电视图像的形成及扫描形式

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,*,第二章之一、,电视图像,的形成及扫描形式,1,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.1,电视的基本知识,2.1.1,电视的频段划分,无线电广播电视信号的传送方式：,VHF(30300MHz),无线电波，有线电视信号两种形式。,UHF(3003000MHz),中波,:0.5MHZ1.6MHZ,SHF(330GHz),短波,:1MHZ30MHZ,EHF(30300GHz),广播节目有调频、,调幅两种方式：,调幅中波波段：,525-1605KHZ,调频波段：,88-108MHZ,电波传输的路径,2,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,电视频段划分：,模拟电视每个频道的带宽为,8MHZ,，,频道划分见,P30,表,1,3,。,L,段,1,5,频道,频率范围：,48.5MHZ92MHZ,载波、调制（调幅、调频、调相）、发射、解调（振幅检波、鉴频、鉴相）,H,段,6,12,频道,频率范围：,167223MHZ,U,段,13,24,频道,频率范围：,470566MHZ,；,25,68,频道，频率范围：,606,958MHZ,全频段电视在各频道之间增加了增补频道,:,在,111,167MHZ,之间，设置,Z-1Z-7,共,7,个增补频道,;,在,223295MHZ,之间增加了,Z-8Z-16,共,9,个增补频道,;,在,295,470MHZ,之间增加了,Z,17Z37,共,21,个有线电视增补频道。,这样我们能够看,68,个基本频道和,37,个增补频道的有线数字电视或全频道节目。,3,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.1.2,电视技术标准,有,黑白电视和彩色电视技术标准。彩电,是,在黑白电视的基础上附加彩色量的色度信号，构成彩色全电视信号。,黑白电视机的技术标准包括电视系统的,扫描方式、扫描行数、场频、行频、图象基带宽度、射频带宽、调制极性、伴音调制位置和方式,等等多种技术参数。,经国际无线电咨询委员会（,CCIR,）,规范后，建议全世界采用,13,种黑白电视技术标准，它们的代号分别为,CCIR-A,，,M,，,N,，,C,，,B,，,H,，,G,，,I,，,D,，,K,，,L,，,E,等。,我国采用的是,CCIR-D,标准。,4,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,彩色电视是在黑白电视的基础上再传送彩色信号形成的（兼容制），彩电全电视信号的构成包括：,1,、亮度信号,Y,2,、,色度信号,R-Y,、,B-Y,3,、,色同步信号,4,、复合同步信号,5,、复合消隐信号,其中的亮度信号能为黑白电视机所接收、解调，还原成黑白图象。,5,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.1.3,彩色电视制式,国际无线电咨询委员会认可的三种彩电制式有：,NTSC,制、,PAL,制和,SECAM,制。,NTSC,制是美国在,1953,年研制成功的，它是国家电视体制委员会的缩写（,National Television,Committe,）。,美国、日本、加拿大、我国台湾等地采用。,PAL,制是联邦德国在,1962,年研制成功的一种电视体制，是逐行倒相正交平衡调幅制的缩写，简称相位逐行正交（,Phase Alternation Line,）。,中国、德国、意大利、新加坡等国采用此制式。,6,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,SECAM,制是法文“顺序传送彩色与存储”的缩写，由法国在,1959,年研制，,1966,年定型，具有较强的抗色失真能力，但兼容性较前两种制式差。目前法国、俄罗斯、波兰、埃及等国采用。,我国的彩色电视在,CCIR-D,的基础上采用,PAL,制，所以又称为,CCIR-D/PAL,制。,英国也采用,CCIR-D/PAL,制。,美、日采用,CCIR-M/NTSC,制。,波兰采用,CCIR-D/SECAM,制等等。,7,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.2,彩色图像的摄像和显像原理,2.2.1,彩色电视摄像及信号输出形式,摄像时通过镜头系统和分色镜把彩色图像分解成三幅三基色图像，分别投射到三个摄像管靶面，拍摄下三幅图像画面。然后通过信号传送的方式把三基色信号传送出去。如果通过三个显象管再经过光学系统把这三基色信号投射到屏幕上，就能够还原出彩色信号。见图,1,6,。,实际上如果按照上述的原理需要三个传输通道占据,18MHZ,的带宽，且不能与黑白电视机兼容。现在的彩电系统通过编码压缩信号频带，使传输通道的宽度压缩为,6MHZ,，,并实现黑白电视的兼容。,8,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,9,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,图,1,6b,遥控彩电接收机结构框图,10,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.2.2,显像管工作过程,我们现在的彩电显像管是内部具有,三支电子枪的彩管，,荧光屏上按一定规律涂敷着紧密排列的红、绿、蓝三色荧光粉。三注电子束在扫描过程中各自轰击相应的荧光粉，发出相应的单色光。将三基色电信号分别加在彩色显像管三个阴极上，控制各自电子束的强弱，使彩色显像管屏幕上呈现三幅基色图像，由于它们紧密镶嵌在一起，依据,空间相加混色原理,，人眼感觉他们是一幅彩色图像（见图,1-11,）。,11,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,12,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.2.3,自会聚彩色显象管及外围部件,自会聚彩色显象管管颈外部有偏转线圈、六极磁环、色纯度磁环（二级磁环）、橡皮契、磁屏蔽罩和消磁线圈等部件。现在都采用,单枪三束自会聚彩色显象管,（图,1,12,）。,灯丝加热阴极使,电子,逸出，在阴极附近产生电子云。用加速极使电子加速，在高压，行、场偏转线圈作业下使电子束在屏幕上扫描，形成逐行逐场的扫描光栅，组成画面。,用栅极控制从阴极射向的电子数目，用聚焦极对电子束进行聚焦。,行偏转、场偏转共同作用产生扫描功能，用偏转线圈上的电流极性改变，使电子束偏转移动。,13,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,14,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,附图： 一种彩电的显像管驱动电路,15,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,图中,第,6-7,脚为加热灯丝,，,3,、,8,、,12,脚分别是蓝、红、绿三个电子枪的阴极,，三基色图像信号从这里发射。,9,脚为控制栅极,，,第,10,脚为加速极,，加速极旁为,聚焦极,，,最右边电极提供,2,万多伏的阳极高压。,在显像管的管颈部位有行偏转线圈和场偏转线圈，在流过偏转线圈的行、场扫描信号的共同作用下，使电子束发生偏转，在屏幕上实现行、场扫描功能，产生画面图像。,加热灯丝用来加热阴极，在阴极附近产生电子云，阴极电位低，穿过栅极的电子多，屏幕亮度高。,16,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.3,电视扫描原理,彩电图像是采用扫描的形式显示在荧光屏上，通过,电子枪以一定的频率很快地在屏幕上逐点从左到右，逐行从上向下扫描形成图像。,CRT,自会聚显像管不需要会聚调整电路仍有良好的会聚。显像管内的,灯丝在脉冲电压作用下升温发亮，并加热阴极发射电子，其中部分电子通过阴极和栅极之间的电场被加速极加速，并被聚焦极（相当于大口径的电子透镜）聚焦成很细的电子束，在阳极高压所形成的强电场作用下以极高的速度轰击荧光屏上的荧光粉。,彩管中有三个阴极发射电子束，分别受红、绿、蓝三个基色信号控制，并分别轰击与三荧光基色信号电压相应的三基色粉条，产生红、绿、蓝三种基色光。根据空间混色原理，在荧光屏上数十万个象素点上以一定规律扫描，形成整幅彩色图片。,17,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.3.1,水平、垂直扫描和扫描光栅,电视摄像和图像显示都要通过电子束扫描才能完成。电子束从画面的最左边到右边扫描的过程称为水平扫描或行扫描。行扫描分正程和逆程两个阶段。,行扫描正程（正扫）：电子束以相对较慢的速度从左到右水平扫描形成一行扫描线的过程。,行扫描逆程（回扫）：当电子束从最左扫描到最右之后，以很快的速度从右回扫到左边构成行扫描逆程。,逆程时摄像机没有拾取信号，电视机也没有显示信号。,18,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,水平扫描线一行一行从上到下移动，称为垂直扫描。水平扫描和垂直扫描配合进行，就形成一个矩形光栅。如果在正程扫描的同时输送图像信号，就形成电视图像。,按照电视标准规定，早期,CRT,电视扫描光栅的宽高比为：,W,：,H=4,：,3,后来出现的宽屏电视扫描光栅矩阵的宽高比为：,W,：,H=16,：,9,电视扫描光栅示意图见图,1,7,。,电视扫描光栅有,逐行扫描和隔行扫描,两种形式，以前的,CRT,电视机全部采用隔行扫描，现在的电视机有部分采用逐行扫描。,19,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,20,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.3.2,逐行扫描和隔行扫描,在电视摄像管和显象管外面，都有,行与场两对偏转线圈，,在线圈中分别流过行与场的,锯齿波扫描电流,时，会产生垂直方向和水平方向的,偏转磁场,，使通过磁场的电子束在水平和垂直方向产生偏转。当偏转磁场强度以线形规律变化时，电子束以等角速度偏移，形成恒速直线性扫描。,（一）逐行扫描,一行跟一行扫描。,见图,1,8,。图中行锯齿波变化一周所需的时间称为行扫描周期,T,H,。,其中正程扫描时间为,T,HF,，,逆程为,T,HR,。,我国的电视标准规定行扫描频率,f,H,=15625H,Z,，,T,H,=1/f,H,=64us,。,其中正程时间一般不小于,52us,，,逆程时间一般不大于,12us,。,场偏转线圈流过的场频锯齿波电流作缓慢线形变化，电子束受垂直作用力而产生场扫描，,场扫描周期用,T,V,表示，我国规定的场频为,50HZ,。,21,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,22,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,（二）隔行扫描,我国的电视机一般都采用隔行扫描的方式，,一幅图像分成两场来完成，通过奇数场和偶数场两场扫描构成一幅（帧）完整的图像。,在隔行扫描方式中，,帧频率是每秒钟传送的图像数，,帧频为,25HZ,，,场频频率是每秒钟扫描的奇数场和偶数场总和，即帧频是场频的一半，,场频为,50HZ,。,为使隔行扫描中两场时间相同，一帧图像的扫描线数应取奇数，所以一个场周期,T,V,是半行周期,T,H,的奇数倍：,周期数,T,V,=,（,2m+1,）,T,H,/2,我国取,场频为,50HZ,，故,T,V,20ms,，,一幅图像的,扫描行数,Z=625,行，每秒,25,帧，,所以行频为：,行频,f,H,=62525,15625HZ,行周期,T,H,=1/f,H,=64us,电视机扫描周期：,行正程,52.2us,，,回扫,11.8us,，共,64us,，,15625HZ,；,场正扫,18.4ms,，,回扫,1.6ms,，共,20ms,，,50HZ,。,23,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,隔行扫描的过程见图,1,11,。以,7,行扫描线为例，从第一场（奇数场）开始扫描,1,，,3,，,5,，,7,行的前半行；到达,8,，在场逆程期间从,8,转,到,9,。第,7,行的后半行开,始偶数场扫描，半行扫,完到达,10,，接着开始第,二场,2,、,4,、,6,各行的扫描，,第二场结束，整个光栅,扫过一遍，一帧扫描才,告完成，然后依此循环。,24,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,2.3.3,广播电视采用隔行扫描的原因,电视图像的清晰度越高，要求的线数和场频越高，这就要求电视图像信号有很宽的带宽和很高的频率，对电视收发设备有很高的要求。,一、行频的确定,所谓,最小视角,是指人眼对观察物体上能够分辨的相邻最近两点所张的视角。根据图形的几何关系，可以写出：,d,（,线宽）,/2,D,（,距离）,=,/360x60,=3438d,/D,在正常条件下，观察静止图像时，最小视角约为,1,1.5,。设,Z,为一幅光栅的扫描线数，,H,是屏幕高度，则,d,（,线宽）,=H,（,屏高）,/Z,（,线数）,这样,3438d/D=3438H/ZD,或,Z,3438H/,D,25,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,26,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,取,标准视距,D,为屏幕高度,H,的,4,6,倍，并取,为,1,，则可以算出,一幅图像应取的行扫描数为,860,570,行之间。,目前，不同制式的电视采用的标准扫描数有,SECAM,制的,819,行，,CCIR,（,国际无线电咨询委员会）的,625,行，,NTSC,制的,525,行,，我国实行的是,PAL,制,625,行。,二、场频的确定,根据人眼视觉残留效应，电视换场次数不能低于每秒,48,次，即场频不能小于,48HZ,，,考虑电源频率一致，我国电视标准规定,场频为,50HZ,，,在电源频率为,60HZ,的国家，场频采用,60HZ,。,27,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,三、图像信号的最高频率和视频通道带宽,图像信号的最高频率与象素或清晰度有关，图像每一个细节的大小相当于一个象素，表面细节越细，图像越清晰，扫描时电子束扫过连续两个象素的时间越短，信号频率越高。见图,1,10a,。,设每帧图像的,扫描线数为,Z,，,若不计逆程等因素，水平方向共计可能达到的象素为：,N=Z4/3=,扫描线数,宽高比,若扫描一行正好扫过这个数量黑白相间的小方块，得到理想电压波形如图,1,10b,的方波，但实际是如图,1-10c,所示的正弦波形。扫过一块黑块和一白块正好相当于交流电压一周。可以算出,一幅图像的像素为：,m=NZ,（,水平,垂直象素点）,=4Z,2,/3=625,2,(4/3),52,万,若以一秒钟传送,fv,幅图像，则,每秒传送的,像素总数,M,=(4/3)Z,2,f,v,28,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,29,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,我们可以推出图像信号的最高频率公式：,f,max,=(1/2)M=(2/3)Z,2,f,v,f,max,为图像信号的上限频率。若传送一幅亮度变化及其缓慢的景象背景，或一幅明暗几乎不变的图像。则图像信号的频率就很低，甚至接近为,0,。这就是图像信号的下限频率，所以可以认为图像信号的频率范围从,0,f,max,。,若,f,v,50HZ,，,Z=625,行，则,f,max,=(1/2)M=(2/3)Z,2,f,v,=13MHZ,如果通频带为,0,13MHZ,，,无论在技术上、经济上都存在一定困难，为了使图像不闪烁，就采用隔行扫描方法。把一幅电视图像的扫描线按照先扫描奇数行（奇数场），后扫描偶数行（奇数场）方法，分两场完成一帧图像的扫描。,隔行扫描相当于把逐行扫描时的换幅频率（帧频率）降低一半。,采用隔行扫描后，可使图像最高频率降低一半，,隔行扫描的最高频率为：,f,max,6.5MHZ,第二章到此结束。,30,浙江大学信电实验中心音像实验室 陈鹏飞,