電視原理與電視機檢修-第1章

1.1光和顏色的本質(zhì)1.1.1光和顏色的本質(zhì)

光的本質(zhì)是什么？由光學知識可知:光是以電磁波形式存在的微粒子流,是一種能攜帶能量的特殊物質(zhì)。電磁波的波譜很廣,包括無線電波、紅外光波、可見光波、紫外光波、X光線、宇宙射線等,如圖1-1-1所示。其中人眼能看到的(即能引起人眼視覺的)那一部分光譜叫做可見光。可見光的波長范圍為380～780nm。圖1-1-1可見光在電磁波波譜中的位置顏色的本質(zhì)是什么？由實驗得知:顏色是不同波長的光波通過人眼視覺產(chǎn)生的印象。例如,用700nm波長的光作用于人眼,人的感覺印象是紅色光;用546.1nm波長的光作用于人眼,人的感覺印象是綠色光;用435.8nm波長的光作用于人眼,人的感覺印象是藍色光。光有單色光和復合光之分。單一波長的光叫單色光;由幾種波長混合成的光叫復合光。一定成分的復合光有一種確定的顏色與之對應(yīng),但一種顏色光的感覺并不對應(yīng)一種光譜組合,有可能是由多種單色光的復合光譜組合引起的,例如,546nm波長的綠光與700nm波長的紅光按一定比例混合后作用于人眼,可得到波長為580nm的黃光感覺。此時,人眼已分不清是單色黃光還是紅、綠兩色的混合光。有人說,太陽光只是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的七色光組合。其實這種說法是不妥當?shù)?因為太陽光是多種單色光的組合,不止七色。1.1.2光源和色源

光源有兩種。一種是物體自身發(fā)光的,例如太陽,通電后的電光,點燃后的蠟燭等;另一種是自身不發(fā)光,在發(fā)光光源的照射下,由于反射或透射而成為光源,例如,能反射光的平面鏡,能透射光的藍玻璃等。色光源有兩種。一種是不發(fā)光的物質(zhì),它在一定功率波譜的照射下,因反射一定的光譜成分并吸收其余部分而呈現(xiàn)相應(yīng)的色彩,例如,太陽光照射在樹上,樹葉反射了綠色光波并吸收其它光譜而成為綠色樹葉;另一種是本身發(fā)光的色源,它的輻射光譜引起人眼產(chǎn)生一定彩色感覺。1.1.3標準光源

對景物的真實視覺程度與選用的光源關(guān)系很大。用白光源還是色光源？回答是用白光源。因為人眼對太陽光的感覺是白色,它含有各種光譜。白光源有許多種,為了統(tǒng)一測量標準,國際上選用A、B、C、D、E五種標準白光作為標準光源。這5種標準白光的光譜能量分布如圖1-1-2所示。圖1-1-2各種標準光源所發(fā)出光的光譜能量分布

(1)A光源:相當于鎢絲燈在2800K時發(fā)出的光,其波譜能量主要集中在波長較長的區(qū)域,是帶些紅色的白光。

(2)B光源:相當于中午直射的陽光。

(3)C光源:相當于白天的自然光,其波譜能量在4500nm左右波長處最大,是帶些藍色的白光。

(4)D光源:相當于白天直射陽光和散射光混合的光。它可以由彩色顯像管所采用的紅、綠、藍三色熒光粉發(fā)出的光適當比例混合得到。

(5)E光源:是一種理想的等能量的光源。即是說該光源的光譜能量分布是不隨波長變化而變化的。這種光源在自然界中是不存在的，僅是科研中的理論光源。1.2人眼的視覺特征1.2.1人眼的亮度視覺

實驗證明,人眼對不同波長的光的靈敏度是不同的。人眼的這種視覺特征常用視覺靈敏度曲線(視敏度曲線)來描述。圖1-2-1所示曲線是國際通用的視敏度曲線,也叫相對視敏曲線。圖1-2-1人眼的視覺靈敏度曲線由圖可知，人眼對不同顏色光的亮度感覺是不一樣的,人眼最敏感的光波長為555nm,呈草綠色。在555nm處兩側(cè),隨著波長的增加或者減小,亮度感覺逐漸降低。在可見光譜之外,即使輻射能量再強,人眼也沒有感覺。1.2.2人眼的色度感覺

實驗得知，人眼視網(wǎng)膜上有三種色敏細胞,分別對紅、綠、藍光特別敏感。當它們受到某種光源能量刺激時,根據(jù)對三種細胞刺激量比例的不同,使人產(chǎn)生不同的色感。例如,當一束黃色光射入人眼時,只對紅敏細胞和綠敏細胞產(chǎn)生刺激,引起人的黃色視覺;當一束紫光射入人眼時,對紅敏細胞和藍敏細胞產(chǎn)生刺激,引起人的紫色視覺。不同顏色的光對三種細胞的刺激量是不同的,產(chǎn)生的彩色視覺各異,從而使人眼分辨出五光十色的顏色。在電視技術(shù)中正是利用了這一原理,在視覺圖像的重現(xiàn)過程中,不是重現(xiàn)原來的景物的光譜分布,而是利用三種相似于紅、綠、藍色敏細胞特性曲線的三種光源進行配色,使其在色感上得到相同的效果。1.2.3人眼的分辨力

當人用眼觀看黑白圖像中兩個點時,在規(guī)定的光照下,人邊看邊后退,當圖像中兩點將要混成一個點還未混成一點時,人眼和圖像中兩點之間的夾角稱為人眼分辨角,用θ表示,正常人θ為1′~2′。人眼的分辨力可定義為分辨角的倒數(shù),用M來表示。分辨角θ越小,分辨力M越大。人眼對黑白圖像細節(jié)的分辨能力,稱為黑白圖像分辨力;人眼對彩色圖像細節(jié)的分辨能力稱為彩色圖像分辨力。大量實驗表明，人眼對圖像色彩細節(jié)的分辨力遠低于對圖像黑白細節(jié)的分辨力。例如,相隔一定距離觀看黑白相間的等寬條子,恰能分辨黑白差別,如果用紅、綠相間的同等寬度的條子替換它們,此時,人眼看到的僅是一片黃色,分辨不出紅、綠之間的差別。因此,彩色電視系統(tǒng)中傳送彩色圖像時,只傳送黑白圖像細節(jié),而不傳送彩色圖像細節(jié),這樣,可減小色度信號的頻帶寬度。1.2.4人眼的視覺惰性

用一個簡易的實驗可證明人眼有視覺惰性。在黑暗中,用點燃的一支香在空中快速劃圈,所看到的不是一個移動的光點,而是一個光圈。這是因為雖然某點上點光源已經(jīng)移走了,但人眼還覺得它存在,這就是人眼對亮度感覺的惰性。用圖1-2-2所示實驗進一步分析人眼的視覺惰性。當圖1-2-2(a)所示的光脈沖(可用電筒作發(fā)射光源)作用于人眼時,眼睛所感覺到的主觀亮度如圖1-2-2(b)所示。可見,人眼的亮度感覺滯后于實際光脈沖信號,當光脈沖消失之后,亮度感覺需要一段時間才能完全消失,這種現(xiàn)象就是人眼的視覺惰性。通常把圖中t2~t3時間間隔稱為視覺暫留時間，也稱為人眼留影時間,正常人眼的暫留時間為0.1s左右。人眼的視覺惰性表示人眼的時間分辨能力是有限的。人眼的視覺特性在電視、電影等技術(shù)中都得到了充分的應(yīng)用。圖1-2-2人眼的視覺惰性1.3黑白圖像的光電變換1.3.1像素

當仔細觀察報紙上一幅清晰完整的黑白圖像時,就會發(fā)現(xiàn)圖像由許多排列有序、深淺不同的小圓點(或小方塊)組成。也就是說,一幅清晰圖像是由數(shù)萬個彼此配合,亮度不同或相同的小單元(圓點或方塊)組成的。這些小單元是構(gòu)成圖像的基本單元,稱為像素。每個像素反映圖像的一點信息。顯然,像素越多、越密,圖像就越清晰、細致。在正常觀看距離下,電視屏幕上的一幅清晰圖像是由約44萬個像素組成的(將在后面說明)。1.3.2電子掃描大家知道，電子是攜帶負電荷的微粒子,質(zhì)量極小,慣性幾乎為零。用電子形成振蕩,可達到數(shù)兆赫茲。一個電子攜帶的能量是極有限的,一群電子攜帶的能量則是可觀的。一群電子稱為電子束。由電磁學可知，電子束在有規(guī)律變化的磁場作用下,按一定規(guī)律在靶面上或熒光屏上運動的過程稱為掃描。電子束在垂直磁場作用下的水平運動稱為水平掃描，又叫行掃描;電子束在水平磁場作用下的垂直運動稱為垂直掃描。電子束在互相垂直的兩個磁場作用下,一方面作水平偏轉(zhuǎn),一方面作垂直偏轉(zhuǎn),設(shè)計時使電子束水平方向的運動速度遠大于垂直方向的運動速度,因此,電子束的運動路徑是水平略向右下傾斜。電子束從左到右、從上到下以均勻速度依照順序一行緊跟一行地進行掃描,稱為逐行掃描,如圖1-3-1所示。圖1-3-1逐行掃描原理圖電子束先掃描圖像的1、3、5……奇數(shù)行,再掃描2、4、6……偶數(shù)行,最后將奇數(shù)行和偶數(shù)行均勻嵌套，這種方法稱為隔行掃描,如圖1-3-2所示。電子束移動軌跡的集合體稱為光柵。圖1-3-2隔行掃描原理圖1.3.3攝像機

人們之所以能看見景物，是因為太陽光(或燈光等)經(jīng)空氣散射照在景物上,景物各部位不同程度的反射光射入人眼的緣故。射入人眼的光信號稱為景物光信號,或稱圖像光信號,簡稱圖像信號。電視系統(tǒng)的首要任務(wù)是將圖像光信號轉(zhuǎn)換成圖像電信號。這個任務(wù)是由攝像機來完成的。攝像機的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-3-3所示。圖1-3-3攝像機結(jié)構(gòu)框圖圖1-3-4氧化鉛光電導攝像管結(jié)構(gòu)電子槍由高壓極、聚焦極、加速極、控制柵極、陰極和燈絲等組成。在燈絲通電發(fā)熱之后,陰極能發(fā)射受控的電子束(工作原理在顯像管中講授)。光電靶呈圓薄片狀,位于電子槍前端。光電靶由三層不同的物質(zhì)材料組成。中間較厚的是氧化鉛(PbO)本征半導體,它具有光敏特性,其電阻率與光線強弱成反比,在無光照時電阻率可達1010Ω,有強光照射時可迅速降為幾十歐姆。靠電子槍一面的是P型半導體,其接受電子束轟擊?？抗鈱W鏡頭一面的是N型半導體,其接受由鏡頭射入的聚焦景物光線的照射,并與外電路負載RL相連。將圖1-3-4中的光電靶想象切割成一根根窄帶,帶寬與電子束直徑近似,由光敏材料PbO顆粒組成,如圖1-3-5所示。圖中，R1、R2、R3、……、Rn代表光敏材料顆粒,即像素。由圖可得到輸出電壓uout公式:若光照使Rn=R2=4RL,則uout=0.8EC；若光照使Rn=R3=RL，則uout=0.5EC；若光照使Rn=R4=RL/2,則uout=0.3EC；若光照很弱,Rn→∞，則uout≈EC；若光照很強，Rn→0，則uout≈0。圖1-3-5光電變換原理圖1.4行、場掃描頻率的確定與圖像信號的頻帶寬度圖1-4-1垂直掃描示意圖圖1-4-2水平掃描示意圖1.4.1場掃描頻率的確定

我們知道，將活動圖像照射在光電靶上形成“活動電阻像”,用電子束進行水平掃描和垂直掃描,將“活動電阻像”按時間先后分解成一組組電信號傳送出去,經(jīng)處理之后在顯像管上就可還原出活動圖像。那么，應(yīng)該將“活動電阻像”分解成多少幅圖像呢？根據(jù)人眼的視覺暫留時間為0.1s估計,如果將“活動電阻像”每秒順序分解為10幅圖像信號傳送,還原的圖像將是一幅幅不動的圖像;如果每秒順序分解為24幅圖像信號,還原的圖像呈現(xiàn)連續(xù)活動圖像,但有閃爍感覺;如果每秒順序分解為48幅圖像傳送,還原的圖像將是逼真的活動圖像,但會受到市電50Hz電波的干擾,圖像會上下移動,為減小市電50Hz電波的干擾,將“活動電阻像”每秒分解為50幅圖像傳送,重現(xiàn)的圖像受到市電的干擾就大大減小了。在繪畫、圖片行業(yè)中,一幅完整的圖像稱為一幀,

用“Z”表示?？梢?垂直掃描幀頻fZ=50Hz時才能逼真穩(wěn)定地傳送活動圖像。但當fZ=50Hz時,圖像信號的頻帶變得很寬(將在后面圖像頻帶寬度推導中證明),給圖像信號的發(fā)送帶來一定的困難。為克服這種困難,將幀頻fZ減半。幀頻fZ減半雖能傳送活動圖像,但又帶來圖像閃爍現(xiàn)象。為克服重現(xiàn)圖像的閃爍現(xiàn)象,用隔行掃描的方法將一幀圖像分成兩場圖像,由奇數(shù)行像素產(chǎn)生奇數(shù)場圖像,由偶數(shù)行像素產(chǎn)生偶數(shù)場圖像。這樣,垂直掃描的場頻fV=25×2=50Hz。由此,垂直掃描又稱為場掃描。因此,可得到場周期TV為將電子束從圖像上端掃到下端的時間稱為場掃描正程時間,規(guī)定為TVs=18.4ms,將電子束從圖像下端回掃到上端的時間稱為場掃描回程時間或場掃描逆程時間,規(guī)定為TVr=1.6ms。1.4.2行掃描頻率的確定圖1-4-3人眼分辨圖像細節(jié)能力的示意圖我們假設(shè)，人邊看兩點邊后退,當退到距離L時,兩點將要混成一點但還未混成一點時的兩點入射人眼的射線夾角為θ,θ稱為分辨角,由圖可得出:設(shè)人眼能分辨圖像細節(jié)的行數(shù)為Z,則經(jīng)實驗,正常人的眼分辨角θ為1′~2′，取θ=1.5′。假設(shè)人眼的視覺清楚區(qū)域的兩點射線夾角為φ，當φ為15°左右時,人的觀看距離一般是L=4h,代入上式,可得我國電視標準取掃描的有效行數(shù)Z為575行。這575行是電子束對“電阻像”從上到下的掃描行數(shù)(也可以說是電視系統(tǒng)分解圖像的行數(shù))。還要考慮到電子束從“電阻像”下端回掃到上端所用的行數(shù),回掃行數(shù)一般取50行。這樣,電子束對光電靶掃描從上端掃到下端,由下端回掃到上端的一個周期掃描總行數(shù)為575+50=625(行)。因為每秒掃描25幀圖像,所以行頻fH為fH=625×25=15625Hz行周期TH為將電子束由左端掃描到右端稱為行掃描正程THs,規(guī)定THs=52μs;將電子束由右端回掃到左端稱為行掃描回程或行掃描逆程THr,規(guī)定THr=12μs。1.4.3圖像信號的頻帶寬度

一幅圖像本身是沒有什么頻帶可言的,可是圖像信號照在光電靶上形成“電阻像”,用電子束進行行、場掃描攝取每個像素時產(chǎn)生了頻帶的概念。根據(jù)人眼在視覺清楚區(qū)水平掃描視角和垂直掃描視角比例為4∶3來估計,一幅圖像最多能分解成多少像素呢？設(shè)對一幅圖像有效掃描的行數(shù)即為人眼能分辨圖像細節(jié)的行數(shù)Z,一幅圖像最多能分解的像素為N,則設(shè)傳送一個像素所需的時間為t,則最復雜的圖像不過于任意相鄰兩個像素為一黑一白。設(shè)一黑一白的像素的周期為T,則由此可得出一幅最復雜的圖像電信號頻率fmax為一幅最簡單的圖像是像素全為黑或全為白,這時fmin=0,則一幅圖像變換成電信號的頻帶寬度fB為這是各國電視廣播系統(tǒng)圖像信號頻帶寬度公式,讀者務(wù)必熟記。例如,我國電視廣播系統(tǒng):又例如,日本電視廣播系統(tǒng):1.5顯像管的構(gòu)造及工作原理1.5.1黑白顯像管的構(gòu)造黑白顯像管是一種特殊的電真空器件，其結(jié)構(gòu)如圖1-5-1(a)所示。它主要由電子槍和熒光屏兩大部分組成。顯像管管頸外套行、場偏線圈。電子槍如圖1-5-1(b)所示,由燈絲(鎢絲)、陰極(金屬圓筒,頂上涂有氧化鋇、氧化鍶等材料,在高溫下能大量逸出電子)K、柵極(又叫控制極)G、第一陽極(又叫加速極)A1、第二陽極(又叫高壓極)A2、第三陽極(又叫聚焦極)A3、第四陽極(又叫高壓級)A4組成。第二陽極和第四陽極由金屬線相連。熒光屏如圖1-5-1(a)所示,最外層是玻璃,玻璃內(nèi)表面均勻沉積10μm左右厚的熒光粉。熒光粉是由銀激活的硫化鋅鎘和硫化鋅混合物,在高速電子轟擊下能發(fā)出熒光。在熒光粉附著表面蒸發(fā)制成厚約1μm的鋁膜。鋁膜具有4種功能：

(1)便于在熒光屏上均勻地加上高壓以便吸引電子束；

(2)高速電子束轟擊熒光粉發(fā)光時,可將射向反方向的光反射向觀眾,提高亮度；

(3)能吸收高速電子束轟擊熒光粉時產(chǎn)生的二次電子；

(4)能阻擋管內(nèi)負離子撞擊熒光屏,延長熒光屏壽命。電子槍和熒光屏制成后一起封裝在玻璃殼內(nèi),在玻璃殼錐體部位內(nèi)、外涂上石墨粉層,然后抽成真空。石墨粉層的作用有兩個:一是防止管外雜散磁場干擾電子束,另一個是內(nèi)、外石墨層和玻殼制成耐高壓的電容器。電容器容量視石墨層面積大小而定,一般在1300pF左右,用于對陽極高壓進行濾波。顯像管制成后在管頸部位套上行、場偏轉(zhuǎn)線圈。圖1-5-1顯像管(a)黑白顯像管內(nèi)部結(jié)構(gòu);(b)四極電子槍構(gòu)造剖面示意圖圖1-5-1顯像管(a)黑白顯像管內(nèi)部結(jié)構(gòu);(b)四極電子槍構(gòu)造剖面示意圖1.5.2黑白顯像管工作原理

黑白顯像管的工作原理如下：

(1)將顯像管各極上加上適合的電壓后,管內(nèi)形成電子束流轟擊熒光屏,屏上產(chǎn)生一個亮點。此時,柵極與陰極之間是直流電壓,電子束電流保持恒定,亮度不變。

(2)在偏轉(zhuǎn)線圈中通上合適的行、場鋸齒波電流,在管頸部位產(chǎn)生線性變化的磁場。當電子束通過磁場時,由于電磁力的作用,控制電子束左右、上下高速掃描熒光屏,形成亮度均勻的“光柵”。

(3)在顯像管的陰極K與柵極G之間疊加上圖像電壓信號,控制電子束中的電子數(shù)量,使電子束流的變化與發(fā)送端被攝景物的亮度變化一致,保證電子束以與電視攝像管中相同的規(guī)律掃描熒光屏(即同步),這樣，熒光屏上的像素信息與發(fā)送端對應(yīng)像素的信息一致,由此即可重現(xiàn)電視圖像。特別提醒,在攝像機中各種掃描的概念都適用于顯像管。1.5.3彩色顯像管結(jié)構(gòu)

彩色顯像管和黑白顯像管在結(jié)構(gòu)上有三點不同,其余相同。不同點是:(1)黑白顯像管電子槍射出的是一注電子束,而彩色顯像管電子槍射出的是三注電子束。

(2)黑白顯像管熒屏上涂的是一種熒光粉,在高速電子束轟擊下發(fā)白光,而彩色顯像管熒屏上涂的是紅、綠、藍三種熒光粉,在三注電子束分別轟擊下顯示紅、綠、藍三種基色光。

(3)彩色顯像管在熒光屏后面約10mm處設(shè)置一塊金屬板,金屬板上有規(guī)律地打滿小孔——這種金屬板稱為蔭罩板,又叫分色板,而黑白顯像管內(nèi)不設(shè)此板。蔭罩板的作用是使紅、綠、藍三注電子束只能轟擊與之對應(yīng)的熒光粉。下面以自會聚彩色顯像管為例介紹彩色顯像管結(jié)構(gòu)的特點。圖1-5-2自會聚彩色顯像管結(jié)構(gòu)

1.采用一字形一體化電子槍

一字形是指R、G、B陰極排列成水平一字形;一體化是指除電子槍的R、G、B陰極各自獨立外,其余電子極都三個連成一體形成一個整體結(jié)構(gòu)。電子槍的公共控制柵極、加速極、聚焦極和高壓極構(gòu)成大口徑電子透鏡,保證電子束有良好的會聚,如圖1-5-3(a)所示,圖1-5-3(b)為電極排列圖。圖1-5-3一字形一體化電子槍結(jié)構(gòu)(a)電子槍的構(gòu)造；(b)電極排列

2.選色機構(gòu)采用開槽式蔭罩板在熒光屏后面的10mm處設(shè)置一塊蔭罩板,如圖1-5-4所示。蔭罩板由0.15mm厚的薄鋼板制成,上面有規(guī)律地排列著約44萬個槽孔(蔭罩孔),每個蔭罩孔對應(yīng)著一組R、G、B三基色熒光粉點。蔭罩孔按“品”字規(guī)律交錯排列,使蔭罩板的機械強度及抗熱變形性能增強。熒光粉為條狀點,可改善色純度(單色光的純凈程度叫色純度),減小磁場的影響。在沒有熒光粉的空隙處涂上黑色石墨,以吸收雜散光,提高圖像對比度。這一技術(shù)稱為黑底技術(shù)。圖1-5-4自會聚管的蔭罩板和熒光粉排列圖1-5-5色純度調(diào)節(jié)磁環(huán)

3.采用快速啟動陰極

燈絲與陰極間距離縮短,并改進了陰極材料,燈絲加熱陰極速度快,開機后5秒之內(nèi)出現(xiàn)圖像。

4.采用精密特殊磁場偏轉(zhuǎn)線圈自會聚彩色顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈是特制的環(huán)形精密偏轉(zhuǎn)圈,其中行偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生枕形分布磁場,場偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生桶形分布磁場,這種特殊掃描磁場可實現(xiàn)R、G、B電子束在整個屏幕上的良好會聚。在生產(chǎn)自會聚彩色顯像管時,廠家將偏轉(zhuǎn)線圈和一些調(diào)整用的磁環(huán)套在顯像管管頸外面,經(jīng)過調(diào)整,用橡皮楔子、固定膠帶和鎖緊環(huán)一起將它固定住,形成一個整體,這樣就免去了使用中的會聚調(diào)整。1.5.4彩色顯像管色純度及會聚調(diào)整

1.色純度調(diào)整色純度是指單色光柵的純凈程度,也就是要求紅、綠、藍三注電子束只能分別轟擊與其對應(yīng)的紅、綠、藍三種熒光粉。因此,要達到色純度好的必要條件是三注電子束的每一個偏轉(zhuǎn)中心必須與相應(yīng)的彩色中心(即曝光中心)重合。當彩色顯像管制成后,彩色中心的位置已經(jīng)被精確地確定了。但由于顯像管制造工藝的誤差,會造成三注電子束位置不準確,以致色純度不良。解決色純度不良的辦法是調(diào)整色純度調(diào)節(jié)磁環(huán)的位置。圓環(huán)的凸耳作為極性的標志,一個表示N極,一個表示S極。改變兩片凸耳的相對位置,就可以改變這兩片圓環(huán)在管頸內(nèi)產(chǎn)生合成磁場的方向和大小。當兩個磁環(huán)的不同磁極相互重疊時,其合成磁場為0,對電子束不起作用;當兩個磁環(huán)的相同磁極相互重疊時,其合成磁場強度為最大,使電子束的偏移也最大;如果兩個磁環(huán)同極性重合后相對轉(zhuǎn)動,其合成磁場由大變小,而磁場方向不變;當兩個磁環(huán)的相對位置不變而作同方向轉(zhuǎn)動時,其合成磁場的大小不變,而方向發(fā)生變化。電子束通過此合成磁場會發(fā)生偏轉(zhuǎn),所以調(diào)整色純度調(diào)節(jié)磁環(huán)可以調(diào)整電子束偏轉(zhuǎn)中心的位置,使偏轉(zhuǎn)中心與相應(yīng)的彩色中心相重合,以保證色純度的良好。

2.會聚調(diào)整

將三注電子束會合在一起,使它們同時分別擊中熒光屏上同一組三個相應(yīng)的熒光粉的方法稱為會聚。會聚又分為靜會聚和動會聚兩種。在無偏轉(zhuǎn)情況下的會聚稱為靜會聚;偏轉(zhuǎn)過程中的會聚稱為動會聚。靜會聚也即熒光屏中心部位會聚。靜會聚不良是由于電子槍在管內(nèi)安裝有偏差造成的。通常采用靜電場和靜磁場使電子束產(chǎn)生位移來實現(xiàn)屏幕中心區(qū)域的會聚。動會聚指屏幕中心以外的會聚，它主要是由電子束偏轉(zhuǎn)掃描引起的。當三注電子束在公共偏轉(zhuǎn)磁場的作用下進行掃描時,由于其會聚點軌跡的曲率半徑小于蔭罩板的曲率半徑,如圖1-5-6所示，將會產(chǎn)生動會聚。動會聚調(diào)整是采用非均勻磁場分布的方法來實現(xiàn)的,即采用特殊的偏轉(zhuǎn)線圈,使行偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生枕形磁場,場偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生桶形磁場,它們的合成磁場能使三注電子束在熒光屏上自動會聚。圖1-5-6產(chǎn)生動會聚誤差的原因及失聚情況圖1-5-7靜會聚調(diào)整用四極、六極磁環(huán)1.6全電視信號與高頻電視信號1.6.1黑白全電視信號分析

1.圖像信號什么叫圖像信號？圖像光信號經(jīng)攝像機變換成的圖像電壓信號,用于傳送圖像信息的信號稱為圖像信號,在行掃描正程52μs期間內(nèi)攝取和發(fā)送。其幅度為全電視信號相對幅度的10%～75%,10%的電平稱為白電平,75%的電平稱為黑電平,如圖1-6-1所示。圖1-6-1圖像信號

2.行消隱信號

電子束在對準光電靶(或顯像管熒光屏)進行行掃描的逆程期間是不傳送圖像信號的,但會在屏幕上留下亮度痕跡,影響圖像清晰度。為了消除行掃描逆程期間在屏幕上的亮度痕跡,電視臺在行掃描逆程期間發(fā)送一個寬度為12μs、相對幅度為75%的脈沖信號。這種信號稱為行消隱信號，如圖1-6-2所示。圖1-6-2復合消隱信號

3.場消隱信號

電子束在對準光電靶(或熒光屏)進行場掃描的逆程期間,也會在屏幕上留下回掃亮線,干擾圖像。為了消除場掃描逆程期間在屏幕上的回掃亮線,電視臺在場掃描逆程期間發(fā)送一個寬度為1612μs、相對幅度為75%的脈沖信號。這種信號稱為場消隱信號,如圖1-6-2所示。行消隱信號和場消隱信號合稱為復合消隱信號。

4.行同步信號

要使電視接收機(即電視機)的熒光屏上穩(wěn)定地重現(xiàn)圖像,就必須使攝像機的光電靶上的像素和顯像管熒屏上的像素(接收端)一一對應(yīng)。要達到此目的,攝像管中的電子束掃描與電視機中電子束必須嚴格同頻同相,稱為同步。如果接收端的行掃描初相位與發(fā)送端不同步,就會出現(xiàn)圖像左右分裂現(xiàn)象,如圖1-6-3(b)所示;如果接收端行頻和發(fā)送端行頻稍有不同,就會出現(xiàn)圖像向左下方傾斜(接收端行頻低于發(fā)送端行頻)和向右下方傾斜(接收端行頻高于發(fā)送端行頻)現(xiàn)象,同時在屏幕上出現(xiàn)左斜和右斜的行消隱黑條,如圖1-6-3(c)所示。圖1-6-3收送不同步造成接收圖像異常為了使千家萬戶的電視機和電視臺行掃描同步(同頻同相),電視臺在行掃描回程1.3μs的時候發(fā)送一個寬度為4.7μs、相對電平為100%、周期為64μs的脈沖信號,稱為行同頻信號,如圖1-6-4所示。圖1-6-4行、場同步信號為了使千家萬戶的電視機和電視臺場掃描同步(同頻同相),電視機在場掃描回程160μs的時候發(fā)送一個寬度為160μs(即2.5TH)、幅度相對電平為100%的脈沖信號,稱為場同步信號,如圖1-6-4所示。行同步和場同步合稱為復合同步。5.場同步信號6.槽脈沖信號圖1-6-5改進后的復合同步脈沖及其波形(a)偶數(shù)場向奇數(shù)場過渡;(b)奇數(shù)場向偶數(shù)場過渡;(c)對應(yīng)的積分波形為什么要有凹槽脈沖？由前面可知，行同步脈沖幅度相對電平為100%,行周期TH=64μs,而場同步脈沖幅度相對電平也為100%,寬度卻為160μs,可見,在場同步期間有3個(奇數(shù)場向偶數(shù)場過渡)或2個(偶數(shù)場向奇數(shù)場過渡)行同步脈沖被掩蓋掉,如圖1-6-6所示的實線凹槽脈沖,引起行掃描瞬間失步。為了使場同步期間行掃描不失步,在場同步頂部向下開凹槽,以便在同步分離時彌補被丟失的行同步脈沖。圖1-6-6場過渡時的同步脈沖及積分波形(a)偶數(shù)場向奇數(shù)場過渡時同步脈沖波形;(b)奇數(shù)場向偶數(shù)場過渡時同步脈沖波形;(c)復合同步脈沖波形;(d)并行現(xiàn)象(圖中實線為奇數(shù)場，虛線為偶數(shù)場)

7.前均衡脈沖

什么叫前均衡脈沖？在場消隱脈沖前沿至場同步脈沖前沿之間的160μs時間內(nèi),電視臺均勻地發(fā)送五個脈寬為2.35μs、幅度相對電平為100%、周期為32μs的窄脈沖，這五個脈沖就稱為前均衡脈沖。電視臺為什么要發(fā)送前均衡脈沖？根據(jù)對人眼視覺特性的研究,用電子束分解一幅圖像的有效行數(shù)為575行為宜(適合一般人眼視覺反應(yīng)),加上回掃50行,對一幀圖像掃描總行數(shù)為625行。為什么掃描總行數(shù)不取620、622、624等偶數(shù)行呢？因為,如果掃描總行數(shù)取偶數(shù),奇數(shù)場開始和偶數(shù)場開始在垂直方面有時間差(64μs左右)和幅度差,給行振蕩器設(shè)計帶來很大困難,造價也大,所以掃描總行數(shù)取奇數(shù)。再者,圖像信號的最高頻率要逼真?zhèn)魉突顒訄D像,fZ=50Hz為宜,這樣使電視系統(tǒng)技術(shù)難度加大,設(shè)備造價升高。為降低電視系統(tǒng)技術(shù)難度和設(shè)備造價,電視系統(tǒng)采用隔行掃描方法(前面介紹過)將幀頻fZ降為25Hz,fmax降為5.51MHz。一幀圖像分成了兩場(奇數(shù)場和偶數(shù)場)發(fā)送,每場的掃描行數(shù)為625÷2＝312.5行。可想而知,奇數(shù)場向偶數(shù)場過渡是半行交接,第625行的前半行屬奇數(shù)場的,后半行屬偶數(shù)場的;偶數(shù)場向奇數(shù)場過渡是整行交接的,如圖1-6-6(a)、(b)所示。電視接收機中處理復合同步脈沖的方法,是先用幅度分離電路從全電視信號中切割出復合同步頭，再用積分電路從復合同步頭中分離出近似的場同步脈沖,如圖1-6-6(c)所示,然后用場同步脈沖去觸發(fā)控制場振蕩器,使其與電視臺同步。

8.后均衡脈沖

為有效保證奇數(shù)場和偶數(shù)場掃描線均勻嵌套,在場同步脈沖后沿外160μs的時間內(nèi),電視臺也發(fā)送五個寬度為2.35μs、幅度相對電平為100%、周期為32μs的窄脈沖，這種脈沖稱為后均衡脈沖,其作用是進一步克服奇數(shù)場和偶數(shù)場掃描線嵌套時的并行現(xiàn)象。有的后均衡脈沖也起行同步作用。1.6.2黑白全電視信號波形圖1-6-7黑白全電視信號由圖可分析出這些信號成分的三個特點:(1)脈沖性。輔助信號都為脈沖性質(zhì),圖像信號是隨機的,既可以是邊緣漸變的,也可以是脈沖跳變的,所以全電視信號是非正弦的脈沖信號。

(2)周期性。由于采用了周期性的掃描方法,使全電視信號成為行頻或場頻周期性重復的脈沖信號。

(3)單極性。全電視信號數(shù)值總是在零值以上(或以下)的一定電平范圍內(nèi)變化,而不會同時跨越零值上下兩個區(qū)域,這稱為單極性。全電視信號的主要參數(shù)小結(jié)如下:

行頻fH=15625Hz行周期TH=64μs

行掃描正程時間THs=52μs行逆程時間THr=12μs

行消隱脈沖=12μs 行同步脈寬=4.7μs

場頻fV=50Hz 場周期TV=20ms

場掃描正程時間TVs=18.4ms場逆程時間TVr=1.6ms

場消隱脈寬=1612μs場同步脈寬=160μs

槽脈沖寬度=4.7μs均衡脈沖寬度=2.35μs1.6.3高頻電視信號

由1.4節(jié)可知,圖像信號頻率可以在0~6MHz內(nèi)變化,直接發(fā)送是不可能的,必須用特殊的工具——載波攜帶出去。將全電視信號用調(diào)幅的方法調(diào)制到載波上,調(diào)幅后的全電視信號波形如圖1-6-8(a)所示,其頻譜如圖1-6-8(b)所示,頻帶寬度為12MHz,圖中的fp為圖像載頻。在全電視信號頻譜中,上邊帶與下邊帶攜帶的信號內(nèi)容是相同的。為減小信號的頻帶寬度,采用殘留邊帶發(fā)送方式。什么叫殘留邊帶發(fā)送方式？就是發(fā)送調(diào)幅后全電視信號頻譜上邊帶的全部信號和下邊帶的一部分信號的方式。圖1-6-8全電視信號調(diào)幅波的波形與頻譜圖1-6-9伴音調(diào)頻信號的波形與頻譜圖1-6-10高頻電視信號的頻譜1.6.4電視頻道的劃分

根據(jù)載頻要大于調(diào)制信號頻率7倍以上的原則,和我國地域廣寬的需要以及多種因素,我國將電視頻道劃分為68個,采用甚高頻段(VHF)與超高頻段(UHF)來傳送。VHF頻段有1～12頻道,UHF頻段有13～68頻道,如表1-6-1和表1-6-2所示。表1-6-1VHF頻段電視頻道的劃分表1-6-2UHF頻段電視頻道的劃分由圖1-6-10和表1-6-1可知:(1)各頻道的伴音載頻總比圖像載頻高6.5MHz。

(2)頻道帶寬的下限總比圖像載頻fp低1.25MHz,上限總比伴音載頻fsc高0.25MHz。

(3)各頻道的本機振蕩頻率總比圖像載波高38MHz,比伴音載頻高31.5MHz。

(4)表中沒有下列波段,這些波段的作用如下：72.5～76MHz為避2倍中頻干擾；92～167MHz供調(diào)頻廣播使用；223~470MHz和566~606MHz供無線電通信等使用，不安排電視頻道,但在有線電視中可安排增補頻道38個。

(5)每個頻道中心頻率及其對應(yīng)的波長可作為天線尺寸和調(diào)試電視機的參數(shù)。1.7彩色圖像的光電變換1.7.1彩色三要素

1.亮度亮度是指彩色光作用于人眼時引起人眼視覺的明暗程度。亮度與光線的強弱和波長的長短有關(guān)。在可見光的范圍內(nèi),同一波長的光,當光的強度不一樣時,給人眼的亮度感覺也不相同,光線越強,亮度越亮。對于相同強度而波長不同的光,給人眼的亮度感覺也是不同的,圖1-2-1給出了人眼對等強度不同波長光線的亮度響應(yīng)曲線(也叫人眼視覺靈敏度曲線)。

2.色調(diào)

色調(diào)表示彩色種類。例如,黃色、青色、綠色、紫色、紅色、藍色等都是指不同的色調(diào)。色調(diào)決定于彩色光的光譜成分。

3.色飽和度色飽和度表示顏色的深淺程度。對于同一色調(diào)的彩色,其飽和度越高,顏色越深。在某一色調(diào)的彩色中摻入白光,會使彩色光的飽和度下降。摻入的白光越強,彩色光的飽和度越低。1.7.2混色效應(yīng)

由前面講授已知,人眼的彩色視覺隨光的波長不同而不同。具有某一波長的單色光引起人眼的彩色感覺是惟一的,那么,是不是人眼的某一色調(diào)感覺就對應(yīng)著惟一的某單色光呢？不是的,實踐中發(fā)現(xiàn),幾個單色光的混合也可以引起人眼產(chǎn)生與單色光相同的彩色感覺。例如,以適當比例混合紅光和綠光,也可以使人眼產(chǎn)生與黃色光相同的彩色感覺。又例如,太陽光是白光,它具有全部可見光的光譜,而這種白光也可以用一定比例的紅、綠、藍三種光合成得到。單色光可以用幾種顏色的混合光來等效,幾種顏色的混合光可以用其它幾種顏色的混合光來等效的現(xiàn)象叫做混色效應(yīng)。1.7.3三基色原理

人們在進行混色實驗時發(fā)現(xiàn):只要用三種不同顏色的單色光按一定的比例混合就可以得到自然界中絕大多數(shù)的彩色。具有這種特性的三個單色光叫做基色光,這三種顏色叫做三基色。什么叫三基色原理？就是選用相互獨立的三基色,按一定比例混合出自然界中絕大多數(shù)的彩色,其亮度等于三基色之和,其顏色取決于三基色的比例的方法叫三基色原理。這是彩電技術(shù)的基本原理,為彩色電視技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。彩色電視系統(tǒng)選取哪三基色呢？根據(jù)實踐,世界各國都選擇紅色(波長為700nm,代號R)、綠色(波長為546.1nm，代號G)、藍色(波長為435.8nm,代號B)三種顏色作為三基色。為什么選擇紅、綠、藍作為三基色呢？這是因為:①紅、綠、藍三基色是互相獨立的;②人眼對這三種顏色光最敏感;③用紅、綠、藍三基色幾乎可以混成自然界中所有的顏色。1.7.4混色法

什么叫混色法？利用三基色按不同比例混合來獲得彩色的方法叫混色法。將三基色按一定比例直接相加混色而得到各種彩色的方法叫直接相加混色法。例如,將三束圓形截面積的紅、綠、藍三種基色光同時投在白色屏幕上,可呈現(xiàn)出一幅品字形圖案,如圖1-7-1所示。圖1-7-1直接相加混色的圖案由圖可知:紅色＋綠色＝黃色;綠色＋藍色＝青色;藍色＋紅色＝紫色;紅色＋綠色＋藍色＝白色;紅色＋青色＝白色;綠色＋紫色＝白色;藍色＋黃色＝白色;黃色＋青色＝紅色＋綠色＋綠色＋藍色＝白色＋綠色＝淺綠色。其中凡兩種顏色相加混色得白色的稱這兩種顏色為互補色。例如,紅色與青色;綠色與紫色;藍色與黃色。除了直接相加混色法,還有間接相加混色法，它又可分為兩種。

(1)空間混色法。這種方法是利用人眼空間細節(jié)分辨力有限的特性,將三種基色的光點放在同一表面的相鄰處,只要這三個基色光點足夠小,相距足夠近,當人眼離它們有一定距離時,將會看到三種基色光混合后的彩色光。這是目前彩色電視機常用的方法。

(2)時間相加混色法。這種方法是利用人眼的視覺惰性,順序地讓基色光先后出現(xiàn)在同一表面的同一點處,當三種基色光交替出現(xiàn)的速度很快時(交替時間間隔小于人眼的視覺暫留時間),人眼感覺到的是這三種基色光的混合顏色。這是投影電視常用的方法。1.7.5色度三角形

為了簡單明了地描繪紅、綠、藍三基色的混色關(guān)系,麥克斯韋以紅、綠、藍三基色為三個頂點畫一個等邊三角形,以其表示混色關(guān)系。這一三角形稱為色度三角形,如圖1-7-2所示。色度三角形意義如下:(1)三角形的三個頂點對應(yīng)三種基色。

(2)三角形邊上各點所對應(yīng)的是其兩頂點的基色按相應(yīng)比例混合得到的彩色。三邊中點對應(yīng)黃、青、紫色，是三個基色的補色。三邊上各點對應(yīng)的彩色的飽和度均為100%。色度三角形意義如下:(1)三角形的三個頂點對應(yīng)三種基色。

(2)三角形邊上各點所對應(yīng)的是其兩頂點的基色按相應(yīng)比例混合得到的彩色。三邊中點對應(yīng)黃、青、紫色，是三個基色的補色。三邊上各點對應(yīng)的彩色的飽和度均為100%。

(3)三角形的中心對應(yīng)白色。

(4)三角形頂點與中心點的連線叫等色調(diào)線,該線上各點所對應(yīng)的彩色的色調(diào)相同,離中心越近的點所對應(yīng)的彩色的色飽和度越低。注意:(1)色度三角形只描述彩色的色調(diào)和色飽和度,并不描述彩色的亮度情況。

(2)由R、G、B混合出的顏色都包含在三角形內(nèi),在三角形外的顏色不能由R、G、B相加混色得到。圖1-7-2色度三角形1.7.6亮度方程式

從圖1-2-1所示的人眼視覺靈敏度曲線可以看出,等強度的紅、綠、藍三基色光給人眼的亮度感覺是不一樣的。綠色光的亮度最亮,紅色光的亮度次之,藍色光的亮度最弱。通過精確的實驗可以得出:如果C型白光的亮度為100%,則分解成的三基色亮度的百分比分別為：紅色占30%，綠色占59%，藍色占11%。這種關(guān)系可用下式表示:YC=0.30R+0.59G+0.11B(1-7-1)這個式子稱為亮度方程式,R、G、B分別表示三基色光線強度,YC表示混合色C白光的亮度。它表明了混合色的亮度與三基色分量之間的比例關(guān)系。當三基色光強度相同(R=G=B)時,混合色為白光。R、G、B取值為1時,白色光亮度最亮;R、G、B取值小于1時,白色的亮度小，為灰色;R、G、B的值為0時，YC為黑色。當R、G、B取值不一樣時,混合色為某種彩色,YC表示該彩色的亮度。注意:白光的類型不同,亮度標準不同,亮度方程也不同。例如,亮度用D型白光,則亮度方程為YD=0.22R+0.71G+0.07B(1-7-2)1.7.7彩色圖像的光電變換根據(jù)三基色原理要求,首先讓彩色圖像光信號通過分色光學系統(tǒng)(由物鏡、分色棱鏡和反射鏡等組成)取出紅、綠、藍三基色,如圖1-7-3所示,再將紅、綠、藍三基色分別射入R、G、B三支攝像管的光電靶上。三支攝像管的電子束同步地在自己的靶面上掃描,把各基色圖像上的亮度變化變換成相應(yīng)的隨時間變化的電壓信號。攝像管R輸出的是反映紅基色圖像的電信號,記作UR;攝像管G輸出的是反映綠基色圖像的電信號,記作UG;攝像管B輸出的是反映藍基色圖像的電信號,記作UB。因為UR、UG、UB反映了彩色畫面三基色強弱的特點,所以稱它們?yōu)槿妷盒盘?。圖1-7-3彩色圖像變換成三基色電壓過程圖1.8NTSC制編碼1.8.1兼容制與編碼

什么叫兼容制？就是用黑白電視機能收看彩色電視廣播節(jié)目,用彩色電視機也能收看黑白電視廣播節(jié)目。但這兩種情況下看到的電視圖像都是黑白的。彩色電視和黑白電視兼容的首要條件是，彩色電視必須滿足黑白電視系統(tǒng)的所有基本參量和運行方式，例如,掃描方式、掃描頻率、頻帶寬度、圖像與伴音的調(diào)制方式、圖像載頻、伴音載頻,等等。什么叫編碼？在彩色電視系統(tǒng)中就是將UR、UG、UB三基色電壓信號變換為彩色全電視信號的過程。完成編碼任務(wù)的電路稱為編碼器。1.8.2達到兼容制的措施

要達到兼容制之目的,必須采取下列四項措施:(1)利用編碼矩陣,將三基色電壓編為一個亮度信號和兩個色差信號。經(jīng)人們仔細分析得知，一種顏色給人眼送去的一定有兩方面信息,一個是反映明暗程度的亮度信號,一個是反映顏色的色度信號。將亮度信號和色度信號分離是彩色電視技術(shù)的重大突破。我們通過圖1-8-1來了解這種方法。圖1-8-1編碼矩陣電路將三基色電壓UR、UG、UB取0.30UR、0.59UG、0.11UB組成方程:UY=0.30UR+0.59UG+0.11UB

(1-8-1)該式稱為亮度電壓方程。式中,UY是亮度變換成的電壓信號,反映掃描像素亮度的變化,能使黑白電視機呈現(xiàn)黑白圖像。UY還可以寫成下式:UY=0.UY+0.UY+0.UY(1-8-2)由(1-8-1)、(1-8-2)式得UY-UY=0.30(UR-UY)+0.59(UG-UY)+0.11(UB-UY)=0此式稱為色差信號方程式,有如下重大的物理意義:①將三基色中的亮度信號剝離,變成三個色差信號。而色差信號只反映掃描像素的色度變化,它在彩色電視中配合亮度信號呈現(xiàn)彩色圖像。②將互相獨立的三基色信號變?yōu)橹挥袃蓚€獨立的色差信號，第三個色差信號可由另外兩個合成出來，使三個獨立參量減少為兩個獨立參量。例如：(1-8-4)式中UR-Y=UR-UY,UB-Y=UB-UY

(2)利用大面積著色方法,將色差信號頻帶壓縮為0～1.3MHz。在1.2節(jié)中我們已知,人眼對彩色細節(jié)的分辨力遠遠低于對黑白圖像細節(jié)的分辨力。根據(jù)人眼的這一特性和實驗,可以利用低通濾波器將反映彩色圖像色調(diào)和色飽和度的色差信號的頻帶壓縮(壓縮為0～1.3MHz),只傳送色差信號的低頻部分,這是因為色差信號的低頻部分反映了圖像大面積著色的情況,而反映圖像亮度的亮度信號頻帶不壓縮,這就是大面積著色法。

(3)利用頻譜交錯和移頻的方法,將壓縮后的色差信號插入到亮度信號頻譜高端間隙處。圖1-8-2亮度信號與色差信號的頻譜特點①亮度信號的能量不是均勻分布在整個頻帶內(nèi),而是以行頻為間隔進行分布,而且隨著頻率的增高而能量變小。②譜線族近似為三角形。由靜態(tài)圖像形成的電信號每經(jīng)過一行就重復一次。這種電信號是以行周期為重復周期的交變信號,其頻率為行頻基頻fH,它的頻譜如圖1-8-2(a)所示,圖中各條譜線叫主譜線或行譜線。當靜態(tài)圖像在垂直方向有變化時(例如棋格圖案),每行電視圖像信號均不相同,但因是靜止的,每經(jīng)過一場后,各行圖像信號與上一場相同。因此,可把亮度信號看成是行頻各諧波信號又受到場頻諧波的調(diào)幅,行頻及其諧波為載頻,場頻信號及其諧波為調(diào)制信號,調(diào)幅后產(chǎn)生上、下兩個邊帶,邊帶中各分量相距一個場頻fV,如圖1-8-2(b)所示。這些主譜線兩邊的譜線叫場譜線,每一根主譜線和相應(yīng)的場譜線組成一族稱為譜線族,其形狀近似一個三角形。③各譜線族之間有較大的空隙。經(jīng)實驗,把譜線族之間的頻帶濾去50%~60%,結(jié)果對圖像沒有影響,表明頻譜帶一半以上是空著的。因為反映色度信號的色差信號是從圖像信號中分離出來的，它們的頻譜是相同的。根據(jù)亮度信號頻譜的特點,要想將色差信號插入亮度信號頻譜間隙處,而又做到色差信號和亮度信號兩者互不干擾,必須采用頻譜間置技術(shù)。所謂頻譜間置技術(shù),就是選取一個比壓縮后色差信號頻率大幾倍的等幅波,稱為副載波fs,然后將壓縮后的色差信號用平衡調(diào)幅方法調(diào)制到副載波上,使其頻率高移,再插入到亮度信號頻譜高端間隙處的方法。這種方法也稱頻譜交錯法。那么，副載波fs如何選取呢？因為亮度信號的諧波數(shù)理論和實驗又證明,fs選在283fH～284fH之間為宜,設(shè)這樣,用色差信號對fs進行幅度調(diào)制,調(diào)制后的上邊頻最大值為4.43MHz+1.3MHz=5.73MHz≤6MHz,是允許的。而且,283fH諧波攜帶的能量很小,可以做到兩者互不干擾。這種方法稱為半行頻間置法。

(4)利用正交平衡調(diào)幅法將兩個平衡調(diào)幅波矢量相加得到色度信號。所謂正交平衡調(diào)幅法,就是將兩個色差信號經(jīng)頻帶壓縮后,分別對頻率相同、相位相差90°的兩個副載波進行平衡調(diào)幅,得到兩個平衡調(diào)幅波,再將它們矢量相加得到正交平衡調(diào)幅信號,即色度信號F。①平衡調(diào)幅的特點。所謂平衡調(diào)幅，是指抑制載波的調(diào)幅。它與普通調(diào)幅波的不同之處就在于,平衡調(diào)幅不輸出載波信號。下面將它和一般調(diào)幅進行比較。設(shè)調(diào)制信號um=UmcosΩt

載波信號us=Us

cosωt

則調(diào)幅后形成的一般調(diào)幅波信號可表示為(1-8-5)圖1-8-3一般調(diào)幅波的頻譜和平衡調(diào)幅波的頻譜(a)一般調(diào)幅波的頻譜;(b)平衡調(diào)幅波的頻譜圖1-8-4一般調(diào)幅波和平衡調(diào)幅波的波形圖(a)調(diào)制信號波形;(b)載波信號波形;(c)一般調(diào)幅波波形;(d)平衡調(diào)幅波波形平衡調(diào)幅抑制了載波分量,使得平衡調(diào)幅波中沒有Uscosωt一項,因此,平衡調(diào)幅波表達式為(1-8-6)對照(1-8-5)、(1-8-6)式和圖1-8-4,可看出平衡調(diào)幅波有如下特點:(i)平衡調(diào)幅波的幅值與調(diào)制信號幅度的絕對值成正比。當調(diào)制信號的絕對值最大時(t1、t2時刻),平衡調(diào)幅波的幅度也最大;當調(diào)制信號等于零時(t2、t4時刻),平衡調(diào)幅波也為零。

(ii)當調(diào)制信號大于零時(t1～t2或t4～t5),平衡調(diào)幅波與載波同相;當調(diào)制信號小于零時(t2～t4)，平衡調(diào)幅波與載波反相。當調(diào)制信號經(jīng)過零電平而改變其信號極性時,平衡調(diào)幅波相位隨之變化180°(如P點)。

(iii)平衡調(diào)幅波的上包絡(luò)與下包絡(luò)都與調(diào)制信號波形不一樣,因此,不能用普通二極管包絡(luò)檢波器檢出原調(diào)制信號。(要用同步檢波的方法。)

平衡調(diào)幅波的簡便畫法:先用虛線畫一個調(diào)制信號波形,再用實線畫一個倒相的調(diào)制信號波,即勾畫出平衡調(diào)幅波包絡(luò),再按包絡(luò)形狀畫載波。畫時注意：調(diào)制信號大于零時調(diào)幅波與載波同頻同相,而當調(diào)制信號小于零時，其與載波同頻反相。②采用平衡調(diào)幅法的理由。大家知道,一般的調(diào)幅波信號包含一個載波和兩個邊頻信號,邊頻信號含有調(diào)制信號的信息,而載波是單頻率等幅波并不含有調(diào)制信號。但是,載波信號占用了整個調(diào)幅波信號能量一半以上。去掉載波信號有兩個好處:一是傳送同樣信息能量所需功率大為減少;二是減小了副載波對亮度信號的干擾。③正交平衡調(diào)幅框圖。根據(jù)正交平衡調(diào)幅方法繪成的框圖如圖1-8-5所示。圖1-8-5正交平衡調(diào)制方法框圖④色度信號的形成。根據(jù)正交平衡調(diào)幅框圖畫出色度信號矢量圖如圖1-8-6所示。根據(jù)該圖寫出色度信號數(shù)學表達式：F′=UB-Ysinωst+UR-Ycosωst

(1-8-7)將(1-8-7)式變換為另一種數(shù)學表達式：F′=Fm

sin(ωst+θ′)(1-8-8)式中(1-8-9)(1-8-10)圖1-8-6色度矢量圖1.8.3標準彩條信號與幾種信號的波形

標準彩條信號是用于電視測試的八條等寬的彩色豎條,這些彩色豎條自左至右依次排列為白、黃、青、綠、紫、紅、藍、黑。它包含三基色(紅、綠、藍)、三補色(黃、青、紫)和中性色(白、黑)。彩條信號在黑白電視機熒屏上顯示為八條不同灰度的豎條,從左到右亮度逐條下降。彩條信號在彩色電視機屏幕上顯示為八種不同顏色的豎條,據(jù)此可對彩色電視系統(tǒng)或設(shè)備進行調(diào)整或維修。彩條信號是由UR、UG、UB三基色電壓波形組合而成的。如果把它們與白條對應(yīng)的電平定為1,與黑條對應(yīng)的電平定為0,由亮度電壓方程計算出的彩色在0～1之間,如圖1-8-7所示,由此而構(gòu)成的彩色均為飽和色。圖1-8-7彩條圖案的波形圖1.8.4對UB-Y、UR-Y幅度的壓縮設(shè)藍色差的壓縮系數(shù)為b,紅色差的壓縮系數(shù)為a,可見色度信號F為式中設(shè)傳送黃色光,黃色光的色度信號和亮度信號混合后為(1-8-11)再設(shè)傳送青色光，青色光的色度信號和亮度信號混合后為(1-8-12)將(1-8-11)和(1-8-12)式聯(lián)立,解得a=0.877,b=0.493令壓縮后的藍色差信號為U,則U=0.493UB-Y

令壓縮后的紅色差信號為V,則V=0.877UR-Y

可見,幅度壓縮后的色度信號為F=FU+FV,即(1-8-13)式中1.8.5NTSC制色同步信號

為什么電視臺要發(fā)送色同步信號？這是因為已調(diào)色度信號是采用抑制副載波的平衡調(diào)幅方法,接收機解調(diào)這種已調(diào)色度信號不能用普通的幅度檢波器來檢波,接收機必須恢復一個與發(fā)送端同頻、同相的副載波fs,這個副載波由接收機產(chǎn)生，并應(yīng)與發(fā)送端中色副載波同頻、同相，即應(yīng)同步。我們將電視臺在距行同步脈沖前沿5.6μs時發(fā)送的脈寬約為10個副載波周期、幅度為行同步幅度一半、相位為180°的正弦波群,稱為色同步信號,其數(shù)學表達式(1-8-14)式中B為行同步頭幅度。圖1-8-8色同步信號1.8.6NTSC制彩色全電視信號

將色度信號(F)、色同步信號(FB)、亮度信號(UY)和輔助信號(US)(包含復合同步,復合消隱,槽脈沖,前、后均衡脈沖)有序地編排在一起便組成彩色全電視信號。其數(shù)學表達式為式中(1-8-15)1.9PAL制編碼1.9.1彩色電視的制式

1.NTSC制

NTSC制是1954年由美國首先研制成功的制式。其特點是將兩個色差信號分別對頻率相同而相位相差90°的兩個副載波進行正交平衡調(diào)幅,再將已調(diào)制的色差信號矢量相加后形成的色度信號插入到亮度信號頻譜的高端間隙中。平衡調(diào)幅是一種特殊的調(diào)幅方式,按此方式調(diào)制后產(chǎn)生的調(diào)幅波叫平衡調(diào)幅波。這種調(diào)幅波的突出特點是沒有副載波。為了解調(diào)出原來的兩個色差信號,需在接收機中設(shè)置副載波再生電路,以便恢復失去的副載波。另外,在接收機中還設(shè)有兩個同步檢波器,它們在副載波幫助下將兩個色差信號解調(diào)出來。該制式的主要缺點是對信號的相位失真十分敏感,容易產(chǎn)生色調(diào)失真。用NTSC制式。

2.PAL制

PAL制是1967年由原聯(lián)邦德國在NTSC制的基礎(chǔ)上改進而成的制式。其特點是克服了NTSC制的相位敏感性,在原來的正交平衡調(diào)幅和同步檢波等基本措施的基礎(chǔ)上,將其中一個調(diào)幅的紅差信號進行逐行倒相,使任意兩個相鄰掃描行的紅差信號相位總相差180°(相位反相),利用相鄰掃描行色彩的互補性來消除由相位失真引起的色調(diào)失真。該制式的主要缺點是電視接收機電路較復雜。目前德國、英國、中國、印度、澳大利亞、泰國、馬來西亞等國家的彩色電視機采用PAL制式。

3.SECAM制

SECAM制是1966年由法國在NTSC制基礎(chǔ)上改進而成的制式。其特點是兩個色差信號不是同時傳送的,而是輪流、交替地傳送。另外,兩個色差信號不是對副載波進行調(diào)幅,而是對兩個頻率不同的副載波進行調(diào)頻,然后將兩個調(diào)頻波逐行輪換插入亮度信號頻譜的高端。這種制式的缺點是接收機電路復雜,圖像的質(zhì)量也比上兩種制式稍差。目前法國、俄羅斯、埃及及東歐各國的彩色電視機采用SECAM制。因為上述三種制式在傳送色差信號時采用的方法不同,所以三種制式之間不能相互兼容收看。如果要看其他制式的電視節(jié)目,需將電視接收機作較大的改動。1.9.2PAL制編碼PAL制色度信號的數(shù)學表達式PAL制色度信號FP為(1-9-1)(1-9-2)式中2.PAL制色度信號的矢量圖由(1-9-1)式可知,色度信號是正弦波和余弦波相加減的結(jié)果,畫出矢量圖如圖1-9-1所示。圖1-9-1PAL制色度信號矢量圖1.9.3PAL制色度信號的形成過程

PAL制色度信號的形成過程如圖1-9-2所示圖1-9-2PAL制色度信號的形成過程簡述如下。

(1)首先將色差信號UR-Y、UB-Y,經(jīng)0～1.3MHz低通濾波器進行頻帶壓縮。

(2)為了避免色度信號和亮度信號相加時,使信號幅度過大,將兩個色差信號按一定比例壓縮成U信號和V信號。

(3)將U信號加至U平衡調(diào)幅器,同時由副載波發(fā)生器送出的副載波fs=sinωst也加至U平衡調(diào)幅器,用U信號對sinωst進行平衡調(diào)幅,輸出平衡調(diào)幅波為FU=U

sinωst。

(4)色差信號V對副載波cosωst進行逐行倒相的調(diào)制,產(chǎn)生平衡調(diào)幅波FV=±Vcosωst,即第n行(掃描行)V與+cosωst進行平衡調(diào)幅,產(chǎn)生+Vcosωst;第n+1行V與-coscosωst進行平衡調(diào)幅,產(chǎn)生-Vcosωst以后各行逐行交替。

(5)要給V平衡調(diào)幅器輸入一個90°移相網(wǎng)絡(luò),一個180°倒相器,并輸入+cosωst與-cosωst

。為NTSC行時,開關(guān)信號半行頻方波為正半周(一個行周期TH時間),使PAL開關(guān)接至“1”,輸出+cosωst;為PAL行時,半行頻方波為負半周(一個行周期TH時間),使PAL開關(guān)接至“2”,輸出-cosωst