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文档简介
1、电视与视频技术第一章 第一章第一章 电视基础知识电视基础知识 电视提供给人眼视觉感观,在讨论电视电视提供给人眼视觉感观,在讨论电视 信号之前先对光、色彩、人眼的视觉特性等信号之前先对光、色彩、人眼的视觉特性等 进行讨论。进行讨论。 电视与视频技术第一章 一、光学基础一、光学基础 1、可见光谱、可见光谱: 光是一种电磁波光是一种电磁波 波 长 / m 频 率 / Hz 310 3 无 线 电 波 10 5 红 外 线 10 10 紫 外 线 10 15 X射 线 10 20 宇 宙 射 线 10 25 红橙 黄 绿青 蓝紫 780 nm 可 见 光 310 2 310 7 310 12 310
2、17 380 nm 电视与视频技术第一章 波长在波长在380780 nm范围内的电磁波能够范围内的电磁波能够 使人眼产生颜色感觉,使人眼产生颜色感觉, 称为可见光。称为可见光。 单色光单色光:单一波长的光,具有一种确定的颜色。:单一波长的光,具有一种确定的颜色。 n 波长波长700nm700nm的光为的光为红红光;光; n 波长波长546nm546nm的光为的光为绿绿光;光; n 波长波长436nm436nm的光为的光为蓝蓝光;光; 复合光复合光:两种以上波长的光混合成的混合色光。:两种以上波长的光混合成的混合色光。 太阳光包含全部可见光谱,给人以白色感觉。太阳光包含全部可见光谱,给人以白色感
3、觉。 电视与视频技术第一章 2、光源、光源 物体的颜色物体的颜色 物体分为发光体和不发光体。物体分为发光体和不发光体。 发光体的颜色由它本身发出的光谱(波长)所确发光体的颜色由它本身发出的光谱(波长)所确 定,定, 如白炽灯发黄光和荧光灯发白光,如白炽灯发黄光和荧光灯发白光, 各自有各自有 其特定的光谱色。其特定的光谱色。 不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照 射光的反射、射光的反射、 透射特性有关。透射特性有关。 电视与视频技术第一章 辐射功率波谱辐射功率波谱 或称光谱分布或称光谱分布 相对辐射功率随不相对辐射功率随不 同波长的分布,如同波长的
4、分布,如 图所示太阳的辐射图所示太阳的辐射 功率谱。功率谱。 图图11 太阳的辐射功率波谱太阳的辐射功率波谱 电视与视频技术第一章 绝对黑体与色温绝对黑体与色温 绝对黑体绝对黑体全辐射体,是指不反射,全辐射体,是指不反射, 不透射,完全吸收入射辐射的物体。不透射,完全吸收入射辐射的物体。 光源的色温光源的色温光源的可见光谱与某温度的光源的可见光谱与某温度的 绝对黑体辐射的可见光谱相同时,绝对黑绝对黑体辐射的可见光谱相同时,绝对黑 体的温度称为该光源的色温,单位以绝对体的温度称为该光源的色温,单位以绝对 温度开氏度温度开氏度(K)表示。表示。 色温与光源的实际温度无关。色温与光源的实际温度无关。
5、 电视与视频技术第一章 标准光源标准光源 在电视节目在电视节目 摄制时,比较讲摄制时,比较讲 究色温,它关系究色温,它关系 到色彩的还原到色彩的还原 性。性。 图图1 12 2 标准光源标准光源A A、B B、C C、D D65 65 的光谱分布曲线 的光谱分布曲线 国际照明委员国际照明委员 会推荐会推荐A、B、C、 D65标准光源。标准光源。 电视与视频技术第一章 nA光源色温为2856K 玻壳钨丝灯 nB光源色温为2856-4874K 相当于中午日光 nC光源相关色温为6774K 近似平均白昼光 nD65光源 相关色温为6504K 近似平均白昼光 C、D65光源常被用作彩色电视标准光源光源
6、常被用作彩色电视标准光源 电视与视频技术第一章 D65标准光源箱标准光源箱 电视与视频技术第一章 二、彩色视觉与三基色原理二、彩色视觉与三基色原理 1、彩色视觉、彩色视觉 1)同谱异色)同谱异色:同一彩色刺激,或者同一光辐射,同一彩色刺激,或者同一光辐射, 会引起不同的彩色感觉;会引起不同的彩色感觉; 2)异谱同色)异谱同色:不同彩色刺激,或者不同光辐射,不同彩色刺激,或者不同光辐射, 会引起相同的彩色感觉;会引起相同的彩色感觉; 电视就是根据或利用了人眼的这些视觉特性而电视就是根据或利用了人眼的这些视觉特性而 设计的。设计的。 电视与视频技术第一章 电视与视频技术第一章 2、描述彩色的三个基
7、本参量、描述彩色的三个基本参量 描述彩色视觉采用三个基本参量描述彩色视觉采用三个基本参量亮度、亮度、 色调、色饱和度色调、色饱和度彩色的三种特性。彩色的三种特性。 亮度亮度光作用于人眼所产生的明暗程度的光作用于人眼所产生的明暗程度的 感觉(与光通量有关)。感觉(与光通量有关)。 彩色光辐射的功率越大,亮度越高。彩色光辐射的功率越大,亮度越高。 不发光物体的亮度取决于它反射光功率不发光物体的亮度取决于它反射光功率 的大小。若照射物体的光强度不变,物体的大小。若照射物体的光强度不变,物体 的反射性能越好,物体越明亮,反之越暗。的反射性能越好,物体越明亮,反之越暗。 电视与视频技术第一章 色调色调颜
8、色的类别颜色的类别 发光物体的色调由光的波长决定,发光物体的色调由光的波长决定, 不同波不同波 长的光呈现不同的色调;长的光呈现不同的色调; 不发光物体的色调由照明光源和该物体的吸不发光物体的色调由照明光源和该物体的吸 收、收、 反射或透射特性共同决定。反射或透射特性共同决定。 电视与视频技术第一章 色饱和度色饱和度彩色的深浅程度彩色的深浅程度 饱和度与彩色光中的白光比例有关,饱和度与彩色光中的白光比例有关, 白光白光 比例越大,比例越大, 饱和度越低;白光比例越少,饱和度越低;白光比例越少, 饱和饱和 度越高。度越高。 完全不含白光的彩色饱和度最高称为纯色或饱完全不含白光的彩色饱和度最高称为
9、纯色或饱 和色。光谱色光就是纯色光,其饱和度为和色。光谱色光就是纯色光,其饱和度为100% 电视与视频技术第一章 色饱和度和色调合称为色度,色饱和度和色调合称为色度, 它表示彩色的它表示彩色的 种类和彩色的深浅程度。种类和彩色的深浅程度。 电视与视频技术第一章 电视与视频技术第一章 人眼有三种感色细胞:红敏细胞,绿敏细胞,人眼有三种感色细胞:红敏细胞,绿敏细胞, 蓝敏细胞。蓝敏细胞。 某种彩色光作用于人眼时,三种感色细胞吸收不某种彩色光作用于人眼时,三种感色细胞吸收不 同的光通量:同的光通量:R ,G ,B 人眼对该彩色光的感觉为:人眼对该彩色光的感觉为: 亮度感觉由总的光通量亮度感觉由总的光
10、通量R G B决定;决定; 色度感觉由三者比例决定。色度感觉由三者比例决定。 电视与视频技术第一章 3、人眼的彩色细节分辨力、人眼的彩色细节分辨力 人眼对彩色细节的分辨能力较差,对黑白细人眼对彩色细节的分辨能力较差,对黑白细 节的分辨力较强。节的分辨力较强。 人眼对不同色调细节的分辨力也不相同。人眼对不同色调细节的分辨力也不相同。 即在同样的照度条件下,能分清绿色细节时,即在同样的照度条件下,能分清绿色细节时, 对红、蓝细节就往往分不清对红、蓝细节就往往分不清 。 电视与视频技术第一章 4 、 三基色原理与相加混色三基色原理与相加混色 l三基色原理三基色原理 自然界中,绝大多自然界中,绝大多
11、数的彩色都可以由数的彩色都可以由 三种基色按不同的三种基色按不同的 比例相加混合得到。比例相加混合得到。 三种基色彼此独立,三种基色彼此独立, 其中一种基色不能其中一种基色不能 用其它两种基色混用其它两种基色混 合得到。合得到。 电视与视频技术第一章 红红 黄黄 白白 绿绿 品品 青青 蓝蓝 相加混色相加混色 混色规律:混色规律: 红绿黄红绿黄 红蓝紫红蓝紫 绿蓝青绿蓝青 红绿蓝白红绿蓝白 电视与视频技术第一章 n当两种颜色混合得到白色时,当两种颜色混合得到白色时, 这两种这两种 颜色称为互补色。颜色称为互补色。 红与青互为补色,红与青互为补色, 绿与紫互为补色,绿与紫互为补色, 蓝与黄互为补
12、色。蓝与黄互为补色。 n红色红色+青色青色=白色白色 n绿色绿色+紫色紫色=白色白色 n蓝色蓝色+黄色黄色=白色白色 电视与视频技术第一章 5、混色方法、混色方法 1时间混色法:三种基色交替出现;时间混色法:三种基色交替出现; 2空间混色法:三种基色同时出现;空间混色法:三种基色同时出现; 3生理混色法:两只眼睛分别观看不同生理混色法:两只眼睛分别观看不同 色彩;色彩; 4全反射法:三种基色同时投射在一块全反射法:三种基色同时投射在一块 反射面上;反射面上; 电视与视频技术第一章 n时间混色法 电视与视频技术第一章 光量调节光量调节 三基色光源三基色光源 R G B 待配彩色待配彩色 视场视场
13、 配色实验原理图配色实验原理图 采用实验的方法进行测定,配标准白光,三基采用实验的方法进行测定,配标准白光,三基 色光的光通量比例为色光的光通量比例为 0601. 0:5907. 4:0000. 1: BGR FFF 电视与视频技术第一章 6、彩色的分解与重现:、彩色的分解与重现: 分解分解 合成合成 电视与视频技术第一章 三、电视传像原理三、电视传像原理 要实现图像信息的传输,需要将景物的光图像要实现图像信息的传输,需要将景物的光图像 转换成图像电信号,依靠摄像器件。转换成图像电信号,依靠摄像器件。 (1)摄像管)摄像管 (2)CCDCCD (3 3) MOSMOS管管 电视与视频技术第一章
14、 电视与视频技术第一章 摄像管 电视与视频技术第一章 光电转换原理示意图 真空摄像管需要电磁偏转扫描,体积、功耗都较大。 电视与视频技术第一章 2、CCD图像传感器图像传感器 1970年出现电荷耦合器件(年出现电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD),),1987年报告了第年报告了第 一代广播用一代广播用CCD摄像机,相继出现摄像机,相继出现SDTV和和 HDTV的的CCD摄像机。摄像机。 CCD传感器是一种低电压自扫描器件,传感器是一种低电压自扫描器件, 重量轻,隔行析像好,大大改善了成像系统重量轻,隔行析像好,大大改善了成像系统 的垂直分辨率。的垂直分辨率。 电
15、视与视频技术第一章 A. CCD图像传感器工作原理:图像传感器工作原理: (1)光电转换:光敏区(感光区)在光照)光电转换:光敏区(感光区)在光照 下产生光电子,将像素的明暗程度转换成下产生光电子,将像素的明暗程度转换成 相应数值的光电荷量;相应数值的光电荷量; (2)电荷转移:存储区接收感光区产生的光)电荷转移:存储区接收感光区产生的光 电荷;电荷; (3)自扫描:不依靠外加磁场,由加在)自扫描:不依靠外加磁场,由加在CCD 电极上的时钟脉冲控制,对应于各像素的电极上的时钟脉冲控制,对应于各像素的 光电荷按顺序转换成电信号输出,形成视光电荷按顺序转换成电信号输出,形成视 频信号。频信号。 电
16、视与视频技术第一章 B. CCD器件的基本结构 信息存储 P型半导 体基片 UGUth M O S 金属电极 反型层 光敏面 光 SiO2 电视与视频技术第一章 UBUA P型硅 电荷转移(耦合) 光敏单元 光 电荷转移单元 完成光/电转换完成电信号传输 电视与视频技术第一章 1 2 3 4 1 2 2V 102V 10V 10V 2V 2V 1 2 3 4 1 2 2V 2V 10V 10V 2V 2V 电荷转移(耦合) 电视与视频技术第一章 电荷转移(耦合) 1 2 3 4 1 2 10V 2V 10V 10V 10V 2V 1 2 3 4 1 2 2V 2V 10V 10V 10V 2V
17、 电视与视频技术第一章 Id RS UD R N P-Si OGCR2CR1 输出 信号 A 信息拾取 VR 电视与视频技术第一章 光屏蔽(铝) 视频 输出 水平寄存器 CCD光敏单元 垂直寄存器 行间转移型CCD摄像器件的结构 电视与视频技术第一章 每帧扫描行数:每帧扫描行数:Z625行,行, 每帧有效扫描行数:每帧有效扫描行数:575行;行; 行扫描行扫描周期周期 :TH=TF/Z=40 ms/625=64 s, 行频:行频:fH=fFZ=25 Hz625=15 625 Hz。 我国电视制式的部分技术指标我国电视制式的部分技术指标 幅型比幅型比K宽宽/高高4/3,21隔行扫描;隔行扫描;
18、帧频帧频 ,帧周期,帧周期 ; 场频场频 ,场周期,场周期 ; 帧周期帧周期 与场周期与场周期 的关系是的关系是 ; ZF Hf25 msT F 40 ZV Hf50 msTV20 VF TT2 电视与视频技术第一章 CCD的一个象素分成两个关键部分:一个光敏单的一个象素分成两个关键部分:一个光敏单 元和一个离散分布垂直寄存器,寄存器不受光照射。元和一个离散分布垂直寄存器,寄存器不受光照射。 在场扫描正程期间,光敏单元积累的电荷正比于在场扫描正程期间,光敏单元积累的电荷正比于 投射到光敏面上的光子。投射到光敏面上的光子。 在场消隐期,光敏单元的电荷迅速转移到相邻的在场消隐期,光敏单元的电荷迅速
19、转移到相邻的 垂直寄存器中。垂直寄存器中。 在下一个场正程期间,在光敏单元积累电荷的同在下一个场正程期间,在光敏单元积累电荷的同 时,垂直寄存器的电荷在行逆程逐行向水平移位寄存时,垂直寄存器的电荷在行逆程逐行向水平移位寄存 器转移,每个行周期只转移一行;从水平移位寄存器器转移,每个行周期只转移一行;从水平移位寄存器 顺序读出一行象素电荷,输出视频图像信号。顺序读出一行象素电荷,输出视频图像信号。 电视与视频技术第一章 面阵CCD摄像器件的三种基本结构 光敏区 存储区 (a)(b)(c) D. CCD的光电转换 (a)帧转移型面阵CCD (b)行间转移型面阵CCD (c)帧行间转移型面阵CCD
20、电视与视频技术第一章 感光区 存储区 1 V 3 V TG FT方式 1 P 水平区 1 H 3 H 2 H OG 感光区 存储区 视频 输出 3 P 1 P 2 V 2 P (1)FTCCD结构及其自扫描 电视与视频技术第一章 所谓自扫描是相对电子束扫描而言的。所谓自扫描是相对电子束扫描而言的。 在面阵在面阵CCD摄像器件的光敏单元中,电荷的摄像器件的光敏单元中,电荷的 转移是由加在转移是由加在CCD各电极上的时钟脉冲控制各电极上的时钟脉冲控制 完成的。而这些时钟脉冲是与电子束扫描形完成的。而这些时钟脉冲是与电子束扫描形 成光栅的行、场同步脉冲同步的。成光栅的行、场同步脉冲同步的。CCD摄像
21、摄像 器件的电信号读出是依靠电极上的时序脉冲器件的电信号读出是依靠电极上的时序脉冲 完成的,不需外加偏转磁场,故称为完成的,不需外加偏转磁场,故称为CCD的的 自扫描。自扫描。 电视与视频技术第一章 (2) 行间转移型行间转移型(IT型,型,Interline Transfer) 如图所示。摄像器件的如图所示。摄像器件的 光敏成像部分和存储部分光敏成像部分和存储部分 以垂直列相间的形式组合。以垂直列相间的形式组合。 在场正程期间,在成像列在场正程期间,在成像列 积累信号电荷,场消隐期积累信号电荷,场消隐期 间一次转移到相应的存储间一次转移到相应的存储 列上。存储列的信号在每列上。存储列的信号在
22、每 一行消隐期间沿垂直方向一行消隐期间沿垂直方向 下移一个单元;在行正程下移一个单元;在行正程 期间,由水平期间,由水平CCD移位寄移位寄 存器逐像素读出信号。存器逐像素读出信号。 ( b) 光敏区存储区 行间转移型面阵CCD 电视与视频技术第一章 (3)帧行间转移型)帧行间转移型 FITCCD(Frame Interline Transfer CCD) 视 频 输出 光敏单元 光敏区 存储区 垂直移位寄存器 FITCCD结构 电视与视频技术第一章 三片式CCD彩色摄像机结构框图 电视与视频技术第一章 3、MOS型像传感器及其工作原理型像传感器及其工作原理 互补型金属氧化物半导体(互补型金属氧
23、化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor CMOS) CMOS图像传感器的特点:图像传感器的特点: 1. 低电压工作和低功耗;低电压工作和低功耗; 2. 与片上电子电路(如控制逻辑、定时、图像处与片上电子电路(如控制逻辑、定时、图像处 理、理、DSP、接口电路)兼容。网络摄像机,网眼等;、接口电路)兼容。网络摄像机,网眼等; 3. 图像数据随机存取;图像数据随机存取; 4. 低成本、体积小;低成本、体积小; 性噪比、灵敏度较低(性噪比、灵敏度较低(0.11Lx)、空间分辨率、)、空间分辨率、 5. 动态范围、光谱特性较差;动态范围、光谱特性较差
24、; 电视与视频技术第一章 CMOS图像传感器的工作原理:图像传感器的工作原理: CMOS图像传感器的各个象素实质上是图像传感器的各个象素实质上是 一个个的微型光敏二极管。一个个的微型光敏二极管。 在象素曝光期间,入射光照射光敏二极管在象素曝光期间,入射光照射光敏二极管VD 而产生电荷并存储于电容器而产生电荷并存储于电容器C上。在控制电上。在控制电 压作用下,场效应管压作用下,场效应管VT导通后,电容导通后,电容C上上 积累的电荷通过积累的电荷通过VT传送至垂直总线上的负传送至垂直总线上的负 载电阻载电阻RL并转换成电压信号。并转换成电压信号。 电视与视频技术第一章 输出放大器 VD HD RL
25、 E Q34 Q33Q32 Q31 Q24 Q23Q22Q21 Q14Q13Q12Q11 Qh4Qh3Qh2Qh1 H2H3H1H4 V2 V1 V3 垂直扫描器 水平扫描器 输出 D22 C22 电视与视频技术第一章 电视与视频技术第一章 四、视频信号与电视图像基本参数 n1、扫描参数 n在摄像端的CCD图像传感器中,帧转移时 间和行转移时间就构成了扫描参数。 电视与视频技术第一章 电视与视频技术第一章 2、清晰度与分解力、清晰度与分解力 图像的清晰度图像的清晰度人眼主观感觉到的图像细节人眼主观感觉到的图像细节 的清晰程度。的清晰程度。 图像的分解力图像的分解力电视系统分解象素的能力。电视系
26、统分解象素的能力。 1) 垂直分解力垂直分解力M 电视系统沿图像的垂直方向上能分解的象素数。电视系统沿图像的垂直方向上能分解的象素数。 电视系统的垂直分解力决定于图像的每帧有效扫描行电视系统的垂直分解力决定于图像的每帧有效扫描行 数。数。 考虑图像的边缘与水平扫描线不可能完全重合,考虑图像的边缘与水平扫描线不可能完全重合, 需要引入小于需要引入小于1的克尔系数(取值为的克尔系数(取值为0.76),对于),对于 逐行扫描的情况逐行扫描的情况 其中其中 为场扫描逆程系数,通常为场扫描逆程系数,通常 ZKM 1 1 08. 0 电视与视频技术第一章 考虑隔行扫描电视系统的并行现象,垂直分解力考虑隔行
27、扫描电视系统的并行现象,垂直分解力 会下降会下降.引入隔行因子引入隔行因子 (取值(取值0.60.7), M的单的单 位为电视线位为电视线 2) 水平分解力水平分解力N 电视系统沿图像的水平方向上能分解的象素数。电视系统沿图像的水平方向上能分解的象素数。 电视系统的水平分解力主要与视频信号带宽有关,电视系统的水平分解力主要与视频信号带宽有关, 与传输通道和设备的通频带宽有关,频带越宽,图与传输通道和设备的通频带宽有关,频带越宽,图 像的水平分解力越高。一般取图像的水平分解力与像的水平分解力越高。一般取图像的水平分解力与 垂直分解力相当。垂直分解力相当。 K为幅型比(屏幕宽高比),通常为幅型比(
28、屏幕宽高比),通常K=4/3或或16/9 ZKKM i 1 1 i K i K ZKKKMN 1 1 电视与视频技术第一章 行扫描正程时间行扫描正程时间 其中,其中,TF 为为帧周期帧周期 水平方向可分解的正弦波的最小周期水平方向可分解的正弦波的最小周期 视频信号的最高频率视频信号的最高频率 11 1 Z T TT F HH STT H1min 2 1 1 1min max 1 1 2 1 1 1 2 1 1 ZfKK Z T KKZ T S T f F F H 因为一对黑白象素在光电转换后对应一个正因为一对黑白象素在光电转换后对应一个正 弦波周期,所以水平方向的最大正弦波周期数弦波周期,所以
29、水平方向的最大正弦波周期数 KKZNS1 2 1 2 1 1 3、电视信号的带宽、电视信号的带宽 电视与视频技术第一章 按我国广播电视标准,取按我国广播电视标准,取K10.76,幅型,幅型K=4/3, 帧频帧频fF50HZ,扫描行数,扫描行数Z=625。视频信号的最低频率。视频信号的最低频率 是直流分量,光电转换后产生的视频信号的带宽是直流分量,光电转换后产生的视频信号的带宽 (11.10264228MHZ) 采用采用2:1隔行扫描方式隔行扫描方式 帧周期与场周期的关系是帧周期与场周期的关系是 VFVF ffTT 2 1 ,2 2 1max 1 1 4 1 ZfKKf V Z MHff2 .1
30、1 max Z MHff6 . 5 max 电视与视频技术第一章 隔行扫描的优缺点隔行扫描的优缺点 优点:优点: 既保证了图像的清晰度,又压缩信号频带宽度。既保证了图像的清晰度,又压缩信号频带宽度。 缺点:缺点: (1)行间闪烁效应。)行间闪烁效应。 (2)由于系统的不稳定出现并行现象时,)由于系统的不稳定出现并行现象时,两场光两场光 栅不能均匀相嵌,栅不能均匀相嵌,垂直分解力下降,垂直分解力下降,图像清晰度图像清晰度 下降。下降。 (3)动态垂直分解力降低,)动态垂直分解力降低,运动物体运动物体的图像出现的图像出现 左右左右“扭动扭动”的垂直边沿锯齿化现象,图像边缘的垂直边沿锯齿化现象,图像
31、边缘 闪烁。闪烁。 (4)隔行扫描产生的视频信号对于压缩处理和后)隔行扫描产生的视频信号对于压缩处理和后 期视频制作带来了困难。期视频制作带来了困难。 电视与视频技术第一章 4、图像对比度、灰度、图像对比度、灰度 1) 图像的对比度图像的对比度 图像中最大亮度,图像中最大亮度, 图像中最小亮度,图像中最小亮度, 环境亮度环境亮度 图像的对比度图像的对比度 或或 min L max L 0 L min max L L c 0min 0max LL LL c 电视与视频技术第一章 2) 电视图像的灰度电视图像的灰度 灰度灰度图像从亮到暗之间的亮度层次,用灰图像从亮到暗之间的亮度层次,用灰 度等级表
32、示。度等级表示。 图像中能分辨的灰度等级越多,图像越柔和,图像中能分辨的灰度等级越多,图像越柔和, 逼真;反之赝像感就越强。一般来说,图像的对比逼真;反之赝像感就越强。一般来说,图像的对比 度越大,图像的灰度层次也就越丰富。度越大,图像的灰度层次也就越丰富。 由人眼的视觉特性可知,人眼对亮度的分辨级由人眼的视觉特性可知,人眼对亮度的分辨级 数(灰度)受到对比度灵敏度阈值的限制,以此可数(灰度)受到对比度灵敏度阈值的限制,以此可 得到人眼可以分辨的亮度层次。得到人眼可以分辨的亮度层次。 电视与视频技术第一章 设图像中的最小亮度为设图像中的最小亮度为Lmin=L1,能分辨的第,能分辨的第 二级亮度
33、二级亮度L2为为 第三级亮度为第三级亮度为 第第n级亮度级亮度Ln为为 图像对比度图像对比度 对上式两边取对数可得对上式两边取对数可得 因为因为 , 1112 1LLLL 1 2 2223 11LLLLL maxmin 1 1 1 11LLLL nn n 1 min max 1 n L L c 1ln ln 1 c n 1 ccnlg 3 . 2 ln 1 电视与视频技术第一章 上式表明,人眼能分辨的亮度层次与对比度灵敏度上式表明,人眼能分辨的亮度层次与对比度灵敏度 阈值有关,与图像对比度有关。阈值有关,与图像对比度有关。 景物的对比度一般不超过景物的对比度一般不超过100(白石膏与黑板),(
34、白石膏与黑板), 要不失真地传输景物的图像,就要求显示的图像要不失真地传输景物的图像,就要求显示的图像 对比度也应为对比度也应为100。实际受到各种条件限制,一般。实际受到各种条件限制,一般 在在3040。若取。若取 、c40,计算出,计算出 。 数字图像量化只需数字图像量化只需6bit64灰度级灰度级 考虑量化噪声和数字图像处理精度问题,采用考虑量化噪声和数字图像处理精度问题,采用 8bit256灰度级量化。灰度级量化。 ccnlg 3 . 2 ln 1 05. 0 74 n 电视与视频技术第一章 五、视频图像信号五、视频图像信号 镜头CCD(MOS) 时钟发生器同步信号 放大、处理 混合
35、输出 电视与视频技术第一章 n电视信号的基本组成 n图像信号 n消隐信号 n同步信号 电视与视频技术第一章 1图像信号图像信号(亮度信号):电平高低反映(亮度信号):电平高低反映图像图像的的 亮度。幅度亮度。幅度70。 灰度条灰度条 阶梯波阶梯波 白 黑 L0 0t E0 电视与视频技术第一章 2. 同步信号:同步信号: 作用作用:确保收发二端扫描同步。确保收发二端扫描同步。 方法:用发端的信号去控制显示端的扫描电方法:用发端的信号去控制显示端的扫描电 流脉冲使二者同频同相;幅度流脉冲使二者同频同相;幅度30 3. 消隐信号:消隐信号: 作用作用:使得使得发端发端行、场逆程期间不传图像信行、场
36、逆程期间不传图像信 号,号, 接收端行、场逆程期间不产生回扫线,接收端行、场逆程期间不产生回扫线, 消去逆程期间的杂波。消去逆程期间的杂波。 方法:使方法:使逆程期间的信号幅度为逆程期间的信号幅度为0 0(黑电平)(黑电平) 电视与视频技术第一章 一行黑白全电视信号一行黑白全电视信号 0.7V 0.3V 峰值白电平 黑电平(050mV) 消隐电平(0电平) 行同步信号 THFTHR TH 0 t iH 在接收端采用幅度分在接收端采用幅度分 离的方法可以方便离的方法可以方便 地分离图像信号和地分离图像信号和 同步脉冲同步脉冲 采用时分混采用时分混 合方法合合方法合 成在一起成在一起 电视与视频技
37、术第一章 n n 位置位置 脉冲宽度脉冲宽度 幅度幅度 周期周期 n行消隐:行逆程期行消隐:行逆程期 12s 0 64s n行同步:行消隐期行同步:行消隐期 4.7s -0.3 64s n 滞后行消隐滞后行消隐 n 前沿前沿1.5s n场消隐场消隐: 场逆程期场逆程期 1.6ms 0 20ms n场同步:场消隐期场同步:场消隐期 160s -0.3 20ms n 滞后场消隐滞后场消隐 n 前沿前沿160s 电视与视频技术第一章 4均衡脉冲和开槽脉冲均衡脉冲和开槽脉冲 在隔行扫描的电视系统中,将一幅(一帧)图在隔行扫描的电视系统中,将一幅(一帧)图 像分为二场进行扫描。如一行黑白全电视信号类像分
38、为二场进行扫描。如一行黑白全电视信号类 似,场扫描也分成场正程和场逆程(场消隐),在似,场扫描也分成场正程和场逆程(场消隐),在 场逆程期间行同步信号不能丢失,另外还需均衡脉场逆程期间行同步信号不能丢失,另外还需均衡脉 冲和开槽脉冲,这样构成场电视信号。冲和开槽脉冲,这样构成场电视信号。 电视与视频技术第一章 309310311312313314315316317318335336337 电视与视频技术第一章 开槽脉冲的作用:开槽脉冲的作用: 在场在场逆程期间需要继续进行水平扫描,逆程期间需要继续进行水平扫描,为为 了保持行同步信号的连续性,保证场同步期间了保持行同步信号的连续性,保证场同步期
39、间 行扫描的稳定,在场同步信号内开了五个小凹行扫描的稳定,在场同步信号内开了五个小凹 槽,叫做开槽脉冲。槽,叫做开槽脉冲。 脉冲宽度为脉冲宽度为4.7 s, 脉冲间隔等于脉冲间隔等于TH2。 均衡脉冲的作用均衡脉冲的作用: 为了保证隔行扫描的准确性,为了保证隔行扫描的准确性, 使两场扫描使两场扫描 线均匀相嵌,在场同步脉冲前后各加线均匀相嵌,在场同步脉冲前后各加5个窄脉个窄脉 冲,叫做均衡脉冲。其宽度为冲,叫做均衡脉冲。其宽度为2.35 s, 其周期其周期 等于等于TH2 。 电视与视频技术第一章 均衡脉冲的作用:均衡脉冲的作用: 场场同步信号是采用积分电路分离出来的,相邻两场同步信号是采用积
40、分电路分离出来的,相邻两场 的开始扫描时间存在差异,第的开始扫描时间存在差异,第1场是从整数行开始,半场是从整数行开始,半 行结束;第行结束;第2场是从半行开始,整数行结束。这样积分场是从半行开始,整数行结束。这样积分 的起始电平不一致,导致积分后波形不一样,若用此波的起始电平不一致,导致积分后波形不一样,若用此波 形的某一电平去同步场扫描电路,则两场的同步会出现形的某一电平去同步场扫描电路,则两场的同步会出现 时间误差,影响了隔行扫描的精确性,会出现并行现象时间误差,影响了隔行扫描的精确性,会出现并行现象 ,丢失垂直方向的细节信息,最终使垂直清晰度下降。,丢失垂直方向的细节信息,最终使垂直清
41、晰度下降。 为了保证隔行扫描的准确性,为了保证隔行扫描的准确性, 使两场扫描线均匀使两场扫描线均匀 相嵌,在场同步脉冲前后各加相嵌,在场同步脉冲前后各加5个窄脉冲,叫做均衡脉个窄脉冲,叫做均衡脉 冲。其宽度为冲。其宽度为2.35 s, 其周期等于其周期等于TH2 。 电视与视频技术第一章 7 5 9 3 2 11 10 8 6 4 12 1 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 2 1 3 5 7 9 2 4 6 8 0 1 1 1 理论上的 理想情况 电视与视频技术第一章 国家标准中视频信号的主要脉冲参数 名称名称行周期行周期H行消隐脉冲行消隐脉冲行消隐前肩行消隐前肩行消隐后肩行消隐后
42、肩行同步行同步 参数值64(120.3)/641.50.35.8(4.70.2)/64 单位:s 名称名称场周期场周期Tv场消隐脉冲场消隐脉冲槽脉冲槽脉冲均衡脉冲均衡脉冲场同步场同步 参数值20ms25H+(120.3)(4.70.2)/32(2.350.1)/322.5H/20ms 电视与视频技术第一章 六、黑白图像信号的频谱六、黑白图像信号的频谱 图像具有空间相关性,相邻两行图像内图像具有空间相关性,相邻两行图像内 容和相邻两场的图像内容差别不是很大,它容和相邻两场的图像内容差别不是很大,它 具有周期性特点。具有周期性特点。 周期信号的频谱是离散的。周期信号的频谱是离散的。 一般静止图像的
43、频谱:是以行频及其各次一般静止图像的频谱:是以行频及其各次 谐波为主谱线,以场频及其谐波为副谱线且谐波为主谱线,以场频及其谐波为副谱线且 位于主谱线两侧的离散频谱结构。位于主谱线两侧的离散频谱结构。 电视与视频技术第一章 f (n3)fH(n4)fH(n2)fH(n1)fHnfH nfH nfH50 nfH25 nfH50 nfH25 电视与视频技术第一章 n特点:特点: n频谱是以行频及其谐波为中心的一束束离频谱是以行频及其谐波为中心的一束束离 散型谱线群组成;散型谱线群组成; n随着行频谐波次数的增高,主谱线幅度逐随着行频谐波次数的增高,主谱线幅度逐 渐减小,副谱线也很快衰减;渐减小,副谱
44、线也很快衰减; n各谱线群之间有较大空隙,约占各谱线群之间有较大空隙,约占50%。 电视与视频技术第一章 分析视频图像信号频谱的意义:分析视频图像信号频谱的意义: 以上对视频图像的频谱分析表明,视频信号的以上对视频图像的频谱分析表明,视频信号的 能量主要集中在行频及各次谐波附近,两相邻谐波能量主要集中在行频及各次谐波附近,两相邻谐波 之间有较大的空隙。随着行频谐波次数的增加,信之间有较大的空隙。随着行频谐波次数的增加,信 号能量逐渐减小。号能量逐渐减小。 这些频谱的空隙在同时制彩色电视中用来传输彩色这些频谱的空隙在同时制彩色电视中用来传输彩色 信息,这就是频谱交错技术的基础。信息,这就是频谱交
45、错技术的基础。 电视与视频技术第一章 七、基色信号、亮度信号与色差信号七、基色信号、亮度信号与色差信号 电视与视频技术第一章 1 . 基色信号基色信号 R、G、B三路基色信号产生原理与黑白视频三路基色信号产生原理与黑白视频 信号相同(光信号相同(光/电转换)。电转换)。 在彩色电视系统中,如果传输三路基色信号所在彩色电视系统中,如果传输三路基色信号所 需通道带宽将是传送黑白电视信号的三倍,这种需通道带宽将是传送黑白电视信号的三倍,这种 方法显然是不合理的。方法显然是不合理的。 要实现兼容,彩色信号必须有一种信号与黑白要实现兼容,彩色信号必须有一种信号与黑白 电视系统相同电视系统相同亮度信号,它能送至黑白电视亮度信号,它能送至黑白电视 机显示黑白图像。机显示黑白图像。 要实现彩色显示
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