广播电视技术概论：第2章 电视技术基础

12025/2/28主要内容

广播电视是人们最喜闻乐见、最具有影响力的传媒之一，也是现代社会中不可缺少的信息和娱乐工具。广播电视技术是20世纪发展最快的技术之一，它融合了电子技术、通信技术、信息技术、计算机技术、网络技术、材料技术、自动控制技术等多项技术于一体，是一个综合性的高科技产业。随着人类步入信息社会，对信息和娱乐的要求不断提高，广播电视技术也将扮演更加重要的角色。广播电视发展概述电视技术基础电视摄像机电视节目制作系统电视音响技艺电视广播系统22025/2/28第二章电视技术基础光与色光的基础知识视觉特性色度学基础模拟电视基本原理图像的分解与传送电视扫描原理光电转换原理全电视信号与制式数字电视基础数字电视信号的格式数字电视信号的压缩32025/2/28第一节光与色一、光的基础知识1、可见光与颜色光是一种以电磁波形式存在的物质。电磁波的波长范围很宽，从3×10-17m到3×103m，包含了无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、宇宙射线等。其中，波长为380nm～780nm（1nm=3×10-9m）的电磁波能够引起人眼的视觉反应，因而称为可见光可见光在整个电磁波谱中只占极窄的一部分。在可见光波长范围内，不同波长的光会对人眼产生不同的颜色感觉。例如，波长为700nm左右的光产生红色感觉，波长为550nm左右的光产生绿色感觉，而波长为470nm左右的光产生蓝色感觉。可见光的光谱是连续分布的，随着波长的减小，各个波长对人眼引起的颜色变化分别为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。单一波长和波谱宽度小于5nm的光称为单色光。单色光对应着光谱中一定的波长，所以又称为谱色光。42025/2/28电磁波谱与可见光谱红橙黄绿青蓝紫52025/2/2862025/2/2872025/2/28含有两种或两种以上波长成分的光称为复合光，复合光使人眼产生混合色。由于它不能作为单色光出现在光谱上，所以又称为非谱色光。白光就是一种复合光，自然界中最大的白光光源是太阳，太阳光的光谱是连续分布的，包含有380nm～780nm范围内的所有波长成分。几种单色光混合在一起会形成复合光，如红、绿、蓝光按一定比例混合后会产生白光。同样，混合光也可以通过某种方式被分解成不同波长的单色光，雨后出现的彩虹就是阳光被分解成七种单色光的例子。由此可见，光是一种客观存在的物质，而色是人眼对这种物质的视觉反应。82025/2/28日常生活中人眼能够感知的光归纳起来有三种形式，即直射光、透射光和反射光。由发光体产生并直接刺激人眼而引起光感的光称为直射光，如阳光、灯光、显像管荧光屏发出的光等。发光体所发出的光照射到透明或半透明的物体上，被有选择的透过的光称为透射光。例如玻璃、滤色片、电影胶片透过的光。发光体发出的光照射到物体上，被该物体有选择的反射出来的光称为反射光。自然界中的不透明物体就是以反射光的形式为我们所看见。柔光硬光92025/2/282、光源

光源是指能发光的物理辐射体，例如太阳、灯等。一个光源发出的光是由许多不同波长的谱色光组成的，而且不同波长的光的辐射功率也不一样。光源的辐射功率在各个波长上的分布情况称为光源的光谱功率分布（或称辐射功率谱）激光是一种颜色极纯的单色光，其颜色与波长有关几种光源的相对光谱功率分布曲线102025/2/283、色温光源的色温是用来描述光源的光谱分布的物理量。在色度学上，它通常用光源的光与绝对黑体发出的光相比较，并用绝对黑体的绝对温度来表征。绝对黑体是指既不反射也不透射光线，而能完全吸收入射光的物体。之所以称为绝对黑体，是因为外界有光线入射时，被它全部吸收，没有一丝光线反射或透射，因而人眼看上去是全黑的。当绝对黑体被加热时，能辐射出连续光谱，所以其光谱能量的分布只与加热的温度有关。绝对黑体在一定温度下有一定的光谱功率分布，相应的也有一定的发光颜色。温度较低时它只发热，不发光；112025/2/28随着温度的升高，它大致按下列顺序变化其白光的光色：暗红→桔红→浅黄→纯白→浅蓝→亮蓝。也就是说，绝对黑体在不同的温度下有不同的发光颜色。于是，我们可以将绝对黑体的发光颜色与其绝对温度联系起来，将绝对黑体在一定光色下的绝对温度称为该光色的色温。对于其它白光源，可以将它与绝对黑体在一定温度下的光色相比较，当人们在主观上感觉两者相同时，就将这时绝对黑体的绝对温度称为该白光源的色温。例如，一个温度为2800K的钨丝灯泡所发出的光色与绝对黑体在温度为2854K时的光色相同，则该灯泡所发出的光的色温就是2854K。注意：色温用来表示光源的光谱特性，并非光源的实际温度。在电视技术中引入“色温”的概念，是为了进行色度（光的颜色）的计算和白光的比较。以下是几种常见光源的色温：阳光

早晨 2000K

上午10时及下午4时 4800K

正午 6000K

钨丝灯泡 2854K

卤钨灯（电视演播室常用光源）3200K122025/2/28注意：比较不同色温光源对画面色彩的影响，前提是摄像机/照像机的白平衡参数保持不变（工作在手动/锁定状态，不可自动）比较不同的白平衡设置对成像色彩的影响，则需保持被摄场景照明光线的色温稳定不变白平衡设置与现场光线色温一致=正确的色彩还原132025/2/28摄像机工作参数光源色温142025/2/28152025/2/28162025/2/284、光度量单位

在电视技术中常用的光度量单位有光通量、照度、亮度、发光强度。光通量[F]：光的功率单位，是按照人眼的光感觉来进行度量的辐射功率。光通量的单位是流明（lumen），简写为lm照度[E]：指光通量F与被照物体表面面积S的比值，用E表示，即E=F/S照度的单位为勒克斯，符号为lx，1lx就是指1m2的面积上得到1lm的光通量。亮度[B]：是表示发光面明亮程度的物理量，它是指发光表面在指定方向上的发光强度与垂直于指定方向的发光面面积之比。亮度的单位是坎德拉每平方米，符号为cd/m2黑白电视机

120cd/m2TFT-LCD显示器亮度普遍为200-300cd/m2

所谓的流明，是指一烛光（cd,坎德拉Candela，发光强度单位，相当于一只普通蜡烛的发光强度）在一个立体角（半径为1米的单位圆球上1平米的球冠所对应的球锥所代表的角度，其对应中截面的圆心角约65°）上产生的总发射光通量。考虑整个圆球的立体角为4π，1烛光总发射的光通量为4π（约12.57）流明。任意大小的球总立体角均为4π，因此烛光的总光通量固定为4π，不因距离变化而变化172025/2/28182025/2/28二、人眼的视觉特性1、视觉机理当眼睛注视外界某物体时，由该物体发出或反射、透射出的光线通过眼球后聚焦在视网膜上。视网膜上的光敏细胞受光刺激后转化为神经冲动，经视觉神经传递到大脑的视觉中枢，于是就产生了视觉。192025/2/28光敏细胞按其形状可分为杆状细胞：在光线较为明亮时才能感知各种明暗层次，所以属于明视觉细胞，辨别光的颜色，分辨景物细节的能力很强。锥状细胞：感光灵敏度很高，在光线暗淡的环境下也能感觉出外界景物的轮廓，属于暗视觉细胞。但没有辨色能力，在暗视觉下只能辨认出景物的大体轮廓而看不清其细节。在电视系统中只需考虑锥状细胞的视觉特性即可202025/2/282、视敏特性

视敏特性是指人眼对不同波长的光具有不同灵敏度的特性，即对于辐射功率相同的各色光具有不同的亮度感觉。在相同的辐射功率条件下，人眼感到最亮的光是黄绿光，而感觉最暗的光是红光和紫光。曲线V(λ)

是明视觉锥状细胞的相对视敏函数曲线,人眼感觉555nm的黄绿光最亮212025/2/283、亮度感觉

亮度视觉范围人眼能够感觉到的亮度范围称为亮度视觉范围。这个范围很大，可达109:1。人眼之所以能有如此宽的亮度视觉范围，原因就在于视觉具有环境适应性，即人眼能根据外界光的强弱变化而自动调节感光能力。虽然人眼总的亮度视觉范围很宽，但却不能在同一时间感受这样大的亮度范围。当人眼适应了某一平均环境亮度之后，可感受的亮度范围就有了一定的限度。当平均亮度适中时，这一范围的上下限之比为1000:1；当平均亮度较高或较低时，这一比值只有10:1。通常情况下，能感觉到的上、下限亮度之比为100:1，电影银幕大致可给出这种亮度比值，CRT显像管能给出的亮度比值仅约30:1。222025/2/28对比度和亮度层次原景物或重现图像的最大亮度与最小亮度之比称为对比度或反差，用C标记。自然界中各种不发光物体的亮度取决于它反射或透射光的强弱。因此，在同样照明条件下，各种物体的亮度决定于对入射光的反射能力或透射能力。白石膏面具有最大的反射系数，接近100％，黑丝绒有最小的反射系数，约为1％。所以，外界景物的对比度一般不会超过100:1。CRT显像管的对比度通常只有30:1。亮度层次是指在画面最大亮度与最小亮度之间可分辨的亮度感觉差级数，也称为灰度层次或亮度梯级数、灰度级数，可用n来表示。一般来说，对比度越大，画面上的亮度层次就越丰富。亮度层次是图像质量的一个重要参数。亮度层次多，图像就会显得明暗层次丰富，柔和细腻；反之，亮度层次少，图像会显得单调生硬，即使画面上细节很清晰也难以令人满意。232025/2/28可以得到以下结论：在电视系统中，重现图像的亮度无需等于实际景物的亮度，而只需保持二者的对比度相同即可；人眼不能觉察的亮度级差在重现图像上无需呈现出来。只要重现图像与实际图像对主观感觉来说具有相同的对比度和亮度感觉差级数，重现的图像就能给人以真实感。242025/2/284、视觉惰性

人的视觉对外界光刺激的响应有一定的延时。当一定强度的光突然作用于人眼时，需要经过一定的时间才能形成一个稳定的主观亮度感觉；当光消失以后，亮度感觉也不是瞬间消失，而是要经过一段时间之后才能消失。视觉的建立和消失都有一定的惰性，称之为视觉惰性视觉惰性包含建立惰性和消失惰性两个方面t1～t2所经过的时间称为视觉建立时间t3～t4所经过的时间称为视觉暂留时间。消失惰性又称为视觉暂留特性相对而言，视觉暂留时间比建立时间要长，它与光脉冲的强度有关，一般在0.05～0.2秒之间252025/2/28视觉惰性，特别是视觉暂留特性是现代电影和电视的基础。电影和电视都是将一幅幅静止的画面以一定的频率在银幕或屏幕上轮流显现出来，这时人眼观看的虽然是一连串的静止画面，但是由于视觉暂留特性，前一幅画面的印象尚未消失，后一幅画面的印象又开始建立，前后画面在视觉上融合衔接在一起，因此人眼感觉到画面不是断续出现而是连续出现的，屏幕上的动作也是连续运动的。视觉产生连续感的前提条件是静止画面在显现时每两幅之间的时间间隔应小于视觉暂留时间，即画面的换幅频率必须大于视觉暂留时间的倒数，否则人眼就会觉察出画面是断续出现的。如果取视觉暂留时间为0.05秒，则画面的换幅频率必须要大于20Hz才能产生连续感。电影在拍摄和放映时都是按每秒24格进行的，因此其换幅频率为24Hz，满足人眼产生连续感的需要。电视的换幅（帧）频率为25/30（PAL制/NTSC制）Hz，同样也满足连续感的需要。通常将活动画面出现连续感的重复频率称为融合频率，它在16～20Hz之间。262025/2/285

闪烁感觉对于脉冲性重复光源，人眼还有一个称之为闪烁感觉的特性。当脉冲光源的重复频率不太高时，人眼会跟随光源的变化产生一明一暗的感觉，即闪烁感觉。脉冲光源的重复频率提高时，这种闪烁感觉会随之减轻。当重复频率提高到一定值后，闪烁感觉可完全消失，这时人眼感觉到的不是一闪一闪的脉冲光源，而是亮度恒定的不闪烁光源。不引起视觉闪烁感的光源最低重复频率通常称为临界闪烁频率，一般用fc表示。临界闪烁频率与很多因素有关，如脉冲光源本身的亮度、环境亮度（背景亮度）、明亮时间占空比（明亮时间与脉冲光源重复周期之比）以及明亮面的大小和颜色等。其中，脉冲光源亮度、环境亮度和明亮时间占空比三者对fc的影响较明显。272025/2/28282025/2/28电视机屏幕在显示画面以及电影银幕在放映时都相当于脉冲光源，因此其重复频率必须大于临界闪烁频率才能使观众不产生闪烁感。电视机屏幕的最高亮度通常为100，根据经验公式可计算出其临界闪烁频率fc为45.8Hz，即屏幕的重复（闪烁）频率必须大于45.8Hz时才能使人眼不产生闪烁感。电视系统的换帧（幅）频率只有25(30)Hz，为了克服闪烁感，电视系统采用了隔行扫描的方式，将一帧（幅）画面分成奇数场、偶数场两场。这样一来，在不改变换帧频率的情况下，屏幕上画面的呈现频率提高了一倍，即屏幕的闪烁频率变为50(60)Hz，大于45.8Hz的临界闪烁频率，基本上可满足人眼对闪烁感的要求。不过，当屏幕最高亮度大于100时，临界闪烁频率也相应提高，50(60)Hz的屏幕闪烁频率有时也难以满足人眼对闪烁感的要求。现代电视技术通常在电视机中采用特殊技术，如场频加倍技术等，将屏幕闪烁频率提高到100Hz，这时基本上可完全克服闪烁感。在克服人眼闪烁感方面，电影采用的方式是在放映时每一格胶片在银幕上投光两次或三次，这样一来，在不改变胶片放映速度的情况下，银幕的重复闪烁频率可提高到48Hz或72Hz。292025/2/286、人眼的分辨力

分辨力与分辨角分辨力的大小用分辨角表示，而视力则用分辨角的倒数来定义。分辨角也称视敏角，是指在被观察物体上，人眼能分辨出的最近两个相邻点对眼睛形成的张角。视力正常的人在中等亮度和中等对比度情况下，观察静止图像时的分辨角约为1’-1.5’

人眼对彩色细节的分辨力要远低于对黑白细节的分辨力，一般取彩色分辨角θ＝4’根据这一特性，在彩色电视中可不必显示彩色细节，即使显示，人眼也觉察不到。对彩色细节可用其亮度细节来表示，是大面积着色原理的依据。视觉心理人们在日常生活中，积累了大量有关物体“动”的经验，在观察“动”的过程中起了重要作用。一个物体位置的变化，在时间很短，位移很小的情况下，尽管其位置变化的过程没有全部看到，但依靠“动”的经验，仍会产生物体位置连续变化的感觉。302025/2/28312025/2/28人眼对运动景物的分辨力人眼对运动景物的分辨力要低于对静止景物的分辨力，其分辨角大约是静止景物时的5倍，即θ＝7.5’。当景物画面中有运动物体时，即便画面的换幅频率满足视觉连续性要求，能使视觉上产生画面连续出现的感觉，但是如果前后两幅画面中运动物体移动了较大距离，则人眼会感觉这一物体是在作跳跃式运动，而不是连续平滑的运动。要想保证物体的运动连续感，就必须保证在前后两次呈现的画面中，运动物体的相对位置对眼睛的张角不超过7.5’。322025/2/28三、色度学基础1、物体的颜色人眼所感知的物体的颜色取决于该物体对人眼入射光的光谱功率分布情况。发光物体和不发光物体发光物体由发出光线的光谱成份决定不发光物体的颜色一方面决定于物体本身的反射特性或透射特性，另一方面也与照明光源的光谱功率分布有关。332025/2/282、彩色三要素

彩色三要素指的是彩色光的亮度、色调、饱和度这三个量。任何一种彩色光对人眼引起的视觉作用，都可以用这三个量来描述。亮度：指彩色光作用于人眼而引起的视觉上的明亮程度。色调：指彩色的颜色类别，它是决定彩色本质的基本参量。我们通常所说的红、绿、蓝等指的就是色调。饱和度：是指彩色的深浅、浓淡程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越高，颜色就越深、越浓。各种谱色光都是饱和度最高的彩色。饱和度与彩色光中掺入的白光比例有关，掺入的白光越多，饱和度就越小。因此，饱和度也称为色纯度。饱和度的大小用百分制衡量，100％的饱和度表示彩色光中没有白光成分，所有谱色光的饱和度都是100％；饱和度为零表示全是白光，没有任何色调。色调和饱和度合称为色度，它既说明了彩色光的颜色类别，又说明了颜色的深浅程度。在彩色电视中，所谓传输彩色图像，实质上是传输图像中每一个像素的亮度和色度信息。342025/2/283、三基色原理

人们通过大量实验发现，用三种不同颜色的单色光按一定比例混合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫三基色光，而这一发现也被总结成三基色定理，其主要内容如下：自然界中绝大多数彩色都可以由三基色按一定比例混合而得；反之，这些彩色也可以分解成三基色；三基色必须是相互独立的，即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到；混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定；混合色的亮度是三基色亮度之和。另外，任何一种颜色都有一个相应的补色。所谓补色，就是它与某一颜色以适当比例混合时，可产生白色或灰色。显然，若A是B的补色，则B也是A的补色，即补色是相对的，两者互为补色。352025/2/283、三基色原理

人们通过大量实验发现，用三种不同颜色的单色光按一定比例混合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫三基色光，而这一发现也被总结成三基色定理，362025/2/28三基色的选择在原则上是任意的，只要满足相互独立即可。彩色电视选取的三基色是红、绿、蓝，分别用R、G、B表示。三基色原理是彩色电视得以实现的重要理论基础。因为自然界中的彩色是千变万化的，设想如果用一种电信号传送一种颜色，那就需要成千上万种电信号，这在实际中是办不到的。有了三基色原理，彩色电视只需在摄像端将景物的各种颜色分解成红、绿、蓝三种基色，然后将这三种基色转换成相应的三种电信号传送到显示端，在显示端将电信号再转换成三基色光信号，最后在屏幕上用三基色混合出原景物的色彩。372025/2/285、混色法

利用三基色按不同的比例混合来获得彩色的方法称为混色法。混色法有相加混色法和相减混色法。相加混色是指光源色光的相互混合，彩色电视技术中就是利用相加混色法显现各种颜色的。实现相加混色的最直接方法是光谱混色法，即将三种光谱不同的基色光直接投射到一个全反射面上实现混色。另外，几种方法：时间混色法：这种方法是利用人眼的视觉惰性，顺序地让三种基色光先后出现在同一表面的同一点处，当三种基色光交替出现的速度很快时（交替时间间隔小于人眼的视觉暂留时间），人眼产生的彩色感觉就与三种基色光直接混合时相同。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。空间混色法：这种方法是利用人眼空间细节分辨力差的特点，将三种基色光点放在同一表面的相邻处，当人眼在一定距离之外观看时，就会看到三种基色光混合后的彩色光。彩色显像管就是利用这一原理生理混色法：生理混色法又称双眼混色法，它是利用两只眼睛分别同时观看不同颜色的同一景物，也可以获得混色效果。在立体电视中，可以利用这一原理，使图像既是彩色的，又是立体的。382025/2/28与彩色电视不同，在彩色印刷、彩色胶片和绘画中采用的是相减混色法。它是利用颜料、染料等的吸色性质来实现混色的，例如，黄色颜料吸收蓝色（黄色的补色）光，于是在白光的照射下，反射光中将因缺蓝光而呈现黄色。在相减混色法中常用黄、品红、青作为三基色392025/2/28第二节模拟电视基本原理一、黑白图像传送原理1、图像的分解将景物图像化整为零的方法称为图像的分解，分解之后的小点称为像素。所谓像素，就是组成图像的元素，即基本单位，具有单值的亮度信息和空间位置。一幅电视图像由许许多多个像素组成，电视系统能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。图像的分解是在摄像端的光电转换和扫描过程中完成的。在接收端，通过显示装置的扫描和电光转换作用，这些被分解的像素又会在屏幕上合成出原来的图像，从而实现电视的全过程。402025/2/282、图像的传送

一幅图像由许多像素组成，这些像素的亮度信息经光电转换之后变成相应的电信号。同时制传送：将构成一幅图像的所有像素同时转换成电信号，并同时传送出去。这种方式下每一像素需占用一个传输通道。虽然每个通道所需的带宽很窄，只要保证传输的换幅频率能满足人眼的连续感即可，但一幅电视图像有近50万个像素，因此传送一幅电视图像需要近50万个通道，这在技术和经济上都是不现实的。同时制传送只是电视启蒙时期的一种设想，并没有真正实现。顺序制传送：按一定顺序将一个个像素的光学信息轮流转换成电信号，用一条传输通道依次传送出去，在接收端的屏幕上再按同样的顺序将电信号在相应的位置上转换成光学信息。412025/2/28现行电视系统均采用顺序制传送图像的方法422025/2/28二、电视扫描原理

1、扫描在顺序制传送系统中，构成一幅画面的所有像素在进行光电转换、传输、以及电光转换时都要按照一定的规律进行，实现这一规律的过程就称为扫描。扫描是顺序制传送系统的核心，它是电视传像的一大关键技术。发送端光电转换过程中的扫描和接收端电光转换过程中的扫描规律必须严格一致，即同步。电视系统应用的扫描是线性扫描，即扫描轨迹是直线型的。扫描规律类似于人眼在看书时视线的移动规律，即对每一幅画面来说，扫描自上而下一行一行进行，每一行从左到右进行。扫描完第一幅画面之后再扫描第二幅，如此循环进行。当扫描速度足够快，使画面换幅频率既满足画面及活动景物连续感的要求，又满足临界闪烁频率的要求，则在接收端屏幕上看到的就是既有连续感又无闪烁感的二维平面活动影像了。扫描过程的实现通常使用电子方法。在以前的摄像管摄像机中，扫描由电子束完成；在CRT（阴极射线管）显示器中，扫描也是靠电子束完成的。在目前使用较多的CCD(电荷耦合器件)摄像机以及一些新型显示装置（LCD/PDP）中，扫描过程已不再需要电子束的参与，而是靠脉冲电路的控制实现。432025/2/28442025/2/282、逐行扫描

在对一帧（幅）画面进行光电转换及电光转换的过程中，若扫描是一行一行从上到下依次进行，则称为逐行扫描。扫描轨迹的集合称为扫描光栅。电子束沿水平方向的扫描称为行扫描。行扫描正程时间长，逆程时间短。逐行扫描有较高的时间和动态空间分解力，运动重现性能较好等。逐行扫描是计算机显示系统采用的扫描方式行扫描正程行逆程场消隐452025/2/283

隔行扫描

PAL制电视图像的帧频为25Hz，即电视系统每秒要拍摄、传送、显示25帧画面。在逐行扫描方式下，电视机重现图像时屏幕的闪烁频率为25Hz，会造成严重的闪烁现象。为了在不改变帧频的条件下克服闪烁现象，电视系统采用了隔行扫描方式，每帧画面分为两场扫描，场频变为50Hz，在很大程度上克服了闪烁现象清晰度有所降低462025/2/28472025/2/284、模拟电视扫描参数我国电视标准PAL制规定：一帧扫描总行数为625行其中，帧正程575行，帧逆程50行；采用隔行扫描方式，每场扫描312.5行，场正程287.5行，场逆程25行；场频为50Hz，场周期周期为20ms；行频为15625Hz，行周期为64μm，行正程时间为52μm

，行逆程时间为12μm

；扫描光栅的宽高比为4:3。482025/2/28三、光电转换原理光电转换过程也就是摄像过程，其工作原理与所使用的摄像材料有关。摄像材料可分为两大类，即摄像管和CCD器件。1、CCD的电荷存储功能CCD（ChargeCoupledDevice）是电荷耦合器件的英文简称。CCD器件出现于20世纪70年代，由于其良好的性能，很快就得到了广泛的应用，目前已在很多领域取代了摄像管。CCD是一种金属氧化物半导体（MOS）集成电路器件。在P型（或N型）半导体硅衬底上有一层很薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上按一定排列方式沉积了一组金属铝电极。492025/2/28CCD器件具有电荷存储功能。在外界光照射下，CCD中的硅衬底会产生电子－空穴对，这时若在铝电极上加一个正电压，它所形成的电场就会穿过二氧化硅层排斥硅衬底中的多数载流子（空穴），并吸引少数载流子（电子）。于是，就在硅和二氧化硅的界面附近得到了一个存储少数载流子（电子）的势阱。铝电极上的电压越大，势阱越深，可存储的电荷量越多，这就是CCD器件的电荷存储功能。502025/2/28512025/2/282

CCD的电荷转移功能

CCD器件的电荷转移功能需要在外加脉冲信号的驱动下完成。当时钟脉冲按顺序依次排列时，就可保证电荷包作定向移动，实现电荷的转移。电荷包转移到CCD末端时要向外电路输出，并转换成信号电流或信号电压的形式，由外电路进行处理。CCD摄像器件的工作原理可简单概括如下：在CCD摄像器件的感光面上，分布有几十万甚至几百万个独立的铝电极，各自对应一个像素和势阱。摄像时，外界的光学景物通过摄像机的光学镜头成像于CCD的感光面上，使CCD内部产生电子－空穴对。其中，少数载流子被电场吸引到势阱中，形成电荷包。电荷包中电荷的数量与该处的光照强度成正比，这样就把景物的亮暗变成了电荷包中的电荷多少，也就是将光学图像变成了由电荷包中电荷的多少来描述的电子图像，完成了光像到电像的转换。随后，在外加时钟脉冲的驱动下，各个势阱中的电荷包按一定顺序从CCD中转移出去，形成图像信号输出到外电路。522025/2/28532025/2/283、CCD摄像器件的电荷转移方式

对电荷进行转移并最终形成图像信号的过程可通过几种不同方式来完成，即行间转移、帧间转移、帧行间转移方式。行间转移式CCD（IT）：这种CCD的面阵上按水平和垂直方向排列有各自独立的感光单元，每个感光单元相当于一个像素。每列感光单元的右侧有遮光的垂直移位寄存器，最上面有遮光的水平移位寄存器，它们都制作在同一个硅基片衬底上。行间转移的工作原理是：在每个场正程期间，感光部分按像素数对景物进行分解，并以电荷包的形式在CCD内部形成电子图像；在场逆程期间，全部电荷包迅速从感光列转移到其右侧的垂直移位寄存器中。在下一个场正程期间，一方面感光部分产生新的电子图像，另一方面上一场的电荷包在垂直移位寄存器中一行一行地向水平移位寄存器转移。在每个行逆程期间，向水平移位寄存器转移一行电荷包；在每个行正程期间，电荷包从水平移位寄存器逐一向输出端转移，在外电路上形成信号电流或电压。不能彻底解决画面中的亮光垂直拖影542025/2/28552025/2/28帧间转移式CCD（FT）:这种CCD的面阵结构由感光区（成像区）和存储区构成。感光区可感光，产生电子图像。感光单元也是按行和列排列，只不过各列之间没有垂直移位寄存器。存储区表面被遮住，因此无法感光，但其像素数目与感光区相同。存储区上方有水平移位寄存器。帧间转移的工作原理是：场正程期间，感光区形成以电荷包形式存在的电子图像；场逆程期间，全部电荷包从感光区转移到存储区，并存储在那里。在下一个场正程期间，感光区产生新的电子图像，而存储区则将上一场的电荷包逐行转移到水平移位寄存器中。接下来的过程与行间转移式CCD相同，在行逆程期间向水平移位寄存器转移一行电荷包，在行正程期间，电荷包从水平移位寄存器移出，形成电信号。有时会产生垂直拖影或强光光晕避免强光问题采用增加机械快门方式，应用较少562025/2/28572025/2/28帧行间转移式CCD（FIT）:也分为感光区和存储区两部分。其中，感光区的结构与行间转移式CCD相同，而存储区的结构则与帧间转移式CCD的存储区结构类似。帧行间转移的工作原理是：感光区在场正程的成像过程与行间转移式完全相同。所不同的是，在场逆程期间，电荷包从感光单元转移到垂直移位寄存器后，又立即转移到存储区，即在垂直移位寄存器中停留的时间很短。在场正程期间，从存储区一行一行地向水平移位寄存器转移，以后的过程与行间转移式CCD相同。效果较好，成本较高，在专业级及广播级摄像机中应用广泛582025/2/28592025/2/28四、电光转换原理电光转换过程也就是显像过程，是在显示装置上完成的，其工作原理与显示材料及结构有关。目前用于电光转换的显示器件主要有CRT、LCD、PDP及LED等几种1、CRT的电光转换原理CRT（Cathode-RayTubes，阴极射线管）是一种传统的图像显示器件，它就是我们常说的显像管。CRT的基本结构：CRT显像管由管内部分、管外部分及管体本身构成。管体是一个真空玻璃管，管内部分有电子枪和荧光屏，管外部分有偏转线圈。电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极、阳极等构成，用来产生电子束，并使其聚焦良好。荧光屏的玻璃内侧涂有荧光粉，在电子的轰击下能发光，其发光强度与电子束能量成正比。管外的偏转线圈可提供偏转磁场，使电子束实现水平和垂直方向的扫描。602025/2/28612025/2/28实际上，在电光转换过程中，一幅图像并不是同时出现在屏幕上的，而是一点一点出现的，这也是顺序制传送系统的特点。不过，由于人眼的视觉暂留现象及发光材料的余辉效应，只要扫描速度足够快，则屏幕上依次出现的亮点就会在人的视觉上融合为一幅完整的画面。CCD与CMOSCCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。CCD只有少数几个厂商例如索尼、松下等掌握这种技术。而且CCD制造工艺较复杂，采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。事实上经过技术改造，目前CCD和CMOS的实际效果的差距已经减小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多摄像头生产厂商采用的CMOS感光元件。成像方面：在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。622025/2/28632025/2/282、平板显示器件的电光转换原理

CRT的电子枪和荧光屏之间必须有足够长的距离供电子束偏转，而且屏幕尺寸越大，这个距离要求越长，这就造成CRT的整机厚度较大。这是CRT显示设备无法克服的一个问题。平板显示器件是近几年来发展起来的用于图像显示的电光转换器件。由于这类显示器件在进行电光转换时不需要电子束的参与，因而也就没有电子枪，整机结构很薄，像一个平板，因而得名。目前主要的平板显示器件有液晶显示器（LCD：Liquid-CrystalDisplay）和等离子显示器（PDP：PlasmaDisplayPanels）。642025/2/28液晶显示器液晶显示器在目前已经成为计算机标配显示器，广泛应用于电视、手机、掌上电脑等信息终端。液晶显示器是利用液晶材料的特性和偏振光原理实现的一种非辐射光显示技术。652025/2/28等离子显示器在电视平板显示器领域，PDP是一个强有力的竞争者。PDP是一种辐射光显示装置，主要利用了惰性气体放电时产生的紫外线辐射来诱发荧光粉发光。PDP的设计有很多种，已在军事和工业领域应用了二十多年。LED显示屏LED（发光二极管，LightEmittingDiode）显示屏，由一个个小的LED模块面板和控制电路组成，又叫电子显示屏或者飘字屏幕。可以通过组合面板单元的形式来组成不同尺寸与形状的显示屏，常用来显示文字、图片、动画、视频等内容。662025/2/28LED电视严格意义上的LED电视是指完全采用LED（发光二极管）做为显像器件的电视机，一般用于低精度显示或户外大屏幕。目前中国大陆地区家电行业中通常所指的LED电视严格的名称是“LED背光源液晶电视”，是指以LED做为背光源的液晶电视，仍是LCD的一种。它用LED光源替代了传统的荧光灯管，画面更优质，理论寿命更长，制作工艺更环保，并且能使液晶显示面板更薄。672025/2/28682025/2/28692025/2/28702025/2/28五、黑白全电视信号黑白全电视信号指的是在黑白电视系统中传送的与图像内容及图像显示有关的信号，它包括三个主要部分，即图像信号、复合消隐信号、复合同步信号。

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图像信号图像信号就是携带景物亮暗信息的电信号。按照景物亮度与图像信号电平之间的对应关系，可将图像信号分成正极性和负极性两种。电压V时间T712025/2/28行扫描正程行逆程722025/2/28正极性图像信号：指图像信号的大小与景物的亮暗成正比，即景物越亮，信号电平越高；负极性图像信号：指图像信号的大小与景物的亮暗成反比，即景物越亮，信号电平越低。灰度条图像及其图像信号波形732025/2/282、复合消隐信号

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。复合消隐脉冲波形

742025/2/283、复合同步信号

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。接收端在收到这个信号后，用它来控制接收机的扫描振荡器，使它与发送端的扫描振荡器同步工作，这样就能实现收、发两端的扫描完全同步。行同步脉冲与行消隐脉冲的关系

752025/2/284、黑白全电视信号的波形

相邻两场的负极性黑白全电视信号波形图，它是图像信号、复合消隐信号、复合同步信号三者的组合，其中的图像信号波形是示意性的。为了便于对奇、偶两场信号的波形进行比较，图中两场场同步脉冲前沿是上下对齐的。黑白全电视信号波形（负极性）

762025/2/28六、电视彩条测试信号黑白信号标准彩条信号（100/0/75/0，即75%彩条）标准彩条是指100％饱和度（每一色条为纯基色或互补色，无白色），幅度为75％（各色条的基色电平值只等于白条中电平值的75%）的彩条。是由欧广联（简称EBU）规定的视频标准测试彩条信号，所以叫EBU彩条。每台摄像机上都有彩条信号发生器，在实际应用中非常重要。772025/2/28782025/2/28792025/2/28电视复合测试信号显示比例过扫描范围几何失真非线性失真色彩清晰度灰度等级等等802025/2/28812025/2/28822025/2/28第三节数字电视基础数字电视（视频）制式数字电视（视频）压缩与参数832025/2/28一、电视制式（格式）电视制式就是用来实现电视图像信号和伴音信号，或其它信号传输的方法，和电视图像的显示格式，以及这种方法和电视图像显示格式所采用的技术标准。电视可用不同的方式来实现。实现电视的一种特定方式，称为电视的一种制式。842025/2/28常见制式分类：黑白与彩色高清晰度电视（HDTV）与标准清晰度电视（SDTV）数字电视信号（DTV）与模拟电视信号还有伴音制式、色度编码、色度副载波频率等技术标准的不同；对于数字电视，有图像信号、音频信号压缩编码格式（信源编码），和TS流（TransportStream）编码格式（信道编码），还有数字信号调制格式，以及图像显示格式等标准的不同。852025/2/28对一个国家来说，电视制式并不是越丰富越好，一般仅一个标准目前全球范围内电视制式不统一，制式的区分主要在于其帧频（场频）的不同、分解率的不同、信号带宽以及载频的不同、色彩空间的转换关系不同等等标清、彩色、模拟信号常见分为三类：PAL NTSCSECAM862025/2/28PAL制（正交平衡调幅逐行倒相制——Phase-AlternativeLine，帕尔制）中国、德国、英国和其它一些西北欧国家采用这种制式1962年，由前联邦德国在综合NTSC制的技术成就基础上研制出来的一种改进方案属于同时制，每秒25帧，电视扫描线为625线，隔行扫描，奇场在前，偶场在后，画面的宽高比为4：3PAL制电视的供电频率为50Hz，场频为每秒50场，标准的数字化PAL电视标准分辨率为720*576，24比特的色彩位深，画面的宽高比为4：3和16:9PAL电视标准用于中国、欧洲等国家和地区，872025/2/28PAL制式的图像信号带宽分别为4.2MHz、5.5MHz、5.6MHz等。PAL制式中根据不同的参数细节，又可以进一步划分为G、I、D等制式，其中PAL－D制是我国大陆采用的制式。电视的伴音制式，D/K制式：伴音载频6.5MHZ；中国使用该伴音制式。I制式：伴音载频6.0MHZ；香港使用该伴音制式。BG制式：伴音载频5.5MHZ；俄罗斯等国家使用。所以中国用户只能用D/K制式才能听到正常的电视声音882025/2/28NTSC制（正交平衡调幅制——NationalTelevisionSystemsCommittee）采用这种制式的主要国家有美国、加拿大和日本等。1952年12月由美国国家电视标准委员会（NationalTelevisionSystemCommittee，缩写为NTSC）制定的彩色电视广播标准属于同时制，帧频为30帧/秒（29.97fps），供电频率为60Hz，场频为60场（每秒60/1.001）标准的数字化NTSC电视标准分辨率为720*480，24比特的色彩位深，画面的宽高比为4：3和16:9这种制式的色度信号调制包括了平衡调制和正交调制两种，解决了彩色黑白电视广播兼容问题，但存在相位容易失真、色彩不太稳定的缺点。892025/2/28电视的场或帧频一般都是与当地电网频率相同的，在电源频率为60Hz的美国播出黑白电视时其场频也是60Hz，与电网频率相同。但开始NTSC彩色电视广播后其场频改为59.94Hz，降低了千分之一。改变场频的原因是NTSC的彩色副载波频率采用了1/2行频间置，为了避免彩色副载波与亮度信号和音频载波之间的相互干扰，各种频率之间必须满足下述关系。902025/2/28彩色副载波是二分之一行频的整倍数（1/2行频间置）音频载波是行频的整倍数为满足NTSC彩色信号与原黑白电视信号的兼容性要求，音频载波频率4.5MHz不能更改，因此行频取4.5MHz/286=15,734Hz（与黑白电视的15,750Hz相近）帧频取15734/525=29.97Hz（与黑白电视的30Hz相近）场频取29.97x2=59.94Hz（与黑白电视的60Hz相近）所有频率均同比下降千分之一（F/1.001）其中525是NTSC规定的扫描线数912025/2/28286的来历：维基百科讲：Intheblack-and-whitestandard,theratioofaudiosubcarrierfrequencytolinefrequencyis4.5MHz/15,750=285.71.Inthecolorstandard,thisbecomesroundedtotheinteger286在旧的黑白制式时，音频载波频率与行频率比率是4.5MHz/15,750=285.71，到了彩色标准，对285.71进行了取整，就成了286。最终导致产生了29.97这个值922025/2/28SECAM制（行轮换调频制——SequentialColeurAvecMemoire，塞康制）采用这种制式的有法国、前苏联和东欧一些国家。意为"按顺序传送彩色与存储"，1966年法国研制成功，它属于同时顺序制。在信号传输过程中，亮度信号每行传送，而两个色差信号则逐行依次传送，即用行错开传输时间的办法来避免同时传输时所产生的串色以及由其造成的彩色失真。SECAM制式帧频每秒25帧，扫描线625行，隔行扫描，画面比例4：3，分辨率720x576。932025/2/28前述三种主要彩色电视制式的基础上，按伴音信号的调制方式（调频或调幅）和载波频率，还可以把电视制式继续细分成很多种：D/K：6.5MHz，中国大陆采用；I：6.0MHz,香港地区采用；B/G：5.5MHz、国外部分地区采用；M：4.5MHz,美国、日本、加拿大等国采用。世界上有13种电视体制，三大彩电制式，兼容后组合成30多个不同的电视制式942025/2/28是随着节目来源的增多，如卫星电视、激光视盘和各种录像带，近年市场上出现了多制式电视机和背投，如2制式、4制式、11制式、17制式、21制式和28制式等。这里所说的制式既不是我们平常所说的PAL、NTSC、SECAM彩电三大制式，也不是黑白电视体制，而是说电视机用多少种方式接收。如2制式是指既能接收我国内地电视图像和伴音，又能接收香港电视图像和伴音；28制式能接收6种电视广播、8种特殊录像机放像、7种激光视盘放像和7种有线电视系统。952025/2/28PAL和NTSC两种制式是不能互相兼容的，如果在PAL制式的电视上播放NTSC的影像，画面将变成黑白，NTSC制式的也是一样。NTSC制优点是电视接收机电路简单，缺点是容易产生偏色，因此NTSC制电视机都有一个色调手动控制电路，供用户选择使用；PAL制和SECAM制可以克服NTSC制容易偏色的缺点，但电视接收机电路复杂，要比NTSC制电视接收机多一个一行延时线电路，并且图像容易产生彩色闪烁。因此，三种彩色电视制式各有优缺点，互相比较结果，谁也不能战胜谁，所以，三种彩色电视制式互相共存已经五十多年。962025/2/28PAL放送的电影电影一般是以每秒24格拍摄。电影在PAL制式电视播影时会以每秒25格播放，播放的速度因而比电影院内或NTSC电视广播加快了4%。这种差别不太明显，但电影内的音乐会因而变得高了一个半音。如果电视台在广播时没有加以调校补偿，仔细聆听便会发现。972025/2/28二、数字电视（压缩）格式与参数在进入数字电视时代后，电视节目传输采用数字信号，这时的电视制式通常是指电视画面分辨率，如1080p，1080i，720p等另外电视信号传输的方式也有可能被叫做电视制式，如DVB-S,DVB-C，DVB-T等982025/2/28数字视频（压缩、编辑）参数画面尺寸——像素数扫描方式——逐行（P)、隔行（I）帧速率——25fps,29.97fps,24p,50p,59.94p画面比例——4:316:9像素比——存储像素数与显示像素数不对应标清(SD)与高清(HD)标清：PAL720X576i,25fpsNTSC720X480i,29.97fps(30)画面比例：4:316:9高标清变换高清1920X10801440X10801280X720逐行i隔行p帧速率25，30，50，601080P1080I1920X1080I1440X1080I(HDV)720P编解码器DVCPROHDXDCAMHD上变换下变换

1440*108025i上场优先拍摄1280*72050P三、常见视频压缩格式视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。一般包括视频编码、音频编码及打包格式视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263、H.264运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、1122025/2/28MPEG是活动图像专家组（MovingPictureExpertsGroup）的缩写，于1988年成立，是为数字视/音频制定压缩标准的专家组，已拥有300多名成员，包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准，随后