广播电视技术基础0.ppt

第三章 电视广播基础知识,第一节 电视的产生和发展,一、电视的产生和发展,1、1817年，瑞典科学家布尔兹列斯发现了化学元素“硒”。 2、1865年，英国工程师约瑟夫.梅在测量海底电缆性能时，发现测量结果变化不定，经研究发现，这是由于“硒”材料的光电作用的影响。据此原理，19世纪末期就有少数先驱者开始研究设计传送活动影像的技术。,第一节 电视的产生和发展,3、1884年，美国的全电子式电视通过电缆把图像和伴音从华盛顿传到纽约。 4、1928年，英国科学家贝尔德运用机械扫描方式成功地进行了伦敦与纽约之间的开路播出实验，传出了静止图像。 5、1930年，美国的兹沃雷金发明了具有光电转换和电子扫描双重功能的摄像管，把电视广播向实际应用又推进了一步。同一时期，德国、法国、苏联、日本等都进行了实验研究。,一、电视的产生和发展,第一节 电视的产生和发展,6、1936年，英国广播公司在伦敦亚力山大宫建立世界上第一个大众电视台，并且从当年的11月2日开始定期播送电视节目，其图像在当时各国进行的电视实验中具有最高的清晰度。 7、1939年，美国、苏联开始进行电视实验广播。 8、1941年，美国国家标准委员会确定美国的电视技术标准。同年7月1日，美国联邦通信委员会正式批准建立美国第一座电视台全国广播公司的纽约WNBT电视台。,一、电视的产生和发展,第一节 电视的产生和发展,9、第二次世界大战前开办电视的国家还有德国、法国、意大利等国。战争期间这些国家的电视台或完全停播，电视技术也处于停滞状态。 10、50年代末期，发达国家几乎全部有了电视台，20多个亚、非、拉国家也开办了电视广播，全世界开办电视广播的国家达50个。 11、70年代，大多数国家建立了电视台。,一、电视的产生和发展,第一节 电视的产生和发展,电视问世之初，新闻性节目大量采用电影片来拍摄，其传递、洗印、编制过程同新闻的时效性要求距离很大。60年代初期，所有影片从35mm改进为16mm，并能做到声像同时收录，但电视新闻的基本录制状态没有改变。直到录像机应用于电视，70年代后制成电子新闻摄录机（ENG）等设备，提高了电视新闻的时效性，使电视真正发挥了声像兼容、传播迅速的现代化新闻报道工具的作用。,一、电视的产生和发展,第一节 电视的产生和发展,1940年，美国无线电广播公司试制成功彩色电视机。1953年，美国国家电视制式委员会提出NTSC（National Television System Committee）制。1054年，美国全国广播公司首先正式播送NTSC制彩色电视节目。日本、加拿大分别于1957、1966年采用同一制式播出。1956年，法国提出SECAM（Sequentiel Couleura Memoire）制。1960年，联邦德国提出PAL（Phase Alternation Line-by-Line）制。为便于转播和交换节目，各国曾经多次讨论统一电视制式问题，但始终未能达在协议。目前世界上采用PAL制的国家最多。,一、电视的产生和发展,第一节 电视的产生和发展,二、中国电视事业的发展,1、1958年5月1日，中国第一座电视台北京电视台（1978年5月1日改名为中央电视台）使用二频道试播黑白电视，9月2日正式播出。除了某些关键器件外，均为国产。 2、1958年10月1日，上海电视台开始试播，12月20日哈尔滨电视台。到1961年底，全国共建立地方电视台19座。,第一节 电视的产生和发展,3、1959的，无锡市建立了中国第一座电视转播台，用差转的方式转播上海电视台的节目。 4、60年代初，中国国民经济遇到严重困难，大部分电视台纷纷“下马”。在“文革”中，一些电视台又被迫停播。 5、1968年起，停播的电视台陆续恢复播出，到1971年全国已建有电视台32座。,二、中国电视事业的发展,第一节 电视的产生和发展,二、中国电视事业的发展,电视事业发展初期，一般每个电视台只有一个发射台，在省会城市才能看到电视。 60年代末到70年代初，调频广播作为节目传送手段得到发展，各省大都建立了高山调频发射台，加设电视射机和天线，迅速建成一批电视转播台，扩大了电视的覆盖面。 1973年5月1日，中央电视台用8频道在北京地区试播彩色电视，1977年7月25日起，中国电视完成了由黑白向彩色的过渡。,第二节 电视广播过程,电视广播是根据人眼的视觉特性，利用光学原理及无线电原理远距离地传送静止图片和活动影像的系统。 电视是利用电的方法传输光学信息的方式。 电视系统通常由摄像、传输、显像三部分组成。 电视广播之关键是如何将活动的图像变成电信号和如何将电信号复原成活动图像。,第二节 电视广播过程,一、图像的传送,电视广播中，被传送的是图像和伴音，其中伴音的传送相当于调频无线电广播。而图像的传输是光电光的变换过程。 一幅画像是由许多亮暗不同的细小点子组成，这些细小的点子称为像素。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像越清晰。35mm电影片一幅图像约有100万个像素，电视图像约40万个像素。,第二节 电视广播过程,一、图像的传送,在实际的电视广播中把被传送图像的各像素按一定顺序转变成电信号，并依次传送出去。在接收端的荧光屏上，再按同样顺序将各个电信号在相应位置上转变为光，只要这种顺序进行得足够快，由于人眼的视觉暂留现象和荧光屏发光材料的余辉特性，就会使眼睛感到整幅图像同时发光而没有顺序感，这种方法称为顺序传送方式，它只需要一个信道。,第二节 电视广播过程,一、图像的传送,将图像转变成顺序传送的电信号的过程在电视技术中称为扫描。扫描是从左至右（行扫描或水平扫描），自上而下（帧扫描或垂直扫描）的顺序进行的。 在发送端将景物的光信号变换为电信号的过程称为摄像。主要依靠摄像器件来完成。,第二节 电视广播过程,二、图像的重现,在接收端将景物的电信号变换为光信号叫做显像，也称图像的重现。 电视接收机（电视）是接收系统的终端设备，核心器件是用来重现图像的显像管。主要由荧光屏、电子枪组成，它与偏转线圈构成一体。 在显像管屏幕玻璃内壁上涂敷有一层荧光粉，这种荧光粉在电子枪发出电子束轰击下会发光。电子枪产生的电子束在偏转线圈作用下从左至右，自上而下不断运动并轰击荧光屏，结果使荧光屏发光。,第二节 电视广播过程,三、活动图像的传送,由电影放映的启发，传送活动的图像只要将运动的物体图像连续分为若干幅稍有变化的静止图像，然后将这些静止的图像顺序地快速传送，只要每两幅之间的时间小于人眼的视觉惰性时间（相应24幅/秒），人眼就会有连续动作的感觉，即实现了活动图像的传送。,第二节 电视广播过程,三、活动图像的传送,理论与实践证明，如果图像的传送速度不少于每秒钟传送48幅图像，则人眼就能有不闪烁的活动图像的感觉。如传送图像的速度低于此标准，人眼会有明显的闪烁感，过高则会感到图像重叠。 电影技术中，每秒钟放映24帧图像，为使人眼不产生闪烁感，在实际放映中每幅图像连续出现两次，相当于每秒钟放映了48幅图像。在电视技术中，也采用类似的方法，每秒钟传送25帧图像，每帧分两次来传送，这样每秒钟传送50场图像，即相当于每秒传送了50副图像。,第三节 电视基础知识,一、电子扫描和电视图像的分解力,1、电子扫描,第三节 电视基础知识,一、电子扫描和电视图像的分解力,2、我国广播电视扫描参数,每帧图像的总扫描行数：625行（显示575行）； 每场图像的扫描行数：312.5行（显示287.5行）； 每场正程行数：287.5行；每场逆程行数：25行； 行周期：64s；行正程时间：52s；行逆程时间：12s； 场周期：20ms；场正程时间：18.4ms；场逆程时间：1.6ms； 场频率：50Hz；行频率：15625Hz。,补充：扫描行数Z的确定,扫描行数的确定，主要考虑图象的清晰度与图象信号带宽两方面的因素。 当行数Z增加时，图象清晰度增加。由于图象信号带宽f与行数Z的平方成正比，行数增加会使带宽急剧增加，视频带宽的增加会使在一定波段中可安排的电视频道数目减少；同时，视频带宽的增加将导致电视设备的复杂化。,补充：扫描行数Z的确定,当屏幕的高度h与观看距离L等于1：4时，整个屏幕（幅型比为4：3）恰好落入垂直视线角为15、水平视线角为20的区域，此时人眼分辨力最高。前面已经指出，当人眼分辨角为1、1.5和2时，电视图象垂直方向（对应视线角为15）极限的清晰度应为900线、600线和450线。为了折中考虑，目前的广播电视一般取525行和625行，我国广播电视采用625行。 扫描行数的确定就如采用隔行扫描、扫描帧频定为25的原理都根据人眼的特性及其它原因综合而得而来。,二、电视图像的分解力和清晰度,电视系统传送图像细节的能力称为该系统的分解力。相应地表现在人对图像细节清晰程度的感觉则称为清晰度。两者的含义是一致的，统称分解力。 分解力通常以能分辨的黑白相间的线数（或线对）表示。例如，设分解力为600线，表示系统在对应的方向上能分辨黑白线条各300条。,第三节 电视基础知识,二、电视图像的分解力和清晰度,指沿图像垂直方向系统能分解的像素数（水平线数），以M表示。它受每帧屏幕显示行数Z的限制，在最佳情况下，M=Z。考虑到图像的随机性，垂直分解力M可表示为：=KZ，取0.5之间；一般情况下取K=0.76，已知Z=575，则垂直分解力=437线。 垂直分解力除具有随机性外，还与隔行扫描的性能有关，就根本原理上讲，隔行扫描的垂直分解力是不及逐行扫描的。,1、垂直分解力,二、电视图像的分解力和清晰度,指沿图像水平方向系统能分解的像素数（垂直线数），以N表示。水平分解力与电子束孔径相对于图像细节的大小有关，亦即是说，电子束孔径的大小将影响图像的水平分解力，通常把这种现象称为孔阑效应。 理论上：孔径越小，分解力越高。实践证明：以在同等长度内水平分解力等于垂直分解力时，图像质量为最佳，即像素长宽比为：1最好。所以，当屏幕长宽为4：3时，垂直分解力已由扫描行数决定了，当垂直方向的像素值为576时，水平方向的像素值就设为576*4/3=768。,2、水平分解力,二、电视图像的分解力和清晰度,与分解力虽然意义一致，分解力一般更具有专业称呼的性质，而清晰度则更为通俗，使用率更高。 它是指人主观感觉到的图象重现景物细节的可懂与逼真的程度。分别用人眼在水平方向或垂直方向所能分辨的象素数来定量描述，相对应的称为水平清晰度和垂直清晰度；并用“级数”或“行数”作单位。,3、图像清晰度,二、电视图像的分解力和清晰度,清晰度既与电视系统本身的分解力有关，也与观察者的视力状况有关。在评价图象清晰度时，应由一批视力正常的观众或专家来进行。 现在的电视分解力垂直分解力为437线，这相当于视力只有0.5（即视敏角为2）的人所能分辨的线数，故目前的电视图象是不够清晰的，要实现高清晰度电视，增加行数势在必行。,3、图像清晰度,二、电视图像的分解力和清晰度,电视技术中对图像清晰度的定义与摄影及电影技术不同，在电视技术中400线是指400条（即200对，一黑一白为一对，算2条线），而摄影及电影技术中400线指400对。 我国现行的SDTV的图像水平清晰度在500线左右，相当于DVD，其清晰度是与现行电视体制下数字分量信号的清晰度相对应的。而HDTV的图像水平清晰度则在800线以上。,3、图像清晰度,三、视频信号的频带宽度,图像信号的最高频率=它的带宽 各水平方向出现图像细节时将确定信号最高频率，这时N值就代表在行扫描正程期（52s）内扫过的像素数，于是扫过每个像素所需时间为:5210-6/N；图像信号最高频率对应的周期为扫过两个像素所用时间，周期与频率呈反比则：最高频率fmax=N/(2*5210-6), 按水平分解力N=583可得到fmax=5.6MHz。,1、图像信号的最高频率与频带,第三节 电视基础知识,三、视频信号的频带宽度,全电视信号的频带宽度与一帧图像的象素个数有关，像素个数越多，全电视信号的频带越宽。图像的最高频率是由像素为基本单元，一个像素亮、一个象素暗，交替出现时，其相应的电信号的频率为最高。 即4/35755751/2255.5MHz。 考虑到其他因素的影响，可认为图像信号的最高频率约为6MHz，这样图像信号的频带宽度为6MHz。全电视信号的频带宽度就为6MHz。,2、全电视信号的频带宽度,三、视频信号的频带宽度,电视信号由全电视信号与伴音信号组成。为了使它们能发向远方，需要将它们分别调制到频率比它们高得多的载波信号上，使之变成高频电视信号（全射频电视信号）。全电视信号采用调幅方式，伴音信号采用调频方式。 全电视信号的频带宽度为6MHz，用它调制载波，形成上下边带，其调幅波宽为12MHz。由于上下边带所包含的信号内容完全一致，因此理论上发送一个边带就行了，但实践中，靠近载频的低频信号部分很难滤除，因此在电视中是采用残留边带发送方式即发送上边带全部内容及下边带残留部分的内容。,3、全射频电视信号的频带宽度,三、视频信号的频带宽度,将已调幅的高频图像信号与已调频的伴音信号加在一起组成高频电视信号，我国电视标准规定伴音载频比图像载频高6.5 MHz，伴音调频信号两边各留有250K Hz的带宽。如图所示，这样整个高频电视信号的频带宽度为8 MHz，其中图像部分占7.25 MHz，伴音占0.5 MHz。所以我国电视标准规定各频道间隔为8 MHz。,3、全射频电视信号的频带宽度,无线电信号的发射与接收,无线电信号的发射与接收,全电视信号的组成,1、图像信号 2、行消隐、同步信号 3、场消隐、同步信号 4、槽脉冲和前后均衡脉冲,四、电视图像清晰度和码率（带宽）的关系,电视画面的垂直清晰度主要由电视制式规定的有效扫描行数决定，而水平清晰度主要取决于电视系统的传输带宽。 在SDTV系统中，6MHz的视频带宽对应的最大水平清晰度为480线（相对清晰度）；在HDTV系统中，30MHz的视频带宽对应的最大水平清晰度为870线（相对清晰度）。 因此受传输带宽的限制，ITU-R601和SMPTE 274M数字电视标准中规定的720和1920水平方向的有效样点（像素）并不意味着系统的绝对清晰度可以达到720线和1920线。,清晰度是指人眼宏观看到的图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉。 图像清晰度信号源的图像质量 处理电路的处理水平 显示方式的显像质量,这三个要素都同等重要地决定最终的图像质量，一个都不能少。,四、电视图像清晰度和码率（带宽）的关系,带宽、象素、电视线都是用来标称图像清晰度的方法。,带宽是主要侧重于电路处理部分。 象素是延用显示分辨率的称呼方法。 电视线是延续传统的称呼方法。,分辨率是指在摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量记录指标，图像信号的分辨率和显示设备的分辨率是制式和规格决定了的，都是用“水平像素垂直像素”来表达的，其单位不是“线”，而是“点”，是固定不变的。 清晰度是因条件而可改变的。清晰度的线数永远小于图像信号分辨率像素所连成的线数。,分辨率和清晰度 （有着本质的区别）,第四节 彩色电视基础知识,一、彩色原理,1、光与彩色 2、三基色原理 3、彩色三要素,二、彩色电视信号,1、图像的分解和三基色电信号的产生与还原,根据三基色原理，要实现彩色电视的发送需要首先将一幅彩色画面分解为红、绿、蓝三基色图像，由分色光学系统完成，再分别用三个摄像管来摄取，从而获得三个相应的基色电信号ER、EG、EB，最后这些信号经过加工处理组合成一个合成信号进行传送。,二、彩色电视信号,2、信号的加工、处理与合成兼容制传送方式,为方便传送并能与黑白电视“兼容”，目前世界上三种彩色电视制式都实现了与黑白电视的兼容。 三个基色电信号ER、EG、EB被转换成一个亮度信号EY和两个色差信号ER-Y、EB-Y。亮度信号包含了三基色电信号中的亮度信息，色差信号包含了三基色电信号中的色度信息。,亮度信号是根据亮度方程由三基色信号按一定比例组合而成。即： EY=0.3ER+0.59EG+0.11EB 由公式中可以看出：自然光中白光中三种色光的组成比例。,（1）亮度信号：,（2）色差信号 ：,只包含色度信息的色度信号，是在基色信号中减去亮度信号即为色差信号。根据亮度方程可导出各色差信号与三基色信号的关系：,ER-Y= ER -（0.3ER+0.59EG+0.11EB）=0.7ER-0.59EG-0.11EB EG-Y= EG -（0.3ER+0.59EG+0.11EB）=-0.3ER+0.41EG-0.11EB EB-Y= EB -（0.3ER+0.59EG+0.11EB）=-0.3ER-0.59EG+0.89EB,三个色差信号不是完全独立的，每个色差信号都可由其他两个色差信号合成得到，因此，彩色电视传送的图像信号只需包含一个亮度和两个色差信号（R与B）。,（3）大面积着色法 ：,由于人眼对颜色细节的分辨力远远小于对亮度细节的分辨率，所以可以压缩色差信号的频带宽度，仅传送色差信号的低频分量，即只保留了低频端宽度为1.3MHz的信号。,（4）频谱交错法 ：,亮度信号和色差信号都是由三基色信号而来，所以它们具有相同的频谱结构和相等的频带宽度。 对亮度信号的频谱分析表明，在06MHz范围内，亮度信号没有完全占满这6MHz的频带，且频谱分布不是连续的，色差信号也有这样的特性，这样就可将色差信号以某种方式安插在亮度信号的空隙中，与亮度信号一起传送。,（4）频谱交错法 ：,将色差信号调制到一个较高的载频上（叫色副载波，NTSC制的为3.58MHz，PAL制的为4.43MHz），然后再与亮度信号混合。 如频谱交错图所示：,这样彩色电视信号的总频带宽度仍为6MHz，与黑白电视相同。,二、彩色电视信号,3、彩色电视的制式,完成彩色电视的发送与接收总要采取某种特定的方式来实现，这种特定的方式叫彩色电视制式。,NTSC制：1954年在美国首次正式使用。现在主要采用的国家有日本、加拿大等美洲。（525行，29.97帧/秒） PAL制：1967年西德和英国首先采用。我国也采用这个制式。（625行，25帧/秒） SECAM制：1966年首先由法国正式使用。后苏联、东欧国家也采用这种制式。（ 625行，25帧/秒）,第四节 彩色电视基础知识,一、什么是高清晰度电视,第五节 高清晰度电视,黑白电视为第一代电视；彩色电视为第二代电视；称高清晰度电视为第三代电视。 高清晰度电视简称HDTV（High Defintion Television），确切的定义是：是一个透明系统、一个视力正常的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演所得到的印象。,一、什么是高清晰度电视,第五节 高清晰度电视,ITU（国际电信联盟）在其801报告中明确了：HDTV是一个系统，即一个具有正常视觉的观众，在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看的图像质量即视频必须至少具备1080i或720p电视线，显示屏宽高比为16：9，水平视角30度（超过20度方有临场感）；信息是常规电视的五倍多，图像质量可与35mm电影质量媲美；伴音则采用多声道（如5.1），每个声道的收听质量与CD相当。,一、什么是高清晰度电视,第五节 高清晰度电视,国家广播电影电视总局发布的高清晰度电视节目图像、制作及交换标准中明确规定了我国HDTV节目的图像分辨率为19201080，频率为24p、25p和50i三种。 国家数字电视接收设备和性能标准制定工作组，对HDTV接收机的要求是：能接收地面HDTV的射频信号，其图像的垂直分辨率不小于720线、图像显示模式为19201080i、宽高比为16:9、向下兼容DTV等。 国家信息产业部公布的数字电视接收设备显示器标准中，明确了“等离子和液晶电视的图像垂直清晰度和水平清晰度必须达到720线以上才算高清”。,二、高清晰度电视的发展,第五节 高清晰度电视,日本是高清晰度电视起点最早的国家，1972年就向国际无线电咨询委员会（CCIR，现为国家电信联盟分会ITVR）提出HDTV的提案，首先开发了1125行、60场、基带8.1MHz、压缩比为3：1的基于模拟调频技术的高清晰度电视系统MUSE（多重亚抽样编码）制式。 1988年又用高清晰度电视成功地对汉城奥运会进行了实况转播。,二、高清晰度电视的发展,第五节 高清晰度电视,欧洲于20世纪80年代开始研究HDTV，并推出了1250行、50场、基带为10.125MHz、压缩比为4：1的HD-MAC（多工模拟分量）制式的模拟数字混合的HDTV系统。 1992年通过卫星进行了巴塞罗拉奥运会的实况转播。,二、高清晰度电视的发展,第五节 高清晰度电视,美国利用冷战结束军事技术向民用技术转化的时机，提出了全数字高清晰度电视的提案。因此，在1991年1996年间经过测试、报告等，在最后决定采用ATSC数字电视标准作为美国的国家标准。从普通电视向数字电视过渡方面，美国采取了强制的过渡方式。但美国的数字电视标准即包括高清晰度电视又包括了普通清晰度电视，后者比前者普及快。,二、高清晰度电视的发展,第五节 高清晰度电视,欧洲和日本受到美国全数字高清晰度电视制式及过渡方案的极大冲击。欧洲终于放弃了模拟过渡制式，由德国通信部建议成立了欧洲开发小组，并在150多个组织间签署了理解备忘录，共同开发全数字电视系统。与美国不同的是，欧洲的全数字电视系统包括从地面广播、卫星传播和直播、有线电视中使用的所有普通数字电视和数字视频广播项目。基于MPEG-2的DVB普通数字电视在1995年使用数字电视方式开通了数字有线电视业务。,二、高清晰度电视的发展,第五节 高清晰度电视,最后形成的欧美之争实质上是选普及普通数字电视再普及高清晰度电视还是同时普及普通数字电视和高清晰度电视的战略路线之争。,我国的高清晰度电视是基于数字电视基础上的，也即是说我国现在传送的高清标准的电视信号都是数字的，没有模拟的。我国会在今年（2008）利用北京奥运会转播之机全面推广数字电视和HDTV，2015年停止模拟电视的播出。,第六节 数字电视,一、数字电视及相关概念,1、数字电视,数字电视是一个从节目摄制、编辑、制作、存储、发射、传输到信号接收、处理、显示都完全数字化的电视系统。,第六节 数字电视,一、数字电视及相关概念,2、数字电视节目 3、数字电视的技术结构