電視圖像的形成及掃描形式課件

1、 第二章之一、電視圖像 的形成及掃描形式1浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.1 電視的基本知識(shí) 2.1.1 電視的頻段劃分 無線電廣播電視信號(hào)的傳送方式： VHF(30300MHz) 無線電波，有線電視信號(hào)兩種形式。 UHF(3003000MHz) 中波:0.5MHZ1.6MHZ SHF(330GHz) 短波:1MHZ30MHZ EHF(30300GHz) 廣播節(jié)目有調(diào)頻、 調(diào)幅兩種方式： 調(diào)幅中波波段： 525-1605KHZ 調(diào)頻波段： 88-108MHZ 電波傳輸?shù)穆窂?浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 電視頻段劃分： 模擬電視每個(gè)頻道的帶寬為8MHZ，頻道劃分見P30表

2、13。 L段15頻道, 頻率范圍： 48.5MHZ92MHZ 載波、調(diào)制（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）、發(fā)射、解調(diào)（振幅檢波、鑒頻、鑒相） H段612頻道,頻率范圍： 167223MHZ U段1324頻道,頻率范圍： 470566MHZ； 2568頻道，頻率范圍： 606958MHZ 全頻段電視在各頻道之間增加了增補(bǔ)頻道: 在111167MHZ之間，設(shè)置Z-1Z-7共7個(gè)增補(bǔ)頻道; 在223295MHZ之間增加了Z-8Z-16共9個(gè)增補(bǔ)頻道; 在295470MHZ之間增加了Z17Z37共21個(gè)有線電視增補(bǔ)頻道。 這樣我們能夠看68個(gè)基本頻道和37個(gè)增補(bǔ)頻道的有線數(shù)字電視或全頻道節(jié)目。3浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中

3、心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.1.2 電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 有黑白電視和彩色電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。彩電是在黑白電視的基礎(chǔ)上附加彩色量的色度信號(hào)，構(gòu)成彩色全電視信號(hào)。 黑白電視機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括電視系統(tǒng)的掃描方式、掃描行數(shù)、場(chǎng)頻、行頻、圖象基帶寬度、射頻帶寬、調(diào)制極性、伴音調(diào)制位置和方式等等多種技術(shù)參數(shù)。 經(jīng)國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)（CCIR）規(guī)范后，建議全世界采用13種黑白電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們的代號(hào)分別為CCIR-A，M，N，C，B，H，G，I，D，K，L，E等。 我國(guó)采用的是CCIR-D標(biāo)準(zhǔn)。4浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 彩色電視是在黑白電視的基礎(chǔ)上再傳送彩色信號(hào)形成的（兼容制），彩電全電視信號(hào)的構(gòu)成包括：

4、1、亮度信號(hào)Y2、色度信號(hào)R-Y、B-Y3、色同步信號(hào)4、復(fù)合同步信號(hào)5、復(fù)合消隱信號(hào)其中的亮度信號(hào)能為黑白電視機(jī)所接收、解調(diào)，還原成黑白圖象。5浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.1.3 彩色電視制式國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)認(rèn)可的三種彩電制式有：NTSC制、PAL制和SECAM制。 NTSC制是美國(guó)在1953年研制成功的，它是國(guó)家電視體制委員會(huì)的縮寫（ National Television Committe）。美國(guó)、日本、加拿大、我國(guó)臺(tái)灣等地采用。 PAL制是聯(lián)邦德國(guó)在1962年研制成功的一種電視體制，是逐行倒相正交平衡調(diào)幅制的縮寫，簡(jiǎn)稱相位逐行正交（Phase Alternation

5、 Line ）。中國(guó)、德國(guó)、意大利、新加坡等國(guó)采用此制式。6浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 SECAM制是法文“順序傳送彩色與存儲(chǔ)”的縮寫，由法國(guó)在1959年研制，1966年定型，具有較強(qiáng)的抗色失真能力，但兼容性較前兩種制式差。目前法國(guó)、俄羅斯、波蘭、埃及等國(guó)采用。 我國(guó)的彩色電視在CCIR-D的基礎(chǔ)上采用PAL制，所以又稱為CCIR-D/PAL制。英國(guó)也采用CCIR-D/PAL制。 美、日采用CCIR-M/NTSC制。 波蘭采用CCIR-D/SECAM制等等。7浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.2 彩色圖像的攝像和顯像原理2.2.1 彩色電視攝像及信號(hào)輸出形式 攝像時(shí)通過鏡

6、頭系統(tǒng)和分色鏡把彩色圖像分解成三幅三基色圖像，分別投射到三個(gè)攝像管靶面，拍攝下三幅圖像畫面。然后通過信號(hào)傳送的方式把三基色信號(hào)傳送出去。如果通過三個(gè)顯象管再經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)把這三基色信號(hào)投射到屏幕上，就能夠還原出彩色信號(hào)。見圖16。 實(shí)際上如果按照上述的原理需要三個(gè)傳輸通道占據(jù)18MHZ的帶寬，且不能與黑白電視機(jī)兼容?，F(xiàn)在的彩電系統(tǒng)通過編碼壓縮信號(hào)頻帶，使傳輸通道的寬度壓縮為6MHZ，并實(shí)現(xiàn)黑白電視的兼容。 8浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛9浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛圖16b 遙控彩電接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖10浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.2.2 顯像管工作過程 我們現(xiàn)在

7、的彩電顯像管是內(nèi)部具有三支電子槍的彩管，熒光屏上按一定規(guī)律涂敷著緊密排列的紅、綠、藍(lán)三色熒光粉。三注電子束在掃描過程中各自轟擊相應(yīng)的熒光粉，發(fā)出相應(yīng)的單色光。將三基色電信號(hào)分別加在彩色顯像管三個(gè)陰極上，控制各自電子束的強(qiáng)弱，使彩色顯像管屏幕上呈現(xiàn)三幅基色圖像，由于它們緊密鑲嵌在一起，依據(jù)空間相加混色原理，人眼感覺他們是一幅彩色圖像（見圖1-11）。11浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛12浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.2.3 自會(huì)聚彩色顯象管及外圍部件 自會(huì)聚彩色顯象管管頸外部有偏轉(zhuǎn)線圈、六極磁環(huán)、色純度磁環(huán)（二級(jí)磁環(huán)）、橡皮契、磁屏蔽罩和消磁線圈等部件。現(xiàn)在都采用單槍三束自

8、會(huì)聚彩色顯象管（圖112）。 燈絲加熱陰極使電子逸出，在陰極附近產(chǎn)生電子云。用加速極使電子加速，在高壓，行、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈作業(yè)下使電子束在屏幕上掃描，形成逐行逐場(chǎng)的掃描光柵，組成畫面。 用柵極控制從陰極射向的電子數(shù)目，用聚焦極對(duì)電子束進(jìn)行聚焦。行偏轉(zhuǎn)、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)共同作用產(chǎn)生掃描功能，用偏轉(zhuǎn)線圈上的電流極性改變，使電子束偏轉(zhuǎn)移動(dòng)。13浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛14浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛附圖： 一種彩電的顯像管驅(qū)動(dòng)電路15浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 圖中第6-7腳為加熱燈絲，3、8、12腳分別是藍(lán)、紅、綠三個(gè)電子槍的陰極，三基色圖像信號(hào)從這里發(fā)射。9腳為控制柵極，第

9、10腳為加速極，加速極旁為聚焦極，最右邊電極提供2萬多伏的陽(yáng)極高壓。 在顯像管的管頸部位有行偏轉(zhuǎn)線圈和場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈，在流過偏轉(zhuǎn)線圈的行、場(chǎng)掃描信號(hào)的共同作用下，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在屏幕上實(shí)現(xiàn)行、場(chǎng)掃描功能，產(chǎn)生畫面圖像。 加熱燈絲用來加熱陰極，在陰極附近產(chǎn)生電子云，陰極電位低，穿過柵極的電子多，屏幕亮度高。16浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.3 電視掃描原理 彩電圖像是采用掃描的形式顯示在熒光屏上，通過電子槍以一定的頻率很快地在屏幕上逐點(diǎn)從左到右，逐行從上向下掃描形成圖像。 CRT自會(huì)聚顯像管不需要會(huì)聚調(diào)整電路仍有良好的會(huì)聚。顯像管內(nèi)的燈絲在脈沖電壓作用下升溫發(fā)亮，并加熱陰極發(fā)射電子

10、，其中部分電子通過陰極和柵極之間的電場(chǎng)被加速極加速，并被聚焦極（相當(dāng)于大口徑的電子透鏡）聚焦成很細(xì)的電子束，在陽(yáng)極高壓所形成的強(qiáng)電場(chǎng)作用下以極高的速度轟擊熒光屏上的熒光粉。彩管中有三個(gè)陰極發(fā)射電子束，分別受紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色信號(hào)控制，并分別轟擊與三熒光基色信號(hào)電壓相應(yīng)的三基色粉條，產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三種基色光。根據(jù)空間混色原理，在熒光屏上數(shù)十萬個(gè)象素點(diǎn)上以一定規(guī)律掃描，形成整幅彩色圖片。17浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛2.3.1 水平、垂直掃描和掃描光柵 電視攝像和圖像顯示都要通過電子束掃描才能完成。電子束從畫面的最左邊到右邊掃描的過程稱為水平掃描或行掃描。行掃描分正程和逆程兩個(gè)階段。

11、行掃描正程（正掃）：電子束以相對(duì)較慢的速度從左到右水平掃描形成一行掃描線的過程。 行掃描逆程（回掃）：當(dāng)電子束從最左掃描到最右之后，以很快的速度從右回掃到左邊構(gòu)成行掃描逆程。逆程時(shí)攝像機(jī)沒有拾取信號(hào)，電視機(jī)也沒有顯示信號(hào)。18浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 水平掃描線一行一行從上到下移動(dòng)，稱為垂直掃描。水平掃描和垂直掃描配合進(jìn)行，就形成一個(gè)矩形光柵。如果在正程掃描的同時(shí)輸送圖像信號(hào)，就形成電視圖像。 按照電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，早期CRT電視掃描光柵的寬高比為：W：H=4：3 后來出現(xiàn)的寬屏電視掃描光柵矩陣的寬高比為： W：H=16：9 電視掃描光柵示意圖見圖17。 電視掃描光柵有逐行掃描和隔行

12、掃描兩種形式，以前的CRT電視機(jī)全部采用隔行掃描，現(xiàn)在的電視機(jī)有部分采用逐行掃描。19浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛20浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛2.3.2 逐行掃描和隔行掃描 在電視攝像管和顯象管外面，都有行與場(chǎng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈，在線圈中分別流過行與場(chǎng)的鋸齒波掃描電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生垂直方向和水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使通過磁場(chǎng)的電子束在水平和垂直方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度以線形規(guī)律變化時(shí)，電子束以等角速度偏移，形成恒速直線性掃描。 （一）逐行掃描 一行跟一行掃描。見圖18。圖中行鋸齒波變化一周所需的時(shí)間稱為行掃描周期TH。其中正程掃描時(shí)間為THF，逆程為THR。 我國(guó)的電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定行

13、掃描頻率fH=15625HZ，TH=1/fH=64us。其中正程時(shí)間一般不小于52us，逆程時(shí)間一般不大于12us。 場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈流過的場(chǎng)頻鋸齒波電流作緩慢線形變化，電子束受垂直作用力而產(chǎn)生場(chǎng)掃描，場(chǎng)掃描周期用TV表示，我國(guó)規(guī)定的場(chǎng)頻為50HZ。 21浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛22浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 （二）隔行掃描 我國(guó)的電視機(jī)一般都采用隔行掃描的方式，一幅圖像分成兩場(chǎng)來完成，通過奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)兩場(chǎng)掃描構(gòu)成一幅（幀）完整的圖像。 在隔行掃描方式中，幀頻率是每秒鐘傳送的圖像數(shù)，幀頻為25HZ，場(chǎng)頻頻率是每秒鐘掃描的奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)總和，即幀頻是場(chǎng)頻的一半，場(chǎng)頻為50H

14、Z。 為使隔行掃描中兩場(chǎng)時(shí)間相同，一幀圖像的掃描線數(shù)應(yīng)取奇數(shù)，所以一個(gè)場(chǎng)周期TV是半行周期TH的奇數(shù)倍： 周期數(shù)TV=（2m+1）TH/2 我國(guó)取場(chǎng)頻為50HZ，故TV20ms，一幅圖像的掃描行數(shù)Z=625行，每秒25幀，所以行頻為： 行頻fH=6252515625HZ 行周期TH=1/fH=64us電視機(jī)掃描周期： 行正程52.2us，回掃11.8us，共64us，15625HZ； 場(chǎng)正掃18.4ms，回掃1.6ms，共20ms，50HZ。 23浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 隔行掃描的過程見圖111。以7行掃描線為例，從第一場(chǎng)（奇數(shù)場(chǎng)）開始掃描1，3，5，7行的前半行；到達(dá)8，在場(chǎng)

15、逆程期間從8轉(zhuǎn)到9。第7行的后半行開始偶數(shù)場(chǎng)掃描，半行掃完到達(dá)10，接著開始第二場(chǎng)2、4、6各行的掃描，第二場(chǎng)結(jié)束，整個(gè)光柵掃過一遍，一幀掃描才告完成，然后依此循環(huán)。24浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 2.3.3 廣播電視采用隔行掃描的原因 電視圖像的清晰度越高，要求的線數(shù)和場(chǎng)頻越高，這就要求電視圖像信號(hào)有很寬的帶寬和很高的頻率，對(duì)電視收發(fā)設(shè)備有很高的要求。一、行頻的確定 所謂最小視角是指人眼對(duì)觀察物體上能夠分辨的相鄰最近兩點(diǎn)所張的視角。根據(jù)圖形的幾何關(guān)系，可以寫出： d（線寬）/2D（距離）=/360 x60 =3438d/D 在正常條件下，觀察靜止圖像時(shí)，最小視角約為11.5。設(shè)Z

16、為一幅光柵的掃描線數(shù)，H是屏幕高度，則 d（線寬）=H（屏高）/Z（線數(shù)） 這樣 3438d/D=3438H/ZD 或 Z3438H/D25浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛26浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 取標(biāo)準(zhǔn)視距D為屏幕高度H的46倍，并取為1，則可以算出一幅圖像應(yīng)取的行掃描數(shù)為860570行之間。目前，不同制式的電視采用的標(biāo)準(zhǔn)掃描數(shù)有SECAM制的819行，CCIR（國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)）的625行，NTSC制的525行，我國(guó)實(shí)行的是PAL制625行。 二、場(chǎng)頻的確定 根據(jù)人眼視覺殘留效應(yīng)，電視換場(chǎng)次數(shù)不能低于每秒48次，即場(chǎng)頻不能小于48HZ，考慮電源頻率一致，我國(guó)電視

17、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定場(chǎng)頻為50HZ，在電源頻率為60HZ的國(guó)家，場(chǎng)頻采用60HZ。27浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛三、圖像信號(hào)的最高頻率和視頻通道帶寬 圖像信號(hào)的最高頻率與象素或清晰度有關(guān)，圖像每一個(gè)細(xì)節(jié)的大小相當(dāng)于一個(gè)象素，表面細(xì)節(jié)越細(xì)，圖像越清晰，掃描時(shí)電子束掃過連續(xù)兩個(gè)象素的時(shí)間越短，信號(hào)頻率越高。見圖110a。 設(shè)每幀圖像的掃描線數(shù)為Z，若不計(jì)逆程等因素，水平方向共計(jì)可能達(dá)到的象素為： N=Z4/3=掃描線數(shù)寬高比 若掃描一行正好掃過這個(gè)數(shù)量黑白相間的小方塊，得到理想電壓波形如圖110b的方波，但實(shí)際是如圖1-10c所示的正弦波形。掃過一塊黑塊和一白塊正好相當(dāng)于交流電壓一周?？梢运愠鲆环鶊D像的像素為： m=NZ（水平垂直象素點(diǎn)）=4Z2/3=6252 (4/3)52萬 若以一秒鐘傳送fv幅圖像，則 每秒傳送的像素總數(shù)M=(4/3)Z2fv 28浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛29浙江大學(xué)信電實(shí)驗(yàn)中心音像實(shí)驗(yàn)室 陳鵬飛 我們可以推出圖像信號(hào)的最高頻率公式： fmax=(1/2)M=(2/3)Z2fv fmax為圖像信號(hào)的上限頻率。若傳送一幅亮度變化及其緩慢的景象背景，或一幅明暗幾乎不變的圖像。則圖像信號(hào)的頻率就很低，甚至接近為0。這就是圖像信號(hào)的下限頻