电视技术课件-彩色电视基础知识

广播电视技术基础知识1.1

广播电视系统的组成1.2摄像与显像1.3人眼的视觉特性与电视参数1.4电视扫描1.5全电视信号1.6电视信号的发送1.7电视信号接收技术

1.1广播电视系统的组成

1.1.1广播电视系统广播电视系统是一种用于广播的非专用电视系统。由于它一般采用无线电方式进行信号传输，因此，广播电视系统也可称为无线电视系统或开路电视系统。目前，广播电视系统主要是广播这一单一业务。广播电视系统的组成如图1-1所示。广播电视系统主要由彩色电视摄像机、电视信号的处理器、电视信号的形成电路、电视信号的发射机、电视信号的接收机组成。下一页1.1广播电视系统的组成1.1.2电视图像传送的过程传送活动景物的电视系统，通常由摄像、传输、显像三部分组成。其中涉及信号形式变换、信号选择与编码、各种参量的确定，失真的校正等一系列传输、处理信息的方法与原理。电视技术就是传送和接收图像的技术，电视图像的传送是基于光电转换原理，实现光电转换的关键器件是传送端的摄像管和接收端显像管。下一页上一页1.1广播电视系统的组成电视广播的基本过程如图1-2所示。在传送端，根据光电转换原理将图像（光信号）经过摄像机转变为电信号（视频信号），再经过放大，耦合到图像发射机。图像信号及伴音信号在发射机中分别调制到各自的载波上，从而形成图像高频信号和伴音高频信号，然后用同一发射天线发送出去。在接收端，由电视接收天线将高频图像和伴音信号一起接收下来，在接收机中对信号进行处理（放大及检波）取出反映图像内容的视频信号，并经视频放大后送显像管重现出图像；同时取出反映伴音内容的音频信号，在扬声器中还原出声音。下一页上一页1.1广播电视系统的组成1.1.3图像的顺序传送任何一幅图像都是由许多密集的细小点子组成的。如照片、图画、报纸上的画面等，用放大镜仔细观察就会发现它们都是紧密相邻的、黑白相间的细小点子的集合体。这些细小点子是构成一幅图像的基本单元，称为像素。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰。一幅图像有40多万个像素。返回上一页

1.2摄像与显像

1.2.1摄像摄像的实质是基于光与电的转换，由摄像机来完成。摄像机的核心是一只摄像管，它的作用是把图象的光信号变成相应的电信号，摄像管种类很多，但主要结构和工作原理大体相同。下面以光电导摄像管如图1-3（a）所示。为列，说明图像摄取的原理。在摄像管的前方玻璃内壁上，镀有一层透明的、导电性能良好的金属膜，在金属膜内有一层光电导层，称为光电靶，它由半导体光敏材料制成。被摄景物通过光学镜头正好在光电靶面上成像。由于光像各部分的亮度不同，使靶面各部分的电导率不同，与光像较亮的部分对应的靶像素电导较大；与光像较暗部分对应的靶像素电导较小。于是“光像”就变成了“电像”。下一页

1.2摄像与显像

电子枪装在真空玻璃管内，产生的电子束由阴极射到光电靶，电子束在行、场偏转磁场的作用下，沿靶面从上到下、从左到右地进行扫描，拾取光电靶上各点的信号，产生回路电流，如图1-3（b）所示。当电子束扫描到亮光点对应懂的靶像素时，因靶像素电导较小，产生的回路电流较小，输出的图像信号电平较低；当电子束扫描到暗光点对应的靶像素时，因靶像素电导较小，产生的回路电流较小，输出的图像信号电平较高。这样，就完成了把一副图像分解成像素，并且把各像素的亮度转变成电信号的光电转换过程。下一页

1.2摄像与显像

1.2.2显像电视图象的重现是由显像管来实现的。显像管与摄像管一样，也是一种电真空器件，它主要由电子枪和荧光屏两部分组成，其结构如图1-4所示。电子枪被封装在玻璃管壳内，由灯丝、阴极、栅极、加速极（第一阳极）、聚焦极（第三阳极）、高压阳极（第二、四阳极）组成。在显像管屏面玻璃内壁涂有一层荧光粉，使之成为荧光屏。上一页返回

1.2摄像与显像

电子枪的作用是发出一束聚焦良好的电子束，以高速轰击荧光屏上的荧光粉，使之发光。荧光屏的发光亮度除了与荧光粉的发光效率有关外，还与电子束电流的大小和轰击的速度有关。在显像管电子枪各极加上适当的直流电压，则产生一个聚焦良好的电子束高速轰击荧光屏，在屏幕中心产生一个亮点。这时，如果给套在管径上的偏转线圈中通入合适的电流，则形成偏转磁场，控制电子束对荧光屏进行扫描，形成亮度均匀的“光栅”。

返回上一页

1.3人眼的视觉特性与电视参数

1.3.1视力范围与电视机屏幕人眼视觉最清楚的范围约为垂直夹角150、水平夹角200的一个矩形面积。因此，电视机屏幕的宽高比多为4﹕3。为增强临场感与真实感，也可适当增加宽高比，例如高清晰度电视屏幕的宽高比一般采用16﹕9。显像管屏幕的大小常用对角线尺寸来表示，一般家用彩电有21英寸（54cm）、25英寸（64cm）、29英寸（74cm）。1英寸=2.54cm。下一页

1.3人眼的视觉特性与电视参数

1.3.2主观清晰度与图像扫描行数图像清晰度是人们主观感觉到的图像细节的清晰程度。它与电视系统传送图像细节的能力有关，这种能力称为电视系统的分解力。常用多少“线”表示。分解力又分为垂直分解力和水平分解力。1.垂直分解力垂直分解力是指沿着图像的垂直方向上能够分辨出像素的数目。下一页上一页

1.3人眼的视觉特性与电视参数

2.水平分解力水平分解力是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。

3.每帧图像扫描行数的确定为了获得图像的连续感、克服闪烁效应并不使图像信号的频带过宽，我国电视标准规定帧频为25Hz，采用隔行扫描，场频为50Hz。这样的场频恰好等于电网频率，还可以克服当电源滤波不良时图像的蠕动现象。下一页上一页

1.3人眼的视觉特性与电视参数

1.3.3亮度感觉与电视图像的亮度、对比度和灰度亮度是指人眼对光的明暗程度的感觉。其大小不仅与光的辐射能量有关，还与人眼的主观感觉有关。客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度。重放电视图像的对比度，主要取决于图像中最大亮度与最小亮度之比，还与环境亮度有关，环境亮度越亮，对比度越低。下一页上一页

1.3人眼的视觉特性与电视参数

1.3.4视频图像信号的频带宽度

1.一帧图像的像素全电视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。我国的电视扫描行数为625行，其中正程575行，逆程50行。因此，一帧图像的显示扫描行数为575行。2.图像信号的频带宽度图像信号包括直流成分和交流成分。其中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。返回上一页1.4电视扫描

1.4.1逐行扫描所谓逐行扫描，就是电子束自上而下逐行依次进行扫描的方式。这种扫描的规律为电子束从第一行左上角开始扫描，从左到右，然后从右回到左边，再扫描第二行，第三行，…直到扫完一幅（帧）图像为止。接着电子束由下向上移动到开始的位置,又从左上角开始扫描第二幅（帧）图像。上述电子束作水平方向的扫描叫行扫描，其中电子束自左到右的水平扫描叫行扫描的正程，自右回到左的水平扫描叫行扫描的逆程。下一页1.4电视扫描在电视技术中，电子束的行扫描和场扫描是同时进行的，即电子束在水平扫描的同时也要进行垂直扫描。由于行扫描速度远大于场扫描的速度，因此在荧光屏上看到的是一条一条稍向下倾斜的水平亮线形成的一片均匀亮度，这称为光栅，如图1-5所示。从图1-5中可以看出，电子束在垂直方向从A到B完成一帧扫描。即为帧扫描正程，再从B回到A准备开始下一帧扫描的过程，即为帧扫描逆程。由于帧扫描逆程时间远大于行扫描周期，所以从B回到A的扫描轨迹不是一条直线，而是进行了多次扫描，如图1-6所示。下一页上一页1.4电视扫描1.4.2隔行扫描隔行扫描就是把一帧图像分为两场来扫描。第一场扫描1，3，5，···等奇数行，形成奇数场图像；然后，进行第二场扫描时，才插入2，4，6，···等偶数行，形成偶数场图像。采用隔行扫描，如果每秒传送25帧图像，每秒则扫描50场，即帧频为25Hz，场频为50Hz，由于人眼每秒依次看到50幅画面，不会有闪烁的感觉。下一页上一页1.4电视扫描我国电视规定：帧频为25Hz，一帧图像分625行传送，所以行扫描频率为fH=25×625=15625Hz。隔行扫描电子帧频较低，电子束扫描图像时所占的频带宽度较窄（约6MHz），对电视设备要求不高，因此，它是目前电视技术中广泛采用的方法。隔行扫描的关键是要保证偶数场正好嵌套在奇数场中间，否则会降低图像清晰度，甚至出现并行现象。

下一页上一页1.4电视扫描1.4.3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：行周期TH=64μs；行频fH=15625Hz；行正程TSH=52μs；行逆程TRH=12μs；场周期TV=20ms；场频fV=50Hz；下一页上一页1.4电视扫描场正程TSV=287TH+20(μs)=18.388ms≈18.4ms；场逆程TRV=25TH+12(μs)=1.612ms≈1.6ms；帧周期TZ=40ms；每帧行数Z=625行（其中：正程575行）；帧频fZ=25Hz；每场行数312.5行（其中：正程287.5行）

返回上一页1.5全电视信号1.5.1图像信号电视信号的主体信号——图像信号，是由光电转换器件把光像中明暗不同的像素分布转变成按时间顺序排列的电信号。1.图像信号及其特征图像信号是由摄像管将明暗不同的景像转变而得的电信号。由图1-7可见，图像信号具有如下特征:(1)含有直流，即图像信号具有平均直流成分，其数值确定了图像信号的背景亮度。下一页1.5全电视信号(2)对于一般活动图像，相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性。

2.图像信号的基本参量亮度、对比度和灰度是电视图像转换中三个十分重要的参量。图像质量的好坏，可由它们给予完整的描述。下一页上一页1.5全电视信号显然，周围环境越亮，电视图像的对比度就越低。为了使重现图像逼真．必须以保持重现图像的对比度与原景物的对比度接近相等为前提。很显然，苦图像信号的黑、白电平差别越大，则对比度越高。灰度。即亮度级差或称亮度层次。它反映电视系统所能重现的原图像明、暗层次的程度。实际上，电视系统重现图像，由于受到显像管发光亮度的限制。不可能达到客观景物实际亮度，但只要能反映客观景物的对比度和灰度，便可获得满意的效果。下一页上一页1.5全电视信号1.5.2消隐信号复合消隐信号包括行消隐和场消隐信号。行消隐信号出现在行扫描逆程期间，用来消除行回扫线；场消隐信号出现在场逆程期间，用来消除场回扫线。复合消隐的电压波形如图1-8所示。复合消隐脉冲的相对电平为75%，相当于图像信号黑电平。行消隐脉宽为12μs，周期为64μs，场消隐脉宽为1612μs，周期为20ms。下一页上一页1.5全电视信号1.5.3复合同步信号电视系统中，收、发扫描必须严格同步，即收、发扫描对应的行、场起始和终止位置必须严格一致，否则就会出现画面失真或不稳定现象。复合同步信号包括行同步脉冲、场同步脉冲、开槽脉冲和前后均衡脉冲。1.电视扫描的同步所谓同步是指接收端与发送端的扫描点保持一一对应的几何位置，它要求收、发两端的电子束扫描必须同频、同相。下一页上一页1.5全电视信号2.行、场同步信号行、场同步信号是在行、场消隐期间传送的脉冲信号，用于保证电视机的行、场扫描与发送端同步。行、场同步信号的电平高于消隐电平25%，占据电视信号75%~100%的位置。行同步脉冲的宽度为4.7us，其脉冲前沿滞后行消隐脉冲前沿约为1.3us；场同步脉冲的宽度为160us（2.5个行周期），其脉冲前沿滞后场消隐脉冲前沿约为160us。行、场同步信号如图1-9所示。下一页上一页1.5全电视信号

3.槽脉冲和均衡脉冲由于场同步脉冲持续2.5个行周期，如果不采取措施就会丢失2～3个行同步脉冲，使行扫描失去同步，直到场同步脉冲过后，再经过几个行周期，行扫描才会逐渐同步，从而造成图像上边起始部分不同步。为了避免上述情况发生，可在场同步脉冲期间开5个小槽来延续行同步脉冲，这就是槽脉冲。槽脉冲宽度与行同步脉冲相同，它的后沿与行同步脉冲前沿（上升沿）相位一致。这样，在场同步脉冲期间，槽脉冲起行同步脉冲的作用，从而消除了图像上部的不同步现象。

下一页上一页1.5全电视信号1.5.4全电视信号波形及频谱1.全电视信号波形将以上介绍的图像信号、复合同步、复合消隐、槽脉冲和均衡脉冲等叠加，即构成黑白全电视信号，通常也称其为视频信号，其波形如图1-10所示。全电视信号有如下三个特点：①脉冲性。②周期性。③单极性。下一页上一页1.5全电视信号2.全电视信号的频谱所谓频谱，就是电信号的能量按频率分布的曲线。全电视信号的频谱，应是它所包含的主体信号(图像信号)与辅助信号的频谱之和。图像信号、各辅助脉冲信号的频谱如图1-11、图1-12所示，全电视信号频谱如图1-13所示。

返回上一页1.6电视信号的发送1.6.1全电视信号调制1．图像信号的调幅所谓调幅，是指高频载波的幅度随着所要传送图像信号幅度的变化而变化，此图像信号叫调制信号。对图像载频调制有两种情况：一种是用负极性的图像信号对载频进行调制。称为负极性调制；另一种是用正极性的图像信号对载频进行调制。称为正极性调制。如图1-14所示。下一页1.6电视信号的发送我国电视标准规定，图像信号采用负极性调制。采用负极性调制具有下列优点：①抗干扰能力强。外来干扰脉冲对图像的干扰表现为黑点，这使人眼的感觉不怎么明显。②便于实现自动增益控制。由于负极性调制同步头电平最高，且采用黑电平固定措施，故易于实现自动增益控制，可以简化接收机的自动增益控制电路。③节省发射功率。随着图像亮度增大，发射机输出功率就减小。下一页上一页1.6电视信号的发送2．残留边带发送图像信号的最高频率为6MHz，所以已调波频谱宽度为12MHz。如图1-15所示。如果要发送频带如此宽的信号，不仅会使电视设备复杂，而且在有限的频段内使电视频道数目减少，所以需要压缩频带。实际上载频不含信息，上、下边带携带的信息相同，故单边带发送就可完成全电视信号的传输，但单边带发送需将上边带或下边带完全滤除，这是比较困难的，会使电视设备复杂化。下一页上一页1.6电视信号的发送1.6.2伴音信号的调频所谓调频，就是将欲传送的伴音信号作为调制信号去调制载波的频率，使载波的瞬时频率随伴音信号的幅度变化而变化。伴音信号所以采用调频方式发送，是由于调频方式音质好，抗干扰能力强。因为调频波是等幅波，外来干扰使接收到的信号振幅变化时，在接收机的伴音通道中可以用限幅器将信号幅度限定为等幅，从而消除或减少干扰的影响。下一页上一页1.6电视信号的发送1.6.3全射频电视信号的频谱全射频电视信号由已调高频图像信号和已调高频伴音信号组成，其频谱分布如图1-16所示。我国电视标准规定，伴音载频fs比图像载频fc高6.5MHz，高频图像信号采用残留边带方式传送，高频伴音信号采用双边带方式传送。下一页上一页1.6电视信号的发送由图可知，由于滤波特性不可能太陡，因此高频图像信号下边带在1.25MHz处衰减20dB；伴音信号带宽为±0.25MHz，由于fs比fc高6.5MHz，而图像信号带宽为6MHz，因此伴音信号在图像信号频带之外，从而有效地防止了相互干扰。

下一页上一页1.6电视信号的发送1.6.4彩色全电视信号波形的总结

对这种由多种信号构成彩色全电视信号进行如下总结。①它是黑白、彩色电视接收机均能使用的兼容性电视信号。②参与混合的各种信号均保持着独立性。下一页上一页1.6电视信号的发送③对静止图像而言，其电视信号以帧为重复周期，其场间、行间相关性也较大;对活动图像而言，则可说是帧间、行间相关性较大的非周期信号，但其同步与消隐信号仍是周期的。④它是视频单极性信号(电视台通常发送一种彩条幅度压缩为75%的负极性的彩条信号)，既含有直流分量，又含有交流分量，且是上下不对称的信号，其总频带宽为0～6MHz。

下一页上一页1.6电视信号的发送1.6.5电视频道划分1.我国无线广播电视频道的划分2．我国有线电视增补频道的划分从无线广播电视频道划分可知，Ｉ波段为1~5频道（又称L频段），频率范围为48.5~92MHz。

Ⅲ波段为6~12频道（又称H频段），频道范围为167~223MHz。Ⅳ、Ⅴ波段（又称U频段）为13~68频道，频率范围为470~958MHz。下一页上一页1.6电视信号的发送目前，我国有线电视广播的传输系统分为四种，以传输系统的上限频率划分：①300MHz传输系统，可传送节目数为28套，即标准频道VHF（1~12）和增补频道Ｚ1～Ｚ16。②450MHz传输系统，可传送节目数为47套，即标准频道1~12频道和增补频道Ｚ1～Ｚ35。下一页上一页1.6电视信号的发送③550MHz传输系统，可传送节目数为60套，即标准频道1~22频道和增补频道Ｚ1～Ｚ38。④870MHz传输系统，可传送节目数为95套，即包括标准频道1~57频道和Ｚ1～Ｚ38全部增补频道。

返回上一页1.7电视信号接收技术1.7.1黑白电视接收机的组成1．黑白电视机组成图1-17为黑白电视机方框图。从图中可看到黑白电视机主要由公共通道、视频通道、伴音通道、扫描电路系统和电源电路等部分组成。2．黑白电视机各部分的作用1）高频调谐器（高频头）由天线收到的高频图像信号与高频伴音信号经馈线进入高频头。高频头由输入电路、高频放大器、本振和混频级组成。下一页1.7电视信号接收技术2）中频放大器将混频器送来的图像中频和伴音中频，按一定频率特性进行放大。对图像中频信号放大达60dB左右；而对伴音中频信号的放大则小得多，只有34dB左右。3）视频检波器视频