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文檔簡(jiǎn)介
概述
電視原理課程是從事電視工程、通信工程、信息工程專(zhuān)業(yè)需要學(xué)習(xí)的一門(mén)重要課程
所謂電視是指通過(guò)一個(gè)電信系統(tǒng),將一個(gè)實(shí)際的或記錄的活動(dòng)景物在一定距離之外重現(xiàn)其圖像的技術(shù)。電視是近100年來(lái)最偉大的發(fā)明之一,是現(xiàn)代電子技術(shù)的奇跡,它通過(guò)圖像和聲音把這個(gè)世界帶入我們的家中。第1章電視基礎(chǔ)知識(shí)1.1電子掃描
——成像的原理1.2黑白全電視信號(hào)——信號(hào)的內(nèi)容1.3彩色的基本概念——三基三要概念
這一章著重討論在電視系統(tǒng)中所用到的光電轉(zhuǎn)換、電子掃描、全電視信號(hào)及彩色等有關(guān)共有的基礎(chǔ)知識(shí)。1.1電子掃描
1.1.1像素⒈定義:把一幅圖像按一行緊挨一行的順序分解成許許多多的細(xì)小單元,這些組成畫(huà)面的細(xì)小單元就稱(chēng)為像素。⒉像素的傳送應(yīng)該具有兩個(gè)特點(diǎn):⑴傳送速度要快——時(shí)間特點(diǎn)。⑵傳送位置要準(zhǔn)——空間特點(diǎn)。⒊電子掃描:在電視系統(tǒng)中,將組成一幅圖像的像素,按從左至右、自上而下的順序轉(zhuǎn)換成電或光信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為電子掃描。
1.1.2
光電與電光轉(zhuǎn)換電視圖像的形成,在發(fā)送端是攝像管作為光電轉(zhuǎn)換器件,在接收端是顯像管作為電光轉(zhuǎn)換器件。
1.攝像管與光電轉(zhuǎn)換攝像管主要由:
①鏡頭-②光電靶-③偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈-④電子槍等組成。工作原理圖:由光敏半導(dǎo)體材料構(gòu)成暗亮tu
光敏半導(dǎo)體材料.....
2.顯像管與電光轉(zhuǎn)換顯像管是接收端重現(xiàn)圖像的器件,主要由:①電子槍?zhuān)谡婵詹Aぃ蹮晒馄粒荜幷职澹莞邏鹤欤奁D(zhuǎn)線(xiàn)圈等組成。蔭罩板
1.1.3
電子掃描
1.電子掃描運(yùn)動(dòng)在電視系統(tǒng)中,無(wú)論是攝像管還是顯像管,其電子槍外面都裝有偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈——行線(xiàn)圈和場(chǎng)線(xiàn)圈。行線(xiàn)圈中流過(guò)行掃描電路產(chǎn)生的鋸齒波掃描電流,產(chǎn)生垂直方向的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。場(chǎng)線(xiàn)圈中流過(guò)場(chǎng)掃描電路產(chǎn)生的鋸齒波掃描電流,產(chǎn)生水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這兩個(gè)磁場(chǎng)的共同作用下,使電子束同時(shí)作水平與垂直方向的掃描運(yùn)動(dòng)。如下圖所示。圖1―7掃描電流波形(a)行掃描電流波形;(b)場(chǎng)掃描電流波形
a~b時(shí)b~c時(shí)90°110°圖1―8光柵形狀(a)只有行掃描;(b)只有場(chǎng)掃描;(c)行、場(chǎng)掃描同時(shí)存在從上至下掃描結(jié)束稱(chēng)為一場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈實(shí)物全貌場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈行偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈外視圖偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈內(nèi)視圖實(shí)際結(jié)構(gòu)圖顯像管座磁環(huán)
圖1―10掃描電流與重現(xiàn)圖像的關(guān)系(a)線(xiàn)性?huà)呙?圖像無(wú)失真;(b)行掃描非線(xiàn)性,產(chǎn)生左伸、右縮的非線(xiàn)性失真;(c)場(chǎng)掃描非線(xiàn)性,產(chǎn)生上拉、下壓的非線(xiàn)性失真掃描電流的非線(xiàn)性對(duì)顯示圖像的影響:圖1―11掃描電流幅度不足時(shí)產(chǎn)生的失真
(a)行掃描幅度小(b)場(chǎng)掃描幅度小枕型失真、桶型失真S型失真
2.隔行掃描隔行掃描,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(chǎng)來(lái)傳送,這兩場(chǎng)分別稱(chēng)為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)。奇數(shù)場(chǎng)傳送1,3,5,…奇數(shù)行;偶數(shù)場(chǎng)傳送2,4,6,…偶數(shù)行。圖1―12隔行掃描光柵及電流波形
(a)每幀光柵;(b)行掃描電流波形;(c)場(chǎng)掃描電流波形隔行掃描方式要求每幀掃描總行數(shù)為奇數(shù)。
(11行)
1.2黑白全電視信號(hào)
1.2.1主體信號(hào)——圖像信號(hào)
1.圖像信號(hào)及其特征圖像信號(hào)是由攝像管將明暗不同的景像轉(zhuǎn)變而來(lái)的電信號(hào)。它具有兩個(gè)主要特征:
(1)圖像信號(hào)是單極性的,含直流,具有平均直流成分,其數(shù)值確定了圖像信號(hào)的背景亮度。
(2)對(duì)于一般活動(dòng)圖像,相鄰兩行或相鄰兩幀信號(hào)間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。由圖1―13所示(P10)。單極性信號(hào)圖1―13圖像信號(hào)(a)正極性亮度遞減信號(hào);(c)一般的負(fù)極性圖像信號(hào)黑
2.圖像信號(hào)的基本參量
亮度、對(duì)比度和灰度是電視圖像轉(zhuǎn)換中三個(gè)重要參量。圖像質(zhì)量,主要由這三個(gè)量描述。①亮度——是指單位面積的光通量。亮度的單位通常是尼特(nit)。電視機(jī)標(biāo)準(zhǔn)圖像輸出情況下,最暗3nit,最亮80nit。攝像機(jī)的亮度用照度表示:?jiǎn)挝皇荓ux(勒克斯)。彩色攝像機(jī)一般為0.1~2000Lux。通常是給出最低照度(靈敏度)0.1Lux。投影儀的亮度用流明表示:?jiǎn)挝皇茿NSI(流明:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每平方米的光通量)。通常是給出最高亮度3000流明。
②對(duì)比度——是電視圖像中客觀景物最大亮度Bmax與最小亮度Bmin之比。當(dāng)以K表示對(duì)比度時(shí),有:(1―4)
調(diào)對(duì)比度,實(shí)際上就是調(diào)圖像信號(hào)的幅度。
AV狀態(tài)時(shí),調(diào)對(duì)比度,屏幕光柵是否發(fā)生變化?
③灰度——圖像的明暗層次。
1.2.2輔助信號(hào)
—本章難點(diǎn)——復(fù)合同步和復(fù)合消隱信號(hào)。
1.復(fù)合同步信號(hào)(行+場(chǎng)同步信號(hào))
電視系統(tǒng)中,收、發(fā)端掃描必須嚴(yán)格同步,即收、發(fā)掃描對(duì)應(yīng)的行、場(chǎng)起始和終止位置必須嚴(yán)格一致,否則就會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面不穩(wěn)定現(xiàn)象。甚至完全失步。在發(fā)送端,同步信號(hào)是由專(zhuān)門(mén)的電路或“同步機(jī)”產(chǎn)生的。它一方面控制電視攝像機(jī)的行、場(chǎng)掃描,另一方面和圖像信號(hào)、消隱信號(hào)混合形成全電視信號(hào),發(fā)送出去,控制接收端的掃描。圖1―14為收發(fā)兩端行頻相位不同步產(chǎn)生的行失步情況。圖1―14(a)為發(fā)端圖像。圖1―14
(b)為相位不同步的情況。
2.復(fù)合消隱信號(hào)電子束從屏幕右邊回到屏幕左邊的逆程回掃期間,和電子束從屏幕下邊回到屏幕上邊的逆程回掃期間,希望它不要使屏幕發(fā)光,為此,在電子束逆程期間,傳送一個(gè)黑色電平的信號(hào)電壓,使電子束截止。這個(gè)信號(hào)電壓叫做消隱信號(hào)。行消隱和場(chǎng)消隱混合在一起,組成一個(gè)復(fù)合消隱信號(hào)。
圖1―15復(fù)合同步與復(fù)合消隱信號(hào)(a)復(fù)合同步信號(hào);(b)復(fù)合消隱信號(hào);(c)復(fù)合同步與復(fù)合消隱信號(hào)
3.槽脈沖分析后再回來(lái)由于場(chǎng)同步信號(hào)脈沖寬度比較寬(160us),在這段時(shí)間內(nèi),沒(méi)有行同步信號(hào),使行掃描失去了同步。為此,在場(chǎng)同步信號(hào)內(nèi)開(kāi)了幾個(gè)小凹槽,使槽的后沿位于原來(lái)應(yīng)該在此出現(xiàn)的行同步信號(hào)上升沿的位置上。凹槽寬度(4.7us)要窄,這樣對(duì)接收端場(chǎng)同步信號(hào)的積分影響小。如下圖所示。圖1―16同步分離原理框圖及波形(a)分離電路原理圖;(b)各點(diǎn)波形圖1―16同步分離原理框圖及波形(a)分離電路原理圖;(b)各點(diǎn)波形
4.均衡脈沖由于采用了隔行掃描,故有奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng)之分。對(duì)于奇數(shù)場(chǎng),它是在半行處結(jié)束,因此場(chǎng)同步信號(hào)應(yīng)在半行時(shí)加入;對(duì)于偶數(shù)場(chǎng),它是在一個(gè)整行后結(jié)束,因此場(chǎng)同步信號(hào)應(yīng)在一個(gè)整行結(jié)束時(shí)加入。這樣,相鄰兩場(chǎng)的場(chǎng)同步信號(hào)前面的行同步信號(hào)的位置是錯(cuò)開(kāi)的,正好相差半個(gè)行周期。如下圖所示。(a)復(fù)合同步信號(hào);(b)積分輸出波形;圖1―17復(fù)合同步脈沖及積分結(jié)果相鄰兩場(chǎng)同步信號(hào)在接收端用積分法恢復(fù)出來(lái)的場(chǎng)同步信號(hào)的波形不一樣,相鄰兩場(chǎng)的同步作用在時(shí)間上不一致,光柵產(chǎn)生并行現(xiàn)象。......柵并行圖示為此,在場(chǎng)同步脈沖前后分別加入了五個(gè)窄脈沖,稱(chēng)為前后均衡脈沖,脈沖間隔為半個(gè)行周期。這樣,就使相鄰兩場(chǎng)同步脈沖前后較近的時(shí)間內(nèi),脈沖的差異較小,以消除并行現(xiàn)象。
1.2.3黑白全電視信號(hào)
1.全電視信號(hào)波形將圖像信號(hào)、復(fù)合同步、復(fù)合消隱、槽脈沖和均衡脈沖等疊加,即構(gòu)成黑白全電視信號(hào),通常也稱(chēng)其為視頻信號(hào),其波形如下圖所示。
圖1―18黑白全電視信號(hào)......1―18黑白全電視信號(hào)
2.全電視信號(hào)的頻譜所謂頻譜,就是電信號(hào)的能量按頻率分布的曲線(xiàn)。全電視信號(hào)的頻譜,應(yīng)是它所包含的主體信號(hào)(圖像信號(hào))與輔助信號(hào)的頻譜之和。圖1―19圖像信號(hào)的頻譜歸納起來(lái),圖像信號(hào)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(xiàn)幅度逐漸減小。
(3)實(shí)踐證明,無(wú)論是靜止或活動(dòng)圖像,圍繞行頻譜線(xiàn)分布的場(chǎng)頻諧波次數(shù)不大于20(即圖1―19中m≤20)。按m=20計(jì)算,各譜線(xiàn)群所占頻譜寬度僅為2m×fv=2×20×50=2kHz,相鄰兩主譜線(xiàn)間距為15.625kHz,可見(jiàn)各群譜線(xiàn)間存在著很大的空隙。頻譜圖告訴我們,描述圖像信號(hào)內(nèi)容的頻率主要集中在低頻端和行頻及其諧波的主頻線(xiàn)附近。換句話(huà)說(shuō),在主頻線(xiàn)附近圖像信號(hào)的內(nèi)容比較豐富。圖1―20各輔助脈沖信號(hào)的頻譜各輔助脈沖信號(hào)的頻譜,與脈沖寬度()有關(guān),均小于1MHZ。圖1―21全電視信號(hào)頻譜示意圖為了分析問(wèn)題簡(jiǎn)單,全電視信號(hào)的頻譜常以下圖表示。1.3彩色的基本概念彩色電視也是采用光—電—光及聲—電—聲轉(zhuǎn)換以及電子掃描原理來(lái)變換、傳送、重現(xiàn)圖像和伴音的。與黑白電視不同的是,彩色電視的攝像機(jī)是將彩色景物變換成紅綠藍(lán)三種基色的電信號(hào),然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?、傳輸,再通過(guò)彩色顯像管重現(xiàn)彩色圖像。一句話(huà),就是增加了一個(gè)色度信號(hào)。為此,首先要弄清楚彩色電視的色度學(xué)基本知識(shí)。
1.3.1光和色的概念
1.可見(jiàn)光的特性光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì),人眼能看見(jiàn)的光叫可見(jiàn)光,其波長(zhǎng)范圍為380nm到780nm。從電視角度看,可見(jiàn)光有如下特性:(1)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍有限,它只占整個(gè)電磁波波譜中極小的一部分。
(2)不同波長(zhǎng)的光呈現(xiàn)出的顏色各不相同。波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短,呈現(xiàn)的顏色依次為:紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。
(3)只含有單一波長(zhǎng)的光稱(chēng)為單色光;包含有兩種或兩種以上波長(zhǎng)的光稱(chēng)為復(fù)合光,復(fù)合光作用于人眼,就呈現(xiàn)混合色。
(4)太陽(yáng)發(fā)出的白光中包含了所有的可見(jiàn)光,若把太陽(yáng)輻射的一束光投射到棱鏡上,太陽(yáng)光會(huì)經(jīng)過(guò)棱鏡分解成一組按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫順序排列的連續(xù)光譜。
2.物體的顏色我們看到的顏色有兩種不同的來(lái)源:一種是發(fā)光體所呈現(xiàn)的顏色;另一種是物體反射或透射的彩色光。另外,物體呈現(xiàn)的顏色與照射它的光源有關(guān)。
不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)單一的色,而顏色對(duì)應(yīng)的光卻并非單一。
3.色溫和標(biāo)準(zhǔn)光源
(1)色溫的概念色溫是以絕對(duì)黑體的加熱溫度來(lái)定義的。所謂絕對(duì)黑體是指既不反射也不透射完全吸收入射光的物體。當(dāng)絕對(duì)黑體在某特定絕對(duì)溫度下,所輻射的光譜與某光源的光譜具有相同的特性時(shí),則絕對(duì)黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫。
(2)各標(biāo)準(zhǔn)的白光源:
A光源:相當(dāng)于2800K鎢絲燈(100W)所發(fā)的光。
B光源:4800K,相當(dāng)于中午直射的太陽(yáng)光。
C光源:6800K,相當(dāng)于白天的自然光。
D光源:6500K,相當(dāng)于白天平均照明光。
E光源:5500K是一種理想的等能量的白光源。
晴朗的蘭色天空:26000K。日立公司顯像管:6500K。東芝公司顯像管:9300K。索尼公司顯像管:11000K。
1.3.2視覺(jué)特性
1.相對(duì)視敏曲線(xiàn)
物質(zhì)有選擇地吸收、反射或透射不同波長(zhǎng)的光,是物體固有的物理特性,它決定了該物體的顏色;而人們感覺(jué)到光的亮度和光的顏色卻是人的眼睛的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所造成的。
圖1―25相對(duì)視敏曲線(xiàn)綠色亮度最強(qiáng)紅色次之(1/2)蘭色最弱(1/6)
2.人眼的亮度感覺(jué)①人眼所能感覺(jué)到的最大亮度與最小亮度的差別,即人眼視覺(jué)范圍很寬。但不能同時(shí)感覺(jué)到這么大的范圍。如環(huán)境亮度為10000nit:200~20000nit;
30nit:2~200nit。②在不同環(huán)境亮度下對(duì)同一亮度所產(chǎn)生的主觀亮度感覺(jué)卻完全不同。如晚上看電視。
3.人的彩色感覺(jué)①人眼是一種特殊的光接收器。視網(wǎng)膜上存在著許多能引起亮度感覺(jué)的桿狀細(xì)胞和彩色感覺(jué)的紅、綠、藍(lán)錐狀細(xì)胞。人眼的色感就是由此三種錐狀細(xì)胞共同響應(yīng)的結(jié)果。②彩色光在人眼視網(wǎng)膜上有重疊的功能,即有一定強(qiáng)度的紅綠藍(lán)三色光同時(shí)作用在人眼的視網(wǎng)膜上的錐狀細(xì)胞時(shí),會(huì)重疊出無(wú)色的亮度。
1.3.3彩色三要素和三基色原理
1.彩色三要素
2.三基色——
三基色原理:(1)三基色必須是相互獨(dú)立的,即其中任一種基色都不能由另外兩種基色混合而產(chǎn)生。
(2)自然界中的大多數(shù)顏色,都可以用三基色按一定比例混合得到。亮度紅、綠、藍(lán)。色調(diào)色飽和度
(3)三個(gè)基色的混合比例,決定了混合色的色調(diào)和飽和度。
(4)混合色的亮度等于構(gòu)成該混合色的各個(gè)基色的亮度之和。
3.混色方法:紅色+綠色=
紅色+藍(lán)色=
綠色+藍(lán)色=
紅色+綠色+藍(lán)色=
(1—5)黃色紫色青色白色圖1―26相加混色圓圖為什么要選紅綠藍(lán)作為三基色?在電視系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)相加混色主要有如下兩種方法:
(1)空間混色法。(PLA、NTSC制)
(2)
時(shí)間混色法。(SECAM制)
4.色度三角形三基色混合所產(chǎn)生的各種顏色,可以由色度三角形表示,如下圖。圖1―27色度三角形黃紅紫藍(lán)
1.3.4計(jì)色制及色度圖
1.配色實(shí)驗(yàn)配色實(shí)驗(yàn)是通過(guò)比色來(lái)進(jìn)行的(如下圖)。
從基色調(diào)節(jié)裝置上分別讀出各個(gè)基色的數(shù)量,由此可寫(xiě)出配色方程式:彩色光通量:F=R(R)+G(G)+B(B)(1―6)圖1―28配色實(shí)驗(yàn)示意圖
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)白光源E,R=G=B=1個(gè)單位,即:
FE白(彩色光通量)=1(R)+1(G)+1(B)
其光通量數(shù)值(發(fā)光強(qiáng)度)為:
|FE白|=1×1+1×4.5907+1×0.0601=5.6508lm
(1―7)
2.計(jì)色制及色度圖
XYZ計(jì)色制及其色度圖在XYZ計(jì)色制中,人為設(shè)想的3個(gè)X、Y、Z基色代替R、G、B三基色,建立新的計(jì)算系統(tǒng)和色度圖。用該系統(tǒng)構(gòu)成任意彩色光的配色方程為:
F=X(X)+Y(Y)+Z(Z)[X-系數(shù),(X)-單位量]X、Y、Z和(X)、(Y)、(Z)要通過(guò)RGB計(jì)色制得到的數(shù)值進(jìn)行換算(線(xiàn)性矩陣變換),最終由配色實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),換算成x,y坐標(biāo)值,得到色度圖。
“計(jì)算三基色”具有如下特點(diǎn):①可根據(jù)F=X(X)+Y(Y)+Z(Z)方程式配出實(shí)際顏色,且三個(gè)色系數(shù)X、Y、Z均不為負(fù)。(X)、(Y)、(Z)并不代表實(shí)際顏色,只能由計(jì)算求得。②規(guī)定系數(shù)Y在數(shù)值上等于彩色光的亮度,而X、Z二個(gè)系數(shù)不包含亮度。③色度由三色系數(shù)的相對(duì)比例確定,當(dāng)X=Y=Z=1時(shí),配出等能白光E白。色度與三基色系數(shù)的比例有關(guān),也就是說(shuō),三個(gè)系數(shù)的大小決定了彩色光的色度。這里引入三基色相對(duì)色度系數(shù)x、y、z。
設(shè)X+Y+Z=m,則x,y,z分別為:
(1―13)YmZmmX=
x+y+z=++1
這樣x,y,z的和等于1,并且其中只有兩個(gè)量是獨(dú)立的,故可在x-y平面直角坐標(biāo)系中描繪出XYZ色度圖,亦稱(chēng)CIE色度圖。(1―13’)
圖1―30XYZ色度圖
該色度圖具有如下特點(diǎn):①舌形曲線(xiàn)全部位于第一象限,所有的單色光都位于舌形曲線(xiàn)上,舌形曲線(xiàn)稱(chēng)為譜色軌跡,它們的飽和度均為100%,曲線(xiàn)旁注有單色光波長(zhǎng)值。②舌形曲線(xiàn)上任一點(diǎn)與E白點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為等色調(diào)線(xiàn)。③不在同一等色調(diào)線(xiàn)上的任意兩點(diǎn),表示兩種不同的顏色,可由作圖法求得,由這兩種顏色組成的全部混合色都處在這兩點(diǎn)的連線(xiàn)上,合成點(diǎn)的顏色強(qiáng)度與原兩點(diǎn)的距離成反比。
④飽和度相同的彩色所對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為等飽和度線(xiàn)。⑤在譜色曲線(xiàn)內(nèi)任取三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彩色作基色(例如,圖中R1、G1、B1),則由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以這三點(diǎn)為頂點(diǎn)的三角形內(nèi)。⑥每一譜色(色度)均有x、y的坐標(biāo)值與其對(duì)應(yīng)。且y值還代表了相對(duì)的亮度。
3.亮度方程當(dāng)顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光源選定后,即知道了它們?cè)赬YZ計(jì)色制的色度坐標(biāo)。以C白光為標(biāo)準(zhǔn)白光源的NTSC制彩色電視制式,C白光和3種基色熒光粉在XYZ計(jì)色制的色度坐標(biāo)是C白(0.310,0.316)、R(0.67,0.33)、G(0.21,0.71)、B(0.14,0.08)。經(jīng)線(xiàn)性矩陣變換可導(dǎo)出C白光源所代表的白色需要三種基色光的比例是:
R:G:B=0.299:0.587:0.114
那么亮度信號(hào)EY按同樣的比例構(gòu)成:
EY=0.299ER+0.587EG+0.14EB
為了書(shū)寫(xiě)方便其亮度方程寫(xiě)為:
Y=0.3R+0.59G+0.11B(1―15)以D65光為標(biāo)準(zhǔn)白光源的PAL制彩色電視制式,其亮度方程式為:
Y=0.222R+0.707G+0.071B(1―16)
二者相
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