Transcript 第一章

电视原理教程
第1章
广播电视的基础知识
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
图像光电转换的基本过程
电视扫描原理
重现电视图像的基本参量
全电视信号
电视信号的发送
1.1 图象光电转换的基本过程
本节将主要介绍图象如何转
变成电信号；以及传送后又如何
还原成图象
1.1.1 光电转换的过程
一、 像素概念
•电视图像的构成：像素，40多万；
•图像传送：顺序；
•扫描方式：逐行、隔行扫描，50次/S；
•扫描方向：自上而下，从左至右。
二、 光电转换的过程
1.1.2
图象重现的过程
一、显象管的任务是将图象信号转换成光图象
1、显象管的组成
2、工作原理
显象管结构示意图

Bd  K d u gk
二、 像素顺序传送示意图
观看实验
1.2 电视扫描原理
本节将主要介绍电子扫描的
种类几工作原理
1.2.1 电子扫描
一、基本概念
1、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。
2、扫描：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。电视系统中，扫描多是由电子
枪进行的，通常称其为电子扫描。（行扫描、场扫描）
二、扫描工作原理：
1、水平扫描工作原理：
2、垂直扫描原理：
三、隔行扫描原理及光栅形成：
观看实验
隔行扫描的特点：
1、一帧画面由奇数场、偶数场两场组成。每帧的扫描行数
必须是整数。
观看实验
2、隔行扫描方式要求每帧扫描总行数为奇数。从而实现奇、
偶两场扫描光栅均匀相嵌。
观看实验
3、在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高
于临界闪烁频率因而减少了闪烁感。
观看实验
1.1.4 我国广播电视扫描参数
扫描方式：隔行扫描
行频 fH ：15625Hz；
场频 fV ：50 Hz（帧频25
Hz）；
行周期TH：64μs
场周期TV：20ms
行正程时间THS：≥52μs
场正程时间TVS：≥18.4 ms
行逆程时间THR：≤12μs
场逆程时间TVR：≤1.6 ms
每帧扫描行数Z：625行
每帧显示行数Z/：575行
每场扫描行数：312.5行
每场显示行数：287.5行
1.3 重现电视图象的基本参量
1.3.1 亮度、对比度和灰度
1、亮度：人眼对光的明暗程度的感觉。
显象管的发光亮度（几百cd/㎡）远小于客观景物（几
万cd/㎡），但只要保持重现图象的对比度与客观景物
相等，就获得与景物一样的感觉。
2、对比度：客观景物的最大亮度与最小亮度之比。
对比度还与环境BD有关。 K=Bmax+BD/Bmin+BD
3、灰度：图象从黑色到白色之间的过渡色。
电视机只要达到六级灰度就可以了。（发送十级）
1.3.2 每帧扫描行数的确定
正常人的分辨角在1′～1.5′，取 θ＝1.5 ′
 
360
2
 60 
d
L
d为两黑点的距离，L为人眼最佳观看距离。
z 
h
d

360

 60 
h
L

1
Z′为屏幕显示行数，取L＝4h、 θ＝1.5 ′ 则Z′＝537
观看实验
1.3.3 分解力
电视系统传送图象细节的能力称该系统的分解力。
电视的分解力分为垂直（方向）分解力和水平（方向）分解力。
一、垂直分解力M
指沿着图象的垂直方向上能够分辨像素的数目。
垂直分解力受每帧显示行数Z′的限制，理想条件下，M= Z′。
实际上M与当时的图像状态和扫描线的相对位置有关。
由于扫描线具有一定的宽度（电子束具有一定的截面积），
所以再现图象可以完全恢复第一列和第三列的原图形，而第
二列则完全不能恢复了，第四列可以部分恢复。
所以可以用一个小于一的系数k与Z/的乘积来表示：M= kZ/。
通常k=0.76，则M=437线。
观看实验
我国广播电视的垂直清晰度大于400线。VHS
家用录像机为200左右，S-VHS在400线左右，
VCD在280左右。
二、水平分解力N
水平分解力N是指图像在水平方向上可以区分出垂直的黑白
相间的线条数目。水平分解力与电子束直径相对于图象细节
宽度的大小有关。
电子束在垂直方向上扫描是一行一行进行的，相邻两行互不
重叠，则垂直方向上象素是不连续的，水平方向每一行的扫
描则是连续进行的。由于扫描电子束具有一定的截面，对于
竖直的黑白相间的线条扫描时，在黑白的交界处，转换图像
信号的电平不能突变。若图象的细节比电子束的直径更小，
则会完全反映不了这种细节的变化，即存在孔阑效应 。
孔阑效应
从提高水平分解力的观点上看，电子束截面的直径d越小图
像的水平分力就会越高，但是电子束截面的直径太小画面
转换的效率将会降低，所以电子束截面的直径d一般以扫描
的行距相等为宜，此时的水平分辨力与垂直分辨力相同
（单位长度上），试验证明此时的图像质量最佳。在画面
宽高比为4:3时，
N 
4
M  583
3
线。
1.3.4 视频信号的频带宽度
图像信号的带宽计算图
电视的水平分解力为N，则在行扫描正程时电子束扫过每个
象素的时间为td=THS/N。由于存在孔阑效应，所以摄像输出
的信号近似为正弦波，周期为2 td，因而图像信号的最高频
率fmax为
f max
1
N
583




5
.
6
MHz
2t d
2THS 2  52  10 6
任何景物都有一定的背景亮度，反映在图像信号上就是
信号的直流分量，也就是说图像信号最低频率是直流。
1.3.5 图像的几何特征
一、扫描锯齿波电流非线性引起的几何失真
二、偏转磁场不规则引起的几何失真
由于偏转线圈绕制和安装不当，使磁场方向不规则、不均
匀及行、场磁场彼此不垂直等，则扫描光栅将产生枕形、
桶形及平行四边形等几何失真。
1.4 全电视信号
本节将介绍全电视
信号的组成、作用
及相关特性。
黑白全电视信号由 “图像信号”和确保扫描同步的
“复合同步信号”以及消除扫描逆程回扫线的“复合消隐
信号”等辅助信号而构成的。
1．4．1 主体信号 —— 图像信号
一、图像信号及其特征
1、 对于一般活动图像，相邻两行或相邻两帧信号间
具有较强的相关性，信号差别极小，可近似认为是周
期信号。
2、 图像信号具有直流成分，其数值确定了图象的背景
亮度，是单极性信号。
观看实验
二、图像信号的频谱
所谓频谱，就是信号中所含的频率成份及其能量分布，即
各频率成份的相对幅度。全电视信号的频谱，应是它所包
含的主体信号(图像信号)与辅助信号的频谱之和，图象信
号的谱有一定规律性。
1、 静止图像的频谱
① 只在水平方向有亮度变化的静止图像
特点：
1、每个行扫描得到的图象信号都是一样的（以行频重
复）
2、频谱是线状谱，位于行频fH及其谐波n fH上。且n越大，
能量（幅度）越小（对于我国，6MHz带宽最高谐波次
数n=384）。
② 在垂直方向也有亮度变化
特点：
1、每个行扫描得到的图象信号都是一样的（以行频重复）
2、频谱成份为n fH ±m fV，其频谱分布是离散谱线簇(谱线
群)，主谱线为n fH。
③ 垂直方向有细节变化
特点：
1、垂直方向有精细细节变化时，两场信号会有差异，其信
号波形以帧为周期重复，故频谱为n fH±m fF（fF为帧频）。
2、由于垂直方向内容有不小的相关性，所以，帧间差引起
奇数倍成份相对较小。
2、 运动图象信号的频谱
特点：
对于一般速度运动的物体，形成的帧周期信号波
形表现为随运动情况而在时间轴上的相位有变化。
随景物运动，两旁的依时间左右摆动，主谱线两
旁的副谱线近乎连续。因电视图像相邻帧间、行
间相关较大，因此相邻群之间有信号能量的空白
区。
3、图像信号的频谱待征
① 以行频及其谐波为中心,形成梳齿状的离散频谱。
② 随着行频谐波次数的增高，谱线幅度逐渐减小。
这说明黑白图像信号的主要能量分布在视频信号的
低频端。
③ 实践证明，无论是静止 或活动图像，行频主谱线
两旁的副谱线谐波次数不大于20。所以各谱线群所占
宽度仅为2m fV＝20×20×50＝2kHz， 谱线间存在着
很大的空隙。
观看实验
1.4.2 复合消隐信号
1、在图像的分解或恢复的扫描逆程中，若不采
取措施，将出现行、场回扫线，这将对正程所传
送的图像起干扰作用。
2、消除回扫线的方法是在行、场扫描的逆程期
间，在摄像管与显像管中分别加入能使扫描电子
束截止的消隐脉冲，即复合消隐脉冲或复合消隐
信号。
观看实验
主要参数：
行、场消隐脉冲的宽度应分别等于行、场扫描的逆程时
间。即行消隐脉冲宽度为12μs，场消隐脉冲宽度为
1612μs (其中，包含着一个行的逆程12μs)。
行、场消隐信号的电平等于图像信号的黑色电平；
行、场消隐信号 的周期应分别与行、场扫描周期相同
1.4.3 复合同步信号
一、同步的重要性
电视系统中收、发扫描必须严格
同步，即收、发扫描对应的行、
场起始和终止位置必须严格一致，
否则就会出现画面失真或不稳定
现象。
二、简单复合同步信号
1、为了收、发同步的需要，电视发送端每当扫描完一行
时加入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同
步脉冲，它们分别在行与场逆程期间传送，其宽度分别小
于行、场逆程时间。
2、我国电视标准规定，行同步脉冲宽度为4.7μs，脉冲
前沿滞后行消隐信号前沿约 1.3μs；场同步脉冲宽度为
160μs（2.5个行周期），脉冲前沿滞后场消隐信号前沿
160μs。
3、在接收端必须先将这些行、场同步脉冲分离出来，
用以分别控制接收机中的行、场扫描锯齿波电流的周期
和相位。 即只有当行、场同步脉冲到来时才开始行与
场的回扫
观看实验
三、 均衡、开槽脉冲及复合同步信号
1、均衡脉冲
观看实验
特点：
（1）、电视系统一般采用隔行扫描，相邻两场扫描的起
点和终点位置都不相同。
（2）、对于奇数场来说，它是在半行处结束，场消隐信号
和场同步信号应在行扫描到半行时加入
（3）、对于偶数场扫描来说，它是在一个整行后结束，场
消隐与场同步信号应在一个整行结束后加入
结论：
由于奇数场和偶数场同步脉冲前沿出现时、行同步脉冲
相互错开半行，造成积分电容器上的起始电压不同，这
就必然导致两场同步时间的差异
解决方法：
1、、在场同步脉冲前后（场消隐期间）以及中间，每隔
半行都增加一个行同步脉冲，这样就可以使相邻两场的
场同步脉冲前沿到达积分电路时，积分电容器上所充的
电压基本相等
2、 为了使增加脉冲后的平均电平不增加，把这部分脉
冲宽度减小为原来的一半(即2.35μs)
3、场同步脉冲上的槽也每半行 一个，槽宽仍为4.7μs，场
同步期间要开5个槽。每个场同步脉冲前、后各有5个
2.35μs 宽的脉冲，常称其为前、后均衡脉冲
2、场同步槽脉冲
存在问题：
由于场同步脉冲较宽，因而在场同步期间会使行同步信息丢
失。这样，在场逆程期间行就可能失步，可能会造成每场开
始时的前几行不能立刻同步，而使屏幕显示图像的最上面几
行出现不稳定现象。
解决办法：
在场同步脉冲上加开几个槽，称为槽脉冲，并使槽脉冲的
后沿(即上升沿)恰好对应于应该出现原行同步脉冲的前沿
位置。槽脉冲的宽度与行同步脉冲相同，也是4.7μs。
有均衡脉冲积分器输出
1.4.4 全电视信号
观看实验
黑白全电视信号有7个：图像信号、复合行
同步与场同步信号、复合行消隐与场消隐
信号、槽脉冲信号、均横脉冲信号。
同步信号顶的幅值电平：100%
黑色电平和消隐电平幅度：75%
白色电平幅度：10～12.5%
图像信号电平介于白色与黑色电平之间
特点：
（1）脉冲性
（2）周期性
（3）单极性
1.5 电视信号的发送
本节将介绍电视信号的补偿
处理及调制发射
1.5.1 视频信号发送前的补偿处理
1、电缆校正（高频补偿）
2、黑斑校正
3、轮廓校正（孔阑校正）
4、灰度校正（γ校正）
5、直流分量恢复
6、彩色校正
1.5.2 图像信号的调制
一、调幅原理
二、已调高频电视信号
我国采用负极性调幅，其优点：
1、调幅信号的平均功率比峰值功率小很多。
2、对正极性调制干扰脉冲在屏幕上为亮点、负极性则为暗
点
3、负极性调制便于将同步脉冲顶用作基准电平进行信
号的自动增益控制。
1.5.3 伴音信号的调制
一、调频原理
二、已调高频伴音信号的频谱
1.5.4 射频图像信号的残留边带方式及
全射频电视信号的频谱
一、射频图像信号的残留边带方式
图像信号经过调幅后，载频两边出现两个对称的边
带，使带宽为12MHz，必须采用残留边带方式传输
残留边带方式的优点：
1、压缩了图像信号的调幅波频带
2、滤波性能比单边带易于实现
3、可采用简单的峰值包络检波器实现调制
二、全射频电视信号频谱
1.5.5 无线电波段的划分与图像载频的选择
一、无线电波段的划分
二、图像载频的选择及电视频道的划分
1、各频道的伴音载频始终比图像载频高6.5MHz
2、频道带宽的下限始终比图像载频Fp低1.25MHz，
上限则始终比伴音载频Fs高0.25MHz
3、各频道的本机振荡频率始终比图像载频高38MHz，
比伴音载频高31.5MHz
三、超短波传播的特点