电视原理课件：电视基础

1.1视频图像原理

1.2色彩原理

1.3电视信号的特征

1.4黑白电视的基本原理1.5彩色电视的基本原理1.6数字电视的基本原理复习题

1.1.1人眼的视觉分辨力

人眼分辨力的严格定义是以被观察物上两点之间能分辨的最小视角θ的倒数来表示，即1.1视频图像原理分辨力 = 1.1.2人眼的视觉暂留特性

当一个光脉冲作用于人眼时，人眼不能在瞬间形成稳定的亮度感觉，必须经过一个短暂的升或降的过渡过程，即随时间增加，人眼主观亮度感觉由小至大，最后达到一稳定值，然后才以近似指数的规律逐渐减小。这一现象即称为视觉惰性，也称视觉暂留特性。这一特性可用图1.1来说明。图1.1人眼的视觉惰性1.1.3图像的分辨率

图像清晰度是人们主观感觉到的图像细节的清晰程度。它与电视系统传送图像细节的能力有关，这种能力称为电视图像的解像力，常用多少“线”来表示。普通CRT显像方式可以达到450线，标准清晰度电视水平解像力可以达到720线，而高清数字电视水平解像力目前可以达到1080线。

一帧电视图像的大小如图1.2所示。图1.2电视图像像素示意图1.2.1光与彩色

1．光与色

光是一种物质，是一种携带能量的电磁波，其频率范围很宽，就人眼感觉到的可见光而言，其波长在780～380nm的范围内(nm为纳米，1nm=10-9m)。

电视中，红色光的波长约为700 nm(780～630nm)；绿色光的波长约为546nm(580～510nm)；蓝色光的波长约为435nm(470～430nm)，如图1.3所示。1.2色彩原理图1.3可见光中各色光的波长

2．彩色的三要素

光对人眼引起的视觉反应，一般可用3个基本参量来描述，这就是所谓的彩色三要素。

(1)亮度，指光的明亮程度，即彩色光作用于人眼引起的视觉明亮程度的感觉，它由发光体的发光强度来确定。

(2)色调，指彩色光的种类或类别，如红、黄、绿、蓝等不同的颜色。

(3)色饱和度，指彩色光的深浅程度，如红、浅红、浅绿、深绿等不同程度的颜色。1.2.2三基色原理

1．人眼的视觉特性

人眼的视觉神经细胞有两种，即一种为杆状细胞，另一种为锥状细胞。

图1.4表明了在相同辐射强度但彩色不同的光照激发下，3种锥状细胞对不同色光(即不同波长)的相对视敏函数曲线(光敏曲线)。图1.4人眼的光敏特性

2．人眼的色彩分辨力

实验表明，人眼对彩色的分辨能力比对亮度的分辨能力低，对不同色调的光，其分辨能力也各不相同。在同样照度下，人眼对绿色的分辨力最高，红色次之，蓝色最低。如果将人眼对黑白细节的分辨力定为100%，则对黑红色的分辨力为90%，对绿红色的分辨力为40%，而对绿蓝色的分辨力只有19%，具体情况如表1.1所示。表1.1人眼对彩色的相对分辨力

3．三基色原理

通常认为，太阳光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色组成，但如果细分，则太阳光的色调可高达120多种。

(1)三种基色本身是相互独立的，其中任何一种不能由其他两种混合而得。

(2)大自然中几乎所有彩色都可以由这三种基色按不同比例相混而成。

(3)相混基色的多少决定了彩色光的亮度，混色后彩色光的亮度等于各基色光的亮度之和。

如果进行混合的各种彩色的相对强度(比例)发生变化，则会产生不同的新色调(颜色)。图1.6就以三角形定性表明了各色相混的大致情况。图1.5相加混色示意图图1.6相加混色示意图

4．亮度方程(亮度公式)

根据人眼的视觉特性，在彩色电视技术中，用强度相同的红、绿、蓝3种基色光合成亮度为100%的白色光时，各基色光对亮度的贡献是各不相同的，其关系可用如下方程表示：

对于NTSC制，有

Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B

5．电视中的色彩构成原理

彩色电视机利用人眼的视觉特性，把自然界的五颜六色重现在屏幕上。

6．图像信号的典型表示方法

图像信号针对不同的应用具有不同的表示方法，各种表示方法可以相互转换。电视发展到今天已经是一个大的系统，电视机作为电视信号的接收和输出显示装置是这个系统中最重要的部分，也是跟人们日常生活联系最紧密的家用电器，是人们接受信息和进行娱乐的主要工具。

电视机结构从信号的角度可以分成三大基本单元：射频信号接收单元、中频信号解码单元和视频信号显示单元，见图1.7。1.3电视信号的特征图1.7电视机的结构框图1.3.1射频电视信号的频段与频道特征

1．电视频道的划分

所谓频段是指能传送若干路节目(信号)的频率范围，如某个电视频段内能传送12路电视节目(VHF段)或传送56路电视节目(UHF段)。

2．相邻电视频道频谱的排列

下面以第l～4频道为例，说明各电视频道频谱的排列，其示意图如图l.8所示。图l.8相邻电视频道频谱的排列

3．增补频道的频率分布

在VHF段的第5～6频道之间及VHF与UHF的第12～13频道之间，存在相当宽的一段频率没有分配给广播电视使用，而是分配给其他无线通信或广播业务了。在有线电视系统中，不同频率的系统使用的增补频道数是不一样的。在300MHz系统中，即VHF频段中，使用Z1～Z7及Z8～Z16共16个增补频道(Z16的上限频率为295MHz)；而在450MHz系统中，则包括全部37个增补频道。有线电视频道配置的示意图如图1.9所示。图l.9有线电视频道配置示意图1.3.2中频电视信号的特性

电视接收单元输出的中频电视信号经过解调电路，得到全电视信号。全电视信号由视频信号成分和伴音信号成分构成。

1．伴音调频信号

电视伴音采用调频方式。所谓调频是用调制信号(伴音信号)去改变载频信号的频率，使其随着调制信号幅度的变化而变化。其波形变化及频谱情况如图1.10所示。图1.10调频信号的波形及频谱

2．电视高频信号的频谱

电视广播中的伴音调频信号与视频残留边带调幅信号是两个相对独立的已调高频信号，在每一电视频道中，这两个信号的载频有严格的定量关系。在我国的电视制式中(PAL-D制)，规定伴音信号的载频要比图像信号的载频高6.5MHz，示意图如图l.11所示。图l.11电视高频信号的频谱示意图1.3.3视频信号的特征

1．视频图像信号的频带宽度

全电视信号是以图像信号为主体的，因此，只要弄清楚图像信号频谱组成情况也就能掌握全电视信号情况。

(1)图像信号的最低频率。

(2)图像信号的最高频率及频带宽度。

以相邻两个黑白像素所形成的信号为一个周期(一高一低电平的重复)，如图1.12所示，则每秒钟信号的变化，即频率为

fmax=11.03×106÷2=5.52MHz图1.12黑白相间像素的波形与相应信号的波形这个频率就是图像信号的最高频率，为留有余量，我国电视图像信号的最高频率常以6MHz计算，其频谱示意图如图1.13所示。图1.13视频信号的频谱示意图

2．视频信号的频谱结构

图1.13所示为图像信号(视频信号)常见的频谱示意图形，其频带宽度为0～6 MHz。可以看出图像信号的频谱是不连续的，分析表明，活动图像的频谱约有60%～70%是空隙，这样的空隙就为彩色信号(色度信号)的插入提供了空间，使黑白电视与彩色电视兼容有了基础。图l.14画出了黑白电视图像信号的频谱结构。图1.14视频信号的频谱结构1.4.1黑白电视接收机的组成

黑白电视接收机的主要任务是要对各电视台发来的电视信号进行选频、放大、混频、解调等各种处理，最后由显像管显示出稳定的图像，并由扬声器发出悦耳的伴音。

黑白电视接收机在结构上由三大部分组成，分别是信号的接收与变换单元、信号的分离与处理单元、信号的恢复与显示单元，其详细结构框图如图1.15所示。1.4黑白电视的基本原理图1.15黑白电视接收机的组成1．高频调谐器

2．公共通道部分

3．视放输出级电路

4．伴音通道

5．行、场扫描电路

6．高、中、低压形成电路

7．显像管及其附属电路

8．稳压电源

9．遥控系统

10.电视接收天线1.4.2黑白全电视信号的构成

电视信号是电视系统的传输与处理对象，不同的电视信号有不同的作用，其处理电路也不同。

电子束由左至右的正程扫描时，将图像信号显示出图像，电子束做水平的行扫描的同时，还要做垂直的场扫描，即由上至下的场正程扫描，如图1.16所示。我国电视规定场扫描正程时间为18.4ms。图1.16标准彩条的黑白视频信号(两行)1.4.3黑白显像管的构造

显像管是电真空器件，也称阴极射线管(CRT)，显像管主要由玻璃外壳、电子枪和荧光屏三大部分组成。管内真空度很高，管的外壳为玻璃，整个管子可分为管脚(尾部)、管颈、锥体及屏幕四大部分。显像管屏幕宽度与高度之比为4∶3，并用屏幕对角线的长度来表示显像管的尺寸。

1．黑白显像管的内部结构

黑白显像管的内部典型结构如图1.17所示。图1.17黑白显像管的内部结构

2．偏转线圈与调节装置

要使电子束有规律地在荧光屏上做自左至右、又自右至左(行扫描)， 同时又做自上至下、又自下至上(场扫描)的快速移动，使屏幕各点均能发光，构成一幅幅图像，就需要在显像的管颈处加入一个装置，使电子束发生偏转，改变电子束运动方向。

3．黑白显像管的工作过程

在电视接收机中显像是由显像管来完成的，显像管的任务是要将电视图像信号转换成一幅幅图像(光像)，显像管上每一像素是由电子束在屏幕上依次由左至右、再由右至左(称为行扫描)，由上至下、再由下至上(称为场扫描)逐点扫描来决定的。1.5.1彩色电视机的组成框图

彩色电视的结构是在黑白电视结构的基础上加入色彩信号处理单元形成的。

这三种制式在电视机中主要体现在色度通道的信号解码过程的不同，但电视机在总体结构上是相同的，典型的彩色电视机组成简图如图l.18所示。1.5彩色电视的基本原理图1.18彩色电视机的组成框图1.5.2彩色电视机的工作流程

彩色电视机的工作流程是：电视天线或同轴电缆将射频电视信号送入高步调谐器进行高频放大与混频，得到中频信号送入公共通道进行中频放大和视频与音频的分离，再将视频信号进行亮度色度分离，结合行场扫描控制，形成亮度、色度和行场定位信号分别送到输出放大器和高压包，驱动显像管电子枪和偏转线圈，控制电子束打在彩色光屏上，形成电视画面。1.5.3彩色显像管的结构与特点

彩色显像管(CRT)是利用电子束在真空管中高速轰击荧光粉而发光的一种器件，荫罩是它的选色机构，阴极电压激励是它的图像调制方式，电子束扫描是它的寻址方式。图1.19是彩色显像管的选色原理示意图和结构示意图。图1.19CRT型彩色显像管选色原理示意图和结构示意图1.5.4彩色电视信号的编码与解码流程

黑白电视信号中的图像信号是由变化的亮度(灰度)值构成的，而彩色电视信号中的图像信号是由亮度和色度值构成的。

1. NTSC编码解码流程

2. PAL编码解码流程

3. SECAM编码解码流程1.5.5频谱间置原理

频谱间置原理也称频谱交织原理。由于色差信号要用调制方法，将其0～1.3MHz的频谱搬移到亮度信号频带中(0～6MHz)某一个频率点的两旁(我国彩电制式规定此点频率为4.43361875MHz)，既能保证色差信号与亮度信号同时传送且互不干扰，又能保证彩色图像信号的总带宽限制在6MHz以内，而满足与黑白电视兼容的要求。

NTSC制式的负载波频率fSC选在半行频间置点上fH/2，PAL制式的副载波频率fSC选在1/4行频间置点上fH/4，以避开图像信号的主体成分，而且这里的亮度信号频谱幅值较低，信号的相互窜扰更小。NTSC制和PAL制彩电系统中Y、FV、FU三信号的频谱结构如图1.20所示。图1.20Y、FV、FU三信号的频谱结构1.6.1数字电视的定义

数字电视(DTV)是数字电视系统的简称，是视频、音频和数据信号从信源编码、信道编码与调制、接收与处理等环节均采用数字技术的电视系统。1.6数字电视的基本原理1.6.2数字电视的特点

数字电视具有以下特点：

(1)信噪比可不随数字信号处理次数的增加而逐次下降。

(2)图像可更清晰，音质可更好。

(3)频谱资源得以充分利用，便于增加节目数量和服务形态。

(4)便于开展条件接收(CA)业务。(5)便于开展增值业务。

(6)易于存储和复制。

(7)便于数字处理和计算机处理。

(8)便于控制和管理。

(9)具有可扩展性、可分级性和互操作性。

(10)便于与计算机网络和电信网络实现三网融合(3C融合)。

(11)功能可极大丰富。1.6.3数字电视系统的组成

数字电视系统由前级编辑与处理单元、传输与分配网络单元以及接收与显示单元组成。

数字电视的前级编辑与处理单元通常分为信源处理、信道处理和传输处理等三大部分，完成电视节目和数据信号采集，模拟电视信号数字化，数字电视信号处理与节目编辑，节目资源与质量管理，节目加扰、授权、认证和版权管理，电视节目存储与播出等功能。图1.21是数字电视系统音频/视频信号的一般处理过程示意图。首先，视频和音频模拟电视信号分别经取样、量化和编码转换成数字电视信号。接着，音频/视频数字电视信号分别通过编码器压缩数据率得到各自的基本流(ES)，再与数据及其他控制信息复用成传送流(TS)，完成信源编码。然后，为赋予编码码流抵御一定程度信道干扰和传输误码的能力，需进行信道编码，并且，为了与不同信道匹配