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1.1 电子扫描1.1.1图像的循序像的循序传输1.1.2光光电与与电光光转换1.1.3电子子扫描描第1页/共61页 1.1电子子扫描描 传输语音信号的无线电广播,主要包括发射与接收两大部分。在发端主要完成将语音变为电信号(称音频信号),并经放大、调制,然后由天线以高频电磁波形式发射出去。收端则正好相反,将收到的高频电磁波经高放、解调、音频放大,最后送扬声器发出声音。第2页/共61页 无线电语音广播原理图 第3页/共61页 电视”是通过电信通道将静止图像或活动的景像在异地即时重现的技术。电视系统包括发端、传输通道和接收端三大部分。发端指由摄像机将实际景像经光电变换，由电视扫描变成图像信号，再经电视中心设备变换成全电视信号，最后由发射机调制，经天线变换成电磁波发射；传输通道指空间电磁波或电缆等；接收端由接收设备接收、变换，通过显像管电光转换及同步扫描最后在荧光屏上还原出原光图像。第4页/共61页 无线电视广播系统原理方框图无线电视广播系统原理方框图第5页/共61页 1.1.1图像的顺序传送根据人眼对根据人眼对细节分辨力细节分辨力有限的视觉特性，可以把一幅平面图像分解成有限的视觉特性，可以把一幅平面图像分解成许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单一的亮度和色度，许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单一的亮度和色度，称为称为像素像素（pixel）。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就）。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰。越清晰。根据人眼的根据人眼的视觉惰性视觉惰性可以把时间连续的景物分解成一幅幅时间不连续可以把时间连续的景物分解成一幅幅时间不连续的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，就可以获得连续活的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，就可以获得连续活动图像的感觉。动图像的感觉。第6页/共61页 顺序传送像素示意图 图像的顺序传送像素的像素的传送具有以下两个特点送具有以下两个特点:第一是要求第一是要求传送速度快。第二是送速度快。第二是传送要准确。送要准确。第7页/共61页 图像的顺序传送并行传送：并行传送：把不同位置上的像素同时转变成相应的电信号，分别用相应把不同位置上的像素同时转变成相应的电信号，分别用相应信道同时传送出去。信道同时传送出去。根据人眼的细节分辨力，一幅图像要比较根据人眼的细节分辨力，一幅图像要比较清晰，至少要有清晰，至少要有40万以上的像素，即需万以上的像素，即需40万个信道万个信道。不经济，也不可能不经济，也不可能。并行传送示意图并行传送示意图发送端发送端接收端接收端第8页/共61页 顺序传送（串行传送）：利用人眼的视觉惰性，将各个像素的光信号按一定的顺序变成电信号传输，接收端再按同样的顺序将电信号变成光信号，只要速度足够快，人眼感觉图像就是完整和连续的。这种将图像分解成像素并按一定的顺序传送图像像素的电视系统称为顺序传送系统。传送顺序：从左到右，从上到下，时间递增 同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一对应。图像的顺序传送第9页/共61页 顺序传送示意图图像的顺序传送第10页/共61页 电视图像的传送,在发端是基于光电转换器件,在收端是基于电光转换器件。实现这两种转换的器件分别称为摄像管和显像管。一.摄像管与光电转换光电导摄像管,属电真空器件。它主要由镜头、光电靶、聚焦线圈和偏转线圈组成。1.1.2 光电与电光变换第11页/共61页 光电导摄像管 第12页/共61页 光电转换原理示意图 第13页/共61页 二.显像管与电光转换显像管阴极射线管Cathode Ray Tube(CRT)主要组成：电子枪、荧光屏、偏转线圈等。来自摄像端的信号加到显像管的栅极，控制电子束的能量，从而控制荧光粉的发光亮度，使荧光屏正确重现发端图像。显像管第14页/共61页 这里需要说明的是:对于摄像管来说,光电转换特性可近似认为是线性的;而显像管电光转换特性则是非线性的。显像管的显示亮度(以Bd表示),与其栅、阴极间电压(以ugk表示)的次方成正比例,即:(11)三.校正第15页/共61页 如果图像信号由发送端传到接收端的传输过程中未产生非线性失真,考虑到显像管电光转换的非线性,为保持重现图像与原景像亮度成正比,则需在摄像端预先将图像信号电压开次方,即式中,u0代表摄像电压,B0为摄像亮度,K0为比例常数。经预失真校正(常称为校正),重现亮度Bd则为(12)(13)第16页/共61页 一.逐行扫描在电视系统中,摄像管和显像管的外面都装有偏转线圈,当线圈中分别流过如图所示的行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。1.1.3 电子扫描第17页/共61页 逐行扫描电流波形：（a）行扫描锯齿波电流（b）场扫描锯齿波电流 第18页/共61页 偏转线圈结构示意图(a)行偏转线圈;(b)场偏转线圈第19页/共61页 行扫描基本参数行正程扫描时间:TH t行逆程扫描时间:TH rTH r TH t行扫描周期TH=TH t+TH r行扫描频率fH=1/TH场正程扫描时间:TV t场逆程扫描时间:TV rTV r TV t场扫描周期TV=TV t+TV r场扫描频率fV=1/TV场扫描基本参数第20页/共61页 行场扫描关系为获得有效的扫描光栅，电子束水平方向运动速度应远大于垂直方向的运动速度；即：fH fV 正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，即：TH TH r TV TV r TH r/TH=a 称行扫描逆程系数，一般18TV r/TV=b 称场扫描逆程系数，一般8逐行扫描方式中，每场的光栅都应互相重叠。设每场扫描行数为Z，则：TVZTH fHZ fV 即场周期是行周期的整数倍。扫描行数越多，图像越清晰。返回返回2.3.3第21页/共61页 a.只有行扫描时 b.只有场扫描时 c.场正程扫描 d.场逆程扫描 e.消去行场逆程后的扫描光栅 光栅形状第22页/共61页 扫描电流与重现图像的关系(a)线性扫描,图像无失真;(b)行扫描非线性,产生左伸、右缩的非线性失真;(c)场扫描非线性,产生上拉、下压的非线性失真 第23页/共61页 扫描电流幅度不足时产生的失真 (a)行扫描幅度小;(b)场扫描幅度小第24页/共61页 二.隔行扫描1.隔行扫描的提出要达到人眼要求的最高分解力，扫描行数须在500以上，人眼的临界闪烁频率要求场频须在48 Hz以上。按我国标准为625行，50 Hz，按幅型比4/3，则每行有800个像素，即400个周期则：黑白电视信号的最高频率达12 MHz，即:按逐行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：f=12 MHz电子线路系统、频率资源都很难满足要求。第25页/共61页 根据人眼的视觉特性：一帧图像分两次扫描，每次称为一场，两场合为一帧,即采用隔行扫描方式。活动图像25帧/秒=50场/秒临界闪烁频率=48Hz每场扫描行数 312.5行每帧扫描行数 625行即:按隔行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：f=6 MHz 第26页/共61页 2.隔行扫描光栅的形成奇数行扫描（奇数场）一帧图象分两次扫描 偶数行扫描（偶数场）隔行扫描重现图像示意隔行扫描重现图像示意第27页/共61页 隔行扫描光栅分析第28页/共61页 隔行扫描应满足的基本要求（1）每帧起点相同要求每帧必须为整数行（2）相邻奇偶两场光栅均匀镶嵌，且各场扫描锯齿波波形 一样要求每场存在半行，即每帧必须为奇数行Z=2n+1 行频与场频关系：第29页/共61页 我国隔行扫描的基本参数我国电视扫描标准：隔行扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行 帧频：fF=25Hz 场频：fv=50Hz 场周期：Tv=20ms(Tvt=18.4ms，Tvr=1.6ms)行频：fH=25(帧)625(行)=15625Hz 行周期：TH=64s (THt=52s，THr=12s)第30页/共61页 （1）行间闪烁效应在隔行扫描中，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没有大面积闪烁感。但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复25次，这是低于临界闪烁频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到行间闪烁。（2）并行现象a.真实并行奇偶光栅并行现象b.视在并行如传送图像中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分量，且每经一场刚好下移一行距离，则后一场传送的细节与前一场相同。所以当视线随运动物体移动时，看起来好像两行变成一行。视在并行3.隔行扫描的缺点第31页/共61页 （3）高速水平运动物体出现“锯齿化”现象如传送图象中的运动物体在水平方向上有足够大的速度分量，物体垂直边缘因隔行分场传送，会发生相邻场光栅中左右错开的“锯齿化”现象。隔行因子K i2:1隔行扫描的视在垂直分解力相当于逐行扫描时的分辨力乘上一个隔行因子Ki，其值一般在0.60.7之间。第32页/共61页 第1章 电视基础知识 1.1 电子扫描1.2 黑白全电视信号1.3 彩色的基本概念1.4 电视图像的基本参量第33页/共61页 1.2黑白全黑白全电视信号信号1.2.1图像信号像信号1.2.2辅助信号助信号第34页/共61页 1.2.1 主体信号图像信号1.图像信号及其特征图像信号是由摄像管将明暗不同的景像转变而得的电信号。图像信号具有如下特征:(1)含直流,即图像信号具有平均直流成分,其数值确定了图像信号的背景亮度。(2)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。第35页/共61页 图像信号(a)正极性亮度递减信号;(b)负极性亮度递减信号;(c)一般的负极性图像信号 第36页/共61页 2.图像信号的基本参量亮度、对比度和灰度是电视图像转换中三个十分重要的参量。图像质量的好坏,可由它们给予完整的描述。所谓亮度,通常是指单位面积的光通量。亮度常以B表示,光通量的单位是烛光(cd),亮度的单位是尼特(nit)或熙提(sb),它们之间的关系是:第37页/共61页 由于1m2=104cm2,所以1sb=104nit 对比度是客观景物最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。当以K表示对比度时,有(14)第38页/共61页 1.同步信号同步扫描发送端和接收端的扫描运动严格保 持步调一致，即同频同相。行不同频：行频略高 行频略低原图象场不同频：场频略高：图像向下移动；场频略低：图像向上移动 1.2.2 辅助信号 第39页/共61页 待传送图像收、发端扫描相差半行收、发端扫描相差半场行、场不同相：第40页/共61页 l为了了实现同步同步扫描，描，电视发送端每当送端每当扫描完一行描完一行时加加入一个行同步脉冲；每当入一个行同步脉冲；每当扫描完一描完一场时加入一个加入一个场同同步脉冲。步脉冲。l同步信号同步信号控制控制扫描描频率和相位的脉冲信号。率和相位的脉冲信号。第41页/共61页 2.消消隐脉冲与复合同步脉冲脉冲与复合同步脉冲消消隐脉冲：脉冲：扫描逆程期描逆程期间电子束消子束消隐扫描逆程期描逆程期间让信号信号电平平为黑黑电平，平，电子束截止，屏幕子束截止，屏幕为黑色，起到消黑色，起到消隐逆程光逆程光栅痕迹的痕迹的作用。作用。行消行消隐信号信号(或称或称行消行消隐脉冲脉冲)行逆程行逆程12s,则行消行消隐脉冲脉脉冲脉宽为12s，电平平为黑黑电平平场消消隐信号信号(或称或称场消消隐脉冲脉冲)场逆程逆程1.6ms,则场消消隐脉冲脉脉冲脉宽为1.6ms，电平平为黑黑电平平 第42页/共61页 黑电平黑电平行消隐行消隐白电平白电平行正程行正程52s12s(+12s)场消隐场消隐1600s(25H)行消隐行消隐12s负极性电视信号负极性电视信号行场消隐脉冲波形行场消隐脉冲波形第43页/共61页 同步脉冲同步脉冲行同步脉冲发送端行扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端行扫描逆程的开始。(行同步信号仅起控制行同步作用，不应在屏幕上显示出来，故应叠加在行消隐脉冲之上。)场同步脉冲发送端场扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端场扫描逆程的开始。(同理，场同步信号应叠加在场消隐脉冲之上。)4.7s1.6s5.7s行同步信号行同步信号同步电平同步电平100%黑电平黑电平70%12s前肩前肩分离同步脉冲与图像信号：幅度分离方法后肩后肩第44页/共61页 160s(2.5TH)160s(2.5TH)1600s(25TH)场同步脉冲与场消隐脉冲场同步脉冲与场消隐脉冲行同步行同步场同步场同步312.5行行2.5行行复合同步信号复合同步信号复合同步脉冲第45页/共61页 分离行同步脉冲与分离行同步脉冲与场同步脉冲：同步脉冲：微分与微分与积分方法分方法行同步分离与微分电路：电路参数满足微分条件：RC=1/5 T 入入出出AB（T为行同步脉宽4.7s）即：=0.51s 第46页/共61页 为解决在场同步期间，行同步失落而造成的行不同步的问题，在场同步脉冲中开槽，对应每行的位置开一个槽，槽宽为：4.7s。开槽脉冲第47页/共61页 行行行行同同同同步步步步分分分分离离离离波波波波形形形形图图 第48页/共61页 场同步分离与积分电路 积分电路：电路参数满足积分条件：RCT时 (T为输入信号脉宽)出出入入AC第49页/共61页 行、场同步分离波形第50页/共61页 3.开槽场同步脉冲与均衡脉冲问题：由于最后一个行同步到达奇数场、偶数场的场同步前沿的时间不同，造成积分后积分电容上的起始电压不等，使奇偶相邻两场的积分波形不同。同时，奇偶相邻两场的开槽位置不同也使积分波形不同。造成：奇偶相邻两场到达同一触发电平时刻不同（相差t），使相邻两场的逆程始点相差t 使相邻两场扫描起始位置不同，影响了隔行扫描的准确性。措施：加均衡脉冲、槽脉冲，使相邻两场的复合同步信号通过积分后波形一致。第51页/共61页 加开槽场同步脉冲与均衡脉冲方法加开槽场同步脉冲与均衡脉冲方法方法：1.在场同步期间加槽脉冲2.在奇偶相邻两场场同步信号的前后2.5行每隔半行加一个均衡脉冲，为使每半行加一个脉冲后积分电容上的电压不增加，要把脉冲宽度减半，即4.7s的一半为：2.35。前5个脉冲为前均衡脉冲 后5个脉冲为后均衡脉冲 第52页/共61页 第53页/共61页 黑白全黑白全黑白全黑白全电视电视信号信号信号信号 第54页/共61页 1.全电视信号波形:将以上介绍的图像信号、复合同步、复合消隐、槽脉冲和均衡脉冲等叠加,即构成黑白全电视信号,通常也称其为视频信号。各 脉 冲 的 宽 度 为:行 同 步 4.7s;场 同 步160s(2.5H(行);均衡脉冲2.35s;槽脉冲4.7s;场消隐脉冲1612s;行消隐脉冲12s。总结第55页/共61页 黑白全电视信号第56页/共61页 2.全电视信号的频谱所谓频谱,就是电信号的能量按频率分布的曲线。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。第57页/共61页 图像信号的频谱 第58页/共61页 归纳起来,图像信号的频谱具有如下特征:(1)以行频及其谐波为中心,组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。(3)实践证明,无论是静止或活动图像,围绕行谱线分布的场频谐波次数不大于20(即图119中m20)。按m=20计算,各谱线群所占频谱宽度仅为2mfv=202050=2kHz,相邻两主谱线间距为15.625kHz,可见各群谱线间存在着很大的空隙。第59页/共61页 各辅助脉冲信号的频谱 第60页/共61页 全电视信号频谱示意图第61页/共61页