電視原理與現(xiàn)代電視系統(tǒng)

1、主 講：曹 文輔 導(dǎo)：張 華1電視原理與現(xiàn)代電視系統(tǒng)緒 論 一、電視技術(shù)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一 二、電視技術(shù)的發(fā)展歷程 三、我國電視事業(yè)的發(fā)展四、應(yīng)用電視系統(tǒng) 五、學(xué)習(xí)中的注意事項 2一、電視技術(shù)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一 1電視是人類進(jìn)行信息傳播變革中影響最大的研究成果 電視是大眾傳媒的主要載體，它聲像并茂、色彩兼?zhèn)?，遠(yuǎn)距離傳送，不受文化、年齡的限制，面向社會，深入家庭，成為最具活力的大眾傳播工具。它兼容了電影、戲劇、雕塑、音樂、繪畫、建筑、舞蹈、文學(xué)等各類空間藝術(shù)形式和時間藝術(shù)之所長，通過電子編輯手段對各門藝術(shù)進(jìn)行再加工、再創(chuàng)造，具有靈活性和綜合性。電視已形成了獨特的“電視文化

2、”，在某種程度上改變了人們的思想觀念和生活方式。人們通過電視，可以得到與世界、與社會的某種聯(lián)系，可以得到新的信息、新的知識，對根本不可能親歷的事件可以目睹，對終身難以涉足的異域可以一覽無余。 人們在電視發(fā)展過程中，對電視文化褒獎的同時，也時時抨擊它帶來的消極影響。如對電視商業(yè)化傾向的批判，對電視中大量暴力、色情節(jié)目和鏡頭的批判，對電視使人們遠(yuǎn)離書籍、報刊的批判，對電視降低人與人之間進(jìn)行交流和溝通的批判等等。電視魅力、魔力和威力，令人們愛它、恨它都沒商量。在電視時代，觀眾時刻面臨著理性與感性的考驗：是否打開電視機(jī)；打開電視機(jī)看什么；能否果斷關(guān)上電視機(jī)。 3 2電視技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最先進(jìn)研究成果

3、的集合體 電視技術(shù)是20世紀(jì)先進(jìn)的電子科學(xué)技術(shù)的一項重大成果。作為以昂貴的電子設(shè)備為載體的大眾傳播媒介，電視技術(shù)的發(fā)展速度在很大程度上取決于國家的工業(yè)化水平和社會的經(jīng)濟(jì)狀況?，F(xiàn)代電視技術(shù)集電子學(xué)、大規(guī)模集成電路、光學(xué)、電磁學(xué)、材料科學(xué)、衛(wèi)星技術(shù)、數(shù)字信號處理、色度學(xué)、人類視覺科學(xué)等多學(xué)科成果于一身的綜合性技術(shù)。他的進(jìn)步和發(fā)展不僅依賴于這些學(xué)科的進(jìn)步和發(fā)展，同時還極大的推動著這些學(xué)科的進(jìn)步和發(fā)展。在我們國家和一些發(fā)達(dá)國家，電視技術(shù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 電視已伴隨人類進(jìn)入了21世紀(jì)， 并將繼續(xù)發(fā)揮它的巨大作用。4二、電視技術(shù)的發(fā)展歷程 1電視的誕生 19世紀(jì)末，少數(shù)先驅(qū)者設(shè)想并開

4、始研究設(shè)計圖像的傳送技術(shù)。1873年英國科學(xué)家約瑟夫梅發(fā)現(xiàn)硒元素的光電特性，為后來電視技術(shù)的的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。 P.Nipkow “尼普柯夫圓盤”上螺旋形排列著一些孔洞，當(dāng)這個盤子旋轉(zhuǎn)時，通過每個孔洞可以瀏覽一幅圖像的一行，光線透過這個孔洞照在這幅圖像便完成了一次行掃描，硒光電池將圖像的反射光轉(zhuǎn)變成電信號，下一個孔洞順序掃描緊挨著的那部分圖像，直到完整的圖像全部被掃描。 1883年圣誕節(jié)（一說為1884年），德國電氣工程師尼普柯夫（P.Nipkow）用他發(fā)明的“尼普柯夫圓盤”使用機(jī)械掃描方法，作了首次發(fā)射圖像傳送的實驗。每幅畫面有24行掃描線，圖像相當(dāng)模糊。5 1923年，美籍俄國人茲沃爾金（

5、V.K.Zworykin）發(fā)明靜電積貯式攝像管，后來又發(fā)明電子掃描式顯像管，這是近代電視攝像術(shù)的先驅(qū)。在1929 年11月18日，Zworykin 示范他的全部電子電視接收器。 V.K.Zworykin1939 年前后使用電視顯象管和攝像管 1908年，英國肯培爾.斯文頓、俄國羅申克夫提出電子掃描原理，奠定了近代電視技術(shù)的理論基礎(chǔ)。6 19271929年，貝爾德通過電話電纜首次進(jìn)行機(jī)電式電視試播，并進(jìn)行短波電視試驗，英國廣播公司開始試驗播發(fā)電視節(jié)目。 1936年11月2日是一個值得紀(jì)念的日子，位于英國市郊的亞歷山大宮的英國廣播公司電視臺開始正式播出。這是世界上第一座正式開播的電視臺，人們把這一

6、天作為電視事業(yè)的開端。英國正式開播的電視在開始時仍為機(jī)電系統(tǒng)，4個月后被電子系統(tǒng)取代。 1925年，英國的貝爾德（J.L.Baird），根據(jù)“尼普科夫圓盤”進(jìn)行了新的研究工作，發(fā)明機(jī)械掃描式電視攝像機(jī)和接收機(jī)。當(dāng)時畫面分辨率僅30行掃描線，掃描器每秒只能5次掃過掃描區(qū)，畫面本身僅有2英寸高、1 英寸寬。1926年，貝爾德向英國報界作了一次播發(fā)和接收電視的表演，開創(chuàng)了電視技術(shù)研究的先河。 7MZTV 博物館的J.L.Baird Televisor 8 1941年，美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會確定美國的電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為每秒30幀、每幀525行。（就每幀行數(shù)和場頻來說，現(xiàn)行電視標(biāo)準(zhǔn)主要有525行/60幀和6

7、25行/50幀兩種）同年7月1日，美國聯(lián)邦通信委員會正式批準(zhǔn)建立美國第一座電視臺全國廣播公司的紐約WNBT電視臺。RCA TRK 9 1939( 美國) RCA TRK 12 1939( 美國) 9 2電視圖像的彩色化 電視也同電影一樣，經(jīng)歷了一個由黑白到彩色的發(fā)展過程，美國是世界上最早播出彩色電視節(jié)目的國家。 1953年，美國國家電視制式委員會提出NTSC（National Television System Committee）制。1954年美國全國廣播公司、哥倫比亞廣播公司，采用NTSC制式首次播出彩色電視節(jié)目。日本、加拿大分別于1957、1966年采用同一制式播出。1956年，法國提出

8、SECAM（SEquential Couleur Avec Memoire）制。1960年，聯(lián)邦德國提出PAL（Phase Alternation Line-by-Line）制。為便于轉(zhuǎn)播和交換節(jié)目，各國曾多次討論統(tǒng)一電視制式問題，但由于政治及經(jīng)濟(jì)等方面的原因，始終未能達(dá)成一致。于是，國際上便形成了3種彩色電視制式同時并存的局面。 彩色電視機(jī)在哪國使用必須符合該國的黑白體制、彩色制式及頻道劃分，還要注意電源標(biāo)準(zhǔn)（有110伏/60赫與220伏/50赫之分），這樣才能保證接收機(jī)安全可靠地接收到良好的彩色圖像和伴音。目前世界上采用PAL制的國家最多。中國所采用的電視制式為PAL/D，國家標(biāo)準(zhǔn)為：每幀

9、掃描625行，每秒25幀。 10 3衛(wèi)星廣播電視的出現(xiàn) 1962年，美國發(fā)射“電星一號”通信衛(wèi)星，進(jìn)行了橫跨大西洋的電視節(jié)目傳送實驗，這是一顆低軌道衛(wèi)星，使用起來受到許多限制。1963年，美國發(fā)射了世界第一顆同步通信衛(wèi)星“同步二號”。 1964年，國際通信衛(wèi)星組織的第一顆商用通信衛(wèi)星“國際通信衛(wèi)星一號”啟用，使世界正式進(jìn)入了衛(wèi)星通信時代，國際間進(jìn)行電視節(jié)目的傳送和轉(zhuǎn)播成為現(xiàn)實。1969年7月20日阿波羅11號的整個登月過程就是通過衛(wèi)星傳送49個國家，有7.2億人同時收看到了這個節(jié)目。 4高清晰度電視(HDTV)與數(shù)字電視(HDTV) 電視已深入了我們的日常生活，成了我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，但是?/p>

10、們?nèi)粘Ｓ^看的電視畫面同電影(35mm)相比還顯得很粗糙，這是因為目前構(gòu)成電視畫面的像素較少的緣故。因而，人們又開發(fā)研制出了高清晰度電視（HDTV）。高清晰度電視的“高清晰度”指與現(xiàn)行電視相比，其水平和垂直兩個方向的圖象分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕顯示器近距離觀看時，圖象細(xì)膩逼真，無閃爍和粗糙感，并配以數(shù)字環(huán)繞音響伴音。凡是曾欣賞過HDTV視聽效果的人們，無一例外會感嘆“這才是真正的家庭影院系統(tǒng)”！ 11 高清晰度電視與普通電視不同的是，它采用了16:9的寬屏幕。普通電視的寬高比圍4:3（或5:4），這是沿襲16毫米電影的屏幕寬高比的結(jié)果。但研究表明，大屏幕畫面的寬高比以更寬些微微為好。

11、日本的研究數(shù)據(jù)也表明，最好是5:3，但為了同寬屏幕電影的寬高比一致，世界各國都用16:9 ，這相當(dāng)于5.33:3。現(xiàn)在HDTV采用16:9的寬高比作為世界標(biāo)準(zhǔn)。為了增加構(gòu)成畫面的像素提高圖像的清晰度，HDTV的掃描行數(shù)已達(dá)到或超過1125行，它是美、日現(xiàn)行電視制式NTSC的525掃描行、我國現(xiàn)行的電視制式PAL的625掃描行的二倍左右，而且每行掃描的像素也要增加2.5倍。我國HDTV標(biāo)準(zhǔn)為19201080i，每幀圖像有207萬個像素 。 在HDTV的發(fā)展進(jìn)程中，經(jīng)歷了一個由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)化的過程。日本是高清晰度電視研究與開發(fā)起步最早的國家，早在1985年就建立了1125線、每秒60幀的MUSE制

12、式(全視頻帶寬30MHz)的HDTV。遺憾的是，日本人在把所有的精力放在努力去完善模擬電視的清晰度、夢想建立一個全球性的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)的同時，卻忽視了數(shù)字技術(shù)發(fā)展的大趨勢，并為此付出沉重的代價。不僅花費了巨額的資金，更重要的是耽誤了無可挽回的時間。目前，日本的數(shù)字電視技術(shù)要比美國和歐洲落后大約四、五年。 12 全數(shù)字高清晰度電視能實現(xiàn)在現(xiàn)有地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)中傳輸高清晰度電視信號，得益于IEEE的MPEG專家組制訂的ISO/IEC13818 (MPEG-2)數(shù)字壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù)。這些技術(shù)的成功運用，使得帶寬高達(dá)20MHz的高清晰度電視信號可以在6MHz左右的現(xiàn)行傳輸信道不失真地傳送

13、。美國的全數(shù)字高清晰度電視已達(dá)到實用化，2006年后，美國將停止播送模擬電視節(jié)目。 1998年9月8日至12日的5天時間里，中央電視臺利用我國研制成功第一套數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)試驗發(fā)射了數(shù)字高清晰度電視節(jié)目，成為繼美國、歐洲和日本之后世界上第四個擁有數(shù)字高清晰度電視地面廣播傳輸系統(tǒng)的國家。1999年1月7日至10日，在美國拉斯維加斯舉行的消費電子展覽會（CES）上，康佳集團(tuán)展示了第一代全數(shù)字高清晰度電視機(jī)（HDTV）T3298，T3298是由康佳集團(tuán)深圳總部和美國硅谷康佳開發(fā)中心利用國際領(lǐng)先技術(shù)開發(fā)出來的全數(shù)字電視接收機(jī)。 國慶50周年慶典上，我國在北京試播了高清晰度數(shù)字電視，試驗播出所用發(fā)送

14、設(shè)備由歐美進(jìn)口，這次試播的接收設(shè)備是我國數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟試制的第二代高清晰度電視，并在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上實現(xiàn)了ATSC和DVB（美、歐兩大陣容）標(biāo)準(zhǔn)兼容。13 數(shù)字電視(DTV)包括普及型數(shù)字電視(DPTV， 352288i，約300電視線)、標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV ，704576i或720480i，約500電視線，相當(dāng)于DVD標(biāo)準(zhǔn))和高清晰度數(shù)字電視(HDTV ，19201080i，約1000電視線)，均采用MPEG-2/1數(shù)字壓縮技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的圖像和伴音的質(zhì)量都比目前模擬電視有所提高，并且其頻道利用率高，在目前模擬電視的一個頻道內(nèi)可以同時播4套（或更多）標(biāo)準(zhǔn)清晰度節(jié)目。目前我國各省級

15、電視臺的通過衛(wèi)星傳送的電視節(jié)目均是采用MPEG-2數(shù)字壓縮的標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)電視節(jié)目。14 我國已于1998年11月組成了DTVIA（中國數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟），聯(lián)合開發(fā)我國的DTV。廣電總局已起草了一個為期5年的計劃，制定了我國推廣和應(yīng)用DTV的時間計劃表和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，旨在“十五”期間首先實現(xiàn)SDTV（標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視系統(tǒng)）的衛(wèi)星廣播，通過SDTV的過渡階段完成HDTV（高清晰度數(shù)字電視系統(tǒng)）的產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備，牢牢掌握國內(nèi)以及周邊巨大的DCTV（數(shù)字彩色電視）市場，抵御國外同類產(chǎn)品的打入和競爭（中國的國內(nèi)市場完全有能力支撐起一個獨立的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)）。計劃明確指出：2003年將公布我國自

16、主制定的DTV標(biāo)準(zhǔn)和詳盡細(xì)則，并在2010年全國實現(xiàn)DTV廣播，與發(fā)達(dá)國家（美國除外）的發(fā)展是同步的。根據(jù)我國國情，中國的DTV將會走DPTV、SDTV和HDTV三者并舉、長期共存、逐步過渡的發(fā)展道路。15 5其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 電視問世之初，新聞性節(jié)目大量采用電影膠片拍攝，其傳遞、洗印、編制過程同新聞的時效要求距離很大。60年代初期，所有電視新聞影片從35毫米改進(jìn)為16毫米，并且能做到聲象同時收錄，但電視新聞的基本錄制狀況沒有改變。 1956年美國安培公司研制成功了錄像機(jī)，電視節(jié)目的制作與保存告別對電影膠片的依賴，使電視節(jié)目的制作發(fā)生了根本性的變化。可以說，這是電視技術(shù)發(fā)展史上的一次革

17、命，提高了電視新聞的時效性，使電視真正發(fā)揮了聲像兼?zhèn)?、傳播迅速的現(xiàn)代化新聞報道工具的作用。 雙向有線電視系統(tǒng)及HFC（Hybrid fiber coax）光纖同軸電纜混合有線電視系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，用戶不僅可以收看廣播電視和SDTV節(jié)目、還可以利用線纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）將PC機(jī)等設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上（上行帶寬可達(dá)10M，下行帶寬可達(dá)100M，共享），撥打IP電話，進(jìn)行視頻點播（VOD）等。 16三、我國電視事業(yè)的發(fā)展 1958年5月1日，中國第一座電視臺中央電視臺（早期稱北京電視臺，1978年5月1日改稱現(xiàn)名）使用二頻道試播黑白電視，9月2日正式播出。當(dāng)時發(fā)射天線加設(shè)在廣播大廈

18、的塔樓頂上，高度為80米。覆蓋半徑25公里。1958年7月，又研制出中國第一輛3信道電視轉(zhuǎn)播車。中央電視臺開播后不久，從蘇聯(lián)進(jìn)口了200部黑白電視機(jī)，以后天津廣播器材廠很快試制出“北京”牌電視機(jī)。 繼中央電視臺開播后，一些大城市也相繼開辦黑白電視廣播。1958年10月1日上海電視臺開始試播，12月20日哈爾濱電視臺（即今天的黑龍江電視臺）開始試播。到1961年底，全國共建地方電視臺19座。1959年，無錫市建立中國第一座電視轉(zhuǎn)播臺，用差轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)播上海電視臺的節(jié)目。 1960年5月1日在北京建成了第一個彩電試驗臺，用NTSC制進(jìn)行了試播。但后來也由于國民經(jīng)濟(jì)暫時困難而“下馬”。1969年彩電研

19、究二度開展并決定暫用PAL制（1982年正式?jīng)Q定PAL/D制為中國彩色電視的標(biāo)準(zhǔn)制式）。1973年5月1日，中央電視臺用8頻道在北京地區(qū)試播，同年10月1日正式播出。從1977年7月25日起，中央電視臺的第一套節(jié)目全部改為彩色播出。 17 電視廣播使用米波頻段（48.5223兆赫）和分米波頻段（470兆赫958兆赫，566兆赫606兆赫不使用），其中米波12個頻道和分米波56個頻道為電視廣播專用頻道。中國的電視是先從米波段發(fā)展起來的。據(jù)國家統(tǒng)計局1995年統(tǒng)計公報，全國共有電視臺835座，1千瓦以上的電視發(fā)射臺和轉(zhuǎn)播臺1205座。 1999年10月我國所有省級電視臺的電視節(jié)目全部上星，并基本形

20、成了星、網(wǎng)結(jié)合的廣播電視傳輸體系，有線電視用戶8000萬。到2000年，我國擁有電視機(jī)2.5億臺，8億多固定電視觀眾，電視人口覆蓋率達(dá)到90%。1999年10月1日，中央電視臺高清晰度電視試播成功。1986年建成的中央電視臺彩電中心及90年代初建立的名列世界第三、四、五位（亞洲第一、二、三位）的上海東方明珠電視塔（高460米）、天津天塔（高415.2米）、中央廣播電視發(fā)射塔（高405米） 注：目前世界電視發(fā)射塔最高者為553.3米的加拿大多倫多電視塔，其次為533.3米的莫斯科奧斯坦丁諾電視塔。到1997年，我國已形成年產(chǎn)彩色電視機(jī)3000萬臺的生產(chǎn)能力，出口量500萬臺。產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平已

21、進(jìn)入國際先進(jìn)行列，平均無故障工作時間已達(dá)1.5萬小時。彩電總體國產(chǎn)化率達(dá)到80%以上，國內(nèi)市場占有率已超過90%。 18四、應(yīng)用電視系統(tǒng) “應(yīng)用電視”是一個專業(yè)術(shù)語，除了專業(yè)人士，一般人知道的并不多。但是 提到 “監(jiān)控電視”很多人都能說出個大概 ：“那不就是錄像嗎！” 。其實這兩個詞既有相同之處又有不同，從專業(yè)技術(shù)上來說，電視分為廣播電視（Broadcasting Television-BTV）和應(yīng)用電視（Applied Television-ATV）兩大類。我們把用于廣播的電視稱為“廣播電視”，它的主要用途是作為大眾傳播媒介，向大眾提供電視節(jié)目，豐富人們的文化生活，我們天天看的就是廣播電視。

22、另一類電視就是“應(yīng)用電視”則是廣播電視之外的所有電視的統(tǒng)稱，也稱為非廣播電視 (Non-Broadcasting Television-NBTV)，有時也稱為閉路電視（Closed Circuit Television-CCTV）。早期主要在工業(yè)中應(yīng)用，多稱為工業(yè)電視，進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代以后，大量普及地使用于商場、飯店、銀行、車站等地，用于安全防范、監(jiān)視控制的目的，并為廣大公眾所熟知，遂被稱為監(jiān)控電視，因此，約定俗成，不僅普通人而且專業(yè)人士也把絕大多數(shù)的應(yīng)用電視叫做監(jiān)控電視了。 19 1應(yīng)用電視的構(gòu)成 實際的應(yīng)用電視都是一個完整的系統(tǒng)，一般由三個基本部分構(gòu)成：產(chǎn)生圖像的攝像機(jī)或成像裝置。圖像的傳輸與控制設(shè)備。圖像的處理與顯示設(shè)備。其中攝像機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，一個系統(tǒng)的規(guī)模大小往往用攝像機(jī)的數(shù)量來衡量。 2應(yīng)用電視的分類 應(yīng)用電視包含的內(nèi)容多，應(yīng)用范圍廣，因此種類繁多。通常根據(jù)技術(shù)原理、使用目的、環(huán)境條件、要求的功能等因素，把應(yīng)用電視分為四大類：通用型應(yīng)