电视机原理彩色图像的发送

无线电视播送系统原理方框图电视播送用无线电波传送活动图像和伴音。传送伴音要把随时间变化的声能变成电信号传送出去，接收机再把电信号转换为声音。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。人眼的区分力是有限的，当人眼看图像上两个点构成的视角小于1′时，眼睛已不能将这两点区分开来。依据这一视觉特性，我们可以将一幅空间上连续的黑白图像分解成很多小单元，这些小单元面积相等、分布均匀，明暗程度不同。大量的单元组成了电视图一幅高质量的图像有几十万个像素。要用几十万个传输通道来同时传送图像信号是不行能的。由于人眼的视觉惰性，可以把图像上各像素的亮度信号按从左到右、从上到下的挨次一个一个地传送。电视接收机按发送端的挨次依次将电信号转换成相应亮度的像素，0.1s时间里完成一幅图像全部像素的电光转换，那么人眼感觉到的将是一24幅稍有差异的静止画面来得到活动图像的，电视则是承受每秒25幅稍有差异的电视画面来得到连续动作的效果的。依据人眼视觉特性，自然界景物的彩色要用亮度LHS来描述。景物的外形可用空间坐标x、y、z表示。假设是活动景物，那么它的外形和相应的彩色还都是时t的函数。任何自然景物都可以用以下方程组表示L=fL(x,y,z,t)H=fH(x,y,z,t)S=fS(x,y,z,t)图像挨次传送:光信号。只要这种挨次传送进展得足够快，那么由于人眼的视觉惰性和发光材料的余辉特性，就会使观看者感觉到整幅图像同时进展，这种依据挨次传送图像像素的方法构成的电视系统，称为挨次传送系统。图像的摄取和重现-1-图像的摄取和重现：就是由光电转换实现，实现器件分别为电视摄像管和电视显像管。光电转换，重现电视图像。电视图像光电转换系统简图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，分别用三个摄像管摄取，得到三个基色的电信号；-2-别轰击红绿蓝荧光点，从而重现彩色图像。逐行扫描在电视发送端用摄像器件实现光电转换，在接收端用显像管实现电光转换。涂在玻璃屏上的荧光粉在电子束的轰击下会发光。荧光屏的发光强弱取决于轰击电子的数量与速度，只要用代表图像的电信号去掌握电子束的强弱，再按规定的挨次扫描荧光屏，便能完成由电到光的转换，重现电视图像。显像管中的电子束扫描是通过水平偏转线圈和垂直偏转线圈来实现的。在水平偏转线圈所产生的垂直磁场作用下，电子束沿着水平方向扫描，叫做行扫描。同时在垂直偏转线圈所产生的水平磁场作用下，电子束沿垂直方向扫描，叫做场扫描。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t2时刻正程完毕时，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，电子束从右向左快速扫描，叫做行扫描逆程，t3束在水平方一直回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THFTHRfH。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TZTZFTZRfZfZfH。假设把行偏转电流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2-1〔c〕600端开头，从左到右、从上到下以均匀速度依照挨次一行紧跟一行地扫完全帧画面，称为逐行扫描。6i T T t6H HF HR t0(a)

t t1t tt t T(b)

1 23 4 H t t3 2T TiZF ZRiZ t4T tt Z t0

t t56 (c)图2-1逐行扫描电流和光栅-3-行扫描电流；(b)帧扫描电流；(c)扫描光栅程扫描线消逝。为了提高效率，正程扫描时间应占整个扫描周期的大局部，电视标准规定了行逆程系数α和帧逆程系数βT HRTTH

18% TZRTZRZ

8%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。隔行扫描600左右；为了保证不产生闪耀48Hz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24、6…2-2〔c〕所示。我25625312.5行，每秒扫描5050Hz625行，2-2〔a〕2-2〔b〕是场扫描电流波形。为了简化，图中未92-2〔c〕中奇数场光栅用实线表5行的前半行，偶数场一开头扫5行的后半行，偶数场第一整行(6行)1行和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，每帧的扫描行数必需是奇数。iH1246810121416181110(a)

3 213579111315171312541514i76tVtt17 1tVtt9 8180图2-2隔行扫描电流和光栅

行扫描电流；(b)场扫描电流；(c)扫描光栅隔行扫描方式特点在隔行扫描方式中，引用了帧频的概念。一帧包括两场。电子束从屏幕最上边一行的始端扫到最下边一行的终端，又返回最上边一行的始端，就完成了一个场扫描周期TV，场频fV＝1／TV。帧扫描周期〔Tf帧扫描周期一样，而在隔行扫描方式中，Tf＝2TV，帧扫描频率ff＝1/Tf＝1/2fV-4-隔行扫描可使帧频下降为场频的一半。同样，行扫描频率也减低到逐行扫描时的一扫描时一样。隔行扫描既保持了逐行扫描的清楚度，又到达了降低图像信号频带的目的。隔行扫描存在以下缺点 ：50Hz，高于临界闪耀频率，观看时不会感觉到闪耀。但当图像中有一行亮线时，每秒只消灭25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、场扫描频率保持肯定的关系，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，这时图像清楚度会降低一半。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一样，当观看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耀感觉，场48Hz。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。场频的选择还要考虑沟通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，沟通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，“滚道”。沟通电源干扰假设加在行锯齿波上，会造成光栅扭曲。当场频与电源频率不同时，光栅不但扭曲而且摇摆。因此在制定电视标准时都规定场频与本国的电网频率一样。在我国50Hz。随着型荧光粉的消灭，电视屏幕亮度不断提高，一些50Hz更高的场频。区分力公式： d 3438 ()L式中，L表示眼睛与图像之间的距离，d表示能区分的两点间最小距离，对于正常θ1～1.5′。设Z为每帧扫描行数，h为屏幕高度，则有，代入式〔1-2〕得 。L为屏幕高度h4～6θ1860～570625525625行。20501214英寸为主,625行。随着大屏幕电视的进展，625行的标准明显偏低，在高清楚度电视中，为了获得临1200行以上。fV=50HzfZ=25HzTZ=40ms。Z=625TH=TZ/Z=40ms/625=64μs，行频-5-fH=fZ×Z=25Hz×625=15625Hz。图像信号CCD传感器的每个像素的输出波形只在一局部时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。为了取出图像信号并消退干扰，就要承受取样保持电路。每个像素信号被取样后，用一电容把信号保持下来，直到取样下一个像素信号。图2-9是相关双取样电路CDS，CorreledDoubleSampng，图中SHP是复位电平取样脉冲，它对复位电平进展取样，用来消退直流成分。SHD是信号取样脉冲，它对取样后的复位电平和信号同时取样。由于取样后的两个信号中有一样的干扰波形，因此将有一样干扰波形的两个信号送到差分放大器中相减，就可得到不带干扰的输出信号。在CCD传感器的输出信号中含有多种热杂波，这些杂波在差分放大器输入的两路信号中根本一样，经过差分放大器后，热杂波将被抑制。CCD样持 样持 ＋－SHPSHD图2-9相关双取样电路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。由于摄像机在行、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TTHH12s2HTTHH12s2H(a)TTHH12s同步信号

图2-10复合消隐信号奇数场；(b)偶数场电视系统中，收、发扫描必需严格同步，即收、发扫描对应的行、场起始和终止位置必需严格全都，否则就会消灭画面失真或不稳定现象。电视接收机显像管要正确地重现摄像机摄取的图像，接收机与摄像机的扫描必需同步，收机则利用这个行同步信号去掌握本机的行扫描逆程起点。行同步脉冲的前沿表示上一行-6-4.7μs，行同步脉冲前沿滞后行消1.5μs2-11〔a〕所示。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掌握本机的场扫描逆程起点。场同步脉冲的前沿表示上一场的完毕，下一场的开头。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2-11〔b〕所示，奇数场的最终一个行同步脉冲的前沿与场同步脉冲的前沿TH／2，而偶数场最终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1.51.5s 4.7ss2.5TH2.5TH(b)图2-11行同步信号和复合同步信号行同步信号；(b)复合同步信号假设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25Hz,即电视信号标准场频的一半时，屏幕上消灭上、下两个一样的图像而屏幕中部则是一条水平黑带，是占25斜的黑白相间的条纹；假设接收机的行频稍低于行同步信号，屏幕上会消灭一条条向左下方倾斜的黑白相间的条纹恒定亮度原理人眼具有对亮度细节区分力高、对色度细节区分力低的特点，在观看图像杂波时，反映为对亮度杂波敏感而对色度杂波不敏感。当用一个亮度信号传送亮度信息时，期望它不受传送色度信息的其它信号的影响，即只由传送亮度信息的亮度信号打算，这一原理称为恒定亮度原理。实现这一原理，可使传送的彩色图像具有最正确视觉信杂比。大面积着色原理从人眼对亮度细节和色度细节的区分力不同动身，彩色电视系统在传送彩色景物时，可以只传送一个粗线条(大面积)的彩色图像，并配以亮度细节。高频混合原理，它们的高频局部都用同一亮度信号的高频局部来补充。利用这一原理既可以节约频带，又可以减轻传送宽度和色度信息的两种信号因共用频带而产生的相互干扰。亮度信号和色差信号在彩色播送电视系统中传输信号应满足以下要求：为获得兼容性，必需传送一个与黑白电视一样的亮度信号。彩色全电视信号应保持-7-与黑白电视信号一样的频带宽度。需要传送两个代表色度的信号，依据恒定亮度原理，它们不应含有亮度信息，同时依据高频混合原理，色度信号可以承受窄带传输。在传输黑白图像时，三个基色信号相等，即R＝G＝B，依据这一条件，这时两个代表色度的信号应当等于零。代表色度的两个信号是相互独立的。三个基色信号与三个传输信号之间的转换关系要简洁。亮度信号和色差信号与三基色信号之间的关系 ：Y0.30R0.59G0.11B(RY)R(0.30R0.59G0.11B)0.70R0.59G0.11B(BY)B(0.30R0.59G0.11B)0.30R0.59G0.89B(GY)G(0.30R0.59G0.11B)0.30R0.41G0.11B在三个色差信号中只有两个是独立的，它们之间的关系为(RY)0.59(GY)0.11(BY)0.30 0.30(BY)0.30(RY)0.59(GY)0.11 0.11(GY)0.30(RY)0.11(BY)0.59 0.59三基色图像信号的恢复〔1〕(GY)0.30(RY)0.59(BY)0.11 0.11(RY)YR〔2〕(BY)YB(GY)YG恒定亮度的实现〔用信号表示式说明：Yt、(R-Y)t、(B-Y)t分别表示传输后的亮度信号和色差信号R (RY)Yd t tB (BY)Yd t tG [0.30(RY)d 0.11

0.59(BY)0.11

]Yt假设显像管的1，所显示的亮度将正比于以下信号Y 0.30Rd

d

d

[0.30(RY)t

t[0.30(RY)t

0.11(BY)t

t[0.11(BY)0.11Y]Yt t t高频混合的实现〔用信号表示式说明〕假设取色差信号的频带为0~1MHz，而亮度信号的频带为0~6MHz，则恢复的三基色信号-8-(RY)将为(BY)

Y06Y06

RB

Y16Y16)

Y06

G

Y16转换特性的非线性对实现恒定亮度原理的影响在摄像端对每一基色信号均需进展校正，即RR1/0GG1/0BB1/0由此组成的亮度信号Y0.30R1/

0.59G1/0.11B1/0送景物所需的正确亮度信号为Y0

0.30R0

00

00

Y Y0分别与相应信号的次方成正比，因而彩色图像的亮度和色度能够正确重现。设显示的亮度信号和相应信号的1。则显示的亮度为Y 0.30[(RY)Y]0.59[(GY)Y