電視技術(shù)課件-彩色電視基礎(chǔ)知識

廣播電視技術(shù)基礎(chǔ)知識1.1

廣播電視系統(tǒng)的組成1.2攝像與顯像1.3人眼的視覺特性與電視參數(shù)1.4電視掃描1.5全電視信號1.6電視信號的發(fā)送1.7電視信號接收技術(shù)

1.1廣播電視系統(tǒng)的組成

1.1.1廣播電視系統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)是一種用于廣播的非專用電視系統(tǒng)。由于它一般采用無線電方式進行信號傳輸，因此，廣播電視系統(tǒng)也可稱為無線電視系統(tǒng)或開路電視系統(tǒng)。目前，廣播電視系統(tǒng)主要是廣播這一單一業(yè)務(wù)。廣播電視系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。廣播電視系統(tǒng)主要由彩色電視攝像機、電視信號的處理器、電視信號的形成電路、電視信號的發(fā)射機、電視信號的接收機組成。下一頁1.1廣播電視系統(tǒng)的組成1.1.2電視圖像傳送的過程傳送活動景物的電視系統(tǒng)，通常由攝像、傳輸、顯像三部分組成。其中涉及信號形式變換、信號選擇與編碼、各種參量的確定，失真的校正等一系列傳輸、處理信息的方法與原理。電視技術(shù)就是傳送和接收圖像的技術(shù)，電視圖像的傳送是基于光電轉(zhuǎn)換原理，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件是傳送端的攝像管和接收端顯像管。下一頁上一頁1.1廣播電視系統(tǒng)的組成電視廣播的基本過程如圖1-2所示。在傳送端，根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理將圖像（光信號）經(jīng)過攝像機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄒ曨l信號），再經(jīng)過放大，耦合到圖像發(fā)射機。圖像信號及伴音信號在發(fā)射機中分別調(diào)制到各自的載波上，從而形成圖像高頻信號和伴音高頻信號，然后用同一發(fā)射天線發(fā)送出去。在接收端，由電視接收天線將高頻圖像和伴音信號一起接收下來，在接收機中對信號進行處理（放大及檢波）取出反映圖像內(nèi)容的視頻信號，并經(jīng)視頻放大后送顯像管重現(xiàn)出圖像；同時取出反映伴音內(nèi)容的音頻信號，在揚聲器中還原出聲音。下一頁上一頁1.1廣播電視系統(tǒng)的組成1.1.3圖像的順序傳送任何一幅圖像都是由許多密集的細小點子組成的。如照片、圖畫、報紙上的畫面等，用放大鏡仔細觀察就會發(fā)現(xiàn)它們都是緊密相鄰的、黑白相間的細小點子的集合體。這些細小點子是構(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，圖像就越清晰。一幅圖像有40多萬個像素。返回上一頁

1.2攝像與顯像

1.2.1攝像攝像的實質(zhì)是基于光與電的轉(zhuǎn)換，由攝像機來完成。攝像機的核心是一只攝像管，它的作用是把圖象的光信號變成相應(yīng)的電信號，攝像管種類很多，但主要結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同。下面以光電導(dǎo)攝像管如圖1-3（a）所示。為列，說明圖像攝取的原理。在攝像管的前方玻璃內(nèi)壁上，鍍有一層透明的、導(dǎo)電性能良好的金屬膜，在金屬膜內(nèi)有一層光電導(dǎo)層，稱為光電靶，它由半導(dǎo)體光敏材料制成。被攝景物通過光學(xué)鏡頭正好在光電靶面上成像。由于光像各部分的亮度不同，使靶面各部分的電導(dǎo)率不同，與光像較亮的部分對應(yīng)的靶像素電導(dǎo)較大；與光像較暗部分對應(yīng)的靶像素電導(dǎo)較小。于是“光像”就變成了“電像”。下一頁

1.2攝像與顯像

電子槍裝在真空玻璃管內(nèi)，產(chǎn)生的電子束由陰極射到光電靶，電子束在行、場偏轉(zhuǎn)磁場的作用下，沿靶面從上到下、從左到右地進行掃描，拾取光電靶上各點的信號，產(chǎn)生回路電流，如圖1-3（b）所示。當(dāng)電子束掃描到亮光點對應(yīng)懂的靶像素時，因靶像素電導(dǎo)較小，產(chǎn)生的回路電流較小，輸出的圖像信號電平較低；當(dāng)電子束掃描到暗光點對應(yīng)的靶像素時，因靶像素電導(dǎo)較小，產(chǎn)生的回路電流較小，輸出的圖像信號電平較高。這樣，就完成了把一副圖像分解成像素，并且把各像素的亮度轉(zhuǎn)變成電信號的光電轉(zhuǎn)換過程。下一頁

1.2攝像與顯像

1.2.2顯像電視圖象的重現(xiàn)是由顯像管來實現(xiàn)的。顯像管與攝像管一樣，也是一種電真空器件，它主要由電子槍和熒光屏兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。電子槍被封裝在玻璃管殼內(nèi)，由燈絲、陰極、柵極、加速極（第一陽極）、聚焦極（第三陽極）、高壓陽極（第二、四陽極）組成。在顯像管屏面玻璃內(nèi)壁涂有一層熒光粉，使之成為熒光屏。上一頁返回

1.2攝像與顯像

電子槍的作用是發(fā)出一束聚焦良好的電子束，以高速轟擊熒光屏上的熒光粉，使之發(fā)光。熒光屏的發(fā)光亮度除了與熒光粉的發(fā)光效率有關(guān)外，還與電子束電流的大小和轟擊的速度有關(guān)。在顯像管電子槍各極加上適當(dāng)?shù)闹绷麟妷?，則產(chǎn)生一個聚焦良好的電子束高速轟擊熒光屏，在屏幕中心產(chǎn)生一個亮點。這時，如果給套在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈中通入合適的電流，則形成偏轉(zhuǎn)磁場，控制電子束對熒光屏進行掃描，形成亮度均勻的“光柵”。

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1.3人眼的視覺特性與電視參數(shù)

1.3.1視力范圍與電視機屏幕人眼視覺最清楚的范圍約為垂直夾角150、水平夾角200的一個矩形面積。因此，電視機屏幕的寬高比多為4﹕3。為增強臨場感與真實感，也可適當(dāng)增加寬高比，例如高清晰度電視屏幕的寬高比一般采用16﹕9。顯像管屏幕的大小常用對角線尺寸來表示，一般家用彩電有21英寸（54cm）、25英寸（64cm）、29英寸（74cm）。1英寸=2.54cm。下一頁

1.3人眼的視覺特性與電視參數(shù)

1.3.2主觀清晰度與圖像掃描行數(shù)圖像清晰度是人們主觀感覺到的圖像細節(jié)的清晰程度。它與電視系統(tǒng)傳送圖像細節(jié)的能力有關(guān)，這種能力稱為電視系統(tǒng)的分解力。常用多少“線”表示。分解力又分為垂直分解力和水平分解力。1.垂直分解力垂直分解力是指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨出像素的數(shù)目。下一頁上一頁

1.3人眼的視覺特性與電視參數(shù)

2.水平分解力水平分解力是指電視系統(tǒng)沿圖像水平方向能分解的像素的數(shù)目，用N表示。

3.每幀圖像掃描行數(shù)的確定為了獲得圖像的連續(xù)感、克服閃爍效應(yīng)并不使圖像信號的頻帶過寬，我國電視標準規(guī)定幀頻為25Hz，采用隔行掃描，場頻為50Hz。這樣的場頻恰好等于電網(wǎng)頻率，還可以克服當(dāng)電源濾波不良時圖像的蠕動現(xiàn)象。下一頁上一頁

1.3人眼的視覺特性與電視參數(shù)

1.3.3亮度感覺與電視圖像的亮度、對比度和灰度亮度是指人眼對光的明暗程度的感覺。其大小不僅與光的輻射能量有關(guān)，還與人眼的主觀感覺有關(guān)?？陀^景物的最大亮度與最小亮度之比稱為對比度。重放電視圖像的對比度，主要取決于圖像中最大亮度與最小亮度之比，還與環(huán)境亮度有關(guān)，環(huán)境亮度越亮，對比度越低。下一頁上一頁

1.3人眼的視覺特性與電視參數(shù)

1.3.4視頻圖像信號的頻帶寬度

1.一幀圖像的像素全電視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)。我國的電視掃描行數(shù)為625行，其中正程575行，逆程50行。因此，一幀圖像的顯示掃描行數(shù)為575行。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。其中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。返回上一頁1.4電視掃描

1.4.1逐行掃描所謂逐行掃描，就是電子束自上而下逐行依次進行掃描的方式。這種掃描的規(guī)律為電子束從第一行左上角開始掃描，從左到右，然后從右回到左邊，再掃描第二行，第三行，…直到掃完一幅（幀）圖像為止。接著電子束由下向上移動到開始的位置,又從左上角開始掃描第二幅（幀）圖像。上述電子束作水平方向的掃描叫行掃描，其中電子束自左到右的水平掃描叫行掃描的正程，自右回到左的水平掃描叫行掃描的逆程。下一頁1.4電視掃描在電視技術(shù)中，電子束的行掃描和場掃描是同時進行的，即電子束在水平掃描的同時也要進行垂直掃描。由于行掃描速度遠大于場掃描的速度，因此在熒光屏上看到的是一條一條稍向下傾斜的水平亮線形成的一片均勻亮度，這稱為光柵，如圖1-5所示。從圖1-5中可以看出，電子束在垂直方向從A到B完成一幀掃描。即為幀掃描正程，再從B回到A準備開始下一幀掃描的過程，即為幀掃描逆程。由于幀掃描逆程時間遠大于行掃描周期，所以從B回到A的掃描軌跡不是一條直線，而是進行了多次掃描，如圖1-6所示。下一頁上一頁1.4電視掃描1.4.2隔行掃描隔行掃描就是把一幀圖像分為兩場來掃描。第一場掃描1，3，5，···等奇數(shù)行，形成奇數(shù)場圖像；然后，進行第二場掃描時，才插入2，4，6，···等偶數(shù)行，形成偶數(shù)場圖像。采用隔行掃描，如果每秒傳送25幀圖像，每秒則掃描50場，即幀頻為25Hz，場頻為50Hz，由于人眼每秒依次看到50幅畫面，不會有閃爍的感覺。下一頁上一頁1.4電視掃描我國電視規(guī)定：幀頻為25Hz，一幀圖像分625行傳送，所以行掃描頻率為fH=25×625=15625Hz。隔行掃描電子幀頻較低，電子束掃描圖像時所占的頻帶寬度較窄（約6MHz），對電視設(shè)備要求不高，因此，它是目前電視技術(shù)中廣泛采用的方法。隔行掃描的關(guān)鍵是要保證偶數(shù)場正好嵌套在奇數(shù)場中間，否則會降低圖像清晰度，甚至出現(xiàn)并行現(xiàn)象。

下一頁上一頁1.4電視掃描1.4.3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；下一頁上一頁1.4電視掃描場正程TSV=287TH+20(μs)=18.388ms≈18.4ms；場逆程TRV=25TH+12(μs)=1.612ms≈1.6ms；幀周期TZ=40ms；每幀行數(shù)Z=625行（其中：正程575行）；幀頻fZ=25Hz；每場行數(shù)312.5行（其中：正程287.5行）

返回上一頁1.5全電視信號1.5.1圖像信號電視信號的主體信號——圖像信號，是由光電轉(zhuǎn)換器件把光像中明暗不同的像素分布轉(zhuǎn)變成按時間順序排列的電信號。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1-7可見，圖像信號具有如下特征:(1)含有直流，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。下一頁1.5全電視信號(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。

2.圖像信號的基本參量亮度、對比度和灰度是電視圖像轉(zhuǎn)換中三個十分重要的參量。圖像質(zhì)量的好壞，可由它們給予完整的描述。下一頁上一頁1.5全電視信號顯然，周圍環(huán)境越亮，電視圖像的對比度就越低。為了使重現(xiàn)圖像逼真．必須以保持重現(xiàn)圖像的對比度與原景物的對比度接近相等為前提。很顯然，苦圖像信號的黑、白電平差別越大，則對比度越高?；叶?。即亮度級差或稱亮度層次。它反映電視系統(tǒng)所能重現(xiàn)的原圖像明、暗層次的程度。實際上，電視系統(tǒng)重現(xiàn)圖像，由于受到顯像管發(fā)光亮度的限制。不可能達到客觀景物實際亮度，但只要能反映客觀景物的對比度和灰度，便可獲得滿意的效果。下一頁上一頁1.5全電視信號1.5.2消隱信號復(fù)合消隱信號包括行消隱和場消隱信號。行消隱信號出現(xiàn)在行掃描逆程期間，用來消除行回掃線；場消隱信號出現(xiàn)在場逆程期間，用來消除場回掃線。復(fù)合消隱的電壓波形如圖1-8所示。復(fù)合消隱脈沖的相對電平為75%，相當(dāng)于圖像信號黑電平。行消隱脈寬為12μs，周期為64μs，場消隱脈寬為1612μs，周期為20ms。下一頁上一頁1.5全電視信號1.5.3復(fù)合同步信號電視系統(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。復(fù)合同步信號包括行同步脈沖、場同步脈沖、開槽脈沖和前后均衡脈沖。1.電視掃描的同步所謂同步是指接收端與發(fā)送端的掃描點保持一一對應(yīng)的幾何位置，它要求收、發(fā)兩端的電子束掃描必須同頻、同相。下一頁上一頁1.5全電視信號2.行、場同步信號行、場同步信號是在行、場消隱期間傳送的脈沖信號，用于保證電視機的行、場掃描與發(fā)送端同步。行、場同步信號的電平高于消隱電平25%，占據(jù)電視信號75%~100%的位置。行同步脈沖的寬度為4.7us，其脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿約為1.3us；場同步脈沖的寬度為160us（2.5個行周期），其脈沖前沿滯后場消隱脈沖前沿約為160us。行、場同步信號如圖1-9所示。下一頁上一頁1.5全電視信號

3.槽脈沖和均衡脈沖由于場同步脈沖持續(xù)2.5個行周期，如果不采取措施就會丟失2～3個行同步脈沖，使行掃描失去同步，直到場同步脈沖過后，再經(jīng)過幾個行周期，行掃描才會逐漸同步，從而造成圖像上邊起始部分不同步。為了避免上述情況發(fā)生，可在場同步脈沖期間開5個小槽來延續(xù)行同步脈沖，這就是槽脈沖。槽脈沖寬度與行同步脈沖相同，它的后沿與行同步脈沖前沿（上升沿）相位一致。這樣，在場同步脈沖期間，槽脈沖起行同步脈沖的作用，從而消除了圖像上部的不同步現(xiàn)象。

下一頁上一頁1.5全電視信號1.5.4全電視信號波形及頻譜1.全電視信號波形將以上介紹的圖像信號、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，通常也稱其為視頻信號，其波形如圖1-10所示。全電視信號有如下三個特點：①脈沖性。②周期性。③單極性。下一頁上一頁1.5全電視信號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。圖像信號、各輔助脈沖信號的頻譜如圖1-11、圖1-12所示，全電視信號頻譜如圖1-13所示。

返回上一頁1.6電視信號的發(fā)送1.6.1全電視信號調(diào)制1．圖像信號的調(diào)幅所謂調(diào)幅，是指高頻載波的幅度隨著所要傳送圖像信號幅度的變化而變化，此圖像信號叫調(diào)制信號。對圖像載頻調(diào)制有兩種情況：一種是用負極性的圖像信號對載頻進行調(diào)制。稱為負極性調(diào)制；另一種是用正極性的圖像信號對載頻進行調(diào)制。稱為正極性調(diào)制。如圖1-14所示。下一頁1.6電視信號的發(fā)送我國電視標準規(guī)定，圖像信號采用負極性調(diào)制。采用負極性調(diào)制具有下列優(yōu)點：①抗干擾能力強。外來干擾脈沖對圖像的干擾表現(xiàn)為黑點，這使人眼的感覺不怎么明顯。②便于實現(xiàn)自動增益控制。由于負極性調(diào)制同步頭電平最高，且采用黑電平固定措施，故易于實現(xiàn)自動增益控制，可以簡化接收機的自動增益控制電路。③節(jié)省發(fā)射功率。隨著圖像亮度增大，發(fā)射機輸出功率就減小。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送2．殘留邊帶發(fā)送圖像信號的最高頻率為6MHz，所以已調(diào)波頻譜寬度為12MHz。如圖1-15所示。如果要發(fā)送頻帶如此寬的信號，不僅會使電視設(shè)備復(fù)雜，而且在有限的頻段內(nèi)使電視頻道數(shù)目減少，所以需要壓縮頻帶。實際上載頻不含信息，上、下邊帶攜帶的信息相同，故單邊帶發(fā)送就可完成全電視信號的傳輸，但單邊帶發(fā)送需將上邊帶或下邊帶完全濾除，這是比較困難的，會使電視設(shè)備復(fù)雜化。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送1.6.2伴音信號的調(diào)頻所謂調(diào)頻，就是將欲傳送的伴音信號作為調(diào)制信號去調(diào)制載波的頻率，使載波的瞬時頻率隨伴音信號的幅度變化而變化。伴音信號所以采用調(diào)頻方式發(fā)送，是由于調(diào)頻方式音質(zhì)好，抗干擾能力強。因為調(diào)頻波是等幅波，外來干擾使接收到的信號振幅變化時，在接收機的伴音通道中可以用限幅器將信號幅度限定為等幅，從而消除或減少干擾的影響。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送1.6.3全射頻電視信號的頻譜全射頻電視信號由已調(diào)高頻圖像信號和已調(diào)高頻伴音信號組成，其頻譜分布如圖1-16所示。我國電視標準規(guī)定，伴音載頻fs比圖像載頻fc高6.5MHz，高頻圖像信號采用殘留邊帶方式傳送，高頻伴音信號采用雙邊帶方式傳送。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送由圖可知，由于濾波特性不可能太陡，因此高頻圖像信號下邊帶在1.25MHz處衰減20dB；伴音信號帶寬為±0.25MHz，由于fs比fc高6.5MHz，而圖像信號帶寬為6MHz，因此伴音信號在圖像信號頻帶之外，從而有效地防止了相互干擾。

下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送1.6.4彩色全電視信號波形的總結(jié)

對這種由多種信號構(gòu)成彩色全電視信號進行如下總結(jié)。①它是黑白、彩色電視接收機均能使用的兼容性電視信號。②參與混合的各種信號均保持著獨立性。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送③對靜止圖像而言，其電視信號以幀為重復(fù)周期，其場間、行間相關(guān)性也較大;對活動圖像而言，則可說是幀間、行間相關(guān)性較大的非周期信號，但其同步與消隱信號仍是周期的。④它是視頻單極性信號(電視臺通常發(fā)送一種彩條幅度壓縮為75%的負極性的彩條信號)，既含有直流分量，又含有交流分量，且是上下不對稱的信號，其總頻帶寬為0～6MHz。

下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送1.6.5電視頻道劃分1.我國無線廣播電視頻道的劃分2．我國有線電視增補頻道的劃分從無線廣播電視頻道劃分可知，Ｉ波段為1~5頻道（又稱L頻段），頻率范圍為48.5~92MHz。

Ⅲ波段為6~12頻道（又稱H頻段），頻道范圍為167~223MHz。Ⅳ、Ⅴ波段（又稱U頻段）為13~68頻道，頻率范圍為470~958MHz。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送目前，我國有線電視廣播的傳輸系統(tǒng)分為四種，以傳輸系統(tǒng)的上限頻率劃分：①300MHz傳輸系統(tǒng)，可傳送節(jié)目數(shù)為28套，即標準頻道VHF（1~12）和增補頻道Ｚ1～Ｚ16。②450MHz傳輸系統(tǒng)，可傳送節(jié)目數(shù)為47套，即標準頻道1~12頻道和增補頻道Ｚ1～Ｚ35。下一頁上一頁1.6電視信號的發(fā)送③550MHz傳輸系統(tǒng)，可傳送節(jié)目數(shù)為60套，即標準頻道1~22頻道和增補頻道Ｚ1～Ｚ38。④870MHz傳輸系統(tǒng)，可傳送節(jié)目數(shù)為95套，即包括標準頻道1~57頻道和Ｚ1～Ｚ38全部增補頻道。

返回上一頁1.7電視信號接收技術(shù)1.7.1黑白電視接收機的組成1．黑白電視機組成圖1-17為黑白電視機方框圖。從圖中可看到黑白電視機主要由公共通道、視頻通道、伴音通道、掃描電路系統(tǒng)和電源電路等部分組成。2．黑白電視機各部分的作用1）高頻調(diào)諧器（高頻頭）由天線收到的高頻圖像信號與高頻伴音信號經(jīng)饋線進入高頻頭。高頻頭由輸入電路、高頻放大器、本振和混頻級組成。下一頁1.7電視信號接收技術(shù)2）中頻放大器將混頻器送來的圖像中頻和伴音中頻，按一定頻率特性進行放大。對圖像中頻信號放大達60dB左右；而對伴音中頻信號的放大則小得多，只有34dB左右。3）視頻檢波器視頻