電視基礎(chǔ)知識

電視基礎(chǔ)知識第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．1電子掃描

1．1．1像素的概念1．像素一幅平面圖像，根據(jù)人眼對細節(jié)分辨力有限的視覺持性，總可以看成是由許許多多的小單元組成。在圖像處理系統(tǒng)中，這些組成畫面的細小單元稱為像素。像素越小，單位面積上的像素數(shù)目就越多，由其構(gòu)成的圖像就越清晰。

一幅黑白平面圖像，表征它的特征參量是亮度。這就是說，組成黑白畫面的每個像素，不但有各自確定的幾何位置，而且它們各自還呈現(xiàn)著不同的亮度；又由于電視系統(tǒng)傳送的是活動圖像，因而每個在確定位置上的像素其亮度又隨時間不斷地變化著。也就是說像素的亮度又是時間的函數(shù)?？梢姡袼亓炼燃仁强臻g（二維）函數(shù)，同時又是時間函數(shù)。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2．圖像幀電視系統(tǒng)中把構(gòu)成一幅圖像的各像素傳送一遍稱為進行了一個幀處理，或稱為傳送了一幀，每幀圖像由許多像素組成。3．并行傳輸

（無法實現(xiàn)）理論上講，可同時把不同位置上具有不同亮度的像素轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，再分別用各個相應(yīng)信道把這些信號同時傳送出去。4．串行傳輸（實際應(yīng)用）根據(jù)人的視覺惰性，可把組成一幀圖像的各個像素的亮度按一定順序一個一個地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號并依次傳送出去，接收端再按同樣順序?qū)⒏鱾€電信號在對應(yīng)位置上轉(zhuǎn)變成具有相應(yīng)亮度的像素。這種像素的串行傳輸具有兩個特點：第一是要求傳送速度快。只有傳送迅速，傳送時間小于視覺暫留時間，重現(xiàn)圖像才會給人以連續(xù)無跳動的感覺；第二是傳送要準確。每個像素一定要在輪到它傳送時才被轉(zhuǎn)換、傳送，并被接收方接收。且收、發(fā)雙方每個像素被轉(zhuǎn)換、還原的的幾何位置要一一對應(yīng)。即收發(fā)雙方應(yīng)同步工作，同步在電視系統(tǒng)中是十分重要的。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

5．順序轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)——掃描將組成一幀圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號的過程（或逆過程）稱為掃描。掃描的過程和我們讀書時視線從左到右、自上而下依次進行的過程類似。從左至右的掃描稱為行掃描；自上而下的掃描稱為幀(或場)掃描。電視系統(tǒng)中，掃描多是由電子槍進行的，通常稱其為電子掃描。通過電子掃描與光電轉(zhuǎn)換，就可以把反映一幅圖像亮度的空間與時間的函數(shù)，轉(zhuǎn)換為只隨時間變化的單值函數(shù)（電信號），從而實現(xiàn)平面圖像的順序傳送

1．1．2電子掃描的實現(xiàn)與光電與電光變換電視圖像的傳送，在發(fā)端是基于光電轉(zhuǎn)換器件，在收端是基于電光轉(zhuǎn)換器件，實現(xiàn)這兩種轉(zhuǎn)換的器件分別稱為攝像管和顯像管。第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

1．攝像管與光電轉(zhuǎn)換（光電導）攝像管是一種電真空器件。它主要由鏡頭、光電靶、電子槍、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈組成。光電靶由光敏半導體材料構(gòu)成，具有受光作用之后電阻率變小的性能，靶面上的光圖像使靶面各單元受光照的強度不同，因而其各單元的電阻率不同，與較亮像素對應(yīng)的靶單元阻值較小，與較暗像素對應(yīng)的靶單元阻值較大。這樣一幅因像上各像素的不同亮度就表現(xiàn)為靶面上各單元的不同電阻值。電子槍第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一從攝像管陰極發(fā)射出來的電子束，在電子槍的電場及偏轉(zhuǎn)線圈的磁場力作用下，高速、順序地掃過靶面各單元。當電子束接觸到靶面某單元時，就使陰極、信號板(靶)、負載、電源構(gòu)成一個回路。在負載RL中就有電流流過，其電流大小取決于光電靶在該單元的電阻值大小。光照強處，對應(yīng)阻值較小、流過負載的電流就較大，因而RL兩端產(chǎn)生的壓降也就較大，輸出信號的電位也就越低。負極性信號第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2．顯像管與電光轉(zhuǎn)換顯像管是在接收端重現(xiàn)圖像的電真空器件，主要由電子槍、熒光屏、偏轉(zhuǎn)線圈等組成。由陰極發(fā)射出的電子束，在偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的磁場力作用下，按從左到右，從上到下的順序依次轟擊熒光屏。屏面上涂有熒光粉，在電子束轟擊下熒光粉發(fā)光，其發(fā)光亮度正比于電子束攜帶的能量。若將攝像端送來的信號加到顯像管電子槍的陰極與柵極之間，就可以控制電子束攜帶的能量，使熒光屏的發(fā)光強度受圖像信號的控制。設(shè)顯像管的電一光轉(zhuǎn)換是線性的(實際為非線性的)，那么，屏幕上重現(xiàn)的圖像，其各像素的亮度都正比于所攝圖像相應(yīng)各像素的亮度，屏幕上便重現(xiàn)了發(fā)端的原圖像。第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一這里需要說明的是；對于攝像管來說，光電轉(zhuǎn)換特性可近似認為是線性的；而顯像管電光轉(zhuǎn)換特性則是非線性的。顯像管的顯示亮度(以Bd表示)，與其柵、陰極間電壓(ugk表示)的γ次方成正比例，即(1-1)式中，Kd為比例常數(shù)，γ為顯像管光電轉(zhuǎn)換持性的非線性失真系數(shù)、通常γ＝2～3。由式(1-1)可見，電視系統(tǒng)中重現(xiàn)亮度與攝取亮度之間存在著由于γ引起的非線性失真、這種失真常稱為γ失真。如果圖像信號由發(fā)送端傳到接收端的傳輸過程中未產(chǎn)生非線性失真，考慮到顯像管電光轉(zhuǎn)換的非線性，為保持重現(xiàn)圖像與原景像亮度成正比，則需在攝像端預先將圖像信號電壓開γ次方，即（1-2）式中，u0代表攝像電壓，B0為攝像亮度，K0為比例常數(shù)。重現(xiàn)亮度則為(1-3)由式(1-3)可見，經(jīng)校正．系統(tǒng)將不再產(chǎn)生非線性失真。顯象端也可，為何不用？第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

1．1．3電子掃描將一幅圖像上各像素相應(yīng)的電信號，以及將這些順序傳送的電信號再重新恢復為一幅重現(xiàn)圖像的過程（即圖像的分解與重現(xiàn)），都是通過電子掃描來實現(xiàn)的。攝像管與顯像管中，電子束按一定規(guī)律在靶面上或熒光屏面上運動，即可完成攝像與顯像的掃描過程。

1．電子束偏轉(zhuǎn)的基本原理電子掃描是通過電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而實現(xiàn)的。當裝在攝像管或顯像管的外面的偏轉(zhuǎn)線圈中通過電流時，會產(chǎn)生偏顯像管內(nèi)電子束偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)線圈的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)磁場，磁場的方向取決于流過線圈的電流方向。電子束垂直穿過磁場時，在磁場力的作用下要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)方向遵從左手定則。若偏轉(zhuǎn)線圈中電流方向改變，則電子束的偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變；偏轉(zhuǎn)線圈中的電流為零、則電子束不偏轉(zhuǎn)，射向熒光屏的中央。因此，流過偏轉(zhuǎn)線圈中電流的幅度和方向，決定著偏轉(zhuǎn)線圈中磁場的強弱和方向，最終決定了電子束偏轉(zhuǎn)角度的大小和方向。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2．逐行掃描當線圈偏轉(zhuǎn)中分別流過行、場鋸齒波掃描電流時就會產(chǎn)生相應(yīng)的垂直方向與水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場，在這兩個磁場的共同作用下，使電子束作水平與垂直方向的掃描運動。在鋸齒波電流作用下，電子束產(chǎn)生自左向右、自上而下，一行緊按行的運動，因而稱其為逐行掃描。掃描光柵演示

3．隔行掃描

所謂隔行掃描，就是在每幀掃描行數(shù)不變的情況下，將每幀圖像分為兩場來傳送，這兩場分別稱為奇場和偶場。奇數(shù)場傳送1、3、l5、…奇數(shù)行；偶數(shù)場傳送2、4、6、…偶數(shù)行。世界各國都采用隔行掃描的掃描方式。

fH=1/TH

=1/(THS+THR

)fV=1/TV

=1/(TVS+TVR)第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

4．隔行掃描的意義在電視系統(tǒng)中、要使傳送的圖像清晰，并具有活動、連續(xù)而又無閃爍感，則要求傳送頻率大于臨界閃爍頻率47Hz（人眼的臨界閃爍頻率與圖像的亮度、對比度等因素有關(guān)）。即每秒傳送47場以上的圖像。因此，我國電視制式規(guī)定，場掃描頻率fV為50Hz，每幀圖像的掃描行數(shù)為625行。若采用逐行掃描的話，幀頻與場頻相等。理論分析可以得出，電視圖像信號的最高頻率約為11～12MMz，可見視頻信號帶寬將相當寬。要傳送頻譜這樣寬的信號，不但會使設(shè)備復雜化，而且使在規(guī)定的可供電視系統(tǒng)使用的頻段內(nèi)可容納的電視頻道數(shù)目減少。如若為了減少帶寬而降低場頻，將會導致重現(xiàn)圖像的閃爍；減少每場掃描行數(shù)，又會降低圖像的清晰度?？梢娭鹦袙呙枋菬o法解決帶寬與閃爍感及清晰度的矛盾。因而提出了既可克服閃爍感，又不增加圖像信號帶寬的隔行掃描方式。在我國隔行掃描每秒傳送50場，即場頻fV為50Hz，因而將有效地降低閃爍感，幀頻卻為25Hz，隔行掃描即減小了閃爍感，并使圖像信號的帶寬僅為逐行掃描的一半，大約為5.5MHz左右，所以我國規(guī)定視頻信號帶寬按照6MHz分析計算。

閃爍頻率演示第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

5．隔行掃描的實現(xiàn)這里要強調(diào)指出的是，隔行掃描方式要求每幀掃描總行數(shù)為奇數(shù)。因為只有這樣，在場掃描鋸齒波電流波形頂點位置對齊的情況下方可使相鄰兩場均勻嵌套。其次，在隔行掃描中，整個畫面的變化是按場頻重復的，它高于臨界閃爍頻率因而減少了閃爍感。但就每行而言，它仍是按幀頻重復的，即每40ms重復一次，每秒重復25次，這是低于臨界閃爍頻率的。所以，當我們接近電視機觀看時，仍會感覺到行間閃爍；但當離開一定距離觀看時，行間閃爍就不怎么明顯了。忽略了掃描的逆程的隔行掃描光柵及掃描電流波形示意圖如圖示，實線表示掃描的正程，虛線表示掃描逆程期間的回掃線。（實際系統(tǒng)中回掃線被消隱掉了）隔行掃描場掃描電流圖光柵奇偶鑲嵌演示第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

6．掃描電流的非線性對顯示圖像的影響由于電子束是在掃描正程期間傳送圖像信號的，因此在正程期間要求掃描速度均勻，這就要求流過偏轉(zhuǎn)線圈的電流線性良好，否則重現(xiàn)圖像將產(chǎn)生非線性失真。若原圖像為方格信號，當行、場掃描電流波形均為線性變化的鋸齒波時，重現(xiàn)圖形無失真，仍為方格圖形。當行、場掃描電流只要有其中之一失真，顯示的圖形將出現(xiàn)非線性失真，圖1-10(b)和(c)分別表示行、場掃描電流其中之一出現(xiàn)非線性失真的情況。若二者同時失真，將顯示出復雜的失真圖形。

行、場掃描電流幅度不足時同樣會產(chǎn)生失真。

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1．1．4我國廣播電視掃描參數(shù)

(教材上沒有，注意筆記)掃描方式：隔行掃描。行頻fH：15625Hz；場頻fV：50Hz（幀頻25Hz）；行周期TH：64μs場周期TV：20ms行正程時間THS：≥52μs場正程時間TVS：≥18.4ms行逆程時間THR：≤12μs場逆程時間TVR：≤1.6ms每幀掃描行數(shù)Z：625行每幀顯示行數(shù)Z/：575行每場掃描行數(shù)：312.5行每場顯示行數(shù)：287.5行

1．1．5圖像的分解力（清晰度）與信號帶寬廣播電視的掃描參數(shù)是在參數(shù)確定時的現(xiàn)有技術(shù)條件的制約下，根據(jù)人們對電視圖像清晰度的要求，經(jīng)過折衷考慮而確定的。掃描參數(shù)一經(jīng)確定，其圖像的清晰度和圖像信號帶寬亦隨之確定了。電視圖像的分解力通常用能分辨黑白相間線條的線數(shù)來表示。例如，說500線清晰度，則表示可以分辨黑白相間的線條的總數(shù)為500條，即黑白相間的線條個250條。電視的分解力分為垂直（方向）分解力和水平（方向）分解力。

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1．垂直分解力M電視圖的垂直分解力受每幀掃描行數(shù)Z的限制，實際上是受每幀顯示行數(shù)Z/的限制。理想條件下，M=Z/。但在實際上M與當時的圖像狀態(tài)和掃描線的相對位置有關(guān)（如圖示，圓點表示正在掃描的電子束），則總是有M＜Z/。（FLASH動畫）

由于掃描線具有一定的寬度（電子束具有一定的截面積），所以再現(xiàn)圖象可以完全恢復第一列和第三列的原圖形，而第二列則完全復不能恢復了，第四列可以部分恢復。這種極端的情形在實際的圖象是很少見的，一般的圖像總是具有一定的隨機性，所以垂直分解力M介于有效掃描行數(shù)Z/到Z/的一半之間，可以用一個小于一的系數(shù)k與Z/的乘積來表示：M=kZ/。通常k=0.76，則M=427線。由此可見，我國廣播電視的垂直清晰度大于400線。VHS家用錄像機為200左右，S-VHS在400線左右，VCD在280左右。第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2．水平分解力N

水平分解力N是指圖像在水平方向上可以區(qū)分出垂直的黑白相間的線條數(shù)目。電子束在垂直方向上掃描是一行一行進行的，相鄰兩行互不重疊，則垂直方向上象素是不連續(xù)的，水平方向每一行的掃描則是連續(xù)進行的。由于掃描電子束具有一定的截面，對于豎直的黑白相間的線條掃描時，在黑白的交界處，轉(zhuǎn)換圖像信號的電平不能突變。若圖象的細節(jié)比電子束的直徑更小，則會完全反映不了這種細節(jié)的變化，即存在孔闌效應(yīng)。從提高水平分解力的觀點上看，電子束截面的直徑d越小圖像的水平分力就會越高，但是電子束截面的直徑太小畫面轉(zhuǎn)換的效率將會降低，所以電子束截面的直徑d一般以掃描的行距相等為宜，此時的水平分辨力與垂直分辨力相同（單位長度上），試驗證明此時的圖像質(zhì)量最佳。在畫面寬高比為4:3時，線。

孔闌效應(yīng)第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3．圖像信號的帶寬任何景物都有一定的背景亮度，反映在圖像信號上就是信號的直流分量，也就是說圖像信號最低頻率是直流?？梢娭灰懒藞D像信號的最高頻率，就可以確定圖像信號的帶寬。圖像信號的最高頻率應(yīng)出現(xiàn)在傳輸一幅全是細節(jié)圖象的情況下，且圖像細節(jié)相當于一個像素，與一個掃描點相當，我們可用圖像信號的帶寬計算圖來討論。

圖像信號的帶寬計算圖電視的水平分解力為N，則在行掃描正程時電子束掃過每個象素的時間為td=THS/N。由于存在孔闌效應(yīng)，所以攝像輸出的信號近似為正弦波，周期為2td，因而圖像信號的最高頻率fmax為第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．2黑白全電視信號黑白全電視信號由“圖像信號”和確保掃描同步的“復合同步信號”以及消除掃描逆程回掃線的“復合消隱信號”等輔助信號而構(gòu)成的。

1．2．1主體信號——圖像信號1．圖像信號及其特征圖像信號是由攝像管將明暗不同的景像經(jīng)過電子掃描和光電轉(zhuǎn)換而得的電信號。五條由白→灰→黑而變化的圖像的圖線信號如圖l-13所示（有正負極性之分），所示波形為一個行正程的對應(yīng)波形。一般來說，圖像信號是隨機的，圖1-13(c)給出了一行的隨機的圖像信號的波形。⑴圖像信號具有直流成分，其數(shù)值確定了圖象的背景亮度，是單極性信號。⑵對于一般活動圖像，相鄰兩行或相鄰兩幀信號間具有較強的相關(guān)性，信號差別極小，可近似認為是周期信號。正負極性圖象信號第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2．圖像信號的基本參量(亮度、對比度和灰度)

亮度，通常是指單位面積的光通量。因為單位面積光通量愈大，人眼感覺愈明亮，所以也可以說，亮度是人眼對光的明暗程度的感覺。亮度常以B表示，光通量的單位是燭光(cd)，亮度的單位是尼持(nit)或熙提(sb)。電視圖像的亮度取決于電視圖像信號的平均直流成分，改變電視圖像信號的直流成分，可以改變其亮度。

對比度，是客觀景物最大亮度Bmax與最小亮度Bmin之比。當以K表示對比度時

K=Bmax/Bmin。電視圖像的亮度一般都低于原景物亮度，考慮到人眼的適應(yīng)性，只要保持重現(xiàn)圖像的對比度與原景物的對比度接近相等即可。圖像信號的黑、白電平差別愈大，則對比度愈高。

灰度，即亮度級差或稱亮度層次。它反映電視系統(tǒng)所能重現(xiàn)的原圖像明、暗層次的程度。通常電視臺發(fā)送一個具有10級灰度的階梯信號(或稱級差信號)，接收系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整后在重現(xiàn)圖像中能加以區(qū)分的從黑到白的層次數(shù)，稱其為該系統(tǒng)具有的灰度級。由于顯像管調(diào)制特性的非線性，電視接收機一般都達不到10級灰度，一般只要能達到6級灰度，就可收看到明、暗層次較滿意的圖像了。受到顯像管發(fā)光亮度的限制，重現(xiàn)的圖像無法達到景物實際亮度，但只要能反映客觀景物的對比度和灰度，便可獲得滿意的效果。第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．2．2輔助信號1．復合消隱信號

在圖像的分解或恢復的掃描逆程中，若不采取措施，將出現(xiàn)行、場回掃線，這將對正程所傳送的圖像起干擾作用。消除回掃線的方法是在行、場掃描的逆程期間，在攝像管與顯像管中分別加入能使掃描電子束截止的消隱脈沖，即復合消隱脈沖或復合消隱信號。發(fā)送端在發(fā)送圖像信號的同時，在逆程期間將消隱信號也發(fā)送出去。行、場消隱信號的電平等于圖像信號的黑色電平；行、場消隱信號的周期應(yīng)分別與行、場掃描周期相同；行、場消隱脈沖的寬度應(yīng)分別等于行、場掃描的逆程時間。即行消隱脈沖寬度為12μs，場消隱脈沖寬度為1612μs(其中，包含著一個行的逆程12μs)。復合消隱信號第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2．復合同步信號電視系統(tǒng)中發(fā)掃描必須嚴格同步，即收、發(fā)掃描對應(yīng)的行、場起始和終止位置必須嚴格一致，否則就會出現(xiàn)畫面失真或不穩(wěn)定現(xiàn)象。為了收、發(fā)同步的需要，電視發(fā)送端每當掃描完一行時加入一個行同步脈沖；每當掃描完一場時加入一個場同步脈沖，它們分別在行與場逆程期間傳送，其寬度分別小于行、場逆程時間。我國電視標準規(guī)定，行同步脈沖寬度為4.7μs，脈沖前沿滯后行消隱信號前沿約復合同步信號1.3μs；場同步脈沖寬度為160μs（2.5個行周期），脈沖前沿滯后場消隱信號前沿160μs。在接收端必須先將這些行、場同步脈沖分離出來，用以分別控制接收機中的行、場掃描鋸齒波電流的周期和相位。換言之，只有當行、場同步脈沖到來時才開始行與場的回掃，這就可保證收、發(fā)雙方掃描電流的頻率和相位都相同，即可保證同步。圖1-15(a)中給出了行、場同步信號，通常將行、場同步信號合稱為復合同步信號。掃描頻率對重現(xiàn)圖像的影響相位不同對重現(xiàn)圖像的影響并行現(xiàn)象同步脈沖前沿—逆程開始時刻第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

3．槽脈沖和均衡脈沖電視系統(tǒng)中，提取行同步信息的方法，是利用鑒相或微分電路來提取行同步脈沖的前沿。由于場同步脈沖較寬，因而在場同步期間會使行同步信息丟失。這樣，在場逆程期間行就可能失步，可能會造成每場開始時的前幾行不能立刻同步，而使屏幕顯示圖像的最上面幾行出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。解決這個問題的辦法是在場同步脈沖上加開幾個槽，稱為槽脈沖，并使槽脈沖的后沿(即上升沿)恰好對應(yīng)于應(yīng)該出現(xiàn)原行同步脈沖的前沿位置。加入槽脈沖之后就可以保證在場同步脈沖期間可以檢測出行同步脈沖。槽脈沖的寬度與行同步脈沖相同，也是4.7μs。行、場同步脈沖幅度相同、寬度不同，所以分離行、場同步脈沖一般借助于微分與積分電路的組合。微分電路可提取出行同步脈沖或槽脈沖的上升沿用于行同步；積分電路卻可以選出寬度較大的場同步脈沖。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一但是，由于電視系統(tǒng)一般采用隔行掃描，相鄰兩場掃描的起點和終點位置都不相同。對于奇數(shù)場來說，它是在半行處結(jié)束，場消隱信號和場同步信號應(yīng)在行掃描到半行時加入；對于偶數(shù)場掃描來說，它是在一個整行后結(jié)束，場消隱與場同步信號應(yīng)在一個整行結(jié)束后加入。若將奇數(shù)場和偶數(shù)場的同步脈沖分兩排畫出，并令場同步脈沖起始沿對齊，則得如圖所示波形。在進行、場同步分離時，每一個行同步脈沖出現(xiàn)，要對積分電容器進行一次充電，行同步脈沖過后則進行放電。由于奇數(shù)場和偶數(shù)場同步脈沖前沿出現(xiàn)時、行同步脈沖相互錯開半行，造成積分電容器上的起始電壓不同，這就必然導致兩場同步時間的差異，如圖所示，存在時差Δt。對場同步脈沖的檢測造成影響。場同步積分輸出第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一為了保證偶數(shù)場的掃描線準確地嵌套在奇數(shù)場各掃措線之間，必須保證相鄰兩場場同步脈沖前沿到達積分電路時，積分電容器上要有相同的起始電壓，否則就無法保證正確的嵌套，嚴重時甚至會出現(xiàn)掃描光柵完全重合的現(xiàn)象。為此，在場同步脈沖前后（場消隱期間）以及中間，每隔半行都增加一個行同步脈沖，這樣就可以使相鄰兩場的場同步脈沖前沿到達積分電路時，積分電容器上所充的電壓基本相等。為了使增加脈沖后的平均電平不增加，把這部分脈沖寬度減小為原來的一半(即2.35μs)。場同步脈沖上的槽也每半行一個，槽寬仍為4.7μs，場同步期間要開5個槽。每個場同步脈沖前、后各有5個2.35μs寬的脈沖，常稱其為前、后均衡脈沖，如圖l-17(c)所示。這樣一來，無論奇場還是偶場，送到場積分電路去的波形都是完全相同的。開槽場同步第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

1．2．3黑白全電視信號1．全電視信號波形

將圖像信號、復合同步、復合消隱、槽脈沖和均衡脈沖等疊加，即構(gòu)成黑白全電視信號，通常也稱其為視頻信號。我國現(xiàn)行電視標推規(guī)定：以負極性全電視的同步信號頂電平作為100％；則黑色電平和消隱電平的相對幅度為75％；白色電平相對幅度為10％～12.5％；圖像信號電平介于白色電平與黑色電平之間。各脈沖的寬度為：正極性信號黑白全電視信號行同步4.7μs；場同步160μs均衡脈沖2.35μs；槽脈沖4.7μs；場消隱脈沖1612μs；行消隱脈沖12μs。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2．全電視信號的頻譜所謂頻譜，就是信號中所含的頻率成份及其能量分布，即各頻率成份的相對幅度。全電視信號的頻譜，應(yīng)是它所包含的主體信號(圖像信號)與輔助信號的頻譜之和，圖象信號的譜有一定規(guī)律性。⑴靜止圖像的頻譜①只在水平方向有亮度變化的靜止圖像這種情況下，每個行掃描得到的圖象信號都是一樣的（以行頻重復）。為了方便討論，我們忽略了行逆程。根據(jù)傅立葉分析，頻譜是線狀譜，位于行頻fH及其諧波nfH上。且n越大，能量（幅度）越?。▽τ谖覈?，6MHz帶寬最高諧波次數(shù)n=384）。

n＝∞

e(t)=∑Cn*ejnwHt

n＝－∞

wH是行角頻率；Cn為復振幅,n為行頻的諧波次數(shù).第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

②在垂直方向也有亮度變化信號仍然是以行頻重復的，用二維傅立葉級數(shù)分解，可得頻譜分布圖。頻譜成份為nfH±m(xù)fV，其頻譜分布是離散譜線簇(譜線群)，主譜線為nfH。特點是信號能量集中在行頻fH及其各次諧波nfH的主譜線上，n越大能量越小。在每個主譜線兩旁存在著場頻及其諧波的許多副譜線。m越大，副譜線能量也越小。

③垂直方向有細節(jié)變化垂直方向有精細細節(jié)變化時，兩場信號會有差異，其信號波形以幀為周期重復，故頻譜成應(yīng)為nfH±m(xù)fF（fF為幀頻，25Hz）。由于垂直方向內(nèi)容有不小的相關(guān)性，所以，幀間差引起奇數(shù)倍成份相對較小。

n＝∞e(t)=∑Cn,m*ej(nwH+mwV)tn＝－∞wV為場頻角頻率我們?nèi)〉脴O其重要的結(jié)論：上述電視信號的頻譜是由行頻的基、諧波為主頻譜和分布于它們兩側(cè)的以場頻的基、諧波為副頻譜線的離散頻譜群組成的。第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

⑵運動圖象信號的頻譜對于一般速度運動的物體，形成的幀周期信號波形表現(xiàn)為隨運動情況而在時間軸上的相位有變化。隨景物運動，兩旁的依時間左右擺動，主譜線兩旁的副譜線近乎連續(xù)。因電視圖像相鄰幀間、行間相關(guān)較大，因此相鄰群之間有信號能量的空白區(qū)。或活動圖像，行頻主譜線兩旁的副譜線諧波次數(shù)不大于20。按m=20計算，各譜線群所占寬度僅為2mfV＝20×20×50＝2kHz，相鄰兩主譜線間距為15.625kHz，可見各群譜線間存在著很大的空隙。

⑶圖像信號的頻譜待征

①以行頻及其諧波為中心,形成梳齒狀的離散頻譜。

②隨著行頻諧波次數(shù)的增高，譜線幅度逐漸減小。這說明黑白圖像信號的主要能量分布在視頻信號的低頻端。

③實踐證明，無論是靜止全電視信號的頻譜第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一④輔助信號的頻譜由于各輔助信號均為周期性脈沖信號，其頻譜與脈沖寬度有關(guān)。若以τ表示脈沖寬度，則周期性脈沖信號的頻譜如圖所示。一般來說，能量主要集中在f＝3/τ以內(nèi)，故可近似認為這類脈沖信號的最高頻率為fmax＝3/τ。以行同步脈沖為例，τ＝4.7μs，則3/τ＝638kHz。因而我們可以說，各輔助信號也都是小于6MHz的離散譜。結(jié)論：全電視信號具有在0～6MHz范圍內(nèi)、離散分布的頻譜結(jié)構(gòu)。為了分析問題簡單，常以圖l-21表示全電視信號的頻譜。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．3彩色的基本概念1．3．1彩色和光密不可分1．可見光的特性光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì)，人眼可以看見的光叫可見它是波長范圍為380nm到780nm之間的電磁波。不同波長的光呈現(xiàn)出的顏色各不相同，隨著波長由長到短，呈現(xiàn)的顏色依次為：紅、橙、黃、綠、言、藍、紫。只含有單一波長的光稱為單色光，包含有兩種或兩種以上波長的光標為復合光（復色光），復合光作用于人眼，呈現(xiàn)混合色。例如，太陽輻射的光含有七種單色光的波譜，但卻給認以白光的綜合感覺。太陽發(fā)出的白光中包含了所有的可見光，若把太陽輻射的一束光投射到棱鏡上太陽光會經(jīng)過棱鏡分解成一組按紅、橙、黃、綠、青、藍、紫順序排列的連續(xù)光譜。被分解之后的色光，若再次經(jīng)過棱鏡，它是不能再分解了，這種單一波長的色光也稱譜色光?？梢姽庾V圖第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2．物體的顏色我們看到的顏色有兩種不同的來源：一種是發(fā)光體所呈現(xiàn)的顏色，例如各種彩色燈和霓紅燈等所發(fā)出的彩色光；另一種是物體反射或透射的彩色光。那些本身不發(fā)光的物體，在外界光線照射下，能有選擇地吸收一些波長的光，而反射或透射另一些波長的光，從而使物體呈現(xiàn)一定的顏色。例如，紅旗反射紅光而吸收其它顏色的光，因而呈現(xiàn)紅色；綠色的植物因反射綠色光而吸收所有其它色光而呈現(xiàn)綠色，白云反射全部陽光而呈白色；煤炭吸收全部照射光而呈現(xiàn)黑色等等。既然物體呈現(xiàn)的顏色是由于物體反射(或透射)光的種類不同而產(chǎn)生的，那么物體呈現(xiàn)的顏色顯然與照射它的光源有關(guān)。綠草的綠色是由于它在日光照射下才表現(xiàn)出來的，如果把綠草拿到紅光下觀察，就會發(fā)現(xiàn)它不再是紅色而近乎是黑色的，這是因為紅色光源中沒有綠光成分，綠草全部吸收了紅光，所以變成黑色。人們?nèi)粘Ｉ钪卸紩羞@樣的經(jīng)驗，某些東西在日光下看到的顏色與在燈光下看到的顏色有差異，恰恰說明由于日光與燈光這兩種光源所含的光譜成分不同，使同一物體表現(xiàn)為不同的顏色。應(yīng)該指出，不能從看到的顏色來判斷光譜的分布。這是因為雖然一定的光譜分布表現(xiàn)為一定的顏色，但同一顏色則可由不同的光譜分布而獲得。例如，黃色可以由單一波長的黃光產(chǎn)生，也可以由兩種波長不同的光(紅光和綠光)按一定比例混合而產(chǎn)生，二者給人的顏色感覺卻是相同的。第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3．色溫和標準光源通常的照明光源，如太陽、日光燈、白熾燈泡等所發(fā)出的光雖然都籠統(tǒng)地稱其為白光，但由于發(fā)光物質(zhì)不同，它們的光譜成分相差很大，用它們照射相同物體時，呈現(xiàn)的顏色則相差較大。例如，白熾燈泡偏橙紅（呈暖色調(diào)），而汞燈偏青藍（呈冷色調(diào)）。為了比較和區(qū)別各種光源的特性，國際照明委員會(CIE)規(guī)定了A、B、C、D、E等幾種標準白色光源，并以基本參量“色溫”予以表征。(1)色溫的概念色溫是以絕對黑體的加熱溫度來定義的。所謂絕對黑體是指既不反射光、也不透射光，而完全吸收入射光的物體，被加熱時的電磁波輻射波譜僅由溫度決定。隨著溫度的增加，黑體輻射能量將增大，其功率波譜向短波方向移動。所以當溫度升高時，不僅亮度增大，其發(fā)光顏色也隨之變化。為了區(qū)分各種光源的不同光譜分布與顏色，可以用絕對黑體的溫度來表征。當絕對黑體在某一特定絕對溫度下，所輻射的光譜與某光源的光譜具有相同的特性時，則絕對黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫，單位以K表示。例如，溫度保持在2800K時的鎢絲燈泡所發(fā)的白光，與溫度保持在2854K的絕對黑體所輻射光的功率波譜基本一致，于是既稱該白光的色溫即為2854K?？梢姟⑸珳夭⒎枪庠幢旧淼膶嶋H溫度，而是表征光源波譜持性的參量。第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(2)標準白光源A光源：相當于2800K鎢絲燈所發(fā)的光。其色溫為2854K。它的光譜能量分布主要集中于波長較長的區(qū)域，因而A光源的光總帶著橙紅色。B光源：相當于中午直射的太陽光。其色溫為4800K。在實驗室中可由特制的濾色鏡從A光源中獲得。C光源：相當于白天的自然光。色溫為6800K。其波譜成分在400～500nm處較大，因此C光源的光偏藍色。它被選作為NTSC制彩色電視系統(tǒng)的標準白光源。D光源：相當于白天平均照明光。因其色溫為6500K，故又稱D65光源。它被選作為PAL制彩色電視系統(tǒng)的標準白光源。E光源：是一種理想的等能量的白光源，其色溫為5500K。其光譜能量分布是一條平行于橫軸的水平直線，在可見光波長范圍內(nèi)，各波長具有相同的輻射功率。采用這種光源有利于彩色電視系統(tǒng)中問題的分析和計算。這種光源在實際中是不存在的，是假想的光源。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．3．2視覺特性電影、黑白及彩色電視技術(shù)，均是利用了人眼視覺的某些特性而實現(xiàn)的。黑白電視中，不但利用了人眼的視覺惰性，同時還利用了人眼分辨力的局限性(即當相鄰像素靠近到一定程度時，人眼無法分辨，會產(chǎn)生連續(xù)象素的感覺)。彩色電視中，除了利用以上特性外，還利用了人眼的彩色視覺特性，主要包括視敏特性和彩色視覺。1．相對視敏曲線

在可見光范圍內(nèi)，同一波長的光，當其強度不一樣時，給人的亮度感覺是不相同的；對于相同強度而波長不同的光(E光源)，給人的亮度感覺也是不同的。實踐證明，人眼感到最亮（最靈敏）的是黃綠色，最暗（最遲鈍）的是藍色和紫色。如相對視敏曲線所示(E光源)?；鶞适侨搜圩蠲舾械?、波長為555nm的黃綠光(l00％)。對于不同的人，相對視敏曲線的形狀是會稍有差異的。相對視敏曲線第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2．人眼的亮度感覺亮度感覺，即包括人眼所能感覺到的最大亮度與最小亮度的差別及在不同環(huán)境亮度下對同一亮度所產(chǎn)生的主觀明亮程度的感覺。(1)人的視覺范圍很寬，能感受到的亮度范圍大約從百分之幾nit到幾百萬nit(但不能同時感受到這樣大的亮度范圍，當人眼適應(yīng)了某一平均環(huán)境亮度之后，視覺范圍就變得小多了。之所以如此，是因為人眼的感光作用有隨外界光的強弱而自動調(diào)節(jié)的能力)。(2)在不同環(huán)境亮度下，人眼對同一亮度的主觀感覺也不相同。在光天化日之下，如果有人在你身邊打開手電筒，你可能毫無亮度明顯增加的感覺；但若是漆黑的夜晚，即使離你較遠有人劃一根火柴，你也會感覺到光亮。實驗表明，人眼察覺亮度變化的能力是有限的，且隨著亮度B的增大，能覺察的最小亮度變化ΔBmin也增大；但在相當大的亮度范圍內(nèi)，可察覺的最小亮度變化與相應(yīng)亮度之比(ΔBmin/B)卻等于一個常數(shù)。上述特性告訴我們：電視重現(xiàn)景像的亮度無需等于實際景物的亮度；人眼不能覺察出的亮度差別，在重現(xiàn)景像時可不予精確復制，只要保持重現(xiàn)圖像的對比度，就會有十分逼真的感覺。這給電視圖象的傳輸與重現(xiàn)帶來了極大的方便。第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3．人的彩色感覺人眼視網(wǎng)膜里存在著大量光敏細胞；按其形狀可分為桿狀相錐狀兩種。桿狀光敏細胞的靈敏度極高，主要靠它在低照度時辯別明暗，但它對彩色是不敏感的；錐狀細胞既可辨別明暗，又可辨別彩色。白天的視覺過程主要靠錐狀細胞來完成，夜晚視覺則由桿狀細胞起作用，所以在較暗處無法辨別彩色。錐狀細胞又分為三類，分別稱為紅敏、綠敏和藍敏。如果某束光線只能引起某一種光敏細胞興奮、而另外兩種光敏細胞僅受到很微弱刺激，我們感覺到的便是某一種色光；若紅敏細胞受刺激，則感覺到的是紅色；若紅、綠敏細胞同時受刺激，則產(chǎn)生的彩色感覺與由黃單色光引起的視覺效果相同。顯然，隨著三種光敏細胞所受光刺激程度上的差異，還會產(chǎn)生各式各樣的彩色感覺。因此，當我們在攝取彩色景物時，若用三個分別具有與人眼三種錐狀細胞相同光譜特性的攝像管，分別攝取代表紅、綠、藍三個彩色分量的信號，經(jīng)處理、傳輸，再通過顯像管的紅、綠、藍熒光粉受電子轟擊發(fā)光，轉(zhuǎn)換成原來比例的彩色光，即可實現(xiàn)彩色圖像的重現(xiàn)。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

1．3．3彩色三要素和三基色原理1．彩色三要素

亮度，這里是指彩色光作用于人眼引起明暗程度的感覺，通常用Y來表示；亮度與色光的能量及波長的長短有關(guān)，前面已有分析，這里不再贅述。

色調(diào)，即彩色光的顏色類別。通常所說的紅色、綠色、黃色等等就是指不同的色調(diào)。上面所說的不同波長的光所呈現(xiàn)的顏色不同，實際上就是指其色調(diào)不同。如果改變彩色光的光譜成分，就必然引起色調(diào)的變化。例如，在紅光中混入綠光就會使人們感覺到色調(diào)變成黃色。至于彩色物體的色調(diào)，則取決于物體在光線照射下，所反射的光的光譜成分。不同光譜成分的反射光使物體呈現(xiàn)不同的色調(diào)。對于透光物體，其色調(diào)由透射光的波長決定。顯然，彩色物體的色調(diào)也同樣與照射它的光源有關(guān)。

色飽和度，是指顏色的深淺程度，即顏色的濃度。對于同一色調(diào)的彩色光，其飽和度越高，它的顏色就越深；飽和度越低，它的顏色就越淺。在某一色調(diào)的彩色光中摻入白光，會使其飽和度下降，摻入的白光越多，其飽和度就越低。色調(diào)和飽和度合稱為色度。色度即說明彩色光顏色的類別，又說明了顏色的深淺程度。在彩色電視系統(tǒng)中，所謂傳輸彩色圖像，實質(zhì)上是傳輸圖像像素的亮度和色度。第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2．三基色不同波長的光會引起人眼不同的彩色感覺；兩種不同光譜成分的光經(jīng)混合，能引起人眼有產(chǎn)生與某種單色光相同的彩色感覺，即單色光的顏色可以由幾種顏色的混合光（復色光）來等效；這一現(xiàn)象稱混色。利用混色的方法，人們可以只用幾種顏色的光來仿造出大自然中大多數(shù)的彩色，而不必去追究這些彩色光的光譜成分。人們在進行混色實驗時發(fā)現(xiàn)：只要選取三種不同顏色的單色光按一定比例混合就可以得到自然界中絕大多數(shù)色彩，具有這種特性的三個單色光叫基色光，對應(yīng)的三種顏色稱三基色。彩色電視中所采用的三基色分別是紅色、綠色和藍色。三基色原理：(1)三基色必須是相互獨立的產(chǎn)生。即其中任一種基色都不能由另外兩種基色混合而得到。(2)自然界中的大多數(shù)顏色，都可以用三基色按一定比例混合得到；或者說中的大多數(shù)顏色都可以分解為三基色。(3)三個基色的混合比例，決定了混合色的色調(diào)和飽和度。(4)混合色的亮度等于構(gòu)成該混合色的各個基色的亮度之和。彩色電視要傳送的是亮度不同、色調(diào)和色飽和度千差萬別的彩色信息，有了三基色原理，我們只需要將要傳送的顏色分解為三基色(紅、綠、藍)，然后再分別以對應(yīng)的一種電信號進行傳送就可以了。為了與黑白電視系統(tǒng)兼容，實際傳送的是亮度和色差（表示色度）信號。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

3．混色方法把三基色按照不同的比例混合獲得彩色的方法稱為混色法?；焐ㄓ邢嗉踊焐ü獾暮铣?，彩色電視用）和相減混色（染料合成）之分。為了說明相加混色，可以將三束圓形截面積的紅、綠、藍單色光同時投射到白色屏幕上，呈現(xiàn)出一幅品字形三基色圓圖。綠黃青紅綠藍品紅相加混色的幾種方法：(1)空間混色法。利用人眼空間細節(jié)分辨力差的特點，將三種基色光在同一平面的對應(yīng)位置充分靠近，只要三個基色光點足夠小且充分近，人眼在離開一定距離處將會感到是三種基色光混合后所具有的顏色。這種空間混色的方法是同時制彩色電視的基礎(chǔ)。(2)時間混色法。利用人眼的視覺惰性，順序地讓三種基色光出現(xiàn)在同一表面的同一處，當相隔的時間間隔足夠小時，人眼會感到這三種基色光是同時出現(xiàn)的，具有三種基色相加后所得顏色的效果。這種相加混色方法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)。(3)生理混色法。人的兩眼同時分別觀看不同顏色的同一彩色景像時，使之同時獲得兩種彩色印像，兩種彩色印像在大腦中產(chǎn)生相加混色的效果。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4．色度三角形由三基色混合所產(chǎn)生的各種顏色，可以由色度三角形予以說明。該三角形直觀地表示出三基色合成的色度關(guān)系。例如，RG邊表示由紅色與綠色合成所得的所有的顏色。此邊的中點為黃色，說明紅色與綠色相等時為黃色。同理，RB邊的中點是紫色(品色)，GB邊的中點為青色，色度三角形重心位置W為白色。穿過W的任一條直線，連接三角形上的兩個點，該兩點所代表的顏色相加均得到白色。因此，通常把相加后形成白色的兩種顏色稱為互補色。例如，在色度三角形中，通過W點所連的紅、青，綠、紫，黃、藍均互為補色。色度三角形的三個頂點代表三基色。例如，R點所代表的顏色是純紅色，其飽和度為100%。沿著直線RW不斷向W點移動，紅色中的白色成分隨之增加，顏色不斷變淡，其飽和度不斷下降，但色調(diào)并不改變。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.3.4計色制及色度圖1、配色實驗圖2.2－1所示的比色計中有兩塊互成直角的白板（屏幕）將觀察者的視場分為兩部分，它們對所有可見光譜幾乎全反射。將待配色光F投射到屏幕左邊，三種基色光投射于屏幕右邊，分別調(diào)節(jié)它們的強度，直到它們的混合光與待色光F的亮度完全一致為止。此時，整個視場將出現(xiàn)待配光的顏色。選定三基色單位后，就可以進行配色試驗。對于任意給定的彩色光F，如果三基色調(diào)節(jié)裝置中的讀數(shù)分別為R、G、B，就可以寫出配色方程第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一F＝R[R]+G[G]+B[B]式中R、G、B稱為三色系數(shù)[F]是代表彩色F的亮度，通常用光通量單位F＝（R＋4.5907G+0.0601B）光瓦＝（R＋4。5907G+0。0601B）流明進行配色試驗，必先選定三基色單位；根據(jù)不同三基色單位，可分為不同的計色制。在RGB計色制中，國際照明委員會（CIE）規(guī)定：把波長為700nm，光通量為1光瓦的紅光作為一個紅基色單位（或稱單位量），用[G]表示；把波長為435.8nm，光通量為0.0601光瓦藍光作為一個藍基色單位，用[B]表示。比色計的讀數(shù)將按基色單位[R]、[G]、[B]進行刻度，而不按輻射功率或者光通量刻度。紅、綠、藍基色波長的選擇，是采用汞弧光譜中經(jīng)濾波后的單一譜線作為觀標準的。它們?nèi)菀撰@得，色度穩(wěn)定而準確，配出彩色也較多。光通量如此確定就是使。1[R]+1[G]+1[B]=白第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（1）RGB計色制及色度圖在許多情況下，只需要討論景物與圖象的色度，而不涉及其亮度。如前所述，色度只由三色系數(shù)R、G、B的比例決定，與它們的數(shù)值大小無關(guān)。為此，令三色系數(shù)之和為m，并令：r=R/m,g=G/m,b=B/m.顯然r+g+b=1,式中m稱為色膜，反映了色光的亮度；r、g、b稱為相對色系數(shù)或色度坐標，它們的每一組數(shù)值都確定了一種顏色的色度。由于相對色系數(shù)r、g、b之和等于1。所以知道其中任意二個（例如r和g）就可以算出第三個（例如b=1－r－g）。因此，可以用r－g平面坐標作出包羅所有實際顏色的色度圖，即RGB系統(tǒng)色度圖。如p24圖1-29示。RGB計色制的基礎(chǔ)是配色試驗，它的物理意義明確，但使用不方便。因為，必須知道彩色光的三個色系數(shù)R、G、B，才能處出其亮度；分布色系數(shù)中存在負值，用求和法近似計