3.2第章电视发射ppt课件

1、第5章 电视信号的形成和处理5.1数字演播室系统5.2彩色电视摄象机5.3图象信号的处理5.4电视信号编码器5.5模拟电视射频信号的形成5.6模拟电视同步信号的形成 第5章 电视信号的形成、处置w电视系统的组成电视系统的组成w1:电视信号的产生、变电视信号的产生、变换、处置摄像）换、处置摄像）w2：电视信号的传输：电视信号的传输w3：电视信号的接收与：电视信号的接收与显像显像）显像显像）摄摄像像传传输输显显像像 电视是通过通信线路将电视是通过通信线路将现场的或记录的景物在现场的或记录的景物在一定距离之外以图象形势一定距离之外以图象形势即时重现的一种技术。即时重现的一种技术。它是一个庞大的系统。

2、它是一个庞大的系统。 电视系统概述电视系统包括：电视系统包括：1：信号源摄像机、测试信号发生器、电视电影、：信号源摄像机、测试信号发生器、电视电影、幻灯、录像、飞点扫描器）幻灯、录像、飞点扫描器）2：信号处理电路摄像机）：信号处理电路摄像机）3：传输线路卫星、微波、有线电缆、差转）：传输线路卫星、微波、有线电缆、差转）4：终端显示设备电视机、监视器、显示器：终端显示设备电视机、监视器、显示器手机手机mp4）。）。5.1数字演播室系统数字设备数字设备：数字摄象机：数字摄象机：数字录象机：数字录象机：磁盘录象机：磁盘录象机：数字切换台数字特技：数字切换台数字特技：非线性编辑系统：非线性编辑系统在数

3、字演播室内，设备之间流通的信号为在数字演播室内，设备之间流通的信号为串行数字接口）串行数字接口）.串行数字视频接口信号w彩色电视信号有种彩色电视信号有种编码方式编码方式w：分量编码；：分量编码；w：全信号编码：全信号编码导演监视技术监视灯光监视录音监视技术监测摄象机录象机硬盘字幕图文帧同步拨出返送台外信号视频矩阵节目切节目换节目台净化混合效果辅助外键控制器预监特技技术监测技术监测应急切换视频分配器视频分配器音频嵌入音频嵌入字母叠加字母叠加切换控制切换控制同步信号发生器数字演播室的视频系统数字演播室的视频系统数字视频矩阵数字视频矩阵 它是电视中心实现节目共享的设备.它有M个输入端口和N个输出端口

4、.(?)数字视频矩阵的功能设置是通过操作板实现,他们之间的接口是RS232RS422RS485等标准接口.还可以遥控处理 RS-232是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会EIA制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。 RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单

5、机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。 为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 1、RS-232-C RS-232-C是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIAElectronic Industry Association制定的一种制定的一种串行物理接

6、口标准。串行物理接口标准。RS是英文是英文“推荐标准的缩写，推荐标准的缩写，232为标识号，为标识号，C表示修改次数。表示修改次数。RS-232-C总线标准设有总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、24

7、00、4800、9600、19200波特。波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。以内的通信。 2、

8、RS-485 RS-485总线总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线串行总线RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因而，发送电路须由使能采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因而，发送电路须由使能信号加以

9、控制。信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-85 可以联网构成分布式可以联网构成分布式系统，其允许最多并联系统，其允许最多并联32台驱动器和台驱动器和32台接收器。台接收器。3、RS-422 RS422总线总线,RS485和和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是二者与差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是二者与RS232的根本区别，因为的根本区别，因为

10、RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线 。发送线和接受线三条线异步传。发送线和接受线三条线异步传输），还可以加其它控制线完成同步等功能。输），还可以加其它控制线完成同步等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。同时进行，但它只需要一对双绞线。RS422和和RS485在在19kpbs下能传输下能传输1200米。用新型收发器线路上可连接台设备。米。用新型收发器线路上可连接台设备。 视频切换台

11、它是电视中心在多个节目源中进行切换它是电视中心在多个节目源中进行切换输出的设备输出的设备.他可以从多个节目中选择一路或者多路他可以从多个节目中选择一路或者多路的组合输出的组合输出.可以采用快切和特技可以采用快切和特技广播电视系统组成方框图摄像机摄像机信号放大信号放大与处理与处理彩色彩色编码器编码器测试信号测试信号发生器发生器电视电视电影电影幻灯幻灯录像录像同步同步设备设备黑白黑白电视机电视机彩色彩色接收机接收机伴音伴音发射机发射机伴音信伴音信号放大号放大双工器双工器图像图像发射机发射机线路线路放大放大视视频频信信号号切切换换设设备备（技术监测）导演控制导演控制广播电视系统的组成方框图广播电视系

12、统的组成方框图 图像信号的产生1：彩色摄像机的分类：彩色摄像机的分类 单管、双管、三管彩色摄像机单管、双管、三管彩色摄像机目前采用固体摄像器件目前采用固体摄像器件CCD器件代替摄像管器件代替摄像管.2：彩色摄象机的功能：彩色摄象机的功能它能摄取活动图象，转变为电视图象信号，经过一些处它能摄取活动图象，转变为电视图象信号，经过一些处理加工后，变成为可用于传输或广播用的电视信号。理加工后，变成为可用于传输或广播用的电视信号。3：摄象机的性能：摄象机的性能分解力高、彩色逼真、轮廓清晰、灰度分明、失真与干分解力高、彩色逼真、轮廓清晰、灰度分明、失真与干扰小。扰小。图示出了三管式彩色摄像机的基本组成图示

13、出了三管式彩色摄像机的基本组成一、摄像机的工作原理摄像机是一种把景物光像转变为电信号的装置。其结构大致可分为三部分：光学系统主要指镜头）、光电转换系统主要指摄像管或固体摄像器件以及电路系统主要指视频处理电路）。光学系统的主要部件是光学镜头，它由透镜系统组合而成。这个透镜系统包含着许多片凸凹不同的透镜，其中凸透镜的中比边缘厚，因而经透镜边缘部分的光线比中央部分的光线会发生更多的折射。当被摄对象经过光学系统透镜的折射，在光电转换系统的摄像管或固体摄像器件的成像面上形成“焦点”。光电转换系统中的光敏原件会把“焦点外的光学图像转变成携带电荷的电信号。这些电信号的作用是微弱的，必须经过电路系统进一步放大

14、，形成符合特定技术要求的信号，并从摄像机中输出。 光学系统相当于摄像机的眼睛，与操作技巧密切相关，在本章以后的小节里将详细叙述。光电转换系统是摄像机的核心，摄像管或固体摄像器件便是摄像机的“心脏”，有关这一部分的内容，将在第三章里介绍。由于家用摄像机大多是将摄像部分和录像部分合为一体，下面再概述一下录像部分的工作原理。 当摄像机中的摄像系统把被摄对象的光学图像转变成相应的电信号后，便形成了被记录的信号源。录像系统把信号源送来的电信号通过电磁转换系统变成磁信号，并将其记录在录像带上。如果需要摄像机的放像系统将所记录的信号重放出来，可操纵有关按键，把录像带上的磁信号变成电信号，再经过放大处理后送到

15、电视机的屏幕上成像。 从能量的转变来看，摄像机的工作原理是一个光电磁电光的转换过程。.广播彩色摄象机的组成变焦距变焦距镜头镜头分色分色棱镜棱镜G管管B管管R管管预放器预放器预放器预放器预放器预放器摄像管摄像管电源及电源及附属设备附属设备扫描扫描发生器发生器寻像器寻像器电缆视频处理视频处理视频处理视频处理视频处理视频处理编码器LU色片BeGeReBGRCVBS彩色电视摄像机的光学系统一：变焦距镜头一：变焦距镜头二：分色系统二：分色系统 -其作用是把镜头射来的光线分其作用是把镜头射来的光线分解为红、绿、蓝三个基色线，并将它们分别投射解为红、绿、蓝三个基色线，并将它们分别投射到摄像管的靶面上以便产生

16、红、绿、蓝三路电信到摄像管的靶面上以便产生红、绿、蓝三路电信号。号。三：中性三：中性 滤光片和色温滤光片滤光片和色温滤光片1：中性滤色片：中性滤色片-当摄像管在强光下工作时，应当摄像管在强光下工作时，应减小光圈。但有时为达到一定艺术效果不允许减减小光圈。但有时为达到一定艺术效果不允许减小光圈，这需要在光路中加入减小光通量的衰减小光圈，这需要在光路中加入减小光通量的衰减器，即中性器，即中性 滤光片。滤光片。.电视摄像管电视摄像管 摄像管是摄像机中的光摄像管是摄像机中的光电转换器件电转换器件,也是摄像机的关键也是摄像机的关键器件之一。摄像管的质量、体积和种类决定着摄像机的质量、器件之一。摄像管的质

17、量、体积和种类决定着摄像机的质量、体积和调节方式。体积和调节方式。 (1) 光电导摄像管。光电导摄像管。 (2) CCD摄像管是一种摄像管是一种 集成电路器件）。集成电路器件）。 寿命长。寿命长。 成本低。成本低。 机械性能好机械性能好,耐震、耐撞耐震、耐撞,不怕强光照射。不怕强光照射。 重合精度高。摄像管与镜头固定牢固重合精度高。摄像管与镜头固定牢固,匹配精确。匹配精确。 暂留特性好暂留特性好,适于拍摄运动图像。适于拍摄运动图像。? CCD的成像原理是：电荷耦合器的成像原理是：电荷耦合器Charge Coupled Device，CCD使用感光二极管感光，光线照在由感光二极管使用感光二极管感

18、光，光线照在由感光二极管组成的图像传感器上，感光二极管在接受光子的撞击后释放电组成的图像传感器上，感光二极管在接受光子的撞击后释放电子，所产生的电子的数目与该感光二极管感应到的光的强弱成子，所产生的电子的数目与该感光二极管感应到的光的强弱成正比。当曝光结束后，每个感光二极管上含有不同数量的电子，正比。当曝光结束后，每个感光二极管上含有不同数量的电子，数 码 图 像 就 是 通 过 电 子 的 多 少 来 表 示 和 存 储 的 。数 码 图 像 就 是 通 过 电 子 的 多 少 来 表 示 和 存 储 的 。 CCD摄像管的缺点主要是存在垂直拖尾现象摄像管的缺点主要是存在垂直拖尾现象,但采用

19、帧行间转但采用帧行间转移移(合适合适)型型CCD可以基本克服这种现象。可以基本克服这种现象。 CCD的构成。的构成。 CCD的工作原理。的工作原理。 CCD的隔行扫描。的隔行扫描。 CCD摄像机。摄像机。 CCD是是Charge Coupled Device电荷耦合器件的缩写，电荷耦合器件的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。以其构成的体积小、寿命长、抗震动等优点。以其构成的CCD摄像机具有体摄像机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击等特点，同时积小、重量轻、不受磁

20、场影响、具有抗震动和撞击等特点，同时清晰度、照度、可靠性等指标大大提高而被广泛应用。清晰度、照度、可靠性等指标大大提高而被广泛应用。 CCD的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到头聚焦到CCD芯片上，芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、标准的

21、视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输机、家用摄像机的视频输出 是 一 样 的 ， 所 以 也 可 以 录 像 或 接 到 电 视 机 上 观 看 。出 是 一 样 的 ， 所 以 也 可 以 录 像 或 接 到 电 视 机 上 观 看 。CCD的一个电极结构图的一个电极结构图型半导体基片型半导体基片帧转移结构方式帧转移结构方式该器件所需时钟该器件所需时钟系统比较简单，系统比较简单，包括光敏成像区包括光敏成像区和有相同像素的、和有相同像素的、遮光的存储区。并遮光的存储区。并由此读出信号。由此读出信号。当光敏区受光照时，当光敏区受光照时，积累起电荷图象后，积累起电荷图象后，就迅速地

22、转移到存就迅速地转移到存储区，然后光敏区储区，然后光敏区又开始新的电荷又开始新的电荷积累过程。积累过程。M*N1、光电转换与信号电荷的积累。、光电转换与信号电荷的积累。设在某一时刻设在某一时刻V1为高电平，为高电平，V2、V3为低电平，为低电平，则在具有则在具有V1电位的各电极下形成较深的势阱电位的各电极下形成较深的势阱（电荷包当硅晶体受到景物光投射而产生出（电荷包当硅晶体受到景物光投射而产生出电子电子空穴对后，少数载流子在电场作用下被空穴对后，少数载流子在电场作用下被吸引到较深的势阱，而且势阱中所捕获的电荷吸引到较深的势阱，而且势阱中所捕获的电荷数目的多少与该处光的强弱成正比。数目的多少与该

23、处光的强弱成正比。2、信号的读出。、信号的读出。为按扫描顺序取出各电荷而形成图象为按扫描顺序取出各电荷而形成图象电信号，当电荷积累过程结束后自电信号，当电荷积累过程结束后自t=t2开始开始V1下降，而下降，而V2变为最大于是电荷变为最大于是电荷包从电位为包从电位为V1的各电极下向电位为的各电极下向电位为V2的各电极下的最深势阱转移。到的各电极下的最深势阱转移。到t3时，时，电荷包转移完毕。电荷包转移完毕。每经过时间每经过时间T电荷包完成转移一个像素电荷包完成转移一个像素的全过程，电荷耦合器件是移位寄存器。的全过程，电荷耦合器件是移位寄存器。四相四相CCD的隔行扫描的隔行扫描.输出结构输出结构它

24、的作用是把经传输的电荷包转它的作用是把经传输的电荷包转换为电压或电流输出换为电压或电流输出（）：反偏二极管电阻输出（）：反偏二极管电阻输出（）：浮置扩散放大器输出（）：浮置扩散放大器输出（）：浮置栅放大器输出（）：浮置栅放大器输出.图象传感器图象传感器它分为它分为线阵复印光学文字识别线阵复印光学文字识别等文件扫描系统等文件扫描系统面阵面阵（摄象机）（摄象机）()：帧转移方式：帧转移方式()：行间转移方式：行间转移方式P246()：帧行间转移方式：帧行间转移方式(它它是帧转移方式和行转移方式的结合是帧转移方式和行转移方式的结合P2474、空间像素偏置技术在在CCD摄象机中为了减少混叠干扰摄象机中

25、为了减少混叠干扰.将将G和和RB错开半个像素的位置错开半个像素的位置.广播用CCD摄象机的原理和技术 文章对CCD摄象器件的三种主要构成方式进行了介绍，并对一些主要技术问题作了说明。如：垂直拖尾问题，提高动态分辨力问题，以及为了克服垂直拖尾现象而采用电子光闸等。 This paper introduces three main constitution modes of CCD camera device, and explains some problems key technique vertical trailing, raising dynamic definition and app

26、lying electronic optical gate to overcome vertical troiling etc. 在CCD摄象机经历了艰难的历程之后，从1986年至今已得到飞速的发展。由于其制作技术取得了一些突破，使得CCD摄象机开始进入广播领域。一种新型的广播用摄象机开始进入广播领域。一种新型的广播用摄象机将与真空管式摄象机展开激烈的竞争，最后必然将摄象机技术提高到一个新的水平。 本文将对广播用CCD摄象机的某些原理和现状作一介绍，以期广播战线上的技术人员很快适应这种新的情况，逐步理解掌握这种新的摄象技术，为我国广播电视事业作出新贡献。 一、CCD摄象器件的构成方式 一般说来

27、，CCD摄象器件的构成方式，或者说电荷转移方式有以下三种。 .帧转移方式Frame-Transfer） 这种方式的主要特点是将成象区和存储区单独分开，各起各的作用。存储区的象素数、构成和成象区基本相同，不同的是存储区上面有一光屏蔽层不受光的作用，如图1所示。 在场正程期间，上部成象区的象素根据入射光的强弱，在相应的象素内产生相应的光电荷形成电子象。 在场逆程期间，由成象区积累电荷而形成的电子象迅速向下转移，在极短的时间内完成由成象区向存储区的电荷转移。 在下一个场正程期间，上面成象区的象素重新开始积累光电荷，而下面的存储区所存的电子象将以电视标准读出。即在行消隐期间将某一行电子象送进读出寄存器

28、，而在行正程期间又一点一点地将电荷转移到摄象器件的输出端，从而形成与摄象管一样的视频信号，完成了光象到视频信号的转变。 本方式的优点： (1)电极结构简单容易制作； (2)可以将象素做得更密集，能得到比较高的分辨力； (3)由于成象区全部进行光电转换，因而灵敏度比较高。 本方式的缺点： (1)由于成象区和存储区占据同样大小的芯片面积，因而器件尺寸较大； (2)会产生严重的高亮度垂直拖尾，为此一定要使用光闸俗称快门装置）。 本方式的典型机种有美国RCA公司生产的CCD-1型摄象机，联邦德国BTS公司生产的CCD-1型摄象机，联邦德国BTS公司生产的LDK-90CCD摄象机。 2.行间转移方式In

29、terline Transfer） 行间转移方式与上述帧转移方式有明显的不同，它是将帧转移方式的两个芯片合一，在一个CCD芯片上完成感光、存储和读出的功能。其原理如图2所示。 从图2中可以看出，行间转移方式的成象区和存储区分别以垂直条相间放置，其中每一个独立单元由三部分组成：感光部分，也就是成象部分；开关部分；存储用的垂直移位寄存器，如图3所示。 在场正程期间，感光部分根据入射光产生相应的电荷；在场逆程期间，感光部分通过开关快速地将电荷传送到相应的垂直寄存器，这个过程在所有独立单元同时发生，完成成象区电荷向存储区的传送。在下一个场正程期间，成象条中的感光部分再次积累电荷，而存储条中所存储的电荷

30、将以比帧转移方式慢得多的速率转移到水平输出寄存器中。即在每个行消隐期间垂直下移一个单元。即在每个行消隐期间垂直下移一个单元，将一行电子象送到水平输出寄存器，在下一个行正程期间，将存储在水平输出寄存器中的一行电子象读出，从而形成所需要的视频信号。 这种方式的优点： 结构简单不需要单独的存储芯片，整个芯片表面积比帧转移方式要小； 每个独立单元中的感光部分彼此独立，有可能取得较高的空间频率； 经过对芯片的不断改进，在正常照度下的垂直拖尾现象大大减轻。 本方式的缺点是； 为了避免光从屏蔽层两侧漏进存储条，一般要将屏蔽层的宽度大于存储条宽度，这样，总的感光面积减小，灵敏度比较低； 在强光照射下，将出现明

31、显的垂直拖尾现象。 采用本方式的典型机种有日本SONY公司生产的DXC-3000，BVP-5，日本NEC公司生产的SP-3型摄象机，日本HITACHI公司生产的FP-C 1 ，CK-IB，CK-2等机型。 3、帧一行间转移方式Frame Interline Transfer） 是帧转移方式和行间转移方式的组合。它吸取了两者的优点，克服了两者的主要缺点，从而使CCD摄象器件的性能得到进一步改善。 图4 帧一行间转移方式原理示意图参见图4，它的基本原理如下： 在场正程期间，所有成象区感光器接受入射光形成电荷包；在场消隐期间，首先以极快的速度将所有成象区感光器上的电荷一次转移到各相应的寄存器，紧接着

32、又以极快的速度将各寄存器的电荷转移到下面的存储区。在下一个场正程期间的工作情况与帧转移方式相似。 本方式主要优点是不采用其它措施就可消除上述两种方式存在的高亮度垂直拖尾，有可能成为高档广播用CCD摄象机的主要方式。 采用本方式的典型机种：日本SONY公司生产的BVP-50CCD彩色摄象机，HITACHI公司生产的SK-F 1，IKEGAML生产的HL-99A等CCD彩色摄象机。二、高亮度垂直拖尾 首先我们先分析一下帧转移方式在高亮度情况下存在的垂直拖尾的原因。 参考图5，高亮度照在A 区域。一般说来，CCD摄象器件都具有高光抑制功能，如增设“过流溢出电路，用以克服高光区域产生的“开花现象。在场

33、消隐期间，成象区所有象素中的电荷包要迅速向存储区转移，在向下转移过程中，强光继续照在A区域，这就使得凡向下通过A区的各象素中的电荷会受到强光的影响，从而又增加了大量的电荷。这就相当于又增加了该象素的本来亮度，出现一条垂直亮带，这就是所谓的垂直拖尾。这是帧转移方式本身存在的缺点。 既然本方式的高亮度垂直拖尾是由于在向存储区转移过程中入射光继续照射在成象区的缘故，那么人们会自然地想到：如果在转移期间挡住入射光，那不就从根本上消除了这种现象吗？答案是肯定的。目前克服这种现象的办法是使用光闸，类似于照相机中的快门。光闸以场频速度旋转。并且在成象区向存储区电荷转移期间刚好挡住射向成象区的入射光，从而消除

34、了帧转移方式存在的高亮度垂直拖尾。其原理如图6所示。 图5.帧转移方式的高亮度垂直拖尾 图6 机械光闸快门示意图现在我们再来看一下行间转移方式。在垂直消隐期间成象条中的感光器件在场正程期间所积累的电荷快速向垂直移位寄存器转移，接着在下一个场正程期间以行频速度向下传送。由于在垂直移位寄存器的表面有光屏蔽层，照理不会发生象帧转移方式出现的垂直拖尾。但为什么这种方式在高亮度时还会出现拖尾呢？还有什么原因会引起高亮度垂直拖尾呢？我们知道，在行间转移方式中，虽然存储条上面有一屏蔽层，但入射光的一部分仍通过不同途径照射到光屏蔽层下面的存储条中的垂直移位寄存器，如图7所示，形成强光对邻近存储条的污染。由于存

35、储条在场正程期间以较慢的速度向下传递电荷，因而受上述污染的时间 图7 行间转移方式引起高亮度垂直拖尾的原因 较长，最后产生类似于帧转移方式出现的垂直拖尾。 目前日本SONY公司对行间转移方式的不断改进，已生产出HADS空穴积累二级管型摄象器件它除了暗电流小，无滞后外，还改善了上述的垂直拖尾现象，其中的两条措施如图8所示 图 减小垂直拖尾的两项措施 从以上可知，对于行间转移方式，产生垂直拖尾的主要原因是移位寄存器向下传送电荷的速度太慢，因而受强光影响的时间过长。如果大大缩短这个时间，就会明显减轻这种拖尾现象。而帧一行间转移方式就采用了这种措施，在场消隐期间快速向下传送电子象，理所当然，垂直拖尾现

36、象也大为减轻。图9是这两种方式垂直拖尾性能的比较。 从左图中可以看出，在帧一行间转移方式中，垂直移位寄存器向存储区传送电子的速度要比行间转移方式快60倍，因而其垂直拖尾电平也近似减小60倍。即在正常曝光情况下行间转移方式的垂直拖尾是正常图象电平的0.01%,而帧一行间转移方式中的垂直拖尾电平已降低到正常图象电平的0.0002%以下。 三、动态分辩力与光闸 我们知道，目前生产的广播电台用CCD摄象机多使用光闸。作为帧移方式的摄象机使用光闸可以有效地克服垂直拖尾，但为什么其它方式析摄象机也采用光闸呢？这要从摄象动态辨力谈起。 所谓动态分辨力，是相对于静态分辩力而言。静态分辩力是摄象机对静止图象分辨

37、细节的能力，现在常用400TV线时的调制度来衡量分辩力的大小。对摄象管有一套成熟的测试方法。动态分辨力是摄象机对运动图象所呈现的分辨力，即呈现运动画面细节的能力，目前没有正规的测试方法。 动态分辨力是摄象机的重要指标，它直接决定正在制作的运动图象有细节，另外它还决定后期制作中静帧画面的清晰度。 一般说来，摄象机的动态分辨力受两个因素制约：摄象器件本身的惰性和曝光时间。摄象管的惰性是相当严重的，当左右摆动摄象机时，其重现图象就显得模糊，摆动速度愈快，图象模糊愈严重。产生这种惰性的主要原因是因为摄象管是电子束扫描，存在着电子束电阻和光电导电容的缘故。而CCD由于依靠时钟瞬间取出电荷，因而不存在惰性

38、，图10是两者惰性的比较。 现在再看一下两者的曝光时间。所谓曝光时间，就是相继两次电荷读出的时间周期，也就是电荷积累的时间。摄象管由于采用隔行扫描，因此每一象素电荷读出间隔一帧时间，NTSC制为1/30秒，PAL制为1/25秒，相应的曝光时间也分别是1/30秒和1/25秒。但由于电子束不可能聚焦那么细，因而在扫描一行时也会扫到相邻行，如图11所示，使得曝光时间趋向于1/60秒NTSC制或1/50秒PAL制）。 对于CCD摄象机曝光时间是一场，因而是1/60秒NTSC制或1/50秒PAL制）。就帧转移方式而言，由于使用光闸，所以曝光时间相应减小，如CCD-1型摄象机的曝光时间从1/60秒减小到1

39、/100秒左右。 从上述可以看出，CCD摄象机在不使用光闸情况下曝光时间略小于摄象管曝光时间，而本身不存在惰性，因而其动态分辨力要比管式摄象机好得多，这是CCD摄象机固有优点之一。如果将CCD摄象机和管式摄象机作对比，进行左右摆动就能清楚地看出两者的差别。 对于CCD摄象机来说，要进一步提高动态分辨力，唯一的办法是进一步减小曝光时间，这就是广播用CCD摄象机多使用光闸的重要原因。适当增加光闸在成象区的时间，就能很方便的控制曝光时间。 使用光闸会带来什么缺点呢？下面就谈一下这个问题。 既然光闸是用来控制曝光量的，那么减小曝光量就减小了照在成象区的光量，因而也减小了视频信号电平，这相当于降低了摄象

40、机的灵敏度。当然，为了保持灵敏度可以增加光圈，但无形中又减小了景深；如果保持光圈不变，采用提高电路放大增益来保持信号幅度，那又必然降低信噪比。所以光闸的使用是以牺牲摄象机的性能为代价的。 从目前广播用CCD摄象机水平来看，其主要性能接近或优于管式ENG摄象机水平。以美国RCA公司生产的CCD-1型摄象机NTSC型为例，它比目前管式ENG摄象机的灵敏度高8db。在1/100秒曝光时间下仍高4 db，而动态分辨力比管式摄象机高50%；如果保持灵敏度、光圈与管式摄象机相同，则信噪比改善4 db；如果灵敏度、光圈、信噪比与管式摄象机相同，则CCD摄象机就能将曝光时间缩短为1/150秒，动态分辨力比管式

41、摄象机改善63%。这就是说，CCD摄象机之所以多使用光闸，是因为它的主要性能已优于管式ENG摄象机，是因为它的主要性能已优于管式ENG摄象机，这样既能提高动态分辨力，又能保证图象质量不低于管式摄象机的水平，这也是CCD摄象机多使用光闸的又一个主要原因。 使用光闸除了牺牲摄象机的性能之外，还存在一个缺点，即所谓“动画效应。这在物体快速运动，曝光时间很小的情况下较为明显。这是因为曝光时间的减小，相当于有一段时间光被遮掉，对于处于快速运动的物体每一场都有一段时间没有成象，即这段时间的运动丢失造成运动不连续。曝光时间越短，运动不连续感越强。在后期制作中，如果做慢动作相当于将时间轴放大，这种现象尤为明显

42、。 总之，由于CCD摄象机的性能优越，为提高动态分辨力而使用光闸提供了一个重要先决条件。但同时除牺牲某些主要性能外还会引起快速运动下的不连续感。因而，在使用CCD摄象机时一定要根据实际情况选择适当的曝光时间。如对于一般情景的拍摄，仍按正常的ENG摄象机使用，选用1/100秒左右的较大曝光时间较为合适。尽量增加像机灵敏度。如果是快速运动的体育项目，选用1/500秒左右的曝光时间较为合适。 目前有很多CCD摄象机还达不到或接近管式ENG水平，因此在使用时更要注意光闸的使用条件和缺点，不可盲目使用。 四、电子光闸 上面曾谈到机械光闸，目前还出现了电子光闸。它完全不用机械，而是利用电子手段来完成机械光

43、闸的作用，比机械光闸控制更加灵活方便，且控制范围更大，在行间转移方式和帧一行间转移方式得到广泛地使用。 现以日本SONY生产的BVP-50CCD摄象机为例，谈一谈帧一行间转移方式使用电子光闸的机理。 帧一行间转移方式电子光闸的基本构思是：在场正程一段时间内成象区仍按帧一行间转移方式积累电荷。根据所需的曝光时间，在某一时刻将成象区积累的电荷快速送到垂直移位寄存器，随即快速倒掉，这是作为无用的电荷倒掉的。然后成象区重新积累电荷，这才是有用的电荷，直到场消隐期间，仍象正常的帧一行间方式一样将电荷转移、读出。 图12是电子光闸的简单机理示意图。图12a)是将不需要的电荷倒出的情况，图12(b)是正常的

44、帧一行间转移方式的情况。从这两个图中可以看出，在成象区的上方多了一排“过流溢出区域，供不需要的电荷倒在这里。 图13画出了电荷积累、倒出、电荷积累、正常读出的周期、控制信号与电视场时基关系图。 右图是电荷积累、倒出的过程。它由光闸控制脉冲-可变位置读出门脉冲控制。这个脉冲把感光器的电荷传送到垂直移位寄存器，然后在高速向上移位脉冲控制下将电荷倒在“过流溢出区域。图15是电荷积累、正常读出的过程。在倒掉电荷之后所剩余的场正程时间内，成象区又开始重新积累电荷，电荷积累量与光闸控制脉冲的位置有关。它向右移动曝光时间相应减小，电荷积累量也随之减小。在场消隐期间，快速向下移位脉冲将成象区电荷向下传送到存储

45、区。 日本SONY公司生产的BVP-50CCD摄象机使用了上述电子光闸。它在滤色盘附近装一个开关，可由使用人员方便地加以调整。 光闸速度实际是曝光时间一共有七档：1/100、1/125、1/175、1/250、1/500、1/1000和1/2000秒），并在录象器上显示所使用的光闸速度。 上述讲了在帧一行间转移方式使用电子光闸的情况。目前，SONY公司已成功地在行间转移方式使用电子光闸，如业务级DXC-M7和广播级BVP-7，成为世界上使用电子光闸最积极的厂家之一。 行间转移方式电子光闸的原理与帧一行间转移方式完全不同，它是在每一个单独象素自身范围内完成电荷“分别过程的。 图16是电子光闸的作

46、用原理图。当电子光闸不起作用时沟道上保持高电位，这与正常行间转移方式一样。当快门起作用时在衬底上加上一连串脉冲每一个脉冲出现在行消隐期间），于是势阱中电势位垒被打开，所有积累的电荷都流到衬底中。通过在行消隐期间加一个脉冲，就能将行正程期间“积累的电荷“倾倒在大容量的“过流排出阱中。 图17是电子快门定时图。其中a为正常情况下的行间转移方式的电荷积累过程。图b为电子光闸起作用时所加的一连串脉冲。图c是电子光闸起作用下电荷积累、“倾倒的情况。参 考 文 献 1 L.Thorpe等著 : “ New Advance in CCD Imagers”.SMPTE,May 1988 2T.M Gurley

47、 and C.J Haslett著: “Resolution Considerations in Using CCD Imagers in Broadeast-Quslity Cameras”.SMPTE.Sep.1985 31988年日本SONY公司技术交流资料 （本文载于1989年第12期）电视摄像管1w一：氧化铅光导摄像管一：氧化铅光导摄像管w在信号板的内侧是氧化铅半在信号板的内侧是氧化铅半导体光电导层在视像管中导体光电导层在视像管中是硫化锑光电导膜），他由是硫化锑光电导膜），他由很薄的三层光电导材料所组很薄的三层光电导材料所组成。成。玻璃入射光NIP扫描电子 透明导电膜C+E电视摄像管

48、2P170图412）电荷藕合摄像器件电荷藕合摄像器件CCD），它是一种金属氧化物半导体），它是一种金属氧化物半导体MOS集成器件。在集成器件。在P型或型或N型硅单晶的衬底上生长型硅单晶的衬底上生长一层很薄的优质二氧化硅，再在其上发一层以很小间距排列一层很薄的优质二氧化硅，再在其上发一层以很小间距排列电极条，在电极上加有适当的正偏压或负偏压），它形成电极条，在电极上加有适当的正偏压或负偏压），它形成的电场穿过二氧化硅薄层排斥的电场穿过二氧化硅薄层排斥P型或型或N型硅中的多数载流型硅中的多数载流子，于是在电极下形成一个电荷耗尽区，而在二氧化硅子，于是在电极下形成一个电荷耗尽区，而在二氧化硅-硅硅的

49、界面上得到一个储存少数载流子的势阱。所加偏压愈大，的界面上得到一个储存少数载流子的势阱。所加偏压愈大，势阱愈深。势阱愈深。P型硅光电荷耗尽区电极+V二氧化硅 彩色摄象机G通道的组成预放可控增益放大电缆校正黑斑校正轮廓校正彩色校正编码器黑白电平切消隐混合校正黑电平控制杂散光校正G0GR BRGB去R、B通道去R、B通道5.3 图像信号的处理1摄像器件输出的微弱信号，在进行传输或记录之前需要摄像器件输出的微弱信号，在进行传输或记录之前需要经过放大、补偿等一些处理。经过放大、补偿等一些处理。一：反噪波校正一：反噪波校正 在摄像机中，由摄像管送出的信号电流是很微弱的，在摄像机中，由摄像管送出的信号电流

50、是很微弱的，需要在紧靠摄像管信号电极的地方设置一个预视放器，需要在紧靠摄像管信号电极的地方设置一个预视放器，然后送到视频处理部分。（信噪比然后送到视频处理部分。（信噪比45DB）。因而，预）。因而，预视放器性能的好坏成为提高电视系统信噪比的极为重要视放器性能的好坏成为提高电视系统信噪比的极为重要的因素。的因素。 图象信号处理2w一：预视放输入电路一：预视放输入电路w从摄像管作为信号源来看，其内从摄像管作为信号源来看，其内阻很高，可以认为是一个恒流源阻很高，可以认为是一个恒流源w二：反噪波校正放大器二：反噪波校正放大器w为了使从摄像管到预视放器输出为了使从摄像管到预视放器输出的总频率特性是平坦的

51、，（用幻的总频率特性是平坦的，（用幻灯片讲解灯片讲解P178RoPbO管放大器Ka()RiCiKi()5.3.1图象信号中直流分量的恢复1一：图象信号的最低频率分量反映景物亮度的缓慢变一：图象信号的最低频率分量反映景物亮度的缓慢变化，通常称为直流分量，但在视频通道中多采用交流化，通常称为直流分量，但在视频通道中多采用交流放大器，使直流分量丢失，在复现的图象中将看不到放大器，使直流分量丢失，在复现的图象中将看不到背景亮度的缓慢变化，造成图象亮度的畸变。背景亮度的缓慢变化，造成图象亮度的畸变。二：由于电视图象信号具有单极性的特点，即信号只二：由于电视图象信号具有单极性的特点，即信号只存在于以黑色电

52、平为基准的一个方向，所以只要利用存在于以黑色电平为基准的一个方向，所以只要利用箝位电路，把经交流放大器后出现的随图象内容而变箝位电路，把经交流放大器后出现的随图象内容而变化的黑色电平，重新箝定在同一电平上，就可以恢复化的黑色电平，重新箝定在同一电平上，就可以恢复原图象信号的性质。所以，再视频通道中设有直流分原图象信号的性质。所以，再视频通道中设有直流分量恢复电路量恢复电路-箝位电路。箝位电路。图象信号中直流分量的恢复2一：钳位电路的作用一：钳位电路的作用1：恢复直流电平：恢复直流电平P174图图4-15）2：消除低频干扰：消除低频干扰P175图图4-16）二：钳位电路的工作原理二：钳位电路的工

53、作原理1：二极管钳位电路：二极管钳位电路2：强迫钳位电路三极管强迫钳位电路）：强迫钳位电路三极管强迫钳位电路）电缆校正和黑斑校正1一：当信号到达控制台后，需要进行提升高频分量的处理。一：当信号到达控制台后，需要进行提升高频分量的处理。（P176-177图图4-19）二：由于分色镜的色渐变效应、镜头各区域亮度的不均匀性、二：由于分色镜的色渐变效应、镜头各区域亮度的不均匀性、投射在靶面上的背景光不均匀性、摄像管靶面上的不均匀和电投射在靶面上的背景光不均匀性、摄像管靶面上的不均匀和电子线在靶面边缘不能垂直上靶等原因，都能导致重现图象上出子线在靶面边缘不能垂直上靶等原因，都能导致重现图象上出现阴影或色

54、斑。现阴影或色斑。三：图象黑斑分类三：图象黑斑分类1：图象信号本身没有崎变，只是叠加了一个不均匀的附加信：图象信号本身没有崎变，只是叠加了一个不均匀的附加信号。（只要在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号号。（只要在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号便可实现之）便可实现之）2：摄想管输出的图象信号受到附加信号的调制，使图象信号：摄想管输出的图象信号受到附加信号的调制，使图象信号在每行的两端较小，中间较大。（采用与附加信号波形相反的在每行的两端较小，中间较大。（采用与附加信号波形相反的校正信号对有崎变的图象信号进行调制校正信号对有崎变的图象信号进行调制2 黑斑校正 校正光电转换特性

55、的非线形会引起图象崎变（光电转换特性的非线形会引起图象崎变（ 校正），为消校正），为消除这种崎变，在传输通道中必须设置除这种崎变，在传输通道中必须设置校正电路。校正电路。校正电路的分类校正电路的分类1：具有折线特性的：具有折线特性的校正放大器校正放大器2：具有渐变特性的：具有渐变特性的校正放大器校正放大器3: 数字数字校正放大器校正放大器校正电路不仅应该完成所需的，而且还应该保证校正后的输校正电路不仅应该完成所需的，而且还应该保证校正后的输出信号幅度不变。所以在实际电路中往往采用一个出信号幅度不变。所以在实际电路中往往采用一个=1的放的放大器和一个大器和一个1的放大器的组合，通过调节两个输出信

56、号的的放大器的组合，通过调节两个输出信号的混合比例，来得到不同值的输出信号，并大体保持其幅度不混合比例，来得到不同值的输出信号，并大体保持其幅度不变。变。什么反馈?在数字信号处理摄象机中储存有几个表,通过调用表来实现校正.事先对不同的将数字化的输入电平E先计算值将在各种典型的值下的计算结果写入存储器中,生成各种表.当摄象机工作时,用输入信号作为地址.用查表的方法读出计算结果.5.4彩色全电视信号编码器5.4.1：经过校正的三个基色信号和各种同步信号同：经过校正的三个基色信号和各种同步信号同时送入时送入PAL编码器，经过一系列的处理加工后形成编码器，经过一系列的处理加工后形成彩色全电视信号。编码

57、器包括矩阵电路、亮度信号彩色全电视信号。编码器包括矩阵电路、亮度信号通道、色度信号通道、同步信号预制电路和混合电通道、色度信号通道、同步信号预制电路和混合电路。路。二：二：PAL制彩色全电视信号的组成制彩色全电视信号的组成亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号、亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号、复合同步信号。（开槽脉冲、前后均衡脉冲）复合同步信号。（开槽脉冲、前后均衡脉冲）钳位 平衡调幅器平衡调幅器+谐波滤波PAL开关双稳态触发器延迟线+混合输出混合输出脉冲预制SBLesuesv1/2fHu+ebuV+ebvec+ebS(P)VpfH+1、3MHZ低通1、3MHZ低通钳位03

58、60移相器90移相器陷波器RGBB-YR-Y-K+KHeHeYesc PAL制彩色全电视信号的形成方案（副载波逐行倒相的PAL制编码方案）数字电路预制副载波编码方ec(t)+eb(t)0360移相器正弦波变方波4fsc振荡器4同步计数器平衡调幅器平衡调幅器相位比较器90相移粗调滤波器escesuesvHcHcR-YB-YKK方案2实现实现PAL信号编码还有其它方案信号编码还有其它方案1：将色差信号：将色差信号R-Y逐行倒相；逐行倒相；2：将由其对固定相位副载波调制而形成：将由其对固定相位副载波调制而形成的已调波逐行倒相也能形成的已调波逐行倒相也能形成PAL色度信色度信号的号的V分量，但由于对分

59、量，但由于对R-Y逐行倒相逐行倒相开关的要求较高，一般不采用这一方案。开关的要求较高，一般不采用这一方案。方案3平衡调制PAL开关平衡调制PAL开关PAL开关平衡调制VcossctVcossctVcossctVcossctcossctVcossctVVcossctVcossctP脉冲P脉冲P脉冲PAL制色同步信号w1：PAL色同步信号包含两个色同步信号包含两个分量：一是为传递副载波相位分量：一是为传递副载波相位信息的锁相分量，二是为传递信息的锁相分量，二是为传递开信息的识别分量。开信息的识别分量。w2：为使色同步信号不干扰图：为使色同步信号不干扰图象，他不仅须在行消隐期间传象，他不仅须在行消隐

60、期间传送，而且它的副载波相位应对送，而且它的副载波相位应对应人眼不敏感的色调。应人眼不敏感的色调。w3：PAL色度信号的功能色度信号的功能w（1）：保持色同步）：保持色同步w（2）：作为色副载波的基准）：作为色副载波的基准信号信号w（3）：作为识别信号）：作为识别信号色同步脉冲行同步脉冲行消隐脉冲基色信号的矩阵变换w编码起的第一个任务就是将基色信编码起的第一个任务就是将基色信号号R、G、B变换成亮度信号变换成亮度信号Y和色和色差信号差信号R-Y）、（）、（B-Y）。）。w一：亮度信号的距阵变换一：亮度信号的距阵变换w1：电阻距阵电路：电阻距阵电路w2：运放距阵电路加法器）：运放距阵电路加法器）