电视技术基础知识课件

电视的产生电视的产生 电视的诞生电视的诞生 1919世纪末，少数先驱者设想并开始研究设计图像的传送技术。世纪末，少数先驱者设想并开始研究设计图像的传送技术。18731873年英国科学家约瑟夫年英国科学家约瑟夫梅发现硒元素的光电特性，为后来电梅发现硒元素的光电特性，为后来电视技术的的发明奠定了基础。视技术的的发明奠定了基础。 P.NipkowP.Nipkow “尼普柯夫圆盘尼普柯夫圆盘”上上螺旋形排列着一些螺旋形排列着一些孔洞，当这个盘子旋转时，通过每个孔洞可孔洞，当这个盘子旋转时，通过每个孔洞可以浏览一幅图像的一行以浏览一幅图像的一行 ，光线透过这个孔洞，光线透过这个孔洞照在这幅图像便完成了一次行扫描，硒光电照在这幅图像便完成了一次行扫描，硒光电池将图像的反射光转变成电信号，下一个孔池将图像的反射光转变成电信号，下一个孔洞顺序扫描紧挨着的那部分图像，直到完整洞顺序扫描紧挨着的那部分图像，直到完整的图像全部被扫描。的图像全部被扫描。 18831883年圣诞节（一说为年圣诞节（一说为18841884年），德国年），德国电气工程师尼普柯夫（电气工程师尼普柯夫（P.NipkowP.Nipkow）用他发明）用他发明的的“尼普柯夫圆盘尼普柯夫圆盘”使用机械扫描方法，作使用机械扫描方法，作了首次发射图像传送的实验。每幅画面有了首次发射图像传送的实验。每幅画面有2424行扫描线，图像相当模糊。行扫描线，图像相当模糊。 19231923年，美籍俄国人兹沃尔金（年，美籍俄国人兹沃尔金（V.K.ZworykinV.K.Zworykin）发明静电积）发明静电积贮式摄像管，后来又发明电子扫描式显像管，这是近代电视摄像贮式摄像管，后来又发明电子扫描式显像管，这是近代电视摄像术的先驱。在术的先驱。在1929 1929 年年1111月月1818日，日，Zworykin Zworykin 示范他的全部电子电示范他的全部电子电视接收器。视接收器。 V.K.ZworykinV.K.Zworykin1939 年前后使用电视显象管和摄像管年前后使用电视显象管和摄像管 19081908年，英国肯培尔年，英国肯培尔. .斯文顿、俄国罗申克夫提出电子扫描斯文顿、俄国罗申克夫提出电子扫描原理，奠定了近代电视技术的理论基础。原理，奠定了近代电视技术的理论基础。 1927192719291929年，贝尔德通过电话电缆首次进行机电式电视试播，年，贝尔德通过电话电缆首次进行机电式电视试播，并进行短波电视试验，英国广播公司开始试验播发电视节目。并进行短波电视试验，英国广播公司开始试验播发电视节目。 19361936年年1111月月2 2日是一个值得纪念的日子，位于英国市郊的亚历日是一个值得纪念的日子，位于英国市郊的亚历山大宫的英国广播公司电视台开始正式播出。这是世界上第一座正山大宫的英国广播公司电视台开始正式播出。这是世界上第一座正式开播的电视台，人们把这一天作为电视事业的开端。英国正式开式开播的电视台，人们把这一天作为电视事业的开端。英国正式开播的电视在开始时仍为机电系统，播的电视在开始时仍为机电系统，4 4个月后被电子系统取代。个月后被电子系统取代。 19251925年，英国的贝尔德（年，英国的贝尔德（J.L.BairdJ.L.Baird），根据），根据“尼普科夫圆尼普科夫圆盘盘”进行了新的研究工作，发明机械扫描式电视摄像机进行了新的研究工作，发明机械扫描式电视摄像机和接收机。当时画面分辨率仅和接收机。当时画面分辨率仅3030行扫描线，扫描器行扫描线，扫描器每秒只能每秒只能5 5次扫过扫描区，画面本身仅有次扫过扫描区，画面本身仅有2 2英寸高、英寸高、1 1 英寸宽。英寸宽。19261926年，贝尔德向英国报界作了一次播年，贝尔德向英国报界作了一次播发和接收电视的表演，开创了电视技术研究的先河。发和接收电视的表演，开创了电视技术研究的先河。 MZTV MZTV 博物馆的博物馆的J.L.BairdJ.L.Baird Televisor Televisor 19411941年，美国国家电视标准委员会年，美国国家电视标准委员会确定美国的电视技术标准为每秒确定美国的电视技术标准为每秒3030帧、帧、每帧每帧525525行。（就每帧行数和场频来说，行。（就每帧行数和场频来说，现行电视标准主要有现行电视标准主要有525525行行/60/60场和场和625625行行/50/50场两种）同年场两种）同年7 7月月1 1日，美国联邦通信日，美国联邦通信委员会正式批准建立美国第一座电视台委员会正式批准建立美国第一座电视台全国广播公司的纽约全国广播公司的纽约WNBTWNBT电视台。电视台。RCA TRK 9 1939( 美国美国) RCA TRK 12 1939( (RCA: : 美国无线电公司美国无线电公司) ) 电视图像的彩色化电视图像的彩色化 电视也同电影一样，经历了一个由黑白到彩色的发展过程，电视也同电影一样，经历了一个由黑白到彩色的发展过程，美国是世界上最早播出彩色电视节目的国家。美国是世界上最早播出彩色电视节目的国家。 19531953年，美国国家电视制式委员会提出年，美国国家电视制式委员会提出NTSCNTSC（National National Television System CommitteeTelevision System Committee）制。）制。19541954年美国全国广播公司、年美国全国广播公司、哥伦比亚广播公司采用哥伦比亚广播公司采用NTSCNTSC制式首次播出彩色电视节目。日本、制式首次播出彩色电视节目。日本、加拿大分别于加拿大分别于19571957、19661966年采用同一制式播出。年采用同一制式播出。19561956年，法国提年，法国提出出SECAMSECAM（SEquential Couleur Avec MemoireSEquential Couleur Avec Memoire）制。）制。19601960年，年，联邦德国提出联邦德国提出PALPAL（Phase Alternation Line-by-LinePhase Alternation Line-by-Line）制。为）制。为便于转播和交换节目，各国曾多次讨论统一电视制式问题，但由便于转播和交换节目，各国曾多次讨论统一电视制式问题，但由于政治及经济等方面的原因，始终未能达成一致。于是，国际上于政治及经济等方面的原因，始终未能达成一致。于是，国际上便形成了便形成了3 3种彩色电视制式同时并存的局面。种彩色电视制式同时并存的局面。 彩色电视机在哪国使用必须符合该国的黑白体制、彩色制式彩色电视机在哪国使用必须符合该国的黑白体制、彩色制式及频道划分，还要注意电源标准（有及频道划分，还要注意电源标准（有110110伏伏/60/60赫与赫与220220伏伏/50/50赫之赫之分），这样才能保证接收机安全可靠地接收到良好的彩色图像和分），这样才能保证接收机安全可靠地接收到良好的彩色图像和伴音。目前世界上采用伴音。目前世界上采用PALPAL制的国家最多。中国所采用的电视制制的国家最多。中国所采用的电视制式为式为PAL/DPAL/D，国家标准为：每帧扫描，国家标准为：每帧扫描625625行，每秒行，每秒2525帧。帧。 ENG系统一般由便携式摄像机、便携式磁带系统一般由便携式摄像机、便携式磁带录像机、磁带、电池、传声器和便携照明设备等组录像机、磁带、电池、传声器和便携照明设备等组成，其特点是使用灵活。成，其特点是使用灵活。 EFP系统是一套小型用于非演播室内的现场系统是一套小型用于非演播室内的现场节目制作系统。通常由便携式摄像机节目制作系统。通常由便携式摄像机23台、视频台、视频切换器、监视器切换器、监视器34台、磁带录像机、传声器、调台、磁带录像机、传声器、调音台和照明设备等组成音台和照明设备等组成。11 光的特性与人眼视觉特性光的特性与人眼视觉特性111 光的特性与度量光的特性与度量光通量光通量(V) 定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分辐射功率的大小度量。明视觉与暗视觉的视敏度曲线明视觉与暗视觉的视敏度曲线 人眼的分辨力人眼的分辨力人眼彩色分辨力与空间混色效应人眼彩色分辨力与空间混色效应 图像传送图像传送1像素像素 一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总可以看成是由许许多多的小单元组成。在图像处理系统中，这些可以看成是由许许多多的小单元组成。在图像处理系统中，这些组成画面的细小单元称为组成画面的细小单元称为像素像素。 一幅黑白平面图像，一幅黑白平面图像，表征它的特征参量是亮度表征它的特征参量是亮度。亮度是空间的函数，亮度是空间的函数，又是时间又是时间的函数。可见，的函数。可见，像素亮度既是像素亮度既是空间（二维）函数，同时又是空间（二维）函数，同时又是时间函数。时间函数。 图像帧图像帧 电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成。多像素组成。 并行传输并行传输 （无法实现）（无法实现） 串行传输串行传输（实际应用）（实际应用） 根据人的视觉惰性，可把组成一帧图像的各个像素根据人的视觉惰性，可把组成一帧图像的各个像素的亮度按一定顺序一个一个地转换成相应的电信号并依的亮度按一定顺序一个一个地转换成相应的电信号并依次传送出去，接收端再按同样顺序将各个电信号在对应次传送出去，接收端再按同样顺序将各个电信号在对应位置上转变成具有相应亮度的像素。这种像素的串行传位置上转变成具有相应亮度的像素。这种像素的串行传输具有两个特点：输具有两个特点： 第一是要求传送速度快。第一是要求传送速度快。 第二是传送要准确。第二是传送要准确。像素顺序传送示意图像素顺序传送示意图. 顺序转换的实现顺序转换的实现 扫描扫描 将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程（或逆过程）称为扫描。扫描的过程和号的过程（或逆过程）称为扫描。扫描的过程和我们读书时视线从左到右、自上而下依次进行的我们读书时视线从左到右、自上而下依次进行的过程类似。过程类似。从左至右的扫描称为行扫描；从左至右的扫描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧自上而下的扫描称为帧(或场或场)扫描。扫描。扫描要足够快且要准确，使得收发两端每个像素扫描要足够快且要准确，使得收发两端每个像素的几何位置一一对应，即收发端同步工作，简称的几何位置一一对应，即收发端同步工作，简称同步。同步。扫描方式Interleaved 隔行扫描隔行扫描的的 Progressive scanning 逐行扫描逐行扫描, ,顺序扫描顺序扫描, , 步进扫描步进扫描 逐行扫描方式逐行扫描方式是电子束在光电靶或荧是电子束在光电靶或荧光屏上自左向右，从上到下均匀地一行接光屏上自左向右，从上到下均匀地一行接一行地扫描。一行地扫描。 隔行扫描方式隔行扫描方式是将一是将一帧画面的图像分帧画面的图像分为两场扫描。第一场只扫描奇数行，第二为两场扫描。第一场只扫描奇数行，第二场只扫描偶数行。场只扫描偶数行。TH = T HS + THRT V = T VS + T VR 2. 隔行扫描隔行扫描 隔行扫描隔行扫描隔行扫描的图像垂直分解力垂直分解力M M= Z M=0 M= Z水平分解力水平分解力N 孔阑效应孔阑效应3. 图像信号的最高频率与频带图像信号的最高频率与频带图像信号的带宽计算图图像信号的带宽计算图 图像失真系数图像失真系数非线性失真非线性失真 选择场扫描频率，主要兼顾光栅无闪烁、观看活动图像有连续感、使图像信号占用频带尽可能窄以及不易受电源干扰等因素。（1）场频一定要大于临界闪烁频率（2）占用频带不致过宽，场频不应随意提高。（3）为了避免电源的干扰，场频最好与电力网频率同步。4. 场频的确定场频的确定5. 每帧行数每帧行数 每帧行数为奇数。 常规广播电视的标准化值为每帧525 行和625行。123 全电视信号全电视信号 1波形波形 2特点特点 周期性周期性：52 s单极性：单极性：12 s52 s 图像信号的频谱待征图像信号的频谱待征 梳齿状的离散频谱梳齿状的离散频谱。 随着行频谐波次数的增高，谱线幅度逐渐减小随着行频谐波次数的增高，谱线幅度逐渐减小。各群谱线间存在着很大的空隙。各群谱线间存在着很大的空隙。行行消隐和消隐和同步同步信号信号 场场消隐消隐、同步同步信号信号 全电视信号波形全电视信号波形 (1) (1) 全电视信号对高频载波实现残留边带调幅全电视信号对高频载波实现残留边带调幅 3 3 全射频电视信号全射频电视信号 残留边带方式的优点：残留边带方式的优点： 已调信号的频带较窄；滤波器比已调信号的频带较窄；滤波器比SSBSSB滤波器易实现，易解调。滤波器易实现，易解调。 （2 2）伴音信号调频）伴音信号调频 （3 3） 全射频电视信号的频谱及频道间隔全射频电视信号的频谱及频道间隔 我国广播电视频道划分我国广播电视频道划分1 13 3 彩色三要素与三基色原理彩色三要素与三基色原理1.3.1 彩色三要素彩色三要素光的分类：（1） 按颜色可分为彩色光和非彩色光。（2） 按频率成分可分为单色光和复合光。（3） 按频率和颜色综合考虑可分为谱色光和非谱色光。（4） 按发光方式可分为直射光，反射光和投射光。光的颜色取决于两方面：（1） 客观因素是它的功率波谱分布。（2） 主观因素是人眼的视觉特性。彩色三要素彩色光通常可由亮度、色调、及饱和度三个物理量来描述，这三个量被称为彩色三要素。亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与色光所含的能量有关。亮度信号通常用EY或 Y表示色调反映了物体颜色的类别。色调与光的波长有关，不同波长的光呈现不同的颜色色饱和度是指色调的深浅程度。它与该色调掺入的白光多少有关。白光成分越多，物体颜色越淡，其饱和度越低。三基色原理三基色原理： (1) 三基色必须是相互独立的产生。即其三基色必须是相互独立的产生。即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。到。 (2) 自然界中的大多数颜色，都可以用三自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按一定比例混合得到；或者说中的大多数基色按一定比例混合得到；或者说中的大多数颜色都可以分解为三基色。颜色都可以分解为三基色。 (3) 三个基色的混合比例，决定了混合色三个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。的色调和饱和度。 (4) 混合色的亮度等于构成该混合色的各混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。个基色的亮度之和。色度三角形 把三基色按照不同的比例混合获得彩色的方法称为混色法。混色法有相加混色（光的合成，彩色电视用）和相减混色（染料合成）之分。1.3.2 混色方法. 空间混色法空间混色法 它是它是同时制彩色电视同时制彩色电视的基础的基础. 时间混色法时间混色法 利用人眼的视觉惰性，顺序地让三种利用人眼的视觉惰性，顺序地让三种基色光出现在同一表面的同一处，当相隔基色光出现在同一表面的同一处，当相隔的时间间隔足够小时，人眼会感到这三种的时间间隔足够小时，人眼会感到这三种基色光是同时出现的，具有三种基色相加基色光是同时出现的，具有三种基色相加后所得颜色的效果。这种相加混色方法是后所得颜色的效果。这种相加混色方法是顺序制彩色电视顺序制彩色电视的基础。的基础。 生理混色法生理混色法3.3. 人的两只眼睛同时分别观看不同的人的两只眼睛同时分别观看不同的颜色时，产生混色效应，利用这种原理进颜色时，产生混色效应，利用这种原理进行生理混色。行生理混色。 配色方程配色方程 CIE规定：规定：波长为波长为700nm的红光为红基色，波长为的红光为红基色，波长为546.1nm的绿光为绿基色，波长为的绿光为绿基色，波长为435.8nm的蓝光为蓝基色。的蓝光为蓝基色。 1 配色实验配色实验 配色实验可以用比色计进行。配色实验可以用比色计进行。 2 配色方程配色方程 NTSC制显像三基色，配出光通量制显像三基色，配出光通量1 lm(流明流明) 的的C白光时，需白光时，需要红基色光要红基色光0.30 lm，绿基色光，绿基色光0.59 lm，蓝基色光，蓝基色光 0.11 lm。 F 1 R 十十1 G 十十1 B 任意给定的彩色光任意给定的彩色光F F R R 十十G G 十十B B 3 亮度方程亮度方程 Y0.30 R十十0.59 G十十0.11 B1.3.3 配色方程和亮度方程 134 彩色图像的摄取与重现彩色图像的摄取与重现棱镜分色原理棱镜分色原理 彩色图像的分解彩色图像的分解14 兼容制彩色电视制式概述兼容制彩色电视制式概述NTSC制（制（National Television System Committee）PAL制制(Phase Alternation Line)SECAM制制(Sequential Couleura Memoire) 141 色度信号的编码传输色度信号的编码传输 1. 色度信号的编码色度信号的编码 2. 兼容性兼容性 3. 恒定亮度原理恒定亮度原理142 彩色电视信号的频带压缩彩色电视信号的频带压缩 1. 高频混合原理高频混合原理 2. 频谱交错原理频谱交错原理1. 色度信号的编码色度信号的编码 2. 兼容性兼容性在传送黑白电视图像时，R、G、B应相等，因而色度信号因为零。设 R=G=B= Ex, 则亮度方程可求得：Y= 0.30Ex + 0.59Ex + 0.11Ex = ExR-Y = Ex - Ex = 0B-Y = Ex - Ex =0 对于黑白电视信号，反映色度的信号为零，表明具有很好的兼容性。 3. 恒定亮度原理恒定亮度原理大量事例说明，人眼对彩色细节的分辨力远低于对黑白细节的分辨力。实验还发现，人眼对不同色调的细节分辨力也不同。利用人眼的视觉特性，彩色电视在传送图像的时候，用宽频带来传送全部亮度信息；用较窄的频带传送两个色差信号。 接收端所恢复的三个基色信号： R= R 01.3 + Y 1.36 G= G 01.3 + Y 1.36 B= B 01.3 + Y 1.36接收端恢复三基色信号R、G、B信号的低频部分是原发端三基色信号的低频分量，能重现大面积粗线条的彩色图像；高频部分则用亮度信号的高频分量来代替，重现黑白图像细节，而不是原发端的彩色图像细节，这就是高频混合原理。将色度信号通过一副载波的调制，使谱线搬移，并交错地安插在黑白信号的频谱中去。实现兼容后，彩色电视全射频电视信号的频域示意图实现兼容后，彩色电视全射频电视信号的频域示意图 ttUUttUUusssssin)cos(cos)cos(2211tUtUtUtUusssssincoscoscos2211