电视原理第二章课件

1、第二章第二章 电视传输图象基本原理电视传输图象基本原理 系统由摄象、传输、显像三大部分组成。系统由摄象、传输、显像三大部分组成。 2.1 2.1 电视系统组成原理电视系统组成原理2.1.1 2.1.1 图象顺序传送原理图象顺序传送原理. . 图象的表示法：（对彩色图象）图象的表示法：（对彩色图象） 亮度：亮度： L=fL=fL L（x,y,z,tx,y,z,t）；）； 色调：色调： H=fH=fH H（x,y,z,tx,y,z,t）；）； 饱和度：饱和度：S=fsS=fs（x,y,z,tx,y,z,t）；）； 2.2.图象的顺序传送图象的顺序传送3.3. 扫描扫描 通过扫描与光电转换，把反映图

2、象亮度的空间、通过扫描与光电转换，把反映图象亮度的空间、时间函数时间函数L = fL = fL L（x,y,z,tx,y,z,t），用仅表示时间），用仅表示时间函数的电信号表达式：函数的电信号表达式：U UL L=f=f（t t） TVTV系统的扫描过程系统的扫描过程: :根据人眼的生理特征对图根据人眼的生理特征对图象进行二维抽样的过程。象进行二维抽样的过程。 经过取样得到的信号再按行、场顺序形成视频经过取样得到的信号再按行、场顺序形成视频信号。信号。2.1.2 2.1.2 光和电的转换原理光和电的转换原理 1 1、摄象、摄象 各类图像都是由各类图像都是由“照射照射”源和形成图像源和形成图像的

3、的“场景场景”元素对光能的反射与吸收相元素对光能的反射与吸收相结合而产生的。结合而产生的。 照射也可由电磁能源产生：如雷达、红照射也可由电磁能源产生：如雷达、红外线、外线、X射线等。射线等。传统电视摄象与显象把照射量变为数字图把照射量变为数字图像的三种主要传感器像的三种主要传感器装置装置2 2、显象、显象 扫描规律与显象管中的电子束扫描规律扫描规律与显象管中的电子束扫描规律同步同步 。 发光强度成正比于电子束所携带的能量。发光强度成正比于电子束所携带的能量。 设设L Ld d代表屏幕亮度，代表屏幕亮度，E E代表输入到显象管代表输入到显象管控制栅的图象信号电压，则控制栅的图象信号电压，则( (

4、式式2-3)2-3)01010)(kLLkkEkLddd2.1.3 图象的摄取与重现2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理 在摄象与显象中，电子束按一定规律在在摄象与显象中，电子束按一定规律在靶面上或荧光屏幕上运动，是由摄象与靶面上或荧光屏幕上运动，是由摄象与显象的扫描过程来完成的。显象的扫描过程来完成的。 在两个偏转磁场作用下，电子束在光敏在两个偏转磁场作用下，电子束在光敏感靶或显示器（感靶或显示器（CRTCRT）作匀速直线扫描。）作匀速直线扫描。2.2.1 2.2.1 逐行扫描逐行扫描 在摄象与显象中，装有行和场两对偏转在摄象与显象中，装有行和场两对偏转线圈，其中分别流过行、场锯齿波扫描

5、线圈，其中分别流过行、场锯齿波扫描电流，同时产生行和场偏转磁场。电流，同时产生行和场偏转磁场。 逐行扫描逐行扫描: :在行和场偏转磁场作用下在行和场偏转磁场作用下, ,一一行紧跟着一行的扫描行紧跟着一行的扫描 ( (将所有像素全部将所有像素全部扫完扫完) )方式。方式。 0i iH Ht t图2-7 逐行扫描电流波形图(a)行扫描锯齿波电流; (b)场扫描锯齿波电流THtTHrt1t2t30t tTVtTVr2.2.2 2.2.2 隔行扫描隔行扫描1.1.隔行扫描的提出隔行扫描的提出 根据视觉惰性和分辨力，要使图象不产根据视觉惰性和分辨力，要使图象不产生闪烁和足够的清晰度，场频生闪烁和足够的清

6、晰度，场频fv48HZfv48HZ，扫描行数扫描行数500500线。线。 隔行扫描隔行扫描: :将一帧分成两场扫描，第一场将一帧分成两场扫描，第一场扫出光栅第扫出光栅第1.3.51.3.5等奇数行，第二场扫等奇数行，第二场扫2.4.62.4.6等偶数行。即每一帧图象经过两等偶数行。即每一帧图象经过两场扫描，将所有像素全部扫完。场扫描，将所有像素全部扫完。 逐行扫描中，场周期与帧周期相同，逐行扫描中，场周期与帧周期相同，即：即： 。 在隔行扫描中，帧扫描周期是场周期的二在隔行扫描中，帧扫描周期是场周期的二倍，即倍，即 ； 帧扫描频帧扫描频率率: : 。 隔扫使帧频下降场频的一半，行数也减低隔扫使

7、帧频下降场频的一半，行数也减低到逐行扫描的一半，使信号带宽也减小到逐行扫描的一半，使信号带宽也减小一半，而一帧行数一半，而一帧行数=奇场行数奇场行数+偶场行数，偶场行数，与逐扫相同。既保持了逐扫的清晰度，与逐扫相同。既保持了逐扫的清晰度，又降低图象信号频带。又降低图象信号频带。VFTTVFTT2252/50)2/1(/1VFTfTf2.2.隔行扫描光栅的形成隔行扫描光栅的形成2.2.隔行扫描光栅的形成隔行扫描光栅的形成3.3.隔行扫描的缺点：隔行扫描的缺点：（1 1）行间闪烁效应：虽然每秒扫描）行间闪烁效应：虽然每秒扫描5050场，场，界于临界闪烁频率。但每一行的亮度是界于临界闪烁频率。但每一

8、行的亮度是按场重复的，即每秒出现按场重复的，即每秒出现2525次，低于临次，低于临界闪烁频率，当观看比较亮的细节时，界闪烁频率，当观看比较亮的细节时，有不舒适的闪烁感。有不舒适的闪烁感。 （2 2）并行现象（视觉并行）并行现象（视觉并行） 图 2-10 隔 行 扫 描 重 现 图 象 示 意 图2.2.3 2.2.3 扫描的同步扫描的同步1.1. 扫描同步扫描同步 当收端场频当收端场频 fvfv收发送端场频收发送端场频fvfv发，重发，重现图象逐帧向下移动。现图象逐帧向下移动。 当收端场频当收端场频 fvfv收发送端场频收发送端场频fvfv发，重发，重现图象逐帧向上移动。现图象逐帧向上移动。扫

9、描同步扫描同步 当收发端同频，但当收发端同频，但相位相差半个相位相差半个行行周周期时，接收图将会期时，接收图将会发生左右分裂。发生左右分裂。扫描同步扫描同步 当收发端同频，但当收发端同频，但相位相差半个相位相差半个场场周周期时，接收图将会期时，接收图将会发生上下分裂。发生上下分裂。111234567(a)223344556677(b)(c)图2-12 收发两端扫描相位不同造成图象畸变(a)待传送图象;(b)收发扫描相差半行时间造成图象左右分裂;(c)收发扫描相差半场时间造成图象上下分裂;2. 2. 消隐脉冲与复合同步脉冲消隐脉冲与复合同步脉冲 电子束在偏转场作用电子束在偏转场作用下，在靶面上扫

10、描，下，在靶面上扫描，产生图信。产生图信。 为消除逆程光栅，加为消除逆程光栅，加入行与场消隐信号脉入行与场消隐信号脉冲，使扫描在行场逆冲，使扫描在行场逆程期间使其截止，此程期间使其截止，此信号电平称为信号电平称为 。行消隐脉冲与场消隐脉冲的周期行消隐脉冲与场消隐脉冲的周期 应分别与行、场周应分别与行、场周期相同，其宽度原理期相同，其宽度原理上等于行场扫描逆程上等于行场扫描逆程时间。为确保消除逆时间。为确保消除逆程光栅痕迹，消隐脉程光栅痕迹，消隐脉冲宽略大于逆程时间。冲宽略大于逆程时间。 行消隐脉冲宽行消隐脉冲宽:12us;:12us; 场消隐脉冲宽场消隐脉冲宽:25H:25H0i iH Ht

11、t图2-7 逐行扫描电流波形图(a)行扫描锯齿波电流; (b)场扫描锯齿波电流THtTHrt1t2t30t tTVtTVr视 频放 大 器扫 描 电 路同 步 机视 频放 大 器同 步 分 离电 路扫 描 高 压电 路扫描电流同步脉冲消隐脉冲扫描电流高压视频信号同 步 脉 冲同 步 脉 冲视 频 信 号图 2-13 视 频 系 统 方 框 图图图2-14同步脉冲与消隐脉冲同步脉冲与消隐脉冲3、开槽场同步脉冲与均衡脉冲、开槽场同步脉冲与均衡脉冲 原信号的特征。原信号的特征。 原信号所产生的问题。原信号所产生的问题。 开槽场同步脉冲。开槽场同步脉冲。 提高行同步脉冲频率和前、后均衡提高行同步脉冲频

12、率和前、后均衡脉冲。脉冲。图图2-15 行、场同步脉冲经过行、场同步脉冲经过微分电路后的波形微分电路后的波形图图2-16同步脉冲经同步脉冲经微分、积分后的波形微分、积分后的波形1、开槽场同步脉冲开槽场同步脉冲2、提高行同脉频率、提高行同脉频率3、两场同脉一致性、两场同脉一致性前后区别微分与积分电路. .电视图象的标准参量电视图象的标准参量 TVTV基本特征：图象尺寸、几何形状、亮基本特征：图象尺寸、几何形状、亮度层次、色调、清晰度、有无闪烁感。度层次、色调、清晰度、有无闪烁感。 根据根据 ，确定一系列标准和指标。例：扫，确定一系列标准和指标。例：扫描参量（帧、行数）、系统通带的选取描参量（帧、

13、行数）、系统通带的选取（Y Y与与C C频带）、频带）、校正系数、各种非线校正系数、各种非线形失真系数、荧光粉和基白确定、形失真系数、荧光粉和基白确定、 TVTV制制式确定等。式确定等。. . .图象的几何特征图象的几何特征. . .图象的连续性与场频的确定图象的连续性与场频的确定选择的原则选择的原则（不出现闪烁，不易干扰，（不出现闪烁，不易干扰，连续感，信号占用带宽等）连续感，信号占用带宽等）选择选择（当视频信号受到干扰时，（当视频信号受到干扰时，在垂直方向不易出现水平暗条）在垂直方向不易出现水平暗条）. . .扫描行数及有关参数的确定扫描行数及有关参数的确定1.1.清晰度与分解力清晰度与分

14、解力垂直分解力垂直分解力（图象垂直方向的分解力）（图象垂直方向的分解力）a.a.讨论几种情况讨论几种情况: : b.b.水平分解力（沿水平方向的像素所能分水平分解力（沿水平方向的像素所能分解的像素数）解的像素数） 2.2.图象信号的最高频率图象信号的最高频率(TV(TV通道的通道的f)f) 逐行扫描时的频率上限（最高频率）逐行扫描时的频率上限（最高频率）: : （式（式2-132-13） 采用隔行扫描时采用隔行扫描时 : （式（式2-142-14） 2max)1()1(21ZfKKfve2max)1()1(41ZfKKfve3.3.扫描行数的确定扫描行数的确定 图象清晰度与图象清晰度与f f、

15、Z Z的关系。的关系。 信号信号f f与与Z Z2 2成正比，成正比，会导致会导致f f急剧增加，急剧增加，于是在一定的波段范围内的于是在一定的波段范围内的chch将减少。将减少。 只要保持一定的适当的视距，只要保持一定的适当的视距，看不出行结构看不出行结构其清晰度符合要求即可。盲目提高其清晰度符合要求即可。盲目提高Z Z，超过人，超过人眼的分解极限无实际意义。眼的分解极限无实际意义。 人眼最小分辨角人眼最小分辨角: : =3438=3438h/h/（D DM M） m i nm i n 约 为约 为 1 1 . 5 1 1 . 5 左 右 ， 当 取左 右 ， 当 取min=1.5min=1

16、.5，D/h=4D/h=4时，人眼分辨的最时，人眼分辨的最多条纹数为：多条纹数为： Mmax=3438h/DMmax=3438h/D=573=573（条）（条） Z=625Z=625行，行，f fH H=f=fL LZ=25Z=25625=15625H625=15625HZ Z。（场频（场频行数）行数）2.3.4 2.3.4 图像亮度与色度的非线性失真图像亮度与色度的非线性失真1.1.亮度非线形失真亮度非线形失真 （a）EoEo与与LoLo之间：之间： （b b）EoEo与与E E的关系的关系 :（c c）LdLd与与E E的关系的关系 :1010LkE202EkE33EkLd2.2.图象的亮

17、度层次图象的亮度层次 亮度层次也称为图象的黑白层次，图象亮度层次也称为图象的黑白层次，图象亮度阶梯，灰度等级。亮度阶梯，灰度等级。 人眼所能分辨的亮度层次为：人眼所能分辨的亮度层次为： Cln2.3n3.3.彩色的非线形失真彩色的非线形失真 2.3.5 2.3.5 非线性传输系统引起的色度失真非线性传输系统引起的色度失真三基色与三补色的色度不受三基色与三补色的色度不受ss的影响的影响, ,重现彩色在彩色三角形中的位置不变。重现彩色在彩色三角形中的位置不变。2. C2. C白白的色度坐标不受的色度坐标不受ss的影响，重现的影响，重现C C白白坐标的位置不变。坐标的位置不变。3. 3. 其它各种彩

18、色：其它各种彩色：（a a）经）经ss1 1系统，系统，色度坐标向三边或三色度坐标向三边或三顶点方向移动，饱和顶点方向移动，饱和度增强。度增强。（b b）经）经ss1 1，色度，色度坐标向三角形的中心坐标向三角形的中心或三边中心靠近，饱或三边中心靠近，饱和度下降。和度下降。2.4 2.4 视频图象信号视频图象信号2.4.1 2.4.1 黑白图象信号黑白图象信号1.1.黑白图象信号波形黑白图象信号波形 Video：单方向性，其信号本身只有正值：单方向性，其信号本身只有正值没有负值。分析图象信号的电平与所反没有负值。分析图象信号的电平与所反映的亮度关系，有正负两种极性。映的亮度关系，有正负两种极性

19、。 正极性：图象愈亮，信号电平愈高。正极性：图象愈亮，信号电平愈高。 负极性：图象愈亮，信号电平愈低。负极性：图象愈亮，信号电平愈低。采用周期性扫描方法采用周期性扫描方法TVTV信号有周期性信号有周期性的特点，如图象内容在的特点，如图象内容在水平水平和和垂直垂直方向方向都有变化，例亮度不同的斜条纹，则按都有变化，例亮度不同的斜条纹，则按场频和行频扫描所形成的图象信号，其场频和行频扫描所形成的图象信号，其具有二维傅立叶级数形式，即：具有二维傅立叶级数形式，即： H H为行频角频率，为行频角频率，V V为场频角频率，为场频角频率， nmnm为复振幅。为复振幅。tmnjmnnmVHeCte)(,)(

20、2.2.黑白图象信号频谱黑白图象信号频谱 . . .亮度信号、色差信号及其组成亮度信号、色差信号及其组成 1.1.恒定亮度、高频混合与大面积着色原理恒定亮度、高频混合与大面积着色原理 兼容性：接收彩色电视广播；兼容性：接收彩色电视广播； 逆兼容性：机接收电视广逆兼容性：机接收电视广播，要求系统传输一个仅反映图播，要求系统传输一个仅反映图象亮度的亮度信号，其基本特性应与象亮度的亮度信号，其基本特性应与电视相同，选用两个信号来代表色电视相同，选用两个信号来代表色度信息，并在度信息，并在( (传送传送Y)Y)同一频带内传送。同一频带内传送。 a.a.恒定亮度原理：恒定亮度原理：用一个用一个Y Y传送

21、信息，传送信息，而传送色度信息时而传送色度信息时的变化及此时混进的变化及此时混进的杂波不影响的杂波不影响Y Y，即重现图象的即重现图象的Y Y由由传送传送Y Y信息的信息的Y Y信号信号决定。决定。 Y=0.30R+0.59G+0.11BY=0.30R+0.59G+0.11B R-Y=-R-Y=-（G-YG-Y）0.59/0.30-0.59/0.30-（B-YB-Y）0.11/0.300.11/0.30 B-Y=-B-Y=-（R-YR-Y）0.30/0.11-0.30/0.11-（G-YG-Y）0.59/0.110.59/0.11b.b.大面积着色原理：大面积着色原理：根据人眼对根据人眼对Y

22、Y和色和色度细节分辨力不同，度细节分辨力不同，CTVCTV系统在传送彩系统在传送彩色景物时，可只传色景物时，可只传送一个粗线条的彩送一个粗线条的彩色图象，并配以色图象，并配以Y Y细节。细节。c .c .高频混合原理：高频混合原理：Y Y信息的信号占有全信息的信号占有全部视频带宽，色度信部视频带宽，色度信息的信号占有较窄的息的信号占有较窄的频带。频带。在接收端所恢复的三在接收端所恢复的三个基色信号仅包含较个基色信号仅包含较低的频率分量，其高低的频率分量，其高频分量都用同一个频分量都用同一个Y Y的高频部分来补充。的高频部分来补充。2.Y2.Y信号和色差信号信号和色差信号 . .与兼容性，必须传

23、送一个与与兼容性，必须传送一个与 相同的相同的Y Y信号及信号及f f。2.2.根据恒定根据恒定Y Y原理，代表色度的信号，不应该原理，代表色度的信号，不应该含有含有Y Y信息，根据高频混合原理，色度信号信息，根据高频混合原理，色度信号采用窄带传输。采用窄带传输。3.3.传送传送B/WB/W图象时，图象时，R=G=BR=G=B；两个代表色度的；两个代表色度的信号等于零。信号等于零。4.4.代表色度的两个信号是相互独立的。代表色度的两个信号是相互独立的。5. 5. RGBRGB与与Y Y、R-YR-Y、B-YB-Y转换关系要简单。转换关系要简单。 CTVCTV系统选用的传输信号是：系统选用的传输

24、信号是：Y Y、R-YR-Y与与B-YB-Y。 三者的关系为：三者的关系为： Y=0.30R+0.59G+0.11B Y=0.30R+0.59G+0.11B （ 2-272-27式）式） R-Y=-R-Y=-（G-YG-Y）0.59/0.30-0.59/0.30-（B-YB-Y）0.11/0.300.11/0.30 B-Y=-B-Y=-（R-YR-Y）0.30/0.11-0.30/0.11-（G-YG-Y）0.59/0.11 0.59/0.11 G-Y=-G-Y=-（R-YR-Y）0.30/0.59-0.30/0.59-（B-YB-Y）0.11/0.590.11/0.59 （ 2-292-29

25、式）式） 简 单 证 明简 单 证 明 2 - 2 92 - 2 9 式 过 程 ：式 过 程 ：Y=0.30R+0.59G+0.11BY=0.30R+0.59G+0.11B 0.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=00.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0；0.30(R-Y)= -0.59G-0.11B0.30(R-Y)= -0.59G-0.11B； R-Y=-R-Y=-（G-YG-Y）0.59/0.30-0.59/0.30-（B-YB-Y）0.11/0.300.11/0.30；同理可得；同理可得B-YB-Y与与G-YG-Y。 （R-YR-Y）+Y=

26、R+Y=R；（；（B-YB-Y）+Y=B+Y=B； （G-YG-Y）+Y=G+Y=G； （公式（公式2-302-30） 举例用信号表示式来说明恒定亮度原理举例用信号表示式来说明恒定亮度原理 Y=0.30R+0.59G+0.11B=Yo Y=0.30R+0.59G+0.11B=Yo 。 用用YtYt、（R-YR-Y）t t、（B-YB-Y）t t分别来表示分别来表示传输后的亮度信号和色差信号传输后的亮度信号和色差信号 ：;)(59.011.0)(59.035.0;)(;)(tttdttdttdYYBYRGYYBBYYRR 将以上三式代入亮度方程，得： Y Yd d=0.30R=0.30Rd d+

27、0.59G+0.59Gd d+0.11B+0.11Bd d=0.30(R-Y)=0.30(R-Y)t t+0.30Y+0.30Yt t+-0.30(R-Y)+-0.30(R-Y)t t- -0.11(B-Y)0.11(B-Y)t t+0.59Y+0.59Yt t+0.11(B-Y)+0.11(B-Y)t t+0.11Y+0.11Yt t = 0.30Y= 0.30Yt t+0.59Y+0.59Yt t+0.11Y+0.11Yt t=Y=Yt t3. 3. 不同彩色时不同彩色时Y Y与色差信号值举例与色差信号值举例- -（1 1）饱和品红色：设）饱和品红色：设R=B=E,G=0R=B=E,G=0

28、； Y=0.30E+0.11E=0.41E Y=0.30E+0.11E=0.41E R-Y=E-0.41E=0.59E R-Y=E-0.41E=0.59E B-Y=E-0.41E=0.59E B-Y=E-0.41E=0.59E； R=(R-Y)+Y=0.59E+0.41E=E R=(R-Y)+Y=0.59E+0.41E=E G=(G-Y)+Y=-0.41E+0.41E=0 G=(G-Y)+Y=-0.41E+0.41E=0 B=(B-Y)+Y=0.59E+0.41E=E B=(B-Y)+Y=0.59E+0.41E=E（2）未饱和品红色未饱和品红色: :设设R=B=E,G=0.2ER=B=E,G=

29、0.2EY=0.30E+0.59Y=0.30E+0.59 0.2E+0.11E=0.53E 0.2E+0.11E=0.53ER-Y=E-0.53E=0.47ER-Y=E-0.53E=0.47EB-Y=E-0.53E=0.47EB-Y=E-0.53E=0.47E（3）转换特性的非线性对实现恒定亮度原转换特性的非线性对实现恒定亮度原理的影响理的影响:-:-;YYBGRYY0.11B0.59G0.30RY0.11B0.59G0.30RY)342(;BB;GG;RR11111110;0000;0000;000000 将式将式2-342-34代入，得：代入，得：Y Yd d=0.30Ro+0.59Go+

30、0.11Bo=Yo=0.30Ro+0.59Go+0.11Bo=Yo； YYd d=Y=Y2 2+0.30(R-Y)+0.30(R-Y)2 2+0.59(G-Y)+0.59(G-Y)2 2+0.11(B-+0.11(B-Y)Y)2 2+2Y+2Y0.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)0.30(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y) 0.30R-0.30Y+0.59G-0.59Y+0.11B-0.11Y=Y-Y=0 Y Yd d=Y=Y2 2+ +0.30(R-Y)0.30(R-Y)2 2+0.59(G-Y)+0.59(G-Y)2 2+0.11(B-Y)+0.11(B-Y)2 2 =Y =Y2 2+ +YsYs2 2 （公式（公式2-372-37）)(11. 0)(59. 0)(30. 0YYBYYGYYRYd 恒定亮度误差可用恒定亮度误差可用Y Y与与YoYo的比值来表示的比值来表示: :)382(;11.059.030.0)11.059.030.0(0001