汽车电器课件第1章广播电视的基本知识

第1章广播电视的基本知识,1.1图像光电转换的基本过程1.2电视扫描原理1.3重现电视图像的基本参量1.4全电视信号1.5电视信号的发送实训一电视图像清晰度与电视系统分解力,1.1图像光电转换的基本过程,图1-1电视广播过程,1.1.1像素及其传送,图1-2图像顺序传送系统示意图,1.1.2光电转换原理,1.图像的摄取,图1-3图像信号产生的过程(a)摄像管的结构；(b)图像信号产生的过程,2.图像的重现图像的重现是依靠电视接收机的显像管来完成的。显像管的任务是将图像电信号转换为图像光信号，完成电到光的转换。显像管是利用荧光效应原理制成的。所谓荧光效应是指某些化合物在受到高速电子轰击时表面能够发光，并且轰击的电子数量越多速度越高，则发光越强。显像管主要由电子枪及荧光屏等几部分组成。当把具有荧光效应的荧光粉涂附在显像管正面的内壁，就构成了荧光屏。当显像管内电子枪发出的高速电子轰击到荧光屏上后，荧光粉就会发光。如果让电子枪发射电子束的能力受图像信号强弱的控制，那么荧光粉发光的亮度也就与图像信号强弱相对应，从而呈现和发送端相同的图像，达到图像重现的目的。,1.2电视扫描原理,1.2.1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。,图1-4逐行扫描,图1-5帧逆程扫描,图1-6水平和垂直扫描示意图(a)仅有水平扫描时的基线及与之相对应的波形；(b)仅有垂直扫描时的基线及与之相对应的波形,1.2.2隔行扫描,图1-7隔行扫描(a)奇数场；(b)偶数场；(c)嵌套后的一帧图像,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=25625=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。,1.2.3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=64s；行频fH=15625Hz；行正程TSH=52s；行逆程TRH=12s；场周期TV=20ms；场频fV=50Hz；场正程TSV=287TH+20(s)=18.388ms18.4ms；场逆程TRV=25TH+12(s)=1.612ms1.6ms；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）。,1.3重现电视图像的基本参量,1.3.1亮度、对比度和灰度,人眼最重要的视觉功能是对客观景物的亮度感觉。亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉。亮度一般用B表示，度量亮度的单位为nit（尼特）。尼特定义为在一平方米面积内具有一烛光（cd）的发光强度，即1nit=1cd/m2。客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度。对于重现的电视图像，其对比度不仅与显像管的最大亮度Bmax和最小亮度Bmin有关，还与周围的环境亮度BD有关，其对比度K为,1.3.2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。也就是说,一帧图像由575行像素组成。一般电视机屏幕的宽高比为43，因此一帧图像的总像素个数约为：,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。交流成分反映图像的内容，图像越复杂，细节变化越细，黑白电平变化越快，其传送信号频率就越高。显然图像信号频带宽度等于其最高频率。如果播送一幅左右相邻像素为黑白交替的脉冲信号画面，显然这是一幅变化最快的图像，每两个像素为一个脉冲信号变化周期，而我国电视规定一秒钟传送25帧画面，因此该图像的最高频率为,1.3.3图像的尺寸与几何形状,1.图像的尺寸根据人眼的特性，视觉最清楚的范围约为垂直夹角15、水平夹角20的矩形面积。因此，目前世界各国电视屏幕都采用矩形，画面的宽高比为43或54。随着电视技术的进步，帧型向大屏幕方向发展。目前，世界上已出现宽高比为53、53.3、169等尺寸。显像管屏幕的大小常用矩形对角线尺寸来衡量，一般家用电视机屏幕对角线长度为2374cm不等。人们习惯用英寸表示，如9、14、18、21、25英寸和29英寸等，它们的对角线分别为23、35、47、53、64cm和74cm等。,2.图像的几何相似性,（1）非线性失真,图1-8电视图像的非线性失真(a)不失真；(b)iYH失真；(c)iYV失真,（2）几何失真,图1-9电视图像的几何失真(a)枕形失真；(b)桶形失真；(c)平行四边形失真,1.3.4电视图像清晰度与电视系统分解力,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。显然它受每帧屏幕显示行数（或者总行数）的限制。在最佳的情况下，垂直分解力就等于显示行数。在一般情况下，并非每一屏幕显示行都代表垂直分解力，而取决于图像的状况以及图像与扫描线相对位置的各种情况。考虑到图像内容的随机性，有效垂直分解力可由下式估算出：M=KZ,K值通常取0.51之间，若取K=0.76，则有效垂直分解力M=0.76575=437线。,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。水平分解力取决于电子束横截面大小。也就是说，水平分解力与电子束直径相对于图像细节宽度的大小有关。实验证明，在同等长度条件下，当水平分解力等于垂直分解力时图像质量最佳。由于一般电视机屏幕的宽高比为43。故有效水平分解力N可根据式（1-4）求出：,1.3.5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。由于扫描行数决定了电视系统的分解力，从而决定了图像的清晰度，因此在电视标准中确定扫描行数是一个极为重要的问题。我国规定每帧含625行。,图1-10人眼的分辨力示意图,图中，为分辨角，是在一定距离L时，人眼恰能分辨的两个黑点之间的夹角。显然越小，表示人眼的分辨力越强；反之则越弱。因此，可以定义人眼的分辨力为分辨角的倒数。d为两个黑点之间距离即行距;h为屏幕高度；为视觉清楚区域张角；L为最佳观看距离。由图不难看出:与行距d、距离L的关系为,式中，以分为单位。设屏幕高度为h，屏幕有效显示行数为Z,正常人眼的分辨角在11.5之间，通常取=1.5；观看电视的最佳距离为L4h（由人的视觉清楚的区域15得出），将此两值代入式（1-8），即可算出相应的屏幕显示行数Z=537。我国电视标准规定屏幕显示行数为575行，再考虑每帧逆程的50行，即确定了每帧总行数为Z=625行。,1.全电视信号,1.4.1图像信号,图1-11图像信号,图像信号的幅度在电视信号相对幅度的75以下，一般在12.575之间。其中，幅度为12.5%的电平称之为白电平，幅度为75%的电平称之为黑电平。图像信号是以64s为周期的周期性信号，其中每行显示52s。,1.4.2复合消隐信号,图1-12复合消隐信号,行、场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12s，周期为64s，场消隐脉宽为1612s，周期为20ms。,1.4.3复合同步信号,1.同步的重要性,图1-13收送不同步造成接收图像异常,图1-14行扫描不同步,图1-15场扫描不同步,2.行、场同步信号,图1-16行、场同步信号,3.槽脉冲与前后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23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。,图1-17复合同步信号及其分离,图1-18均衡后的场同步脉冲信号,1.4.4全电视信号,图1-19全电视信号,全电视信号有如下三个特点：脉冲性。周期性。单极性。,全电视信号中各辅助脉冲参数如下：行消隐脉宽：12s行同步脉宽：4.7s场消隐脉宽：1612s场同步脉宽：160s槽脉冲脉宽：4.7s均衡脉冲宽：2.35s,1.5电视信号的发送,1.5.1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。,图1-20单一频率调制的调幅波波形和频谱,负极性调制有下列优点：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；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；随着图像亮度增大，发射机输出功率就减小。在一般情况下，一幅图像亮的部分总比暗的部分面积大，因而，在负极性调制时，调幅信号的平均功率要比峰值功率小很多。,图1-21图像信号的调幅波的频谱,图1-22负极性调制,1.5.2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。,图1-23调频波的波形和频谱(a)调频波波形；(b)频谱分布,为了不失真地传送伴音调频波，所需要的频带宽度在理论上应是无限宽，但实际上的伴音调频波，随着边频次数的增高，它的幅度很快减少。所以整个伴音调频波的能量大部分集中在载波附近的几对边频中，其它更高次边频幅度几乎可忽略不计。在一般情况下，当某高次边频谱线的幅度小于未经调制时载波幅度的1%时，就可以认为已经到达了频带的边界了，所以伴音信号调频波的有效带宽BW可近似表示为:BW=2（f+fam）式中，fam伴音信号的最高频率,f调频波的最大频偏。,我国电视标准规定：最大频偏f=50kHz，伴音信号的最高频率fam=15kHz，则已调频波的带宽BW=2(50+15)=130kHz。调频伴音信号的频带宽度比调幅图像信号的频带宽度要小很多，因此伴音信号可采用双边带传送。我国实际电视系统中规定：伴音信号调频波的有效带宽为250kHz，每一频道在伴音载频两侧各留有0.25MHz范围的带宽容纳边频，因此采用调频方式传送的伴音信号频带宽，音质好。在实际电视系统中，为了改善调频信号高频分量的抗干扰性能，伴音信号发送时，人为地预先将其高频成分幅度加大，称之为“预加重”。通常由RC网络构成预加重电路。我国电视标准规定，预加重电路时间常数T=RC=50s。,1.5.3全射频电视信号的频谱,图1-24残留边带制高频电视信号的频谱,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。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。从图中还可知，每个频道所占带宽为8MHz（1.256.5+0.25=8MHz）。,1.5.4电视频道的划分,1.我国无线广播电视频道的划分,表1-1我国广播电视频道的划分,表1-1我国广播电视频道的划分,表1-1我国广播电视频道的划分,表1-1我国广播电视频道的划分,表1-1我国广播电视频道的划分,由表1-1可以看出：各频道的伴音载频始终比图像载频高6.5MHz。频道带宽的下限始终比图像载频fp低1.25MHz，上限则始终比伴音载频fs高0.25MHz。各频道的本机振荡频率始终比图像载频高38MHz，比伴音载频高31.5MHz。表中，92167MHz、566606MHz为供调频广播和无线电通讯等使用的波段，不安排电视频道。即1213频道之间，2425频道之间频率并未连续。,每个频道的中心频率及所对应的中心波长是估计天线尺寸和调试电视机时的参数。例如：第8频道的中心频率为,对应中心波长为,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，波段为15频道（又称L频段），频率范围为48.592MHz。波段为612频道（又称H频段），频道范围为167223MHz。、波段（又称U频段）为136