第二章广播电视的基本知识

1、数字电视机原理物理学院物理学院 电子信息工程专业电子信息工程专业2012春季学期春季学期第二章第二章 广播电视的基本知识广播电视的基本知识2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理2.3 2.3 重现电视图像的基本参量重现电视图像的基本参量2.4 2.4 全电视信号全电视信号2.5 2.5 电视信号的发送电视信号的发送2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程电视实现的是什么过程呢？电视实现的是什么过程呢？ 电视是用电信号来传送活动图像的，因此首先电视是用电信

2、号来传送活动图像的，因此首先要把被传送的要把被传送的图像转变为图像转变为相应的相应的电信号电信号，经过信号，经过信号通道的传送后，再经过电视机的显像管将通道的传送后，再经过电视机的显像管将电信号还电信号还原成图像原成图像。 前一光电转换是前一光电转换是图像的分解过程图像的分解过程，后一电光转，后一电光转换是换是图像的复合过程图像的复合过程。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程电视图像是由什么构成的？电视图像是由什么构成的？ 如果用放大镜仔细观察报纸上刊登的照片，就如果用放大镜仔细观察报纸上刊登的照片，就会发现它们是由许多大小不等、疏密不同的黑点儿会发现它们是由许多大小不

3、等、疏密不同的黑点儿组成，而且点儿越小、越密，照片就越细腻、清晰。组成，而且点儿越小、越密，照片就越细腻、清晰。 同样，同样，呈现在电视机屏幕上的图像也是由许多呈现在电视机屏幕上的图像也是由许多相互联系、彼此配合、亮度相同或不同的小单元组相互联系、彼此配合、亮度相同或不同的小单元组成成。 这些构成电视图像的基本单元称为这些构成电视图像的基本单元称为像素像素。显然，像素越多、越密，图像就越清晰、细致。显然，像素越多、越密，图像就越清晰、细致。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程 实际上，由于实际上，由于人眼视觉分辨力人眼视觉分辨力有一定的极限，有一定的极限，在正常观看距离

4、下，一幅电视图像大约有在正常观看距离下，一幅电视图像大约有40万个像万个像素时素时，就可以使图像具有令人满意的清晰程度。就可以使图像具有令人满意的清晰程度。如何传送像素？如何传送像素？ 在电视技术中，在电视技术中，采用一种顺序传送的方法，就采用一种顺序传送的方法，就是在发送端把图像中各个像素的亮度按一定顺序变是在发送端把图像中各个像素的亮度按一定顺序变成相应的电信号，并一个一个的传送出去，而在接成相应的电信号，并一个一个的传送出去，而在接收端则按同样的顺序把电信号转变成一个一个相应收端则按同样的顺序把电信号转变成一个一个相应的亮点重现出来。的亮点重现出来。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程

5、图像光电转换的基本过程思考：顺序传送像素是否可行？思考：顺序传送像素是否可行？ 由由于人眼的视觉惰性，只要顺序传送的速度足于人眼的视觉惰性，只要顺序传送的速度足够快，就会在主观感觉上觉得所有像素同时发亮。够快，就会在主观感觉上觉得所有像素同时发亮。 这种顺序传送实质上就是按时间顺序传送空间这种顺序传送实质上就是按时间顺序传送空间分布的像素的亮度。分布的像素的亮度。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程 将图像转变为顺序传送的电信号（图像的分解）将图像转变为顺序传送的电信号（图像的分解）或将顺序传送的电信号重新恢复成光图像（图像的或将顺序传送的电信号重新恢复成光图像（图像的

6、复合）的过程称为复合）的过程称为扫描扫描。 由于电视要传送活动图像，即图像上各像素的由于电视要传送活动图像，即图像上各像素的亮度是随时间不断变化的，所以必须在一秒内传送亮度是随时间不断变化的，所以必须在一秒内传送很多幅画面，才会在电视屏幕上重现连续活动的图很多幅画面，才会在电视屏幕上重现连续活动的图像。我国电视标准规定像。我国电视标准规定一秒钟传送一秒钟传送25幅画面幅画面，也就，也就是说电视系统必须具备每秒约是说电视系统必须具备每秒约1000万个像素的扫描万个像素的扫描速度。这么高的扫描速度，只有采用电子扫描的方速度。这么高的扫描速度，只有采用电子扫描的方法才能实现。法才能实现。2.1 2.

7、1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程实现光电转换的器件是发送端的实现光电转换的器件是发送端的摄像管摄像管。图2.1 光电导摄像管结构图2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程摄像管摄像管主要由主要由光敏靶光敏靶和和电子枪电子枪两部分组成。两部分组成。 光敏靶：由光敏半导体材料制成，位于电子枪前光敏靶：由光敏半导体材料制成，位于电子枪前端。景物在光敏靶上成像。由于光像各部分的亮端。景物在光敏靶上成像。由于光像各部分的亮度不同，靶上各相应部分的电导率发生相应的变度不同，靶上各相应部分的电导率发生相应的变化。于是将景物各像素亮度不同变成了靶面上个化。于是将景物各像素亮

8、度不同变成了靶面上个单元的电导不同，单元的电导不同，光像变成了光像变成了“电像电像”。 电子枪：任务是电子枪：任务是发射电子束发射电子束。当电子束按一定规。当电子束按一定规律在靶面上扫描时，便依次得到与景物各点亮度律在靶面上扫描时，便依次得到与景物各点亮度相对应的电信号，完成了将图像分解为像素以及相对应的电信号，完成了将图像分解为像素以及各像素按顺序转变为电信号的光电转换过程。各像素按顺序转变为电信号的光电转换过程。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程图2.2 电子枪结构图电子枪由灯丝、阴极、栅极、加速极（每一阳极）、聚焦极（第电子枪由灯丝、阴极、栅极、加速极（每一阳极

9、）、聚焦极（第三阳极）和高压阳极（第二、四阳极）组成。三阳极）和高压阳极（第二、四阳极）组成。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程电子枪各部分的作用电子枪各部分的作用： 灯丝：灯丝加上额定电压后，就会产生电流而发热。灯丝：灯丝加上额定电压后，就会产生电流而发热。其作用是烘烤阴极，使阴极发射电子。其作用是烘烤阴极，使阴极发射电子。 阴极：作用是发射电子。阴极：作用是发射电子。 栅极：改变栅阴电压就可以控制电子束的强弱，从栅极：改变栅阴电压就可以控制电子束的强弱，从而控制荧光屏的发光程度。而控制荧光屏的发光程度。 加速极：工作时它加有加速极：工作时它加有100V400V电压

10、，以对阴极电压，以对阴极发射的电子进行加速，使之向荧光屏运动。发射的电子进行加速，使之向荧光屏运动。 聚焦极：使电子束聚焦成直径很小的细束。聚焦极：使电子束聚焦成直径很小的细束。 高压阳极：高压阳极上加有高压阳极：高压阳极上加有1万伏以上的直流高压，万伏以上的直流高压，其作用是使电子束高速轰击荧光屏。其作用是使电子束高速轰击荧光屏。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程 当电子枪发射的电子束不发生任何偏转时，电当电子枪发射的电子束不发生任何偏转时，电子束会始终扫描靶面上的固定一个点，此时只会产子束会始终扫描靶面上的固定一个点，此时只会产生一个电信号。为了使组成整个图像的各

11、个像素都生一个电信号。为了使组成整个图像的各个像素都能转变为电信号，必须在电子枪外套上偏转线圈，能转变为电信号，必须在电子枪外套上偏转线圈，使电子束在偏转磁场的作用下发生水平、垂直方向使电子束在偏转磁场的作用下发生水平、垂直方向的偏转，这又称的偏转，这又称电子束扫描电子束扫描。 在扫描过程中，像素的传送和恢复顺序是从左在扫描过程中，像素的传送和恢复顺序是从左到右、从上到下一行一行的进行的。到右、从上到下一行一行的进行的。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程1、电子束在聚焦线圈和、电子束在聚焦线圈和偏转线圈产生的磁场的偏转线圈产生的磁场的联合作用下，以聚焦状联合作用下，以

12、聚焦状态按一定规律（即从左态按一定规律（即从左到右、从上到下一行一到右、从上到下一行一行）扫描靶上个点。行）扫描靶上个点。2、当电子束接触到靶面某点时，电子枪的阴极与信号板、负、当电子束接触到靶面某点时，电子枪的阴极与信号板、负载载RL和电源和电源E构成一个回路，在构成一个回路，在RL中就有电流流过，该电流的中就有电流流过，该电流的大小取决于光敏靶该点电导率的大小。大小取决于光敏靶该点电导率的大小。3、因此，当电子束按一定规律在靶面上扫描时，便在负载上、因此，当电子束按一定规律在靶面上扫描时，便在负载上依次得到与景物各点亮度相对应的电信号，进而完成将图像分依次得到与景物各点亮度相对应的电信号，

13、进而完成将图像分解为像素以及各像素按顺序转变为相应电信号的光电转换过程。解为像素以及各像素按顺序转变为相应电信号的光电转换过程。图像信号的分类：图像信号的分类： 负极性图像信号负极性图像信号：若：若摄像管摄取的图像信号（电摄像管摄取的图像信号（电信号）信号）具有具有像素越亮，对应的输出电平越低；像像素越亮，对应的输出电平越低；像素越暗，输出信号电平越高的光电转换规律，素越暗，输出信号电平越高的光电转换规律，则则该图像信号被该图像信号被称为称为负负极性的图像信号。极性的图像信号。 正极性图像信号正极性图像信号：若图像信号满足：若图像信号满足输出电平值与输出电平值与像素亮度成正比像素亮度成正比的关

14、系，则该图像信号的关系，则该图像信号为为正正极性极性的图像信号的图像信号。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程图像是如何重现的呢？图像是如何重现的呢？ 图像的重现是依靠电视接收机的图像的重现是依靠电视接收机的显像管显像管来完成来完成的，的，显像管的任务显像管的任务是将图像信号转换为光图像，完是将图像信号转换为光图像，完成成电到光的转换电到光的转换。显像管主要由显像管主要由电子枪电子枪和和荧光屏荧光屏两部分组成。两部分组成。 电子枪电子枪：用于发射电子束。电子束的强度：用于发射电子束。电子束的强度取决于取决于加在

15、控制栅极的正极性图像信号或加在阴极上的加在控制栅极的正极性图像信号或加在阴极上的负极性图像信号负极性图像信号的的电平大小。电子束轰击荧光屏电平大小。电子束轰击荧光屏时所产生光像的亮度取决于电子束的强弱。时所产生光像的亮度取决于电子束的强弱。 荧光屏荧光屏：重现亮度，亮度是由：重现亮度，亮度是由受图像信号控制的受图像信号控制的一个个亮点所组成。一个个亮点所组成。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程因此，图像信号重现成一幅完整的光图像需因此，图像信号重现成一幅完整的光图像需要满足以下条件：要满足以下条件：p 电子束在电子束在偏转磁场作用下完成从左到右、偏转磁场作用下完成从左

16、到右、从上到下全屏幕的扫描从上到下全屏幕的扫描；p 电子束在荧光屏上轰击的几何位置也必须电子束在荧光屏上轰击的几何位置也必须与发送端图像像素的位置一一对应，即收与发送端图像像素的位置一一对应，即收发两端要保持同步的工作状态。发两端要保持同步的工作状态。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程一帧图像的分解与重现过程：一帧图像的分解与重现过程：图2.3 图像的分解与复合(a) 图像的分解(b) 图像的重现摄像管靶面上的图像摄像管靶面上的图像显像管荧光屏上的图像显像管荧光屏上的图像2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程8、9行电压波形4、5、6、7行电压波

17、形2、3行电压波形1、10行电压波形图2.4 摄像管输出电压电压高电压高时，电时，电子束弱，屏幕子束弱，屏幕上被轰击到的上被轰击到的部分为部分为暗像暗像；电压低电压低时，电时，电子束强，屏幕子束强，屏幕上被轰击到的上被轰击到的部分呈部分呈亮像亮像。2.1 2.1 图像光电转换的基本过程图像光电转换的基本过程总结（图像的分解与复合）：总结（图像的分解与复合）：p 首先，扫描速度要足够快，这样利用首先，扫描速度要足够快，这样利用荧光荧光屏的余辉特性屏的余辉特性和和人眼视觉惰性人眼视觉惰性，即可重现，即可重现连续的图像。连续的图像。p 其次其次，显像管中电子束扫描必须与摄像管，显像管中电子束扫描必须

18、与摄像管的的扫描规律完全一致，即扫描规律完全一致，即同步扫描同步扫描。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理电视图像的摄取与重现过程电视图像的摄取与重现过程：基于光和电的相互转换。：基于光和电的相互转换。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理光图像电信号电子扫描电信号光图像电子扫描(a) 图像的摄取(b) 图像的重现由上图可知，把空间的光图像变换为随时间变化的电由上图可知，把空间的光图像变换为随时间变化的电信号；或者把随时间变化的电信号再转换为一幅空间信号；或者把随时间变化的电信号再转换为一幅空间光图像，都是通过光图像，都是通过电子扫描电子扫描来完成的。来完成的。2.2 2.2 电视扫描原

19、理电视扫描原理思考：如何实现从左到右、从上到下的电子扫描呢？思考：如何实现从左到右、从上到下的电子扫描呢？ 在电视接收机中，采用在电视接收机中，采用磁偏转磁偏转的方式来控制显像管的方式来控制显像管中电子束的扫描运动，即中电子束的扫描运动，即在器件外装置的偏转线圈中通在器件外装置的偏转线圈中通以锯齿电流，使电子束受到电磁力的作用而偏转以锯齿电流，使电子束受到电磁力的作用而偏转。为了实现顺序扫描，显像管的管颈上安装的为了实现顺序扫描，显像管的管颈上安装的偏转线偏转线圈圈有以下两种（不同频率的锯齿波电流作用下）：有以下两种（不同频率的锯齿波电流作用下）： 水平偏转线圈水平偏转线圈：作用是产生垂直磁场

20、，实现水平扫描；：作用是产生垂直磁场，实现水平扫描； 垂直偏转线圈垂直偏转线圈：作用是产生水平磁场，实现垂直扫描。：作用是产生水平磁场，实现垂直扫描。电子束在两对偏转线圈电子束在两对偏转线圈产生的磁场共同作用下，完成产生的磁场共同作用下，完成从左到右、从上到下的全屏幕扫描，形成了矩形光栅从左到右、从上到下的全屏幕扫描，形成了矩形光栅。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理水平扫水平扫描工作描工作原理：原理：1、偏转电流a点时，电子束应射到荧光屏左边的a1点处；2、偏转电流逐渐变化到b点时，电子束偏移随之减小，光点由a1点回到荧光屏中央的b1点；3、偏转电流由b点向c点正向增加到最大值时，电子

21、束向屏幕右侧移动，光点由b1点到c1点。行扫描正程：行扫描正程：THs：行扫描正程期：行扫描正程期在在THs期间，电子束由屏期间，电子束由屏幕左侧扫至右侧，并显幕左侧扫至右侧，并显示亮线。示亮线。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理水平扫水平扫描工作描工作原理：原理：偏转电流由最大值c点经d变到最大负值e点，对应的，电子束很快的由荧光屏右侧的c1点经荧光屏中央的d1点折回到左边的e1点。行扫描逆程：行扫描逆程：THr：行扫描逆程期：行扫描逆程期在在THr期间，电子束迅速回期间，电子束迅速回扫至左侧，并采用消隐措施扫至左侧，并采用消隐措施不在屏幕上显示亮线。不在屏幕上显示亮线。2.2 2.2

22、 电视扫描原理电视扫描原理在水平扫描中，在水平扫描中，行扫描周期为：行扫描周期为：HHsHrTTT且满足：且满足：HrHsTT 假若电子束只有水平扫描而没有垂直扫描，假若电子束只有水平扫描而没有垂直扫描，在荧光屏上将呈现一条水平线。在荧光屏上将呈现一条水平线。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理垂直扫描工作原理：垂直扫描工作原理：1、场扫描正程：当场扫描锯齿电流由a点经b点逐渐变化到c点时，电子束由荧光屏最上方的a1点经b1点扫描至最下方c1点，电子束自上而下完成扫描正程；2、场扫描逆程：当场扫描锯齿电流由c点很快变化到e点，电子束也很快的由荧光屏最上面的c1点经d1点迅速折回到最上面e1

23、点，完成场扫描逆程。场扫描过程：场扫描过程：场扫描正程期场扫描正程期场扫描逆程期场扫描逆程期场扫描周期为：场扫描周期为：VVsVrTTT且满足：且满足：VrVsTT2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理 假若电子束只有水平扫描而没有垂直扫描，假若电子束只有水平扫描而没有垂直扫描，在荧光屏上将呈现一条水平线。在荧光屏上将呈现一条水平线。 当既有水平扫描又有垂直扫描时，荧光屏将当既有水平扫描又有垂直扫描时，荧光屏将呈现满屏幕近似平行的水平线，即呈现满屏幕近似平行的水平线，即扫描光栅扫描光栅。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理电子扫描的方式电子扫描的方式： 逐行扫描逐行扫描 隔行扫描隔行扫描

24、 我国电视标准规定我国电视标准规定一秒钟传送一秒钟传送25幅画面幅画面，这样这样图像不会产生抖动感图像不会产生抖动感。 在电视中，将一幅画面称为在电视中，将一幅画面称为一帧一帧。规定每秒传。规定每秒传送送25帧（即帧频为帧（即帧频为25Hz）。）。 每帧图像分成每帧图像分成625行传送，每秒传送行传送，每秒传送15625行，行，即行频为：即行频为：15625 HzHf为了达到观看效果，扫描参数如何选择？为了达到观看效果，扫描参数如何选择？2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理逐行扫描存在的问题逐行扫描存在的问题： 会使人产生画面的闪烁效应。会使人产生画面的闪烁效应。原因：原因：逐行扫描的帧频

25、为逐行扫描的帧频为1/25s 当电子束扫描过去后，该像素开始变暗，当电子束扫描过去后，该像素开始变暗，直到直到经过经过1/25s后电子束又扫到该像素时，后电子束又扫到该像素时，其其又由最暗变又由最暗变到最亮。到最亮。解决方法：解决方法：减少换帧时间，即提高帧频减少换帧时间，即提高帧频 随之产生的问题是随之产生的问题是信号的频带宽度增大信号的频带宽度增大。 目前在广播电视中，普遍采用隔行扫描的方法来目前在广播电视中，普遍采用隔行扫描的方法来克服闪烁效应，并保持信号频带宽度不变。克服闪烁效应，并保持信号频带宽度不变。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理隔行扫描原理：隔行扫描原理： 在保持行频在

26、保持行频25Hz、行频、行频15625Hz不变的情况下，不变的情况下，把一帧画面分成两场来扫描。把一帧画面分成两场来扫描。 电子束在扫描一帧图像时，首先扫描所有的奇电子束在扫描一帧图像时，首先扫描所有的奇数行（按空间排列顺序）即第数行（按空间排列顺序）即第1、3、直至第直至第625行的前半行，该场即为行的前半行，该场即为奇数场奇数场； 然后然后，电子束再返回顶部扫描所有的偶数行，电子束再返回顶部扫描所有的偶数行，即自即自625行后半行开始，接着扫第行后半行开始，接着扫第2、4、直至直至624行，该场称为行，该场称为偶数场偶数场。 只要两场的周期相等（包括各自的正程、逆程只要两场的周期相等（包括

27、各自的正程、逆程时间亦相等）且为帧周期的一半，则奇、偶场光栅时间亦相等）且为帧周期的一半，则奇、偶场光栅在屏幕上可以实现均匀嵌套，构成一幅完整的图像。在屏幕上可以实现均匀嵌套，构成一幅完整的图像。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理图2.5 隔行扫描示意图 iH值表示电子束在荧光屏值表示电子束在荧光屏水平方向水平方向上的位置；上的位置； iV值表示电子束在荧光屏值表示电子束在荧光屏垂直方向垂直方向上的位置上的位置。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理图中红点处电平相等，说明奇图中红点处电平相等，说明奇偶场的场正程起始点在荧光屏偶场的场正程起始点在荧光屏上的垂直位置是相同的。上的垂直位置

28、是相同的。然而：然而： 场周期场周期=行周期行周期*（整数倍（整数倍+0.5）则奇、偶两场的场正程起始点则奇、偶两场的场正程起始点所对应的所对应的iH值是不同的。值是不同的。奇、偶两场的场正程起始点在水平位置上差半行奇、偶两场的场正程起始点在水平位置上差半行，因此两场的光栅不会重叠，实现均匀的嵌套。因此两场的光栅不会重叠，实现均匀的嵌套。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理图2.6 一帧图像的隔行扫描示意图2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理结论结论：p 为了实现隔行扫描时奇、偶两场扫描光栅均匀相为了实现隔行扫描时奇、偶两场扫描光栅均匀相嵌，每帧图像的扫描行数（包括场逆程在内）必嵌，每

29、帧图像的扫描行数（包括场逆程在内）必须为奇数。须为奇数。p 为了保证各帧光栅的重叠，要求每帧的扫描行数为了保证各帧光栅的重叠，要求每帧的扫描行数必须是整数。必须是整数。2.2 2.2 电视扫描原理电视扫描原理我国广播电视采用的隔行扫描主要参数如下我国广播电视采用的隔行扫描主要参数如下：行频：行频：15625 Hz 场频：场频：50 Hz 行周期：行周期： 64 s 场周期：场周期： 20 ms行正程时间：行正程时间： 52 s 场正程时间：场正程时间： 18.4ms行逆程时间：行逆程时间：12 s 场逆程时间：场逆程时间： 1.6ms帧频：帧频：25 Hz 每帧行数：每帧行数：625帧周期：帧

30、周期：40 ms 每场行数：每场行数：312.52.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 理想情况下，电视机荧光屏上重现图像的几何理想情况下，电视机荧光屏上重现图像的几何形状、相对大小、细节的清晰程度、亮度分布及物形状、相对大小、细节的清晰程度、亮度分布及物体运动的连续感等，都应该与原景物一致。这实际体运动的连续感等，都应该与原景物一致。这实际上是不可能的。上是不可能的。 本节根据人眼的视觉特性，分析黑白电视图像本节根据人眼的视觉特性，分析黑白电视图像转换中的几个基本参数。转换中的几个基本参数。2.3 2.3 重现

31、电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数亮度亮度 亮度可用亮度可用B表示，度量单位为表示，度量单位为cd/m2。cd为烛光为烛光发光强度坎德拉。发光强度坎德拉。 目前，显像管的发光亮度能做到上百目前，显像管的发光亮度能做到上百cd/m2的量的量级，而所摄取客观景物的最大亮度可高至上万级，而所摄取客观景物的最大亮度可高至上万cd/m2 ，两者差别很大，重现图像是无法达到客观，两者差别很大，重现图像是无法达到客观景物的实际亮度。景物的实际亮度。 根据实际要求，电视图像平均亮度应不小于根据实际要求，电视图像平均亮度应不小于30cd/m2 ，最大亮度应大于，最大亮度应大于100 cd/m2 （或（或6

32、0 cd/m2 ）。）。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数如何解决显像管亮度无法达到要求的问题？如何解决显像管亮度无法达到要求的问题？利用人眼的特征利用人眼的特征对背景亮度有很强的适应性对背景亮度有很强的适应性只要保持重现图像的对比度与客观景物相等只要保持重现图像的对比度与客观景物相等就可以获得与客观景物一样的明暗感觉，而完全没有就可以获得与客观景物一样的明暗感觉，而完全没有必要重现客观景物的实际亮度。必要重现客观景物的实际亮度。什么是对比度？什么是对比度？客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度对比度。2.3 2.3 重现电视图

33、像的基本参数重现电视图像的基本参数对于重现的电视图像，对比度对于重现的电视图像，对比度K为：为：maxmaxminminDDDBBBKBBBB其中：其中：Bmax为显像管的最大亮度；为显像管的最大亮度； Bmin为显像管的最小亮度；为显像管的最小亮度； BD为周围的环境亮度。为周围的环境亮度。由上式可看出，环境越亮，电视图像的对比度越低。由上式可看出，环境越亮，电视图像的对比度越低。一般，对比度能达到一般，对比度能达到3040就可获得满意的收看效果。就可获得满意的收看效果。总结总结：重现图像的对比度越大，图像的黑白层次就越：重现图像的对比度越大，图像的黑白层次就越丰富，人眼的感觉就越细腻、柔和

34、。丰富，人眼的感觉就越细腻、柔和。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数什么是灰度？什么是灰度？图像从黑色到白色之间的过渡色统称图像从黑色到白色之间的过渡色统称灰色灰色。灰度灰度就是将这一灰色划分成能加以区别的层次数。就是将这一灰色划分成能加以区别的层次数。如何鉴别电视机恢复原图像明暗层次的程度？如何鉴别电视机恢复原图像明暗层次的程度？ 电视台发送一个十级灰度信号。电视机经调整后，电视台发送一个十级灰度信号。电视机经调整后，在图像中能区分的从黑到白的层次数称为该在图像中能区分的从黑到白的层次数称为该机具有相机具有相应级的灰度应级的灰度。 实际上，电视机只要能达到六级灰度，

35、就能收看实际上，电视机只要能达到六级灰度，就能收看明暗层次较佳的图像。我国电视标准规定甲级和乙级明暗层次较佳的图像。我国电视标准规定甲级和乙级电视机分别达到八级和九级灰度。电视机分别达到八级和九级灰度。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 为了获得图像的连续感、克服闪烁效果并不使图为了获得图像的连续感、克服闪烁效果并不使图像信号的频带过宽，我国规定帧频为像信号的频带过宽，我国规定帧频为25Hz，采用隔，采用隔行扫描，场频定为行扫描，场频定为50Hz。 同时，由于同时，由于50Hz的场频恰好等于电网频率，还的场频恰好等于电网频率，还可以可以克服克服当电源滤波不良时图像的当

36、电源滤波不良时图像的蠕动现象蠕动现象。思考：根据什么确定的上述参数呢？思考：根据什么确定的上述参数呢？ 人眼的视觉惰性人眼的视觉惰性2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数电视标准中的扫描行数是如何确定的？电视标准中的扫描行数是如何确定的？图2.7 人眼分辨图像细节能力示意图分辨角，在一定距离l时，人眼恰能分辨的两个黑点间的夹角。显然，分辨角越小，表示人眼的分辨力越强；反之则越弱。定义：人眼的分辨力为分辨角的倒数。两个黑点间的距离，即行距。屏幕高度视觉清晰区域张角最佳观看距离2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数由图得到分辨角为：由图得到分辨角为：)(

37、602360Ld人眼能分辨图像细节的屏幕显示行数为：人眼能分辨图像细节的屏幕显示行数为：360 602hhZdL 经实验经实验, 正常人的眼分辨角为正常人的眼分辨角为12， 取取=1.5。并假设。并假设人眼的视觉清楚区域的两点射线夹角为人眼的视觉清楚区域的两点射线夹角为，当，当为为15左右时左右时, 人的观看距离一般是人的观看距离一般是 l=4h，有：，有： 360 601573.24843.14 2 1.54Z 行2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 由上式计算出了相应的人眼能分辨图像细节的屏由上式计算出了相应的人眼能分辨图像细节的屏幕显示行数为幕显示行数为573行。

38、行。 在此基础上，我国电视标准规定屏幕显示行数为在此基础上，我国电视标准规定屏幕显示行数为575行，再考虑每帧逆程的行，再考虑每帧逆程的50行，即确定了行，即确定了每帧的总每帧的总行数行数为：为：50625ZZ行2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数什么是分解力和清晰度？什么是分解力和清晰度？ 分解力：电视系统传送图像细节的能力称为该系统分解力：电视系统传送图像细节的能力称为该系统的分解力。的分解力。 清晰度：人对图像细节清晰程度的感觉称为清晰度。清晰度：人对图像细节清晰程度的感觉称为清晰度。总结总结：分解力和清晰度的含义是一致的。因此，分解：分解力和清晰度的含义是一致的

39、。因此，分解力通常以能分辨的黑白相间的线数表示。力通常以能分辨的黑白相间的线数表示。 例如，设分解力为例如，设分解力为500线，这表示系统在对应的线，这表示系统在对应的方向上能分辨黑白线条各方向上能分辨黑白线条各250条。条。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数什么是垂直分解力？什么是垂直分解力？ 垂直分解力是指沿着图像的垂直分解力是指沿着图像的垂直方向垂直方向上能够分辨上能够分辨像素的数目像素的数目。 显然，垂直分解力受每帧屏幕可显示的行数限制。显然，垂直分解力受每帧屏幕可显示的行数限制。 在最佳情况下，在最佳情况下，垂直分解力垂直分解力M就等于显示行数就等于显示行数

40、Z。在一般情况下，并非每一屏幕可显示的行数都代表垂在一般情况下，并非每一屏幕可显示的行数都代表垂直分解力，而取决于图像的状况以及图像与扫描线相直分解力，而取决于图像的状况以及图像与扫描线相对位置的各种情况。对位置的各种情况。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数图2.8 垂直分解力示意图1、如图，、如图，a1和和a4的图像细节恰好占的图像细节恰好占据了扫描线满格，据了扫描线满格，摄像管输出的图像摄像管输出的图像信号的电平高低分信号的电平高低分明；图像明；图像b1和和b4仍仍是黑白分明的原像。是黑白分明的原像。2、若为、若为a2，图像细节与电子束中心错开，即电子束恰好覆盖黑

41、条和白，图像细节与电子束中心错开，即电子束恰好覆盖黑条和白条各一半，则各行的图像信号均为黑、白信号电平的平均值，因而重现条各一半，则各行的图像信号均为黑、白信号电平的平均值，因而重现图像图像b2是一条均匀的灰色带，系统丧失了垂直分解力，即是一条均匀的灰色带，系统丧失了垂直分解力，即M=0。3、当摄取图像为、当摄取图像为a3和和a5，对应的重现图像，对应的重现图像b3对比度下降、对比度下降、 b5黑白边界不黑白边界不明显，但能重现原图像规律，垂直分解力下降为原线数的一般，即明显，但能重现原图像规律，垂直分解力下降为原线数的一般，即M=Z/2。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基

42、本参数 考虑到图像内容的随机性，则有：考虑到图像内容的随机性，则有：MkZk值通常为值通常为0.51。 若取若取k=0.76，则按上面的公式有效垂直分解力为：，则按上面的公式有效垂直分解力为：M=0.76*575=437线。线。 垂直分解力垂直分解力M可用总行数可用总行数Z来表示，为：来表示，为：VSVTMkZT2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数什么是水平分解力？什么是水平分解力？ 水平分解力是指沿图像水平分解力是指沿图像水平方向水平方向，系统能分解的，系统能分解的像素数目像素数目（垂直线数），以（垂直线数），以N表示。表示。 水平分解力取决于电子束横截面水平分解力取

43、决于电子束横截面大小，也就是说，大小，也就是说，水平分解力与电子束直径相对于图像细节宽度的大小水平分解力与电子束直径相对于图像细节宽度的大小有关。有关。电子束在水平方向和垂直方向的扫描完全不同电子束在水平方向和垂直方向的扫描完全不同： 垂直方向垂直方向：一定为一行一行的扫描，相邻行之间的：一定为一行一行的扫描，相邻行之间的扫描线不重叠；扫描线不重叠； 水平方向水平方向：连续的扫描过去的。：连续的扫描过去的。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 以摄像管为例，尽管电子束可以聚焦的很细，但以摄像管为例，尽管电子束可以聚焦的很细，但总有一定的截面积（接近于像素），因此它在水平

44、扫总有一定的截面积（接近于像素），因此它在水平扫描时将使黑白像素界限模糊，进而传唤成的图像信号描时将使黑白像素界限模糊，进而传唤成的图像信号电压不能突变，存在一过渡期。电压不能突变，存在一过渡期。 若图像细节比电子束更小，则根本反映不出这种若图像细节比电子束更小，则根本反映不出这种细节的变化，这种现象称为细节的变化，这种现象称为孔阑效应孔阑效应。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 若白条与黑条的若白条与黑条的宽度远大于电子束宽度远大于电子束直径直径d，当电子束，当电子束从左向右扫过画面从左向右扫过画面时，只有当电子束时，只有当电子束的中心分别处于的中心分别处于x1位置

45、以左和位置以左和x2位置位置以右时，电子束截以右时，电子束截面才完全覆盖白条面才完全覆盖白条和黑条。此时，输和黑条。此时，输出图像信号在对应出图像信号在对应的的t1和和t2时间达到时间达到最高电平最高电平u1和最低和最低电平电平u2（正极性图（正极性图像信号）。像信号）。图2.9 孔阑效应示意图2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 而当电子束中心而当电子束中心处于处于x1和和x2之间时，之间时，电子束覆盖白条、电子束覆盖白条、黑条的面积不同，黑条的面积不同，会使得信号会使得信号u存在存在一过渡期一过渡期。 此时，输出图像此时，输出图像信号如图信号如图(c)所示，所示，在

46、白条和黑条交界在白条和黑条交界处有灰色过渡区，处有灰色过渡区，它的宽度为它的宽度为d，这，这使图像模糊从而降使图像模糊从而降低水平分解力。低水平分解力。图2.9 孔阑效应示意图2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 图图(d)和和(e)给出给出了当摄取图像细节了当摄取图像细节改变时，其对应的改变时，其对应的信号波形。期。信号波形。期。 当细节宽度越来当细节宽度越来越窄直至等于电子越窄直至等于电子束直径束直径d时，由于时，由于不变，图像信号不变，图像信号u将由梯形波趋于正将由梯形波趋于正弦波。这时对比度弦波。这时对比度保持不变，转换成保持不变，转换成的图像仍为黑和白，的图像

47、仍为黑和白，但黑白边缘呈现模但黑白边缘呈现模糊的灰色，图像的糊的灰色，图像的清晰度下降。清晰度下降。图2.9 孔阑效应示意图2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 由上面的分析可知，当图像细节宽度小于电子束由上面的分析可知，当图像细节宽度小于电子束直径直径d时，对比度会显著下降。要提高水平分辨力，时，对比度会显著下降。要提高水平分辨力，需要减小电子束直径。但需要减小电子束直径。但电子束直径太细电子束直径太细，在保持每，在保持每帧行数不变的前提下，将在行与行之间有明显空隙，帧行数不变的前提下，将在行与行之间有明显空隙，进而画面被扫描到的部分将减少，从而进而画面被扫描到的部分

48、将减少，从而降低传输效率降低传输效率。 实际上，在显像管光电转换中也存在孔阑效应，实际上，在显像管光电转换中也存在孔阑效应，但因摄像管光电靶的面积远比显像管屏幕小得多，因但因摄像管光电靶的面积远比显像管屏幕小得多，因而而我们主要考虑摄像管的孔阑效应我们主要考虑摄像管的孔阑效应。 为了克服孔阑效应，在电视发送端采用专用电路为了克服孔阑效应，在电视发送端采用专用电路进行校正。进行校正。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 电子束大小要适当，一般以等于一帧的高度除以电子束大小要适当，一般以等于一帧的高度除以扫描行数为宜。扫描行数为宜。 实验证明，在同等长度条件下，当水平分解力

49、等实验证明，在同等长度条件下，当水平分解力等于垂直分解力时，图像质量最佳。于垂直分解力时，图像质量最佳。 VSVNMTkZT屏幕宽屏幕高屏幕宽屏幕高 因此，水平分解力等于：因此，水平分解力等于：2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 图像信号的频带宽度不仅是确定射频电磁波频带图像信号的频带宽度不仅是确定射频电磁波频带宽度的主要依据，还直接关系到电视机高频放大器和宽度的主要依据，还直接关系到电视机高频放大器和中频放大器的设计要求。中频放大器的设计要求。 因此，下面我们来计算图像信号的频带宽度。因此，下面我们来计算图像信号的频带宽度。图像信号的频带宽度：图像信号的频带宽度：

50、一幅图像本身是没有什么频带可言的一幅图像本身是没有什么频带可言的, 可是图像信可是图像信号照在光电靶上形成号照在光电靶上形成“电阻像电阻像”，用电子束进行行、，用电子束进行行、 场扫描摄取每个像素时产生了频带的概念。场扫描摄取每个像素时产生了频带的概念。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 根据人眼在视觉清楚区水平扫描视角根据人眼在视觉清楚区水平扫描视角(20 )和垂直和垂直扫描视角扫描视角(15 )比例为比例为4 3来估计，一幅图像最多能分来估计，一幅图像最多能分解成多少像素呢？解成多少像素呢？ 设对一幅图像有效扫描的行数即为人眼能分辨图设对一幅图像有效扫描的行数即为

51、人眼能分辨图像细节的行数，则一幅图像最多能分解的像素个数为：像细节的行数，则一幅图像最多能分解的像素个数为：24433XZZZ因此，传送一个像素所需的时间为因此，传送一个像素所需的时间为t为：为：2ZZ1/1314ZftXXffZ帧频 最复杂的图像最复杂的图像不过于任意相邻两个像素为一黑一白。不过于任意相邻两个像素为一黑一白。设一黑一白的像素的周期为设一黑一白的像素的周期为T，则有：，则有： 2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数 对于黑白电视来说，最复杂的图像由什么组成的？对于黑白电视来说，最复杂的图像由什么组成的？22ZZ332242TtZfZf由此，可得出一幅最复杂

52、的图像电信号的频率由此，可得出一幅最复杂的图像电信号的频率fmax为：为： 2max123ZfZfT 同样，同样， 对于黑白电视来说，最简单的图像由什么组对于黑白电视来说，最简单的图像由什么组成的？成的？ 最简单的图像最简单的图像是像素全为黑或全为白，则是像素全为黑或全为白，则fmin =0。 2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数则一幅图像变换成电信号的频带宽度则一幅图像变换成电信号的频带宽度fB为：为： 上式即为各国上式即为各国电视广播系统图像信号频带宽度公式电视广播系统图像信号频带宽度公式。 22_622575255510416.67335.51 105.51MHz

53、6MHzB ChinaZfZf又例如，日本电视广播系统又例如，日本电视广播系统: 22_622525305512500335.51 105.51MHzBJapanZfZf2maxmin23BZfffZf例如，我国电视广播系统例如，我国电视广播系统: 2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数电视机屏幕形状和大小电视机屏幕形状和大小是如何确定的？是如何确定的？ 根据人眼视觉最清楚的范围是在垂直视角约根据人眼视觉最清楚的范围是在垂直视角约15 ，水平视角约水平视角约20 的矩形面积内来确定的。的矩形面积内来确定的。 目前，各国电视机屏幕的宽高比多为目前，各国电视机屏幕的宽高比多为

54、4 : 3，也有，也有采用采用5 : 4和和5 : 3等。等。 重现图像的另一个几何特征是重现图像的另一个几何特征是几何失真几何失真，即是重，即是重现图像的形状、大小、相对位置等与原来景物的不一现图像的形状、大小、相对位置等与原来景物的不一致程度。致程度。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数图像的几何失真图像的几何失真有两种：有两种：p 扫描锯齿波电流非线性引起的几何失真扫描锯齿波电流非线性引起的几何失真图2.10 扫描非线性引起图像失真(a)为 行场扫描电流均为线性时，重现图像与原图像相似，无几何失真。在(b)和(c)中， 行场扫描电流为非线性时，重现的方格宽度、高度

55、就会不均匀，呈现几何失真。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数衡量失真的程度用几何失真系数表示。衡量失真的程度用几何失真系数表示。maxminmaxmin2()HddNdd 垂直几何失真系数垂直几何失真系数为为:maxminmaxmin2()VhhNhh 水平几何失真系数水平几何失真系数为为:通常，电视机要求通常，电视机要求NH17%， NV12% 。2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数p 偏转磁场不规则引起的几何失真偏转磁场不规则引起的几何失真 产生该类失真的主要原因是偏转线圈绕制和安装不产生该类失真的主要原因是偏转线圈绕制和安装不当，使磁场方

56、向不规则、不均匀及行、场磁场彼此不当，使磁场方向不规则、不均匀及行、场磁场彼此不垂直等。垂直等。图2.11 图像几何失真示意图2.3 2.3 重现电视图像的基本参数重现电视图像的基本参数122()gHddNABCD 垂直方向几何失真系数垂直方向几何失真系数为为:122()gVhhNADBC 水平方向几何失真系数水平方向几何失真系数为为:通常，电视机要求通常，电视机要求NgH均小于均小于3%。2.4 2.4 全电视信号全电视信号2.4 2.4 全电视信号全电视信号黑白全电视信号包括：黑白全电视信号包括： 图像信号图像信号：电视系统所传送的图像信息，是在场：电视系统所传送的图像信息，是在场扫描正程

57、期间和行扫描正程期间内传送的；扫描正程期间和行扫描正程期间内传送的； 复合同步信号复合同步信号：含行、场同步、槽脉冲和均衡脉：含行、场同步、槽脉冲和均衡脉冲信号，为了确保电视机重现图像与电视台发送冲信号，为了确保电视机重现图像与电视台发送图像严格同步，正确重现图像并使图像稳定；图像严格同步，正确重现图像并使图像稳定； 复合消隐信号复合消隐信号：含行、场消隐信号，为了消除行、：含行、场消隐信号，为了消除行、场回扫期间的痕迹，保证图像清晰。场回扫期间的痕迹，保证图像清晰。其中，除了图像信号外的其它信号是为了保证图像清其中，除了图像信号外的其它信号是为了保证图像清晰和稳定而设置的晰和稳定而设置的辅助

58、信号辅助信号，这些信号都是，这些信号都是在行、场在行、场逆程期间传送逆程期间传送的。的。2.4 2.4 全电视信号全电视信号什么是图像信号？什么是图像信号？ 图像信号是在电子扫描作用下，由摄像管将明暗图像信号是在电子扫描作用下，由摄像管将明暗不同的景像转换为相应的电信号，然后经信号通道传不同的景像转换为相应的电信号，然后经信号通道传送给显像管，来控制显像管中投射到荧光屏上电子束送给显像管，来控制显像管中投射到荧光屏上电子束的强弱。的强弱。 图像信号图像信号是反映图像内容的电视信号，它的电压是反映图像内容的电视信号，它的电压高低表示图像像素的明暗程度。高低表示图像像素的明暗程度。 由于图像是随机

59、性的，因此图像信号电平也在一由于图像是随机性的，因此图像信号电平也在一定范围内随机起伏。定范围内随机起伏。2.4 2.4 全电视信号全电视信号图像信号有两个主要特点：图像信号有两个主要特点： p 相关性：相关性： 对于一般的活动图像，由于在垂直方向变化缓对于一般的活动图像，由于在垂直方向变化缓慢，而且每帧图像显示慢，而且每帧图像显示575行、行扫周期很短，故行、行扫周期很短，故相邻两行的图像信号的差别很小。因此，在帧间与相邻两行的图像信号的差别很小。因此，在帧间与行间具有较强的相关性。行间具有较强的相关性。 对静止图像而言，则具有行重复性或帧重复性，对静止图像而言，则具有行重复性或帧重复性，即

60、周期性。即周期性。2.4 2.4 全电视信号全电视信号p 单极性：单极性： 图像信号电平的数值总是在零值以上或零值以图像信号电平的数值总是在零值以上或零值以下的一定电平范围内变化，它不会同时跨越零值上下的一定电平范围内变化，它不会同时跨越零值上下两个区域，即具有单极性特点。下两个区域，即具有单极性特点。 因此，图像信号具有平均值，该值决定了图像因此，图像信号具有平均值，该值决定了图像的背景亮度。在传输中，可以隔断直流只传输交流的背景亮度。在传输中，可以隔断直流只传输交流信号，但在图像重现前必须恢复直流，以呈现背景信号，但在图像重现前必须恢复直流，以呈现背景亮度。亮度。 如前所示，图像信号有正极