第1章 彩色电视基础知识new

数字电视原理 数字电视原理 课程简介 课时 48学时教学 40H 实验 8H 教材 数字电视原理卢官明机械工业出版社参考书 数字电视与高清晰度电视王明臣中国广播电视出版社数字电视原理与应用姜秀华人民邮电出版社考核方法 到课 提问 作业30 考试70 第1章彩色电视基础知识 1 1光的特性与光源 光是一种电磁波 人眼能看见的可见光谱只集中在频段内 1 2光的度量 1 2 1光通量和发光强度1 2 2照度和亮度 1 2 1光通量和发光强度在光度学里 光通量 v被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光功率大小的度量 单位 lm 流明 说明某一光源向四周空间发射出的总光能量 发光强度 描述光源在某个指定方向上发出光通量的能力 单位 cd 坎德拉 1cd 表示光源在单位立体角内发射出1lm的光通量 亮度 B 指单位面积的发光强度 发光强度的单位是烛光 cd 亮度的单位是尼特 nit 或熙提 sb 关系 1nit 1cd m21sb 1cd cm2 1 2 2照度和亮度照度是反映光照强度的一种单位 其物理意义是照射到单位面积上的光通量 照度的单位勒 Lux 即 1sb 104nit 1Lux 1Lm 1 3色度学概要 1 3 1光的颜色与彩色三要素1 3 2三基色原理及应用1 3 3配色方程与亮度公式 1 3 1光的颜色与彩色三要素 人们对颜色感觉的形成有四个要素 即光源 物体 眼睛和大脑 这四个要素不仅使人产生颜色的感觉 而且也是人能正确判断色彩的条件 光的颜色客观因素是它的功率波谱分布主观因素是人眼的视觉特性 发射光及反射光 发光物体呈现的颜色是由物体本身发出不同波长的光所造成 不发光物体呈现的颜色是光照射物体时被物体反射出的光所具有的 1 3 1光的颜色与彩色三要素 彩色三要素亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉 光功率 色调是指颜色的类别 是决定色彩本质的基本参量 光波长 色饱和度是指彩色所呈现色彩的深浅程度 或浓度 色调与色饱和度合称为色度 1 3 2三基色原理及应用 三基色原理三基色原理是指自然界中常见的大部分彩色都可由三种相互独立的基色按不同的比例混合得到 波长为700nm的红光为红基色 R 红 波长为546 1nm的绿光为绿基色 G 绿 波长为435 8nm的蓝光为蓝基色 B 蓝 1 3 2三基色原理及应用 相加混色相加混色是各分色的光谱成分相加 混色所得彩色光的亮度等于三种基色的亮度之和 彩色电视系统就是利用红 绿 蓝三种基色以适当比例混合产生各种不同的彩色 RGB模型 自然界中绝大多数的色彩都可以用适当比例的三基原色混合组成的等效色来模拟 红 绿 黄红 蓝 品红绿 蓝 青红 绿 蓝 白 RGB彩色图像 RGB 1 3 2三基色原理及应用 实现相加混色的方法 时间混色法时间混色法是将三种基色光按一定的时间顺序轮流投射到同一平面上 只要轮换速度足够快 由于人眼的视觉惰性 分辨不出三种基色 而只能看到混合彩色的效果 1 3 2三基色原理及应用 实现相加混色的方法 空间混色法空间混色法是将三种基色光分别投射到同一表面的相邻三点上 只要三点相隔足够近 由于人眼的分辨力有限 故看到的不是三种基色 而是它们的混合光 1 3 2三基色原理及应用 实现相加混色的方法 生理混色法当两只眼睛同时观看不同的颜色 人们所感觉到的彩色不是两种单色 而是它们的混合色 称为生理混色法 全反射法全反射法是将三种基色光以不同比例同时投射到一块全反射平面上 由此构成了投影彩电 1 3 2三基色原理及应用 相减混色在彩色印刷 彩色胶片和绘画中的混色采用相减混色 相减混色是利用颜料 染色的吸色性质来实现 混合颜料时 每增加一种颜料 都要从白光中减去更多的光谱成分 因此 颜料混合的过程称为相减混色 CMY模型 从理论上说 任何一种颜色都可以用三种基本颜料按一定比例混合而成 这三种颜色是红 绿 蓝色的补色 即青 Cyan 品红 Magenta 和黄色 Yellow 通常写成CMY 由于打印墨的问题 往往需加一些黑墨 所以真正打印机处理的是四色 简称CMYK CMYK彩色图像CMYK模式主要应用于印刷 四种颜色混合可得多种颜色 1 3 3配色方程与亮度公式 配色方程假定三个基色采用NTSC制显像三基色 则配出 1lm C白 0 299lm R 0 587lm G 0 114lm B令 R 0 299lm R G 0 587lm G B 0 114lm B则1lm的C白光可表示为 F1C 1 R 1 G 1 B 对于任意给定的彩色光F 配色方程可表示为 F R R G G B B 1 3 3配色方程与亮度公式 亮度公式在色度学中 通常把由配色方程式配出的彩色光F的亮度用光通量来表示 即 Y 0 299R 0 587G 0 114B 亮度公式 1 4人眼的视觉特性 人眼的分辨力人眼的分辨力是指人在观看景物时人眼对景物细节的分辨能力 人眼对被观察物体上刚能分辨的最紧邻两黑点或两白点的视角 的倒数称为人眼的分辨力或视觉锐度 1 4人眼的视觉特性 或 1 4人眼的视觉特性 人眼的分辨力实验表明 人眼对彩色细节的分辨力要低于对黑白细节的分辨力 由于人眼对彩色细节的分辨力低 所以在彩色电视系统传送彩色图像时 对于图像的细节 可只传黑白的亮度信号 而不传彩色信息 彩色电视大面积着色原理 作用 利用这个原理可以节省传输的频带 1 4人眼的视觉特性 视觉惰性视觉惰性是人眼的重要特性之一 它描述了主观亮度与光作用时间的关系 人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化 以及光线消失后的视觉残留现象 称为视觉暂留或视觉残留 总称为视觉惰性 1 4人眼的视觉特性 临界闪烁频率当人眼受周期性的光脉冲照射时 如果光脉冲频率不高 则会产生一明一暗的闪烁感觉 如果将光脉冲频率提高到某一定值以上 由于视觉惰性 眼睛便感觉不到闪烁 感到是一种均匀的连续的光刺激 刚好不引起闪烁感觉的最低频率 称为临界闪烁频率 它主要与光脉冲的亮度有关 1 5电视图像的传送及基本参量 1 5 1图像分解与顺序传送1 5 2电视扫描方式1 5 3电视图像的基本参量1 5 4图像显示格式及扫描方式表示方法 1 5 1图像分解与顺序传送 组成图像的基本单元称为像素 图像的顺序传送就是在发送端把被传送图像上各像素的亮度 色度按一定顺序逐一地转变为相应的电信号 并依次经过一个通道传送 在接收端再按相同的顺序 将各像素的电信号在电视机屏幕相应位置上转变为不同亮度 色度的光点 1 5 1图像分解与顺序传送 1 5 2电视扫描方式 在电视系统的接收端 显像管外部都装有水平和垂直两组偏转线圈 当水平和垂直偏转线圈中同时加入锯齿波电流时 显像管中电子束既作水平扫描又作垂直扫描 而在荧光屏上形成直线扫描光栅 这称为直线扫描 水平偏转线圈垂直偏转线圈 垂直磁场 水平磁场 水平扫描 在垂直的磁场作用下 电子束沿着水平方向扫描 也叫做行扫描 垂直扫描 在水平的磁场作用下 电子束沿垂直方向扫描 也叫做场扫描 电子扫描 水平扫描 垂直扫描 1 5 2电视扫描方式 逐行扫描电子束从屏幕左上端开始 按照从左到右 从上到下的顺序以均匀速度一行接一行的扫描 一次连续扫描完成一帧电视画面的方式称为逐行扫描 缺点 明显的闪烁感 逐行扫描方式 1 5 2电视扫描方式 隔行扫描隔行扫描是将一帧电视图像分成两场进行交错扫描 隔行扫描方式 奇数场 偶数场 1 5 2电视扫描方式 隔行扫描的缺点 行间闪烁现象并行现象引起垂直清晰度下降易出现垂直边沿锯齿化现象隔行扫描产生的视频信号对于压缩处理和后期视频制作带来困难 1 5 3电视图像基本参量 宽高比根据人眼视觉特性 视觉最清楚的范围是在垂直视角约15 水平视角约20 的矩形面积之内 因此 电视机屏幕一般都设计成矩形 我国原来的模拟电视图像宽高比为4 3 生理和心理测试表明 图像宽高比达16 9以上的宽幅图像利于建立视觉临场感 为此 我国高清晰度电视的图像宽高比已确定为16 9 1 5 3电视图像基本参量 亮度亮度是表征发光物体的明亮程度 是人眼对发光器件的主观感受 在电视机或显示器中 亮度是表征图像亮暗的程度 是指在正常显示图像质量的条件下 重显大面积明亮图像的能力 1 5 3电视图像基本参量 对比度对比度是表征在一定的环境光照射下 物体最亮部分的亮度与最暗部分的亮度之比 即 C Bmax Bmin当计及环境亮度B 时的对比度为 1 5 3电视图像基本参量 图像分辨力数字电视图像分辨力是数字电视系统或图像信号源或信号处理过程或显示器件 屏 等客观上转换 处理 传输或重显图像细节的能力 是数字电视系统 设备或器件的物理性能指标 我国的SDTV和HDTV的图像分辨力分别为720 576像素和1920 1080像素 1 5 3电视图像基本参量 图像清晰度电视图像清晰度是人眼能察觉到的电视图像细节的清晰程度 具体说来 清晰度是指人眼宏观看到的图像的清晰程度 是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉 按图像和视觉的特点 图像清晰度一般从水平和垂直两个方向描述 有时还增加斜向清晰度指标 图像清晰度用 电视线 作单位 1电视线与垂直方向上1个有效扫描行的高度相对应 清晰度的线数永远小于图像信号分辨率像素所连成的线数 1 5 3电视图像基本参量 图像清晰度图像清晰度既与电视系统本身的图像分辨力有关 也与观察者的视力状况有关 如果人眼最小分辨角 即视敏角 为 在分辨力最高的垂直视线角15 内所能分辨的线数应为 Z 15 1 5 3电视图像基本参量 图像清晰度视力正常的人一般能分辨的视角约为1 1 5 对应的线数为900 600线 按我国数字电视标准 SDTV画面的有效扫描行数为576 HDTV画面的有效扫描行数为1080 观看SDTV和HDTV电视图像时 距电视屏的距离分别约为屏幕高度的5倍和3倍时 1个有效扫描行的视角即约为1 1 5 查视力 检测分辨力 1 5 4图像显示格式及扫描方式表示方法 数字电视画面的图像显示格式一般指图像水平方向和垂直方向的有效像素数 图像显示格式描述了组成一幅图像的像素点阵数 我国SDTV图像显示格式为720 576i 一帧图像在水平和垂直方向上的有效像素数分别为720和576 扫描方式为隔行扫描 其中i表示隔行 interlaced 扫描 HDTV图像用1920 1080i表示 1 5 4图像显示格式及扫描方式表示方法 在图像显示格式及扫描方式的表示方法上 目前国际上并没有统一 1080 50i720 60p1080 50 2 1720 60 1 11080 50i720 60p 1 6标准彩条信号 标准彩条信号是一种常用的测试信号 用来对电视系统的传输特性进行测试和调整 标准彩条信号一般由彩色信号发生器中的电子线路产生的代表RGB三路脉冲信号产生形成的测试信号 1 6标准彩条信号 1 6标准彩条信号 彩色电视为了与黑白电视兼容 必须传送一个亮度信号 以便黑白电视机接收 在彩色电视中 常用两个色差信号 B Y 和 R Y 来代表色度信息 它们与彩色摄像机输出的R G B三基色信号存在下列关系 1 6标准彩条信号 1 6标准彩条信号 彩条中所对应的彩色全为饱和色 称为100 饱和度 100