《电视原理与数字电视》-习题及答案 习题1

每章的课后习题参考答案习题1简述电视技术的发展进程。答:表1模拟电视发展历程简表时间电视的发展1880年法国和美国同时提出动态图像的分解、复合方法的设想1884年德国Nipkow圆盘（机械扫描方法）1897年德国Brown发明阴极射线管1907年俄国Rosing使用阴极射线管进行图像显示实验1908年英国Swinton提出全电子式电视的设想1925年英国Baird完成了最早的电视摄像和显示实验（机械式）1926年日本高柳健次郎完成了使用阴极射线管的电视显示实验（机械—电子式）1928年英国Baird实现最早的彩色电视实验（机械式，顺序制彩色化）1929年美国Ives进行了彩色电视实验（机械化，同时制彩色化）1933年美国Zworykin发明了光电摄像管（全电子式电视）1936年英国BBC开始了世界上最早的公共电视实验广播1951年美国CBS进行场顺序制彩色电视实验广播1953年美国NTSC制定彩色电视制式（同时制），1954年开始广播。日本于1953年开始黑白电视广播1960年日本开始彩色电视广播1967年欧洲采用PAL、SECAM制式开始彩色电视广播数字电视是电视技术从黑白向彩电发展之后的第三代电视，是电视技术发展史上新的里程碑，将和第三代移动通信网络、下一代因特网一起成为影响未来发展的三大骨干网之一。电视技术分为那两大类？各自的特点？电视技术分为:模拟电视技术与数字电视技术答:与模拟电视相比，数字电视有以下几个优点：（1）收视效果好，图像清晰度高，音频质量高，满足人们感官的需求。（2）抗干扰能力强。数字电视不易受处界的干扰，避免了串台、串音、噪声等影响。（3）传输效率高。利用有线电视网中的模拟频道可以传送8—10套标准清晰度数字电视节目。（4）兼容现有模拟电视机。通过在普通电视机前加装数字机顶盒即可收视数字电视节目。（5）提供全新的业务。借助双向网络，数字电视不但可以实现用户自点播节目、自由选取网上的各种信息，而且可以提供多种数据增值业务。（6）易于实现，用户只需加装一台机顶盒即可接收·画面清晰度高，音频效果好、抗干扰能力强，频道数量会大量增加，可支撑500套数字频道·可开展多功能业务，如电视网站、交互电视等。什么是像素？电视成像与电影成像有何不同？电视清晰度与像素的关系是什么？顺序传送显示完整图像的条件是什么？答:什么是像素？“像素”（Pixel）是由Picture(图像)和Element(元素)这两个单词的字母所组成的，是用来计算数码影像的一种单位，像素即是构成图像的基本单元。电视成像与电影成像有何不同？由于电影图像是利用投影整幅传送出去，而电视图像的传送是利用像素逐个传送出去的，所以电视图像的传送技术和电影的投影技术是不一样的，它要求图像严格地时序对应的顺序传送。电视清晰度与像素的关系是什么？分解像素越多，图像越清晰。像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰.顺序传送显示完整图像的条件是什么？显示完整画面要满足如下两个条件：1)发送端S和接收端S‘必须同步（频率和相位）工作。2)扫描S的速度足够快，利用视觉惰性显示完整图像，使眼睛感觉到图像是同时在“亮”。(实际上，在电视系统中S和S‘是利用电子束扫描完成的）什么是逐行扫描、隔行扫描？为什么要采用隔行扫描技术？答：什么是逐行扫描、隔行扫描？逐行扫描是指电子束从左到右从上到下逐行依次扫描方式，即电子束产生自左向右、自上而下，一行接一行的运动，因而称其为逐行扫描。隔行扫描技术是将一帧（幅）图像分为两场扫描，分别称为奇数场和偶数场，由两场扫描合成一幅完整的图像。为什么要采用隔行扫描技术？采用扫描隔行扫描的优点在于：每秒扫50场，场频fZ=50Hz，保证图像不会闪烁。而两场为一帧，帧频f=25Hz又使信号量减半，40万个像素×25场/s=1000万个/s，目前电视系统大多还是采用隔行扫描技术。画出隔行扫描光栅示意图。答：隔行扫描关键是如何保证奇偶场正好均匀地镶嵌成一帧完整的图像。若奇偶场简单地合在一起，清晰度会大大下降。一般通用的方法是奇偶法，也称为半行法。实现方法如图1-7所示。图图1-7隔行扫描光栅示意图什么是扫描正程？什么是扫描逆程？答：电子束要在屏幕上作上下左右的往复运动扫满整个屏幕，才能看到完整的图像。包括上下和左右两个运动的合成，分别称为行扫描和场扫描。当电子束沿水平方向扫描，称行扫描。从左到右称为正程。从右到左称为逆程，简称回扫。当电子束沿垂直方向扫描，称场扫描。从上到下称为正程。从下到上称为逆程，简称回扫。帧扫描是指从上到下显示一幅图像的扫描，在逐行扫描中由一场完成，在隔行扫描中由两场完成。简述行场扫描原理。答：行扫描与场扫描的实现原理是相同的，这里以一行扫描过程为例，分析电子扫描的原理。行扫描：将行锯齿电流送入行偏转线圈，会产生随电流匀速变化的垂直磁场，根据左手定则，电子受电场力的作用在水平方向运动。扫出一条水平方向亮线，其工作过程如图1-10所示。图1-图1-10行扫描工作过程t1时刻：iH=0电子束不受磁场力，打在中央。t1～t2：iH为正磁场方向自上而下，根据左手定则，电子束受向右磁力。电子束从O到P（锯齿电流线性增大，磁场力也线性增大，电子向右运动）t2～t3：iH方向不变，匀速减少，电子束向左运动，t3时刻回到中央。电子束从P到Ot3～t4：iH为负，即电流方向相反，根据左手定则，电子束受向左磁力。电子束从O到Qt4～t5：iH方向不变，匀速减少，电子束向右运动，t5时刻回到中央。电子束从Q到O如此周而复始，电子束作周期水平运动，扫出一条水平亮线。场扫描：将场锯齿电流送入场偏转线圈，会产生随电流匀速变化的水平磁场，根据左手定则，电子受电场力的作用在垂直方向运动，扫出一条垂直方向亮线。工作过程同上。行场扫描：电子束即高速水平运动，又作缓慢垂直运动，从而扫满整个屏幕。形成光栅。欲显示方格图像，场扫描电流发生非线性失真，试画出显示的方格图像。答：扫描电流的非线性对显示图像是有影响的，由于电子束是在扫描正程期间传送图像信号的，因此在正程期间要求扫描速度均匀，这就要求流过偏转线圈的电流线性良好，否则重现图像将产生非线性失真。图1-13扫描电流非线性失真现象示意图若原图像为方格信号，当行、场扫描电流波形均为线性变化的锯齿波时，重现图形无失真，仍为方格图形。当行、场扫描电流只要有其中之一失真，显示的图形将出现非线性失真。如图1-13所示，当行扫描电流出现非线性失真，扫描开始线性陡直即扫描过快，方格被横向拉伸；扫描末端线性平缓即扫描过慢，方格被横向压缩。，当场扫描电流出现非线性失真，扫描开始线性陡直即扫描过快，方格被垂直拉伸；扫描末端线性平缓即扫描过慢，方格被垂直压缩。当显示图像时，会看到失真的图像。图1-13扫描电流非线性失真现象示意图1-9计算场扫描频率60Hz时，行扫描频率15625Hz，逐行扫描线为多少？答：逐行扫描线=15625/60=2601-10若电视机场频不同步，图像会发生何变化？若行频不同步，图像会发生何变化？答：若电视机场频不同步，图像会上下滚动；若行频不同步，图像会左右扭动。1-11电视屏幕的高宽比是如何确定的？制定一帧图像扫描行数的依据是什么？答：电视屏幕的高宽比是如何确定的？电视屏幕尺寸的设定与人眼的视觉特性有很大关系，一般人眼能看到范围：水平=1800，垂直=1300；清晰范围：水平=200，垂直=150；如图1-9所示。水平清晰度与垂直清晰度比：20:：15=4:：3，所以普通电视屏幕尺寸设计：4：3矩形。对于高清晰度电视，为扩大人眼的视觉范围，产生宽视野的效果，电视屏幕尺寸设计为16：9（近似5：3）。（a）水平方向（a）水平方向(b)垂直方向图1-9人的视野与视力范围94°94°60°20°70°60°15°制定一帧图像扫描行数的依据是什么？扫描行数的设定根据以下分析：1）视觉分辨率视觉锐度：视觉分率是指人眼分辨细节的能力，称视觉锐度V。分辨角：是指人眼分辨相邻两点之间最小距离所对应的张角θ。如式1-2（1-2）2）扫描行数人眼的正常视力分辨率，而垂直清晰度视角150，则扫描行数Z为：(1-3)我国规定普通电视扫描行数Z=625行，每场扫描312.5行。1-12写出个我国模拟电视主要扫描参数。答：我国模拟电视主要扫描参数（PAL制）行参数场参数帧参数行频fH：15625Hz；场频fV50Hz帧频：25Hz行周期TH：64μs场周期TV：20ms帧周期：40ms行正程时间THS：52μs行逆程时间THR：12μs场正程时间TVS18.4ms场逆程时间TVR1.6ms每场扫描行数：312.5行每场正程行数：287.5行每场逆程行数：25行每帧扫描行数：625行每帧正程行数：575行每帧逆程行数：50行1-13说明摄像管光电靶结构，简述摄像管工作原理。答：图1-17二极管与光电二极管光电靶是摄像管的核心器件，被摄景物通过光学系统在光电靶上成像，光电靶由光敏半导体材料构成。这种半导体材料具有受光作用后电阻率变小，即光照愈强，材料呈现的电阻越小。由于光像各个亮点不同，因而使靶面各单位受光照强度不同，导致靶面各单位的电阻值不同。较亮的像素对应的靶面阻值较小，较暗的像素对应的靶面阻值较大，这样一幅图像上各像素的不同亮度就表现为靶面上各个单元的不同电阻值。从摄像管阴极发射出的电子在电子枪的电场及偏转线圈的磁场的作用下，高速地顺序扫过靶面各单元，光电靶的阻值发生变化，使回路的电流发生变化，实际上光电靶是一只光电二极管，如图图1-17二极管与光电二极管光电靶分为三层：P层：P型半导体。I层：氧化铅半导体pho，光敏材料。N层：N型半导体。当电子束扫描整个靶内侧时，将依次逐个接通各个像素，依所受光强的大小，产生强弱不同的像素充电电流。它们依次流过负载电阻，即在其上产生代表图像内容的电信号。如图1-18所示。图图1-18光电靶工作原理对于光强的像素，充电电流大，对于光弱的像素，充电电流小。这个充电电流流过负载电阻时，就产生代表该像素的信号电压，输出图像信号，注意图像信号是负极性的，即高电平为暗像素，低电平为亮像素。1-14画出CRT显示管组成结构图，说明电子枪各电极的作用。显像管内部结构主要由荧光屏和电子枪两部分。荧光屏：玻璃内壁涂有一层荧光粉，在电子束轰击下发光。电子枪：由灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极和高压阳极组成，是显像管的核心部分，电视机的主要信号和各种高中低电压要加在电子枪的电极上，所以要了解掌握电子枪各个电极的作用和工作过程。电子枪中电极分布如图1-21所示。图1-21图1-21电子枪内部电极分布SS显像管各部分的作用：灯丝F：给阴极加热。阴极K：发射电子。（阴极是涂受热后易激发电子的氧化物）栅极G：控制发射电子的数量。（加负压距离阴极近，电压越负电流越小）加速极A1（第一阳极）：使电子加速。（几百伏）聚焦极A3（第三阳极）：使电子聚焦（几百伏）高压A2A4（第二第四阳极）：进一步加速聚焦。（10KV以上）石墨层：涂黑在玻璃外壳内外两层，有三个作用：1）蔽光。为了提高图像显示亮度，将显像管锥形面玻璃两侧涂上黑色石墨层，达到避光的目的。当电子束打到荧光粉上时，相应的亮度会提高，好比在电影院看电影时需要关灯挂窗帘的效果。2）吸收二次电子。电子在加速极和高压的作用下，高速轰击荧光屏发光。高速电子虽然有正阳极电压吸引，但也会有极个别的少数电子发生反弹，像皮球打在墙上会反弹一样。第二次打在屏幕上时，不会落在扫描原来指定的位置上，在屏幕上造成黑斑，严重干扰图像的质量。石墨层接到高压上，吸收二次电子，使之不再第二次达到屏幕上。形成高压滤波电容。电子枪中高压极几万伏的高压，是利用行振荡频率15625Hz经高压包升压得到的，高压滤波电容由于容值小，耐压高，一般电容很难做到，在这里直接利用石墨层作电极，玻璃外壳作为绝缘介质，组成电容器完成直流滤波的作用。所以，高压极不单独设滤波电容。1-15目前电视显示技术分有几大类？答：由于人们对视觉效果的不断提高，显示技术在现代电视技术中的地位愈来愈重要。伴随着现代信号处理技术和大规模集成电路技术的飞速发展，显示技术正在发生一场革命，低功耗、小型化、数字化、便携式、成为主流。从CRT（CathodeRayTube阴极射线管）到LCD(LiquidCrystalDisplayer液晶显示器)、PDP(PlasmaDisplayPanels等离子显示)、OLED、FED、LED及FPD，各种显示技术都在不断发展，。以LCD、PDP、DLP（DigitalLightProcessing数字光源处理器）、LCOS（LiquidCrystalOnSilicon硅液晶显示面板）等技术为代表的新兴显示技术，代表了数字电视时代电视机技术发展的方向，注定成为显像管电视机的替代品。每种显示技术都有其存在的优势，也都有其不足之处。1-16简述LCD液晶显示器组成结构。答：图1-27液晶显示器结构图1-27液晶显示器结构LCD是靠后方一组日光灯管发光，然后经由一组镜片与背光模块，将光源均匀地传送到前方，依照所接收的影像讯号，液晶像素玻璃层内的液晶分子会作相对应的排列，决定哪些光线是需偏折或阻隔的。1-17比较CRT、LCD和PDP显示器各自的特点答：PDP与CRT和LCD比较：1)与直视型显像管彩电相比：PDP显示器的体积更小、重量更轻，而且无X射线辐射。由于PDP各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像的几何变形。PDP屏幕亮度非常均匀——没有亮区的和暗区；而传