电视原理与现代电视系统课件

电视原理

与现代电视系统PrincipleofTVAndModernTVSystem综述电视基础知识彩色电视制式与彩色电视信号广播电视系统电视接收系统数字电视与高清晰度电视概述电视诞生的年代

电视发展的过程

电视的作用

电视的未来第一章

电视基础知识

视广播系统与无线电广播系统区别：a.相同之处在于它们都是将信号调制到高频信号，即载波上；在接收端再将其恢复。b.不同的地方是电视系统除了要传送语音节目外，`还要传送图像信号和扫描同步信号。1．1

电子扫描1.1.1像素概念电视图像的构成：像素，40多万；图像传送：顺序；扫描方式：逐行、隔行扫描，50次/S；扫描方向：自上而下，从左至右。像素顺序传送示意图1.1.2光电、电光转换显象管结构示意图1.1.3电子扫描逐行扫描隔行扫描隔行扫描的图像扫描电流与重现图像关系a)线性扫描，图像无失真b)行扫描非线性失真，产生左伸、右缩的非线性失真c)场扫描非线性失真，产生上拉、下压的非线性失真1.2黑白全电视信号1.2.1主体信号：图像信号图像信号基本参数图像信号与特征1.2.2辅助信号复合同步信号复合消隐信号槽脉冲与均横脉冲复合同步与消隐信号无均衡脉冲积分器输出有均衡脉冲积分器输出1.2.3黑白全电视信号全电视信号波形黑白全电视信号有7个：图像信号、复合行同步与场同步信号、复合行消隐与场消隐信号、槽脉冲信号、均横脉冲信号。同步信号顶的幅值电平：100%黑色电平和消隐电平幅度：75%白色电平幅度：10～12.5%图像信号电平介于白色与黑色电平之间黑白全电视信号彩色基本概念1.3.1彩色与光光有单色光与复合光。太阳光随波长由长到短所呈现的颜色依此为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。决不能以颜色来判断光谱的分布。一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一颜色则可由不同光谱分布而获得。1.3.2视觉特性1.相对视敏曲线对于相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉是不同的。2.人眼的亮度感觉即包括人眼所能感觉到的最大亮度范围与最小亮度范围的差别，及在不同环境亮度下对同一亮度所昌盛的主观亮度感觉。3.人的色彩感觉人眼对彩色感觉的生理特征。1.3.3彩色三要素和三基色原理1.彩色三要素彩色光通常可由亮度、色调、及饱和度三个物理量来描述，这三个量被称为彩色三要素。2.三基色自然界中绝大多数彩色可用三种不同颜色的单色光按一定比例混合得到，那么这三种颜色就称为三基色。3.混色法空间混色法时间混色法生理混色法4.色度三角形1.3.5彩色图像摄取与重现被摄物体为一彩条，经过摄像后，在三个摄像管上所形成的三幅基色图像与信号如下：彩色图像重现1.3.6系统分解力与图像清晰度1.垂直分解力图像垂直分解力取决于系统沿垂直方向所能分解黑白相间的条纹数。M=K*Z’2.水平分解力沿水平方向电视系统所能分解的黑白相间的条纹数。N=K’*M第二章彩色电视制式

与彩色电视信号彩色制式：指对彩色电视信号加工处理和传输的特定方式，即NTSC、PAL、SECAM。2.1兼容制传送方式2.1.1兼容的必要条件1所传送的电视信号中应有亮度信号和色度信号两部分。2彩色电视信号通道的频率特性应与黑白电视通道频率特性基本一致。3彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率。4应尽可能减小黑白电视收看彩色节目时的彩色干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰。2.1.2大面积着色原理当重现彩色图像时，对面积较大的各种颜色较为敏感，而对彩色的细节部分辨识能力较差。因此，彩色图像的细节部分在一定距离上观看，所表现为亮度上的差别，而无颜色的差别。那么在传送彩色图像时，只有大面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度信息。而彩色的细节部分，则可以用亮度信息来取代，例如红色：彩色图像细节部分用亮度信息表示1.0mm2.5mm5mm2.1.3频谱交错原理将色度信号通过一副载波的调制，使谱线搬移，并交错地安插在黑白信号的频谱中去。2.2亮度信号与色差信号Y=0.3R+0.59G+0.11B在Y、R、G、B共4个变量中，只有3个变量时独立的。因此，只要传送Y与三个基色中的任意两个，既满足兼容需要，又可以满足传送亮度与色度信息的需要。在色度信息时，通常选择传送不反映亮度信息色度信息，即色差信息：（R-Y）、（G-Y）、（B-Y）红色差绿色差蓝色差2.2.1亮度、色差与RGB关系亮度关系式：Y=0.3R+0.59G+0.11B色差关系式：(R-Y)=0.7R-0.59G-0.11B(B-Y)=-0.3R-0.59G+0.89B(G-Y)=-0.3R+0.41G-0.11B通常选取(R-Y)与(B-Y)作为传送对象。那么(G-Y)为：(G-Y)=-0.51(R-Y)-0.19(B-Y)将色差信号与Y信号相减即为三基色信号。记住彩色图像摄取在传送黑白电视信号时，其色度信号为零，此时R=G=B=E，

Y=0.3E+0.59E+0.11E=ER-Y=E-E=0B-Y=E-E=0若R、G、B不相等，且不为零，此时被传送的彩色为非饱和色。只有其中一个或两个为零，则所传送色彩色为饱和色。注意：色差信号并不对应某一个颜色，即红色差信号并不表示红色；蓝色差信号并不表示蓝色。恒定亮度原理在不计γ失真及传输系统非线性的条件下，色差信号受到干扰时，将不会影响亮度信号。传送后的电视信号：Yt、(R-Y)t、(B-Y)t，显示端的信号为：Rd=(R-Y)t+YtBd=(B-Y)t+YtGd=[-0.5(R-Y)t-0.19(B-Y)t]+Yt所以显示的亮度为Yd为：Yd=0.3Rd+0.59Gd+0.11Bd=Yt对于黑白电视机而言，接收彩色信号时会产生亮度误差，只有接收黑白图像时，亮度误差才为零。2.2.2标准彩条亮度与色差信号的波形与特点100%幅度，100%饱和度彩条信号。三基色电压亮度信号：含直流、单极性。色差信号：奇对称、交流、不含直流成分。2.3色度信号与色同步信号2.3.1色度信号形成色度信号：将两个色差信号分别对正交的两个副载波进行平衡调幅而得到的信号。1.平衡调幅：即抑制载波的一种调制方式，调制信号为:载波信号为：所以：平衡调幅平衡调幅的过程就是将调制信号与被调制信号相乘。平衡调幅的特点：1.平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。2.调幅信号为正值时，平横调幅波与载波同相；调幅信号为负值时，平横调幅波与载波反相。平衡调幅的优点：由于抑制了载波，可使传送同样信息能量所需功率大为减少；减少副载波对亮度过信号的干扰。2正交调幅将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90度的两个正交载波进行调幅，然后再将着两个调幅信号进行矢量相加，即可得到正交调幅信号:如果两个调制信号分别对正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为正交平衡调幅信号：3色度信号的形成将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行平衡调幅之前，先要进行压缩：U=0.493(B-Y)V=0.877(R-Y)然后U、V分别对两个正交副载波进行调制：

色度信号的振幅和相角分别为：正交平衡调幅色地信号形成框图副载波发大U平衡调幅V平衡调幅90度移相UVsinωsctsinωsctcosωsctFvFu2.3.2同步检波原理同步检波是利用两个色度分量FU和FV的相位差来解调出色差信号的，也称为同步解调。式中U/2是解调出的色差信号，频带为0

1.3MHz。同样利用cos

sct可解调出V信号。同步检波原理框图乘法器低通滤波90度移相低通滤波乘法器副载波恢复FsinωsctcosωsctUV2.3.3色同步脉冲在同步解调过成中，需要一个与发送端同频、同相的副载波。因此需要在发送端发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发送端副载波频率与相位信息的信号，即色同步信号。2.3.4彩条对应的信

号波形及矢量图未压缩彩条信号：如果彩条信号未压缩，则会造成蓝、红条彩条信号幅度高于同步脉冲幅度，破坏同步。黄条、青条信号低于白色电平，甚至小于0，可使发射机产生过调制，造成图像失真，伴音中断。彩条矢量图彩条矢量图：1.它以矢量方位表示色调；2.以矢量大小表示饱和度。2.4NTSC制色差信号及

编码、解码过程在平衡调制之前，对被压缩的色差信号U、V进行一定的变换，即产生I、Q信号。I信号带宽为：-1.5～0.5MHz；Q信号带宽为：-0.5～0.5MHz。I、Q信号与U、V信号之间的关系为：2.4.2NTSC制编码方框图矩阵电路低通延迟线平衡调制器平衡调制器+副载波形成电路+延迟线平衡调制器低通RGBYIQ12333180S脉冲K脉冲A脉冲YFBASFbNTSC制解码方框图延迟线带通门电路陷波器同步检波器同步检波器副载波恢复延迟线矩阵电路FBASFbF12333YIQRGB矩阵电路解码矩阵编码矩阵NTSC制频带分配谱图-1.250fsc4.5MHz伴音载频图像载频QI2.4.3NTSC制主要参数及性能fv=60Hz；fH=15734Hz；每帧525行；图像信号带宽为4.2MHz；伴音与图像载频之差为4.5MHz；fsc=3.579MHz。I信号带宽为：-1.5～0.5MHz；Q信号带宽为：-0.5～0.5MHz。NTSC制的特点1NTSC制采用1/2行间置，使亮度信号与色度信号频谱以最大距离错开。2信号组成方式简单。3色度信号每行均以同一方式传送。4I信号谱上边带为压缩边带。5不足之处在于存在相位敏感性。2.5PAL制及其编、解码过程PAL制是在NTSC基础上改进并发展产生的。它克服了NTSC制对相位敏感的特点。PAL与NTSC不同之处在于使其中一个色度分量Fv逐行倒相。2.5.1相位失真的概念及影响彩色图像失真：亮度失真、饱和度失真、色度失真。色度失真对人最敏感。而引起色度失真的主要原因在于信号的相位失真。2.5.2PAL色度信号PAL制色度信号Fv分量逐行倒相，其规律是：如果第n行的色度信号为：第n+1行色度信号为：所以PAL制色度信号的表达式为：隔行扫描逐行倒相的正负号改变规律1(+)314(-)317(+)4(-)2(-)315(+)3(+)316(-)313(+)N(NTSC)P(PAL)PNNPPPNNPPNN4(+)2(+)3(-)1(-)314(+)315(-)316(+)317(-)奇数帧偶数帧逐行倒相色度信号矢量图-FvFn+1FvUVFnFV逐行倒相实现框图U平衡调幅器V平衡调幅器90度移相180度倒相UUcosωsct+VcosωsctV+cosωsctPAL开关-cosωsctcosωsct半行频方波psinωsctsinωsct12XpXV逐行倒相波形关系(a)半行频波(b)90度移相后的副载波(c)逐行倒相输出副载波逐行倒相关系式式中m为正整数，且取奇数；

=2

fH/2。所以±fv信号也是具有以fH为间隔，与fu相加有的信号频谱刚好错开半个行频。PAL色度信号频率（a)(b)(c)fffUUUUUUUUVVVVVVVVVUUUUUUUUVVVVVVVVfHfHfHfHfH/2fH/2fscfsc2.5.3PAL克服相位敏感原理△φFnF’n+1F’n+1Fn+1F’nF’UFn(N行）F方位UVVFn+1(P行）α-α00相位无失真情况相位失真情况2.5.4PAL副载波选择分解图(a)(b)(c)fH/2fH/2fH/2fH/2fscfscfscfH/4fH/4fH/2UUUUVVVVVVVVVVVVUUUUYYYYYYYYYYYVVVVVVUUUUY行频与副载频之间关系副载频与整数行频有1/4fH的频差，称之为为1/4行间置。对于PAL制来说，fH=15625Hz，fv=50Hz，带宽为6MHz，根据fsc尽量高的原则，取n=284，所以fsc为：fsc=(284-1/4)*15625+25Hz=4.43361875MHz式中25Hz是为使色度信号与亮度信号副谱线之间的间距增大，减少亮色干扰。记住2.5.5制色同步信号PAL制彩色电视机在解调色度信号时，需要对PAL行送-cos

sct副载波，而对NTSC行送cos

sct副载波。因此需要一个识别PAL行与NTSC行的识别信息。这个识别信息是寄存在每一行的色同步信号相位中，即表现为相邻两行色同步信号的相位不同。PAL制色同步信号矢量方框图U平衡调幅器V平衡调幅器+－K+KSinωsct+cosωsct－90°+90°180°180°－135°＋135°Sin(ωsct±135°）FbPAL色同步信号矢量图V路色同步矢量V路色同步矢量U路色同步矢量NTSC行色同步矢量PAL行色同步矢量VFbv(n+1)Fbv(n)Fbv(n)Fbv(n+1)Fbv+135°－135°－45°+45°U2.5.6PAL制编、解码过程PAL解码器及各点波形亮、色信号分离梳状滤波器为了使梳状滤波器能有效地分离两个色度信号，延迟线的延迟时间要有准确的数值，即延迟后色度信号的副载波相位要与延迟前相同或相反，以实现相邻两行色度信号相减或相加时能分别输出两色度分量。而延迟时间

d应选择非常接近于行周期64

s。63.943

s延迟线+—Ffvfu根据：fsc=(284-1/4)fH+25Hz得：TH=283.75Tsc+25Tsc/15625=283.751Tsc所以可选择

d为副载波半周期Tsc/2的567或568倍关系，即：

d=567*Tsc/2=283.5Tsc=63.943

s设输入到梳状滤波器第n行色度信号为：

F(n)=Usin

sct+Vcos

sct=Fu+Fv第n+1行色度信号为：

F(n+1)=Usin

sct-Vcos

sct=Fu-Fv延迟线输出第n-1、n行色度信号分别为：

F’(n-1)=-F(n-1)=-Fu+FvF’(n)=-F(n)=-Fu-Fv所以在第n行输入时，相加电路的输出为：

F(n)+F’(n-1)=(Fu+Fv)+(-Fu+Fv)=2Fv相减电路的输出为：

F(n)+F’(n-1)=(Fu+Fv)-(-Fu+Fv)=2Fu在第n+1行输入时，相加、相减电路的输出分别为：

F(n+1)+F’(n)=(Fu-Fv)+(-Fu-Fv)=-2FvF(n+1)+F’(n)=(Fu-Fv)-(-Fu-Fv)=2Fu梳状滤波器分离色度信号原理(a)梳状滤波器分离的波形、频谱(b)梳状滤波器频率特性：色同步与色度的分离原理及波形门A在行扫正程期开启，逆程期关闭；门B在行扫正程期关闭，逆程期开启；2.5.7PAL制的主要性能特点1克服NTSC制相位敏感的缺点；2PAL制采用1/4间置，实现了亮度与色度信号的频谱交错；3梳状滤波器在分离色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了3dB；4由于采用1/4间置，在实现亮色分离技术上较NTSC难；5存在行顺序效应。2.6SECAM制编码制及编、解码过程2.6.1SECAM制的主要特点1SECAM制中两个色度信号采用顺序传送方式；2发送端对(R-Y)、(B-Y)两个色差信号采用轮换调频的方式。在接收端要对每一行色差信号使用两次；3对两个副载波信号采用强迫定位方式；4由于逐行轮换传送色差信号，使彩色垂直清晰度下降。2.6.2SECAM制编码制方框图矩阵亮度干扰抑制电路延迟线+频率调制器带通限幅器倒相器限幅器高频予加重带通副载波消隐门电路鉴相器低通低通+。。。。。。RGBYDRDBFh/2fH/29行识识脉冲Fv/2fH/3fSRfSB9行行脉冲场频脉冲行频脉冲S脉冲FBAS行消隐脉冲第3章广播电视系统电视系统的分类：1广播电视系统与应用电视系统；2有线电视系统与无线电视系统；3模拟电视系统与数字电视系统；4普通电视系统与高清晰度电视系统；5单业务电视系统与多业务电视系统。3.1广播电视系统概述摄像机（1）测苏醒号发生器电视电影幻灯录像均衡放大器均衡放大器信号放大与处理编码器视频信号换换设备线路放大图像发射机伴音信号放大伴音发射机同步设备黑白接收机彩色接收机双工器（导演控制）（技术监测）城市间节目交换现场转播3.2电视信号的产生在电视台演播室里，产生视频信号源主要有：1摄像机、幻灯机、电视电影机磁带录像机、光盘播放机、测试信号发生器等。2电视实况转播车、转播卫星、微波中继线路等。3.2.1彩色电视摄像机摄像器件通常有：光电导摄像管、CCD摄像器件。CCD电偶合器件CCD是一种能够将入射光变为电荷包，将对电荷包加以储存和转移的器件CCD工作原理包括：光电转换、信号电荷积累、电荷转移三个过程。CCD阵面结构CCD摄像管特点寿命长：一般为20年左右成本低：没有机械装配及附属装置机械性能好：耐震、耐撞体积小：没有玻璃真空管及电子强等重合精度高：CCD与镜头固定牢靠、匹配精度高暂留特性好：适于拍摄运动图像条状滤色器及光谱特性条状滤色器用于单CCD摄像器件中。而在三片式CCD摄像装置中，没有条状滤色器。AB3.4电视信号形成3.4.1视频全电视信号形成摄像机输出的R、G、B信号，经过各种校正后，与各种同步信号一起输入到编辑器，在经过一系列处理加工后形成彩色视频全电视信号输出。电视台在进行节目联播时，由于本台同步与外来电视信号同步不一致，将会造成图像翻滚，甚至丢失图像。因此需要将本台信号与外来信号进行同步。帧同步法：这是一