电视基础知识(2).ppt

电视原理与现代电视系统 PrincipleofTVAndModernTVSystemhttp mz defaul 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http mz defaul 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 传送活动图像要在发送端把亮度信息从空间 时间的多维函数变成时间的单变量函数电信号 假定在水平偏转线圈里通过如图2 1 a 所示的锯齿形电流 t1 t2期间电流线性增长时 电子束在垂直偏转磁场的作用下从左向右作匀速扫描叫做行扫描正程 t2时刻正程结束时 电子束扫到屏幕的最右边 t2 t3期间偏转电流快速线性减小 电子束从右向左迅速扫描 叫做行扫描逆程 t3时刻逆程结束时 电子束又回扫到屏幕的最左边 电子束在水平方向往返一次所需的时间称为行扫描周期TH 行扫描周期TH等于行正程时间THF和行逆程时间THR之和 行扫描周期的倒数就是行扫描频率fH 假定在垂直偏转线圈里通过如图2 1 b 所示的锯齿形电流 电子束在水平偏转磁场的作用下将产生自上而下 再自下而上的扫描 这样便形成帧扫描正程和逆程 帧扫描的周期TZ等于帧正程时间TZF和帧逆程时间TZR之和 帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率fZ 帧扫描频率fZ远低于行扫描频率fH 如果把行偏转电流iH和帧偏转电流iZ同时分别加到水平和垂直偏转线圈里 那么 在水平偏转磁场和垂直偏转磁场共同作用下 电子束同时沿水平方向和垂直方向扫描 在屏幕上就显示出如图2 1 c 所示的光栅 由于行扫描时间比帧扫描时间短得多 整个屏幕高度有600多条扫描线 因此电视机的扫描线看起来是水平直线 这种扫描方式从图像上端开始 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 称为逐行扫描 图2 1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 逆程扫描线会降低图像质量 故在行 帧逆程期间用消隐脉冲截止扫描电子束 使逆程扫描线消失 为了提高效率 正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分 电视标准规定了行逆程系数 和帧逆程系数 在逐行扫描中 所有帧的光栅都应相互重合 这就要求帧扫描周期TZ是行扫描周期TH的整数倍 也就是说每帧的扫描行数Z为整数 TZ ZTH fH ZfZ 2 1 2隔行扫描为了保证电视图像有足够的清晰度 扫描行数需在600左右 为了保证不产生闪烁感觉 帧扫描频率应在48Hz以上 这样图像信号的频带就会很宽 使设备复杂化 隔行扫描在不增加带宽的前提下 保证有足够的清晰度又避免了闪烁现象 隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫 第一场扫描1 3 5 奇数行 称为奇数场 第二场扫描2 4 6 偶数行 称为偶数场 每帧图像经过两场扫描 所有像素全部扫完 偶数场扫描线正好嵌在奇数场扫描线的中间 如图2 2 c 所示 我国电视标准规定 每秒传送25帧 每帧图像为625行 每场扫描312 5行 每秒扫描50场 场频为50Hz 不会有闪烁现象 一帧由两场复合而成 每帧画面仍为625行 图像清晰度没有降低 而频带却压缩了一半 图2 2 a 是行扫描电流波形 图2 2 b 是场扫描电流波形 为了简化 图中未画出行 场扫描的逆程时间 一帧光栅由9行组成 图2 2 c 中奇数场光栅用实线表示 偶数场光栅用虚线表示 奇数场结束时正好扫完第5行的前半行 偶数场一开始扫第5行的后半行 偶数场第一整行 第6行 起始时垂直方向正好扫过半行 插在第1行和第2行的中间 形成隔行扫描 由此可见 隔行扫描要将偶数场光栅嵌在奇数场光栅中间 每帧的扫描行数必须是奇数 图2 2隔行扫描电流和光栅 a 行扫描电流 b 场扫描电流 c 扫描光栅 隔行扫描存在下列缺点 1 行间闪烁效应从电视图像整体来看 隔行扫描后图像场频保持在50Hz 高于临界闪烁频率 观看时不会感觉到闪烁 但当图像中有一行亮线时 每秒只出现25次 低于临界闪烁频率 就会感到闪烁 这叫行间闪烁 2 并行现象并行现象有真实并行和视在并行 在隔行扫描中 要求行 场扫描频率保持一定的关系 否则两场光栅不能均匀相嵌 不均匀的极端是奇 偶两场光栅重合 称为真实并行 这时图像清晰度会降低一半 当图像上有一物体垂直方向运动速度恰好是一场时间下移一行的距离时 该物体后一场图像与前一场相同 当观察者的视线随运动物体移动时 看起来是两行并成了一行 图像清晰度下降 这被称为视在并行 3 垂直边沿锯齿化现象当图像上有物体水平方向运动速度足够大时 因隔行分场传送 相邻两行在时间上相差 结果运动物体图像垂直边缘出现锯齿 锯齿深度就是物体在一场时间内水平方向移动的距离 1 2 4视觉惰性实验证明 人眼的主观亮度感觉与客观光的亮度是不同步的 当一定强度的光突然作用于视网膜时 不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉 而是按近似指数规律上升 当亮度突然消失后 人眼的亮度感觉并不立即消失 而是按近似指数规律下降 人眼的亮度感觉总是滞后于实际亮度的 这一特性称为视觉惰性或视觉暂留 图1 5 a 表示作用于人眼的光脉冲 图1 5 b 表示该光脉冲造成的主观亮度感觉 它滞后于实际的光脉冲 光脉冲消失后 亮度感觉还要一段时间才能消失 图1 5 b 中t1 t2就是视觉暂留时间 在中等亮度的光刺激下 视力正常的人视觉暂留时间约为0 1s 人眼受到频率较低的周期性的光脉冲刺激时 会感到一亮一暗的闪烁现象 如果将重复频率提高到某个定值以上 由于视觉惰性 眼睛就感觉不到闪烁了 不引起闪烁感觉的最低重复频率 称为临界闪烁频率 临界闪烁频率与很多因素有关 其中最重要的是光脉冲亮度 随着光脉冲亮度的提高 临界闪烁频率也会提高 临界闪烁频率还与亮度变化幅度有关亮度变化幅度越大 临界闪烁频率越高 人眼的临界闪烁频率约为46Hz 对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲 人眼不再感觉到闪烁 这时主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值 图1 5人眼的视觉惰性 a 作用于人眼的光脉冲亮度 b 主观亮度感觉 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 行 场 复合消隐信号 行 场 槽脉冲与均横脉冲 一 图象信号 图象信号是携带着一行行 一场场景物信息的电信号 通常它是由摄象管产生的 怎样画出某些特殊图象的信号波形呢 依据有两点 摄象管经电子束扫描将一幅图象的亮度分布进行象素分解 使之转变成按逐行逐场时间顺序排列的电信号 摄象管某时刻输出的电流信号正比于该时刻电子束所扫描象素的亮度大小 例如电视台每天播发的一幅八条从白到黑宽度相等的垂直条图象 其特点是 1 图象信号的特征 1 只有水平方向变化 而无垂直方向变化 所以它是按行周期变化的 2 因为图象亮度只有正值而无负值 所以图象信号也是单极性的 有直流 黑色的信号电平对应为零 灰色和白色的信号电平都是正值而无负值 图象信号的极性在电路传送与处理过程中是经常变化的 如电路某处为正极性 经过一次放大倒相后 就变成负极性的了 为了方便起见 有如下规定 若图象越亮 信号电平越高 则称为正极性图象信号 反之若信号电平随着图象亮度的增加而降低 则称为负极性图象信号 2 图象的基本参量 1 电视图象的亮度这里是指图象的平均亮度 根据人眼视觉特性 并不要求电视图象恢复原来景物的亮度 这就给确定电视图象的亮度较大的自由度 但是不同的环境亮度要求电视图象具有不同的平均亮度 以保证重显必需的对比度和亮度层次 灰度 使人们长时间观看时不致于过分疲劳 根据实际要求 电视图象的平均亮度应不小于30尼特 最大亮度应大于60 150尼特 亮度的计量单位为nit或sb1nit 1cd 烛光 平方米 1sb 10000nit 2 电视图象的对比度与灰度图象中最亮处的亮度 Bmax 和最暗处亮度 Bmin 之比称为对比度 K 即 K Bmax Bmin 当计及环境亮度B 时的对比度 因此 观看电视时外界的杂散光线照射到屏幕上 就会使屏幕暗处的亮度增加而造成对比度下降 电视图象是由许多亮度不同的象素组成的 图象从亮到暗之间的亮度层次称为灰度 如果能分辨的亮度层次越多 图象就显得越细腻 柔和 一般来说 对比度K越大 图象黑白层次应当越丰富 另外 能分辨的黑白层次还受 对比度灵敏度阈 值的限制 研究可知 人眼所能分辨的亮度层次与图象对比度的对数成比例 与对比度灵敏度阈 成反比变化 根据人眼视觉特性 对主观感觉来说 重现图象应与实际景物具有相同的对比度和灰度 这样 就能给人以真实感觉 实际景物的对比度一般都不超过100 因为 在一定照度下 最白的募过于白石膏 其反向系数接近于1 最黑的募过于黑丝绒 其反射系数为0 01 因此为了不失真地传送图象 要求重现图象的对比度也为100 由于实际环境亮度的影响 所以重现图象的对比度往往达不到100 一般能达到30 40也就满意了 二 辅助信号 1 复合消隐脉冲电视系统中 正程期间传送图像信号 逆程期间不传送图像信号 因此 若不采取措施 在使用电子束扫描的显像管中 电子束在逆程期间的扫描就会在屏幕上产生回扫线 从而对正程图像造成干扰 影响图像的清晰度 复合消隐脉冲的作用就是在行 场逆程期间使显像管中的扫描电子束截止 使其不干扰正程的图像信号 复合消隐脉冲包括行消隐脉冲和场消隐脉冲 行消隐脉冲 位于行逆程 宽度为12 s 作用是使摄象管的电子束在行逆程期间截止 抑制行逆程期间的回扫线电子束 场消隐脉冲 位于场逆程 宽度为25TH 12 1612 s TH为行周期 64 s 作用是在场逆程期间使电子束截止 抑制场逆程期间的场回扫电子束 从而避免它们对正常图象的干扰 按时间顺序将行消隐脉冲序列和场消隐脉冲序列组合在一起称为复合消隐脉冲 如图下图所示 消隐脉冲所处的信号电平值称为消隐电平 消隐电平既然要能截止电子束 所以其电平值至少应与黑电平一样 因为图像信号中黑电平可使显像管电子束完全截止 使荧光屏不发光 当然 消隐电平也可以比黑电平更 黑 一些 即在正极性图像信号中它比黑电平稍低些 在负极性图像信号中 它比黑电平稍高些 消隐电平与黑电平之间的差值称为台阶电平提升或肩电平提升 复合消隐脉冲信号由专门设备产生 通过摄像机的视频处理电路与图像信号混合 2 复合同步 为了正确重现图像 要求收 发两端扫描必须严格同步 为此 发送端在传送图像信号和复合消隐信号的同时 还要提供一种称为复合同步信号的脉冲信号 电视发送端每当扫描完一行时加入一个行同步脉冲 每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲 它们分别在行与场逆程期间传送 其宽度分别小于行 场逆程时间 复合同步信号也分为行同步和场同步两部分 分别叠加在行 场消隐脉冲之上 与消隐脉冲信号一起在逆程期间传送 在叠加后的信号中 同步电平比消隐电平偏离黑电平更远 即比消隐电平 更黑 这样可保证同步信号不影响消隐信号的工作 同步脉冲所处的电平称为同步电平 同步脉冲的幅度是在消隐电平的一侧占0 3V 所以 从同步电平到白电平 全电视信号的标准幅度规定为1 0VPP 在接收端必须先将这些行 场同步脉冲分离出来 用以分别控制接收机中的行 场扫描锯齿波电流的周期和相位 换言之 只有当行 场同步脉冲到来时才开始行与场的回扫 这就可保证收 发双方扫描电流的频率和相位都相同 即可保证同步 行同步信号每行一个 宽度小于12 我国规定为4 7 s 叠加在行消隐脉冲之上 行同步前沿滞后行消隐前沿1 5 s 此称行消隐前肩 行同步后沿与行消隐后沿之间的距离称为行消隐后肩 行同步脉冲与行消隐脉冲的关系如示 场同步脉冲也是一场一个 场同步脉冲宽度为160 s 2 5个行周期 场同步脉冲叠加在场消隐脉冲之上 其前沿滞后场消隐前沿2 5TH 1 5 s 同样也规定场同步脉冲的前沿所对应的时刻为每场的基准时刻 场同步脉冲与场消隐脉冲间的关系如图所示 3 扫描的同步用的开槽脉冲和均衡脉冲 电视系统中 提取行同步信息的方法 是利用鉴相或微分电路来提取行同步脉冲的前沿 由于场同步的2 5行里没有行同步信息 因而在场同步期间会使行同步信息丢失 这样 在场逆程期间行就可能失步 可能会造成每场开始时的前几行不能立刻同步 而使屏幕显示图像的最上面几行出现不稳定现象 解决这个问题的办法是在场同步脉冲上加开几个槽 称为槽脉冲 每半行一个 共有5个 并使槽脉冲的后沿 即上升沿 恰好对应于应该出现原行同步脉冲的前沿位置 这样以来 在电视机中用微分电路分离行同步时 就不会丢失行同步信息 在场同步期间 与槽脉冲方向相反的脉冲称为齿脉冲 宽度为27 3 总共也是5个 槽脉冲的宽度与行同步脉冲相同 也是4 7 s 奇 偶场同步信号及其积分波形 在电视机中 通常采用积分电路来分离全电视信号中的场同步信息 如图所示 由于奇 偶场场同步脉冲与其前面的行同步脉冲有间隔为一行和半行的区别 造成两场起始时刻积分电容上的积分起始电平不同 使两场场同步期间的积分曲线不重合 经切割电路重新获得场同步信号时 两场的起始时刻不同 奇数场在t2时刻开始逆程 偶数场在t1时刻开始逆程 这样就造成了两场的场周期不一样 从而导致两场的扫描行数不相等 使两场光栅相嵌不均匀 甚至发生并行 降低了垂直分解力 均衡脉冲 为了解决这一问题 可在场同步前的几行里 我国规定为2 5行 将行同步脉冲的频率提高一倍 变成每半行一个的均衡脉冲 它们在场同步脉冲前起缓冲作用 使两场场同步脉冲的积分波形几乎一致 另外 人们在实践中发现 在有些电路中 场同步脉冲后一段时间内的差异也能通过不同途径破坏隔行扫描 所以在行同步之后的2 5行里也加了5个均衡脉冲 场同步前后的均衡脉冲分别称为前均衡脉冲和后均衡脉冲 我国电视标准规定 前 后均衡脉冲各有5个 宽度为2 35 周期为32 脉冲序列各占2 5行 辅助信号波形 复合同步与消隐信号 复合同步信号 复合消隐信号 无均衡脉冲积分器输出 有均衡脉冲积分器输出 三 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 黑白全电视信号波形 负极性 黑白全电视信号 黑白全电视信号的组成 黑白全电视信号由图象信号 复合同步信号和复合消隐信号组合而成 为了使三者互不干扰 并且在接收端能够方便可靠地进行分离 黑白全电视信号按下列方式组成 图象信号安排在行 场扫描的正程 复合消隐和复合同步信号安排在行 场扫描的逆程 2 图象信号位于白色和黑色电平之间 复合消陷信号的电平规定比黑色电平稍黑 消隐电平和图象黑色电平之差称为黑色电平提升 黑色电平提升量D等于图象白色电平与消隐电平差值的0 5 3 复合同步电平比复合消隐电平具有更黑的电平 即 比黑还黑 这样复合同步信号与图象信号 消隐信号在幅度上有较大的差别 便于在接收端用简单的限幅器 即同步分离级 从全电视信号中分离出复合同步信号 图象信号和复合消隐信号不必要再分开 可以直接送给显象