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第2章 电视传像基本原理,电视系统的组成: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 理信号的方法与原理。 2.1、电视系统组成原理 1、图像的表示法 亮度 L=f (x,y,z,t) 色调 H=f (x,y,z,t) 色饱和度 S=f (x,y,z,t) 亮度方程: L=f (x,y,t),图像的顺 序传输,什么是像素A和B? 构成一幅图像的基本单元 传送的种类 同时制:信道太多 顺序制:保持同步 什么是扫描 将图像转变成顺序传送的电信号的过程。 顺序传送电视系统,像素的概念 像素的传送具有以下两个特点: 第一是要求传送速度快。 第二是传送要准确,顺序传输电视系统,传输语音信号的无线电广播,主要包括发射与接收两大部分。在发端主要完成将语音变为电信号(称音频信号),并经放大、调制,然后由天线以高频电磁波形式发射出去。收端则正好相反,将收到的高频电磁波经高放、解调、音频放大,最后送扬声器发出声音。图1给出了无线电语音广播原理图。(音频技术),电子扫描 1. 逐行扫描 在电视系统中,摄像管和显像管的外面都装有偏转线圈,当线圈中分别流过如图所示的行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。,图 逐行扫描电流波形 (a)行扫描电流波形; (b)场扫描电流波形,据左手定则,电子束通过垂直磁场 应产生水平偏转,从而实现电子束 的水平扫描。,图 光栅形状 (a)只有行扫描; (b)只有场扫描; (c)行、场扫描同时存在,图 偏转线圈结构示意图 (a)行偏转线圈; (b)场偏转线圈,2. 隔行扫描 所谓隔行扫描,就是在每帧扫描行数仍为625行不变的情况下,将每帧图像分为两场来传送,这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1,3,5,奇数行;偶数场传送2,4,6,偶数行。,图 隔行扫描光栅及电流波形 (a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形,第一场(奇场),从左上角开始按11,33,顺序扫描,直到最下面的中点a为止,共计 行,完成了第一场正程扫描。 第二场(偶场),扫描从a点开始,先完成第一场扫描留下的半行a11行的扫描,接着完成22,44,等偶数行的扫描。,扫描,将图象转变成顺序传送的电信号的过程,在电视技术中称为扫描。 1:行扫描:自左到右的扫描. 2:场扫描:自上而下的扫描. L=fL(x,y,t) x=x1(t) y=y1(t) L=fLx1(t),y1(t),t uL=f(t) 电视扫描已经把图象信息在空间(行)和时间(场)上离散化了,但在一定距离外观看仍能形成连续的感觉。,光和电的转换原理,一、摄像 电子枪的组成:灯丝、阴极、 控制栅极、加速极和聚焦极。 光电靶的等效电路,同时制彩电传送,1/,1/,1/,彩色显像管,彩色图像的重现(同时投影混色法),电视扫描原理,一、逐行扫描 一行紧跟一行的扫描方式。,隔行扫描,一、隔行扫描的提出 1:定义、是将一帧电视图像分成两场进行扫描(从上到下为一场)。 帧频=25Hz 场频=50Hz 帧周期=40 ms 场周期=20ms 2:隔行扫描的缺点 (1)行间闪烁效应, (2)并行现象, (3)“锯齿现象”.,隔行扫描光栅,9,11,11,图 隔行扫描光栅及电流波形 (a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形,第一场(奇场),从左上角开始按11,33,顺序扫描,直到最下面的中点a为止,共计 行,完成了第一场正程扫描。 第二场(偶场),扫描从a点开始,先完成第一场扫描留下的半行a11行的扫描,接着完成22,44,等偶数行的扫描。,(a)正极性亮度递减信号; (b)负极性亮度递减信号; (c)一般的负极性图像信号,(a)复合同步信号;(b)复合消隐信号; (c)复合同步与复合消隐信号,(a)分离电路原理图; (b)各点波形,(a)复合同步信号; (b)积分输出波形; (c)加有均衡脉冲的 复合同步信号; (d)加有均衡脉冲后 的积分器输出波形,扫描的同步,一、扫描的同步 什么是同步:是指接收端与发射端的扫描点有一一对应的几何位置。 二、消隐脉冲与复合同步脉冲 为了使扫描逆程光栅不显示(消隐),需要加入行、场消隐脉冲,使扫描逆程期间电子被截止。这时的图像信号电平称为消隐电平。,同步,视频系统,摄像系统,复合同步和前后开槽脉冲,开槽场同步脉冲与均衡脉冲,奇数场,偶数场,H,2、5H,H/2,H/2,第三节电视图像的基本参数,一、电视图像的基本特征:图像尺寸与几何形状;图像对比度与亮度的层次;图像的色度;图像的清晰度;图像的连续性。 二、电视系统的一系列指标和标准 扫描参量的选择(帧频、场频、行频、扫描行数);系统通频带的选取; 系统 校正系数的确定; 系统各种非线性失真系数的确定; 彩色电视制式的确定; 荧光粉色度坐标与基准白的确定。,图像的几何特征,常见的几种失真方式 行线性失真 场线性失真 枕形失真 桶形失真 S形扭曲失真 图形和波形在P60,Dmin,Hmax,Hmin,Dmax,图像的连续性与场频的确定,选择场扫描频率时要考虑不出现光栅闪烁、不易受干扰、传送活动图像时有连续感觉、图像信号占用频带不应太宽。fc=algLm+b(Lm是光脉冲宽度) 人眼的临界闪烁频率与许多因素有关: 屏幕亮度、图像内容的变化、观看条件以及荧 光粉的余辉时间。 场频fv和电源工作频率f=50HZ有关。,扫描电流与重现图像的关系 (a)线性扫描,图像无失真; (b)行扫描非线性,产生左伸、右缩的非线性失真; (c)场扫描非线性,产生上拉、下压的非线性失真,扫描行数及有关参数的确定1,一:清晰度与分解力 图象清晰度是主观感觉到的图象细节的清晰程度。 电视系统的分解力是电视系统传送图象细节的能力。 标称分解力- 用扫描行数来表示电视系统的分解力。 二:垂直分解力 它取决于系统沿图象垂直方向所能分解的像素数,它与扫描行数有关,但小于扫描行数. 有效行数为Z(1-) 垂直分解力M=KeKi(1-)Z Ki为隔行因子Ki=0.60.7 Ke=0.76,扫描行数及有关参数的确定2,三:水平分解力 沿着图象水平方向电视系统所能分解的像素数。 N=KKe(1-)Z K表示为幅型比 四:图象信号的最高频率-电视通道的频带宽度 fmax=Kke(1-)/(1-)fvZ =0.18 =0.08 视频带宽=6MHZ。,K(f),f,0,6MHZ,td,扫描行数Z的确定,fmax=Kke(1-)/(1-)fvZ 扫描行数愈多,图像被分解的像素愈多,图像愈精细清晰,但是信号带宽愈宽,将导致在一定波段的电视频道的数目减少,同时将导致电视设备复杂化. =3438h/DM(分) min=11.5 Mmax=3438h/D=573 Zmax=Mmax/0.7=819 fmax=10MHZ 我国采用Z=625行 行频fH=fFZ=25625=15625(HZ),视频图像信号,它是指经扫描、光电转换过程由光像转变成的电信号,或再经过校正和线性组合等处理过程而形成的视频信号。 一:黑白图像信号 摄像时通过电子扫描,图象上下不同明暗程度的像素分布就变成了按时间顺序排列的强弱不同的电信号(电压或电流)所以电视图像信号是一系列的电脉冲,其电平大小与像素的亮度成正比例,它是单方向性,(只有正值没有负值),但是它有正极性和负极性。,黑白图像信号的波形,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。,归纳起来,图像信号的频谱具有如下特征: (1)以行频及其谐波为中心,组成梳齿状的离散频谱。 (2)随着行频谐波次数的增高,谱线幅度逐渐减小。 (3)实践证明,无论是静止或活动图像,围绕行谱线分布的场频谐波次数不大于20(即图中m20)。按m=20计算,各谱线群所占频谱宽度仅为2mfv=202050=2kHz,相邻两主谱线间距为15.625kHz,可见各群谱线间存在着很大的空隙。,黑白图像信号频谱,当是A图时 E(t)=Cnejn 当是B图时 E(t)= 请看书P72 从电视图象信号的频谱分析来看,其能量主要分布在以行频及其各次谐波频率为中心的较窄范围内,余下较大的空间可利用来传送彩色信息。,亮度信号、色差信号及其组成原理,在摄像端由彩色图象转变为三基色信号输出;在显像端又由三基色信号重现彩色图象。 一:恒定亮度原理 重现图象的亮度只由传送亮度信息的亮度信号来确定 二:大面积着色原理 从人眼对亮度细节和色度细节的分辨力不同出发,彩色电视系统在传送彩色景物时,可以只传送一个粗线条(大面积)的彩色图像并配以亮度细节。 三:混合高频原理 在接收端所恢复的三基色信号也只包含较低的频率分量,它们的高频部分用同一亮度的高频部分来补充规定,亮度信号和色差信号1,彩色和黑白的兼容性满足下列条件: 1:必须传送一个与黑白电视相同的亮度信号,并保持与黑白电视信号相同的频带宽度。 2:需要传送两个代表色度的信号根据恒定亮度原理;它们不含有亮度信息; 3:在传输黑白图像时,三个基色信号相等,R=G=B 根据2,这时两个代表色度的信号等于零 4:代表色度的两个信号是互相独立的 5:三个基色信号与三个传输信号之间的转换关系要简单,亮度信号和色差信号2,Y=0.30R+0.59G+0.11B R-Y=R-(0.30R-0.59G-0.11B)=0.70R-0.59G-0.11B (1) B-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R-0.59G+0.89B (2) G-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11B (3) (R-Y)=-0.59/0.30(G-Y)-0.11/0.30(B-Y) (B-Y)=-0.30/0.11(R-Y)-0.59/0.11(G-Y) (G-Y)=-0.30/0.59(R-Y)-0.11/0.59(B-Y) 由于G-Y信号数值较小,作为传输信号对改善信噪比不利。 R Y G R-Y B B-Y,亮度信号和色差信号3,在接收端 (R-Y)+Y=R (G-Y)+Y=G (B-Y)+Y=B 用信号表示式来说明恒定亮度和高频混合原理 假设显像管的转换特性是线形的,传输系统亦是线形的,则摄像断不要进行校正,Y=Y0,正确反映原景物的亮度 Pag75,fMHZ,1MHZ,fMHZ,K(f),K(f),1MHZ,6,色差信号带宽,0,0,视频信号带宽,标准彩条信号1,标准彩条信号 它是由彩色信号发生器产生的一种电信号,它可以在接收机或监视器屏幕上显示出八条等宽的竖条。 它有两种命名法 1:二数码命名法 2:四数码命名法 100-0-100-0 第一和第二数字分别表示组成无色条的RGB的最大值和最小值,第三和第四数字分别表示组成各彩条的RGB的最大值和最小值100-0-100-0对应白条的最大值1,对应黑条的最小值0,对应各彩色条的最大值1和最小值0,标准彩条信号2,彩条信号用四数码命名时其百分数饱和度和幅度: 饱和度%=1-(Emin/Emax)100(是未经校正信号值) 幅度%=Emax/EW100(表

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