電視原理培訓資料課件

主講：宋懷波第一頁，共四十八頁。緒論

1.1電視是上世紀最偉大的發(fā)明之一

電視是迄今為止人類進行信息傳播變革過程中影響最大的研究成果，是科學技術最先進研究成果的集合。電視將實際的或者記錄的活動圖像和伴音變換為電信號，通過電信系統(tǒng)傳遞至遠處，即時重現(xiàn)原有信息。最簡單的電視系統(tǒng)由以下三個部分組成：（1）光電轉(zhuǎn)換、聲電轉(zhuǎn)換；（2）視頻、音頻信號的傳輸；（3）電光、電聲轉(zhuǎn)換。1.電視傳像基本過程.swf

2.電視傳輸過程.swf第二頁，共四十八頁。緒論尼普柯夫圓盤

黑白電視彩色電視數(shù)字電視電視的發(fā)展第三頁，共四十八頁。一、電視技術的發(fā)展歷程

1.2電視的發(fā)展史

19世紀末，少數(shù)先驅(qū)者設想并開始研究設計圖像的傳送技術。1873年英國科學家約瑟夫·梅發(fā)現(xiàn)硒元素的光電特性，為后來電視技術的的發(fā)明奠定了基礎。

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，圖像相當模糊。第四頁，共四十八頁。1.2電視的發(fā)展史舉例：風扇第五頁，共四十八頁。

1923年，美籍俄國人茲沃爾金發(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的先驅(qū)。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的理論基礎。第六頁，共四十八頁。電視的誕生1925年，蘇格蘭發(fā)明家貝爾德用自行裝置的機械電視設備，第一次將移動的圖像傳向遠處的接收機現(xiàn)場。1925年10月2日，貝爾德用攝像機掃描了一個木偶的頭部。他欣喜地發(fā)現(xiàn)，木偶的頭部被閃爍不定地復制在他安置于另一間屋子的熒屏上。于是，他臨時雇了一個小伙計坐在他的攝像機前，重復他的實驗。這位名叫威廉.泰因頓的小伙子幸運地成為歷史上第一個出現(xiàn)在電視上的人。第七頁，共四十八頁。第八頁，共四十八頁。1926年1月，貝爾德在倫敦皇家科學研究所首次示范電視技術。第九頁，共四十八頁。最早的電視廣播最早的電視廣播于1929年在倫敦開播，使用貝爾德建造的系統(tǒng)，引起轟動，是現(xiàn)代電視廣播的雛形?，F(xiàn)代彩色電視畫面是由500至1000條以上的掃描線組合起來的，貝爾德的畫面只有30條掃描線，并且是黑白兩種顏色，畫面非常模糊。世界上最早的電視臺是1936年11月2日在倫敦郊外亞歷山大宮建立的大眾電視臺。我國第一座電視臺是1958年5月1日試運行的北京電視臺，也是現(xiàn)在的中央電視臺的前身。第十頁，共四十八頁。電視技術的發(fā)展電視技術本身：

第一代——黑白電視（20世紀20年代）第二代——彩色電視（20世紀40年代）第三代——高清晰度電視（20世紀90年代）第四代——智能電視（21世紀初）第十一頁，共四十八頁。信號處理技術：第一代：模擬電視第二代：數(shù)字處理電視第三代：數(shù)字電視電路工藝：第一代：電子管第二代：晶體管第三代：大規(guī)模集成電路第十二頁，共四十八頁。傳輸媒介：單一的地面微波擴充到電纜、衛(wèi)星、網(wǎng)絡、無線移動

功能覆蓋：單一的活動圖像廣播擴充到數(shù)據(jù)廣播、視頻點播、收費電視、立體電視、多視點視頻等

第十三頁，共四十八頁。1.3電視圖像的彩色化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制式。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年采用該制式播出。1956年，法國提出SECAM制式。1960年，聯(lián)邦德國提出PAL制。第十四頁，共四十八頁。

1.3電視圖像的彩色化

3種彩色電視制式同時并存

彩色電視機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，還要注意電源標準（有110伏/60赫與220伏/50赫之分），這樣才能保證接收機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，國家標準為：每幀掃描625行，每秒25幀。第十五頁，共四十八頁。1.4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，使世界正式進入了衛(wèi)星通信時代，國際間進行電視節(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。第十六頁，共四十八頁。1.5高清晰度電視(HDTV)

電視畫面同電影相比還顯得很粗糙，這是因為目前構(gòu)成電視畫面的像素較少的緣故。因而，人們又研制出高清晰度電視?！案咔逦取敝概c現(xiàn)行電視相比，其水平和垂直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，圖象細膩逼真，無閃爍和粗糙感，并配以數(shù)字環(huán)繞音響伴音。采用16:9的寬高比作為世界標準。我國HDTV標準為1920×1080i，每幀圖像有207萬個像素。

第十七頁，共四十八頁。在HDTV的發(fā)展進程中，經(jīng)歷了一個由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)化的過程。日本早在1985年就建立了1125線、每秒60幀的MUSE制式(全視頻帶寬30MHz)的HDTV。但卻把精力放在完善模擬電視的清晰度，忽視了數(shù)字技術發(fā)展的大趨勢。IEEE的MPEG專家組制訂的MPEG-2標準和先進的數(shù)字通信技術，使得帶寬高達20MHz的HDTV信號可以在6MHz左右的現(xiàn)行傳輸信道不失真地傳送。美國的全數(shù)字高清晰度電視已達到實用化。1998年9月8日至12日，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。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，在技術標準上實現(xiàn)了美、歐兩大陣容標準兼容。第十八頁，共四十八頁。1.6.數(shù)字電視(DTV)

數(shù)字電視(DTV)包括普及型數(shù)字電視(DPTV，352×288i，約300電視線)標準清晰度數(shù)字電視(SDTV，704×576i或720×480i，約500電視線，相當于DVD標準)高清晰度數(shù)字電視(HDTV，1920×1080i，約1000電視線)均采用MPEG-2/1數(shù)字壓縮技術。標準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）標準清晰度節(jié)目。目前我國各省級電視臺的通過衛(wèi)星傳送的電視節(jié)目均是采用MPEG-2數(shù)字壓縮的標準清晰度數(shù)字電視(SDTV)節(jié)目。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，抵御國外同類產(chǎn)品的打入和競爭。第十九頁，共四十八頁。6.我國電視事業(yè)的發(fā)展-1

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。當時發(fā)射天線加設在廣播大廈塔樓頂，高度為80米，覆蓋半徑25公里。中央電視臺開播不久，從蘇聯(lián)進口了200部黑白電視機，以后天津廣播器材廠很快試制出“北京”牌電視機。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。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制進行了試播。但后來也由于國民經(jīng)濟暫時困難而“下馬”。1969年彩電研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準制式）。第二十頁，共四十八頁。

7.我國電視事業(yè)的發(fā)展-21973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。1999年10月我國所有省級電視臺的電視節(jié)目全部上星，并基本形成了星、網(wǎng)結(jié)合的廣播電視傳輸體系。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）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第二十一頁，共四十八頁。電視：根據(jù)人眼視覺特性以一定的信號形式實時傳送活動景物圖像的技術。

電視攝像機（光電轉(zhuǎn)換）

景物

處理設備傳輸信道

接收設備

電視顯示器（電光轉(zhuǎn)換）觀看者第1章電視基礎知識開路、閉路第二十二頁，共四十八頁?！痢恋诙摚菜氖隧?。對于彩色電視，每一個平面活動基色圖像都可以表示成空間坐標x、y和時間t的三維離散函數(shù):

fR(xm,yn,tk)

fG(xm,yn,tk)

fB(xm,yn,tk)對于黑白電視，平面活動亮度圖像可表示為：

fL(xm,yn,tk)一、圖像的順序傳送原理

1.圖像的表示法第二十四頁，共四十八頁。根據(jù)人眼對細節(jié)分辨力有限的視覺特性，可以把一幅平面圖像分解成許許多多小單元。這些組成畫面的細小單元具有單一的亮度和色度，稱為像素（pixel）。像素越小，單位面積上的像素數(shù)目越多，圖像就越清晰。第二十五頁，共四十八頁。2.圖像的順序傳送方法1：并行傳送：把不同位置上的像素同時轉(zhuǎn)變成相應的電信號，分別用相應信道同時傳送出去。

根據(jù)人眼的細節(jié)分辨力，一幅圖像要比較清晰，至少要有40萬以上的像素，即需40萬個信道。發(fā)送端接收端

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。第二十六頁，共四十八頁。方法2：順序傳送（串行傳送）

利用人眼的視覺惰性，將各個像素的光信號按一定的順序變成電信號傳輸，接收端再按同樣的順序?qū)㈦娦盘栕兂晒庑盘枺灰俣茸銐蚩欤搜鄹杏X圖像就是完整和連續(xù)的。這種將圖像分解成像素并按一定的順序傳送圖像像素的電視系統(tǒng)稱為順序傳送系統(tǒng)。傳送順序：從左到右，從上到下

同步：在接收端每個像素的幾何位置與發(fā)送端一一對應。像素傳送的兩個特點：速度快，準確。3.順序傳輸制示意圖.swf第二十七頁，共四十八頁。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。

第二十八頁，共四十八頁。二、光-電/電-光轉(zhuǎn)換原理CCD感像器發(fā)端：光-電轉(zhuǎn)換攝像管收端：電-光轉(zhuǎn)換顯像管讀出移位寄存器（遮光）圖像信號感光單元存貯轉(zhuǎn)移區(qū)光敏成像區(qū)轉(zhuǎn)移移位寄存器（遮光）4.圖像的攝取及光電轉(zhuǎn)換.swf第二十九頁，共四十八頁。1.攝像管光電導攝像管主要由鏡頭、光電靶、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈組成。第三十頁，共四十八頁。2.顯像顯像管——陰極射線管CathodeRayTube(CRT)主要組成：電子槍、熒光屏、偏轉(zhuǎn)線圈等。

顯示器隔行掃描.swf顯像管內(nèi)電子束偏轉(zhuǎn).swf顯示屏三基色形成.swf第三十一頁，共四十八頁。

γ校正攝像管光電轉(zhuǎn)換特性近似為線性：而顯像管電光轉(zhuǎn)換特性為非線性：亮度與柵陰壓的γ次方成正比，顯像管重現(xiàn)圖像產(chǎn)生γ失真。

需在攝像端進行預失真處理即γ校正：這樣，顯示亮度將正比于攝取的圖像亮度：第三十二頁，共四十八頁。γ校正沒有γ校正前γ為2.0的校正第三十三頁，共四十八頁。三、掃描將光圖像轉(zhuǎn)換成順序傳送的電信號的過程及其逆過程稱為掃描。用來完成信號的分解與重現(xiàn)掃描fL(xm,yn,tk)三維圖像信號f(t)一維電視信號

行掃描——水平掃描（掃描正程，掃描逆程）

場掃描——垂直掃描（掃描正程，場掃描逆程）掃描第三十四頁，共四十八頁。1.逐行掃描§2.2電視掃描原理矩形屏幕——勻速單向直線掃描a.只有行掃描時b.只有場掃描時

c.行場同時存在時第三十五頁，共四十八頁。（a）行掃描鋸齒波電流（b）場掃描鋸齒波電流

8.掃描光柵演示.swf12.掃描光柵演示.swf第三十六頁，共四十八頁。行掃描基本參數(shù)行正程掃描時間:THS行逆程掃描時間:THrTHr

＜＜THS行掃描周期TH=

THS+THr行掃描頻率fH=

1/TH場正程掃描時間:TVS場逆程掃描時間:TVrTVr

＜＜TVS場掃描周期TV=

TVS+TVr場掃描頻率fV=

1/TV場掃描基本參數(shù)第三十七頁，共四十八頁。行場掃描關系為獲得有效的掃描光柵，電子束水平方向運動速度應遠大于垂直方向的運動速度；即：fH＞＞fV

正程掃描時間應占整個掃描周期的大部分，即：

TH＞＞THrTV＞＞TVr

THr/TH

=a稱行掃描逆程系數(shù)，一般18％

TVr/TV

=b稱場掃描逆程系數(shù)，一般8％設每場掃描行數(shù)為Z，則：TV＝ZTHfH＝ZfV

即場周期是行周期的整數(shù)倍。掃描行數(shù)越多，圖像越清晰。電子束在水平和垂直偏轉(zhuǎn)力的共同作用下進行有規(guī)律的掃描，屏幕上便出現(xiàn)一條條亮線，這些亮線稱為光柵。返回2.3.3第三十八頁，共四十八頁。掃描電流與重現(xiàn)圖像的關系(a)線性掃描,圖像無失真;(b)行掃描非線性,產(chǎn)生左伸、右縮的非線性失真;原因：速度越快，拖尾越長，下同。也可以將方塊看著彈性物體(c)場掃描非線性,產(chǎn)生上拉、下壓的非線性失真第三十九頁，共四十八頁。掃描電流幅度不足時產(chǎn)生的失真(a)行掃描幅度小;(b)場掃描幅度小7.掃描頻率對重現(xiàn)圖像的影響.swf第四十頁，共四十八頁。2、隔行掃描（1）隔行掃描的提出

要達到人眼要求的最高分解力，掃描行數(shù)須在500以上，人眼的臨界閃爍頻率要求場頻須在48Hz以上。 按我國標準為625行，50Hz，每行有800個像素，則：黑白電視信號的最高頻率達12MHz，電子線路系統(tǒng)、頻率資源都很難滿足要求。第四十一頁，共四十八頁。根據(jù)人眼的視覺特性：一幀圖像分兩次掃描，每次稱為一場，兩場合為一幀,即采用隔行掃描方式?；顒訄D像25幀/秒=50場/秒≥臨界閃爍頻率=48Hz每場掃描行數(shù)——312.5行每幀掃描行數(shù)——625行即:

按隔行掃描方式，要求黑白電視信號帶寬為： Δf=6MHz第四十二頁，共四十八頁。（2）隔行掃描光柵的形成

奇數(shù)行掃描（奇數(shù)場）一幀圖象分兩次掃描偶數(shù)行掃描（偶數(shù)場）隔行掃描重現(xiàn)圖像示意第四十三頁，共四十八頁。隔行掃描光柵分析5.隔行掃描.swf6.奇偶光柵鑲嵌示意圖.swf第四十四頁，共四十八頁。隔行掃描應滿足的基本要求（1