電視原理第二章電視圖像傳送原理

1、電視原理第二章電視圖像傳送原理第1頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五2.1 電視傳像原理 傳輸語音信號的無線電廣播，主要包括發(fā)射與接收兩大部分。在發(fā)端主要完成將語音變?yōu)殡娦盘?稱音頻信號)，并經(jīng)放大、調(diào)制，然后由天線以高頻電磁波形式發(fā)射出去。收端則正好相反，將收到的高頻電磁波經(jīng)高放、解調(diào)、音頻放大，最后送揚聲器發(fā)出聲音。2第二章 電視圖像傳送原理第2頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 電視廣播有開路與閉路之分。開路系統(tǒng)，即無線電視廣播系統(tǒng)，其原理與語音廣播類似，但無論是發(fā)端還是收端，都遠比語音廣播復(fù)雜。 閉路電視系統(tǒng)所不同的只是傳送電視信號由同軸電纜

2、完成而已。3第二章 電視圖像傳送原理第3頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖21 無線電視廣播系統(tǒng)原理方框圖4第二章 電視圖像傳送原理第4頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.1.1 像素的概念 黑白圖像是由緊密相鄰的細小點組成的，這些細小點構(gòu)成一幅圖像的基本單元稱為像素，像素越小，單位面積上的像素數(shù)目越多，圖像越清晰。圖像并行傳送：（無法實現(xiàn)） 理論上講，可同時把不同位置上具有不同亮度的像素轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，再分別用各個相應(yīng)信道把這些信號同時傳送出去。 5第二章 電視圖像傳送原理并行傳送演示第5頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，

3、星期五 圖像順序傳送: 把被傳送的圖像上各個像素的亮度按照一定順序轉(zhuǎn)變成電信號，并且依次傳送出去，在接收端的屏幕上，再按照同樣的順序?qū)⒏鱾€電信號在相應(yīng)的位置上轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枴?只 要這種順序傳送進行得足夠快，那么由于人眼的視覺惰性和發(fā)光材料的余輝特性，就會使觀察者感覺到整幅圖像同時進行，這種按照順序傳送圖像像素的方法構(gòu)成的電視系統(tǒng)，稱為順序傳送系統(tǒng)。如圖2-2所示。這種順序傳送必須：1、迅速；2、準確。第二章 電視圖像傳送原理6第6頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖22 順序傳送像素示意圖 7動畫演示順序傳送制第二章 電視圖像傳送原理第7頁，共59頁，2022年，5月2

4、0日，7點24分，星期五 2.1.2 顯像管 顯像管是在接收端重現(xiàn)圖像的電真空器件，主要由電子槍、熒光屏、偏轉(zhuǎn)線圈等組成。 由陰極發(fā)射出的電子束，在偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的磁場力作用下，按從左到右，從上到下的順序依次轟擊熒光屏。屏面上涂有熒光粉，在電子束轟擊下熒光粉發(fā)光，其發(fā)光亮度正比于電子束攜帶的能量。第二章 電視圖像傳送原理8第8頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖2-3 偏轉(zhuǎn)線圈結(jié)構(gòu)示意圖(a)行偏轉(zhuǎn)線圈; (b)場偏轉(zhuǎn)線圈第二章 電視圖像傳送原理9第9頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 若將攝像端送來的信號加到顯像管電子槍的陰極與柵極之間，就可以控

5、制電子束攜帶的能量，使熒光屏的發(fā)光強度受圖像信號的控制。 設(shè)顯像管的電一光轉(zhuǎn)換是線性的(實際為非線性的)，那么，屏幕上重現(xiàn)的圖像，其各像素的亮度都正比于所攝圖像相應(yīng)各像素的亮度，屏幕上便重現(xiàn)了發(fā)端的原圖像。第二章 電視圖像傳送原理顯像管電子運動演示動畫10第10頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.1.2 電子掃描 1. 逐行掃描 在電視系統(tǒng)中，攝像管和顯像管的外面都裝有偏轉(zhuǎn)線圈，當(dāng)線圈中分別流過如圖24所示的行、場鋸齒波掃描電流時就會產(chǎn)生相應(yīng)的垂直方向與水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場，在這兩個磁場的共同作用下，使電子束作水平與垂直方向的掃描運動。11第二章 電視圖像傳送原理第11

6、頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五12第二章 電視圖像傳送原理 圖 2-4 逐行掃描電流和光柵 (a) 行掃描電流； (b) 幀掃描電流； (c) 掃描光柵 第12頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 由于在圖2-4所示的鋸齒波電流作用下，電子束產(chǎn)生自左向右、自上而下，一行緊挨一行的運動，因而稱其為逐行掃描。 (1)電子束偏轉(zhuǎn)的基本原理。 13第二章 電視圖像傳送原理第13頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖2-5 光柵形狀(a)只有行掃描; (b)只有場掃描; (c)行、場掃描同時存在 14第二章 電視圖像傳送原理行場掃描原理

7、示意圖第14頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖2-6掃描電流幅度不足時產(chǎn)生的失真 (a)行掃描幅度小; (b)場掃描幅度小15第二章 電視圖像傳送原理(2)掃描電流的非線性對顯示圖像的影響。第15頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2. 隔行掃描 所謂隔行掃描，就是在每幀掃描行數(shù)仍為625行不變的情況下，將每幀圖像分為兩場來傳送，這兩場分別稱為奇場和偶場。奇數(shù)場傳送1，3，5，奇數(shù)行；偶數(shù)場傳送2，4，6，偶數(shù)行。 16第二章 電視圖像傳送原理第16頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖2-7 隔行掃描光柵及電流波形(a)每幀

8、光柵; (b)行掃描電流波形; (c)場掃描電流波形 17第二章 電視圖像傳送原理第17頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 第一場(奇場)，從左上角開始按1-1,3-3,順序掃描，直到最下面的中點a為止，共計 行，完成了第一場正程掃描。 18第二章 電視圖像傳送原理 第二場(偶場)，掃描從a點開始,先完成第一場掃描留下的半行a11行的掃描,接著完成2-2,4-4,等偶數(shù)行的掃描。隔行掃描動畫演示第18頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五作業(yè)：第二章 電視圖像傳送原理第19頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五電視圖像基本參數(shù)圖像寬高比

9、 圖像寬高比也稱幅型比。根據(jù)人眼的視覺特性，視覺最清楚的范圍是垂直視角為15，水平視角為20的一個矩形視野， 因而電視接收機的屏幕通常為矩形， 矩形畫面的寬高比為43。2.2 黑白全電視信號20第二章 電視圖像傳送原理第20頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 矩形屏幕的大小用對角線長度表示， 并習(xí)慣用英寸作單位， 一般家用電視機的35 cm（14英寸）、 46 cm（18英寸）、 51 cm（20英寸）、 74 cm（29英寸）等都是指屏幕對角線長度。 觀看電視的最佳距離分別為2 m、 2.5 m、 3 m、 4 m， 眼睛應(yīng)與熒光屏中心處在同一水平線。 為增強臨場感與真

10、實感， 還可加大幅型比， 例如， 高清晰度電視或大屏幕高質(zhì)量電視要求水平視角加大， 觀看距離約為屏高的三倍， 幅型比定為169。 21第二章 電視圖像傳送原理第21頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.2.2 場頻 選擇場掃描頻率主要應(yīng)考慮不能出現(xiàn)光柵閃爍。人眼的臨界閃爍頻率與屏幕亮度、圖像內(nèi)容、觀看條件以及熒光粉的余輝時間等因素有關(guān)，為了不引起人眼的閃爍感覺，場頻應(yīng)高于48 Hz。 隨著屏幕亮度的提高，屏幕尺寸的加大，觀看距離的變近，場頻應(yīng)相應(yīng)提高。22第二章 電視圖像傳送原理第22頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 場頻的選擇還要考慮交流電源對

11、電視圖像的影響。電視接收機電源濾波不良或因雜散電源磁場的影響，交流電源干擾混入視頻信號中，都會使圖像產(chǎn)生一種垂直方向的明暗變化，或呈現(xiàn)為一二條水平暗條。 當(dāng)電源頻率與場頻相同并與電源同步時，這些干擾在圖像上是固定不動的，只要不太大，眼睛是感覺不出來的；當(dāng)電源頻率與場頻不同時， 干擾圖形將是移動的，以兩個頻率的差頻向上或向下滾動，俗稱“滾道”。 23第二章 電視圖像傳送原理掃描頻率對重現(xiàn)圖像的影響第23頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 交流電源干擾若加在行鋸齒波上，會造成光柵扭曲。 當(dāng)場頻與電源頻率不同時， 光柵不但扭曲而且擺動。 因此在制定電視標準時都規(guī)定場頻與本國的電

12、網(wǎng)頻率相同。 在我國電視標準中，場頻選為50 Hz。隨著新型熒光粉的出現(xiàn)，電視屏幕亮度不斷提高，一些高亮度的畫面常會引起閃爍感覺，而現(xiàn)代接收機生產(chǎn)工藝水平已能消除電源干擾，所以將來會采用比50 Hz更高的場頻。 24第二章 電視圖像傳送原理第24頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五2.2.3 行頻 目前世界上采用的標準掃描行數(shù)有625行和525行， 我國采用625行。 在20世紀50年代， 電視機以12英寸和14英寸為主, 所以行數(shù)選擇了625行。 隨著大屏幕電視的發(fā)展， 625行的標準明顯偏低， 在高清晰度電視中， 為了獲得臨場感和真實感， 掃描行數(shù)已增加到1200行以上

13、。 25第二章 電視圖像傳送原理第25頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 場頻已經(jīng)確定為fV=50 Hz， 由于采用隔行掃描， 則幀頻fZ=25 Hz， 也就是說， 一幀掃描時間TZ=40 ms。 當(dāng)掃描行數(shù)選定為Z=625后， 行掃描時間TH=TZ/Z=40 ms/625=64 s， 行頻fH=fZZ=25 Hz625=15 625 Hz。 26第二章 電視圖像傳送原理第26頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.2.4 主體信號圖像信號 1. 圖像信號及其特征 圖像信號是由攝像管將明暗不同的景像轉(zhuǎn)變而得的電信號。 由圖2-8可見，圖像信號具有如下

14、特征: (1)含直流，即圖像信號具有平均直流成分，其數(shù)值確定了圖像信號的背景亮度。 第二章 電視圖像傳送原理 (2)對于一般活動圖像，相鄰兩行或相鄰兩幀信號間具有較強的相關(guān)性。 第27頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖2-8圖像信號(a)正極性亮度遞減信號;(b)負極性亮度遞減信號;(c)一般的負極性圖像信號 28第二章 電視圖像傳送原理第28頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.2.5 消隱信號和同步信號 顯像管電子束在行、 場掃描正程期間重現(xiàn)圖像信號， 在行、 場掃描逆程期間形成回掃線。 因為攝像機在行、 場掃描逆程發(fā)出消隱信號令電視接收機

15、顯像管電子束截止， 所以消除了顯像管在行、 場掃描逆程期間產(chǎn)生的回掃線。 29第二章 電視圖像傳送原理第29頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 消隱信號分為行消隱信號和場消隱信號。 行消隱信號的寬度為12 s， 場消隱信號的寬度為25TH+12 s。 因為采用隔行掃描， 奇數(shù)場的場消隱起點與前面的一個行消隱差半行， 偶數(shù)場的場消隱起點與前面的一個行消隱相差一行, 如圖2-9所示。 行消隱信號和場消隱信號合在一起稱為復(fù)合消隱信號。 30第二章 電視圖像傳送原理第30頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖 2-9 復(fù)合消隱信號 (a) 奇數(shù)場； (b) 偶

16、數(shù)場31第二章 電視圖像傳送原理復(fù)合消隱信號第31頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五同步信號 電視系統(tǒng)中，收、發(fā)掃描必須嚴格同步，即收、發(fā)掃描對應(yīng)的行、場起始和終止位置必須嚴格一致，否則就會出現(xiàn)畫面失真或不穩(wěn)定現(xiàn)象。圖2-10(a)為發(fā)端圖像，圖(b)為相位不同步的情況。 32第二章 電視圖像傳送原理第32頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖2-10 相位不同步產(chǎn)生的失真(a)發(fā)端圖像; (b)收端失真圖像33第二章 電視圖像傳送原理第33頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 攝像機每讀出一行圖像信號后， 送出一個行同步信號， 接

17、收機則利用這個行同步信號去控制本機的行掃描逆程起點。 行同步脈沖的前沿表示上一行的結(jié)束，下一行的開始。行同步信號的脈沖寬度為4.7 s， 行同步脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿1.5 s， 如圖2-11（a）所示。 34第二章 電視圖像傳送原理第34頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 攝像機每讀完一場圖像信號后， 送出一個場同步信號， 接收機就利用該場同步信號去控制本機的場掃描逆程起點。 場同步脈沖的前沿表示上一場的結(jié)束， 下一場的開始。 場同步信號的脈沖寬度為2.5TH， 行、 場同步信號合在一起稱為復(fù)合同步信號。 復(fù)合同步信號的波形如圖2-11（b）所示， 奇數(shù)場的最后一個

18、行同步脈沖的前沿與場同步脈沖的前沿相距TH2， 而偶數(shù)場最后一個行同步脈沖的前沿與場同步的前沿間距為TH， 所以行同步脈沖的位置在奇數(shù)場和偶數(shù)場中有半行之差， 這樣保證了隔行掃描的要求。 35第二章 電視圖像傳送原理第35頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖 2-11行同步信號和復(fù)合同步信號 (a) 行同步信號； (b) 復(fù)合同步信號36第二章 電視圖像傳送原理復(fù)合同步信號第36頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 如果接收機的場頻稍高或稍低于場同步信號， 就會使重現(xiàn)圖像向下或向上移動， 移動速度取決于接收機與場同步信號場頻之差。 當(dāng)接收機的場頻為25

19、 Hz, 即電視信號標準場頻的一半時，屏幕上出現(xiàn)上、 下兩個相同的圖像而屏幕中部則是一條水平黑帶， 是占25行的場消隱信號。 如果接收機的行頻稍高于行同步信號， 屏幕上會出現(xiàn)一條條向右下方傾斜的黑白相間的條紋； 如果接收機的行頻稍低于行同步信號， 屏幕上會出現(xiàn)一條條向左下方傾斜的黑白相間的條紋。 37第二章 電視圖像傳送原理第37頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.2.6 開槽脈沖和均衡脈沖 在場同步信號期間行同步信號中斷， 容易造成行不同步。 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， 在場同步信號內(nèi)開了五個小凹槽， 形成了五個齒脈沖。 利用凹槽的后沿

20、作為行同步信號的前沿。 凹槽叫做開槽脈沖， 其寬度為4.7 s， 其間隔等于TH2。 齒脈沖寬度為27.3 s， 如圖2-12所示。 38第二章 電視圖像傳送原理第38頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 行、 場同步脈沖合在一起成為復(fù)合同步信號， 如圖2-11（b）所示。 由于行、 場同步脈沖的寬度相差很大， 因此可以用微分電路得到行周期的正負尖脈沖， 用正尖脈沖去同步行掃描發(fā)生器。 可以用積分電路抑制行同步信號而取出場同步信號去控制場掃描發(fā)生器， 實現(xiàn)接收機行、 場掃描的同步。 39第二章 電視圖像傳送原理第39頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖

21、 2-12 未加均衡時奇數(shù)、 偶數(shù)場的積分波形40第二章 電視圖像傳送原理第40頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 如圖2-16所示, 由于奇數(shù)場和偶數(shù)場的場同步信號的前沿和前面一個行同步信號的間距分別為TH和TH2， 因此通過積分電路后， 奇數(shù)場、 偶數(shù)場同步信號的積分波形不一樣， 若用此波形的某一電平去同步場掃描電路， 則兩場的同步會出現(xiàn)時間誤差t。 偶數(shù)場在t1時同步而奇數(shù)場在t2時同步， 影響了接收機隔行掃描的準確性， 導(dǎo)致掃描光柵的并行和垂直分辨力的降低。 41第二章 電視圖像傳送原理第41頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 為了消除奇數(shù)偶

22、數(shù)兩場的時間誤差， 在場同步信號前后若干行內(nèi)將行同步脈沖的頻率提高一倍。 為了使頻率提高后的行同步脈沖的平均電平不變， 將這些脈沖的寬度減少為原來的一半， 在場同步信號的前后各有五個脈沖分別稱為前均衡脈沖和后均衡脈沖。 場同步內(nèi)的開槽脈沖頻率提高一倍是由于同樣的原因， 這樣， 在奇數(shù)場和偶數(shù)場的場同步期間， 以及前后若干行的同步脈沖波形會完全相同， 結(jié)果奇數(shù)場和偶數(shù)場的積分波形也完全相同。 42第二章 電視圖像傳送原理第42頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 由圖像信號、 消隱信號和同步信號疊加而成， 如圖2-17所示。 同步脈沖疊加在消隱脈沖之上， 消隱脈沖的作用是關(guān)閉

23、電子束, 消除回掃線。 消隱電平相當(dāng)于圖像信號的黑色電平， 同步脈沖電平比消隱電平還高， 不會在接收機屏幕上顯示出來。 利用同步脈沖的高電平， 可以把同步脈沖切割出來， 去控制掃描振蕩器。 432.3 全電視信號 1、 黑白全電視信號第二章 電視圖像傳送原理第43頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五同步脈沖的前沿是掃描逆程開始的時間， 消隱脈沖的前沿比同步脈沖提前一點可以確保逆程被完全消隱掉。 第44頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖 2-17 黑白全電視信號 (a) 奇數(shù)場信號； (b) 偶數(shù)場信號 45第二章 電視圖像傳送原理第45頁，共59頁

24、，2022年，5月20日，7點24分，星期五 全電視信號的幅度比例按標準規(guī)定是同步信號電平為100%， 黑電平與消隱電平為75%， 白電平為10%12.5%， 圖像信號介于白電平和黑電平之間， 統(tǒng)稱為灰色電平。 46第二章 電視圖像傳送原理第46頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 2.全電視信號的頻譜 所謂頻譜，就是電信號的能量按頻率分布的曲線。全電視信號的頻譜，應(yīng)是它所包含的主體信號(圖像信號)與輔助信號的頻譜之和。 47第47頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 圖218 圖像信號的頻譜 48第二章 電視圖像傳送原理第48頁，共59頁，2022年，

25、5月20日，7點24分，星期五 歸納起來,圖像信號的頻譜具有如下特征: (1)以行頻及其諧波為中心,組成梳齒狀的離散頻譜。 (2)隨著行頻諧波次數(shù)的增高,譜線幅度逐漸減小。 (3)實踐證明,無論是靜止或活動圖像,圍繞行譜線分布的場頻諧波次數(shù)不大于20(即圖2-18中m20)。按m=20計算,各譜線群所占頻譜寬度僅為2mfv=202050=2kHz,相鄰兩主譜線間距為15.625kHz,可見各群譜線間存在著很大的空隙。49第49頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五圖2-19 各輔助脈沖信號的頻譜 50第二章 電視圖像傳送原理第50頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24

26、分，星期五 1. 填空題 (1) 在水平偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的_磁場作用下， 電子束沿著 _方向掃描， 叫做行掃描。 (2) 在垂直偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的_磁場作用下， 電子束作_方向掃描， 叫做場掃描。 第二章 思考練習(xí)題第51頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 (3) 電子束在水平方向往返一次所需的時間為行掃描周期(TH)。 行掃描周期TH等于_和_之和。 (4) 行掃描周期的倒數(shù)是_。 (5) 幀掃描頻率fZ遠_于行掃描頻率fH。 (6) 電子束從圖像上端開始， 從左到右、 從上到下以均勻速度依照順序一行緊跟一行地掃完全幀畫面， 稱為_掃描。 (7) 電視標準規(guī)定了行逆程系數(shù)=

27、_， 幀逆程系數(shù)= _。 第二章 思考練習(xí)題第52頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五(8) 在逐行掃描中， 每幀的掃描行數(shù)Z為_。 (9) 我國電視標準規(guī)定， 每秒傳送_幀， 每幀圖像為_行， 每場掃描_行， 每秒掃描_場。 (10) 隔行掃描要求每幀的掃描行數(shù)必須是_。 (11) 隔行掃描存在_效應(yīng)、 _現(xiàn)象和_現(xiàn)象等缺點。 (12) CCD固體攝像機中CCD的含義是_。 第二章 思考練習(xí)題第53頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五 (13) 面陣CCD有_、 _和_三種基本型式。 (14) 行消隱信號的寬度為_， 場消隱信號的寬度為_。 (15) 行同步信號的脈沖寬度為_， 行同步脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿_。 (16) 場同步信號的脈沖寬度為_TH。 (17) 如果接收機的場頻稍高于場同步信號會使重現(xiàn)圖像_移動。 第二章 思考練習(xí)題第54頁，共59頁，2022年，5月20日，7點24分，星期五2. 選擇題 (1) 我國電視標準規(guī)定， 行掃描頻率fH是（ ）。 625 Hz 15 625 Hz 312.5 Hz 50 Hz (2) 在行