电视原理第二章电视图像传送原理.ppt

第2章 电视图像传送原理,2.1 电视传像原理 2.2 黑白全电视信号,2.1 电视传像原理,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。,2,第二章 电视图像传送原理,电视广播有开路与闭路之分。开路系统，即无线电视广播系统，其原理与语音广播类似，但无论是发端还是收端，都远比语音广播复杂。 闭路电视系统所不同的只是传送电视信号由同轴电缆完成而已。,3,第二章 电视图像传送原理,图21 无线电视广播系统原理方框图,4,第二章 电视图像传送原理,2.1.1 像素的概念 黑白图像是由紧密相邻的细小点组成的，这些细小点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，图像越清晰。 图像并行传送：（无法实现） 理论上讲，可同时把不同位置上具有不同亮度的像素转变成相应的电信号，再分别用各个相应信道把这些信号同时传送出去。,5,第二章 电视图像传送原理,并行传送演示,图像顺序传送: 把被传送的图像上各个像素的亮度按照一定顺序转变成电信号，并且依次传送出去，在接收端的屏幕上，再按照同样的顺序将各个电信号在相应的位置上转变为光信号。 只 要这种顺序传送进行得足够快，那么由于人眼的视觉惰性和发光材料的余辉特性，就会使观察者感觉到整幅图像同时进行，这种按照顺序传送图像像素的方法构成的电视系统，称为顺序传送系统。如图2-2所示。 这种顺序传送必须：1、迅速；2、准确。,第二章 电视图像传送原理,6,图22 顺序传送像素示意图,7,动画演示顺序传送制,第二章 电视图像传送原理,2.1.2 显像管 显像管是在接收端重现图像的电真空器件，主要由电子枪、荧光屏、偏转线圈等组成。,由阴极发射出的电子束，在偏转线圈所产生的磁场力作用下，按从左到右，从上到下的顺序依次轰击荧光屏。屏面上涂有荧光粉，在电子束轰击下荧光粉发光，其发光亮度正比于电子束携带的能量。,第二章 电视图像传送原理,8,图2-3 偏转线圈结构示意图 (a)行偏转线圈; (b)场偏转线圈,第二章 电视图像传送原理,9,若将摄像端送来的信号加到显像管电子枪的阴极与栅极之间，就可以控制电子束携带的能量，使荧光屏的发光强度受图像信号的控制。 设显像管的电一光转换是线性的(实际为非线性的)，那么，屏幕上重现的图像，其各像素的亮度都正比于所摄图像相应各像素的亮度，屏幕上便重现了发端的原图像。,第二章 电视图像传送原理,显像管电子运动演示动画,10,2.1.2 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24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。,11,第二章 电视图像传送原理,12,第二章 电视图像传送原理,图 2-4 逐行扫描电流和光栅 (a) 行扫描电流； (b) 帧扫描电流； (c) 扫描光栅,由于在图2-4所示的锯齿波电流作用下，电子束产生自左向右、自上而下，一行紧挨一行的运动，因而称其为逐行扫描。 (1)电子束偏转的基本原理。,13,第二章 电视图像传送原理,图2-5 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,14,第二章 电视图像传送原理,行场扫描原理示意图,图2-6扫描电流幅度不足时产生的失真 (a)行扫描幅度小; (b)场扫描幅度小,15,第二章 电视图像传送原理,(2)扫描电流的非线性对显示图像的影响。,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。,16,第二章 电视图像传送原理,图2-7 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,17,第二章 电视图像传送原理,第一场(奇场)，从左上角开始按1-1,3-3,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。,18,第二章 电视图像传送原理,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2-2,4-4,等偶数行的扫描。,隔行扫描动画演示,作业：,第二章 电视图像传送原理,2.2.1电视图像基本参数,图像宽高比 图像宽高比也称幅型比。根据人眼的视觉特性，视觉最清楚的范围是垂直视角为15，水平视角为20的一个矩形视野， 因而电视接收机的屏幕通常为矩形， 矩形画面的宽高比为43。,2.2 黑白全电视信号,20,第二章 电视图像传送原理,矩形屏幕的大小用对角线长度表示， 并习惯用英寸作单位， 一般家用电视机的35 cm（14英寸）、 46 cm（18英寸）、 51 cm（20英寸）、 74 cm（29英寸）等都是指屏幕对角线长度。 观看电视的最佳距离分别为2 m、 2.5 m、 3 m、 4 m， 眼睛应与荧光屏中心处在同一水平线。 为增强临场感与真实感， 还可加大幅型比， 例如， 高清晰度电视或大屏幕高质量电视要求水平视角加大， 观看距离约为屏高的三倍， 幅型比定为169。,21,第二章 电视图像传送原理,2.2.2 场频 选择场扫描频率主要应考虑不能出现光栅闪烁。人眼的临界闪烁频率与屏幕亮度、图像内容、观看条件以及荧光粉的余辉时间等因素有关，为了不引起人眼的闪烁感觉，场频应高于48 Hz。 随着屏幕亮度的提高，屏幕尺寸的加大，观看距离的变近，场频应相应提高。,22,第二章 电视图像传送原理,场频的选择还要考虑交流电源对电视图像的影响。电视接收机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响，交流电源干扰混入视频信号中，都会使图像产生一种垂直方向的明暗变化，或呈现为一二条水平暗条。 当电源频率与场频相同并与电源同步时，这些干扰在图像上是固定不动的，只要不太大，眼睛是感觉不出来的；当电源频率与场频不同时， 干扰图形将是移动的，以两个频率的差频向上或向下滚动，俗称“滚道”。,23,第二章 电视图像传送原理,扫描频率对重现图像的影响,交流电源干扰若加在行锯齿波上，会造成光栅扭曲。 当场频与电源频率不同时， 光栅不但扭曲而且摆动。 因此在制定电视标准时都规定场频与本国的电网频率相同。 在我国电视标准中，场频选为50 Hz。随着新型荧光粉的出现，电视屏幕亮度不断提高，一些高亮度的画面常会引起闪烁感觉，而现代接收机生产工艺水平已能消除电源干扰，所以将来会采用比50 Hz更高的场频。,24,第二章 电视图像传送原理,2.2.3 行频 目前世界上采用的标准扫描行数有625行和525行， 我国采用625行。 在20世纪50年代， 电视机以12英寸和14英寸为主, 所以行数选择了625行。 随着大屏幕电视的发展， 625行的标准明显偏低， 在高清晰度电视中， 为了获得临场感和真实感， 扫描行数已增加到1200行以上。,25,第二章 电视图像传送原理,场频已经确定为fV=50 Hz， 由于采用隔行扫描， 则帧频fZ=25 Hz， 也就是说， 一帧扫描时间TZ=40 ms。 当扫描行数选定为Z=625后， 行扫描时间TH=TZ/Z=40 ms/625=64 s， 行频fH=fZZ=25 Hz625=15 625 Hz。,26,第二章 电视图像传送原理,2.2.4 主体信号图像信号 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2-8可见，图像信号具有如下特征: (1)含直流，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。,第二章 电视图像传送原理,(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。,图2-8图像信号 (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,28,第二章 电视图像传送原理,2.2.5 消隐信号和同步信号 显像管电子束在行、 场扫描正程期间重现图像信号， 在行、 场扫描逆程期间形成回扫线。 因为摄像机在行、 场扫描逆程发出消隐信号令电视接收机显像管电子束截止， 所以消除了显像管在行、 场扫描逆程期间产生的回扫线。,29,第二章 电视图像传送原理,消隐信号分为行消隐信号和场消隐信号。 行消隐信号的宽度为12 s， 场消隐信号的宽度为25TH+12 s。 因为采用隔行扫描， 奇数场的场消隐起点与前面的一个行消隐差半行， 偶数场的场消隐起点与前面的一个行消隐相差一行, 如图2-9所示。 行消隐信号和场消隐信号合在一起称为复合消隐信号。,30,第二章 电视图像传送原理,图 2-9 复合消隐信号 (a) 奇数场； (b) 偶数场,31,第二章 电视图像传送原理,复合消隐信号,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。图2-10(a)为发端图像，图(b)为相位不同步的情况。,32,第二章 电视图像传送原理,图2-10 相位不同步产生的失真 (a)发端图像; (b)收端失真图像,33,第二章 电视图像传送原理,摄像机每读出一行图像信号后， 送出一个行同步信号， 接收机则利用这个行同步信号去控制本机的行扫描逆程起点。 行同步脉冲的前沿表示上一行的结束，下一行的开始。行同步信号的脉冲宽度为4.7 s， 行同步脉冲前沿滞后行消隐脉冲前沿1.5 s， 如图2-11（a）所示。,34,第二章 电视图像传送原理,摄像机每读完一场图像信号后， 送出一个场同步信号， 接收机就利用该场同步信号去控制本机的场扫描逆程起点。 场同步脉冲的前沿表示上一场的结束， 下一场的开始。 场同步信号的脉冲宽度为2.5TH， 行、 场同步信号合在一起称为复合同步信号。 复合同步信号的波形如图2-11（b）所示， 奇数场的最后一个行同步脉冲的前沿与场同步脉冲的前沿相距TH2， 而偶数场最后一个行同步脉冲的前沿与场同步的前沿间距为TH， 所以行同步脉冲的位置在奇数场和偶数场中有半行之差， 这样保证了隔行扫描的要求。,35,第二章 电视图像传送原理,图 2-11行同步信号和复合同步信号 (a) 行同步信号； (b) 复合同步信号,36,第二章 电视图像传送原理,复合同步信号,如果接收机的场频稍高或稍低于场同步信号， 就会使重现图像向下或向上移动， 移动速度取决于接收机与场同步信号场频之差。 当接收机的场频为25 Hz, 即电视信号标准场频的一半时，屏幕上出现上、 下两个相同的图像而屏幕中部则是一条水平黑带， 是占25行的场消隐信号。 如果接收机的行频稍高于行同步信号， 屏幕上会出现一条条向右下方倾斜的黑白相间的条纹； 如果接收机的行频稍低于行同步信号， 屏幕上会出现一条条向左下方倾斜的黑白相间的条纹。,37,第二章 电视图像传送原理,2.2.6 开槽脉冲和均衡脉冲 在场同步信号期间行同步信号中断， 容易造成行不同步。 为了保持行同步信号的连续性，保证场同步期间行扫描的稳定， 在场同步信号内开了五个小凹槽， 形成了五个齿脉冲。 利用凹槽的后沿作为行同步信号的前沿。 凹槽叫做开槽脉冲， 其宽度为4.7 s， 其间隔等于TH2。 齿脉冲宽度为27.3 s， 如图2-12所示。,38,第二章 电视图像传送原理,行、 场同步脉冲合在一起成为复合同步信号， 如图2-11（b）所示。 由于行、 场同步脉冲的宽度相差很大， 因此可以用微分电路得到行周期的正负尖脉冲， 用正尖脉冲去同步行扫描发生器。 可以用积分电路抑制行同步信号而取出场同步信号去控制场扫描发生器， 实现接收机行、 场扫描的同步。,39,第二章 电视图像传送原理,图 2-12 未加均衡时奇数、 偶数场的积分波形,40,第二章 电视图像传送原理,如图2-16所示, 由于奇数场和偶数场的场同步信号的前沿和前面一个行同步信号的间距分别为TH和TH2， 因此通过积分电路后， 奇数场、 偶数场同步信号的积分波形不一样， 若用此波形的某一电平去同步场扫描电路， 则两场的同步会出现时间误差t。 偶数场在t1时同步而奇数场在t2时同步， 影响了接收机隔行扫描的准确性， 导致扫描光栅的并行和垂直分辨力的降低。,41,第二章 电视图像传送原理,为了消除奇数偶数两场的时间误差， 在场同步信号前后若干行内将行同步脉冲的频率提高一倍。 为了使频率提高后的行同步脉冲的平均电平不变， 将这些脉冲的宽度减少为原来的一半， 在场同步信号的前后各有五个脉冲分别称为前均衡脉冲和后均衡脉冲。 场同步内的开槽脉冲频率提高一倍是由于同样的原因， 这样， 在奇数场和偶数场的场同步期间， 以及前后若干行的同步脉冲波形会完全相同， 结果奇数场和偶数场的积分波形也完全相同。,42,第二章 电视图像传送原理,由图像信号、 消隐信号和同步信号叠加而成， 如图2-17所示。 同步脉冲叠加在消隐脉冲之上， 消隐脉冲的作用是关闭电子束, 消除回扫线。 消隐电平相当于图像信号的黑色电平， 同步脉冲电平比消隐电平还高， 不会在接收机屏幕上显示出来。 利用同步脉冲的高电平， 可以把同步脉冲切割出来， 去控制扫描振荡器。,43,2.3 全电视信号 1、 黑白全电视信号,第二章 电视图像传送原理,同步脉冲的前沿是扫描逆程开始的时间， 消隐脉冲的前沿比同步脉冲提前一点可以确保逆程被完全消隐掉。,图 2-17 黑白全电视信号 (a) 奇数场信号； (b) 偶数场信号,45,第二章 电视图像传送原理,全电视信号的幅度比例按标准规定是同步信号电平为100%， 黑电平与消隐电平为75%， 白电平为10%12.5%， 图像信号介于白电平和黑电平之间， 统称为灰色电平。,46,第二章 电视图像传送原理,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。,47,图218 图像信号的频谱,48,第二章 电视图像传送原理,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2-18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。,49,图2-19 各辅助脉冲信号的频谱,50,第二章 电视图像传送原理,1. 填空题 (1) 在水平偏转线圈所产生的_磁场作用下， 电子束沿着 _方向扫描， 叫做行扫描。 (2) 在垂直偏转线圈所产生的_磁场作用下， 电子束作_方向扫描， 叫做场扫描。,第二章 思考练习题,(3) 电子束在水平方向往返一次所需的时间为行扫描周期(TH)。 行扫描周期TH等于_和_之和。 (4) 行扫描周期的倒数是_。 (5) 帧扫描频率fZ远_于行扫描频率fH。 (6) 电子束从图像上端开始， 从左到右、 从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地扫完全帧画面， 称为_扫描。 (7) 电视标准规定了行逆程系数=_， 帧逆程系数= _。,第二章 思考练习题,(8) 在逐行扫描中， 每帧的扫描行数Z为_。 (9) 我国电视标准规定， 每秒传送_帧， 每帧图像为_行， 每场扫描_行， 每秒扫描_场。 (10) 隔行扫描要求每帧的扫描行数必须是_。 (11) 隔行扫描存在_效应、 _现象和_现 象等缺点。 (12) CCD固体摄像机中CCD的含义是_。,第二章 思考练习题,(13) 面阵CCD有_、 _和_三种基本型式。 (14) 行消隐信号的宽度为_， 场消隐信号的宽度为_。 (15) 行同步信号的脉冲宽度为_， 行同步脉冲前沿滞后行消隐脉冲前沿_。 (16) 场同步信号的脉冲宽度为_TH。 (17) 如果接收机的场频稍高于场同步信号会使重现图像_移动。,第二章 思考练习题,2. 选择题 (1) 我国电视标准规定， 行扫描频率fH是（ ）。 625 Hz 15 625 Hz 312.5 Hz 50 Hz (2) 在行、 场扫描逆程令电视接收机显像管电子束截止的是