第一章廣播電視的基礎(chǔ)知識

電視技術(shù)楊建良

老師湖南第一師范學院信息科學與工程系

Email：yjl650803@163.comTELQ:1163857868 §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

§1.5電視信號的發(fā)送

習題一第1章廣播電視的基本知識“電視”是通過電信通道將靜止圖像或活動的景像在異地即時重現(xiàn)的技術(shù)。電視系統(tǒng)包括發(fā)端、傳輸通道和接收端三大部分。發(fā)端指由攝像機將實際景像經(jīng)光→電變換，由電視掃描變成圖像信號，再經(jīng)電視中心設(shè)備變換成全電視信號，最后由發(fā)射機調(diào)制，經(jīng)天線變換成電磁波發(fā)射；傳輸通道指空間電磁波或電纜等；接收端由接收設(shè)備接收、變換，通過顯像管電→光轉(zhuǎn)換及同步掃描最后在熒光屏上還原出原光圖像。導入

1．電視信號的形成

景物(或圖像)各部分的明暗變化和彩色變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電視信號(同時也把聲音的強弱變化轉(zhuǎn)換成音頻伴音信號)其主要物理過程是光電轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵器件是攝像管。電視信號的形成和傳播導入

2．電視信號的傳播低頻視頻信號，調(diào)制到射頻載波上變成射頻電視信號，經(jīng)有線電視網(wǎng)絡(luò)、廣播電視發(fā)射系統(tǒng)或衛(wèi)星電視系統(tǒng)等不同方式傳輸?shù)接脩艏抑?。其主要物理過程是調(diào)制和發(fā)射(類似于裝載和運輸)，關(guān)鍵設(shè)備是調(diào)制器。電視信號的形成和傳播導入

3．電視信號的終端顯示電視信號的形成和傳播射頻信號經(jīng)解調(diào)(檢波)還原為視頻電視信號和音頻伴音信號，視頻電視信號經(jīng)顯像管或其他顯示器還原成原景物(或圖像)的光像，伴音信號經(jīng)揚聲器還原出聲音。其主要物理過程是解調(diào)和電光轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵器件是檢波器和顯示器。導入電視廣播過程的基本原理§1.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程

1.1.1像素及其傳送像素：電視系統(tǒng)分解和綜合圖像的最小單元。圖像順序傳送示意圖電視圖像的構(gòu)成：像素，40多萬；圖像傳送：順序；掃描：將一幀圖像的像素按順序轉(zhuǎn)換成電信號的過程；同步：使發(fā)送和接收的像素位置一一對應(yīng)。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。信號處理與傳輸通道攝像端光→電轉(zhuǎn)換顯像端電→光轉(zhuǎn)換圖像電信號圖像電信號RL重現(xiàn)圖像景物顯像管鏡頭攝像管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、光電導攝像管等多種。光電導攝像管的基本結(jié)構(gòu)①、鏡頭：使景物成像在靶表面上。②、光電轉(zhuǎn)換部分：透明導電極、金屬靶環(huán)、光電導靶③、電子槍：燈絲、陰極、柵極、加速極、聚焦極、網(wǎng)電極⑷、校正線圈：無偏轉(zhuǎn)磁場時，使電子束落在靶中心。⑸偏轉(zhuǎn)線圈：使電子束按一定規(guī)律對靶面掃描。⑹、磁聚焦線圈：配合靜電聚焦線圈，使電子束聚焦良好。鏡頭景物面板玻璃靶環(huán)輸出圖像信號VT

靶壓

15至40VRL聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈校正線圈電子束透明導電極光電導靶陰極接地控制柵極0至－50V聚焦極0至300伏燈絲管腳加速極300V網(wǎng)電極450V光電導攝像管的工作原理2.圖像的重現(xiàn)圖像的重現(xiàn)是依靠電視接收機的顯像管來完成的。顯像管的任務(wù)是將圖像電信號轉(zhuǎn)換為圖像光信號，完成電到光的轉(zhuǎn)換?！?.2電視掃描原理

1.2.1行掃描和場掃描1、行（水平）掃描ｔ1ｔ2ｔ3ｔ4ｔ552μｓｔｉH64μｓ12μｓ行頻鋸齒波電流偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場控制電子束的掃描運動行掃描正程ａｂ電流方向磁場方向顯像管陰極顯像管屏幕O行偏轉(zhuǎn)線圈水平亮線2、場(垂直)掃描ｔ20ｍｓ18.4ｍｓ1.6ｍｓｏｃｄｃｏｏ場掃描電流Iｖ偏轉(zhuǎn)線圈電子槍熒光屏垂直偏轉(zhuǎn)電流ｉｖ電子束ＯＣｄ磁場方向垂直亮線

1．逐行掃描電子束水平方向的運動稱為行掃描，電子束垂直方向的運動稱為場掃描。電子束有規(guī)律的沿畫面自左至右、自上而下一行行移動稱為逐行掃描。電子束逐行掃描如圖。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)場掃描鋸齒波電流電子掃描的掃描方式

2．隔行掃描電子掃描的掃描方式

理論分析和實踐表明，滿足人眼的連續(xù)感、不閃爍感和清晰度要求，采用逐行掃描方式時，信號帶寬太寬。實際中均采用隔行掃描方式。

隔行掃描是把一幀圖像分成兩場進行掃描，一場掃

1、3、5、……奇數(shù)行，稱奇數(shù)場；下一場掃

2、4、6、……偶數(shù)行，稱偶數(shù)場。如此反復。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

2．隔行掃描電子掃描的掃描方式隔行掃描重現(xiàn)圖像必須保證兩場光柵正確鑲嵌。每幀行數(shù)625；每場行數(shù)為625/2=312.5。行頻fH=15626Hz，行周期TH=1/15625s=64s1.2.4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、對比度和灰度1.亮度

亮度就是人眼對光的明暗程度的感覺。

其中，B表示亮度;I表示發(fā)光強度;S表示單位面積。單位：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)光強度。其數(shù)學表達式為§1.3重現(xiàn)電視圖像的基本參量1.3.1亮度、對比度和灰度電視圖像的亮度取決于電視圖像信號的平均直流成分，改變電視圖像信號的直流成分，可以改變其亮度。光強:光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為發(fā)光強度，簡稱光強。

光強代表了光源在不同方向上的輻射能力。單位為坎德拉(candela)，又稱燭光，符號為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。2.對比度

客觀景物的最大亮度與最小亮度之比稱為對比度，通常以C表示。顯然，周圍環(huán)境越亮，電視圖像的對比度就越低。對于重現(xiàn)的電視圖像，其對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)，其對比度C為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)。它反映電視系統(tǒng)所能重現(xiàn)的原圖像明、暗層次的程度。

通常電視臺發(fā)送一個具有10級灰度的階梯信號(或稱級差信號)，接收系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整后在重現(xiàn)圖像中能加以區(qū)分的從黑到白的層次，稱其為該系統(tǒng)具有的灰度級。

我國電視標準規(guī)定:

甲級機：八級

乙級機：七級1.3.2圖像的尺寸與幾何形狀

2、圖像幅型比

3．掃描格式通常用圖像水平方向和垂直方向有效像素的乘積來表示。1、圖像的尺寸

指由電子掃描所形成的光柵或電視圖像的寬、高比。

傳統(tǒng)模擬電視

4:3；高清晰度電視

16:9。2.圖像的幾何相似性

(1)非線性失真

由行、場鋸齒波電流非線性失真引起。(2)幾何失真

由于偏轉(zhuǎn)線圈繞制和安裝不當，導致磁場方向不規(guī)則、不均勻及行、場磁場彼此不垂直等引起。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節(jié)的清晰程度。

電視系統(tǒng)傳送圖像細節(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，景物被分解的像素數(shù)就愈多，重現(xiàn)圖像的細節(jié)也就愈清晰，因而人眼主觀感覺圖像的清晰度也就愈高。由于像素數(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，并稱之為標稱分解力。1.垂直分解力

指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨出像素的數(shù)目。用M表示。它受每幀屏幕顯示行數(shù)Ｚ′(或總行數(shù)Ｚ)的限制。

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位置的各種情況?？紤]圖像內(nèi)容的隨機性,有效垂直分解力Ｍ可由下式估算出:

M=K*Z’

（K稱為克爾系數(shù),取值0.76；Z’為幀正程行數(shù)）

我國規(guī)定：Z’=575M=0.76*575=437線1.3.3電視圖像清晰度與電視系統(tǒng)分解力

2.水平分解力

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。它取決于電子束橫截面的大小。即與電子束直徑相對于圖像細節(jié)寬度的大小有關(guān)。實驗證明，當水平分解力等于垂直分解力時圖像質(zhì)量最佳。

對4:3電視機,有效水平分解力可根據(jù)下式求出:

N=4/3*M≈583線1.3.3電視圖像清晰度與電視系統(tǒng)分解力

1.3.4視頻信號的頻帶寬度

1.一幀圖像的像素

視頻信號的頻帶寬度與一幀圖像的像素個數(shù)和每秒掃描的幀數(shù)有關(guān)。在我國，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。一般電視機屏幕的寬高比為4∶3，因此一幀圖像的總像素個數(shù)約為2.圖像信號的頻帶寬度

圖像信號包括直流成分和交流成分。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，圖像越復雜，細節(jié)變化越細，黑白電平變化越快，其傳送信號頻率就越高。顯然，圖像信號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的畫面，顯然這是一幅變化最快的圖像，每兩個像素為一個脈沖信號變化周期。若某電視系統(tǒng)規(guī)定一秒鐘傳送25幀畫面，則該系統(tǒng)圖像信號的最高頻率為考慮留有余量，一般認為圖像信號的最高頻率為6MHz,因此我國電視廣播系統(tǒng)標準規(guī)定的圖像信號的頻帶寬度為0~6MHz。1.3.5每幀圖像掃描行數(shù)的確定

幀頻一定時，每場掃描行數(shù)愈多，電視系統(tǒng)反映圖像細節(jié)的能力就愈強，但同時圖像信號占用的頻帶也相應(yīng)加寬。由于人眼在一定距離內(nèi)分辨圖像細節(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)。分辨角的確定:當θ很小時，tanθ/2≈θ/2，于是有θ/2≈d/2L，即θ≈d/L。設(shè)屏幕高度為h，屏幕有效顯示行數(shù)為Z′，則分辨角θ的概念：在一定距離L時，人眼恰能分辨的兩個黑點之間的夾角。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)。將此兩值代入上式，即可算出相應(yīng)的屏幕顯示行數(shù)Z′=573。我國電視標準規(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?！?.4全電視信號全電視信號

視頻信號又稱全電視信號，黑白全電視信號包括圖像信號、復合消隱信號、復合同步信號。全電視信號波形如圖所示。

1．圖像信號的位置

一、圖像信號

圖像信號出現(xiàn)在行正程期間。含有行同步、行消隱信號的視頻信號波形及相互關(guān)系如圖所示。圖中為行正程時間。一、圖像信號

圖像信號是電平高低反應(yīng)圖像亮暗的電信號。特點：具有單極性和脈沖性。均勻階梯波電視圖像及對應(yīng)波形。

2．圖像信號的幅度與波形一、圖像信號圖像信號及對應(yīng)的負極性波形如圖，分析可知：圖像信號的頻率范圍為0~6MHz。

3．圖像信號的頻率二、復合消隱信號

1．行消隱脈沖：寬度12s

，每行一個。

作用：提供電子束消隱寬度、視頻信號基準電平的信息。包括行消隱脈沖和場消隱脈沖。復合消隱脈沖的波形如圖所示。

2．場消隱脈沖：寬度25H(H指一行即

(6425+12)

s=1612s)

每場一個。三、復合同步信號作用：提供掃描頻率和相位信息的信號。包括行同步脈沖、場同步脈沖、槽脈沖和前后均衡脈沖。

1.同步的重要性

收送圖像不同步造成接收圖像異常電視圖像的發(fā)送與接收是靠電子掃描對圖像的分解與合成實現(xiàn)的。要想使接收機重現(xiàn)發(fā)送端的景象，必須嚴格保證發(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。(a)三行復合視頻圖像信號;(b)收發(fā)兩端行掃描同步;(c)接收機行頻高;(d)接收機行頻低行掃描不同步的視頻信號波形分析場掃描不同步的視頻信號波形分析(a)一場復合視頻圖像信號;(b)收發(fā)兩端場掃描同步;(c)接收機場頻高;(d)接收機場頻低三、復合同步信號

1．行同步脈沖：提供行掃描頻率和相位信息，前沿表征行逆程開始的時刻。寬度4.7s，每行一個。

2．場同步脈沖：提供場掃描頻率和相位信息，前沿表征場逆程開始的時刻。寬度2.5H=160s

，每場一個。三、復合同步信號

3．槽脈沖與前后均衡脈沖在電視機接收端利用行場同步信號的寬度不同，用微分（或鑒相）與積分電路把行場同步信號分離。由于場同步脈沖較寬，因而在場同步期間會使行同步信息丟失。這樣，在場逆程期間行就可能失步，可能會造成每場開始時的前幾行不能立刻同步，而使屏幕顯示圖像的最上面幾行出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。三、復合同步信號

3．槽脈沖與前后均衡脈沖槽脈沖：在場同步期間提供行同步信息，使得即使在場同步期間也不丟失行同步信息。在2.5H場同步期內(nèi)開

5個槽，為每半行開一個槽，槽寬

4.7s。

積分輸出的兩場同步控制電平出現(xiàn)的時間有一偏差Δt。將嚴重影響隔行掃描體系中場掃描的準確性。時間偏差嚴重時將會產(chǎn)生并行現(xiàn)象，使垂直清晰度下降。

隔行掃描中復合同步信號及其分離三、復合同步信號

為保證隔行掃描光柵的精確鑲嵌，必須使積分后兩場的場同步積分起始電平相同。為此，電視臺在發(fā)送場同步信號時，在場同步信號的左右各加5個脈沖，其重復周期為TH/2，脈沖寬度為2.35μs。場同步脈沖之前的5個脈沖稱為前均衡脈沖，場同步脈沖之后的5個脈沖稱為后均衡脈沖1.4.4黑白全電視信號

黑白全電視信號由圖像信號及六種輔助信號——行同步、場同步、行消隱、場消隱、槽脈沖與均衡脈沖組成。1.4.4黑白全電視信號

特點:脈沖性、周期性和單極性。全電視信號中各輔助脈沖參數(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。

我國電視廣播標準中有關(guān)全電視信號的輻射電平:

(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電視信號的發(fā)送一、電視信號的高頻調(diào)制電視信號的發(fā)送傳播一般都要采用高頻信號，主要原因有二:1.高頻適于天線輻射，從而在空中產(chǎn)生無線電波;2.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。§1.5電視信號的發(fā)送

1．視頻信號的調(diào)幅二、視頻信號的調(diào)幅

特點：振幅變換反應(yīng)調(diào)制信號，可用包絡(luò)檢波器解調(diào)。已調(diào)信號高頻振蕩相位連續(xù)，無突變點。視頻信號高頻調(diào)幅波的形成及波形如圖所示。

2.視頻信號調(diào)幅波的頻譜§1.5電視信號的發(fā)送二、圖像信號的調(diào)幅

3．視頻調(diào)幅波的殘留邊帶發(fā)送為減小傳輸射頻信號的帶寬，電視信號均采用殘留邊帶方式發(fā)送，我國每頻道電視信號頻譜如圖所示。§1.5電視信號的發(fā)送

電視伴音信號的音頻范圍為

20Hz~15kHz。采用調(diào)頻方式傳輸。即高頻載