrelatedDoubleSampling），图中SHP是复位电平取样脉冲，它对复位电平进行取样，用来消除直流成分。

SHD是信号取样脉冲，它对取样后的复位电平和信号同时取样。

由于取样后的两个信号中有相同的干扰波形，因此将有相同干扰波形的两个信号送到差分放大器中相减，就可得到不带干扰的输出信号。

在CCD传感器的输出信号中含有多种热杂波，这些杂波在差分放大器输入的两路信号中基本相同，经过差分放大器后，热杂波将被抑制。

图2-9相关双取样电路

消隐信号和同步信号

显像管电子束在行、场扫描正程期间重现图像信号，在行、场扫描逆程期间形成回扫线。

因为摄像机在行、场扫描逆程发出消隐信号令电视接收机显像管电子束截止，所以消除了显像管在行、场扫描逆程期间产生的回扫线。

消隐信号分为行消隐信号和场消隐信号。

行消隐信号的宽度为12μs，场消隐信号的宽度为25TH+12μs。

因为采用隔行扫描，奇数场的场消隐起点与前面的一个行消隐差半行，偶数场的场消隐起点与前面的一个行消隐相差一行,如图2-10所示。

行消隐信号和场消隐信号合在一起称为复合消隐信号。

图2-10复合消隐信号

（a）奇数场；

（b）偶数场

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。

电视接收机显像管要正确地重现摄像机摄取的图像，接收机与摄像机的扫描必须同步，即扫描的频率和相位完全相同。

摄像机每读出一行图像信号后，送出一个行同步信号，接收机则利用这个行同步信号去控制本机的行扫描逆程起点。

行同步脉冲的前沿表示上一行的结束，下一行的开始。

行同步信号的脉冲宽度为4.7μs，行同步脉冲前沿滞后行消隐脉冲前沿1.5μs，如图2-11（a）所示。

摄像机每读完一场图像信号后，送出一个场同步信号，接收机就利用该场同步信号去控制本机的场扫描逆程起点。

场同步脉冲的前沿表示上一场的结束，下一场的开始。

场同步信号的脉冲宽度为2.5TH，行、场同步信号合在一起称为复合同步信号。

复合同步信号的波形如图2-11（b）所示，奇数场的最后一个行同步脉冲的前沿与场同步脉冲的前沿相距TH／2，而偶数场最后一个行同步脉冲的前沿与场同步的前沿间距为TH，所以行同步脉冲的位置在奇数场和偶数场中有半行之差，这样保证了隔行扫描的要求。

图2-11行同步信号和复合同步信号

（a）行同步信号；

（b）复合同步信号

如果接收机的场频稍高或稍低于场同步信号，就会使重现图像向下或向上移动，移动速度取决于接收机与场同步信号场频之差。

当接收机的场频为25Hz,即电视信号标准场频的一半时，屏幕上出现上、下两个相同的图像而屏幕中部则是一条水平黑带，是占25行的场消隐信号。

如果接收机的行频稍高于行同步信号，屏幕上会出现一条条向右下方倾斜的黑白相间的条纹；

如果接收机的行频稍低于行同步信号，屏幕上会出现一条条向左下方倾斜的黑白相间的条纹

恒定亮度原理

（1）人眼具有对亮度细节分辨力高、对色度细节分辨力低的特点，在观察图像杂波时，反映为对亮度杂波敏感而对色度杂波不敏感。

（2）当用一个亮度信号传送亮度信息时，希望它不受传送色度信息的其它信号的影响，即后者的变化或混进的杂波将不影响亮度信号，也不反映到图像的亮度上。

重现图像的亮度就只由传送亮度信息的亮度信号决定，这一原理称为恒定亮度原理。

（3）实现这一原理，可使传送的彩色图像具有最佳视觉信杂比。

大面积着色原理

从人眼对亮度细节和色度细节的分辨力不同出发，彩色电视系统在传送彩色景物时，可以只传送一个粗线条（大面积）的彩色图像，并配以亮度细节。

高频混合原理

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，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也就只包含较低的频率分量，它们的高频部分都用同一亮度信号的高频部分来补充。

利用这一原理既可以节省频带，又可以减轻传送宽度和色度信息的两种信号因共用频带而产生的相互干扰。

亮度信号和色差信号

在彩色广播电视系统中传输信号应满足以下要求：

（1）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持与黑白电视信号相同的频带宽度。

（2）需要传送两个代表色度的信号，根据恒定亮度原理，它们不应含有亮度信息，同时根据高频混合原理，色度信号可以采用窄带传输。

（3）在传输黑白图像时，三个基色信号相等，即R＝G＝B，根据这一条件，这时两个代表色度的信号应当等于零。

（4）代表色度的两个信号是互相独立的。

（5）三个基色信号与三个传输信号之间的转换关系要简单。

亮度信号和色差信号与三基色信号之间的关系：

在三个色差信号中只有两个是独立的，它们之间的关系为

三基色图像信号的恢复

（1）

（2）

恒定亮度的实现（用信号表示式说明）：

用Yt、（R-Y）t、（B-Y）t分别表示传输后的亮度信号和色差信号

若显像管的γ系数为1，所显示的亮度将正比于以下信号

高频混合的实现（用信号表示式说明）

若取色差信号的频带为0~1MHz，而亮度信号的频带为0~6MHz，则恢复的三基色信号将为

转换特性的非线性对实现恒定亮度原理的影响

在摄像端对每一基色信号均需进行γ校正，即

由此组成的亮度信号

送景物所需的正确亮度信号为

对于彩色电视机，收到的亮度信号和色差信号先恢复成三基色信号，而显示的三基色亮度分别与相应信号的γ次方成正比，因而彩色图像的亮度和色度能够正确重现。

设显示的亮度信号和相应信号的γ次方之间的比例常数为1。

则显示的亮度为

因而

显示的亮度是正确的。

取γ＝2，

显示的亮度既与亮度信号有关，又与色差信号有关，违反了恒定亮度原理。

传送彩色图像时，随着色调饱和度的不同，偏离恒定亮度的程度就不同。

恒定亮度指数：

η越小，恒定亮度误差越大。

取γ＝2，

（1）饱和品红色，则

（2）未饱和品红色

，则

（3）未饱和黄色

，则

彩色电视信号传输的基本方法：

1、选取传输三基色：

Y、R—Y、B—Y

2、在原来亮度视频信号（Y）的带宽内，增加色彩副载波，用于传输色度信号（用色差信号调制彩色副载波）

3、用色差信号调制后的色副载波（已调色度信号：

F/C）与亮度信号（Y/V/B）、复合消隐信号（A/B）、复合同步信号（S）等辅助信号组成彩色全电视信号（FBAS、FBYS、CVBS）

4、用彩色全电视信号调制图像载波后与调频后的伴音信号一起发送。