数字视频通信-dvt01a

门爱东教授

第1讲电视历史视觉特性三基色原理2主题概述

1-历史、视觉特性和三基色原理

01)机械电视

02)摄像管

03)第一次电视广播

04)现代兼容彩色电视

05)光的特性

06)光源

07)人眼生理

08)视觉现象

09)三基色

10)RGB计色制

11)XYZ计色制

12)显像三基色2-模拟视频基础3-数字音视频压缩编码4-

信道编码调制5-

实际系统3数字媒体DigitalMedia最初的媒体系统是模拟的多数媒体正在转向数字的计算机存储ComputerStorage音乐(CD/MP3)通信munication多媒体Multimedia互联网InternetNetworking(TCP/IP)无线广播(DAB数字音频广播)电视Television(DTTB数字地面电视广播)4什么是电视？WhatisTelevision亮度Luminance-灰度的黑白变化色度Chrominance-色调和饱和度Hue&Saturation声音Sound-音频信息数据Data-文本和其它数据同步Synchronisation-定时指示传送系统TransportSystem-把上述内容传到你的电视系统，包括发射和接收系统5电视发展的里程碑摄像管和摄像机的发明电视的发明电视广播的开始6透视画法以现实客观的观察方式，在两维的平面上，利用线和面趋向会合的视错觉原理，刻画三维物体的艺术表现手法。7光电效应和图象传输1873.爱尔兰（Ireland）JosephMay发现了光电效应。1875.Boston,USA.GeorgeCarey提出了一个基于同时获得图象每个象素的系统。1881,法国，ConstantinSenlecq发表了一个类似想法的改进草案：在单元面和显示灯之间放置两个旋转开关，并且它们以相同的速度连通每个象素和相应的显示灯。在此系统中，图象中所有的点可以通过一根电线传到另一端。这是现代电视的基础：一幅图象画面被转换成一系列图象象素。GeorgeCarey'sidea光电效应8Nipkow早期的机械电视Nipkow机械盘用于扫描图象和收端重建图象。机械盘用于捕捉图象。问题是机械盘的同步和清晰度。PaulNipkow(1860-1940)9JohnLogieBaird-最初的电视1923年11月JohnLogieBaird成为世界上第一个演示真正电视的人，它具有可识别的图象、瞬时的运动和正确的重现明暗等级。扫描采用了Nipkow

机械扫描盘。传输的图象是一个30行扫描的马耳他(Maltese)十字架。1927他还演示了视频记录1928横越大西洋的电视1930隔行扫描系统出现1937高清晰度彩色图象广播1941彩色立体电视1944多枪彩色电视显象管，今天多数家庭电视的先驱者。JohnLogieBairdandhistelevisionapparatusin19261030行机械电视11KarlFerdinandBraun

阴极射线管十九世纪末物理学上的革命性的发现之一——电子是其关键。细小的电子束和没有惯性的特点吸引了众多的研究人员去探索，形成了电子学这门科学。但是机械的方法仍然占有一席之地，竞争持续到1937年。1897，德国的KarlFerdinandBraun发明了阴极射线管CRT。他在管颈周围放置两个电磁圈，使得电子束水平和垂直移动。1897开发了阴极射线示波器，这是雷达屏幕和电视显象管的先驱1907第一次用CRT产生了初步的电视图象他和GuglielmoMarconi共享了1909年的NobelPrize物理奖，以表彰他对无线电技术发展所做出的贡献。俄国科学家BorisRosing建议把此技术用于接收显示屏，并在1907年在SaintPetersburg他的实验室中进行了实验。1908，theScotsmanA.A.CampbellSwinton简述了在发送端和接收端都采用阴极射线管的系统。这是第一个全电子的电视方案。FerdinandBraunA.A.Campbell-Swinton(1863-1930)12电子电视-Farnsworth

在1922，14岁的PhiloFarnsworth有了一个如何制造电子电视的想法。1927年9月7日,Farnsworth在玻璃上画了一个黑正方形，并且在中心刻划一条直线。这个幻灯片在图象分解器（Farnsworth

那年早些时候发明的摄像管）和高温、明亮的碳弧灯之间落下。在接收端，他们看到了直线图象，然后，幻灯片旋转90度，他们也在在移动。这是第一次全电子电视图象传输。

13VladimirZworykin-映象管1923年RCA的VladimirZworykin申请了用于摄像设备的专利，1933年开发了一种摄像管，他称之为映象管。虽然在经过许多年的法律斗争之后，

Zworykin第一个递交了他的专利申请，但Farnsworth

是公认的电子电视的发明者。1923年底，他也制造了图象显象管“Kinescope”。VladimirZworykin(1889-1982)14外光电效应材料摄像管光电像管（Iconoscope）超级光电象管（SuperIconoscope）

正析像管（Orthicon）

超正析像管15视像管－现代摄像管的鼻祖氧化铅管（Plumbicon）—1962年Philips发明硒靶管（Saticon）—1973年Hitachi发明内光电效应材料摄像管视象管Anearlytelevisioncamera(1937)Amoderntelevisioncamera(2000)16CCD摄像机CCD摄象机

CCD的工作由电荷存储和电荷偶合（或称转移）两个基本过程组成。CCD在广播电视和民用领域内全面取代了氧化铅管和硒靶管。家用CCD摄像机广播级HDTVCCD摄像机17CCD图像传感器ChargedCouplingDevice(CCD)sensorswereinventedbyDr.WillardBoyleandDr.GeorgeSmithatBellLabsin1969.TodayCCDsensorsareusedinamultitudeofdevicesfromscannerstotelescopes.CCDsensorsderivetheirnamefromhowthechargeisreadafteranimageiscaptured.Utilizingaspecialmanufacturingprocess,thesensorisabletotransportthebuiltupchargeacrossitselfwithoutcompromisingtheimagequality.Thefirstrowofthearrayisreadintoanoutputregister,whichinturnisfedintoanamplifierandananalogtodigitalconverter.Afterthefirstrowhasbeenread,itisdumpedfromthereadoutregisterandthenextrowofthearrayisreadintotheregister.Thechargesofeachroware‘coupled’soaseachrowmovesdownandout,thesuccessiverowsfollowinturn.Thedigitaldataisthenstoredasafilethatcanbeviewedandmanipulated.Untilrecently,CCDsensorshavebeenpredominantindigitalSLR’sbecauseoftheirhighquality/lownoiseimagesandtheirmaturity,havingbeenproducedforoverthirtyyears.ButnewmanufacturingmethodsofanoldtechnologyhaveledtoinroadsforittosurpassCCDsensors.18CMOS图像传感器CMOS(ComplimentaryMetalOxideSemiconductor)sensorsorActivePixelsensorswerefirstdiscussedinlengthinapaperfromDr.EricFossum,ascientistatNASA’sJetPropulsionLaboratory,in1992.1993throughto1995,JPLdevelopedmuchofthetechnologywhichwouldbeimplementedintotheCMOSsensor.FossumandothermembersoftheJPLco-foundedPhotobitCorporationin1995tocommercializethetechnologiestheyhaddeveloped.In2001,MicronTechnologyacquiredPhotobitanduseditsextensiveknowledgeofCMOSwafermanufacturingtoenhancethedevelopmentfurther.CMOSsensorsderivetheirnamefromthewaytheyaremanufactured.TheyarecutfromaCMOSwaferwhichischeapertoproducethenaCCDwafer,provideslesspowerconsumption,andalsoallowformoreinvolvedcircuitryalongsideofthephotositearray.EachphotositeintheCMOSsensorhasthreeormoretransistorswhichhasitsbenefitsanditsdrawbacks.Thetransistorsallowforprocessingtobedonerightatthephotosite,andeachpixel/photositecanbeaccessedindependently.Becausethetransistorsoccupyspaceonthearray,someoftheinglighthitsthetransistorsandnotthephotosites,whichleadstopicturenoise.CMOSsensorsalsofunctionataverylowgainwhichmaycontributetonoise.19CCDvsCMOSCCDCMOScostexpensivetoproducebecauseofspecialmanufacturingmethodsemployedinexpensivebecauseCMOSwafersareusedformanydifferenttypesofsemiconductorspowerconsumesupto100xmorepowerthanCMOSlowpowerconsumptionnoisehighquality,lownoiseimagessusceptibletonoisematurityproducedforlongerperiod;higherqualityimages,morepixelslessmaturebutequalinlowandmiddlerangeresolutionstoCCDextendedfunctionalitytechnicallyfeasible;otherchipsareusedothercircuitryeasilyincorporatedonsamechipfillfactorhighlow20录像机磁记录1956年4月Ampex展示二英寸四磁头横向扫描录象机1957年，RCA研制了彩色电视录象机六十年代研制出一英寸二磁头螺旋扫描录象机U一matic3/4英寸盒式磁带录象机的出现，为轻小型的现场录象提供了条件VHS家用录象机Beta家用录象机光记录70年代电视视盘（VideoDisc）LD激光视盘VCD视盘DVD视盘蓝光联盟中国的EVD、HVD等Thefirstvideotaperecorder(Ampex,1956)现在的数字磁带录象机21重要的电视发明上述发明奠定了现代电视广播的基础。22第一次广播1935年3月Berlin

开始了电视广播（180lines/frame,25frames/second)。在胶片上产生图象，然后用旋转盘扫描图象。在1936年为BerlinOlympicGames开发了电子摄象机。从此，电视和奥运会紧密结合，成为展示一个国家实力的手段。1935年11月巴黎开始了电视广播，也是采用了机械图象扫描系统(180lines/frame,25frames/second)。在同年，英国EMI公司开发出了全电子电视系统，它具有405行/帧，25帧/秒，隔行扫描，Marconi公司提供了发射机方面的必要的开发支持。ThefirststudioinParisAn"iconoscope"camera,BerlinOlympics,193623第一次广播1936年十一月BBC在伦敦开始电视广播。

英国政府采用Baird系统（机械扫描，240lines/frmae，25frames/second，逐行扫描）作为标准。这两种系统在一定的时间内轮流使用。由于240行机械扫描系统灵敏度低，因此，1937年2月，England最终采用全电子405行系统作为标准。同年，法国采用了455行全电子系统，德国和意大利采用了441行系统。美国（ZworykinandtheRCAcompany）的研究也日新月异。1939年第一个公共电视台在NewYork开播，它采用了340lines/frame，30frames/second。两年后，美国采用了525行60帧/秒的标准。第二次世界大战阻止了电视技术的发展。AdeleDixonopeningtheBBCservicewithaspeciallywrittensong"Television"

二战后电视广播在原来的标准下重新开始发展：英国405行，德国和意大利441行，法国455行。241964年第18届东京奥运会首次采用了彩色电视转播奥运会，推动了黑白电视向彩色电视的革命，使得彩色电视在全世界得到普及；并且美国发射了“辛科姆”卫星，向美国和欧洲转播这届奥运会，这在奥运会史上也是第一次；北京2008奥运？第一次广播25NTSC彩色电视的诞生1929年Bell实验室的H.EIves研制了单个扫描盘的彩色电视系统。1938年，法国GeorgesValensi提出了双兼容的原则：黑白电视接收机也可以接收彩色电视节目。彩色电视接收机也可以收看到黑白节目。1940年CBS的PeterGoldmark演示了一个顺序电视系统，这个系统几乎是不现实的，它的带宽是黑白电视的三倍。1953年美国的NTSC制式。RCA和Hazeltine实验室的研究人员同时发表了第一个兼容系统。国家电视系统委员会（NationalTelevisionSystemsCommittee，NTSC）制式。

Goldmark'ssequentialthree-filtersystemTheNTSCsystem26NTSC彩色电视美国1954年开始NTSC广播。NTSC对传输中相位失真敏感。NationalTelevisionSystemsCommittee(NTSC)

世界上第一个得到广泛采用的彩色电视系统(1966)

一般用于60Hz国家有影响的是525行电视系统亮度和同步采用残留边带AM调制（VSB）(4.2MHz)U&V色度采用AM正交调制(IQ)

色度副载波3.579545MHz声音采用FM或数字子载波调制27SECAM彩色电视1952年欧洲制定了单一黑白标准（625lines,50frames/second）1961年HenrideFrance开发了SECAMSequentielCouleurAvecMemoire(SECAM)

在PAL之前，法国开发的。

625行50Hz彩色系统亮度和同步采用AM调制轮行顺序传送U&V色度分量接收机需要1H色度延迟线色度使用FM，副载波频率4.43361875MHz

声音使用FM28PAL彩色电视在1963年，德国的Dr.WaiterBruch提出了一个NTSC变种系统，这就是PAL(PhaseAlternationbyLine)制式

PhaseAlternationLine-rate(PAL)ColourSystemNTSC和SECAM之后，欧洲开发的。一般用于50Hz国家有影响的是625行系统亮度和同步采用AM调制(5MHz)UV色度分量采用AM正交调制，V(R-Y)分量逐行倒相。色度副载波4.43361875MHz

声音FM或数字子载波调制29中国电视1958年我国开始黑白电视广播70年代初中国制定了PAL/D制，开始了彩色电视试播。80年代正式播出30世界电视制式分布图NTSCPALSECAMPAL/SECAM未知31电视带宽分布图6MHz7MHz8MHzNotinUse32发展趋势数字化节目制造、传输、接收安全、条件接收和版权更高清晰度：SDTVHDTVUHDTV更多视点3DTV多视点MultiViewpoint（MV）FreeViewpointTV（FTV）融合：计算机网络NGI+通信网络NGN+广播网络NGBIPTV(固网＋广播＋IP）UMTS/GPRS

MBMS手机电视（移动＋广播＋IP）DVB-H电视手机（DT