第一章 广播电视基础知识

1、电视技术电视技术杨建良杨建良 老师老师湖南第一师范学院信息科学与工程系湖南第一师范学院信息科学与工程系http:/ Email： TELQQ:11638578681.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程1.2 电视扫描原理电视扫描原理1.3 重现电视图像的基本参量重现电视图像的基本参量1.4 全电视信号全电视信号1.5 电视信号的发送电视信号的发送习题一习题一第第1 1章章 广播电视的基本知识广播电视的基本知识 “电视电视”是通过电信通道将静止图像或活动的景像在异是通过电信通道将静止图像或活动的景像在异地即时重现的技术。地即时重现的技术。 电视系统包括发端

2、、传输通道和接收端三大部分。发端电视系统包括发端、传输通道和接收端三大部分。发端指由摄像机将实际景像经光指由摄像机将实际景像经光电变换，由电视扫描变成图电变换，由电视扫描变成图像信号，再经电视中心设备变换成全电视信号，最后由发像信号，再经电视中心设备变换成全电视信号，最后由发射机调制，经天线变换成电磁波发射；传输通道指空间电射机调制，经天线变换成电磁波发射；传输通道指空间电磁波或电缆等；接收端由接收设备接收、变换，通过显像磁波或电缆等；接收端由接收设备接收、变换，通过显像管电管电光转换及同步扫描最后在荧光屏上还原出原光图像。光转换及同步扫描最后在荧光屏上还原出原光图像。导入导入1电视信号的形成

3、电视信号的形成景物景物( (或图像或图像) )各部分各部分的明暗变化和彩色变化转的明暗变化和彩色变化转换成相应的电视信号换成相应的电视信号( (同同时也把声音的强弱变化转时也把声音的强弱变化转换成音频伴音信号换成音频伴音信号) )其主其主要物理过程是光电转换，要物理过程是光电转换，关键器件是摄像管。关键器件是摄像管。电视信号的形成和传播电视信号的形成和传播导入导入2电视信号的传播电视信号的传播低频视频信号，调制低频视频信号，调制到射频载波上变成射频电到射频载波上变成射频电视信号，经有线电视网络、视信号，经有线电视网络、广播电视发射系统或卫星广播电视发射系统或卫星电视系统等不同方式传输电视系统等

4、不同方式传输到用户家中。其主要物理到用户家中。其主要物理过程是调制和发射过程是调制和发射( (类似类似于装载和运输于装载和运输) )，关键设，关键设备是调制器。备是调制器。电视信号的形成和传播电视信号的形成和传播导入导入3电视信号的终端显示电视信号的终端显示电视信号的形成和传播电视信号的形成和传播射频信号经解调射频信号经解调( (检检波波) )还原为视频电视信号还原为视频电视信号和音频伴音信号，视频电和音频伴音信号，视频电视信号经显像管或其他显视信号经显像管或其他显示器还原成原景物示器还原成原景物( (或图或图像像) )的光像，伴音信号经的光像，伴音信号经扬声器还原出声音。其主扬声器还原出声音

5、。其主要物理过程是解调和电光要物理过程是解调和电光转换，关键器件是检波器转换，关键器件是检波器和显示器。和显示器。导入导入电视广播过程的基本原理电视广播过程的基本原理1.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程1.1.1 像素及其传送像素及其传送像素：电视系统分解和综合图像的最小单元。像素：电视系统分解和综合图像的最小单元。图像顺序传送示意图图像顺序传送示意图电视图像的构成：像素，电视图像的构成：像素，40多万；多万；图像传送：顺序；图像传送：顺序；扫描：将一帧图像的像素按顺序转换成电信号的过程；扫描：将一帧图像的像素按顺序转换成电信号的过程；同步：使发送和接收的像素位置一一对应。同步

6、：使发送和接收的像素位置一一对应。1.1.2 光电转换原理光电转换原理 光与电的相互转换是电视图像摄取与重现的基础。在光与电的相互转换是电视图像摄取与重现的基础。在现代电视系统中，光电转换是由发送端的摄像管和接收端现代电视系统中，光电转换是由发送端的摄像管和接收端的显像管来完成的。的显像管来完成的。信号处理与传输通道摄像端光电转换显像端电光转换图像电信号图像电信号RL重现图像景物显像管镜头摄像管 电视图像的摄取主要靠摄像管，其工作基于光电效应原理。常用电视图像的摄取主要靠摄像管，其工作基于光电效应原理。常用的摄像管有超正析摄像管、光电导摄像管等多种。的摄像管有超正析摄像管、光电导摄像管等多种。

7、光电导摄像管的基本结构光电导摄像管的基本结构、镜头：使景物成像在靶表面上。、镜头：使景物成像在靶表面上。、光电转换部分：透明导电极、金属靶环、光电导靶、光电转换部分：透明导电极、金属靶环、光电导靶、电子枪：灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极、网电极、电子枪：灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极、网电极、校正线圈：无偏转磁场时，使电子束落在靶中心。、校正线圈：无偏转磁场时，使电子束落在靶中心。偏转线圈：使电子束按一定规律对靶面扫描。偏转线圈：使电子束按一定规律对靶面扫描。、磁聚焦线圈：配合静电聚焦线圈，使电子束聚焦良好。、磁聚焦线圈：配合静电聚焦线圈，使电子束聚焦良好。镜头景物面板玻璃靶环输出图像信号

8、VT靶压15至40VRL聚焦线圈偏转线圈校正线圈电子束透明导电极光电导靶阴极接地控制栅极0至50V聚焦极0至300伏灯丝管脚加速极300V网电极450V光电导摄像管的工作原理光电导摄像管的工作原理2. 图像的重现图像的重现 图像的重现是依靠电视接收机的显像管来完成的。显图像的重现是依靠电视接收机的显像管来完成的。显像管的任务是将图像电信号转换为图像光信号，完成电到像管的任务是将图像电信号转换为图像光信号，完成电到光的转换。光的转换。1.2 电视扫描原理电视扫描原理1.2.1 行扫描和场扫描行扫描和场扫描1、行（水平）扫描1234552H6412行频锯齿波电流偏转线圈产生偏转磁场控制电子束的扫描

9、运动行扫描正程电流方向磁场方向显像管阴极显像管屏幕O行偏转线圈水平亮线2、场(垂直)扫描2018.41.6场扫描电流I偏转线圈电子枪荧光屏垂直偏转电流电子束磁场方向垂直亮线1逐行扫描逐行扫描电子束水平方向的运动称为行扫描，电子束垂直方向的运动称为场扫描。电子束水平方向的运动称为行扫描，电子束垂直方向的运动称为场扫描。电子束有规律的沿画面自左至右、自上而下一行行移动称为逐行扫描。电子束电子束有规律的沿画面自左至右、自上而下一行行移动称为逐行扫描。电子束逐行扫描如图逐行扫描如图 。图1-5 逐行扫描示意图(a) 场正程光栅;(b) 场逆程光栅;(c) 行扫描锯齿波电流;(d) 场扫描锯齿波电流电子

10、扫描的扫描方式电子扫描的扫描方式2隔行扫描隔行扫描电子扫描的扫描方式电子扫描的扫描方式理论分析和实践表明，满足人眼的连续感、不闪烁感和清晰度要求，采用理论分析和实践表明，满足人眼的连续感、不闪烁感和清晰度要求，采用逐行扫描方式时，信号带宽太宽。实际中均采用隔行扫描方式。逐行扫描方式时，信号带宽太宽。实际中均采用隔行扫描方式。 隔行扫描是把一帧图像分成两场进行扫描，一场扫隔行扫描是把一帧图像分成两场进行扫描，一场扫 1、3、5、 奇数行，奇数行，称奇数场；下一场扫称奇数场；下一场扫 2、4、6、 偶数行，称偶数场。如此反复。偶数行，称偶数场。如此反复。图1-6 隔行扫描示意图(a) 第一场;(b

11、) 第二场;(c) 两场相嵌;(d) 行、 场扫描电流波形2隔行扫描隔行扫描电子扫描的扫描方式电子扫描的扫描方式隔行扫描重现图像必须保证两场光栅正确镶嵌。隔行扫描重现图像必须保证两场光栅正确镶嵌。每帧行数每帧行数 625；每场行数为；每场行数为 625/2 = 312.5。行频行频 fH = 15 626 Hz ，行周期，行周期 TH = 1 / 15 625 s = 64 s1.2.4 我国广播电视扫描参数我国广播电视扫描参数 我国广播电视采用隔行扫描方式，其主要扫描参数如下我国广播电视采用隔行扫描方式，其主要扫描参数如下:行周期行周期TH =64 s; 行频行频fH=15 625 Hz;行

12、正程行正程TSH=52 s; 行逆程行逆程TRH=12 s;场周期场周期TV=20 ms; 场频场频fV=50 Hz;场正程场正程TSV=18.4 ms; 场逆程场逆程TRV=1.6 ms;帧周期帧周期Tz=40 ms; 每帧行数每帧行数Z=625行行(其中其中:正程正程575行，行，逆程逆程50行行);帧频帧频fz =25 Hz; 每场行数每场行数312.5行行(其中其中:正程正程287.5行，逆行，逆程程25行行)。1.3 重现电视图像的基本参量重现电视图像的基本参量1.3.1 亮度、亮度、 对比度和灰度对比度和灰度1. 亮度亮度亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉。 其中，B表示亮度; I表

13、示发光强度; S表示单位面积。 SIB 单位：尼特(nit)。 尼特定义为在一平方米面积内具有一烛光(cd)的发光强度，即1 nit=1 cd/m2。 电视屏幕的亮度就是指在电视屏幕表面的单位面积上,垂直于屏面方向所给出的发光强度。 其数学表达式为1.3 重现电视图像的基本参量重现电视图像的基本参量1.3.1 亮度、亮度、 对比度和灰度对比度和灰度 电视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直流成分，改变电视图像信号的直流成分，可以改变其亮度。 光强: 光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量为发光强度，简称光强。 光强代表了光源在不同方向上的辐射能力。单位为坎德拉(candela)，又称烛光，符

14、号为cd。 光通量是度量光的功率的物理量, 是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，其通用单位为流明(lumen)，简写为lm。2. 对比度对比度客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度，通常以C表示。DminmaxDminDmaxBBBBBBBC显然，周围环境越亮，电视图像的对比度就越低。 对于重现的电视图像，其对比度不仅与显像管的最大亮度Bmax和最小亮度Bmin有关，还与周围的环境亮度BD有关，其对比度C为3. 灰度灰度图像从黑色到白色之间的过渡色统称灰色。 灰度就是将这一灰色划分成能加以区别的层次数。它反映电视系统所能重现的原图像明、暗层次的程度。 通常电视台发送一个具有10级灰度的阶梯信

15、号(或称级差信号)，接收系统经调整后在重现图像中能加以区分的从黑到白的层次，称其为该系统具有的灰度级。 我国电视标准规定: 甲级机：八级 乙级机：七级1.3.2 图像的尺寸与几何形状图像的尺寸与几何形状2、图像幅型比3扫描格式通常用图像水平方向和垂直方向有效像素的乘积来表示。1、图像的尺寸指由电子扫描所形成的光栅或电视图像的宽、高比。 传统模拟电视 4 : 3；高清晰度电视 16 : 9。2. 图像的几何相似性图像的几何相似性(1) 非线性失真非线性失真由行、由行、 场锯齿波电流非线性失真引起场锯齿波电流非线性失真引起。(2) 几何失真几何失真由于偏转线圈绕制和安装不当偏转线圈绕制和安装不当，

16、导致磁场方向不规则、 不均匀及行、 场磁场彼此不垂直等引起。 1.3.3 电视图像清晰度与电视系统分解力电视图像清晰度与电视系统分解力 电视图像清晰度是指人眼主观感觉到图像细节的清晰指人眼主观感觉到图像细节的清晰程度程度。 电视系统传送图像细节的能力，称为系统的分解力。 主观图像清晰度与客观系统分解力有关。 电视系统的每场扫描行数愈多，景物被分解的像素数就愈多，重现图像的细节也就愈清晰，因而人眼主观感觉图像的清晰度也就愈高。 由于像素数的多少很大程度上取决于扫描行数，因此通常用能分辨的黑白相间的扫描线数来表征电视系统的分通常用能分辨的黑白相间的扫描线数来表征电视系统的分解力解力，并称之为标称分

17、解力。1. 1. 垂直分解力垂直分解力 指沿着图像的垂直方向上能够分辨出像素的数目指沿着图像的垂直方向上能够分辨出像素的数目。用M表示。它受每帧屏幕显示行数(或总行数)的限制。 一般情况下，并非每一屏幕显示行都代表垂直分解力，而取决于图像的状况图像的状况以及图像与图像与扫描线相对位置扫描线相对位置的各种情况。 考虑图像内容的随机性,有效垂直分解力可由下式估算出: M=K*Z （K称为克尔系数,取值0.76；Z 为帧正程行数） 我国规定： Z=575 M=0.76*575=437线1.3.3 电视图像清晰度与电视系统分解力电视图像清晰度与电视系统分解力2. 2. 水平分解力水平分解力 指电视系统

18、沿图像水平方向能分解的像素的数目指电视系统沿图像水平方向能分解的像素的数目，用N表示。 它取决于电子束横截面的大小取决于电子束横截面的大小。 即与电子束直径相对于图像细节宽度的大小有关。 实验证明，当水平分解力等于垂直分解力时图像质量当水平分解力等于垂直分解力时图像质量最佳最佳。 对4:3电视机,有效水平分解力可根据下式求出: N=4/3*M583线1.3.3 电视图像清晰度与电视系统分解力电视图像清晰度与电视系统分解力1.3.4 1.3.4 视频信号的频带宽度视频信号的频带宽度万个44575575341. 1. 一帧图像的像素一帧图像的像素视频信号的频带宽度与一帧图像的像素个数和每秒扫描视频

19、信号的频带宽度与一帧图像的像素个数和每秒扫描的帧数有关的帧数有关。 在我国，电视扫描行数为625行，其中正程575行，逆程50行。 因此，一帧图像的有效扫描行数为575行，即垂直方向由575行像素组成。 一般电视机屏幕的宽高比为43，因此一帧图像的总像素个数约为2. 图像信号的频带宽度图像信号的频带宽度 图像信号包括直流成分和交流成分。图像信号包括直流成分和交流成分。 直流成分反映图像的背景亮度，它的频率为零，反映了直流成分反映图像的背景亮度，它的频率为零，反映了图像的最低频率图像的最低频率; 交流成分反映图像的内容，图像越复杂，细节变化越细，交流成分反映图像的内容，图像越复杂，细节变化越细，

20、黑白电平变化越快，其传送信号频率就越高。黑白电平变化越快，其传送信号频率就越高。 显然，图像信号频带宽度等于其最高频率。显然，图像信号频带宽度等于其最高频率。 如果播送一幅左右相邻像素为黑白交替的脉冲信号的画面，显然这是一幅变化最快的图像，每两个像素为一个脉冲每两个像素为一个脉冲信号变化周期信号变化周期。若某电视系统规定一秒钟传送一秒钟传送25帧画面帧画面，则该系统图像信号的最高频率为MHz5 . 525244万 考虑留有余量，一般认为图像信号的最高频率为6 MHz,因此我国电视广播系统标准规定的图像信号的频带宽度为06 MHz。1.3.5 每帧图像扫描行数的确定每帧图像扫描行数的确定 帧频一

21、定时，每场扫描行数愈多，电视系统反映图像细节的能力就愈强，但同时图像信号占用的频带也相应加宽。 由于人眼在一定距离内分辨图像细节能力有一定限度，因此没有必要过分提高每场扫描行数。 于是，可依据人眼依据人眼的这一视觉特性来确定每帧图像的扫描行数的这一视觉特性来确定每帧图像的扫描行数。分辨角的确定分辨角的确定:Ld22tanLd602360当很小时，tan/2 /2 ，于是有/2 d/2L，即 d/L。设屏幕高度为h，屏幕有效显示行数为Z，则1602360LhdhZ分辨角分辨角的概念：的概念： 在一定距离L时，人眼恰能分辨的两个黑点之间的夹角。1602360LhdhZ 正常人的分辨角在11.5之间

22、，通常取=1.5;观看电视的最佳距离为L4h(由人的视觉清楚的区域15得出)。 将此两值代入上式，即可算出相应的屏幕显示行数Z=573。 我国电视标准规定屏幕显示行数为575行，再考虑每帧逆程的50行，即确定了每帧总行数为Z=625行。 1.4 全电视信号全电视信号全电视信号全电视信号视 频 信视 频 信号 又 称 全 电号 又 称 全 电视 信 号 ， 黑视 信 号 ， 黑白 全 电 视 信白 全 电 视 信号 包 括 图 像号 包 括 图 像信 号 、 复 合信 号 、 复 合消 隐 信 号 、消 隐 信 号 、复 合 同 步 信复 合 同 步 信号 。 全 电 视号 。 全 电 视信 号

23、 波 形 如信 号 波 形 如图图 所示。所示。1图像信号的位置图像信号的位置一、图像信号一、图像信号图像信号出现在行图像信号出现在行正程期间。含有行同步、正程期间。含有行同步、行消隐信号的视频信号行消隐信号的视频信号波形及相互关系如图所波形及相互关系如图所示。图中为行正程时间。示。图中为行正程时间。一、图像信号一、图像信号图像信号是电平高低反应图像信号是电平高低反应图像亮暗的电信号。图像亮暗的电信号。特点：具有单极性和脉冲特点：具有单极性和脉冲性。均匀阶梯波电视图像及对性。均匀阶梯波电视图像及对应波形。应波形。2图像信号的幅度与波形图像信号的幅度与波形一、图像信号一、图像信号图像信号及对应的

24、负极性波形如图，分析可知：图像信号的频率范围图像信号及对应的负极性波形如图，分析可知：图像信号的频率范围为为 0 6 MHz 。 3 图像信号的频率图像信号的频率二、复合消隐信号二、复合消隐信号1行消隐脉冲：宽度行消隐脉冲：宽度 12 s ，每行一个。每行一个。 作用：提供电子束消隐宽度、视频信号基准电平的信息。包括行消隐作用：提供电子束消隐宽度、视频信号基准电平的信息。包括行消隐脉冲和场消隐脉冲。复合消隐脉冲的波形如图所示。脉冲和场消隐脉冲。复合消隐脉冲的波形如图所示。2场消隐脉冲：宽度场消隐脉冲：宽度 25H( (H 指指一行即一行即 ( (64 25 + 12) ) s = 1 612

25、s ) ) 每场一个。每场一个。三、复合同步信号三、复合同步信号作用：提供扫描频率和相位信息的信号。包括行同步脉冲、场同步脉冲、作用：提供扫描频率和相位信息的信号。包括行同步脉冲、场同步脉冲、槽脉冲和前后均衡脉冲。槽脉冲和前后均衡脉冲。 1. 同步的重要性同步的重要性收送图像不同步造成接收图像异常电视图像的发送与接收是靠电子扫描对图像的分解与合成实现的。 要想使接收机重现发送端的景象，必须严格保证发送端与接收端的电子扫描步调完全一致，也称为同步，否则重现的图像就不正常。(a) 三行复合视频图像信号;(b) 收发两端行扫描同步;(c) 接收机行频高;(d) 接收机行频低行扫描不同步的视频信号波形

26、分析行扫描不同步的视频信号波形分析场扫描不同步的视频信号波形分析场扫描不同步的视频信号波形分析(a) 一场复合视频图像信号;(b) 收发两端场扫描同步;(c) 接收机场频高;(d) 接收机场频低三、复合同步信号三、复合同步信号 1行同步脉冲：提供行扫描频率和行同步脉冲：提供行扫描频率和相位信息，前沿表征行逆程开始的时刻。相位信息，前沿表征行逆程开始的时刻。宽度宽度 4.7 s，每行一个。，每行一个。 2场同步脉冲：提供场扫描频率和场同步脉冲：提供场扫描频率和相位信息，前沿表征场逆程开始的时刻。相位信息，前沿表征场逆程开始的时刻。宽度宽度 2.5 H = 160 s ，每场一个。，每场一个。三、

27、复合同步信号三、复合同步信号3槽脉冲与前后均衡脉冲槽脉冲与前后均衡脉冲 在电视机接收端利用行场同步信号的宽度不同，用微分（或鉴相）与在电视机接收端利用行场同步信号的宽度不同，用微分（或鉴相）与积分电路把行场同步信号分离。积分电路把行场同步信号分离。 由于场同步脉冲较宽，因而在场同步期间会使行同步信息丢失。这样，在场逆程期间行就可能失步，可能会造成每场开始时的前几行不能立刻同步，而使屏幕显示图像的最上面几行出现不稳定现象。三、复合同步信号三、复合同步信号3槽脉冲与前后均衡脉冲槽脉冲与前后均衡脉冲 槽脉冲：在场同步期间提供行同步信息，使得即使在场同步期间也不丢失槽脉冲：在场同步期间提供行同步信息，

28、使得即使在场同步期间也不丢失行同步信息。在行同步信息。在 2.5 H 场同步期内开场同步期内开 5 个槽，为每半行开一个槽，槽宽个槽，为每半行开一个槽，槽宽 4.7 s。 积分输出的两场同步控制电平出现的时间有一偏差t。 将严重影响隔行扫描体系中场扫描的准确性。时间偏差严重时将会产生并行现象，使垂直清晰度下降。 隔行扫描中复合同步信号及其分离隔行扫描中复合同步信号及其分离三、复合同步信号三、复合同步信号 为保证隔行扫描为保证隔行扫描光栅的精确镶嵌，必光栅的精确镶嵌，必须使积分后两场的场须使积分后两场的场同步积分起始电平相同步积分起始电平相同。同。 为此，电视台在为此，电视台在发送场同步信号时，

29、发送场同步信号时，在场同步信号的左右在场同步信号的左右各加各加5个脉冲，其重个脉冲，其重复周期为复周期为TH/2，脉冲，脉冲宽度为宽度为2.35 s。 场同场同步脉冲之前的步脉冲之前的5个脉个脉冲称为冲称为前均衡脉冲前均衡脉冲，场同步脉冲之后的场同步脉冲之后的5个脉冲称为个脉冲称为后均衡脉后均衡脉冲冲1.4.4 黑白全电视信号黑白全电视信号黑白全电视信号由图像信号及六种辅助信号行同步、 场同步、 行消隐、 场消隐、 槽脉冲与均衡脉冲组成。1.4.4 黑白全电视信号黑白全电视信号特点:脉冲性、 周期性和单极性。全电视信号中各辅助脉冲参数如下:行消隐脉宽:12 s; 行同步脉宽:4.7 s；场消隐

30、脉宽:1612 s; 场同步脉宽:160 s；槽脉冲脉宽:4.7 s; 均衡脉冲宽:2.35 s。我国电视广播标准中有关全电视信号的辐射电平:(1) 同步电平: 100%载波峰值。 (2) 消隐电平: (72.5% 77.5%)载波峰值。(3) 黑电平比消隐电平差: (05%)载波峰值。(4) 白电平: (10% 12.5%)载波峰值。1.5 电视信号的发送电视信号的发送一、电视信号的高频调制一、电视信号的高频调制 电视信号的发送传播一般都要采用高频信号，主要原因有二: 1.高频适于天线辐射，从而在空中产生无线电波; 2.高频具有宽阔的频段，能容纳许多互不干扰的频道，也能传播某些宽频带的消息信

31、号。1.5 电视信号的发送电视信号的发送1视频信号的调幅视频信号的调幅二、视频信号的调幅二、视频信号的调幅特点：振幅变换反应特点：振幅变换反应调制信号，可用包络检波调制信号，可用包络检波器解调。已调信号高频振器解调。已调信号高频振荡相位连续，无突变点。荡相位连续，无突变点。 视频信号高频调幅波的视频信号高频调幅波的形成及波形如图所示。形成及波形如图所示。2.视频信号调幅波的频谱视频信号调幅波的频谱1.5 电视信号的发送电视信号的发送二、图像信号的调幅二、图像信号的调幅3视频调幅波的残留边带发送视频调幅波的残留边带发送为减小传输射频信为减小传输射频信号的带宽，电视信号均号的带宽，电视信号均采用残留边带方式发送，采用残留边带方式发送，我国每频道电视信号频我国每频道电视信号频谱如图所示。谱如图所示。1.5 电视信号的发送电视信号的发送电视伴音信