數(shù)字視頻通信-dvt01a

門愛東教授

第1講電視歷史視覺特性三基色原理2主題概述

1-歷史、視覺特性和三基色原理

01)機械電視

02)攝像管

03)第一次電視廣播

04)現(xiàn)代兼容彩色電視

05)光的特性

06)光源

07)人眼生理

08)視覺現(xiàn)象

09)三基色

10)RGB計色制

11)XYZ計色制

12)顯像三基色2-模擬視頻基礎3-數(shù)字音視頻壓縮編碼4-

信道編碼調(diào)制5-

實際系統(tǒng)3數(shù)字媒體DigitalMedia最初的媒體系統(tǒng)是模擬的多數(shù)媒體正在轉(zhuǎn)向數(shù)字的計算機存儲ComputerStorage音樂(CD/MP3)通信munication多媒體Multimedia互聯(lián)網(wǎng)InternetNetworking(TCP/IP)無線廣播(DAB數(shù)字音頻廣播)電視Television(DTTB數(shù)字地面電視廣播)4什么是電視？WhatisTelevision亮度Luminance-灰度的黑白變化色度Chrominance-色調(diào)和飽和度Hue&Saturation聲音Sound-音頻信息數(shù)據(jù)Data-文本和其它數(shù)據(jù)同步Synchronisation-定時指示傳送系統(tǒng)TransportSystem-把上述內(nèi)容傳到你的電視系統(tǒng)，包括發(fā)射和接收系統(tǒng)5電視發(fā)展的里程碑攝像管和攝像機的發(fā)明電視的發(fā)明電視廣播的開始6透視畫法以現(xiàn)實客觀的觀察方式，在兩維的平面上，利用線和面趨向會合的視錯覺原理，刻畫三維物體的藝術表現(xiàn)手法。7光電效應和圖象傳輸1873.愛爾蘭（Ireland）JosephMay發(fā)現(xiàn)了光電效應。1875.Boston,USA.GeorgeCarey提出了一個基于同時獲得圖象每個象素的系統(tǒng)。1881,法國，ConstantinSenlecq發(fā)表了一個類似想法的改進草案：在單元面和顯示燈之間放置兩個旋轉(zhuǎn)開關，并且它們以相同的速度連通每個象素和相應的顯示燈。在此系統(tǒng)中，圖象中所有的點可以通過一根電線傳到另一端。這是現(xiàn)代電視的基礎：一幅圖象畫面被轉(zhuǎn)換成一系列圖象象素。GeorgeCarey'sidea光電效應8Nipkow早期的機械電視Nipkow機械盤用于掃描圖象和收端重建圖象。機械盤用于捕捉圖象。問題是機械盤的同步和清晰度。PaulNipkow(1860-1940)9JohnLogieBaird-最初的電視1923年11月JohnLogieBaird成為世界上第一個演示真正電視的人，它具有可識別的圖象、瞬時的運動和正確的重現(xiàn)明暗等級。掃描采用了Nipkow

機械掃描盤。傳輸?shù)膱D象是一個30行掃描的馬耳他(Maltese)十字架。1927他還演示了視頻記錄1928橫越大西洋的電視1930隔行掃描系統(tǒng)出現(xiàn)1937高清晰度彩色圖象廣播1941彩色立體電視1944多槍彩色電視顯象管，今天多數(shù)家庭電視的先驅(qū)者。JohnLogieBairdandhistelevisionapparatusin19261030行機械電視11KarlFerdinandBraun

陰極射線管十九世紀末物理學上的革命性的發(fā)現(xiàn)之一——電子是其關鍵。細小的電子束和沒有慣性的特點吸引了眾多的研究人員去探索，形成了電子學這門科學。但是機械的方法仍然占有一席之地，競爭持續(xù)到1937年。1897，德國的KarlFerdinandBraun發(fā)明了陰極射線管CRT。他在管頸周圍放置兩個電磁圈，使得電子束水平和垂直移動。1897開發(fā)了陰極射線示波器，這是雷達屏幕和電視顯象管的先驅(qū)1907第一次用CRT產(chǎn)生了初步的電視圖象他和GuglielmoMarconi共享了1909年的NobelPrize物理獎，以表彰他對無線電技術發(fā)展所做出的貢獻。俄國科學家BorisRosing建議把此技術用于接收顯示屏，并在1907年在SaintPetersburg他的實驗室中進行了實驗。1908，theScotsmanA.A.CampbellSwinton簡述了在發(fā)送端和接收端都采用陰極射線管的系統(tǒng)。這是第一個全電子的電視方案。FerdinandBraunA.A.Campbell-Swinton(1863-1930)12電子電視-Farnsworth

在1922，14歲的PhiloFarnsworth有了一個如何制造電子電視的想法。1927年9月7日,Farnsworth在玻璃上畫了一個黑正方形，并且在中心刻劃一條直線。這個幻燈片在圖象分解器（Farnsworth

那年早些時候發(fā)明的攝像管）和高溫、明亮的碳弧燈之間落下。在接收端，他們看到了直線圖象，然后，幻燈片旋轉(zhuǎn)90度，他們也在在移動。這是第一次全電子電視圖象傳輸。

13VladimirZworykin-映象管1923年RCA的VladimirZworykin申請了用于攝像設備的專利，1933年開發(fā)了一種攝像管，他稱之為映象管。雖然在經(jīng)過許多年的法律斗爭之后，

Zworykin第一個遞交了他的專利申請，但Farnsworth

是公認的電子電視的發(fā)明者。1923年底，他也制造了圖象顯象管“Kinescope”。VladimirZworykin(1889-1982)14外光電效應材料攝像管光電像管（Iconoscope）超級光電象管（SuperIconoscope）

正析像管（Orthicon）

超正析像管15視像管－現(xiàn)代攝像管的鼻祖氧化鉛管（Plumbicon）—1962年Philips發(fā)明硒靶管（Saticon）—1973年Hitachi發(fā)明內(nèi)光電效應材料攝像管視象管Anearlytelevisioncamera(1937)Amoderntelevisioncamera(2000)16CCD攝像機CCD攝象機

CCD的工作由電荷存儲和電荷偶合（或稱轉(zhuǎn)移）兩個基本過程組成。CCD在廣播電視和民用領域內(nèi)全面取代了氧化鉛管和硒靶管。家用CCD攝像機廣播級HDTVCCD攝像機17CCD圖像傳感器ChargedCouplingDevice(CCD)sensorswereinventedbyDr.WillardBoyleandDr.GeorgeSmithatBellLabsin1969.TodayCCDsensorsareusedinamultitudeofdevicesfromscannerstotelescopes.CCDsensorsderivetheirnamefromhowthechargeisreadafteranimageiscaptured.Utilizingaspecialmanufacturingprocess,thesensorisabletotransportthebuiltupchargeacrossitselfwithoutcompromisingtheimagequality.Thefirstrowofthearrayisreadintoanoutputregister,whichinturnisfedintoanamplifierandananalogtodigitalconverter.Afterthefirstrowhasbeenread,itisdumpedfromthereadoutregisterandthenextrowofthearrayisreadintotheregister.Thechargesofeachroware‘coupled’soaseachrowmovesdownandout,thesuccessiverowsfollowinturn.Thedigitaldataisthenstoredasafilethatcanbeviewedandmanipulated.Untilrecently,CCDsensorshavebeenpredominantindigitalSLR’sbecauseoftheirhighquality/lownoiseimagesandtheirmaturity,havingbeenproducedforoverthirtyyears.ButnewmanufacturingmethodsofanoldtechnologyhaveledtoinroadsforittosurpassCCDsensors.18CMOS圖像傳感器CMOS(ComplimentaryMetalOxideSemiconductor)sensorsorActivePixelsensorswerefirstdiscussedinlengthinapaperfromDr.EricFossum,ascientistatNASA’sJetPropulsionLaboratory,in1992.1993throughto1995,JPLdevelopedmuchofthetechnologywhichwouldbeimplementedintotheCMOSsensor.FossumandothermembersoftheJPLco-foundedPhotobitCorporationin1995tocommercializethetechnologiestheyhaddeveloped.In2001,MicronTechnologyacquiredPhotobitanduseditsextensiveknowledgeofCMOSwafermanufacturingtoenhancethedevelopmentfurther.CMOSsensorsderivetheirnamefromthewaytheyaremanufactured.TheyarecutfromaCMOSwaferwhichischeapertoproducethenaCCDwafer,provideslesspowerconsumption,andalsoallowformoreinvolvedcircuitryalongsideofthephotositearray.EachphotositeintheCMOSsensorhasthreeormoretransistorswhichhasitsbenefitsanditsdrawbacks.Thetransistorsallowforprocessingtobedonerightatthephotosite,andeachpixel/photositecanbeaccessedindependently.Becausethetransistorsoccupyspaceonthearray,someoftheinglighthitsthetransistorsandnotthephotosites,whichleadstopicturenoise.CMOSsensorsalsofunctionataverylowgainwhichmaycontributetonoise.19CCDvsCMOSCCDCMOScostexpensivetoproducebecauseofspecialmanufacturingmethodsemployedinexpensivebecauseCMOSwafersareusedformanydifferenttypesofsemiconductorspowerconsumesupto100xmorepowerthanCMOSlowpowerconsumptionnoisehighquality,lownoiseimagessusceptibletonoisematurityproducedforlongerperiod;higherqualityimages,morepixelslessmaturebutequalinlowandmiddlerangeresolutionstoCCDextendedfunctionalitytechnicallyfeasible;otherchipsareusedothercircuitryeasilyincorporatedonsamechipfillfactorhighlow20錄像機磁記錄1956年4月Ampex展示二英寸四磁頭橫向掃描錄象機1957年，RCA研制了彩色電視錄象機六十年代研制出一英寸二磁頭螺旋掃描錄象機U一matic3/4英寸盒式磁帶錄象機的出現(xiàn)，為輕小型的現(xiàn)場錄象提供了條件VHS家用錄象機Beta家用錄象機光記錄70年代電視視盤（VideoDisc）LD激光視盤VCD視盤DVD視盤藍光聯(lián)盟中國的EVD、HVD等Thefirstvideotaperecorder(Ampex,1956)現(xiàn)在的數(shù)字磁帶錄象機21重要的電視發(fā)明上述發(fā)明奠定了現(xiàn)代電視廣播的基礎。22第一次廣播1935年3月Berlin

開始了電視廣播（180lines/frame,25frames/second)。在膠片上產(chǎn)生圖象，然后用旋轉(zhuǎn)盤掃描圖象。在1936年為BerlinOlympicGames開發(fā)了電子攝象機。從此，電視和奧運會緊密結(jié)合，成為展示一個國家實力的手段。1935年11月巴黎開始了電視廣播，也是采用了機械圖象掃描系統(tǒng)(180lines/frame,25frames/second)。在同年，英國EMI公司開發(fā)出了全電子電視系統(tǒng)，它具有405行/幀，25幀/秒，隔行掃描，Marconi公司提供了發(fā)射機方面的必要的開發(fā)支持。ThefirststudioinParisAn"iconoscope"camera,BerlinOlympics,193623第一次廣播1936年十一月BBC在倫敦開始電視廣播。

英國政府采用Baird系統(tǒng)（機械掃描，240lines/frmae，25frames/second，逐行掃描）作為標準。這兩種系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)輪流使用。由于240行機械掃描系統(tǒng)靈敏度低，因此，1937年2月，England最終采用全電子405行系統(tǒng)作為標準。同年，法國采用了455行全電子系統(tǒng)，德國和意大利采用了441行系統(tǒng)。美國（ZworykinandtheRCAcompany）的研究也日新月異。1939年第一個公共電視臺在NewYork開播，它采用了340lines/frame，30frames/second。兩年后，美國采用了525行60幀/秒的標準。第二次世界大戰(zhàn)阻止了電視技術的發(fā)展。AdeleDixonopeningtheBBCservicewithaspeciallywrittensong"Television"

二戰(zhàn)后電視廣播在原來的標準下重新開始發(fā)展：英國405行，德國和意大利441行，法國455行。241964年第18屆東京奧運會首次采用了彩色電視轉(zhuǎn)播奧運會，推動了黑白電視向彩色電視的革命，使得彩色電視在全世界得到普及；并且美國發(fā)射了“辛科姆”衛(wèi)星，向美國和歐洲轉(zhuǎn)播這屆奧運會，這在奧運會史上也是第一次；北京2008奧運？第一次廣播25NTSC彩色電視的誕生1929年Bell實驗室的H.EIves研制了單個掃描盤的彩色電視系統(tǒng)。1938年，法國GeorgesValensi提出了雙兼容的原則：黑白電視接收機也可以接收彩色電視節(jié)目。彩色電視接收機也可以收看到黑白節(jié)目。1940年CBS的PeterGoldmark演示了一個順序電視系統(tǒng)，這個系統(tǒng)幾乎是不現(xiàn)實的，它的帶寬是黑白電視的三倍。1953年美國的NTSC制式。RCA和Hazeltine實驗室的研究人員同時發(fā)表了第一個兼容系統(tǒng)。國家電視系統(tǒng)委員會（NationalTelevisionSystemsCommittee，NTSC）制式。

Goldmark'ssequentialthree-filtersystemTheNTSCsystem26NTSC彩色電視美國1954年開始NTSC廣播。NTSC對傳輸中相位失真敏感。NationalTelevisionSystemsCommittee(NTSC)

世界上第一個得到廣泛采用的彩色電視系統(tǒng)(1966)

一般用于60Hz國家有影響的是525行電視系統(tǒng)亮度和同步采用殘留邊帶AM調(diào)制（VSB）(4.2MHz)U&V色度采用AM正交調(diào)制(IQ)

色度副載波3.579545MHz聲音采用FM或數(shù)字子載波調(diào)制27SECAM彩色電視1952年歐洲制定了單一黑白標準（625lines,50frames/second）1961年HenrideFrance開發(fā)了SECAMSequentielCouleurAvecMemoire(SECAM)

在PAL之前，法國開發(fā)的。

625行50Hz彩色系統(tǒng)亮度和同步采用AM調(diào)制輪行順序傳送U&V色度分量接收機需要1H色度延遲線色度使用FM，副載波頻率4.43361875MHz

聲音使用FM28PAL彩色電視在1963年，德國的Dr.WaiterBruch提出了一個NTSC變種系統(tǒng)，這就是PAL(PhaseAlternationbyLine)制式

PhaseAlternationLine-rate(PAL)ColourSystemNTSC和SECAM之后，歐洲開發(fā)的。一般用于50Hz國家有影響的是625行系統(tǒng)亮度和同步采用AM調(diào)制(5MHz)UV色度分量采用AM正交調(diào)制，V(R-Y)分量逐行倒相。色度副載波4.43361875MHz

聲音FM或數(shù)字子載波調(diào)制29中國電視1958年我國開始黑白電視廣播70年代初中國制定了PAL/D制，開始了彩色電視試播。80年代正式播出30世界電視制式分布圖NTSCPALSECAMPAL/SECAM未知31電視帶寬分布圖6MHz7MHz8MHzNotinUse32發(fā)展趨勢數(shù)字化節(jié)目制造、傳輸、接收安全、條件接收和版權更高清晰度：SDTVHDTVUHDTV更多視點3DTV多視點MultiViewpoint（MV）FreeViewpointTV（FTV）融合：計算機網(wǎng)絡NGI+通信網(wǎng)絡NGN+廣播網(wǎng)絡NGBIPTV(固網(wǎng)＋廣播＋IP）UMTS/GPRS

MBMS手機電視（移動＋廣播＋IP）DVB-H電視手機（DT