《視頻技術(shù)基礎(chǔ)》第二章

1、 電視成像原理與電視成像原理與 視頻信號的產(chǎn)生視頻信號的產(chǎn)生 2. 1 概述概述 要實現(xiàn)圖像信息的傳輸，需要將景物的光圖像要實現(xiàn)圖像信息的傳輸，需要將景物的光圖像 轉(zhuǎn)換成圖像電信號。轉(zhuǎn)換成圖像電信號。 （1）光光電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換過程是依靠攝像器件（含過程是依靠攝像器件（含 光學(xué)鏡頭）完成的。光學(xué)鏡頭）完成的。 （2）像素像素：將一幅空間上連續(xù)的黑白圖像分：將一幅空間上連續(xù)的黑白圖像分 解成許多小單元，解成許多小單元， 稱為像素。稱為像素。 （3 3）掃描掃描：將圖像分解成像素后順序傳送。將圖像分解成像素后順序傳送。 攝像管攝像管 光電轉(zhuǎn)換原理示意圖光電轉(zhuǎn)換原理示意圖 攝像管成像的機理攝像管成像的機

2、理 利用光電導(dǎo)材料將光像變成利用光電導(dǎo)材料將光像變成電荷像電荷像，再，再 通過電子束掃描拾取電荷，變成通過電子束掃描拾取電荷，變成圖像信號圖像信號。 無光照射時，無光照射時，光敏光敏半導(dǎo)體材料體電阻很半導(dǎo)體材料體電阻很 大；有光照射到靶面外層，光敏半導(dǎo)體材料大；有光照射到靶面外層，光敏半導(dǎo)體材料 的電阻變小，且變化量與光通量成正比。的電阻變小，且變化量與光通量成正比。 利用這一特性，通過鏡頭在靶面外側(cè)形利用這一特性，通過鏡頭在靶面外側(cè)形 成的光學(xué)圖像，變成光敏材料的電阻構(gòu)成了成的光學(xué)圖像，變成光敏材料的電阻構(gòu)成了 電荷像。電荷像。 由于靶平面的橫向電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靶剖面由于靶平面的橫向電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

3、靶剖面 的縱向（光傳播方向）電阻，靶面的電荷不的縱向（光傳播方向）電阻，靶面的電荷不 會橫向擴(kuò)散。會橫向擴(kuò)散。 利用有一定截面積的電子束掃描靶的內(nèi)利用有一定截面積的電子束掃描靶的內(nèi) 側(cè)，靶面被分解成若干獨立的單元側(cè)，靶面被分解成若干獨立的單元象素象素。每。每 個象素可等效一個光敏電阻和一個電容，電個象素可等效一個光敏電阻和一個電容，電 荷被存儲在等效電容中。荷被存儲在等效電容中。 當(dāng)電子束射向靶且掃過靶上的某一象素當(dāng)電子束射向靶且掃過靶上的某一象素 時，等效電容上的電荷通過電子束，陰極，時，等效電容上的電荷通過電子束，陰極， 信號電極，外接負(fù)載信號電極，外接負(fù)載電阻電阻RL， ，靶壓電源 靶壓

4、電源放電放電， 在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻RL形成視頻信號輸出。形成視頻信號輸出。 象素的等效電容在未被掃描期間完成的是象素的等效電容在未被掃描期間完成的是 充電過程，在電子束掃描期間完成的是放電過充電過程，在電子束掃描期間完成的是放電過 程。程。 CCD圖像傳感器圖像傳感器 1970年出現(xiàn)電荷耦合器件（年出現(xiàn)電荷耦合器件（Charge Coupled Devices，CCD），），1987年報告了第年報告了第 一代廣播用一代廣播用CCD攝像機，相繼出現(xiàn)攝像機，相繼出現(xiàn)SDTV和和 HDTV的的CCD攝像機。攝像機。 CCD傳感器是一種低電壓自掃描器件，傳感器是一種低電壓自掃描器件， 重量輕，隔行析

5、像好大大改善了成像系統(tǒng)的重量輕，隔行析像好大大改善了成像系統(tǒng)的 垂直分辨率。垂直分辨率。 CCD圖像傳感器工作原理：圖像傳感器工作原理： （1）光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換：光敏區(qū)（感光區(qū)）在光照：光敏區(qū)（感光區(qū)）在光照 下產(chǎn)生光電子，將像素的明暗程度轉(zhuǎn)換成下產(chǎn)生光電子，將像素的明暗程度轉(zhuǎn)換成 相應(yīng)數(shù)值的光電荷量；相應(yīng)數(shù)值的光電荷量； （2）電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移：存儲區(qū)接收感光區(qū)產(chǎn)生的光：存儲區(qū)接收感光區(qū)產(chǎn)生的光 電荷；電荷； （3）自掃描自掃描：不依靠外加磁場，由加在：不依靠外加磁場，由加在CCD 電極上的時鐘脈沖控制，對應(yīng)于各像素的電極上的時鐘脈沖控制，對應(yīng)于各像素的 光電荷按順序轉(zhuǎn)換成電信號輸出，形成視

6、光電荷按順序轉(zhuǎn)換成電信號輸出，形成視 頻信號。頻信號。 UBUA P型硅型硅 電荷轉(zhuǎn)移（耦合）電荷轉(zhuǎn)移（耦合） 光敏單元光敏單元 光光 電荷轉(zhuǎn)移單元電荷轉(zhuǎn)移單元 完成光完成光/電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換完成電信號傳輸完成電信號傳輸 Id RS UD R N P-Si OGCR2CR1 輸出輸出 信號信號 A 信息拾取信息拾取 VR 2. 2 CCD像感器的抽樣原理像感器的抽樣原理 2.2.1 概述概述 電子束掃描的攝像器件在水平方向上輸電子束掃描的攝像器件在水平方向上輸 出的信號是連續(xù)的，所輸出信號的視頻頻帶出的信號是連續(xù)的，所輸出信號的視頻頻帶 帶寬決定于電視掃描制式（以后再討論）。帶寬決定于電視掃描制式

7、（以后再討論）。 CCD攝像器件存攝像器件存在一個讀出轉(zhuǎn)移過程在一個讀出轉(zhuǎn)移過程 自掃描方式完成。自掃描方式完成。 光屏蔽（鋁）光屏蔽（鋁） 視頻視頻 輸出輸出 水平寄存器水平寄存器 CCDCCD光敏單元光敏單元 垂直寄存器垂直寄存器 行間轉(zhuǎn)移型行間轉(zhuǎn)移型CCD攝像器件的結(jié)構(gòu)攝像器件的結(jié)構(gòu) CCD的一個象素分成兩個關(guān)鍵部分：一個的一個象素分成兩個關(guān)鍵部分：一個光敏單光敏單 元元和一個離散分布和一個離散分布垂直寄存器垂直寄存器，寄存器不受光照射。，寄存器不受光照射。 在場掃描正程期間，光敏單元積累的電荷正比于在場掃描正程期間，光敏單元積累的電荷正比于 投射到光敏面上的光子。投射到光敏面上的光子。

8、 在場消隱期，光敏單元的電荷迅速在場消隱期，光敏單元的電荷迅速轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到相鄰的到相鄰的 垂直寄存器中。垂直寄存器中。 在下一個場正程期間，在光敏單元積累電荷的同在下一個場正程期間，在光敏單元積累電荷的同 時，垂直寄存器的電荷在行逆程逐行向水平移位寄存時，垂直寄存器的電荷在行逆程逐行向水平移位寄存 器轉(zhuǎn)移，每個行周期只轉(zhuǎn)移一行；從水平移位寄存器器轉(zhuǎn)移，每個行周期只轉(zhuǎn)移一行；從水平移位寄存器 順序讀出順序讀出一行一行象素電荷象素電荷，輸出視頻圖像信號。，輸出視頻圖像信號。 2.2.2 光學(xué)抽樣分析光學(xué)抽樣分析 任何物體在某一方向任何物體在某一方向 上的光強分布都可以通過上的光強分布都可以通過 傅立

9、葉變換分解成具有不傅立葉變換分解成具有不 同空間頻率的周期性變化同空間頻率的周期性變化 成分，即正弦波光柵。成分，即正弦波光柵。 CCD像感器的光電變換實際像感器的光電變換實際 是光敏單元對正弦波光柵的抽樣。是光敏單元對正弦波光柵的抽樣。 x L 0 W t uc 0 u t0 x L 0 x L 0 W 光學(xué)抽樣分析光學(xué)抽樣分析 要求要求CCD光敏單元所進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換光敏單元所進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換 必須滿足抽樣定理。即必須滿足抽樣定理。即 Fs 2 F0 Fs CCD光敏單元水平方向的重復(fù)頻率光敏單元水平方向的重復(fù)頻率 F0光信號的最高空間頻率光信號的最高空間頻率 CCD的象素數(shù)是影響的象素數(shù)是影

10、響CCD攝像機分辨率攝像機分辨率 的主要因素。的主要因素。 面陣面陣CCD攝像器件的三種基本結(jié)構(gòu)攝像器件的三種基本結(jié)構(gòu) 光敏區(qū)光敏區(qū) 存儲區(qū)存儲區(qū) (a)(b)(c) 2. 3 CCD的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換 (a)幀轉(zhuǎn)移型面陣幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD （b）行間轉(zhuǎn)移型面陣）行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD （c）幀行間轉(zhuǎn)移型面陣）幀行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD FTCCDITCCDFITCCD 感光區(qū) 存儲區(qū) 1 V 3 V TG FT方式方式 1 P 水平區(qū)水平區(qū) 1 H 3 H 2 H OG 感光區(qū)感光區(qū) 存儲區(qū)存儲區(qū) 視頻視頻 輸出輸出 3 P 1 P 2 V 2 P FTCCD（幀轉(zhuǎn)移型）結(jié)構(gòu)及其自掃描（幀轉(zhuǎn)移型

11、）結(jié)構(gòu)及其自掃描 要傳輸一幅平面圖像，首先由要傳輸一幅平面圖像，首先由CCD的光的光 敏單元將連續(xù)的空間光學(xué)圖像分解，然后將敏單元將連續(xù)的空間光學(xué)圖像分解，然后將 每個象素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將該象素所對應(yīng)的每個象素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將該象素所對應(yīng)的 電信號順序轉(zhuǎn)換出去，形成視頻信號。在電信號順序轉(zhuǎn)換出去，形成視頻信號。在FT- CCD結(jié)構(gòu)中，電荷從上到下，從左到右的轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，電荷從上到下，從左到右的轉(zhuǎn) 移，它是由加在移，它是由加在CCD各電極上的時鐘脈沖控各電極上的時鐘脈沖控 制完成的。制完成的。 所謂自掃描是相對電子束掃描而言的。所謂自掃描是相對電子束掃描而言的。 在面陣在面陣CCD攝像器件的光敏單

12、元中，電荷的攝像器件的光敏單元中，電荷的 轉(zhuǎn)移是由加在轉(zhuǎn)移是由加在CCD各電極上的時鐘脈沖控制各電極上的時鐘脈沖控制 完成的。而這些時鐘脈沖是與電子束掃描形完成的。而這些時鐘脈沖是與電子束掃描形 成光柵的行、場同步脈沖同步的。成光柵的行、場同步脈沖同步的。CCD攝像攝像 器件的電信號讀出是依靠電極上的時序脈沖器件的電信號讀出是依靠電極上的時序脈沖 完成的，完成的，不需外加偏轉(zhuǎn)磁場不需外加偏轉(zhuǎn)磁場，故稱為，故稱為CCD的的 自掃描自掃描。 234 彩色視頻信號的產(chǎn)生彩色視頻信號的產(chǎn)生 要獲取彩色視頻信號，不能簡單采用單片的要獲取彩色視頻信號，不能簡單采用單片的 CCD像傳感器，因為此時像傳感器，

13、因為此時CCD像傳感器在進(jìn)行光電像傳感器在進(jìn)行光電 轉(zhuǎn)換時只對光的強弱敏感，也就是說，它只能識別轉(zhuǎn)換時只對光的強弱敏感，也就是說，它只能識別 光強，不能識別波長或光譜。為了得到彩色視頻信光強，不能識別波長或光譜。為了得到彩色視頻信 號，需要將景物的彩色分解成三種基色光后再分別號，需要將景物的彩色分解成三種基色光后再分別 投射到三片投射到三片CCD像傳感器上，再由像傳感器上，再由CCD讀出各自對讀出各自對 應(yīng)的三種基色信號。應(yīng)的三種基色信號。 ER EG EB EB0 EG0 ER0 B0 R0 G0 光光 電電 信號處理與傳輸 信號處理與傳輸 RC F C 光光 電電 光光 電電 GC BC

14、FC R0 F0 G0 B0 三片式三片式CCD彩色攝像機結(jié)構(gòu)框圖彩色攝像機結(jié)構(gòu)框圖 綠色濾色器綠色濾色器 藍(lán)色濾色器藍(lán)色濾色器 紅色濾色器紅色濾色器 光敏單元光敏單元 光敏單元和濾色器的排列關(guān)系光敏單元和濾色器的排列關(guān)系 2. 4 逐行掃描與隔行掃描逐行掃描與隔行掃描 2. 4. 1 顯象管掃描的光柵結(jié)構(gòu)顯象管掃描的光柵結(jié)構(gòu) （1）概述：概述：顯像管中的電子束掃描是通過在水平偏轉(zhuǎn)顯像管中的電子束掃描是通過在水平偏轉(zhuǎn) 線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈中線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈中通過鋸齒電流通過鋸齒電流來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。 行掃描： 在水平偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的垂直磁場作用下，在水平偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的垂直磁場作用下， 電子

15、束電子束 沿著沿著水平水平方向掃描，方向掃描， 叫做行掃描叫做行掃描。 場掃描： 在垂直偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的水平磁場作用下，在垂直偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的水平磁場作用下， 電子束電子束 沿沿垂直垂直方向掃描，方向掃描， 叫做場掃描。叫做場掃描。 光柵： 電子束掃描在熒光屏上形成的發(fā)光軌跡（掃描線）。電子束掃描在熒光屏上形成的發(fā)光軌跡（掃描線）。 逐行掃描與隔行掃描：逐行掃描與隔行掃描： 在在逐行掃描逐行掃描中，所有幀的光柵都應(yīng)相互重合，中，所有幀的光柵都應(yīng)相互重合， 這就要求幀掃描周期這就要求幀掃描周期TZ是行掃描周期是行掃描周期TH的整數(shù)的整數(shù) 倍，也就是說每幀的掃描行數(shù)倍，也就是說每幀的掃描行數(shù)Z為整

16、數(shù)。為整數(shù)。 隔行掃描隔行掃描就是把一幀圖像分成兩場來掃：第一就是把一幀圖像分成兩場來掃：第一 場掃描場掃描1、3、5、奇數(shù)行，奇數(shù)行， 稱為奇數(shù)場；第二稱為奇數(shù)場；第二 場場 掃描掃描2、4、6、偶數(shù)行，偶數(shù)行， 稱為偶數(shù)場。每幀圖稱為偶數(shù)場。每幀圖 像像 經(jīng)過兩場掃描，所有像素全部掃完。偶數(shù)場掃描經(jīng)過兩場掃描，所有像素全部掃完。偶數(shù)場掃描 線正好嵌在奇數(shù)場掃描線的中間，線正好嵌在奇數(shù)場掃描線的中間，構(gòu)成一幅（幀）構(gòu)成一幅（幀） 完整圖像。完整圖像。 逐行掃描：一幀畫面（圖像）一次性完成掃描。逐行掃描：一幀畫面（圖像）一次性完成掃描。 隔行掃描：一幀畫面（圖像）分二場完成掃描。隔行掃描：一幀

17、畫面（圖像）分二場完成掃描。 22 22 18 16 7 5 20 9 21 14 3 2 11 10 19 8 17 15 6 4 13 12 1 19 17 18 20 21 16 1514 13 12 1110 9 8 76 5 4 3 1 2 逐行掃描光柵逐行掃描光柵隔行掃描光柵隔行掃描光柵 （2 2） 逐行掃描光柵的形成逐行掃描光柵的形成 1 1 2 2 7 8 8 7 9 9 1 2 7 8 1 2 8 7 H i V i t 0 0 t 12 1 2 8 98 9 H T Hr T Ht T V T Vt T Vr T 行掃描行掃描 行掃描正程，行掃描正程行掃描正程，行掃描正程時

18、間時間THt 行掃描逆程，行掃描逆程時間行掃描逆程，行掃描逆程時間THr 行掃描周期： 行掃描周期： TH=THt+THr 行掃描頻率：行掃描頻率： fH=1/TH 場掃描場掃描 場掃描正程，場掃描正程場掃描正程，場掃描正程時間時間TVt 場掃描逆程，場掃描逆程時間場掃描逆程，場掃描逆程時間TVr 場掃描周期： 場掃描周期： TV=TVt+TVr 場掃描頻率：場掃描頻率： fV=1/TV 電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了行逆程系數(shù)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了行逆程系數(shù)和場逆程系數(shù)和場逆程系數(shù)： %8%18 V Vr H Hr T T T T 在顯象端，行場鋸齒波是與發(fā)送端送來在顯象端，行場鋸齒波是與發(fā)送端送來 的行、場同步脈

19、沖同步的。的行、場同步脈沖同步的。 若用若用Z表示一幀的掃描行數(shù)，表示一幀的掃描行數(shù)， TV=ZTH 實驗表明，只有當(dāng)換幅頻率（即幀頻）實驗表明，只有當(dāng)換幅頻率（即幀頻） 才能得到比較好的圖像質(zhì)量。才能得到比較好的圖像質(zhì)量。 實際在屏幕上顯示的掃描行數(shù)小于實際在屏幕上顯示的掃描行數(shù)小于Z。 500,48 ZHf ZV （3）隔行掃描）隔行掃描光柵的形成：光柵的形成： 1. 下一幀掃描起點與上一幀起點相同，以保下一幀掃描起點與上一幀起點相同，以保 證證 各幀掃描光柵重迭；各幀掃描光柵重迭； 2. 相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得 最最 高清晰度。高清晰度。

20、 由由1，每幀掃描行數(shù)必須為整數(shù)，或相鄰兩場，每幀掃描行數(shù)必須為整數(shù)，或相鄰兩場 行數(shù)之和為一整數(shù)；行數(shù)之和為一整數(shù)； 由由2，而各場掃描電流又都是一樣，則每場均須包，而各場掃描電流又都是一樣，則每場均須包 含半行，每幀應(yīng)包含奇數(shù)行。這時，兩場掃描的含半行，每幀應(yīng)包含奇數(shù)行。這時，兩場掃描的 起始點不相重合，但兩場光柵卻能均勻鑲嵌。起始點不相重合，但兩場光柵卻能均勻鑲嵌。 7 5 9 3 2 11 10 8 6 4 12 1 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 2 1 3 5 7 9 2 4 6 8 0 1 1 1 理論上的理論上的 理想情況理想情況 n 幀掃描與場掃描的關(guān)系幀掃描與場

21、掃描的關(guān)系 在隔行掃描中，一幀圖像由兩場組成，顯然幀在隔行掃描中，一幀圖像由兩場組成，顯然幀 周期周期TF可表示為：可表示為： 在隔行掃描中，為了保證兩場掃描線在空間在隔行掃描中，為了保證兩場掃描線在空間 上上 均勻鑲嵌，為此均勻鑲嵌，為此 按我國廣播電視標(biāo)準(zhǔn)，按我國廣播電視標(biāo)準(zhǔn)，n=312，Z625行，行， fv=50HZ fH15625HZ， ，每場 每場312.5行。行。 偶偶奇奇偶偶奇奇 VVVVF TTTTT22 VVVH fnf n f Z f 2 1 2 12 2 我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每秒傳送我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每秒傳送25幀，每幀，每 幀圖像為幀圖像為625行，每場掃描行，每場掃描

22、312.5行，每秒掃行，每秒掃 描描50場。場頻為場。場頻為50 Hz，不會有閃爍現(xiàn)象，一，不會有閃爍現(xiàn)象，一 幀由兩場復(fù)合而成，每幀畫面仍為幀由兩場復(fù)合而成，每幀畫面仍為625行，圖行，圖 像清晰度沒有降低，而頻帶卻壓縮了一半。像清晰度沒有降低，而頻帶卻壓縮了一半。 2. 4. 2 隔行掃描隔行掃描與逐行掃描的比較與逐行掃描的比較 n隔行掃描隔行掃描: n為了保證電視圖像有足夠的清晰度，為了保證電視圖像有足夠的清晰度， 掃描行數(shù)掃描行數(shù) 需在需在600左右（我國標(biāo)準(zhǔn)為左右（我國標(biāo)準(zhǔn)為625行）；每幅圖像行）；每幅圖像 約約44萬像素；萬像素； n 為了保證不產(chǎn)生閃爍感覺，為了保證不產(chǎn)生閃爍感

23、覺， 幀掃描頻率幀掃描頻率 應(yīng)在應(yīng)在48 Hz以上，以上， 這樣圖像信號的頻帶就會很這樣圖像信號的頻帶就會很 寬（寬（11MHz），）， 使設(shè)備復(fù)雜化。使設(shè)備復(fù)雜化。 n 采用隔行掃描的目的采用隔行掃描的目的：為了既保證圖像：為了既保證圖像 的清晰度，又壓縮信號頻帶寬度。的清晰度，又壓縮信號頻帶寬度。 Z=625 視頻帶寬的計算：視頻帶寬的計算： （1）采用逐行掃描采用逐行掃描方式方式 TF=TV 幀掃描正程的行數(shù)幀掃描正程的行數(shù) 為為Z（1）。）。 考慮到考慮到CCD的光學(xué)的光學(xué) 開口率小于開口率小于1， 光學(xué)圖像的細(xì)節(jié)不可能正好落在光學(xué)圖像的細(xì)節(jié)不可能正好落在CCD的光敏單元的光敏單元 上

24、，應(yīng)乘以小于上，應(yīng)乘以小于1的克爾系數(shù)的克爾系數(shù)K1 ，圖像，圖像垂直方向垂直方向 的的有效行數(shù)有效行數(shù)（分辨率）應(yīng)為（分辨率）應(yīng)為Z（1）K1； 掃描光柵的幅型比為掃描光柵的幅型比為K，可以認(rèn)為水平方向，可以認(rèn)為水平方向 的圖像分辨率與垂直方向是一致的，的圖像分辨率與垂直方向是一致的，水平方向水平方向可可 能分解的象素數(shù)（即列數(shù)）為能分解的象素數(shù)（即列數(shù)）為 Z（1）K1K 因為一對黑白象素在光電轉(zhuǎn)換后對應(yīng)一個正弦波因為一對黑白象素在光電轉(zhuǎn)換后對應(yīng)一個正弦波 周期，所以水平方向的正弦波周期數(shù)周期，所以水平方向的正弦波周期數(shù) KKZS 1 1 2 1 行掃描正程時間行掃描正程時間 其中，其中，

25、TF 幀周期，水平方向可分解的正幀周期，水平方向可分解的正 弦波的最小周期弦波的最小周期 視頻信號的最高頻率視頻信號的最高頻率 11 1 Z T TT F HH 11 1 Z T TT F HH 11 1 Z T TT F HH STT H1min 2 1 1 1min max 1 1 2 1 1 1 2 1 1 ZfKK Z T KKZ T S T f F F H 按我國廣播電視標(biāo)準(zhǔn)，取按我國廣播電視標(biāo)準(zhǔn)，取K10.76，幅型，幅型K=4/3， 幀頻幀頻fF50HZ，掃描行數(shù)，掃描行數(shù)Z=625。視頻信號的最低頻率。視頻信號的最低頻率 是直流分量，光電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的視頻信號的帶寬是直流分量，光

26、電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的視頻信號的帶寬 (11.10264228MHZ) 2）采用隔行掃描方式）采用隔行掃描方式 幀周期與場周期的關(guān)系是幀周期與場周期的關(guān)系是 VFVF ffTT 2 1 ,2 2 1max 1 1 4 1 ZfKKf V Z MHff2 .11 max Z MHff6 . 5 max 2. 隔行掃描的優(yōu)缺點隔行掃描的優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點： 既保證了圖像的清晰度，又壓縮信號頻帶寬度。既保證了圖像的清晰度，又壓縮信號頻帶寬度。 缺點：缺點： （1）行間閃爍行間閃爍效應(yīng)。效應(yīng)。 （2）由于系統(tǒng)的不穩(wěn)定出現(xiàn)）由于系統(tǒng)的不穩(wěn)定出現(xiàn)并行并行現(xiàn)象時，現(xiàn)象時，兩場光兩場光 柵不能均勻相嵌，柵不能均勻相嵌

27、，垂直分解力下降，垂直分解力下降，圖像清晰度圖像清晰度 下降。下降。 （3）動態(tài)垂直分解力降低，）動態(tài)垂直分解力降低，運動物體運動物體的圖像出現(xiàn)的圖像出現(xiàn) 左右左右“扭動扭動”的的垂直邊沿鋸齒化垂直邊沿鋸齒化現(xiàn)象，圖像邊緣現(xiàn)象，圖像邊緣 閃爍。閃爍。 （4）隔行掃描產(chǎn)生的視頻信號對于壓縮處理和后）隔行掃描產(chǎn)生的視頻信號對于壓縮處理和后 期視頻制作帶來了困難。期視頻制作帶來了困難。 25 視頻信號與電視圖像的基本參數(shù)視頻信號與電視圖像的基本參數(shù) 251 掃描參數(shù)掃描參數(shù) 幅型比幅型比K寬寬/高高4/3，21隔行掃描；隔行掃描； 幀頻幀頻 ，幀周期，幀周期 ； 場頻場頻 ，場周期，場周期 ； 幀周

28、期幀周期 與場周期與場周期 的關(guān)是的關(guān)是 ； ZF Hf25 msTF40 ZV Hf50 msTV20 msT V 20 F T V T VF TT2 每幀掃描行數(shù)：每幀掃描行數(shù)：Z625行行， 每幀有效掃描行數(shù)：每幀有效掃描行數(shù)：575行；行； 行掃描行掃描周期周期 ：TH=TZ/Z=40 ms/625=64 s， 行頻：行頻：fH=fZZ=25 Hz625=15 625 Hz。 2. 5 .2 清晰度與分解力清晰度與分解力 圖像的清晰度圖像的清晰度人眼主觀感覺到的圖像細(xì)節(jié)人眼主觀感覺到的圖像細(xì)節(jié) 的清晰程度。的清晰程度。 圖像的分解力圖像的分解力電視系統(tǒng)分解象素的能力。電視系統(tǒng)分解象素的

29、能力。 1. 垂直分解力垂直分解力M 電視系統(tǒng)沿圖像的垂直方向上能分解的象素數(shù)。電視系統(tǒng)沿圖像的垂直方向上能分解的象素數(shù)。 電視系統(tǒng)的垂直分解力決定于圖像的每幀電視系統(tǒng)的垂直分解力決定于圖像的每幀有效掃描行有效掃描行 數(shù)數(shù)。 考慮圖像的邊緣與水平掃描線不可能完全重合需考慮圖像的邊緣與水平掃描線不可能完全重合需 要引入小于要引入小于1的克爾系數(shù)（取值為的克爾系數(shù)（取值為0.76），）， 對于逐行掃描的情況，對于逐行掃描的情況， ZKM 1 1 考慮隔行掃描電視系統(tǒng)的由于并行現(xiàn)象，垂直考慮隔行掃描電視系統(tǒng)的由于并行現(xiàn)象，垂直 分解力會下降分解力會下降.引入隔行因子引入隔行因子 （取值（取值0.60

30、.7）, M的的 單位為線單位為線 2. 水平分解力水平分解力N 電視系統(tǒng)沿圖像的水平方向上能分解的象素數(shù)。電視系統(tǒng)沿圖像的水平方向上能分解的象素數(shù)。 電視系統(tǒng)的水平分解力主要與電視系統(tǒng)的水平分解力主要與視頻信號帶寬視頻信號帶寬有關(guān)，有關(guān)， 與傳輸通道和設(shè)備的通頻帶寬有關(guān)，頻帶越寬，圖與傳輸通道和設(shè)備的通頻帶寬有關(guān)，頻帶越寬，圖 像的水平分解力越高。一般取圖像的水平分解力與像的水平分解力越高。一般取圖像的水平分解力與 垂直分解力相當(dāng)。垂直分解力相當(dāng)。 ZKKM i 1 1 i K i K ZKKKMN 1 1 3. 分解力的測量方法分解力的測量方法 電視測試卡測試方法，人眼測試、示波電視測試卡

31、測試方法，人眼測試、示波 器測試器測試 1 MHz相當(dāng)相當(dāng)80TVL 數(shù)字測量方法數(shù)字測量方法 2. 5. 3 圖像對比度、灰度圖像對比度、灰度 1. 圖像的對比度圖像的對比度 圖像中最大亮度，圖像中最大亮度， 圖像中最小亮度，圖像中最小亮度， 環(huán)境亮度環(huán)境亮度 圖像的對比度圖像的對比度 或或 min L max L 0 L min max L L c 0min 0max LL LL c 2. 電視圖像的灰度電視圖像的灰度 灰度灰度圖像從亮到暗之間的亮度層次，用灰圖像從亮到暗之間的亮度層次，用灰 度等級表示。度等級表示。 圖像中能分辨的灰度等級越多，圖像越柔和，圖像中能分辨的灰度等級越多，圖像

32、越柔和， 逼真；反之贗像感就越強。一般來說，圖像的對比逼真；反之贗像感就越強。一般來說，圖像的對比 度越大，圖像的灰度層次也就越豐富。度越大，圖像的灰度層次也就越豐富。 由人眼的視覺特性可知，人眼對亮度的分辨級由人眼的視覺特性可知，人眼對亮度的分辨級 數(shù)（灰度）受到對比度靈敏度閾值的限制，以此可數(shù)（灰度）受到對比度靈敏度閾值的限制，以此可 得到人眼可以分辨的亮度層次。得到人眼可以分辨的亮度層次。 設(shè)圖像中的最小亮度為設(shè)圖像中的最小亮度為Lmin=L1，能分辨的第二級，能分辨的第二級 亮度亮度L2為為 設(shè)圖像中的最小亮度為設(shè)圖像中的最小亮度為Lmin=L1，能分辨的第，能分辨的第 二級亮度二級亮

33、度L2為為 第三級亮度為第三級亮度為 第第n級亮度級亮度Ln為為 圖像對比度圖像對比度 對上式兩邊取對數(shù)可得對上式兩邊取對數(shù)可得 因為因為 ， 1112 1LLLL 1 2 2223 11LLLLL maxmin 1 1 1 11LLLL nn n 1 min max 1 n L L c 1ln ln 1 c n 1 ccnlg 3 . 2 ln 1 上式表明，上式表明，人眼能分辨的亮度層次與對比度靈敏度人眼能分辨的亮度層次與對比度靈敏度 閾值有關(guān)，與圖像對比度有關(guān)。閾值有關(guān)，與圖像對比度有關(guān)。 由前面討論可知，景物的對比度一般不超過由前面討論可知，景物的對比度一般不超過100 （白石膏與黑板

34、），要不失真地傳輸景物的圖像，（白石膏與黑板），要不失真地傳輸景物的圖像， 就要求顯示的圖像對比度也應(yīng)為就要求顯示的圖像對比度也應(yīng)為100。實際受到各種。實際受到各種 條件限制，一般在條件限制，一般在3040。若取。若取 、c40， 計算出計算出 。 數(shù)字圖像的量化精度問題。數(shù)字圖像的量化精度問題。 數(shù)字圖像量化只需數(shù)字圖像量化只需6bit64灰度級，考慮量灰度級，考慮量 化噪聲和數(shù)字圖像處理精度問題，采用化噪聲和數(shù)字圖像處理精度問題，采用8bit256 灰度級量化。灰度級量化。 ccnlg 3 . 2 ln 1 05. 0 74 n 261 視頻圖像信號視頻圖像信號 1圖像信號圖像信號（亮度

35、信號）：電平高低反映（亮度信號）：電平高低反映圖像圖像的的 亮度。幅度亮度。幅度70。 灰度條灰度條 階梯波階梯波 白白 黑黑 L0 0t E0 一行黑白全電視信號一行黑白全電視信號 0. .7V 0. .3V 峰值白電平峰值白電平 黑電平（黑電平（050mV） 消隱電平（消隱電平（0電平）電平） 行同步信號行同步信號 THFTHR TH 0 t iH 2. 同步信號：同步信號： 作用作用：確保收發(fā)二端掃描同步。確保收發(fā)二端掃描同步。 方法：用發(fā)端的信號去控制顯示端的掃描電流方法：用發(fā)端的信號去控制顯示端的掃描電流 脈沖（磁偏轉(zhuǎn)）使二者同頻同相；幅度脈沖（磁偏轉(zhuǎn)）使二者同頻同相；幅度30 3.

36、 消隱信號：消隱信號： 作用作用：使得使得發(fā)端發(fā)端行、場逆程期間不傳圖像信號，行、場逆程期間不傳圖像信號， 接收端行、場逆程期間不產(chǎn)生回掃線。接收端行、場逆程期間不產(chǎn)生回掃線。 方法：使方法：使逆程期間的信號幅度為逆程期間的信號幅度為0 0（黑電平）。（黑電平）。 位置位置 脈沖寬度脈沖寬度 幅度幅度 周期周期 行消隱：行逆程期行消隱：行逆程期 12s 0 64s 行同步：行消隱期行同步：行消隱期 4.7s 0.3 64s 滯后行消隱滯后行消隱 前沿前沿1.5s 場消隱場消隱: 場逆程期場逆程期 1.6ms 0 20ms 場同步：場消隱期場同步：場消隱期 160s 0.3 20ms 滯后場消隱

37、滯后場消隱 前沿前沿160s 一行黑白電視信號：一行黑白電視信號： 圖像信號消隱脈沖同步脈沖圖像信號消隱脈沖同步脈沖 采用時分混合方法可以合成在一起；采用時分混合方法可以合成在一起； 采用幅度分離的方法可以方便地分離圖采用幅度分離的方法可以方便地分離圖 像和同步脈沖。像和同步脈沖。 4均衡脈沖和開槽脈沖均衡脈沖和開槽脈沖 在隔行掃描的電視系統(tǒng)中，將一幅（一幀）圖在隔行掃描的電視系統(tǒng)中，將一幅（一幀）圖 像分為二場進(jìn)行掃描。如一行黑白全電視信號類像分為二場進(jìn)行掃描。如一行黑白全電視信號類 似，場掃描也分成場正程和場逆程（場消隱），在似，場掃描也分成場正程和場逆程（場消隱），在 場逆程期間行同步信

38、號不能丟失，另外還需均衡脈場逆程期間行同步信號不能丟失，另外還需均衡脈 沖和開槽脈沖（其作用后面討論）這樣構(gòu)成場電視沖和開槽脈沖（其作用后面討論）這樣構(gòu)成場電視 信號。下圖所示為相鄰兩場黑白電視信號的波形。信號。下圖所示為相鄰兩場黑白電視信號的波形。 336 23.5 偶 數(shù) 場奇 數(shù) 場 625234562462362212324 前 均 衡 脈 沖 場 消 隱 脈 沖 (a) 場 同 步 脈 沖后 均 衡 脈 沖 奇數(shù)場奇數(shù)場 奇 數(shù) 場偶 數(shù) 場 后 均 衡 脈 沖 310312311314315316317318336 場 消 隱 脈 沖 前 均 衡 脈 沖場 同 步 脈 沖 313

39、(b) 偶數(shù)場偶數(shù)場 場掃描控制電子束在垂直方向的運動，在場正場掃描控制電子束在垂直方向的運動，在場正 程期間行掃描電路所產(chǎn)生的信號仍然是行掃描的波形。程期間行掃描電路所產(chǎn)生的信號仍然是行掃描的波形。 場同步脈沖與行同步脈沖幅度相同，寬度不一場同步脈沖與行同步脈沖幅度相同，寬度不一 樣，電路根據(jù)脈沖寬度分離出場、行同步脈沖；確樣，電路根據(jù)脈沖寬度分離出場、行同步脈沖；確 定場、行掃描的起始時間。場同步脈沖寬帶為定場、行掃描的起始時間。場同步脈沖寬帶為2.5H。 每幀圖像掃描每幀圖像掃描625H，每場為，每場為312.5H，逆程時間，逆程時間 （消隱脈沖寬度）（消隱脈沖寬度）25H，正程時間，正

40、程時間287.5H， 場逆程期間行同步信號仍然要保留，場消隱脈場逆程期間行同步信號仍然要保留，場消隱脈 沖寬度為沖寬度為25H（嚴(yán)格地說是（嚴(yán)格地說是25H1個行消隱時個行消隱時 間）。間）。 在在25H期間期間場同步脈沖（開槽脈沖占場同步脈沖（開槽脈沖占 2.5H）后均衡脈沖（占）后均衡脈沖（占2.5H）行同步脈沖前）行同步脈沖前 均衡脈沖（對下一場而言，占均衡脈沖（對下一場而言，占2.5H） 第第1場是從整數(shù)行開始，半行結(jié)束；第場是從整數(shù)行開始，半行結(jié)束；第2場是從場是從 半行開始，整數(shù)行結(jié)束。半行開始，整數(shù)行結(jié)束。 開槽脈沖的作用：開槽脈沖的作用： 在場在場逆程期間需要控制掃描電子束繼續(xù)

41、進(jìn)逆程期間需要控制掃描電子束繼續(xù)進(jìn) 行水平掃描，行水平掃描，為了保持行同步信號的連續(xù)性，為了保持行同步信號的連續(xù)性， 保證場同步期間行掃描的穩(wěn)定保證場同步期間行掃描的穩(wěn)定， 在場同步信在場同步信 號內(nèi)開了五個小凹槽，叫做開槽脈沖。號內(nèi)開了五個小凹槽，叫做開槽脈沖。 脈沖寬度為脈沖寬度為4.7 s， 脈沖間隔等于脈沖間隔等于TH2。 均衡脈沖的作用：均衡脈沖的作用： 場場同步信號是采用積分電路分離出來的，相鄰兩場同步信號是采用積分電路分離出來的，相鄰兩場 的開始掃描時間存在差異，前面已經(jīng)提到，第的開始掃描時間存在差異，前面已經(jīng)提到，第1場是從場是從 整數(shù)行開始，半行結(jié)束；第整數(shù)行開始，半行結(jié)束；

42、第2場是從半行開始，整數(shù)行場是從半行開始，整數(shù)行 結(jié)束。這樣積分的起始電平不一致，導(dǎo)致積分后波形不結(jié)束。這樣積分的起始電平不一致，導(dǎo)致積分后波形不 一樣，若用此波形的某一電平去同步場掃描電路，則兩一樣，若用此波形的某一電平去同步場掃描電路，則兩 場的同步會出現(xiàn)時間誤差，影響了隔行掃描的精確性，場的同步會出現(xiàn)時間誤差，影響了隔行掃描的精確性， 會出現(xiàn)并行現(xiàn)象，丟失垂直方向的細(xì)節(jié)信息，最終使垂會出現(xiàn)并行現(xiàn)象，丟失垂直方向的細(xì)節(jié)信息，最終使垂 直清晰度下降。直清晰度下降。 為了為了保證隔行掃描的準(zhǔn)確性保證隔行掃描的準(zhǔn)確性， 使兩場掃描線均勻使兩場掃描線均勻 相嵌，相嵌，在場同步脈沖前后各加在場同步脈

43、沖前后各加5個窄脈沖，個窄脈沖，叫做均衡脈叫做均衡脈 沖。其寬度為沖。其寬度為2.35 s， 其周期等于其周期等于TH2 。 262 黑白圖像信號的頻譜黑白圖像信號的頻譜 圖像具有空間相關(guān)性，相鄰兩行圖像圖像具有空間相關(guān)性，相鄰兩行圖像 內(nèi)容和相鄰兩場的圖像內(nèi)容差別不是很大，內(nèi)容和相鄰兩場的圖像內(nèi)容差別不是很大， 它具有周期性特點。它具有周期性特點。 周期信號的頻譜是離散的。周期信號的頻譜是離散的。 是是以行頻及其各次諧波為主譜線以行頻及其各次諧波為主譜線，以場以場 頻及其諧波為副譜線頻及其諧波為副譜線且位于主譜線兩側(cè)的且位于主譜線兩側(cè)的 離散頻譜離散頻譜結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 f (n3）fH(n4）

44、fH(n2）fH(n1）fHnfH nfH nfH 50 nfH 25 nfH 50 nfH 25 分析視頻圖像信號頻譜的意義：分析視頻圖像信號頻譜的意義： 以上對視頻圖像的頻譜分析表明，視頻信號的以上對視頻圖像的頻譜分析表明，視頻信號的 能量主要集中在行頻及各次諧波附近，兩相鄰諧波能量主要集中在行頻及各次諧波附近，兩相鄰諧波 之間有較大的空隙。隨著行頻諧波次數(shù)的增加，信之間有較大的空隙。隨著行頻諧波次數(shù)的增加，信 號能量逐漸減小。這些頻譜的空隙在同時制彩色電號能量逐漸減小。這些頻譜的空隙在同時制彩色電 視中用來傳輸彩色信息，這就是頻譜交錯技術(shù)的基視中用來傳輸彩色信息，這就是頻譜交錯技術(shù)的基

45、礎(chǔ)。礎(chǔ)。 作業(yè)：作業(yè)：P78 2.6 2.7 263 基色信號、亮度信號與色差信號基色信號、亮度信號與色差信號 1 . 基色信號基色信號 R、G、B三路基色信號產(chǎn)生原理與黑白視頻信三路基色信號產(chǎn)生原理與黑白視頻信 號相同（光號相同（光/電轉(zhuǎn)換），其時域波形與黑白視頻電轉(zhuǎn)換），其時域波形與黑白視頻 信號類似，幅度取決于景物的三色分量。信號類似，幅度取決于景物的三色分量。 在彩色電視系統(tǒng)中，如果傳輸三路基色信號所需通道在彩色電視系統(tǒng)中，如果傳輸三路基色信號所需通道 帶寬將是傳送黑白電視信號的三倍，這種方法顯然是不帶寬將是傳送黑白電視信號的三倍，這種方法顯然是不 合理的。合理的。 要實現(xiàn)兼容，彩色信號必須有一種信號與黑白電視要實現(xiàn)兼容，彩色信號必須有一種信號與黑白電視 系統(tǒng)相同系統(tǒng)相同亮度信號，它能送至黑白電視機顯示黑亮度信號，它能送至黑白電視機顯示黑 白圖像。白圖像。 要實現(xiàn)彩色與黑白電視兼容要實現(xiàn)彩色與黑白電視兼容,彩色電視應(yīng)滿足以彩色電視應(yīng)滿足以 下基本條件下基本條件: (1)所傳送的電視信號中應(yīng)有亮度信號和色度信所傳送的電視信號中應(yīng)有亮度信號和色度信 號兩部分。號兩部分。 (2)彩色電視信號通道的頻率特性應(yīng)與黑白電視彩色電視信號通道的頻率特性應(yīng)與黑白電視 通道頻率特性基本一致