电视图像转换原理及电视信号

1、4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 彩色彩色电视原理电视原理彩色电视原理彩色电视原理电视图像转换原理与电视信号电视图像转换原理与电视信号 本章主要介绍电视图像本章主要介绍电视图像转换原理以及电视信号转换原理以及电视信号的组成。的组成。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011第二章第二章 电视图像转换原理与电视电视图像转换原理与电视信号信号2.1电视传像原理电视传像原理2.2电子扫描电子扫描2.3电视图像基本参量电视图像基本参量2.4电视信号的基本组成电视信号的基本组成2.1电视传像原理电视传像原理 本节主要介

2、绍电视传像本节主要介绍电视传像的原理及图像的摄取和的原理及图像的摄取和重现重现 2.1.1 顺序传像原理顺序传像原理电视传像原理电视传像原理 像素像素(pixel)：由：由Picture和和 Element组合而成，组合而成，像素是传送图像的基本单元，它的集合代像素是传送图像的基本单元，它的集合代表图像的总信息。表图像的总信息。 根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，可以将平面图像看成由许多的小单元组成，即可以将平面图像看成由许多的小单元组成，即像素；像素越小，单位面积上的像素数目越多，像素；像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像越清晰。图像越清晰。4251

3、 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.1.1 顺序传像原理顺序传像原理 像素的数学表达式像素的数学表达式(以黑白平面图像以黑白平面图像为例为例) fp(x,y,t) 组成黑白图像的每个像素，不但有自组成黑白图像的每个像素，不但有自己确定的几何位置，而且有各自的亮己确定的几何位置，而且有各自的亮度值。如果是彩色度值。如果是彩色图像图像每个像素还有每个像素还有自己的色度值。自己的色度值。 ( (时空域函数时空域函数) )4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.1.1 顺序传像原理顺序传像原理 帧：构成一幅图像的所有像

4、素传送一遍称帧：构成一幅图像的所有像素传送一遍称为进行一个帧处理，帧是构成活动图像的为进行一个帧处理，帧是构成活动图像的最小单元。最小单元。演示演示4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 顺序传送原理顺序传送原理(收发端靠同步保持一致收发端靠同步保持一致) 将图像分解成像素，并按照顺序一个一个传送；将图像分解成像素，并按照顺序一个一个传送；接收端按照同样规律重现像素，只要时间足够快接收端按照同样规律重现像素，只要时间足够快(约约50200ms) 根据人眼视觉惰性，人的主观感觉根据人眼视觉惰性，人的主观感觉就是完整的图像。就是完整的图像。 2.1.1 顺

5、序传像原理顺序传像原理4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.2.2 图像的摄取和重现图像的摄取和重现 图像的摄取和重现图像的摄取和重现 图像的摄取和重现：由光电转换实现，实现器件分别图像的摄取和重现：由光电转换实现，实现器件分别 为电视摄像管和电视显像管。为电视摄像管和电视显像管。电视摄像管：电视摄像管：应用光电效应，将被摄景物分割成应用光电效应，将被摄景物分割成若干个小单元，顺序将各像素的亮度转变为与之若干个小单元，顺序将各像素的亮度转变为与之成比例的随时间变化的电脉冲信号成比例的随时间变化的电脉冲信号 。光电成像原理光电成像原理邹异松邹异松 北

6、京理工大学出版社北京理工大学出版社4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.2.2、图像的摄取和重现图像的摄取和重现电视显像管：利用电光效应，由于荧光屏发光电视显像管：利用电光效应，由于荧光屏发光强弱取决于冲击电子数量和速度，则根据代表强弱取决于冲击电子数量和速度，则根据代表图像的电信号来控制电子束的强弱，采用和电图像的电信号来控制电子束的强弱，采用和电视摄像管相同的扫描规律来扫描荧光屏，完成视摄像管相同的扫描规律来扫描荧光屏，完成光电转换，重现电视图像光电转换，重现电视图像。信号处理与信号处理与传输通道传输通道电视图像光电转换系统简图电视图像光电转换

7、系统简图镜头摄像管镜头摄像管景景物物图像电信号图像电信号显像管显像管图像电信号图像电信号重现图像重现图像摄像端摄像端光光电转换电转换显像端显像端电电光转换光转换RL2.2.2 图像的摄取和重现图像的摄取和重现阴阴 极：极： 发发射电子，用射电子，用K表示；表示；栅栅 极：极： 调制极调制极，控制电子的发，控制电子的发射量，用射量，用G1表示表示加加 速速 极：极： 加速加速电子、定向，用电子、定向，用G2表示表示 高压阳极：进一步加速高压阳极：进一步加速电子束，使其高速轰击电子束，使其高速轰击荧光屏，用荧光屏，用G3 、G5表表示示聚聚 集集 极：极： 改变电子改变电子束大小，用束大小，用G4

8、表示表示 ，0400V2.2.2 图像的摄取和重现图像的摄取和重现彩色图像的摄取通过分光系统将彩色彩色图像的摄取通过分光系统将彩色光分解成三基色的光，分别用三个摄像光分解成三基色的光，分别用三个摄像管摄取，得到三个基色的电信号；管摄取，得到三个基色的电信号；2.2.2 图像的摄取和重现图像的摄取和重现彩色图像的重现利用彩色图像的重现利用空间混色法空间混色法，将，将受到三基色信号激励的电子枪产生三个受到三基色信号激励的电子枪产生三个电子束，分别轰击红绿蓝荧光点，从而电子束，分别轰击红绿蓝荧光点，从而重现彩色图像。重现彩色图像。三枪三束管三枪三束管单枪三束管单枪三束管自会聚显像管自会聚显像管2.2

9、 电子扫描电子扫描 主要介绍逐行扫描主要介绍逐行扫描和隔行扫描工作原和隔行扫描工作原理理4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.2 电子扫描电子扫描扫描：将组成一帧图像的像素，按顺序扫描：将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号以及将顺序传送的电信号转换成电信号以及将顺序传送的电信号转换成光学图像的过程转换成光学图像的过程 。扫描的实质：将原来随空间和时间变化扫描的实质：将原来随空间和时间变化的函数转变成只随时间变化的函数的函数转变成只随时间变化的函数fp(x,y,t) fp(t)，则传输通道的输出，则传输通道的输出u(t)=fp(t)； fp(t)

10、 fp(x,y,t) 。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011扫描的同步：进行扫描时，要求收发扫描的同步：进行扫描时，要求收发两端的扫描规律严格一致，包括同频两端的扫描规律严格一致，包括同频和同相两个方面。和同相两个方面。同频：同频：两端的扫描两端的扫描速度相同；速度相同；同相：同相：两端画面的每行、两端画面的每行、场扫描的起始时刻相同。场扫描的起始时刻相同。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011电子束的偏转：电子束的偏转：静电偏转：静电偏转：偏转角小，靠静电场作用，使 电子束偏转，示波器电磁偏转电磁偏转：在偏

11、转磁场作用下受力偏转， 显像管电磁偏转方式电磁偏转方式：由两组通电线圈作用下产由两组通电线圈作用下产生偏转；改变线圈电流方向生偏转；改变线圈电流方向改变磁场改变磁场方向方向电子束作水平或垂直方向偏转电子束作水平或垂直方向偏转4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011行、场偏转线圈行、场偏转线圈行偏转线圈产生垂直方向的磁场，电子行偏转线圈产生垂直方向的磁场，电子束穿过磁场作水平方向偏转束穿过磁场作水平方向偏转场偏转线圈产生水平方向的磁场，电子场偏转线圈产生水平方向的磁场，电子束穿过磁场作垂直方向偏转束穿过磁场作垂直方向偏转4251 10011 0010 10

12、10 1101 0001 0100 1011 光栅光栅：电子束在行、场锯齿波的共同作电子束在行、场锯齿波的共同作用下，有规律扫描，在屏幕上出现一条用下，有规律扫描，在屏幕上出现一条条亮线，即光栅。其中场扫描锯齿电流条亮线，即光栅。其中场扫描锯齿电流时间比行扫描电流周期长。时间比行扫描电流周期长。逐行扫描：电子束从图像的上端开始，从左逐行扫描：电子束从图像的上端开始，从左到右、从上而下以均匀的速度按照顺序一行接到右、从上而下以均匀的速度按照顺序一行接着一行的扫描。着一行的扫描。其中从左到右的扫描过程称为行正其中从左到右的扫描过程称为行正程，如下图程，如下图11；从右到左的扫描称为行逆程，如；从右

13、到左的扫描称为行逆程，如1 2 。电子束从上而下的电子束从上而下的整个扫描为帧正程整个扫描为帧正程扫描，从下返回上扫描，从下返回上的扫描过程称为帧的扫描过程称为帧逆程扫描逆程扫描。1 逐行扫描逐行扫描4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011实现逐行扫描的条件：实现逐行扫描的条件：TF=TV=ZTH行逆程系数：行逆程系数：18；场逆程系数：场逆程系数：8消隐信号：消除逆程扫描线消隐信号：消除逆程扫描线 1 逐行扫描逐行扫描THt：行扫描正程时间：行扫描正程时间(从左到右的扫描从左到右的扫描)THr：行扫描逆程时间：行扫描逆程时间(从右到左的扫描从右到左的扫

14、描)TVt：场扫描正程时间：场扫描正程时间(从上而下的扫描从上而下的扫描)TVr：场扫描逆程时间：场扫描逆程时间(从下而上的扫描从下而上的扫描)逐行扫描逐行扫描 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112 隔行扫描隔行扫描隔行扫描：将一帧电视图像分解成两场进行扫描。隔行扫描：将一帧电视图像分解成两场进行扫描。其中帧扫描时间是场扫描时间的其中帧扫描时间是场扫描时间的2倍倍TF =2TV，则则fF =1/2fV实现隔行扫描的条件：实现隔行扫描的条件：HVf1= n+f2采用隔多行扫描的缺点：采用隔多行扫描的缺点：1.存在行间闪烁效应存在行间闪烁效应2.会出现

15、并行会出现并行 3.会出现垂直边缘锯齿化现象会出现垂直边缘锯齿化现象4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112 隔行扫描隔行扫描2 隔行扫描隔行扫描 隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，高于临界闪烁频率因而减少了闪烁复的，高于临界闪烁频率因而减少了闪烁感。感。 奇数行隔行扫描满足的条件奇数行隔行扫描满足的条件 (1)下一帧扫描起始点应与上一帧起始点相同，下一帧扫描起始点应与上一帧起始点相同，以便保证各帧扫描光栅重叠；以便保证各帧扫描光栅重叠；(2)相邻两场扫描光栅必须均匀镶嵌，以获得相邻两场扫描光栅必须均匀镶嵌，

16、以获得高清晰度。高清晰度。2 隔行扫描隔行扫描 隔行扫描的缺点隔行扫描的缺点(隔行越多缺点越突出隔行越多缺点越突出) (1)存在行间闪烁存在行间闪烁(若场频为若场频为50Hz，帧频为，帧频为25Hz，每行亮度，每行亮度按帧频重复，低于临界闪烁频率，有明显的行间闪烁，按帧频重复，低于临界闪烁频率，有明显的行间闪烁，隔行越多越明显隔行越多越明显) ；(2)并行现象并行现象(真实并行：行频、场频不对应，则两场扫描光真实并行：行频、场频不对应，则两场扫描光栅不能均匀镶嵌，分辨率下降一半栅不能均匀镶嵌，分辨率下降一半；视在并行：物体垂视在并行：物体垂直方向运动量较大，每经过一场时间运动物体向下移动直方向

17、运动量较大，每经过一场时间运动物体向下移动一行，相邻两场细节相同，观察移动物体，会造成并行一行，相邻两场细节相同，观察移动物体，会造成并行) ；(3)垂直边缘锯齿化：垂直边缘锯齿化：（图像中运动物体水平方向运动量较（图像中运动物体水平方向运动量较大，其垂直边缘会分两场传送，相邻光栅会左右错开大，其垂直边缘会分两场传送，相邻光栅会左右错开） 2.3电视图像的基本参量电视图像的基本参量 主要介绍垂直和水主要介绍垂直和水平分解力以及扫平分解力以及扫描行数的确定描行数的确定4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.3电视图像的基本参量电视图像的基本参量图像的几

18、何尺寸：宽高比图像的几何尺寸：宽高比/ /幅型比幅型比 K=4/3； HDTV为为16:9。矩形屏幕的大小常用对角线长度表示，矩形屏幕的大小常用对角线长度表示， HDTV的显示器件屏幕对角线尺寸要在的显示器件屏幕对角线尺寸要在1m以上。以上。场扫描频率的确定：考虑场扫描频率的确定：考虑人眼的视觉特性人眼的视觉特性和和交流电流交流电流对电视的影响两因素；对电视的影响两因素；我国电我国电视标准场频为视标准场频为50Hz；4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.3.1 电视图像宽高比电视图像宽高比K现行电视画面宽高比为现行电视画面宽高比为4:3HDTV宽高

19、比为宽高比为16:94251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.3.1 电视图像宽高比电视图像宽高比K4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.3.2 电视屏幕尺寸电视屏幕尺寸矩形屏幕大小用对角线长度表示，单位常用英寸；矩形屏幕大小用对角线长度表示，单位常用英寸；HDTV显示器屏幕对角线尺寸应在显示器屏幕对角线尺寸应在1m以上。以上。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 2.3.2 电视屏幕尺寸电视屏幕尺寸4251 10011 0010 1010 1101 0001 0

20、100 1011 2.3.3场扫描频率的选择场扫描频率的选择1、考虑人眼视觉特性，场频应高于临界闪烁频率、考虑人眼视觉特性，场频应高于临界闪烁频率46Hz；2、考虑带宽的限制、考虑带宽的限制3、考虑交流电源对电视图像的影响，与电网频率相同、考虑交流电源对电视图像的影响，与电网频率相同50 Hz4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 2.3.4 电视图像清晰度电视图像清晰度清晰度与电视系统本身的分解力有关，也与观察者的视力状清晰度与电视系统本身的分解力有关，也与观察者的视力状况有关。在评价图像清晰度时，应由一批视力正常的观众或况有关。在评价图像清晰度时，

21、应由一批视力正常的观众或专家来进行，通过主观质量评价。专家来进行，通过主观质量评价。 图像清晰度：人主观感觉到的图像重现景物细节的可懂与逼图像清晰度：人主观感觉到的图像重现景物细节的可懂与逼真的程度真的程度4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.3.5 电视图像分解力电视图像分解力水平方向，用扫描像素数描绘水平方向，用扫描像素数描绘,即水平分解力；即水平分解力；垂直方向，扫描行综合而成，即垂直分解力。垂直方向，扫描行综合而成，即垂直分解力。 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.3.5 电视图像分解力电视

22、图像分解力1、垂直分解力垂直分解力:沿图像垂直方向所能分解的沿图像垂直方向所能分解的像素数像素数影响垂直分解力的因素：影响垂直分解力的因素：A、图像的扫描行、图像的扫描行(有效扫描行数有效扫描行数 (1-)Z)B、电子束与图像的相对位置、电子束与图像的相对位置 2.3.5 电视图像分解力电视图像分解力电子束对垂直分解力的影响电子束对垂直分解力的影响2.3.5 电视图像分解力电视图像分解力由于扫描线具有一定的宽度（电子束具有一定的截面积）由于扫描线具有一定的宽度（电子束具有一定的截面积），所以再现图像可以完全恢复第一列和第三列的原图形，所以再现图像可以完全恢复第一列和第三列的原图形，而第二列完全

23、不能恢复，第四列可以部分恢复。而第二列完全不能恢复，第四列可以部分恢复。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 2.3.5 电视图像分解力电视图像分解力垂直分解力：垂直分解力：M=k1(1)Z其中，克尔系数其中，克尔系数k1 =0.650.75我国电视标准我国电视标准Z=625，8，k1 =0.75 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 2.3.5 电视图像分解力电视图像分解力2、水平分解力：沿图像水平方向所能分解的、水平分解力：沿图像水平方向所能分解的像素数像素数影响水平分解力的因素：影响水平分解力的因素：

24、扫描电子束有一定的横截面积扫描电子束有一定的横截面积,造成造成孔阑效应孔阑效应;传输带宽的影响传输带宽的影响 2.3.5 电视图像分解力电视图像分解力孔孔阑阑效效应应 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 2.3.5 电视图像分解力电视图像分解力水平分解力水平分解力N： N=KM= Kk1(1)Z4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 2.3.6 扫描行数的确定扫描行数的确定 扫描行数要充分考虑扫描行数要充分考虑图像分解力图像分解力( (清晰度清晰度) )和和图像信号传输带宽图像信号传输带宽的限制，的限制，从

25、经济和技术指标综合考虑，扫描行数在从经济和技术指标综合考虑，扫描行数在500650为宜。为宜。 我国电视制式行数选用我国电视制式行数选用625行，已知场频为行，已知场频为50Hz，则帧频为，则帧频为25 Hz； 帧扫描时间帧扫描时间 FF1T =40fmsFHT40T =64Z625msSHF15625fZfHz2.4 电视信号的基本组成电视信号的基本组成 主要介绍黑白全电视信号主要介绍黑白全电视信号的基本组成部分及其标准的基本组成部分及其标准2.4 电视信号的基本组成电视信号的基本组成黑白电视信号：图像信号、同步信号、消隐信号黑白电视信号：图像信号、同步信号、消隐信号 等等消隐信号：关闭电子

26、束，消除扫描回归消隐信号：关闭电子束，消除扫描回归线；根据所在位置不同分为行、场消隐线；根据所在位置不同分为行、场消隐信号，宽度分别为信号，宽度分别为0.18H、2325H；幅；幅度相当于黑电平（度相当于黑电平（比黑电平更黑的电平比黑电平更黑的电平） 图像信号图像信号052S12S52S1012.5 %白电平白电平黑电平黑电平75 %行正程行正程行逆程行逆程行正程行正程11()8%62518%250.18222512Z HHHHHHHS2.4 电视信号的基本组成电视信号的基本组成行、场消隐脉冲频率与行、场扫描频率一致行、场消隐脉冲频率与行、场扫描频率一致场扫描电场扫描电路路行扫描电行扫描电路路

27、行偏转线行偏转线圈圈场偏转线场偏转线圈圈行同步信号行同步信号场同步信号场同步信号同步信号同步信号同步：指收、发两端扫描同频、同相、波形同步：指收、发两端扫描同频、同相、波形相似。相似。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.4 电视信号的基本组成电视信号的基本组成行同步信号：发端每扫描完一行，送一个行同步行同步信号：发端每扫描完一行，送一个行同步脉冲控制收端的行扫描频率和相位，使其与发端脉冲控制收端的行扫描频率和相位，使其与发端同步，同步，脉冲宽度脉冲宽度4.7s；场同步信号：发端每扫描完一场，送一个场同步场同步信号：发端每扫描完一场，送一个场同步脉

28、冲控制收端的场扫描频率和相位，使其与发端脉冲控制收端的场扫描频率和相位，使其与发端同步，同步，脉冲宽度脉冲宽度160s复合同步信号：行、场同步信号混合在一起。复合同步信号：行、场同步信号混合在一起。 行同步行同步场同步场同步行消隐行消隐场消隐场消隐100%1601601612 4.7S12S1.3S75%25%消隐脉冲与同步脉冲的关系消隐脉冲与同步脉冲的关系2.4 电视信号的基本组成电视信号的基本组成复合同步信号的分离：复合同步信号的分离：微分电路微分电路行同步信号行同步信号 微分电路来提取行微分电路来提取行同步脉冲的前沿同步脉冲的前沿积分电路积分电路场同步信号场同步信号 积分电路可以选出宽积

29、分电路可以选出宽度较大的场同步脉冲度较大的场同步脉冲经微分电路后的波形经微分电路后的波形4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011开槽脉冲开槽脉冲 开槽脉冲的作用：利用微分电路提取行开槽脉冲的作用：利用微分电路提取行同步信息，在场同步期间会使行同步信同步信息，在场同步期间会使行同步信息丢失，将影响整个扫描过程中的严格息丢失，将影响整个扫描过程中的严格同步；因此，在场同步脉冲上开槽，可同步；因此，在场同步脉冲上开槽，可保证行同步连续性。槽脉冲的宽度与行保证行同步连续性。槽脉冲的宽度与行同步脉冲相同同步脉冲相同4.7s 。 t隔行扫描每场都含半行，则相邻两场扫

30、描隔行扫描每场都含半行，则相邻两场扫描的起点和终点位置不相同的起点和终点位置不相同收到复合同步信号，用积分电路分离场同收到复合同步信号，用积分电路分离场同步信号，两场同步时间有差异；步信号，两场同步时间有差异；两场同步存在时间误差两场同步存在时间误差t均衡脉冲的作用均衡脉冲的作用(消除消除t )A.要使奇偶场的扫描光栅均匀镶嵌，必须保证相邻两场要使奇偶场的扫描光栅均匀镶嵌，必须保证相邻两场的场同步脉冲前沿到达积分电路时，有的场同步脉冲前沿到达积分电路时，有相同的起始电相同的起始电压压；B.在场同步脉冲持续期及其前后若干行，将行同步脉冲在场同步脉冲持续期及其前后若干行，将行同步脉冲频率提高频率提

31、高1倍倍，则这段时间内奇偶场同步脉冲波形完全，则这段时间内奇偶场同步脉冲波形完全相同；相同；C.为了使增加脉冲后的平均电平不增加，为了使增加脉冲后的平均电平不增加， 把这部分脉冲把这部分脉冲宽度减小为原来的一半宽度减小为原来的一半(即即2.35s)。场同步期间要开。场同步期间要开5个槽。每个场同步脉冲前、后各有个槽。每个场同步脉冲前、后各有5个个 2.35s 宽的脉冲，宽的脉冲，常称其为常称其为前、后均衡脉冲前、后均衡脉冲。无论奇场还是偶场，送到。无论奇场还是偶场，送到场积分电路去的波形都是完全相同的场积分电路去的波形都是完全相同的。黑白全电视信号波形（以全白图像为例）黑白全电视信号波形（以全白图像为例）奇场开始奇场开始偶场结束偶场结束偶场开始偶场开始奇场结束奇场结束场消隐场消隐 1.6mS= 25行行偶场场同步偶场场同步2.5行行前均衡前均衡后均衡后均衡2.5行行2.5行行625312546246236216222223763132425311 312314309310315316317 318319320 335336 337338奇场场同步奇场